Самые приспособленные к жаре существа в мире, возможно, нарушают ход собственной эволюции.
Автор: Кэтрин Дж. Ву
Анолы всегда любили жару жару. Эти маленькие изящные ящерицы, насчитывающие около 400 видов, обитают в самых теплых районах Северной и Южной Америки — от тропических лесов Южной Америки до Солнечного пояса США, где они проводят дни, греясь на валунах, перебираясь на пропитанные солнцем кончики веток или даже перепрыгивая через раскаленный металл городских труб.
А когда температура воздуха становится еще более высокой, как это часто случается в настоящее время, анолы спокойно воспринимают эти изменения. Под тенистым пологом карибских тропических лесов Марта Муньос, эволюционный биолог из Йельского университета, и ее студенты обнаружили виды, которые быстро выработали способность выдерживать температуру, достигающую 110 градусов по Фаренгейту (43 по Цельсию – здесь и далее прим. ред.); в других местах, по периметру леса, исследователи обнаружили виды, которые научились укрываться под камнями, пока не станет достаточно прохладно, чтобы покинуть их. На этой быстро нагревающейся планете у животных есть всего три варианта: «соответствовать, приспосабливаться или умереть», — сказал мне Брайан Ченг, эволюционный биолог из Массачусетского университета в Амхерсте. Пока что анолы успешно используют первые два варианта.
Но после многих лет наблюдений за ящерицами Муньос опасается, что их стратегия выживания достигает предела. «Я не думаю, что это счастливый конец» — сказала она мне. У жизни есть физиологический потолок — температура, которую животное не может выдержать даже в течение эонов эволюции. И некоторые из тактик борьбы с жарой, которые помогают существам справиться с ней сейчас, могут ускорить их гибель в долгосрочной перспективе. Ученые обнаружили, что, особенно среди эктотермов — так называемых холоднокровных существ, у которых отсутствует внутренний термостат, — поведение и эволюция не всегда дополняют друг друга, иногда эти две природные силы могут даже противоречить друг другу. Из всех возможных вариантов развития событий смерть — это единственный исход, который не имеет оговорок.
Для большинства эктотермов — мелких, быстро размножающихся и сверхразнообразных, — быстрая эволюция представляется отличным выбором для противостояния давлению изменения климата. В Карибском бассейне анолы, живущие как в естественных лесах, так и в густонаселенных городах, изменили свое телосложение, чтобы лучше переносить жару. В Кливленде Сара Даймонд из Университета Кейс Вестерн Резерв зафиксировала, как желудевые муравьи всего за пару десятков поколений выработали более высокую теплоустойчивость. В лабораториях водяных блох можно заставить переносить еще несколько градусов тепла всего за два года. «Мы все были немного удивлены способностью эктотермических видов эволюционировать» — отметила Даймонд.
Но эти примеры, возможно, не являются нормой. Даже в экстремальных условиях многие достижения в области теплоустойчивости минимальны — не более одного градуса — или происходят мучительно медленно, и они не всегда легко передаются следующим поколениям. У самых разных видов животных теплоустойчивость, по-видимому, является очень привередливым признаком. В недавнем исследовании Джоан Беннетт, эколог из Австралийского национального университета, обнаружила, что животные способны изменять свою толерантность к высоким температурам лишь наполовину быстрее, чем к низким.
Такая инерция, вероятно, связана с предельной устойчивостью жизни к жаре. Где-то в районе 110 или 115 градусов по Фаренгейту (43-46 по Цельсию) химические реакции, обеспечивающие жизнедеятельность клеток, начинают давать сбой. За редким исключением эктотермы, подвергающиеся длительному воздействию таких температур, становятся вялыми и начинают пошатываться. Их конечности перестают двигаться, «и затем очень быстро они начинают умирать», — рассказал Масакадо Кавата, эволюционный биолог из Университета Тохоку (Япония). Эволюция, несмотря на свою мощь, не может нарушить биохимические правила, считает Джан Салазар, биолог-эволюционист из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Животные, уже достигшие своего максимума, могут просто исчерпать свой адаптивный потенциал: «Даже если они хотят продолжать, — сказал мне Салазар, — они не могут».
Однако пороговая теория не решает еще одну загадку. Некоторые животные, в основном рептилии, по-видимому, остановили эволюцию своей теплоустойчивости гораздо ниже теоретического предела несмотря на то, что живут в среде обитания, где, казалось бы, теплоустойчивость должна быть преимуществом. Некоторые пустынные ящерицы причудливо плохо переносят жару; некоторые низменные анолы так же слабо переносят трехзначные температуры, как и их сородичи, живущие выше 7500 футов. Ученые даже обнаружили в теплых районах тропических лесов несколько видов солнечных сцинков, которые почему-то хуже переносят жару, чем их родственники, живущие в более прохладном климате. В каждом случае эволюция, по-видимому, предложила животным очевидный рычаг, до которого они не дотянулись.
Возможно, эти животные спускаются в другой спасательный люк. Как рассказал мне Майкл Логан, биолог-эволюционист из Университета Невады в Рино, на богатых ландшафтах островов, усеянных всевозможными скалами, лианами и деревьями, муравьед может избежать перегрева, просто перебежав в тень. В отличие от эволюции, такое быстрое изменение может произойти в течение одного поколения, без полового акта или генетического риска; за один день оно может включиться и выключиться. По словам Логана, такое поведение — это все, что нужно для «поддержания нужной им температуры».
Но прятаться от солнца — значит прятаться и от давления окружающей среды, которое в противном случае могло бы заставить популяцию эволюционировать. Сауль Домингес-Герреро, постдокторант из лаборатории Муньоса, считает, что именно это явление, известное как эффект Богерта, мешает адаптации анолов, которых он изучает на окраинах лесов в Пуэрто-Рико и Доминиканской Республике. На краю линии деревьев, куда солнечный свет проникает в виде осколков, температура повысилась, но пороги теплоустойчивости многих видов анолов не изменились. Вместо этого, как обнаружил Домингес-Герреро, ящерицы справляются с жарой, задерживаясь под валунами, листьями или в ущельях стволов деревьев, особенно в самые жаркие часы дня.
Тактика анолов преследует основную задачу — сохранение прохлады. Но Муньос опасается, что эта стратегия охлаждает и эволюционные двигатели вида, что будет иметь плохие последствия, если температура в конце концов станет слишком жаркой в течение большей части дня. «Любое поведение имеет свою цену. Если животное ищет тепловое убежище, оно не делает ничего другого» — сказал мне Ченг, биолог из Амхерста, — «Если оно ищет пищу, оно не делает ничего другого». Когда такие компромиссы станут неустойчивыми, эволюция может включиться. Но за это время ящерицы упустят годы, а возможно, и десятилетия адаптации. В 2015 году группа под руководством Лорена Бакли, эволюционного биолога из Вашингтонского университета, смоделировала именно такой эффект у восточных ящериц на юге США, эволюция которых уже была заторможена поведенческим тормозом. Исследователи обнаружили, что животные, которые больше всего зависели от тени, скорее всего, будут с трудом наверстывать упущенное время, а через несколько десятилетий их численность серьезно сократится. По словам Бакли, если цель состоит в том, чтобы идти в ногу с потеплением, эволюция не может позволить себе застопориться.
Но и другая крайность — разгул эволюции — влечет за собой свой собственные последствия. Ближе к сердцу лесов, где команда Муньоса собирает данные, исследователи обнаружили еще одну группу анолов, которые всего за 11 лет повысили свою теплоустойчивость на целых пять градусов, примерно до 108 градусов по Фаренгейту. У них не было другого выбора: под таким густым пологом тени повсеместно, что делает практически все места обитания одинаковыми с точки зрения теплового режима и вынуждает ящериц идти на поводу у эволюции. «Они вынуждены приспосабливаться к той средней температуре, которая будет» — сказал мне Логан.
Темпы теплового скачка ящериц настораживают Домингеса-Герреро. «Такая быстрая эволюция означает, что они испытывают сильный температурный стресс» — сказал он мне, — «и их поспешная адаптация, возможно, унесла много жизней, в результате чего выжившая популяция оказалась менее генетически разнообразной». В следующий раз, когда анолы будут вынуждены эволюционировать с такой скоростью, у них может не хватить исходного эволюционного материала. В исследовании, опубликованном в начале этого года, лаборатория Логана провела моделирование, которое подтверждает эту мысль. Модель показала, что животные, которые слишком быстро изменяют свою термоустойчивость, в итоге «настолько хорошо адаптируются к текущим условиям, что теряют все варианты, которые могли бы справиться с более изменчивыми условиями в дальнейшем», — сказал мне Логан. По его словам, такая чрезмерная адаптация иногда может сыграть важную роль в вымирании видов.
Несмотря ни на что, животное рано или поздно достигнет предела своего эволюционного потенциала. По словам Муньоса, некоторые из быстро эволюционирующих анолов, обитающих в Карибском бассейне, в настоящее время находятся на грани самых высоких температурных показателей, когда-либо зафиксированных среди их видов. И, вероятно, они не одиноки.
Оригинал: The Atlantic
