В ходе самой сильной засухи за последние 1200 лет в Калифорнии определенные группы полевых цветов сумели не только выжить, но и адаптироваться к тяжелым условиям. Ученые установили, что эти растения спаслись благодаря быстрой генетической эволюции. Это первый случай в науке, когда подобное явление было зафиксировано в естественной дикой природе.
Жесткая засуха продолжалась с 2012 по 2015 год и стала причиной гибели более 100 миллионов деревьев в регионе. Этот сложный период был частью затяжной мегазасухи, которая началась еще в 2000 году и значительно усилилась из-за общих изменений климата. Несмотря на то, что недостаток воды убил даже самые стойкие к засухе растения, алый мимулюс продемонстрировал удивительную выживаемость. Обычно этот яркий красный цветок растет только во влажных местах, вдоль ручьев и родников.
Команда исследователей потратила 8 лет на изучение 55 различных популяций этого дикого цветка. Ученые внимательно следили за численностью растений в природе и расшифровывали их геномы для поиска генетических изменений. Ведущий автор исследования из Корнельского университета Дэниел Анстетт рассказал, что из-за экстремальной засухи количество цветов стремительно сокращалось, однако биологи нашли явные доказательства быстрой эволюции на уровне всего генома. Именно эти изменения помогли популяциям полностью восстановиться и избежать полного исчезновения.
Хотя всему виду в целом не угрожало вымирание, отдельные группы цветов находились на грани гибели, потеряв до 90% от своей максимальной численности. По словам эксперта, на полное восстановление этих популяций ушло около 2 или 3 лет. Биологи называют такой процесс эволюционным спасением. Оно происходит тогда, когда вид способен восстановиться после угрозы вымирания от внешних факторов, таких как сильная засуха. Спасение случается, когда у немногих выживших особей оказывается нужный набор генов, который позволяет им процветать в новых тяжелых условиях. В результате вся популяция постепенно отступает от грани исчезновения.
Ранее эволюционное спасение удавалось доказать только в лабораторных условиях. В дикой природе ученые наблюдали лишь частичные проявления этого процесса, например, устойчивость тасманийских дьяволов к раку или адаптацию рыб к загрязнению воды. Однако те прошлые исследования не давали полных доказательств того, что этот процесс действительно происходит в полной мере. Новая работа, по словам Дэниела Анстетта, предоставляет абсолютно точные доказательства того, что эволюция состоялась и привела к полному восстановлению численности популяции. Ученые собрали огромный объем данных о развитии цветов и их генах, что дало неоспоримую уверенность в реальности эволюционного спасения.
Алый мимулюс представляет собой многолетнее травянистое растение, которое каждый новый сезон вырастает заново из одних и тех же корней. Эти цветы опыляются колибри и могут достигать почти 1 метра в высоту и ширину. Данный вид обитает возле ручьев в Калифорнии и на юге штата Орегон. Для полного жизненного цикла и созревания семян этому цветку жизненно необходима проточная вода, поэтому он служит отличным природным индикатором засухи.
Когда наступает засуха и вода перестает течь, у растения остается всего 2 варианта действий. Оно может начать очень быстро расти, чтобы успеть дать цветы и семена до пика засухи, или же наоборот, сильно замедлить свой рост в надежде прожить еще один год. Дикие цветы выбрали именно вторую стратегию. Ученые увидели, что растения стали развиваться намного медленнее, стараясь переждать тяжелые времена и прожить как можно дольше. Такая тактика в биологии называется избеганием засухи.
Чтобы детально изучить этот сложный процесс, исследователи постоянно наблюдали за цветами на 19 разных участках. Каждый год они лично проверяли, выжили растения или погибли. Затем биологи собирали семена, выращивали их в своей лаборатории и измельчали полученные листья для выделения ДНК. С помощью ДНК специалисты расшифровывали полный геном растения, то есть его генетические инструкции. Ученые смогли увидеть эту быструю эволюцию, которая произошла всего за 7 лет. При этом генетические мутации, которые помогли цветку стать устойчивым к засухе, не были новыми, а появились очень давно. Растения, у которых были эти полезные признаки, смогли выжить и передать нужные мутации следующим поколениям через свои семена.
Следующий этап этого масштабного исследования может занять от 30 до 40 лет. Ученым предстоит выяснить, останутся ли эти спасительные мутации полезными для растений или же начнут им мешать, когда засуха полностью прекратится. Новые доказательства эволюционного спасения не делают проблему изменения климата менее опасной. Однако они дают надежду на то, что в природе может существовать больше растений и животных, способных проявить невероятную стойкость в самых экстремальных условиях. Главным условием для такого спасения является генетическое разнообразие вида. Это означает, что усилия экологов по сохранению популяций растений на максимально широких территориях по-прежнему остаются критически важными, пишет CNN.
