Ewolucja myszy wiejskiej i miejskiej
Miasta mogą nie wydawać się środowiskiem ewolucji. Lasy tropikalne – bardziej. Wyspy Galapagos – z pewnością. Ale Central Park?
Tak również Central Park. Wszędzie, gdzie jest życie, jest ewolucja. Organizmy rozmnażają się, przekazując geny potomstwu. Niektóre odmiany tych genów mogą stać się powszechniejsze w kolejnych pokoleniach dzięki szczęśliwemu rzuceniu „kości” genetycznych. Mogą jednak także stać się powszechniejsze przez działanie doboru naturalnego – bo sprawiają, że noszące je zwierzę ma większe szanse przeżycia i rozmnożenia się niż inne. Taka przewaga zależy w dużej mierze od ich otoczenia. Jeśli otoczenie zmienia się radykalnie – jeśli na przykład, ludzie ścinają lasy i budują drapacze chmur – to nowy zestaw mutacji może dać organizmom przewagę ewolucyjną.
Jason Munshi-South, naukowiec z Baruch College, zajmuje się bardzo ciekawymi badaniami ewolucji miejskiej na zielonych terenach Nowego Jorku. Nowy Jork rósł przez ponad trzy stulecia, ale dwadzieścia procent pozostaje do dzisiaj zalesiona i nadal stanowi dom dla rozmaitych dzikich zwierząt, roślin i innych organizmów. Nowojorczycy mogą myśleć, że ich natura składa się wyłącznie z karaluchów, ale ulice i rzeki tego miasta pełne są również innych gatunków. Niektóre, jak kojoty w Bronxie, są nowymi przybyszami, ale inne nigdy nie odeszły. Rdzenna bioróżnorodność Nowego Jorku ma jeszcze wiele niespodzianek dla biologów – popatrz na przykład na nowy gatunek żab odkrytych na Staten Island w 2012 r. (Patrz ten artykuł z 2011 r., jaki napisałem dla „New York Times” o innych przykładach ewolucji w Nowym Jorku.)
Jednym ze zwierząt, jakie bada Munshi-South, jest myszak białostopy, Permoyscus leucopus. Nie jest to mysz domowa, która przeszukuje szafki kuchenne w mieszkaniach w Nowym Jorku. Myszak białostopy żył w lasach Nowego Jorku zanim przybyli Europejczycy i został w tych lasach, kiedy skurczyły się do wielkości parkowych wysp. Podczas gdy mysz domowa bez zastanowienia przebiegnie przez Broadway w poszukiwaniu żywności, myszaki białostope są znacznie bardziej bojaźliwe. Kiedy zalesiona ziemia w Nowym Jorku została podzielona na izolowane wyspy, podzieliła się też jej populacja myszy.
Munshi-South zastanawiał się, czy te gryzonie zboczyły ze swojej trajektorii ewolucyjnej, oddzieliły się od myszaków białostopych, który żyją w lasach poza Nowym Jorkiem. Kiedy w populacji myszaków w Nowym Jorku powstają nowe mutacje, mogą one rozejść się szeroko, ale tylko na tej miejskiej wyspie. W porównaniu do swoich wiejskich krewnych myszaki Nowego Jorku mogą stawać przed innymi wyzwaniami. Powietrze, którym oddychają i ziemia, w której grzebią, są bardziej zanieczyszczone. Mogą napotykać więcej patogenów, bo Nowy Jork jest węzłem komunikacyjnym dla podróżnych. Myszaki nowojorskie żyją także w bardziej zagęszczonych populacjach, co może znaczyć, że muszą bardziej konkurować o pokarm i partnerów. Munshi-South postawił hipotezę, że przez ostatnich dwieście lat miejskie myszaki zaadaptowały się do tych wyzwań w sposób, w jaki nie zrobili tego ich wiejscy kuzyni.
Dla sprawdzenia tej hipotezy Munshi-South i jego studenci złapali myszaki w różnych miejscach miasta, włącznie z Central Park. Wybrali się także poza miasto, żeby schwytać myszaki żyjące w lasach, które nie stykają się z naciskami życia miejskiego. Następnie popatrzyli na geny jednych i drugich. Geny noszą ślady izolacji, w jakiej żyją myszaki miejskie. Myszaki z dwóch parków w Nowym Jorku bardziej różnią się genetycznie niż wiejskie myszaki z dwóch różnych stanów.
Munshi-South i jego koledzy poszukali następnie różnic genetycznych między myszakami miejskimi i wiejskimi, które mogą być wynikiem doboru naturalnego. Podobnie jak inne organizmy myszaki białostope tworzą kopie swoich genów z cząsteczki zwanej RNA, której używają jako przewodnika do budowania białek. Naukowcy wydobyli cały RNA z tkanki wątroby i mózgu swoich myszaków, w sumie około 200 zwierząt. Zsekwencjonowali fragmenty RNA i użyli komputera do zrekonstruowania sekwencji genów myszaka.
Kiedy mogli już zobaczyć sekwencję tych genów, poszukali mutacji, które nosiły oznaki rozprzestrzeniania się dzięki doborowi naturalnemu. Znaleźli garść genów u myszaków miejskich, które wydawały się ewoluować z powodu doboru naturalnego. W wielu wypadkach funkcje tych genów są dokładnie tego rodzaju, jakie można oczekiwać u myszaka miejskiego. Wiadomo, że niektóre z nich są zaangażowane w rozpoznawanie patogenów, a inne pomagają rozpocząć atak układu odpornościowego na patogeny. Jeszcze inne pomagają w detoksykacji zanieczyszczeń. Te geny nie tylko ewoluowały stosunkowo szybko – co najwyżej w ciągu dwustu lat – ale także ewoluowały wielokrotnie. We wszystkich parkach dobór naturalny faworyzował te same adaptacje.
Obecnie te geny są tylko obiecującymi kandydatami na cele doboru naturalnego. Badacze będą musieli zbadać je bliżej i zobaczyć, czy ich mutacje rzeczywiście zmieniają pod ważnymi względami biologię myszaka miejskiego. Będzie fascynujące zobaczenie, jak rozwijał się ten wielki eksperyment ewolucyjny, jakim jest Nowy Jork. Może się okazać, że miejska ewolucja przekształca gatunki w nieoczekiwany sposób. Wśród genów, które pokazują możliwe ślady doboru naturalnego u myszaków białostopych w Nowym Jorku, są także geny zaangażowane w plemniki. W stłoczonych populacjach myszaków w parkach Nowego Jorku samce mogą konkurować bardziej intensywnie, by zostać ojcami kolejnego pokolenia. Może w wielkim mieście zachodzi rewolucja seksualna.
The evolution of the country mouse and the city mouse
The Loom, 20 kwietnia 2013
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.