Эволюция — это длительный и медленный процесс, в ходе которого происходят крошечные изменения, передаваемые из поколения в поколение. В результате возникают новые адаптации и даже новые виды. Однако, когда живые существа сталкиваются с резкими изменениями в окружающем мире, они иногда быстро адаптируются, чтобы лучше выживать.
Недавно учёные обнаружили пример эволюции в реальном времени в коллекции Филдовского музея в Чикаго. Сравнивая черепа бурундуков и полевок из района Чикаго за последние 125 лет, исследователи нашли доказательства того, что эти грызуны адаптируются к жизни в условиях растущего города.
«Музейные коллекции позволяют вам как бы путешествовать во времени», — говорит Стефани Смит, маммалог и менеджер лаборатории XCT в Филдовском музее, соавтор исследования, опубликованного в журнале Integrative and Comparative Biology.
«Вместо того чтобы ограничиваться изучением образцов, собранных в рамках одного проекта или за время жизни одного человека, коллекции естественной истории позволяют взглянуть на вещи в более широком эволюционном масштабе».
Коллекция млекопитающих Филдовского музея насчитывает более 245 000 образцов со всего мира, но особенно хорошо представлены животные из Чикаго, где расположен музей. Более того, эти коллекции представляют разные моменты времени на протяжении прошлого века.
«У нас есть вещи, которым более 100 лет, и они в таком же хорошем состоянии, как и те, что были собраны буквально в этом году», — говорит Смит. «Мы подумали, что это отличный ресурс, который стоит использовать».
Исследователи выбрали двух грызунов, часто встречающихся в Чикаго: восточных бурундуков и восточных полевых полёвок. «Мы выбрали эти два вида, потому что у них разная биология, и мы подумали, что они могут по-разному реагировать на стресс, связанный с урбанизацией», — говорит Андерсон Фейжо, помощник куратора млекопитающих в Филдовском музее и соавтор исследования.
Бурундуки принадлежат к тому же семейству, что и белки, и большую часть времени проводят на открытом воздухе, где питаются разнообразной пищей, включая орехи, семена, фрукты, насекомых и даже лягушек. Полёвки более близки к хомякам. Они в основном едят растения и проводят много времени в подземных норах.
Двое соавторов исследования, стажёрки Филдовского музея Алисса Стрингер и Луна Биан, измерили черепа 132 бурундуков и 193 полёвок. Команда сосредоточилась на черепах, потому что черепа содержат информацию о сенсорных системах и рационе животных, и они, как правило, коррелируют с общим размером тела.
«По черепам мы можем сказать немного о том, как животные меняются во многих разных, эволюционно значимых отношениях — как они справляются со своей средой и как они воспринимают информацию», — говорит Смит.
Стрингер и Биан измерили различные части черепов, отметив такие параметры, как общая длина черепа и длина рядов зубов. Они также создали трёхмерные сканы черепов 82 бурундуков и 54 полёвок. Эта часть анализа, называемая геометрической морфометрией, включала в себя цифровое наложение сканов черепов друг на друга и сравнение расстояний между различными точками на них.
Эти анализы выявили небольшие, но значительные изменения в черепах грызунов за последнее столетие. Черепы бурундуков со временем стали больше, но ряд зубов по бокам их рта стал короче. Костные выступы в черепах полёвок, в которых расположено внутреннее ухо, со временем уменьшились. Но было неясно, почему они меняются.
Чтобы найти объяснение этим изменениям, учёные обратились к историческим записям о температуре и уровне урбанизации. «Мы очень старались придумать способ количественной оценки распространения урбанизации», — говорит Фейжо.
«Мы использовали спутниковые снимки, показывающие площадь, покрытую зданиями, начиная с 1940 года». (Образцы старше 1940 года были либо из районов, которые в 1940 году всё ещё были дикими, и, таким образом, можно было с уверенностью предположить, что они были дикими и до этого, либо из высокоурбанизированных районов, таких как центр Чикаго.)
Исследователи обнаружили, что изменения климата не объясняют изменения в черепах грызунов, но степень урбанизации — да. Различные способы изменения черепов животных могут быть связаны с различным воздействием на них всё более урбанизированной среды обитания.
«За последнее столетие чикагские бурундуки стали крупнее, но их зубы стали меньше», — говорит Фейжо. «Мы полагаем, что это, вероятно, связано с тем, чем они питаются. Они, вероятно, едят больше пищи, связанной с человеком, что делает их крупнее, но не обязательно здоровее. Между тем их зубы стали меньше — мы думаем, это потому, что они едят меньше твёрдой пищи, такой как орехи и семена, которыми они обычно питались».
У полёвок, с другой стороны, уменьшились слуховые капсулы — костные структуры, связанные со слухом. «Мы думаем, что это может быть связано с громкостью города — уменьшение этих костей может помочь снизить избыточный шум окружающей среды», — говорит Смит.
Хотя эти грызуны смогли эволюционировать и немного измениться, чтобы облегчить жизнь среди людей, вывод не в том, что животные просто адаптируются ко всему, что мы им подбрасываем. Скорее, эти полёвки с меньшими ушными костями и бурундуки с меньшими зубами — доказательство того, как глубоко люди влияют на нашу окружающую среду и нашу способность делать мир более сложным для жизни наших собратьев-животных. Это тревожный сигнал.
«Эти результаты ясно показывают, что вмешательство в окружающую среду оказывает заметное влияние на дикую природу», — говорит Фейжо. «Изменения, вероятно, происходят у вас под носом, и вы не видите их, если не используете такие ресурсы, как музейные коллекции», — говорит Смит.