Московские лягушки приспособились к загрязнению

Даже к таким условиям приспособились обитатели московских водоемов – травяная, остромордая и озерная лягушки. Выжить в городских условиях им нелегко, об этом свидетельствует широкая изменчивость развития зародышей. Фото с сайта www.citysphere.ru/2007/05/21/761/

Широкая изменчивость морфогенеза зародышей лягушек, вынужденных существовать в агрессивной среде московских производств, все же не влияет на общий ход онтогенеза. Она лишь позволяет зародышам выжить в условиях химического загрязнения, а генетические механизмы строго регулируют направление онтогенеза, свойственного каждому отдельному виду.

В современном мире человек навязывает окружающим животным и растениям свою среду обитания: городской ландшафт, производство с дымящими трубами и стоками, почву с гербицидами и пестицидами... В этих условиях вопрос об адаптации стоит очень остро: кто не смог быстро приспособиться к альтернативной химической среде, вынужден покинуть арену бытия. То есть популяция вынуждена или быстро приспособиться к агрессивным условиям среды, или исчезнуть. Некоторые ученые считают, что человек меняет среду обитания так быстро, что эволюция просто не может угнаться за этими изменениями. Но действительность оказывается не столь устрашающей. Ведь многие виды птиц, рыб, амфибий вполне успешно прописались в городах. К таким вполне приспособившимся к загрязнению животным относятся и лягушки, обитающие в черте города: травяная, озерная и остромордая . Е.А.Северцова и А.С.Северцов с кафедры биологической эволюции биологического факультета МГУ поставили целью выяснить, как именно лягушкам удалось приспособиться к загрязненным водоемам Москвы. Ключевым моментом они видели изменение онтогенетического сценария в условиях загрязнения. Ведь адаптивная эволюция должна так или иначе повернуть привычный ход развития, чтобы привести своего подопечного к новому состоянию морфологии или физиологии. Для лягушек решено было изучить самое начало адаптационного пути – то, которое можно зарегистрировать на уровне гаструлы . На этой стадии у однослойного зародыша – бластулы начинает вворачиваться кишка, формируется вторичная полость тела, клетки будущей нервной трубки поднимаются к спинной стороне зародыша. Именно на этой стадии развития зародыши больше всего гибнут из-за антропогенного загрязнения.

Согласно теории, адаптация к изменяющейся среде складывается из двух компонентов – генетических изменений и негенетических, возникающих под влиянием среды обитания. Генетические изменения – закрепленные в геноме мутаци или смещенные частоты аллелей, позволяющие приспособиться к новым условиям. Вторая компонента названа эпигенетической, то есть надгенетической. Этот термин весьма широк и используется в самых различных смыслах. Например, эпигенетической наследственностью называют передачу потомству признаков, «записанных» не в последовательности нуклеотидов ДНК, а в различных иных модификациях наследственного материала (один из примеров – метилирование ДНК). Также эпигенезом называется перебор конечного числа разрешенных онтогенетических путей, не имеющих летальных последствий для организма. Предполагается, что эти пути развтия закреплены в геноме изначально, и в зависимости от внешних условий генные регуляторы могут переключать онтогенез с одного пути на другой. Не говоря уже об изначальном смысле этого термина, том самом, который понимался еще в 18 веке: развитие путем создания нового (в противоположность преформизму – развитию путем разворачивания готовых зачатков). Но у Северцовых под эпигенезом попросту имеется в виду изменчивость темпов морфогенеза под влянием факторов среды.

Внешние условия могут повлиять на темпы формирования различных морфологических структур. Это влияние выразится в рассогласованности развития тканей и органов зародыша. Вот только степень этой рассогласованности может быть разной в зависимости от состояния популяции; верхний предел онтогенетической изменчивости диктуется заданной жесткостью онтогенетического сценария. Этот параметр – допустмые границы изменчивости – является, по-видимому, видовой характеристикой.

В этой работе ученые предложили количественные показатели для оценки рассогласованности развития гаструлы. Это 1) общая изменчивость морфологических структур и 2) скоррелированность их развития.

В разных районах Москвы (Раменки – загрязнение хлоридами и сульфидами, Востряково – железо, цинк и свинец, Братеево – нефтепродукты) у всех лягушек регистрировалась повышенная смертность по сравнению с подмосковными лягушками. Но изменчивость гаструл была при этом примерно одинакова у московских и подмосковных лягушек. Четкая согласованность развития регистрировалось только для озерной лягушки, для других лягушек (как московских, так и подмосковных) диапазон рассогласованности был примерно одинаков. При этом изменчивость развития очень мало влияла на согласованность развития. Даже при весьма вольных темпах развития отдельных признаков, их взаимозависимость приводит к более или менее слаженному ходу общего развития. Таким образом, получается, что факторы среды вызывают широкую изменчивость зародышей, позволяющую выжить в агрессивной среде. А генетическая регуляция постоянно возвращает уклоняющиеся варианты развития в нужном направлении.