Воздействуя на личинки муравьёв, биологи получили необычайно крупных и сильных взрослых особей у видов, в которых подобные экземпляры ранее не наблюдались. Это объяснило некоторые аспекты скрытых механизмов эволюции.

Канадские биологи из университета Макгилла в кооперации с коллегами из Аризонского университета (University of Arizona)провели необычный опыт с муравьями рода Pheidole (большеголовые муравьи).

Род этот – один из трёх крупнейших у муравьёв и отличается большим разнообразием (более тысячи видов). А ещё интересен он тем, что его представители делятся на две субкасты — «малые» и «большие» рабочие. Последние также именуются солдатами – они защищают входы колонии от захватчиков.

Солдаты превосходят собратьев в первую очередь по размеру головы и челюстей. Но в восьми видах данного рода наблюдается ещё более интересная особенность – эпизодическое рождение так называемых суперсолдат, особей, превосходящих в размере даже муравья-солдата.

Гиганты изредка наблюдаются в некоторых колониях Pheidole в пустынях на юге США и в Мексике. Теперь же энтомологи обнаружили такие аномальные экземпляры в новых областях (например, на Лонг-Айленде).

Это подтолкнуло исследователей к рассуждениям о переменах в среде, стимулирующих появление новых признаков через целую цепочку воздействий. А после попыток воспроизвести такую цепь выяснилось, что рождение муравья-суперсолдата можно запрограммировать.

Учёные использовали метопрен — аналог естественного ювенильного гормона насекомых.

Применив его (местно) к личинкам нескольких видов муравьёв на критической стадии развития (когда ещё не была решена судьба особи – в какую субкасту рабочих она попадёт), авторы опыта успешно создали суперсолдат у видов P. morrisi, P. hyatti и P. spadonia.

Но самый интересный вывод ученые сделали, когда смогли детально рассмотреть полученных искусственно суперсолдат. Оказалось, что независимо от того, какие личинки брались для эксперимента (а, напомним, эксперименты ставились с тремя видами муравьев - P. morrisi, P. hyatti и P. spadonia), суперсолдат почти со 100% точностью можно было идентифицировать как представителей P. hyatti

ЭНе поверив сходству фенотипических признаков, ученые провели также  генетические исследования: они подтвердили, что кариотип суперсолдат имеет большее сходство с кариотипом P. hyatti нежели с кариотипом исходного вида. Фактически в результате эксперимента выяснено, что под действием химических веществ может быть изменен не только внешний облик организма, но и его генный портрет.

Следует отметить, что это открытие ставит под сомнение самую основу современной биологии. До сих пор считалось, что изменённые условия внешней среды ни коим образом не  могут изменять процесс построения тела, в том числе и построение хромосом и вообще зачатковых клеток для будущего поколения. Однако в случае с муравьями рода Pheidole  это оказалось не так. Изменение наследственности, приобретение новых свойств и их усиление в ряде последовательных поколений может определяться условиями жизни организмов. А это значит, ученым предстоит пересмотреть свое отношение к теории эволюции Ламарка.

Напомним, что одним из основных его положений   был постулат о том, что «видов в природе на самом деле не существует, есть только отдельные особи». Несмотря на то, что в целом в природе мы все же видим четкие границы между видами, эксперименты с муравьями показывает,  что кое-где эти границы могут быть весьма размытыми и виды могут «перетекать» один в другой просто под действием химического воздействия. Более того, эксперименты проливают свет на тайну  »темной материи» внутри нашего генома — той части ДНК, которая присутствует вне генов и не кодирует белки. Долгое время считавшаяся бесполезным балластом, доставшимся нам по недоразумению от предков, некодирующая ДНК получила полуформальное название «junk», что означает «хлам, утиль». Теперь же у ученых начинает складываться понимание того, что в недрах этой «темной материи» скрыты генотипы родственных организмов, признаки которых могут проявиться при изменении условий.

Стоит отметить, что именно эти принципы были положены в основу ныне забытой мичуринской агробиологии, давшей замечательные результаты для развития сельского хозяйства в Советском Союзе. Благодаря мичуринской селекции мы имеем тысячи сортов плодовых и ягодных растений, полученных в рекордно короткие сроки советскими селекционерами. К сожалению, мичуринские методики были незаслуженно забыты во второй половине 20 века. Теперь, после открытия канадских ученых, ученым предстоит по-новому перечитать труды того времени.

Интересно, что виды, использовавшиеся для экспериментов, достаточно далеко отстоят друг от друга на ветвях рода. Учёные заключили, что гормональное воздействие на строго определённой стадии развития личинки активировало дремлющие гены, наследованные данными видами от далёких предков.

Один из авторов эксперимента Раджендран Раджакумар (Rajendhran Rajakumar) объясняет: «Мы обнаружили древний „потенциал предков“ для развития новой субкасты суперсолдат, сохранённый по всему роду, развившемуся от 35 до 60 миллионов лет назад».

Получается, что спящие возможности, практически не используемые родом в нынешнее время, сохраняются в геноме всех его видов как потенциальное сырьё для модификаций. Причём сохраняются десятки миллионов лет, но могут быть активированы сразу же, как только в них возникнет надобность (под давлением перемен в окружающей среде).

Любопытно, что в тридцатые-пятидесятые годы в СССР появлялось много материалов, подтверждающих эту гипотезу  Однако тогда эксперименты велись исключительно с растениями. Так, С.К. Карапетяном в журнале «Агробиология» (1952 г.) в издании Армянской академии наук, был опубликован отчет о превращении граба в лещину под действием внешней среды, известны и широко обсуждались опыты  по трансформации сосны в ель, которые проводились еще в 1960-х годах в Латвии. В последующие годы они были признаны антинаучными, так как расходились с точкой зрения тогдашней генетики. Теперь можно однозначно говорить о том, что  в современной науке возникает понимание того, что в организме при внешних воздействиях могут проявиться столь  древние родовые черты, что границы вида оказываются размытыми.  Исследователи из Канады и США утверждают, что ученые до сих пор  недооценивали этот  источник эволюционной изменчивости и материала для естественного отбора.

(Подробности опыта изложены в статье в Science.)