Взлет и падение видов: новые данные подтверждают старую идею «эволюционного цикла»

Детальный анализ пространственно-временного распространения 140 вымерших видов моллюсков показал, что виды проходят в своем развитии этапы роста, расцвета и упадка. После появления вида его «распространенность» (площадь ареала и частота встречаемости) постепенно растет в течение нескольких миллионов лет, ненадолго достигает максимума и затем постепенно снижается.

Виды редко вымирают внезапно, находясь на пике численности; вымиранию обычно предшествует длительный период упадка. Новые данные подтвердили старую идею «эволюционного цикла», популярную в первой половине XX века, но затем вышедшую из моды.

Развитие «усредненного» рода и вида. По горизонтальной оси — условное время, выраженное в долях от общей продолжительности жизни рода (вида). По вертикальной оси — доля палеонтологических коллекций данного геологического возраста, в которых присутствует род (вид). Рис. из обсуждаемой статьи в Science Развитие «усредненного» рода и вида. По горизонтальной оси — условное время, выраженное в долях от общей продолжительности жизни рода (вида). По вертикальной оси — доля палеонтологических коллекций данного геологического возраста, в которых присутствует род (вид). Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Идея о том, что таксоны (виды, роды, семейства и т. д.) проходят в своем развитии закономерные стадии молодости, зрелости и старости, высказывалась многократно начиная еще с XIX века. В принципе, такая этапность в развитии многих крупных таксонов видна в палеонтологической летописи, что называется, невооруженным глазом. Объяснения этому предлагались самые разные: от довольно абстрактных и даже идеалистических (вроде исчерпания «жизненной силы») до вполне материалистических и конкретных (см. ссылки внизу). Во второй половине XX века идея эволюционного, или филогенетического цикла стала выходить из моды — отчасти из-за идеалистического «привкуса», отчасти из-за отсутствия надежных статистических доказательств реальности данного феномена. Чтобы получить доказательства, нужны были обширные, подробные и достоверные палеонтологические базы данных.

Сегодня такие базы уже существуют, и среди них одной из самых качественных и детализированных по праву считается FRED (The Fossil Record Electronic Database), содержащая сведения о палеонтологических коллекциях, собранных в Новой Зеландии и прилегающих районах.

Майкл Фут (Michael Foote), известный специалист по эволюции биоразнообразия из Чикагского университета, и его коллеги из Новой Зеландии использовали эту базу данных для поиска закономерностей в развитии разных видов и родов ископаемых новозеландских моллюсков. Надо сказать, что большинство имеющихся палеонтологических сводок позволяет проводить статистический анализ только на родовом и более высоких таксономических уровнях, а данные на уровне видов обычно либо недостаточно детальны, либо сомнительны. FRED в этом смысле представляет собой приятное исключение.

Исследователи выбрали для своего анализа 140 видов кайнозойских моллюсков, данные по которым оказались наиболее достоверными и подробными. Все эти виды появились и вымерли примерно от 40 до 3 млн лет назад. Были использованы только вымершие виды, чтобы можно было проследить всю их судьбу целиком — от рождения до смерти. Для датировки коллекций в FRED используется ярусная (вековая) шкала, то есть возраст каждой коллекции (и, соответственно, каждой отдельной находки) известен с точностью до века (это в среднем примерно 2 млн лет). Чтобы при таком временном разрешении можно было заметить какие-то изменения, происходящие с видом во времени, ученые рассматривали только виды, известные не менее чем из трех последовательных веков. Все исследованные виды, кроме двух, являются новозеландскими эндемиками, то есть не известны из других регионов.

Для каждого вида была вычислена его «встречаемость» или «распространенность» (occupancy) на каждом этапе его существования, то есть отдельно для каждого века, в котором существовал вид. В качестве меры «встречаемости» использовали просто-напросто долю коллекций данного возраста, в которых присутствует данный вид. Авторы показали, что эта мера коррелирует с площадью видового ареала (что вполне естественно). Кроме того, сравнивая коллекции современных и ископаемых новозеландских моллюсков и «встречаемость» в них одних и тех же видов, исследователи показали, что палеонтологическая «встречаемость» очень хорошо коррелирует с современной. Это значит, что результаты исследования не должны быть сильно искажены неполнотой летописи.

Полученные результаты показаны на рисунке. Оказалось, что 56% видов демонстрируют схожую динамику встречаемости: в начале своей истории они сравнительно редки, потом в какой-то момент достигают максимальной встречаемости, а затем снова становятся более редкими. Иными словами, имеется один выраженный кратковременный пик встречаемости, не совпадающий ни с первым, ни с последним веком существования вида. Диаграммы, соответствующие этим видам, на рисунке выделены черным. Лишь 16% видов достигли максимального распространения в самый первый век своей жизни, 14% — в последний, а по остальным 14% видов результаты получились неопределенные (либо вообще нет выраженного пика, либо их два и т. п.).

Затем авторы объединили все 140 диаграмм в один обобщенный график, показывающий усредненную динамику развития вида; аналогичная работа была проделана и на уровне родов (см. рисунок в начале заметки). Получился самый типичный «эволюционный цикл» с ростом, коротким расцветом и упадком, который для изученных 140 видов неизменно заканчивался вымиранием. На родовом уровне картина получилась точно такая же. Впрочем, на родовом и семейственном уровнях такие картинки были получены и раньше (в качестве меры «встречаемости», за неимением данных по отдельным находкам, использовалось видовое или родовое разнообразие таксона).

Например, для семейств морских ежей при помощи сходной методики нами был получен очень похожий куполообразный усредненный график еще в 1994 году (Марков А.В., Наймарк Е.Б. 1994. Динамика филогенетических процессов в надвидовых биосистемах // Палеонтол. журн. № 3 C. 3–12). Однако то, что на видовом уровне дело обстоит точно так же — это результат действительно новый и важный. Надо сказать, что те механизмы, которые предлагались ранее для объяснения «филогенетических циклов» у надвидовых таксонов (см. ссылки внизу), не подходят для объяснения такой же динамики на уровне видов, или, по крайней мере, нуждаются в серьезной модификации.

К статье прилагаются пространные дополнительные материалы с множеством графиков, которые доказывают достоверность и статистическую значимость полученных результатов.

Динамика «встречаемости» 140 ископаемых видов новозеландских моллюсков в течение их жизни. Каждая диаграмма соответствует одному виду, каждый столбик диаграммы — одному веку, время идет слева направо. Все диаграммы для наглядности «растянуты» до одной и той же ширины, хотя реальное время существования видов было различным. Цифры слева и справа от диаграммы показывают время появления и вымирания вида в миллионах лет назад. Рис. из обсуждаемой статьи в Science Динамика «встречаемости» 140 ископаемых видов новозеландских моллюсков в течение их жизни. Каждая диаграмма соответствует одному виду, каждый столбик диаграммы — одному веку, время идет слева направо. Все диаграммы для наглядности «растянуты» до одной и той же ширины, хотя реальное время существования видов было различным. Цифры слева и справа от диаграммы показывают время появления и вымирания вида в миллионах лет назад. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Результаты, полученные Футом и его коллегами, не подтвердили предположение о том, что виды достигают максимального расцвета (наибольшего географического распространения, численности, биомассы и т. д.) вскоре после своего появления, то есть еще в «ранней молодости». Такое мнение было основано, в частности, на некоторых современных наблюдениях, когда под воздействием человека отдельные виды (например, случайно занесенные из другого региона) стремительно распространялись по огромным территориям. В природе, по-видимому, такое происходит редко, и новому виду обычно требуется несколько миллионов лет, чтобы полностью реализовать свой эволюционно-экологический потенциал, то есть реально заселить все места, которые он в принципе способен заселить.

Другой важный вывод состоит в том, что виды редко вымирают внезапно, находясь на пике своего развития. Вымиранию обычно предшествует довольно долгий период упадка. Это значит, что палеонтологическая история вида позволяет судить о вероятности его вымирания в наши дни: наибольшей опасности подвергаются те виды, которые уже миновали пик своего развития и находятся в фазе упадка.

Полученные данные противоречат также распространенному мнению о том, что в эволюции должны чередоваться короткие периоды «становления» и долгие периоды «стазиса». В действительности виды, по-видимому, почти не задерживаются на максимальном достигнутом уровне и практически сразу переходят от роста к упадку.

Характерно, что авторы даже не пытаются предложить какую-то связную гипотезу о механизмах загадочного «старения» видов. Для подобных гипотез пока нет достаточных фактических оснований, а голословные рассуждения на страницах Science не приветствуются.

Источник : Michael Foote, James S. Crampton, Alan G. Beu, Bruce A. Marshall, Roger A. Cooper, Phillip A. Maxwell, Iain Matcham. Rise and Fall of Species Occupancy in Cenozoic Fossil Mollusks // Science. 2007. V. 318. P. 1131–1134.
(www.elementy.ru
Александр Марков)

Ещё в разделе

Утконос эволюционировал медленнее, чем другие млекопитающие

В эпоху динозавров образ жизни утконоса был почти таким же, как сейчас. Уже 120 млн. лет назад необычный представитель семейства млекопитающих развил способность находить добычу с помощью особого органа на клюве, воспринимающего электромагнитные сигналы.

Живучий гибрид шимпанзе и человека

Возникший более полувека назад гибрид оказался настолько живучим, что его популяция уже угрожает обоим родительским видам. Учёные гадают, имеют ли они право вмешаться в ход эволюции и истребить гибридную саламандру.

Устойчивое существование популяции обеспечивается негенетической «памятью поколений»

При помощи имитационного моделирования российским ученым удалось показать, что материнский эффект — негенетическая передача от матери к потомству информации о длине светового дня и обилии пищи — играет важную роль в сезонных изменениях способов размножени

Найдены свидетельства вариативной жестикуляции у человекообразных обезьян

Учёные из Йерксского центра изучения приматов при Университете Эмори в Атланте, штат Джорджия (США), установили, что бонобо и шимпанзе используют разнообразные движения конечностей намного выразительнее, чем мимику и голосовые сигналы.

Теория эволюции Чарльза Дарвина: за и против

В 1859 году Чарльз Дарвин (1809-1882) опубликовал свою работу «Происхождение видов путем естественного отбора». В этой монографии Дарвин утверждал, что формы жизни являются результатом не творческой деятельности разумного Творца, а изменчивости, наследств

"Хоббитов" признали здоровыми

Как доказывают последние исследования, останки маленького древнего человека, жившего на отдаленном индонезийском острове Флорес 18 тысяч лет назад, принадлежат представителю нового человеческого вида, а не представителю Homo sapiens, страдавшему от генети

Неандертальцы ели соплеменников

Жизнь неандертальцев была настолько нелегкой, что древние люди вынуждены были поедать своих мертвых соплеменников, спасаясь от голода. К такому выводу пришла команда испанских ученых во главе с Антонио Росасом из Национального музея естествознания в Мадри

Как земноводные учились превращаться

Три пары наружных жабр — самый броский из отличительных признаков личинок хвостатых амфибий (фото © Javier Fuentes с сайта www.sierradebaza.org) У примитивных земноводных изменения строения животного при переходе от водной жизни к наземной были растянут

Дюймовочка-буйвол дополнила картину филиппинской эволюции

Биологи давно заметили, что жизнь в изолированных экосистемах часто развивается необычно. Нередко странности происходят и с размерами животных. Впрочем, не такие это и чудеса — для них есть свои закономерности. Но когда учёные нашли миниатюрного буйвола,

Как стареют растения

У растений, по всей видимости, нет единого общего механизма старения. Разные растения стареют не только с разной скоростью, но и в силу разных причин. Известны и случаи «нестареющих растений». В ходе эволюции неоднократно происходили переходы от долгоживу

Окаменелости отбрасывают назад происхождение ключевых групп растений на миллионы лет

Окаменелости отбрасывают назад происхождение ключевых групп растений на миллионы лет

Палеоботаники, исследующие место у Мертвого моря, обнаружили удивительную связь между сегодняшними хвойными лесами в Южном полушарии и невообразимо отдаленным временем, разорванным глобальным катаклизмом. Изысканно сохранившиеся окаменелости растений показывают подокарпы, группу древних вечнозеленых растений, включающую древесину Желтого дерева Южной Африки (Podocarpus latifolius)  и красную сосну Новой Зеландии, которые процветали в Пермский период более 250 миллионов лет назад.

Обнаружены еще родственники динозавров

Обнаружены еще родственники динозавров

Группа ученых, в которую вошли представители из разных стран в том числе и с России, смогла доказать, что щелезубы – семейство млекопитающих из отряда насекомоядных – сохранились на нашей планете со времен древних ящеров. Установить этот факт удалось после анализа ДНК вышеупомянутого животного.

Карликовые головоногие моллюски «приписали» себе еще один вид

Карликовые головоногие моллюски «приписали» себе еще один вид

Биологи Ян-Мари Страгнел (Jan Maree Strugnell) из Университета Джеймса Кука и Мэнди Рейд (Mandy Reid) из Исследовательского института Австралийского музея смогли обнаружить и описать новый вид карликовых головоногих моллюсков, принадлежащих к отряду сепиолид.

Климатические условия отрицательно сказались на насекомых

Климатические условия отрицательно сказались на насекомых

Благодаря последнему исследованию удалось выяснить, что в связи с повышением средней температуры воздуха размеры тела у многих видов жуков начинают уменьшаться. Нет информации о том, как продолжался этот процесс на протяжении последних столетий, но стало известно, что за почти полвека длина тела у многих крупных жуков уменьшилась на 20%.

Появились новые космические путешественники

Появились новые космические путешественники

В одном авторитетном издании появилась статья о том, что вирусы способны путешествовать в космосе. До настоящего момента было принято считать, что вышеупомянутой способностью обладают только бактерии или археи. И теперь, по мнению ученых, наступило время поговорить о новом научном направлении – астровирусологии.

Эволюция человека: популярный «стереотип» – сломан!

Эволюция человека: популярный «стереотип» – сломан!

Группа ученых из Института Макса Планка и Гавайского университета в Маноа, после проведенного исследования, пришла к выводу, что древние Homo sapiens несколько раз покидали Африку и смешивались с другими гоминидами.

Имел ли тирекс уникальное смертельное оружие

Имел ли тирекс уникальное смертельное оружие

Палеонтолог Стивен Стэнли (Steven Stanley) из Гавайского университета в Маноа уверен, что маленькие передние лапы одного из самых страшных ящеров прошлого – тираннозавра, выполняли роль так называемой «машины для убийства». Ученый утверждает, что именно этими миниатюрными лапками динозавр наносил своей жертве смертельные раны.

Уникальная находка китайских ученых открыла новые грани в эволюции деревьев

Уникальная находка китайских ученых открыла новые грани в эволюции деревьев

Китайские ученые нашли несколько прекрасно сохранившихся окаменелостей деревьев, возраст которых составляет около 390 млн. лет. По всем признакам деревья принадлежали к вымершему классу кладоксилопсидов. Главным отличием этих растений, были внешние – по форме они напоминали грибы. Кроме того, были и отличия в строении, в частности, речь идет о структуре водопроводящих тканей.

Новое открытие в эволюции организмов

Новое открытие в эволюции организмов

Группа ученных из разных стран под руководством Ричарда Ленски опровергла общепринятую гипотезу, следуя которой эволюция прекращается, после максимального приспособления вида к окружающей среде. Говоря иными словами – после достижения эволюционного оптимума.

Английские палеонтологи нашли уникальные останки

Английские палеонтологи нашли уникальные останки

Палеонтологами из Бирмингемского университета были найдены останки древнего морского ящера – ихтиозавра. Уникальность находки состояла в том, что в животе ящера находилось огромное количество кальмаров. Исследователи полагают, что животное могло умереть в результате переедания. Ученые представили материалы своего исследования в одном из авторитетных научных изданий.

Оценка:

Пока комментариев нет