Американские ученые-эволюционисты ответили на вопрос, почему в тропиках так много видов животных и растений, а в умеренных широтах мало. С помощью фактов и очень аккуратных расчетов они показали, что в тропиках видообразование идет гораздо интенсивнее, чем в умеренной и холодной зонах. Результирующий разрыв разнообразия еще больше увеличивается за счет низкой скорости вымирания в тропиках. Из-за конкурентного вытеснения некоторые из тропических видов со временем перемещаются в высокие широты, где конкуренция заметно ниже. Так работает «экваториальная помпа» — механизм, ответственный за загадочную неравномерность видового разнообразия в низких и высоких широтах.

Тропические моллюски гораздо разнообразнее холодноводных. Так было всегда (фото с сайта www.richard-seaman.com)

Тропические моллюски гораздо разнообразнее холодноводных. Так было всегда (фото с сайта www.richard-seaman.com)

На страницах журнала Science трое известнейших американских эволюционистов Дэвид Яблонски ( David Jablonski), Каустув Рой ( Kaustuv Roy) и Джеймс Валентайн ( James W. Valentine) из Университетов Чикаго, Беркли и Сан-Диего, рассуждают о плацдарме эволюции. Вот уже не меньше века — с тех пор как ученые затеяли инвентаризацию земного биологического разнообразия — существует загадка тропиков: Почему в тропиках видов так много, а в высоких широтах мало? Причем, судя по палеонтологическим данным, так было всегда, а не только в наши дни.

Вариантов ответов тут может быть много, включая и плохую изученность той или иной флоры или фауны, разную степень сохранности ископаемого материала из тропических и умеренных зон. Вместе с тем здравый смысл и научная интуиция заставляют признать, что это глобальное явление, а не артефакт, и его следует объяснять объективными причинами, связанными с эволюцией видов и сообществ. Поэтому обычно многочисленность тропических видов находит два наиболее вероятных объяснения: либо тропики — это колыбель эволюции, либо это ее музей. Колыбелью эволюции тропики можно назвать, если там идет более интенсивное, чем в холодных зонах, видообразование, а тропическим музеем — если там снижена скорость вымирания.

С момента опубликования в 1974 году (G. L. Stebbins. "Flowering Plants: Evolution above the Species Level". Belknap, Cambridge, MA, 1974) эти две знаменитые гипотезы ожидали проверки фактическими данными. Казалось бы, что тут сложного: взять палеонтологическую летопись, да и сравнить, какие виды, роды и семейства появлялись и вымирали в тропиках и в высоких широтах. Однако палеонтологическая летопись гораздо менее надежна, чем учет в загсах и паспортных столах, поэтому в суммарных подсчетах разнообразия будет такое число ошибок, какого не стерпит научный скептицизм.

Только сейчас палеонтологам удалось накопить по некоторым группам животных достаточное количество надежных данных для подобного анализа. Одна из самых хорошо изученных и надежных во всех отношениях групп — двустворчатые моллюски периода неогена (23 млн лет назад–настоящее время). Для этой группы палеонтологическая летопись признана относительно полной, и можно уверенно оценить ошибку неодинаковой сохранности ракушек в тропиках и умеренной зоне.

Число родов двустворчатых моллюсков в тропиках и во внетропической зоне. Слева (А,С и Е): в тропиках появилось примерно в два раза больше родов, чем во внетропических зонах. Три правые гистограммы (B, D и F) показывают, что большая часть зародившихся в тропиках моллюсков впоследствии расселилась в холодноводные бассейны. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Число родов двустворчатых моллюсков в тропиках и во внетропической зоне. Слева (А,С и Е): в тропиках появилось примерно в два раза больше родов, чем во внетропических зонах. Три правые гистограммы (B, D и F) показывают, что большая часть зародившихся в тропиках моллюсков впоследствии расселилась в холодноводные бассейны. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Расчеты показали, что скорость появления видов и родов двустворок в тропиках как минимум в два раза выше, чем в высоких широтах. Это можно увидеть на приведенной диаграмме. Какова же была судьба этих зародившихся в тропиках видов? Некоторые виды вымерли. Скорость вымирания двустворок в тропиках примерно в три раза ниже, чем в высоких широтах (в течение неогена вымерло 30 тропических родов и 107 внетропических и космополитных, и это при том, что суммарное число родов в тропиках всегда было выше). Другие виды и роды откочевали в высокие широты: из всех зародившихся в тропиках видов и родов таких непосед оказалось 75%. В результате среди современных двустворок, населяющих холодные воды, большинство имеет тропическое происхождение, а по геологическому возрасту двустворчатые жители приполярных океанов в среднем гораздо старше своих современных тропических сородичей.

Таким образом, вырисовывается следующая картина развертывания эволюционных событий. В тропиках идет интенсивное видообразование. Конкурентная борьба и изменения климата гонят тропических уроженцев осваивать холодные воды. В холодной зоне вымирание идет относительно быстро, но приток новых поселенцев с лихвой компенсирует это вымирание. Оказалось, что тропики являются одновременно и колыбелью, и музеем эволюции. Это постоянно работающая помпа, перекачивающая виды из теплого пояса в холодный. Как пишут авторы статьи, «это исследование не является чисто академическим размышлением. Оно ясно показывает, какие катастрофические последствия может иметь потеря тропического разнообразия в долговременной перспективе».

Публикация в одном из самых авторитетных журналов, каким является Science, доказывает и новизну, и актуальность исследования. Тем интереснее было бы узнать публике и авторам статьи об исследованиях Сергея Викторовича Мейена (1935-1987), одного из самых уважаемых российских палеонтологов. Еще в 80-е годы прошлого столетия С. В. Мейен разработал модель экваториальной помпы, обосновав ее надежными примерами и расчетами по палеоботаническим материалам (см. Мейен С.В. Сравнение темпов и форм эволюции высших растений в экваториальных и внеэкваториальных биотах геологического прошлого // Макроэволюция. Под ред. А. Л. Яншина. М.: Наука, 1984а. С. 157–158.) Со времени работ Мейена модель экваториальной помпы стала основой многочисленных российских исследований по биогеографии и эволюции. Можно сказать, что наконец параллельные исследования русских и американских ученых пересеклись в одной точке. И это в целом вполне соответствует геометрии Лобачевского и доказывает, что российские и американские ученые все же живут и работают на одном земном шаре.

Источник: David Jablonski, Kaustuv Roy, James W. Valentine. Out of the Tropics: Evolutionary Dynamics of the Latitudinal Diversity Gradient // Science, 2006, V. 314. P. 102-106.

Ещё в разделе

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