Тропики — колыбель эволюции и ее музей
|
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.
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.
|
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.
