Еволюція без конкуренції: вчений запропонував нове пояснення того, як виникають види

Коли один біологічний вид розділяється на кілька нових, причиною часто називають конкуренцію. Популяції починають змагатися за їжу, територію та партнерів, а природний добір сприяє тим, хто краще пристосовується до нових умов. Однак еволюційний біолог Браян Дженнінгс із Каліфорнійського університету в Ріверсайді вважає, що така картина може пропускати важливий початковий етап.

У новому дослідженні він пропонує альтернативне пояснення: поштовхом до еволюційного розходження популяцій може бути звичайна зміна розмірів тіла. Причому вона здатна настільки сильно змінювати пропорції організму, що згодом відкриває шлях до освоєння нових екологічних ніш.

Ця ідея доповнює традиційну теорію адаптивної радіації — процесу, під час якого один предковий вид дає початок багатьом новим. Класичний приклад — дарвінові в’юрки, чиї дзьоби набули різної форми, пристосувавшись до різних джерел їжі. Але Дженнінгс звернув увагу на інше запитання: що запускає розходження популяцій ще до того, як вони починають конкурувати за ті самі ресурси?

Чому пропорції тіла змінюються нерівномірно

Коли організм росте або зменшується, усі його частини не обов’язково змінюються в однаковій пропорції. Наприклад, у немовляти голова відносно тіла значно більша, ніж у дорослої людини. Подібні закономірності діють і під час еволюції різних видів.

Біологи називають залежність розмірів окремих частин організму від загального розміру тіла алометрією. Дженнінгс спочатку припускав, що зміна розмірів тіла має супроводжуватися пропорційними змінами інших ознак. Такий процес називають геометричним масштабуванням: це схоже на збільшення фотографії, коли всі елементи стають більшими, але співвідношення між ними залишаються незмінними.

Однак результати вимірювань показали іншу картину.

1755 ящірок із музейних колекцій

Для перевірки гіпотези дослідник обрав австралійських і новогвінейських безногих ящірок родини Pygopodidae. У процесі еволюції ці тварини втратили майже всі кінцівки й набули змієподібної форми тіла. Особливо цікавими виявилися представники роду Delma: у деяких видів хвіст може бути в 4,5 раза довшим за тулуб.

Дослідження спиралося на матеріали, зібрані Дженнінгсом ще під час докторської роботи в Техаському університеті в Остіні. Під час карантинних обмежень 2020 року він повернувся до цих даних і переосмислив їх, спираючись на класичні праці Стівена Джея Гулда про геометричну подібність.

У 2023 році вчений провів 40-денну дослідницьку поїздку музеями Австралії. У шести установах він виміряв понад тисячу законсервованих зразків. Після додаткового візиту до Музею порівняльної зоології Гарвардського університету загальна вибірка зросла до 1755 екземплярів 31 виду.

Дослідник вимірював три характеристики, пов’язані з пересуванням і втечею від хижаків: довжину від кінчика морди до клоаки, довжину хвоста та обхват тіла. Загалом він порівняв 126 пар видів.

Замість пропорційного росту — перебудова пропорцій

Результати не підтвердили початкового припущення. Серед шести пар видів, які розійшлися менш ніж два мільйони років тому, жодна не демонструвала послідовного дотримання геометричного масштабування за всіма трьома характеристиками.

Лише 3 із 18 вимірювань — приблизно 17% — хоча б наближено відповідали очікуваній пропорційній зміні. Натомість у 72% випадків спостерігалася закономірність, яку Дженнінгс назвав «зворотною еволюційною алометрією»: окремі ознаки змінювалися значно сильніше, ніж можна було б передбачити за простим масштабуванням.

Для опису ширшого процесу дослідник запропонував термін «дисоціативне масштабування». Йдеться про ситуацію, коли зміна загального розміру тіла супроводжується значною перебудовою співвідношень між окремими його частинами.

Два етапи еволюційного розходження

За моделлю Дженнінгса, процес може відбуватися у два етапи. Спочатку популяція змінює розмір тіла, а разом із ним різко змінюються пропорції хвоста, тулуба та інших структур. Ця початкова перебудова може бути нерівномірною й не обов’язково одразу забезпечує оптимальну функцію.

Згодом природний добір поступово коригує нові пропорції, допомагаючи організму краще пристосуватися до умов існування. Дані дослідника узгоджуються з таким сценарієм: серед пар видів, які розійшлися понад два мільйони років тому, від 63% до 90% співвідношень між ознаками змістилися в напрямку стабільніших еволюційних закономірностей, передбачених моделлю для пізніших етапів.

Таким чином, конкуренція між видами, на думку вченого, не обов’язково потрібна для початку їхнього розходження.

Як зміна пропорцій відкриває нові екологічні ніші

Дженнінгс також запропонував поняття «масштабування ніші». Якщо зміна розміру тіла спричиняє значну перебудову пропорцій, нові поєднання ознак можуть випадково дати популяції змогу використовувати інші джерела їжі або ресурси.

Конкуренція й природний добір можуть згодом закріпити та вдосконалити ці відмінності. Але важливий початковий етап, за гіпотезою дослідника, може відбутися ще до появи прямої конкуренції між популяціями.

Вчений вважає, що його модель може допомогти краще пояснити не лише еволюцію дзьобів дарвінових в’юрків, а й розвиток рогів у вимерлого ірландського лося. Водночас він наголошує: ще потрібно з’ясувати, наскільки широко дисоціативне масштабування та масштабування ніші поширені серед різних груп організмів.

Дослідження опубліковане в Evolutionary Journal of the Linnean Society. Його автор не пропонує відмовитися від традиційних пояснень еволюції через конкуренцію. Натомість він звертає увагу на можливий попередній етап: іноді нові еволюційні відмінності можуть починатися зі зміни розмірів тіла, яка перебудовує його пропорції ще до того, як природний добір і конкуренція почнуть їх шліфувати.