З того часу, як Дарвін представив свою новаторську теорію еволюції, біологи були захоплені складними процесами, які дозволяють видам еволюціонувати. Чи можуть механізми, відповідальні за еволюцію виду протягом кількох поколінь, що називається мікроеволюцією, також пояснити, як види еволюціонують протягом тисяч або мільйонів поколінь, що також називається макроеволюцією?
Нова стаття, щойно опублікована в Science, показує, що здатність популяцій розвиватися та адаптуватися протягом кількох поколінь, яка називається здатністю до еволюції, ефективно допомагає нам зрозуміти, як еволюція працює в набагато більших часових масштабах.
Зібравши та проаналізувавши величезні набори даних з існуючих видів, а також зі скам’янілостей, дослідники змогли показати, що еволюційність, відповідальна за мікроеволюцію багатьох різних ознак, передбачає кількість змін, що спостерігаються між популяціями та видами, розділеними до мільйона років.
«Дарвін припустив, що види еволюціонують поступово, але ми виявили, що, хоча популяції швидко еволюціонують протягом короткого періоду, ця (короткострокова) еволюція не накопичується з часом. Проте те, наскільки різняться популяції та види в середньому протягом тривалих періодів часу все ще залежить від їх здатності еволюціонувати в короткостроковій перспективі», — сказав Крістоф Пелабон, професор кафедри біології NTNU і старший автор статті.
Великі набори даних про живих істот і скам’янілості
Здатність реагувати на відбір і адаптуватися, здатність до еволюції залежить від кількості спадкових (генетичних) варіацій. Дослідники провели свій аналіз, спочатку зібравши масивний набір даних із показниками еволюції живих популяцій і видів із загальнодоступної інформації. Потім вони побудували графік еволюції проти популяції та дивергенції видів для різних ознак, таких як розмір дзьоба, кількість нащадків, розмір квітки тощо.
Вони також вивчили інформацію зі 150 різних ліній скам’янілостей, де інші дослідники вимірювали відмінності в морфологічних рисах скам’янілостей протягом періодів часу від 10 років до 7,6 мільйона років.
Вони побачили, що риси з вищою здатністю до еволюції були більш розбіжними серед існуючих популяцій і видів, і що риси з вищою здатністю до еволюції більш імовірно відрізнялися одна від одної між двома послідовними зразками скам’янілостей. Навпаки, риси з невеликою еволюцією або невеликою мінливістю не сильно змінювалися між популяціями або між послідовними зразками скам’янілостей
Коливання навколишнього середовища є ключовим
Риси з вищою здатністю до еволюції швидко змінюються, оскільки вони здатні швидше реагувати на зміни середовища, сказав Пелабон.
Навколишнє середовище – такі фактори, як температура, тип доступної їжі чи будь-яка інша характеристика, важлива для виживання та відтворення особини – є рушійною силою еволюційних змін, оскільки популяції намагаються пристосуватися до власного середовища. Як правило, середовище змінюється з року в рік або від десятиліття до десятиліття, коливаючись навколо стабільних середніх значень. Це породжує коливання в напрямку відбору.
Ознаки з високим рівнем еволюції можуть швидко реагувати на ці коливання у відборі та коливатимуться з часом із високою амплітудою. Риси з малою еволюцією також коливатимуться, але повільніше і, отже, з меншою амплітудою.
«Популяції або види, які географічно віддалені один від одного, піддаються впливу середовища, коливання якого не синхронізовані. Отже, ці популяції матимуть різні значення ознак, і розмір цієї різниці залежатиме від амплітуди коливань ознаки, а отже, від еволюції ознаки», – сказав Пелабон.
Наслідки для біорізноманіття
Результати дослідників свідчать про те, що відбір і, отже, середовище були відносно стабільними в минулому. Зі зміною клімату все швидко змінюється, і переважно в одному напрямку. Це може сильно вплинути на моделі відбору та те, як види можуть адаптуватися до середовища, яке все ще коливається, але навколо оптимумів, які більше не є стабільними навіть протягом кількох десятиліть.
«Скільки видів зможуть відстежувати ці оптимуми та адаптуватися, невідомо, але, швидше за все, це матиме наслідки для біорізноманіття, навіть за короткий проміжок часу», — сказав він.