Эволюция биоразнообразия: постоянный рост или потолок?
Сохранение биоразнообразия — ключевая тема современности. Однако среди эволюционных биологов также десятилетиями идёт жаркая дискуссия о том, как менялось биоразнообразие за последние сотни миллионов лет. Новые данные бросают вызов традиционным взглядам.
Понимание исторических паттернов биоразнообразия может помочь оценить способность животных к адаптации и последствия изменения климата для эволюции.
Традиционный взгляд предполагает непрерывный рост видового разнообразия за последние 200 миллионов лет, особенно в последние 100 миллионов, что привело к рекордному уровню разнообразия сегодня. Однако некоторые недавние исследования указывают, что биоразнообразие в целом оставалось стабильным, с редкими всплесками.
Новое исследование по наземным видам «решительно противоречит» прошлым работам, предполагавшим неограниченный рост разнообразия на локальном и региональном уровне за последние 100 миллионов лет. Оно не обнаружило доказательств роста разнообразия за последние 66 миллионов лет. Рост в 2–3 раза произошёл лишь кратковременно за пару миллионов лет после массового вымирания динозавров в конце мелового периода, когда начали процветать млекопитающие.
Исследование морских видов показало схожую картину: «мало изменений» в океаническом биоразнообразии за последние 200 миллионов лет.
«Мы видим, что экосистемы относительно стабильны в плане уровня разнообразия на протяжении десятков и сотен миллионов лет, — говорит профессор Ричард Батлер, палеобиолог из Университета Бирмингема (Великобритания), участвовавший в обоих исследованиях в рамках проекта TERRA. — Вместо экспоненциального роста мы наблюдаем кратковременный, довольно резкий подъём, а затем относительно плоскую линию».
Выводы предполагают, что разнообразие имеет потолок, а число видов в конечном счёте ограничено такими факторами, как доступность ресурсов (вода, пространство). Новые методики, использованные в проекте TERRA, помогли укрепить эту точку зрения.
Проблема «инфляции» в летописи окаменелостей
Изменение картины связано с методами, которые помогают снизить давнюю проблему систематической ошибки в палеонтологической летописи. Проблема в том, что большее количество сохранившихся окаменелостей в недавнем прошлом приводит к искусственному «раздуванию» видимого разнообразия.
Один из подходов — региональный, а не глобальный анализ. Исследователи использовали данные Paleobiology Database за 20 лет и создали алгоритмы для выборки областей сравнимого размера, где находили окаменелости в разные эпохи.
Эти методы выявили значительные вариации разнообразия в разных локациях во времени (например, оно всегда выше на экваторе, чем на полюсах), подчеркнув необходимость регионального подхода.
Учёные также начали интегрировать свои результаты с данными климатических моделей, чтобы понять, как климатические сдвиги влияли на распределение биоразнообразия в глубоком времени.
Однако оценка уровня биоразнообразия по летописи окаменелостей остаётся сложной задачей из-за множества пробелов. Например, зубы хуже подходят для различения видов динозавров, чем видов млекопитающих.
Альтернативный взгляд: замедление, но не предел
Сложность картины подчёркивается другими исследованиями. Эволюционный эколог д-р Элен Морлон (Национальный центр научных исследований, Франция) получила иные результаты.
Её работы в рамках проекта PANDA указывают не на фиксированный предел разнообразия, а на замедление темпов видообразования по мере заполнения экологических ниш с течением геологического времени.
«Мы нашли модели, где разнообразие не ограничено жёстким числом видов и не растёт экспоненциально, но наблюдается замедление в том, как diversity накапливается», — говорит д-р Морлон.
Проект PANDA также выявил пять основных паттернов диверсификации у позвоночных и дал неожиданный результат: более прохладные периоды за последние 66 миллионов лет совпадали с ускоренными темпами эволюции размеров тела у птиц и млекопитающих, хотя общая диверсификация в холодном климате обычно замедляется.
Это говорит о сложной и плохо изученной связи между эволюцией отдельных признаков (как размер тела) и видообразованием, требующей сложных моделей для анализа.
Современные параллели и продолжающиеся дебаты
Хотя прошлые эволюционные тренды не могут быть прямо перенесены на современность из-за разницы в масштабах времени, такие исследования могут дать ключи к:
- Способности видов к адаптации.
- Комбинациям характеристик (тип питания, размер), повышающим уязвимость видов.
- Пониманию того, как антропогенное изменение климата может повлиять на будущую эволюцию.
«Мы можем оценить, что происходит с темпами эволюции при изменении температуры на столько-то градусов за такие масштабы времени, — отмечает д-р Морлон. — Это также даёт перспективу для понимания того, как биоразнообразие может ответить на текущие изменения».
Дебаты о диверсификации продолжаются. Профессор Майкл Бентон (Университет Бристоля, Великобритания), сторонник теории постоянного роста биоразнообразия, приводит контраргументы. Например, proliferation птиц до 10 000 современных видов. По его мнению, предположение о постоянстве биоразнообразия с момента появления птиц равносильно утверждению, что они заместили равное число ранее существовавших видов летающих животных.
Он согласен, что вопрос далёк от разрешения, но современные вычислительные инструменты сильно помогают в поисках ответа.
«Всё ещё не решено, в какой степени летопись окаменелостей даёт разумную картину жизни, — говорит профессор Бентон. — Диверсифицировалась ли жизнь непрерывно, через множество скачков и шагов… или же достигла своего рода полной ёмкости и затем особо не менялась — это по-прежнему горячо обсуждается».