От колыбели до могилы: Модель определила факторы, сформировавшие эволюцию

Международная команда исследователей создала компьютерную симуляцию, которая учитывает фундаментальные факторы, движущие эволюционной адаптацией и вымиранием. Их исследование, опубликованное 20 июля в Science, приближает нас к пониманию сложного взаимодействия между рельефом и изменением климата, и того, как эти факторы влияют на эволюционную историю и биоразнообразие видов.

Модель, разработанная учёными из Университета Коннектикута, Федерального университета Гояс (Бразилия) и Открытого университета (Великобритания), детализирует биогеографические колыбели, музеи и могилы:

• Колыбели — области, где формируются новые виды.
• Музеи — области, где виды сохраняются.
• Могилы — области, где происходит вымирание.

Для разработки и тестирования модели исследователи обратились к Южной Америке — самому климатически и биологически разнообразному континенту. Формирование горного хребта Анд, начавшееся 25 миллионов лет назад, создало разнообразный ландшафт, идеальный для изучения эволюции биоразнообразия.

Коллеги из Открытого университета создали модель древнего климата Южной Америки. Комбинируя подходы, они впервые смоделировали изменение климата в деталях на протяжении сотен тысячелетий. Модель охватывает временной масштаб в 800 000 лет (до самых ранних записей ледяных кернов) и оценивает температуру и осадки с интервалом в 500 лет в течение повторяющихся циклов оледенения и потепления позднего квартера.

С помощью компьютерной симуляции команда смогла оценить жизненный путь вида от возникновения до одного из трёх исходов: разделения на дочерние виды, вымирания или сохранения. На каждом шаге симуляции фиксировался географический ареал вида.

Команда обнаружила, что траектории видов определялись ледниковыми циклами, которые приводили к эпизодам видообразования и вымирания из-за изменений ареалов в сложном рельефе континента. Это позволило исследователям нанести на карту «колыбели» и «могилы» биоразнообразия.

Несмотря на то, что модель учитывала лишь самые фундаментальные процессы и не имела целевого шаблона биоразнообразия, она смогла воспроизвести карты, очень похожие на карты современного распространения птиц, млекопитающих и растений.

«Большинство ныне живущих видов в Южной Америке старше 800 000 лет, но наши результаты показывают, что даже древние виды перемещались таким же образом, как и более молодые виды, все вместе формируя одни и те же закономерности видового богатства», — говорит Роберт Колвелл.

Наиболее вероятное объяснение — сильное влияние изменяющегося климата во время ледниковых циклов в сочетании с топографией ландшафта. Изменения температуры и осадков глубоко влияют на ареалы видов, фрагментируя, перемешивая и уничтожая их, независимо от возраста вида.

«Наши результаты демонстрируют, насколько интимно эволюция жизни зависит от изменяющейся физической среды», — говорит Нил Эдвардс из команды моделирования.

Модель появилась в критическое время беспрецедентных климатических изменений. Хотя симуляция основана на другом периоде, она показывает динамическую силу климата в формировании жизни на Земле.

«Нынешние темпы антропогенного изменения климата намного, намного выше, чем что-либо в нашей модели, но те же процессы смещения ареалов видов происходят и сегодня», — отмечает Колвелл.