Эволюция видов может обратить вспять циклы численности хищников и жертв

Популяции хищников и их жертв обычно следуют предсказуемым циклам. Когда численность жертв растет, растет и популяция хищников. Когда хищников становится слишком много, популяция жертв резко сокращается, что ведет к краху и популяции хищников. Эта классическая модель была впервые описана математиками Альфредом Лоткой и Вито Вольтеррой в 1920–1930-х годах.

Однако, согласно новому исследованию, которое будет опубликовано на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, эта модель нарушается, если оба вида — и хищник, и жертва — эволюционируют, даже незначительно. При совместной эволюции (коэволюции) классический цикл может обратиться вспять: популяция хищников достигает пика раньше, чем популяция жертв. Может даже создаваться впечатление, что жертвы «поедают» хищников.

Исследователи из Технологического института Джорджии предложили теорию, объясняющую эти коэволюционные изменения. На примере данных по трем парам «хищник–жертва» — норка–ондатра, кречет–белая куропатка и бактериофаг–Vibrio cholerae — они показали, как их теория объясняет неожиданные циклы численности.

Новая теория и анализ могут помочь эпидемиологам прогнозировать циклы заболеваний и вирулентность инфекционных агентов, а также лучше понять, как циклы популяций влияют на экосистемы. Исследование поддержано National Science Foundation и Burroughs Welcome Fund.

«Наша работа показывает, что коэволюция может порождать новое и уникальное поведение на популяционном уровне, — пояснил Джошуа Вайц, доцент Школы биологии. — Классическая динамика "хищник–жертва" с учетом эволюции имеет гораздо более широкий спектр возможных исходов».

Эволюционные изменения могут происходить быстро: у птиц или мелких млекопитающих — за 10 поколений, у микробов — за дни или недели. Эти изменения могут резко менять взаимоотношения видов, делая их более или менее уязвимыми.

«При коэволюции хищника и жертвы можно наблюдать колебания, при которых много жертв даже при обилии хищников, или много хищников даже при нехватке жертв, — отметил Майкл Кортез, первый автор статьи. — Обилие жертв при малом числе хищников может объясняться тем, что жертвы хорошо защищены. А обилие хищников при нехватке жертв — тем, что жертвы являются очень хорошим пищевым ресурсом».

В своем исследовании ученые смоделировали ускоренный эволюционный процесс, чтобы показать его влияние на популяционные циклы. Затем они применили модели к данным по трем упомянутым парам.

«До сих пор не было единой теоретической основы, чтобы осмыслить столь радикальный отход от классической модели взаимодействия хищника и жертвы», — сказал Вайц.

Новая модель дает более полное представление о сложных процессах в экосистемах.

«Мы можем теперь объяснить общие тенденции, возникающие в совершенно разных системах, с помощью теоретического подхода, и то, что мы можем определить ответственный за это механизм, уникально для нашего исследования», — заключил Кортез.