Новые виды эволюционируют быстрее при формировании гор

Горы, как и тропические леса, являются очагами биоразнообразия. Учёные долгое время не были уверены, почему. Основная гипотеза связывает это с новыми условиями среды, возникающими при горообразовании: адаптируясь к новым микроареалам и изолируясь из-за усиливающейся пересечённости рельефа, растения и животные разделяются на новые виды быстрее обычного. Однако достоверных количественных подтверждений этой гипотезы было мало. В новой статье в PNAS команда исследователей представила убедительные количественные доказательства в её пользу, проанализировав тысячи видов растений из гор Хэндуаньшань в Китае и прилегающих регионов. Они обнаружили, что по мере формирования гор Хэндуаньшань растения там эволюционировали в новые виды быстрее, чем в соседних, более древних Гималаях.

«По сути, эта статья о том, почему в горах так много видов и как они там появились», — говорит автор-корреспондент Рик Ри, куратор отдела ботаники Филдовского музея в Чикаго. «Есть два основных пути появления видов в каком-либо месте — либо они мигрировали из другого места, либо эволюционировали из более раннего вида, уже обитавшего там. Наше исследование предоставляет самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что при формировании гор новые виды возникают и диверсифицируются с повышенной скоростью».

Изучаемый регион — горы Хэндуаньшань на западе Китая — расположен непосредственно к востоку от Гималаев. Они сформировались недавно (в геологическом масштабе времени) — 8 миллионов лет назад — в результате столкновения тектонических плит. Среди мировых «горячих точек» биоразнообразия этот регион необычен отсутствием тропического или средиземноморского климата. «В горах Хэндуаньшань умеренный климат с холодными зимами и коротким влажным летом. Там есть хвойные леса, ледники, альпийские луга — можно подумать, что вы в Скалистых горах или Альпах, пока не оглянетесь и не увидите, что биоразнообразие здесь в десять раз выше», — отмечает Ри.

Ри и его соавтор Яову Син предположили, что эта невероятная биоразнообразие является результатом диверсификации, вызванной поднятием. Согласно этой гипотезе, когда горы формируются тектоническими силами, новые разнообразные среды, возникающие на склонах, позволяют уже существующим там видам разделяться и образовывать новые виды, специально адаптированные к этим условиям. «При горообразовании возникают разные высоты, обнажаются разные субстраты, формируются разные почвенные химические составы и климаты. Создаётся множество микроареалов, к условиям которых виды могут адаптироваться», — объясняет Ри. «Эти изменения означают больше возможностей для диверсификации видов и заполнения новых экологических ниш».

Чтобы проверить гипотезу, учёные изучили растения относительно молодых гор Хэндуаньшань и сравнили их с растениями соседних, гораздо более древних Тибетского нагорья и Гималаев. «Мы смогли использовать разницу в возрасте как естественный эксперимент, с контролируемым сравнением того, как виды накапливались в разных регионах», — говорит Ри. «То, что эти горные системы находятся рядом, но имеют разный возраст, позволяет нам сравнить их историю с точки зрения того, как там появились виды».

Ри и Син провели филогенетический анализ тысяч растений, используя последовательности ДНК для построения родословных деревьев, показывающих, как виды связаны между собой. Затем они использовали ископаемые растения, чтобы привязать свои выводы к временной шкале. «Изучая окаменелости, мы смогли определить, когда появились разные группы и когда разделились виды-предки», — говорит Ри. «Сочетание ДНК современных растений и древних ископаемых растений дало нам историческую основу, позволившую реконструировать, где и когда виды перемещались и диверсифицировались».

Команда обнаружила, что новые виды формировались с повышенной скоростью внутри гор Хэндуаньшань по мере их формирования по сравнению со скоростью видообразования в окружающих регионах — это свидетельствует о том, что виды образуются быстрее по мере поднятия гор. Однако эти выводы проявились только при рассмотрении всего набора данных в целом. «Само по себе многие группы растений не показывают чёткой картины увеличения разнообразия по мере поднятия гор, но если взглянуть на них коллективно, картина проявляется вполне отчётливо», — отмечает Ри.

Это открытие особенно важно, поскольку оно предоставляет поддержку гипотезе, которой до сих пор не хватало количественных доказательств. «Гипотеза диверсификации, вызванной поднятием, популярна, но это исследование предоставляет самые убедительные на сегодня эмпирические доказательства», — говорит Ри. «Отличие этого исследования в том, что мы включили множество разных групп растений, провели контролируемое естественное сравнение регионов разного возраста и измерили скорость этих процессов во времени. Это первое исследование, которое объединяет доказательства от множества разных групп в рамках количественного подхода к этому вопросу».

Хотя основной интерес Ри остаётся связанным с горами Хэндуаньшань, он отмечает, что сравнительный подход, использованный в этом исследовании, может быть применён к другим «горячим точкам» биоразнообразия и другим организмам, включая животных. «Со времён Дарвина мы хотим знать что, где и как относительно происхождения видов», — говорит Ри. «Как виды оказываются там, где они живут? Почему здесь больше видов, чем там? Наше исследование проливает немного света на эти вопросы».