Новое исследование подтверждает гипотезу Дарвина о конкуренции между видами
Новое исследование предоставляет доказательства в поддержку гипотезы Дарвина о том, что борьба за существование сильнее между более близкородственными видами, чем между отдалёнными. Хотя экологи в целом принимают эту предпосылку, данное исследование содержит самые убедительные на сегодняшний день прямые экспериментальные доказательства её справедливости.
«Мы обнаружили, что вымирание видов происходило чаще и быстрее между более близкородственными видами микроорганизмов, что является сильной поддержкой теории Дарвина, которую мы называем гипотезой филогенетического ограничивающего сходства», — заявил Линь Цзян, доцент Школы биологии Технологического института Джорджии.
Исследование было опубликовано онлайн 14 июня 2011 года в журнале Ecology Letters. Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF).
Цзян и его команда — Сириль Виоль (бывший постдок в Технологическом институте Джорджии, ныне в Центре функциональной и эволюционной экологии в Монпелье, Франция) и аспирант по биологии Чжичао Пу — провели эксперименты с 10 обычными видами инфузорий в искусственных, упрощённых экосистемах, называемых микроценозами. Диана Немергут, доцент Института арктических и альпийских исследований и программы по изучению окружающей среды в Университете Колорадо в Боулдере, помогла команде построить генеалогическое древо 10 микроорганизмов, чтобы определить степень их родства.
«Мы выбрали для этого исследования бактериоядных инфузорий, потому что они быстро размножаются, что позволяет нам изучить сосуществование видов на протяжении многих поколений в замкнутой системе в течение нескольких недель, что было бы невозможно, если бы мы проверяли гипотезу на растениях или животных», — пояснил Цзян.
Исследователи создали 165 микроценозов, содержащих либо один вид инфузорий, либо пару из двух видов, вместе с тремя типами бактерий для питания. Они еженедельно отбирали пробы из каждого микроценоза и исследовали их под микроскопом, фиксируя наличие или отсутствие видов. Через 10 недель исследователи оценили плотность каждого вида инфузорий в микроценозах.
Результаты показали, что все виды выжили к концу эксперимента, когда находились в микроценозе в одиночку. Однако более чем в половине экспериментов, где инфузории были объединены в пары, один из двух видов доминировал, что приводило к вымиранию другого.
Исследователи обнаружили, что частота и скорость этого процесса — называемого конкурентным исключением — была значительно выше между более близкородственными видами. Кроме того, в микроценозах, где оба конкурента сосуществовали на протяжении всего эксперимента, численность слабейшего конкурента снижалась сильнее по мере увеличения филогенетического родства между двумя конкурентами.
Исследование также показало, что частота конкурентного исключения была значительно выше между видами, имевшими сходный размер ротового отверстия.
«Мы задокументировали размер ротового отверстия каждого вида, поскольку есть свидетельства, что этот морфологический признак влияет на избирательность и скорость поглощения частиц добычи. Мы предположили, что сходство в размере рта может означать использование сходных бактериальных ресурсов и приводить к конкурентному исключению», — сказал Цзян.
Хотя было обнаружено, что филогенетическое родство предсказывает вероятность сосуществования лучше, чем размер рта, результаты предполагают, что другие признаки, связанные с потреблением ресурсов, также могут быть важными предикторами исходов конкурентных взаимодействий в экологических сообществах.
«Это исследование — шаг к лучшему пониманию того, как филогенетическое родство влияет на взаимодействие видов», — отметил Цзян. «Мы надеемся, что наша экспериментальная проверка гипотезы филогенетического ограничивающего сходства на микроорганизмах побудит других экологов провести дополнительные исследования с другими типами организмов для дальнейшей проверки гипотезы Дарвина».
Гипотеза филогенетического ограничивающего сходства — лишь одна из многих идей, опубликованных Дарвином в 1859 году в книге «Происхождение видов».