Ученые раскрыли факторы, формирующие морскую жизнь

В 50-ю годовщину знаковой теории островной биогеографии — изучения распределения видов на островах с течением времени — она расширяется с суши на море с увлекательными результатами. Команда исследователей под руководством доктора Хадсона Пиньейру, ихтиолога-постдока Калифорнийской академии наук, предложила новую концептуальную модель островной биогеографии для морских организмов. Эта теория исследует, как различные процессы (такие как колебания уровня моря и географическая изоляция) влияют на разнообразие морских видов вокруг островов. Команда обнаружила, что, несмотря на некоторые сходства, силы, формирующие разнообразие и сообщества на суше, отличаются от тех, что воздействуют на морскую среду островов. Результаты, подготовленные исследователями из Академии, Калифорнийского университета в Санта-Круз и Федерального университета Эспириту-Санту, опубликованы сегодня в Nature.

Беспрецедентная модель морской эволюции

Новая модель предполагает, что морские виды лучше расселяются, чем наземные животные, — они быстро прибывают вокруг обитаемых островов, чтобы заполнить доступные океанические ниши. Это быстрое действие умелых расселителей не оставляет шанса для адаптации, которая обычно вызывает изменения видов и заполнение новых ниш с течением времени в наземных островных местообитаниях.

«Чтобы раскрыть силы, формирующие океаническую жизнь вокруг островов, мы решили углубиться в эволюционную историю бразильских рифовых рыб», — говорит Пиньейру. «Когда мы сосредоточились на 10 видах в цепи подводных гор и островов у побережья Бразилии, мы увидели, что более старые эндемичные виды были крупнее. Эти крупные рыбы были лучшими расселителями, чем их «молодые» виды-аналоги, которые были все мелкими и плохими расселителями. Ясно, что этим уникальным морским средам нужна своя собственная модель, чтобы объяснить, что где обитает с течением времени».

Проследив эволюционную историю рифовых рыб, ограниченных этой конкретной цепью подводных гор и островов, через их ДНК, ученые смогли лучше понять, как география островов, геологическая история и колебания уровня моря в целом влияют на разнообразие близлежащих морских видов. Рыбы были собраны как на мелководных, так и на глубоководных рифах — погружения требовали специального оборудования, ребризеров, которые Пиньейру и его коллеги из Академии используют для погружений на 60–150 метров. Результаты подтверждают, что изменения уровня моря и расположение обнаженных подводных гор играют критическую роль в морской эволюции с течением времени, в основном периодически предоставляя «ступеньки» для видов со слабым расселением, чтобы колонизировать островные местообитания.

«Мы наконец понимаем, как сложная, постоянно меняющаяся сеть островной жизни на суше отличается от такой же сети в океане», — говорит старший автор доктор Луиз Роша, куратор ихтиологии Академии. «Вспомните знаменитых зябликов с Галапагосов — когда их предок прибыл в регион, там было много пустых наземных ниш для заполнения, и со временем возникли адаптации, чтобы помочь им специализироваться. С морскими местообитаниями островов все просто не так. Быстро расселяющиеся морские организмы быстро колонизируют доступные ниши, и мы не видим той же модели специализированной адаптации с течением времени».

50-я годовщина прорыва на суше

В 1967 году доктора Роберт Х. МакАртур и Э. О. Уилсон заложили основы области островной биогеографии как способа объяснить распределение видов по всему миру — как они перемещаются, меняются и иногда вымирают. Острова, изолированные водой, можно рассматривать как фрагментированные местообитания с более высокими показателями вымирания, чем их более крупные, непрерывные аналоги, такие как континенты и их побережья.

«Наша исследовательская группа провела довольно захватывающую мозговую штурм-сессию по тестированию теории морской биогеографии», — говорит соавтор доктор Джакомо Бернарди, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Круз. «Мы знали, что МакАртур и Уилсон придумали части своей теории, рисуя на салфетках в ресторане. Мы рисовали наши гипотезы на бумажных полотенцах в лаборатории».

Понимание сил, которые помогают формировать то, что позволяет видам сохраняться в разных средах и адаптироваться к ним с течением времени, — полезный инструмент для адаптации природоохранной работы и моделирования будущего. Эта область исследований побудила новые поколения ученых — включая авторов статьи в Nature — стремиться к более детальному пониманию эволюции в наше современное время массового вымирания видов и быстрого изменения климата.

«Выявление закономерностей в природе важно», — говорит Бернарди. «Мы склонны думать об океане как о быстро движущемся супе из личинок, постоянно вторгающихся в регионы и умирающих, но это не полный хаос. Мы должны найти методы в этом безумии».

Взгляд в будущее

Как наземные, так и морские среды уязвимы для беспрецедентной волны вымирания видов — так называемого «шестого массового вымирания», — которое происходит в настоящее время. Мировое сообщество рискует потерять ценные морские экосистемы, такие как коралловые рифы, — системы, поддерживающие средства к существованию и благополучие миллиардов людей во всем мире, — из-за совокупного воздействия перелова, разрушения среды обитания, загрязнения воды, изменения климата и закисления океана. По меньшей мере четверть рифов мира уже потеряна, а еще 30%, как прогнозируется, погибнут в следующие тридцать лет.

«У нас есть надежда», — говорит ведущий автор Пиньейру. «Чем больше мы раскрываем о динамичных морских средах и о том, как они меняются со временем, тем лучше мы можем планировать их защиту от будущих угроз. Это исследование проливает свет на приливы и отливы морской жизни на островах в эволюционном времени. Моя роль как ученого — гнаться за светом и поощрять других делать то же самое».