Почему виды не расширяют свои ареалы бесконечно?
Исследователи из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) Йитка Полехова и Ник Бартон в статье, опубликованной 5 мая в PNAS, представили теорию, объясняющую формирование резких границ ареалов видов.
Ключевая проблема
Почему вид не адаптируется ко всё более широкому спектру условий, постепенно расширяя свой географический ареал? Этот вопрос лежит на стыке экологии и эволюции. Теория Полеховой и Бартона предполагает, что любая природная популяция склонна формировать резкие границы.
Исторический контекст
В 1950-х годах один из основателей популяционной генетики Дж. Б. С. Холдейн предположил, что миграция особей из центра ареала приносит на периферию аллели, выгодные в центре. Эти аллели вытесняют те, что были бы более выгодны на границе, что препятствует адаптации вида к маргинальной среде и ведёт к формированию резкой границы ареала.
Новое исследование
Полехова и Бартон исследовали проблему для популяций, в которых генетическая дисперсия может эволюционировать. Комбинируя математический анализ с симуляциями, они объяснили, как в конечных природных популяциях резкие границы ареала возникают даже при плавном изменении среды.
Механизм: Случайные флуктуации частот генов (возникающие в любой конечной популяции) могут создавать резкие границы, снижая генетическую дисперсию ниже уровня, необходимого для адаптации вида к изменяющимся в пространстве условиям.
Критические параметры
Два параметра описывают порог, при котором адаптация терпит неудачу:
- Параметр изменения условий в пространстве: измеряет потерю приспособленности из-за расселения в разные среды.
- Параметр эффективности отбора: описывает, насколько эффективен отбор по сравнению со случайными флуктуациями.
Теория предсказывает, что даже при отсутствии резких изменений среды может сформироваться чёткая граница ареала.
Значение для биоразнообразия
Новая теория актуальна для биологического сохранения видов. Она показывает, что по мере того как случайные процессы разрушают адаптацию, вид может внезапно исчезнуть на большей части своего прежнего ареала — ещё до того, как станет важной демографическая стохастичность.
Постепенное ухудшение условий окружающей среды может привести к внезапному фрагментированию ареала вида, поскольку один вид больше не может адаптироваться к широкому спектру встречающихся условий.