Гипотеза «первого прибытия» для вьюрков Дарвина получила уточнения
Первые виды в новой экосистеме получают преимущества, но их масштаб зависит от конкурентоспособности видов, прибывающих позже. К такому выводу пришли учёные, экспериментально проверившие важность «первого прибытия» для адаптивной радиации — гипотезу, известную на примере «вьюрков Дарвина» с Галапагосских островов.
Исследователи из Технологического института Джорджии проверили гипотезу на примере конкурирующих бактериальных видов в пробирке. Используя бактерию Pseudomonas fluorescens SBW-25, обитающую на листьях растений, они подтвердили важность первенства для диверсификации вида, но с важными оговорками.
«Мы хотели понять роль истории колонизации вида в регулировании взаимодействия между быстро эволюционирующей бактерией P. fluorescens и конкурирующими видами и как это влияет на адаптивную радиацию P. fluorescens в экосистеме», — пояснила Цзяци Тан.
Исследование будет опубликовано 26 апреля в журнале Evolution при поддержке Национального научного фонда (NSF). Это первая строгая экспериментальная проверка роли истории колонизации в адаптивной радиации.
Эксперимент с бактериями
Эволюционный биолог Дэвид Лэк в 1947 году выдвинул гипотезу, что вьюрки успешно прошли адаптивную радиацию (эволюционную диверсификацию морфологических, физиологических и поведенческих признаков), потому что первыми колонизировали острова. Они заняли доступные экологические ниши, что ограничило возможности более поздних видов.
«Виды птиц, прибывшие после вьюрков, могли использовать только те ресурсы, которые не использовали вьюрки. Другие птицы не могли диверсифицироваться, потому что для них осталось мало ресурсов», — объяснила Тан.
Исследователи лаборатории профессора Линь Цзяна проверили гипотезу на P. fluorescens. Эта бактерия в статичных микроэкосистемах (пробирках) быстро эволюционирует в два основных фенотипа, занимающих разные экологические ниши: «пушистые распространители» (fuzzy spreaders) и «морщинистые распространители» (wrinkly spreaders). Внутри них есть дополнительные вариации.
Результаты и уточнения
Учёные позволили бактерии колонизировать новые микроэкосистемы и диверсифицироваться до введения шести видов-конкурентов, различающихся по нише и конкурентной приспособленности. Успех и уровень диверсификации измеряли, высевая образцы на агаровые пластины и подсчитывая колонии. Также проверили обратный сценарий, когда конкуренты прибывали первыми.
Эксперимент позволил расширить гипотезу Лэка:
«Если диверсифицирующийся вид и конкурирующий вид очень похожи, возникает сильный эффект приоритета: первый прибывший вид сильно влияет на способность более позднего вида к диверсификации. Если виды достаточно разные, эффект приоритета слабее, и гипотеза первого прибытия находит меньше поддержки», — отметил Цзян.
Значение исследования
Адаптивная радиация важна для новых экосистем, особенно для быстро эволюционирующих организмов. P. fluorescens даёт до десяти поколений в день, что позволило за 120 поколений (что у вьюрков заняло бы сотни лет) изучить эволюционные изменения.
Хотя популяция бактерий (до 100 млн особей) и способ размножения (бесполый) отличаются от птиц, исследование даёт представление о взаимодействии видов в новых средах на основе исторических преимуществ.
«С точки зрения эволюционной биологии учёные часто сосредотачиваются только на конкретных интересующих их видах. Нам также необходимо учитывать окружающий экологический контекст эволюционного процесса», — подчеркнул Цзян.
В будущем команда планирует изучить, как появление хищников в сочетании с межвидовой конкуренцией влияет на адаптивную радиацию. В исследовании также участвовала аспирант Си Ян, проводившая анализ данных.