О пороге расширения ареала вида
Что мешает виду адаптироваться ко всё более широкому спектру условий и непрерывно расширять свой географический ареал? Биоматематик Йитка Полехова, стипендиат программы Элизы Рихтер в Венском университете, опубликовала в PLoS Biology статью, объясняющую формирование границ ареалов видов. Теория показывает, что всего два комплексных параметра, важных как для экологии, так и для эволюции вида, являются фундаментальными для стабильности его ареала: гетерогенность среды и размер локальной популяции.
Все виды имеют ограниченное распространение. Однако единой последовательной теории, объясняющей протяжённость и границы ареалов видов, не хватало как из-за сложности проблемы, так и из-за разных традиций в экологии и эволюционной биологии. Йитка Полехова предлагает общее, проверяемое предсказание для формирования границ ареала. Теория включает как популяционную, так и эволюционную динамику и проясняет роль расселения для адаптации по всему ареалу вида.
Расселение имеет противоречивые эффекты:
- Польза: увеличивает генетическое разнообразие, необходимое для адаптации, и противодействует его потере из-за генетического дрейфа.
- Стоимость: может "затопить" адаптацию к локальным условиям.
Это взаимодействие имеет решающее значение для эволюции ареала вида.
Новая теория показывает, что адаптация по всему ареалу зависит от двух безразмерных параметров:
- Фитнес-стоимость расселения — мера гетерогенности среды.
- Сила генетического дрейфа — мера сокращения генетического разнообразия.
Чем более гетерогенна среда, тем сложнее в неё расширяться. Чем ниже генетическое разнообразие, тем более ограничены возможности для потенциальной адаптации. Вместе эти два параметра определяют порог расширения: адаптация терпит неудачу, когда количество особей, доступных для расселения в пределах одного поколения, настолько мало, что генетический дрейф снижает генетическое разнообразие ниже уровня, необходимого для адаптации к гетерогенной среде. Этот порог даёт проверяемое предсказание для формирования границы ареала и для его коллапса.
Интересно, что параметры не зависят от генетической архитектуры, что открывает широкие возможности для эмпирической проверки теории на многих видах. Более того, теория объясняет, что польза от расселения в маргинальные популяции, вероятно, перевешивает затраты, предлагая теоретическую основу для стратегий управления угрожаемыми популяциями.