Эволюция ускоряет распространение инвазивных видов

Инвазивные животные и растения сегодня распространяются по всему миру. Предсказание динамики этих вторжений представляет большой экологический и социально-экономический интерес. Однако их изучение фундаментально сложно из-за больших пространственных и временных масштабов. Учёные из Eawag и Цюрихского университета теперь используют компьютерное моделирование и небольшие искусственные лабораторные миры, чтобы изучить, как быстрая эволюция заставляет захватчиков распространяться ещё быстрее.

Из-за глобальной мобильности, объединения рынков и других антропогенных воздействий всё больше животных, растений и патогенов попадают в страны и даже на континенты, где их раньше никогда не было. В новой среде захватчики часто распространяются по ландшафту с тревожно высокой скоростью. С другой стороны, местные виды могут быть вынуждены расширять свой ареал — также как следствие глобальных климатических изменений. Учёные, управленцы и политики признают, что точное прогнозирование таких вторжений и расширений ареалов имеет решающее значение, поскольку инвазивные виды могут наносить серьёзный экологический и социально-экономический ущерб. В то же время виды, находящиеся под угрозой исчезновения, могут быть критически важны для благополучия человека, поскольку они обеспечивают важные экосистемные услуги и функции. В последнем случае разработка соответствующих мер охраны также зависит от знания о том, где этот вид будет обитать в будущем.

Быстрая эволюция у простейших в течение нескольких дней

К сожалению, большинство этих прогнозов оказались ошибочными: модели обычно предсказывают более медленные вторжения, чем можно наблюдать в природе. Однако в последние годы стало ясно, что один критически важный и мощный процесс отсутствовал во всех этих расчётах: быстрая эволюция. Вопреки широко распространённому мнению о медленной эволюции, учёные теперь согласны, что эволюция может быть очень быстрой и происходить за очень малое число поколений. Таким образом, в зависимости от организма, эволюция может произойти всего за несколько лет, месяцев и даже дней.

Двигаться быстрее

Команда теоретических и экспериментальных биологов под руководством доктора Эмануэля Фронхофера и профессора Флориана Альтерматта из Eawag и Цюрихского университета перенесла исследования глобальных процессов, таких как вторжения и расширения ареалов, в лабораторию. Используя небольшие искусственные миры в лаборатории и мощное компьютерное моделирование, они могут изучать и наблюдать в реальном времени ход быстрой эволюции во время вторжений видов и расширения ареалов. Исследователи смогли экспериментально показать, что быстрая эволюция заставляет инвазивные виды распространяться ещё быстрее, что объясняет, почему предыдущие модели недооценивали скорость расширения. В то же время эти быстрые эволюционные изменения сложным образом влияют на экологические паттерны, такие как пространственное распределение плотности популяций. «Очевидно, быстрая эволюция помогает видам распространяться быстрее, — говорит Фронхофер. — Чем дольше мы продолжали наши эксперименты, тем быстрее плавали инфузории по сравнению с предыдущими поколениями». Своими результатами исследователи из Цюриха наблюдают процесс, аналогичный тому, что обнаружили другие учёные у тростниковых жаб в Австралии: этот ядовитый вид, завезённый из Америки, распространяется всё быстрее и быстрее, как болезнь, по всему континенту. Животные на фронте вторжения развивают более сильные ноги, двигаются быстрее и преодолевают большие расстояния.

Благодаря этим результатам учёные надеются, что вскоре станет возможным делать надёжные прогнозы распространения животных, растений и патогенов по всему миру, учитывающие быстрые эволюционные изменения. Их результаты были опубликованы сегодня в журнале Nature Communications.