Вымирание — ключевой фактор разнообразия наземных позвоночных
Согласно новому исследованию, опубликованному в Scientific Reports, периоды массового вымирания на Земле, а не эволюционные адаптации, могли быть ключевым драйвером диверсификации амниот (доминирующих сегодня наземных позвоночных, включая рептилий, птиц и млекопитающих).
Исследование показывает, что массовые вымирания в одних группах амниот совпадают с многочисленными и масштабными диверсификациями в других, близкородственных группах.
Работа, проведённая учёными из Музея естествознания в Берлине (Германия) и Университета Линкольна (Великобритания), ставит под сомнение распространённую точку зрения о связи между эволюцией «ключевых инноваций» в группе и быстрым увеличением числа видов. Исследователи предполагают, что доказательства такой связи всегда были лишь косвенными.
Исследование рассматривало вопрос адаптивной радиации среди ранних амниот в период от 315 до 200 миллионов лет назад. Этот временной отрезок включал одни из самых масштабных климатических изменений: резкое сокращение южной полярной ледяной шапки, исчезновение экваториальных тропических лесов, значительное повышение температуры и продолжительные засухи. Изучаемый период также содержал самое массовое вымирание в истории Земли около 252 миллионов лет назад.
Концепция адаптивной радиации центральна для современной эволюционной биологии. Это чрезвычайно быстрое увеличение числа видов в группе, часто как результат ключевого эволюционного новшества, дающего группе преимущество перед конкурентами или позволяющего освоить новый ресурс. Часто, если появление эволюционной новинки временно совпадает с большим увеличением видового богатства, предполагается, что именно инновация ответственна за эту картину.
Учёные использовали статистические методы, чтобы определить, какие из групп амниот того времени были значительно более богаты видами, чем их близкие родственники, и попытались выявить факторы, ответственные за этот дисбаланс разнообразия. Результаты показывают, что обычно большие различия в разнообразии между двумя близкородственными группами возникают не из-за того, что в большей группе эволюционирует больше видов, а из-за того, что больше видов меньшей группы вымирает.
Ключевой вывод исследования: даже появление важной инновации в большей группе не запускает крупную пролиферацию видов до тех пор, пока не произойдёт значительное новое вымирание.
Ведущий автор статьи, доктор Нил Броклхерст из Музея естествознания в Берлине, сказал: «Похоже, эти "ключевые инновации" не способствуют массовому увеличению видового богатства, а вместо этого служат буфером против вымирания, когда наступают тяжёлые времена».
В рамках исследования учёные изучили эволюцию дицинодонтов — группы вымерших растительноядных терапсид, близкородственных млекопитающим. Около 270 миллионов лет назад у дицинодонтов развился беззубый клюв и движение нижней челюсти вперед-назад — явные функциональные адаптации для переработки растительного материала. Однако лишь 10 миллионов лет спустя, во время незначительного события вымирания, дицинодонты начали вытеснять близких родственников и стали чрезвычайно разнообразными.
Аналогичная картина наблюдается у завроподоморфных динозавров, группы, которая впоследствии дала крупнейших наземных позвоночных всех времён, таких как знаменитый брахиозавр из Музея естествознания в Берлине. Крупные представители этой группы действительно становятся значительно более разнообразными, чем их близкие родственники, но только после массового вымирания в конце триаса, почти через 30 миллионов лет после их первого появления.
Соавтор доктор Марчелло Рута из Университета Линкольна пояснил: «Используя крупномасштабные древовидные диаграммы, изображающие эволюционные отношения различных групп организмов, можно ответить на основные эволюционные вопросы, которые задавали Чарльз Дарвин и многие поколения биологов после него».
Соавтор профессор Йорг Фрёбиш добавил: «Удивительно, но когда у этих ранних наземных позвоночных развивалась новая структура или функция, они не претерпевали драматического увеличения числа видов. Вместо этого адаптивная радиация обычно происходит гораздо позже в истории этих групп, во время одного из многих событий вымирания или в периоды климатического стресса».
Соавтор профессор Йоханнес Мюллер отметил: «Мы действительно не ожидали таких закономерностей. Наши результаты противоречат многим традиционным предсказаниям эволюционной биологии и показывают, что научные взгляды на значимость ключевых инноваций должны быть тщательно пересмотрены».