Влияние древней изоляции на современную экологию: как глубокие биогеографические барьеры ведут к расходящимся эволюционным путям
Новое исследование под руководством учёного из Университета штата Мичиган Питера Уильямса проливает свет на глубокое влияние долгосрочной географической изоляции на эволюцию млекопитающих. Работа, опубликованная в Nature Communications, показывает, как длительное разделение континентов сформировало различные сообщества млекопитающих по всему миру.
«Сегодняшняя экология не была неизбежной. Если бы в далёком прошлом были другие изолирующие факторы, сегодня у нас могли бы быть совершенно иные экосистемы», — заявил ведущий автор исследования Питер Уильямс.
Исследование подчёркивает ключевую роль изоляции для млекопитающих, помимо известных факторов, таких как климат и растительность.
«Возьмём древесных млекопитающих. Несмотря на схожий климат, в Австралии вы найдёте коал, а в Испании — белок», — пояснил Уильямс. Однако коалы не являются аборигенами Испании, а белки — Австралии. «Это различие проистекает из глубокой географической изоляции и расходящихся эволюционных путей в далёком прошлом».
Как изоляция формировала эволюцию млекопитающих
В исследовании используется новый подход для анализа биогеографической изоляции, включающий непрерывную меру — «филобетаразнообразие» (phylobetadiversity), которая количественно оценивает общую эволюционную историю.
- Низкое филобетаразнообразие наблюдается при сравнении, например, Мичигана и Европы, где обитают олени, кролики, белки и т.д. — даже если это не одни и те же виды, на уровне сообществ много общей эволюционной истории.
- Высокое филобетаразнообразие — между Мичиганом и Австралией. «В Австралии в основном сумчатые, а в Мичигане у нас нет сумчатых, кроме опоссума. Очень мало общей эволюционной истории на уровне сообществ», — отметил Уильямс.
Изолированные регионы, такие как Австралия и Мадагаскар, имеют сообщества млекопитающих, которые гораздо менее разнообразны, чем можно было бы ожидать, исходя только из окружающей среды, и эти млекопитающие обладают уникальными комбинациями функциональных признаков, отражающими их особые эволюционные пути.
Ключевым фактором расхождения биоразнообразия оказалась продолжительность изоляции:
- Регионы вроде Австралии, изолированные 30–35 миллионов лет, имели достаточно времени для эволюции уникальных линий.
- Континенты вроде Северной и Южной Америки, которые когда-то были разделены, но вновь соединились во время Великого межамериканского биотического обмена 2,7 миллиона лет назад, демонстрируют больше сходства в своих сообществах млекопитающих.
Птицы и летучие мыши: иная история
Исследование показало, что птицы отреагировали на изоляцию иначе.
Птицы, благодаря способности преодолевать большие расстояния, могут легче преодолевать географические барьеры. Это привело к гомогенизации птичьих сообществ в глобальном масштабе, где факторы окружающей среды играют более сильную роль.
Летучие мыши (единственная летающая группа млекопитающих) в Западном полушарии (например, вампировые и рыбоядные летучие мыши) демонстрируют гораздо более высокую степень функционального разнообразия по сравнению с их сородичами в Восточном полушарии. Исследователи предполагают, что это следствие их независимых эволюционных траекторий, сформированных длительным разделением регионов. Большинство летучих мышей не обладали холодоустойчивостью, чтобы пересечь Берингийский сухопутный мост, что привело к их продолжающейся изоляции и современным различиям между видами в разных полушариях.
Значение для экологии и охраны природы
Понимание того, как историческая изоляция сформировала биоразнообразие, даёт ценные знания для сохранения хрупкого баланса экосистем и разработки стратегий защиты регионов с уникальной эволюционной историей.
«В экологии даже локальные проблемы должны учитывать региональные, континентальные или даже глобальные процессы — погодные условия, океанические течения или, как в данном случае, глубокие географические барьеры. Всё это влияет на современный природный мир», — отметила соавтор исследования Элиз Зипкин.
Команда лаборатории Зипкин планирует продолжить исследования, чтобы глубже изучить историю млекопитающих и то, как биогеографические разделы сформировали биоту нашей планеты.