Как климат влияет на формирование новых видов: исследование на примере бабочек

Некоторые регионы Земли, например тропические леса, содержат значительно больше видов, чем другие, например тундра. Это явление — градиент широтного биоразнообразия — показывает, что ближе к экватору видов больше, а по мере движения к полюсам их число уменьшается.

Одно из возможных объяснений — влияние климата на процесс видообразования (спектации). Исследователи из Университета Британской Колумбии изучили этот процесс на примере моли-паутинницы (Hyphantria cunea), используя краудсорсинговую науку во время локдаунов COVID-19.

Объект исследования: моль-паутинница

• Ареал: от Мексики до Канады (почти 4000 км).
• Особенность: гусеницы имеют либо черные, либо красные головы.
• Значение: гусеницы разного цвета демонстрируют разное поведение и время появления, а генетические данные указывают на то, что они эволюционируют в отдельные виды.

Метод: краудсорсинг во время локдауна

Из-за ограничений на поездки ученые использовали платформу iNaturalist.

• Было проанализировано 11 000 фотографий паутинницы от более чем 7000 пользователей.
• Для каждой фотографии вручную определяли цвет головы гусеницы, дату и геолокацию.
• Это позволило изучить популяции от Флориды до Онтарио, не выходя из дома.

Механизм видообразования: барьер во времени

Обычно видообразование происходит, когда группы одного вида разделяет физический барьер. У паутинницы барьером выступает время:

• Красноголовые и черноголовые гусеницы появляются и размножаются в разное время лета.
• Эта временная разобщенность ограничивает скрещивание и ведет к разделению на два вида.

Роль климата:

• Ближе к экватору лето длиннее, и паутинницы проходят больше жизненных циклов за год.
• Это дает группам больше гибкости в выборе времени для размножения, позволяя эффективнее избегать друг друга и ускоряя видообразование.
• На севере, с его коротким летом, обе группы вынуждены размножаться одновременно, что замедляет их разделение.

Результаты: градиент в действии

Анализ тысяч наблюдений подтвердил влияние широты и климата:

• В северных регионах (короткое лето) красноголовые и черноголовые гусеницы размножались одновременно и имели более схожую окраску. Это указывает на большее скрещивание между группами.
• В южных регионах (длинное лето) группы могли разделять свои поколения, их окраска была менее схожей, что говорит о более продвинутой стадии видообразования.

Вывод: климат как двигатель разнообразия

Исследование показывает, что различия в климате от экватора к полюсам влияют на эффективность видообразования, когда барьером является время. Это напрямую связано с наблюдаемым в природе градиентом биоразнообразия.

Значение: На Земле описано около 2,1 млн видов, из которых более миллиона — насекомые. Понимание процессов, формирующих это разнообразие, особенно важно в эпоху миграции видов из-за изменения климата и антропогенного воздействия на экосистемы.