Мелкие победители в эволюционной гонке млекопитающих
Исследование эволюции млекопитающих за последние 70 миллионов лет показывает: чтобы достичь размеров слона, мыши требуется как минимум в 10 раз больше поколений, чем для обратного перехода — уменьшения слона до размеров мыши.
Между двумя и пятью миллионами лет назад в Южной Америке обитало существо, похожее на гигантскую морскую свинку весом около тонны, которое сильно контрастировало со своими современными мелкими родственниками, такими как мыши и крысы.
Международное исследование под руководством Университета Монаша, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), раскрывает историю изменения размеров тела млекопитающих за 70 миллионов лет.
Размер тела критически важен для выживания. Крупные размеры помогают регулировать температуру тела в холодном климате, а мелкие — выживать при жесткой конкуренции за пищу.
«Предки слонов когда-то были размером с мышь. Нам было интересно выяснить, сколько времени потребуется 20-граммовой мыши, чтобы эволюционировать в двухмиллионограммового слона... и наоборот», — говорит ведущий автор доктор Алистер Эванс.
Исследователи восстановили родословные девяти семейств крупных млекопитающих (включая слонов, обезьян, оленей и китов), а также семейства грызунов (из-за его гигантского родственника), используя фрагментарные данные палеонтологической летописи. Рассчитав массу тела для каждого семейства, они показали, как животные увеличивались или уменьшались с течением времени.
Ключевые выводы:
- Чтобы «построить» существо размером со слона из мыши, требуется около 24 миллионов поколений.
- Чтобы уменьшить слоноподобное существо до размеров мыши, требуется всего около 2 миллионов поколений.
Это первое исследование, которое рассматривает целые ветви генеалогических деревьев (вымерших предков и всех их потомков) на таком длительном промежутке времени (70 млн лет), начиная с момента, когда млекопитающие стали напоминать современных.
Скорость изменений:
- Увеличение массы тела в 100 раз (например, от кролика до носорога) занимает примерно 1,6 млн поколений.
- Увеличение в 1000 раз (от кролика до слона) — 5 млн поколений.
- Увеличение в 5000 раз — 10 млн поколений.
«Мы считаем, что это связано с тем, что при увеличении размера должно измениться всё: нужны более крупные и сильные мышцы, более прочные кости, большие лёгкие и сердце. Должно эволюционировать всё животное», — поясняет доктор Эванс.
Процесс уменьшения происходит как минимум в 10 раз быстрее. Особенно быстро это происходило у популяций-«карликов» на изолированных островах (например, в Средиземном море или у Калифорнии). Пигмейские слоны, бегемоты и олени появлялись сравнительно быстро, иногда уменьшаясь в 30 раз быстрее, чем они увеличивались бы на ту же величину.
На острове с ограниченными ресурсами и высокой конкуренцией естественный отбор благоприятствует более мелким особям, которые начинают размножаться в более молодом возрасте. Исследователи предполагают, что млекопитающим эволюционно проще созреть и дать потомство раньше, чем вырасти крупнее и отложить созревание.
Этот механизм может объяснить появление «хоббитов» (Homo floresiensis) на острове Флорес, а также существование пигмейских популяций людей в конголезских лесах или пустыне Калахари.
Разница между сухопутными и морскими млекопитающими:
- Киты могут эволюционировать от мелких к крупным всего за половину числа поколений, необходимых наземным животным.
- Синий кит — крупнейшее из известных животных — продолжает увеличиваться в размерах. Вероятно, вода, поддерживающая их вес, требует меньше эволюционной «перестройки» организма.
Для наземных млекопитающих, после миллионов лет роста, более поздние антропогенные и климатические эффекты, по-видимому, приводят к уменьшению их максимального размера.
«Нет сомнений, что давление человеческой охоты способствовало исчезновению мегафауны в Европе, Азии и Америке. Но даже за последние 100 лет другие формы антропогенного давления, например, конкуренция за пастбища, привели к уменьшению размеров крупных животных. Африканские слоны, например, уже не так велики, как сто или двести лет назад», — отмечает доктор Эванс.
Тот факт, что человеческая деятельность не только вызывает исчезновение видов, но и уменьшает размеры других, проливает тревожный свет на масштабы нашего влияния на биологию планеты.
«Наши результаты подчеркивают сравнительную сложность достижения серьезных изменений в размерах тела, особенно их увеличения. Значительная продолжительность времени, необходимая для этого, иллюстрирует, насколько сложно это великое преобразование», — заключают авторы в статье PNAS.