Конкуренция за экологические ниши ограничивает образование новых видов

Учёные из Чикагского университета сообщают в журнале Nature от 30 апреля, что скорость образования новых видов ограничена конкуренцией за экологические ниши. Исследование, анализирующее эволюционные и генетические связи между всеми 461 видом певчих птиц, обитающих в Гималайских горах, позволяет предположить, что по мере заполнения экологических ниш в среде образование новых видов замедляется или даже прекращается.

Чтобы изучить, что контролирует процесс видообразования, Тревор Прайс, профессор экологии и эволюции Чикагского университета, Дхананджай Мохан из Индийской лесной службы и их коллеги исследовали певчих птиц восточных Гималаев — региона с наибольшим в мире разнообразием певчих птиц. Считается, что подотряд певчих птиц, который включает ласточек, славок, вьюрков и ворон, произошёл от одного вида около 50 миллионов лет назад. Сегодня он насчитывает более 5000 видов, занимает широкий диапазон климатических зон и демонстрирует крайние вариации массы тела, формы и пищевых адаптаций.

Команда собрала и секвенировала ДНК всех 461 вида гималайских певчих птиц, включая ультраредкие виды, такие как Bugun liocichla. Из них 358 видов гнездятся на площади в 10 000 квадратных километров, что позволило сравнить различия между видами в этом районе и видами в других частях Гималаев. Затем команда создала молекулярно-филогенетическое дерево, детализирующее эволюционные отношения между всеми видами.

На основе генетической информации исследователи обнаружили, что певчие птицы восточных Гималаев в среднем отделились друг от друга шесть-семь миллионов лет назад — примерно за то же время, что и люди от шимпанзе.

«Несмотря на большое разнообразие сред и способность видов перемещаться между районами, эволюция в восточных Гималаях, по-видимому, практически остановилась», — заявил Прайс. — «Другие виды образовались в других местах, например, в Китае и Сибири, но большинство из них не смогли распространиться в этот регион».

Исследователи объясняют это замедление эволюции заполнением экологических ниш — доступных для адаптации новых видов местообитаний или ресурсов. Образование нового вида обычно включает три этапа. Сначала вид расширяет свой ареал. Затем барьер, такой как изменение климата или географическое событие, вызывает разделение вида на отдельные популяции. Наконец, развитие репродуктивной изоляции — неспособности к скрещиванию — завершает процесс видообразования. Затем этот цикл повторяется, создавая всё многообразие природы.

Прайс и его коллеги утверждают, что расширение ареала не может произойти, если нет экологических ниш, в которые вид мог бы расшириться. Несмотря на способность птиц летать и преодолевать географические барьеры, они не могут сохраняться в регионах, где их вытесняют существующие виды, занимающие доступные ниши. В восточных Гималаях исследователи обнаружили доказательства этого в многочисленных различиях в способе питания и размере тела, которые появились на ранних этапах эволюционной истории певчих птиц. Менее драматичные экологические различия, такие как жизнь на разных высотах, по-видимому, сформировались позже, по мере замедления начальной адаптивной радиации.

«Наш аргумент заключается в том, что заполнение ниш остановило расширение ареалов видов», — пояснил Прайс. — «В восточных Гималаях новым видам становится всё труднее и труднее проникнуть в эту систему, и мы довольно близки к максимальному количеству видов, которое может быть размещено. Для большего числа видов почти не осталось места, потому что ниши всё больше заняты».

Эта модель диверсификации резко контрастирует с предыдущими гипотезами, многие из которых фокусировались на медленном развитии репродуктивной изоляции как на ограничивающем факторе.

Кроме того, исследователи обнаружили, что наибольшее разнообразие видов певчих птиц наблюдается на высоте около 2000 метров — в более умеренном регионе по сравнению с тропическим лесом ниже. Они планируют продолжить изучение этого явления в ходе будущих экспедиций.

«Важно осознать, насколько древними и невероятно генетически разнообразными являются эти горные леса», — добавляет Прайс. — «Все эти виды смогли справиться с потеплением, оледенением и похолоданием, почти не изменившись. Для меня довольно удивительно думать, что в следующие 100 лет многие из них могут исчезнуть, хотя они пережили последние 6 миллионов лет».