Роман Мунгалов

«Управлять природой можно лишь подчиняясь ей»

Фрэнсис Бэкон

Вступление

Одним из вопросов, которому посвятил свою жизнь великий английский учёный 18 века Чарльз Роберт Дарвин, был вопрос географического распределения разных видов животных и растений по земному шару. Несмотря на ограниченные возможности исследования столь обширной и продолжительной по времени научной проблемы, великий натуралист был настолько увлечён данной темой, что сумел предоставить этому миру ряд гипотез, касающихся закономерных и исторически обусловленных процессов распределения видов по третьей планете от солнца. Помимо этой темы, Дарвина также интересовали и другие, такие как гибридизация, доместикация, теория инстинктов и так далее. Результатом его трудов стала написанная в 1859 году книга Происхождение видов (The Origin of the Species), которая даёт интересующимся возможность окунуться в мир, где правят законы природы.

Мне очень захотелось пообсуждать некоторые её аспекты, а именно главы, описывающие географическое распределение видов, с самим автором и поделиться с ним современными достижениями, но, к сожалению, это невозможно. Открыв первое издание «Происхождения видов» (предварительно купив его на аукционе за $52 тыс.), я задал себе вопрос:

«Что понимается под расселением видов?»

После чего на чистой странице стали появляться слова:

«Согласно моей теории эволюции, каждый вид возникает в определенной части земной поверхности и его первоначальный ареал в зависимости от характера формообразовательного процесса может быть большим или меньшим. Но со временем он расширяется, что происходит в результате расселения организмов».

Видимо, Великий учёный перед смертью поместил своё сознание в оригинал своей книги, чтобы в будущем у него была возможность общаться с новыми поколениями исследователей, что оказалось большой неожиданностью для меня!

В литературе под расселением следует понимать динамический процесс распространения видов за пределы занимаемой ими территории. Предпосылками расселения животных являются колебания численности особей в популяциях. Эти колебания происходят вследствие изменений соотношения между рождаемостью и смертностью особей. При увеличении плотности популяции у ее членов появляется тенденция к расселению, при уменьшении — к потере части занимаемых участков. Преграды к расселению можно условно свести к физическим и экологическим. К первым для сухопутных животных относятся прежде всего водные пространства, для водных организмов — большие участки суши, разделяющие водные бассейны. Мировой океан — среда сравнительно однородная, поэтому ареалы его обитателей, как правило, очень большие по площади. Это касается не только таких отличных пловцов, как китообразные, но и сидячих форм из мира беспозвоночных. Наиболее серьезной преградой для расселения морских животных оказывается суша, в том случае, когда обойти ее мешают не соответствующие требованиям вида соленость, давление, температура воды и т. п.

Преградами, препятствующими распространению сухопутных животных, в первую очередь являются границы других биоциклов — морей и пресных вод. Существование громадного количества узких ареалов на суше свидетельствует о том, что число преград к расселению здесь больше, чем где бы то ни было. Морские проливы могут представлять собой непреодолимый барьер для нелетающих видов наземных животных. Так, Мозамбикский пролив, ширина которого 400 км, разделяет Африку и Мадагаскар, населенных резко различающейся фауной. Пространство и время также выполняют функцию преград. Расселяясь из центра происхождения по территории, где нет преград и условия однообразны, вид тем не менее занимает не все пригодное для жизни пространство. Это означает, что расселение не завершилось и само расстояние служит своеобразной преградой. Примером, иллюстрирующим значение времени и пространства для расселения, являются наблюдаемые в природе случаи продвижения акклиматизированных или случайно занесенных видов. [1]

Прочитав ответ Дарвина на мой вопрос, я понял суть данного явления, так как он лаконично обозначил её. Факты и теории, которые я уже знал, лишь подтвердили слова учёного.

Немного спустя я задал книге второй вопрос:

«Каковы же тогда факторы и способы расселения видов?»

«Во время своего кругосветного путешествия на корабле «Бигль» я описал 13 видов вьюрков, обитающих на Галапагосских островах. Именно наблюдение за этими птицами натолкнуло меня на идею происхождения видов за счёт изменчивости и естественного отбора. Предположение о том, что Бог специально для Галапагосских островов совершил 13 самостоятельных актов творения, сотворив 13 столь близких, но все-таки разных видов вьюрков, явно противоречило здравому смыслу. Ясно, что изначально здесь жил только один вид вьюрков, который затем был "модифицирован" дюжиной разных способов (one species had been taken and modified for different ends). Ни на одном материке и ни на одном континентальном острове нет такого резкого преобладания вьюрков в орнитофауне».

До недавнего времени широко признавалось, что абиотические факторы, такие как температура и осадки, играли основную роль в формировании распределения видов и биоразнообразия в широких масштабах (например, в региональном, континентальном и глобальном масштабах), и что биотические факторы были наиболее важными при мелком масштабе. Однако все чаще признается, что биотические факторы являются важными детерминантами распределения видов в широких пространственных масштабах, особенно при рассмотрении биотических взаимодействий. И хотя межвидовая конкуренция может быть важной биотической детерминантой в моделях распределения видов в широких масштабах, другие формы биотических взаимодействий, такие как хищничество и симбиоз, также могут играть ключевую роль. Дарвин в своих наблюдениях привёл в пример множество весьма изощрённых и интересных способов расселения растений по миру. Большинство из них он назвал случайными.

«Представим себе, как семена застревают в щелях древесины деревьев или в клюве у птиц и переносятся на гигантские расстояния. Даже айсберги могут играть какую-то роль в переносе гнёзд птиц или семян растений! Немаловажную роль играют климат и геотектоника. Принимая во внимание, что эти разные способы перенесения, а также и другие способы, которые остаются, без сомнения, неоткрытыми, действовали из года в год в течение десятков тысячелетий, я думаю, было бы, странно, если бы таким путем не были широко разнесены многие растения. Эти способы переноса иногда называются случайными, но такое выражение не вполне правильно: морские течения не случайны, как не случайно и направление господствующих ветров. Немаловажную роль я отводил островам, поскольку эндемичные формы островов связаны с формами ближайшего материка или ближайших больших островов».

Современные исследования подтверждают умозаключения Дарвина. На большинстве океанических островов (то есть островов, которые никогда не были соединены с материком) отсутствуют наземные млекопитающие, земноводные и другие животные, не способные преодолевать значительные водные преграды. Видовой состав фауны таких островов является результатом случайного занесения (и последующей адаптивной радиации) некоторых видов, чаще всего птиц, насекомых, летучих мышей (то есть форм, способных пересекать широкие водные пространства). Например, на Гавайских островах живет множество эндемичных (нигде больше не встречающихся) птиц, растений и насекомых, но на них полностью отсутствуют местные пресноводные рыбы, амфибии, рептилии и наземные млекопитающие (не считая завезенных людьми). На острове св. Елены тоже отсутствуют все перечисленные группы животных, но есть местные птицы, насекомые и растения. На Галапагосских островах есть потомки случайно занесенных сюда рептилий (игуаны и черепахи; о том, как рептилии могут иногда пересекать морские проливы), но нет местных млекопитающих, амфибий и пресноводных рыб. Та же самая картина наблюдается на множестве других океанических островов. Еще одним свидетельством в пользу эволюции является высокое сходство островных флор и фаун с флорами и фаунами ближайших крупных массивов суши. Например, животный и растительный мир Галапагосских островов, несмотря на все своеобразие, явно связан тесными родственными связями с флорой и фауной ближайшего материка - Южной Америки (откуда и были случайно занесены немногочисленные организмы, ставшие предками галапагосских эндемиков). Эволюционное учение делает все эти факты не только осмысленными, но и прогнозируемыми. [2]

В частности, недавняя работа на островах продемонстрировала важность географической изоляции (аллопатрии) на начальных этапах формирования видов, роли взаимодействий между видами в адаптивном излучении и влияния как исторических событий, так и детерминированных факторов в результате эволюции на островах. Кроме того, в последние годы широко практикуется реконструкция филогенетических деревьев для отдельных островов на основе молекулярной информации. Эти филогении описывают историю островных биот и могут обеспечить способ синтеза эволюции и биогеографии в масштабах, соединяющих отдельные отдаленные острова, архипелаги и континенты.

Что такого особенного в островах? Во-первых, многие острова либо вулканического происхождения, либо были полностью под водой в какой-то момент их истории. Эти острова выходят над поверхностью океана как чистые сланцы для колонизации и последующей эволюционной диверсификации (распространения), на которых можно наблюдать развитие экологических и эволюционных систем с их начала. Каждый остров представляет новую возможность для появления и распространения живых форм.

Во-вторых, многие острова и архипелаги удалены от других наземных массивов, а некоторые из них были изолированы с низкой скоростью колонизации в течение длительных периодов времени. Это позволяет островным биотам расходиться по своим собственным эволюционным траекториям независимо от эволюционных событий, не связанных с ними и не связанных с ними, разворачивающихся в других местах. Эволюционная диверсификация при адаптивном излучении включает два процесса: распространение видов от первоначального предка ко многим потомкам и адаптация видов к использованию различных частей среды. Недавние дебаты закрутились вокруг порядка, в котором происходят эти процессы. Ведёт ли видообразование к экологической дивергенций и сосуществованию, или же дивергенция ведёт к видообразованию? Исследования на островах значительно улучшили понимание обоих процессов и того, как они связаны. [3]

Третий вопрос, который меня заинтересовал:

«Каково же влияние ледникового периода на расселение видов?»

«Просто невозможна миграция некоторых видов на столь большие расстояния, на которых нам порой приходится их обнаруживать. Например, многие альпийские виды, очень сильно территориально разобщённые, такие как растения Белых гор в Соединенных Штатах Америки и те же виды на Лабрадоре и они же, растущие на высочайших горах Европы. Вслед за движениями ледников перемещаются и виды от неблагоприятных к более выгодным условиям существованиям. Иная ситуация обстоит с арктическими видами, которые вначале двигались к югу, а затем к северу вслед за движениями ледников, поэтому сильно не подвергались модификациям, так как перемещались массово».

Ледниковый период – важный периодически повторяющийся этап в земной истории, во время которого происходит похолодание климата и перемещения ледниковых материковых пластов.

Одно из исследований ученых, проведённое в районе ранчо Ла-Брея, самой богатой на находки останков вымерших животных ледникового периода местности, свидетельствует о том, что между потеплением климата и эволюцией хищников ледникового периода существует тесная связь. По словам ученых, полученные ими данные помогут им предсказать, как современные животные отреагируют на изменение климата (International Business Times). Исследования были проведены сотрудниками музея Пейджа в Лос-Анджелесе и предоставили документальные свидетельства тех значительных изменений, которым с течением времени подверглись черепа ужасных волков и саблезубых кошек.

«По словам исследователей, климат в конце ледникового периода был крайне нестабильным, с быстро сменяющими друг друга потеплениями и похолоданиями. Окаменелые останки животных разных отрезков Ледникового периода, по их словам, существенно отличаются, и эта эволюция, обусловлена именно климатическими изменениями. Так, отмечают исследователи, к концу последнего ледникового периода, ужасные волки Ла-Бреи стали значительно мельче и стройнее, адаптировавшись таким образом к охоте на более мелкую добычу по мере потепления и таяния ледников. Что касается саблезубых кошек, то они также отреагировали на стремительно меняющийся климат. Они, наоборот, увеличились и перешли на более крупную добычу». [4]

Данные исследования непосредственно не связаны с географическим распространением этих видов, но всё же возможно их адаптация могла повлиять и на миграции. Согласно современным представлениям, в течение ледникового периода постоянно возникали водоёмы то пресного, то солёного типов, соответственно изменялась и их прежняя фауна. Во время таяния ледников формировались новые речные системы, что могло бы стать новыми путями миграции всевозможных видов, к примеру нерпы. Одним словом, всё новыми и новыми исследованиями мы лишь расширяем и уточняем те общие закономерности (и не только, поскольку Дарвин предлагает массу примеров и конкретики), которые были описаны ещё в 19 веке Чарльзом Робертом.

Спасибо за столь содержательный диалог, мистер Дарвин! Уверен, что наша беседа, а также и вся ваша книга непременно помогут мне в дальнейшей научной деятельности и в понимании механизмов эволюции.

«Всегда пожалуйста, друг»

Использованная литература:

1. Расселение животных www.botan0.ru

2. Доказательства эволюции. Часть 7. Биогеографические доказательства / А. В. Марков, 2010

3. Adaptation and diversification on islands / Jonathan B. Losos, Robert E. Ricklefs – Nature, 2009

4. Gismeteo News «Ученые исследуют влияние изменения климата на эволюцию хищников» – «International Business Times», 2014