Диалог с бессмертной книгой

«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!

Расселение – это динамический процесс распространения видов за пределы занимаемой ими территории. Среди факторов, способствующих перемещению животных большую роль играют изменения численности особей, а также рождаемость и смертность. Плотность популяции напрямую коррелирует с миграциями особей. Также существуют и преграды, препятствующие расселению животных и растений. Они бывают физические и экологические. Среди физических выделяют в первую очередь акватории (для сухопутных форм) и сухопутные территории (для водных форм). В Мировом океане огромные пространства заселены организмами. Это относится как к пелагическим, так и к бентосным формам. Наибольшим препятствием в перемещениях водных обитателей является суша, а именно нехарактерные для них условия, такие как солёность, давление, температура и т. д. Для обитателей суши это, конечно же, вода. Морские проливы являются препятствием для наземных животных. Немаловажную роль играют пространство и время. Несмотря на отсутствие преград и однообразные условия, вид не будет занимать всю свободную территорию при расселении, что означает незавершённость процесса, так как сама площадь расселения является препятствием для данного вида. В качестве примера для пространства и времени можно привести существующие в природе случаи продвижения акклиматизированных или случайно занесённых 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 такие абиотические факторы, как температура и осадки, играли основную роль в формировании расселения видов и биоразнообразия в широких масштабах (региональном, континентальном или глобальном), 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. Огромное число островов не имеют сухопутных млекопитающих, амфибий и т. д., которые не смогли бы преодолеть значительные водные расстояния. Особи появляются там путём случайного занесения, например, это могут быть птицы и насекомые, то есть формы, способные преодолевать большие расстояния.

Примером могут послужить Гавайские острова, населенные эндемиками (растения, птиц и насекомых), но при это абсолютно не имеющие местных рыб, амфибий, пресмыкающихся и млекопитающих (без учёта интродуцированных человеком). На Галапагосских островах живут когда-то случайно попавшие сюда пресмыкающихся (игуаны, черепахи), зато отсутствуют свои млекопитающие, амфибии и рыбы. Такая же картина имеет место и на многих других островах.

В пользу эволюции играет и другой интересный факт, а именно сходство флоры и фауны на островах и рядом расположенных материках. Например, Галапагосские острова и Южная Америка. [2]

Одно из последних исследований показало значимость географической изоляции в видообразовании. Сейчас наукой используется реконструкция филогенетических древ для разных островов с использованием методов молекулярной биологии. Эти филогении описывают историю живых организмов на островах и могут обеспечить способ совмещения эволюции и биогеографии в масштабах, соединяющих отдельные отдаленные острова, архипелаги и континенты.

Что же 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.

Недавнее исследование, проведённое в районе ранчо Ла-Брея, демонстрирует связь между глобальным потеплением и эволюцией хищников ледникового периода. Как отмечают ученые, это важно для прогнозирования поведения современных животных при перепадах климата. В результате проведённых исследований были получены доказательства того, какие изменения со временем происходили с волками и саблезубыми кошками в те давние времена. В результате резких изменений климата во времена ледникового периода окаменелости животных в разные временные отрезки Ледникового периода сильно отличаются друг от друга. Тем самым в конце последнего Ледникового периода ужасные волки Ла-Бреи эволюционировали, изменив свое телосложение и размеры, став гораздо мельче, что связано с увеличением количества мелкой добычи в результате таяния ледников. Саблезубые кошки же, наоборот, стали крупнее в соответствии со своей добычей. [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