Эволюция клювов демонстрирует ход адаптивной радиации у птиц

3D-сканы клювов птиц

Рис. 1. Добровольцы сделали и промаркировали более 2000 3D-сканов клювов различных видов современных птиц из коллекций в Трингском и Манчестерском музеях естественной истории. Эти данные послужили основой для масштабного исследования макроэволюции. Изображения с сайта trump24h.com

Международная группа орнитологов, собрав обширную базу данных по форме клювов современных видов птиц, проанализировала их экологическую эволюцию. Ученые выделили два этапа в адаптивной радиции птиц. На первом этапе эволюция привела к быстрому освоению всего адаптивного пространства. Затем, при дальнейшей эволюции, адаптивное пространство перераспределялось и дробилось на более узкие экологические ниши. Скорость экологической эволюции оставалась относительно низкой. Однако в некоторых группах она тем не менее резко возрастала, что соответствовало выходу в новые необычные адаптивные зоны или освоению изолированных территорий вроде островов. Это мощное исследование дает хорошую основу для предметного изучения макроэволюционных процессов.

Несколько лет назад стартовал публичный проект "Mark My Bird", в котором мог принять участие каждый желающий. Специалисты из Шеффилдского университета предложили публике зайти на сайт и помочь промаркировать отсканированные 3D-сканером птичьи клювы. Желающие нашлись! И у исследователей появилась обширная оцифрованная база данных по форме клювов более 2000 видов птиц из разных отрядов.

По этой базе данных ученые собирались выявить закономерности макроэволюции птиц, связанные с их экологией. Так как форма клюва отражает и тип пищи, и способ ее добычи, то этот признак вполне можно взять за основу такого исследования. Специалисты выяснили диапазон изменчивости формы клюва для видов, семейств, отрядов — благо, данных было достаточно.

Изменение во времени двух главных компонент

Рис. 2. Изменение во времени двух главных компонент, определяющих большую часть вариабельности в форме клювов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Затем, методом главных компонент определив основные параметры этой изменчивости, сопоставили их с филогенетическими реконструкциями, принятыми для птиц. И получили интересную картину соотношения скоростей экологической и морфологической (генетической) радиации. Первая высчитывается по диапазону изменений значимых параметров клювов в единицу времени (1 млн лет). А вторую, очевидно, отражает число ветвлений на филогенетических деревьях. Оказалось, что скорость экологической радиации была высока в начальный период эволюции птиц — тогда она увеличилась очень резко. Затем, во время второй фазы, она быстро снижалась, оставаясь относительно постоянной.

Показатели экологического разнообразия во времени и относительная скорость изменения этого показателя

Рис. 3. Показатели экологического разнообразия во времени (слева) и относительная скорость изменения этого показателя, то есть скорость «экологической» эволюции (справа). Цветами показаны расчеты для разных филогенетических реконструкций для обеих главных компонент. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Зато скорость видообразования во время этой второй фазы не снижалась. Это означает, что экологическое или адаптивное пространство, быстро занятое на первом этапе, перераспределялось между новыми видами, дробилось на более мелкие адаптивные участки. Последнее определяет путь к появлению узко специализированных видов. На фоне общей низкой скорости экологической эволюции она, тем не менее, резко возрастала в отдельных линиях. Такие отдельные пики связаны как раз с появлением видов-специалистов, занявших необычные адаптивные зоны. Среди них чистиковые, тропические птицы-носороги, некоторые из гусеобразных; для этих специализированных групп характерно небольшое число видов в родах. Увеличение скорости экологической эволюции в отдельных линиях ученые связывают с быстрой радиацией в незанятом адаптивном пространстве. Это либо необычное морфологическое новшество, либо островная радиация. Представитель группы, попав на малозаселенный остров, может дать начало целому букету родственных видов, которые в экологическом отношении будут схожи с материковыми неродственными видами.

Филогенетическое дерево современных птиц

Рис. 4. Филогенетическое дерево современных птиц, на котором цветами обозначены скорости экологической эволюции от минимальных (синий) к максимальным (темно-красный). Серыми треугольниками отмечены резкие увеличения скорости экологической эволюции в отдельных линиях. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Те читатели, которые знакомы с развитием макроэволюционных представлений, наверняка узнают в начальной фазе быстрой адаптивной эволюции так называемую адаптивную радиацию (H. Osborn, 1902. The Law of Adaptive Radiation), типогенез (О. Н. Schindewolf, 1950. Basic Questions in Paleontology), «некогерентную эволюцию», «ювенильные таксоны» (см. А. В. Марков, Е. Б. Наймарк, 1998. Количественные закономерности макроэволюции), «экстенсивную дивергенцию» (см. А. В. Марков, Е. Б. Наймарк, 1998. Этапность развития надвидовых таксонов) и близкое к ним понятие «арогенной популяции». Судя по цитированным в статье работам, такое понимание макроэволюционных закономерностей становится в настоящее время доминирующим. Иными словами, существование двух специфических этапов в макроэволюции таксона не является новой идеей. Но здесь нужно обратить внимание не столько на саму идею, сколько на ее толкование с позиций постоянства скорости микроэволюционного, дарвиновского, процесса. Авторы, напоминая нам об идеях Симпсона (Дж. Г. Симпсон, 1948. Темпы и формы эволюции) о скачкообразном увеличении темпов эволюции в разных группах животных, приводят конкретные доказательства, что при постоянно идущем отборе на приспособленность скорость видообразования может резко увеличиваться. Это связано с освоением новых адаптивных пространств.

Авторы не решились взяться за ископаемое разнообразие птиц, хотя при обсуждении макроэволюции и реконструкциях прошлого проверка гипотез на ископаемом материале кажется вполне логичной. Они отписались тем, что клювы в ископаемом состоянии редко хорошо сохраняются (и это правда). Вряд ли стоит сомневаться, что ископаемая летопись птиц подтвердит выводы о существовании двух этапов в их экологической радиации, о специализации при выходе на новые адаптивные просторы (см. обзор по ископаемым птицам: Голова, ноги, хвост — гонка технологий в эволюции птиц, «Журнал общей биологии», т. 76, 2015).

Источник: Christopher R. Cooney, Jen A. Bright, Elliot J. R. Capp, Angela M. Chira, Emma C. Hughes, Christopher J. A. Moody, Lara O. Nouri, Zoë K. Varley, Gavin H. Thomas. Mega-evolutionary dynamics of the adaptive radiation of birds // Nature. 2017. DOI: 10.1038/nature21074.

Елена Наймарк


5
Показать комментарии (5)
Свернуть комментарии (5)

  • persicum  | 07.02.2017 | 22:08 Ответить
    Слово-то какое - радиация!!! Ох уж эти кальки... Может, "лучеветвление" как нить?
    Ответить
    • naimark > persicum | 08.02.2017 | 19:01 Ответить
      это такой биологический термин - адаптивная радиация.
      Ответить
  • sVv#14  | 08.02.2017 | 10:42 Ответить
    1) Автор или референт путают адаптивную радиацию Осборна и идиоадаптацию Северцова. По H.Osborn'у в статье The Law of Adaptive Radiation адаптивная радиация - это когда таксон осваивает множество ниш за счет параллельной изменчивости немногих органов в разных субтаксонах.Осборн приводил в пример зубы и конечности крупных млекопитающих раннего-среднего кайнозоя - лишь за счет этих двух систем эти млекопитающие овладели тогда еще свободным от какого-либо крупного зверья миром, изменений в этих системах было немного и они были параллельны в разных таксонах. А идиоадаптация по Северцову - это когда таксон осваивает множество ниш за счет непараллельных изменений во множестве органов. Северцов приводил в пример позднекайнозойских крупных и мелких млекопитающих - когда мир уже поделен, а все возможные изменения ног и зубов уже пробованы-перепробованы. Поскольку изучался только клюв - об идиоадаптации Северцова говорить нельзя. А поскольку ничего не сказано о параллелизмах - ничего нельзя говорить и об адаптивной радиации Осборна. Исследрвание конечно интересное, конечно говорит о стадиальность эволюции, только выявленные им стадии - не Осборна и не Северцова.
    2) Термин "адаптивная радиация" придуман задолго до Хиросимы, поэтому никаких негативных ассоциаций в 1902г не вызывал:-)
    Ответить
  • Олег Чечулин  | 08.02.2017 | 18:02 Ответить
    А что понимается под маркировкой клювов? Определение координат характерных точек?
    Ответить
    • naimark > Олег Чечулин | 08.02.2017 | 19:00 Ответить
      Да, именно координаты характерных точек. От кончика клюва по его краю (right and left tomial edges), верхний и нижний абрис клюва.
      Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»