Исследовательская группа под руководством Университета Аризоны показала, что эволюция обусловлена взаимодействием видов внутри сообщества.
Все живые существа существуют в сообществах, где они зависят от ресурсов или услуг, предоставляемых другими видами. По мере того, как меняются члены сообщества, меняются и продукты, от которых зависят виды и которыми они делятся. Покойный Джордж Гейлорд Симпсон, профессор наук о Земле в Университете Австралии и один из самых влиятельных эволюционистов прошлого века, предположил, что эти флуктуирующие зависимости должны определять скорость эволюции.
Теория, как известно, трудно проверить, потому что взаимодействия видов одновременно повсеместны и эфемерны, сказал профессор экологии и эволюционной биологии UA Александр Бадяев. Но он и его команда думают, что нашли способ, изучив эволюцию биохимических путей, которые обеспечивают цветовое разнообразие у птиц.
Бадяев и его соавторы показали, что структура биохимических процессов у птиц является ключом к пониманию того, как виды приобретают и теряют зависимость от других в своих сообществах. Следовательно, это диктует, насколько быстро виды могут диверсифицироваться и развиваться.
Новое исследование, которое было опубликовано в Nature Communications ранее в этом месяце, подтверждает это предсказание и раскрывает механизмы, которые показывают, как это работает.
Бадяев изучал эволюцию путей, по которым птицы превращают пищевые каротиноиды в молекулы, необходимые для всего: от зрения до иммунной системы и пигментации перьев.
Команда, в которую входили студенты и аспиранты, а также научный сотрудник лаборатории Бадяева, построила и протестировала структуру тысяч каротиноидных биохимических путей почти у 300 видов птиц. Затем они исследовали, как пути изменились за последние 50 миллионов лет.
«Важность каротиноидов для множества функций контрастирует с неспособностью птиц самостоятельно создавать каротиноиды», - сказал Бадяев. «Таким образом, вид, получающий пищевые каротиноиды из одного источника пищи, становится заложником исчезновения источника».
Решение находится в структуре биохимических путей, где одни и те же молекулы могут взаимозаменяемо продуцироваться различными пищевыми каротиноидами. Это не только позволяет видам надежно получать свои основные каротиноиды, несмотря на колебания окружающей среды, но также позволяет птицам исследовать дополнительные биохимические пути. Бадяев называет это «интернализирующим контролем»."
Подумайте о том, чтобы висеть на веревке со скалы. Если одна веревка исчезнет, вы умрете. Если у вас две и одна выйдет из строя, вы будете жить. Но наличие третьей страховочной веревки обеспечивает достаточную устойчивость, чтобы из первых двух можно что-то сделать - вроде лестницы - и таким образом взять под контроль свою траекторию, пока держится устойчивость», - сказал Бадяев.
Его команда обнаружила, что когда виды временно получают контроль над производством каротиноидов, извлекая выгоду из нескольких источников каротиноидов, они эволюционируют с исключительно высокой скоростью и производят одних из самых экстравагантно окрашенных птиц в мире.
«Но в тот момент, когда вы это делаете, вы становитесь уязвимыми для нового внешнего контроля, а затем цикл повторяется», - сказал он. «Это потому, что как выигрыш, так и проигрыш внешнего контроля происходят с одинаковой частотой».
Это исследование основано как на теории эволюции Дарвина путем естественного отбора, так и на идее Симпсона о том, что эволюция организма зависит от других членов его сообщества.
«Это показывает, как механистически связаны адаптация и эволюционные изменения», - сказал Бадяев. «Это показывает, почему обретение и потеря внутреннего контроля является ключевой особенностью эволюции».