Удивительно, но основная группа цветковых растений эволюционирует в два раза быстрее в зонах с умеренным климатом, чем в тропиках. Это открытие противоречит давней гипотезе о том, что тропические регионы, являющиеся домом для самого богатого биологического разнообразия планеты, опережают свои умеренные аналоги в производстве новых видов..
Тропики являются родиной большинства видов розидов, группы, которая составляет более четверти цветковых растений, от мангровых зарослей до роз и дубов. Но при анализе около 20 000 видов розидов исследователи обнаружили, что скорость эволюции тропических розидов намного отстает от скорости более молодых сообществ в умеренных средах обитания.
Хотя розиды возникли 93-115 миллионов лет назад, скорость, с которой группа диверсифицировалась или сформировала новые виды, резко возросла за последние 15 миллионов лет, период глобального похолодания и расширения ареалов умеренного климата. Сегодня розиды диверсифицируются гораздо быстрее в таких местах, как юго-восток США, чем в экваториальных тропических лесах, говорит соавтор исследования Райан Фолк, доцент кафедры биологических наук и куратор гербария в Университете штата Миссисипи.
«Все знают о разнообразии тропических лесов. Можно предположить, что все действия эволюции происходят в них», - сказал Фолк, бывший научный сотрудник Флоридского музея естественной истории. «Но мы обнаружили, что на самом деле это умеренные регионы Земли - на самом деле наши собственные задние дворы - где происходят многие недавние действия».
Чарльз Дарвин однажды описал скорость, с которой самые ранние цветковые растения развивались и распространились по планете, как «отвратительную тайну». Ученые до сих пор отслеживают движущие силы стремительного эволюционного успеха этих растений, при этом температура становится сложным фактором: некоторые исследования показали, что эволюция цветков ускоряется в более теплых регионах, в то время как другие указывают на более прохладный климат. Исследования влияния более высоких и низких широт по диверсификации растений дал такие же противоречивые результаты.
Группа биологов-эволюционистов выбрала розидов в качестве кандидатов для более пристального изучения взаимосвязи между температурой и разнообразием растений в первой крупномасштабной оценке эволюции группы. Насчитывая примерно 90 000-120 000 видов, розиды живут почти во всех наземных средах обитания, при этом розовые деревья формируют большинство умеренных и многих тропических лесов, сказал соавтор исследования Дуглас Солтис, куратор музея Флориды и выдающийся профессор Университета Флориды..
«Для меня это было одним из крупнейших событий земной эволюции - появление лесов, в которых доминируют розиды», - сказал он. «Другие линии, такие как амфибии, насекомые и папоротники, диверсифицировались в тени розидов».
Исследование группы показывает, что розиды эволюционировали как на дрожжах после того, как тепличный климат Земли начал остывать и высыхать, и столько же тропических и субтропических местообитаний превратилось в умеренные, предлагая новую недвижимость для эволюционно предприимчивых организмов.
Разнообразие тропических регионов, напротив, обусловлено не эволюционными механизмами, а скорее стабильностью: люди говорят, что сообщества тропических растений «просто не вымерли, если можно так выразиться».
Выводы перекликаются с аналогичной закономерностью, обнаруженной командой в другой группе растений, известной как Saxifragales, но исследователи осторожны в своих предположениях относительно того, верна ли эта закономерность для других растений или животных.
«Трудно сказать, что существует универсальная модель того, как жизнь реагирует на температуру», - сказал соавтор исследования Мяо Сунь, научный сотрудник Орхусского университета Дании и бывший научный сотрудник Музея Флориды.«С другой стороны, кажется, формируется тенденция, которая вместе с нашим исследованием показывает более низкую скорость диверсификации в тропических регионах по сравнению с умеренными зонами. жизнь."
Если похолодание стимулировало диверсификацию розидов, как группа могла бы жить на планете с потеплением? По словам исследователей, прогноз неутешителен.
Розиды смогли заполнить прохладные экологические ниши и теперь, возможно, не смогут адаптироваться к повышению температуры, особенно при нынешних темпах изменений, сказала соавтор исследования Памела Солтис, куратор Музея Флориды и выдающийся профессор UF.
«Потепление, вероятно, замедлит темпы диверсификации, но, что еще хуже, мы не ожидаем, что виды, живущие в настоящее время в арктических или альпийских районах, смогут реагировать на быстрое повышение температуры», - сказала она. «Изменения происходят слишком быстро, и мы уже видим, как виды перемещаются на север в Северном полушарии или поднимаются в горы, а многие другие виды находятся на грани исчезновения или уже потеряны."
Команда использовала генетические данные из GenBank и баз данных естественной истории, таких как iDigBio и Global Biodiversity Information Facility, чтобы собрать данные ДНК для 20 000 видов и 3 миллионов записей о встречаемости растений - одно из крупнейших исследований такого рода в дата.
"Эта работа была бы невозможна без данных коллекций естественной истории", - сказал соруководитель исследования и старший автор Роберт Гуральник, куратор отдела биоинформатики Музея Флориды. «Розиды - чрезвычайно успешная группа цветковых растений. Выгляните в окно, и вы увидите розиды. Эти растения существуют благодаря процессам, происходящим на протяжении миллионов лет, и теперь мы знаем кое-что существенное о том, почему».