Общее понимание эволюции состоит в том, что это битва за выживание: нужно либо «сжать, либо быть сжатым», как известно, Никодемус Боффин, персонаж Диккенса.
Так что интригует то, что многие птицы отказываются от размножения, чтобы помогать другим птицам заботиться о птенцах и защищать их. Совместное размножение, как называют такое поведение, является очевидным эволюционным парадоксом, поскольку помощники, похоже, действуют таким образом, что улучшают приспособленность других за свой счет..
Поскольку виды, которые являются совместными размножающимися, сконцентрированы в географических горячих точках, ученые давно подозревали, что основные характеристики окружающей среды играют роль в их эволюции.
Но эти условия, как известно, трудно идентифицировать. «Некоторые люди пришли к выводу, что изменчивость окружающей среды способствует кооперативному размножению, а другие пришли к выводу, что кооперативное разведение, как правило, происходит в основном в более стабильной среде», - сказал Карлос Ботеро, биолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
"Эту разницу во мнениях трудно примирить, потому что люди пришли к противоположным выводам, основанным на очень похожих показателях изменения окружающей среды."
В выпуске журнала PLOS Biology от 21 июня 2017 г. компания Botero и международное сотрудничество ученых под руководством Михаэля Гриссера из Цюрихского университета в Швейцарии публикуют филогенетическое исследование 3005 видов птиц, которое, по-видимому, устранить несоответствие.
Их анализ показывает, что птицы формируют семейные группы до того, как начинают помогать в гнезде. Эта двухступенчатая структура разрешает разногласия по поводу роли окружающей среды в эволюции кооперативного разведения.
Это также дает проблеск надежды на суровое будущее, поскольку предполагает, что некоторые виды, уже живущие семьями, могут избежать вымирания, завершив переход к совместному разведению, поскольку климат становится более непредсказуемым.
Головоломка
Кооперативное размножение у птиц широко распространено и хорошо изучено, сказал Ботеро, но исследования, которые пытались выявить давление отбора, ведущее к его эволюции, дали запутанные и противоречивые результаты.
Некоторые ученые отмечают, что многие совместные заводчики населяют районы, где условия окружающей среды, такие как количество осадков или продуктивность, стабильны и предсказуемы. Таким образом, популяции птиц увеличиваются, иногда до такой степени, что они насыщают среду обитания. Молодые птицы могут стать помощниками, потому что они не могут удерживать территорию.
Классическим примером этого паттерна являются птицы-носороги. Около 40 процентов из них являются совместными заводчиками, и чем стабильнее климат, в котором обитает вид-носорог, тем больше вероятность того, что он будет совместным заводчиком.
Другие ученые были впечатлены тем фактом, что многие совместно размножающиеся виды живут в тех частях мира, где климат суровый, изменчивый и непредсказуемый. Они предположили, что в этих условиях совместное разведение может быть преимуществом, поскольку оно позволяет быстро увеличивать популяцию птиц в благоприятные годы, но защищает ее от сокращения в периоды суровых условий.
Известный пример, который соответствует этому шаблону, - африканский скворец. Полевые исследования, сравнивающие совместно размножающихся скворцов, таких как превосходный скворец, и несотрудничающих заводчиков, таких как большой голубоухий скворец, обнаружили, что кооперативные птицы способны размножаться в годы, когда условия были настолько плохими, что менее социальные птицы не могли вырастить молодой.
Решение
Ботеро и его коллеги решили примирить эти несоответствия, проверяя свои гипотезы относительно естественной истории птиц в Глобальной филогении птиц.
«Первое, что мы сделали, это спросили, есть ли доказательства того, что развитие сотрудничества - это двухэтапный процесс», - сказал Ботеро. «Мы обнаружили, что наиболее вероятные предки птиц размножались и жили парами, поэтому мы задались вопросом, не развилась ли у птиц сначала способность поддерживать семейные группы, а только потом эволюционировала помощь в гнезде.
Предпосылка заключалась в том, что если бы действительно было два шага, игнорируя промежуточный шаг, мы могли бы прийти к неправильному выводу о параметрах окружающей среды, которые способствуют эволюции социальности. В частности, факторы, которые способствуют семейной жизни могли быть непреднамеренно перепутаны с теми, кто пропагандирует помощь в гнезде», - сказал он
Их анализ показал, что прямые переходы от несемейного образа жизни к кооперативному размножению действительно чрезвычайно редки, и что развитие семейного образа жизни, скорее всего, является предварительным условием для развития кооперативного размножения у большинства птиц.
Установив, что существует два перехода вместо одного, они более внимательно изучили условия окружающей среды, благоприятствующие каждому переходу. Как они и предполагали, они обнаружили, что многие из условий, которые, как в настоящее время считается, способствуют переходу к совместному разведению, вероятно, привели к первоначальному переходу к семейной жизни..
«Суть в том, - сказал Ботеро, - что часто более продуктивная среда - хорошая среда - способствует эволюции семейного образа жизни, и что когда птицы живут группами, воздействие изменчивости окружающей среды может способствовать эволюции помогает в гнезде."
Модель с двумя переходами лучше объясняет географическое распространение кооперативного разведения. По словам Ботеро, многие из горячих точек этой черты, такие как юг Африки, Австралия и север Южной Америки, претерпели резкое изменение климата. Оседлые виды, первоначально находившиеся в условиях, благоприятствующих семейному проживанию, могли оказаться подверженными отбору для совместного размножения по мере изменения климата с течением времени.
Он говорит, что немного удивлен тем, что из данных получилось такое чистое повествование, «потому что все различные компоненты, которые входят в такого рода анализ, могут взаимодействовать очень сложным образом».
С другой стороны, он доволен появившейся историей, которая не только помогает нам лучше понять эволюцию кооперативного разведения, но и проливает некоторый свет на то, почему ученые, изучавшие одно и то же явление, используя очень похожие данные, пришли к таким разным выводам в прошлом.
«Хотелось бы, чтобы это был окончательный ответ на вопрос о том, как возникает социальность», - сказал Ботеро. «Но это шаг в нашей попытке понять действительно сложный процесс».