Горы, как и тропические леса, являются очагами биоразнообразия. Но ученые не уверены, почему. В течение многих лет они думали, что это может быть связано с новой средой, которая возникает, когда формируются горы - по мере того, как растения и животные адаптируются к новой микросреде обитания, а их популяции становятся изолированными из-за все более пересеченной местности, они делятся на новые виды в быстрее, чем обычно. Однако убедительных доказательств того, что эта гипотеза верна, было немного. В новой статье в PNAS команда представила убедительные количественные доказательства в пользу гипотезы, проанализировав тысячи видов растений из китайских гор Хэндуань и прилегающих регионов. Они обнаружили, что по мере формирования гор Хэндуань растения там эволюционировали в новые виды быстрее, чем в близлежащих Гималаях, которые старше.
«По сути, эта статья о том, почему в горах так много видов и как они туда попали», - говорит автор корреспондента Рик Ри, младший куратор отдела ботаники в Полевом музее Чикаго. «Есть два основных пути, по которым виды могут попасть в какое-либо место: либо они эмигрировали из другого места, либо произошли от более раннего вида, который уже был там. повышенная ставка."
Горный массив, который изучали Ри и его соавтор Яоу Син, район гор Хэндуань в западном Китае, находится прямо к востоку от Гималаев. Он образовался недавно (по крайней мере, по земному времени), восемь миллионов лет назад, в результате столкновения тектонических плит. Среди горячих точек глобального биоразнообразия необычно отсутствие тропического или средиземноморского климата. «Горы Хэндуань умеренные, с холодной зимой и коротким влажным летом. Там есть хвойные леса, ледники, альпийские луга - можно обмануть мысль, что ты в Скалистых горах или Альпах, пока не оглянешься и не увидишь, что там десять раз больше биоразнообразия, которое вы видите в этих местах», - говорит Ри.
Такое невероятное биоразнообразие, как подозревали Ри и Син, было результатом диверсификации, вызванной подъемом. Согласно этой гипотезе, когда горы формируются тектоническими силами, новые особые среды, образующиеся вдоль склонов гор, позволяют уже существующим видам разделяться и разветвляться на новые виды, специально приспособленные к этим новым условиям. «По мере формирования гор вы получаете разную высоту, разный субстрат, разный химический состав почвы, разный климат. Они создают множество небольших микросред обитания, вдоль которых виды могут адаптироваться к местным условиям, - объясняет Ри. - Эти изменения означают, что у видов появляется больше возможностей для разнообразия и заполнения новых ниш».
Чтобы проверить эту гипотезу, ученые исследовали относительно молодые по геологическим временам растения, произрастающие в горах Хэндуань, и сравнили их с растениями, обитающими поблизости на Цинхай-Тибетском плато и в Гималаях, которые намного старше. «Мы смогли использовать разницу в возрасте в качестве естественного эксперимента с контролируемым сравнением того, как виды накапливались в разных регионах, - говорит Ри. - Тот факт, что эти горы расположены рядом друг с другом, но имеют разный возраст, позволяет нам сравнивать их истории с точки зрения того, как виды туда попали».
Ри и Син провели филогенетический анализ тысяч растений, используя последовательности ДНК для составления генеалогических деревьев, показывающих, как виды связаны друг с другом. Затем они использовали ископаемые растения, чтобы придать своим открытиям временную шкалу. «Глядя на окаменелости, мы смогли сказать, когда появились разные группы и когда родовые виды разделились», - говорит Ри. «Сочетание ДНК современных растений и окаменелостей древних растений дало нам историческую основу, которая позволила нам реконструировать, где и когда виды перемещались и диверсифицировались».
Команда обнаружила, что новые виды формировались с повышенной скоростью в горах Хэндуань по мере их формирования по сравнению с темпами формирования видов в окружающих регионах - доказательство того, что виды формируются быстрее, когда горы поднимаются. Но эти откровения стали ясны только тогда, когда Ри и Син посмотрели на набор данных в целом. «Сами по себе многие группы растений не демонстрируют четкой закономерности увеличения разнообразия по мере поднятия гор, но если вы посмотрите на них вместе, закономерность проявится довольно четко», - говорит Ри.
Это открытие особенно важно, поскольку оно поддерживает гипотезу, которой до сих пор не хватало количественных доказательств.«Гипотеза диверсификации, основанная на подъеме, популярна, но это исследование дает самые убедительные эмпирические доказательства», - говорит Ри. «Что отличает это исследование, так это то, что мы включили множество различных групп растений, провели контролируемое естественное сравнение этих регионов в разном возрасте и измерили скорость этих процессов во времени. группы для решения этого вопроса в количественном отношении».
Хотя главным интересом Ри остаются горы Хэндуань, он отмечает, что сравнительный подход, использованный в этом исследовании, может быть применен к другим горячим точкам биоразнообразия и другим организмам, включая животных. «Со времен Дарвина мы хотели знать, что, где и как произошло происхождение видов», - говорит Ри. «Как виды попадают туда, где живут? Почему здесь видов больше, чем там? Наше исследование проливает немного света на эти вопросы».