Скорость, с которой эволюция производит новые виды растений и животных или с которой вымирают существующие виды, представляет большой интерес - и не только для ученых. Это потому, что темпы видообразования и вымирания могут многое рассказать нам об истории нашей планеты. Если в течение интервала появляется много новых видов, это указывает на благоприятные условия для жизни на Земле. Напротив, экстраординарные события могут спровоцировать массовые вымирания, самым известным примером которых было событие, уничтожившее динозавров 66 миллионов лет назад, вероятно, вызванное падением метеорита..
Загадочное несоответствие
Трудно определить частоту, с которой виды в прошлом возникали, а затем снова вымирали. «Не было никого, кто мог бы наблюдать за этими процессами, когда они происходили», - говорит Рэйчел Уорнок, постдоктор исследовательской группы Computational Evolution в ETH Zurich. Вот почему ученые пытаются вывести скорость видообразования и вымирания косвенными методами. Некоторая информация поступает из окаменелостей, относящихся к разным геологическим эпохам.
Другим источником информации являются виды, существующие сегодня. В частности, из так называемых филогенетических (или эволюционных) деревьев живых видов, которые основаны на анализе ДНК. Применяя статистические методы к этим деревьям, ученые могут определить, как часто в прошлом появлялись новые виды и вымирали старые.
Однако эти два подхода проблематичны, поскольку они часто дают противоречивые результаты: скорости видообразования и вымирания, полученные на основе летописи окаменелостей, часто намного выше, чем те, которые рассчитаны с помощью филогенетических методов. На сегодняшний день неясно, что было причиной этого несоответствия.
Сочетание разных подходов
Но теперь, в сотрудничестве с другими учеными, Рэйчел Уорнок и глава исследовательской группы Computational Evolution Таня Стадлер нашли объяснение. «Эти два метода основаны на разных предположениях о том, как формируются новые виды», - говорит Уорнок. Вот почему они приходят к разным выводам. Но если они учитывают эти разные предположения, то можно согласовать результаты.
Исследователи смогли продемонстрировать это, изучив различные группы животных, таких как киты, псовые и крупный рогатый скот. Их успех отчасти был связан с компьютерной моделью, которую они разработали сами: «Теперь мы можем объединить обе точки зрения», - говорит Уорнок. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Взгляд на видообразование
Современное мышление утверждает, что существует не один, а несколько механизмов появления новых видов (см. вставку). Каждый механизм приводит к разным результатам; процесс может произвести один или два новых вида, в то время как первоначальный вид либо продолжает существовать, либо вымирает. «Используя статистические методы для анализа филогении и окаменелостей, ученые до сих пор явно не учитывали эти различные возможности», - говорит Уорнок.
Новая модель теперь включает их, таким образом гарантируя, что основанная на окаменелостях и филогенетическая информация дает совместимые скорости видообразования и вымирания.
Это также указывает на то, какой механизм видообразования преобладает в конкретной группе животных или растений. Например, эволюционное древо и летопись окаменелостей китов показывают, что наиболее частым способом может быть анагенез; то есть исходные виды постепенно трансформируются в новые (мода 3; см. вставку). Как следствие, модель можно будет использовать в будущих исследованиях, чтобы получить новое представление об эволюции организмов. Это также помогает согласовать результаты анализа на основе окаменелостей и филогенетического анализа лучше, чем раньше.
Обзор:
Три способа появления новых видов:
- Отпочкование: новый вид ответвляется от существующего, который продолжает существовать (1 новый, 0 вымерший).
- Кладогенез: Вид делится на два новых вида, при этом предковая форма вымирает (2 новых, 1 вымерший).
- Анагенез: вид развивается дальше в новый вид, при этом предковая форма вымирает в процессе (1 новый, 1 вымерший).
Начиная с одного вида, новые виды могут появиться любым из трех способов. В своем исследовании исследователи ETH изучили, дают ли определенные виды новые виды одним преобладающим образом.