Поскольку изменение климата и биологические вторжения продолжают влиять на глобальное биоразнообразие, ученые из Университета штата Колорадо и Университета Колорадо-Боулдер недавно опубликовали работу, в которой предполагается, что то, как организмы перемещаются в новые районы или расширяют свой ареал, может быть непосредственное влияние эволюционных изменений.
Их работа, опубликованная в Nature Communications, бросает вызов традиционной теории о том, что только демографические факторы, такие как рождение, смерть и миграция, определяют расширение ареала. Выводы исследователей добавляют в качестве определяющих факторов эволюционные процессы, происходящие в ходе расширения ареала.
Эволюцию нелегко измерить в полевых условиях, поэтому Рут Хафбауэр, профессор кафедры биоаграрных наук и борьбы с вредителями CSU, и ее коллеги Кристофер Вайс-Леман и Бретт Мельбурн с кафедры экологии CU и эволюционная биология использовали мучных жуков (Tribolium castaneum) для наблюдения за эволюционными процессами в контролируемых условиях.
Исследователи создали два разных типа расширения ареала - структурированное, когда они позволяли жукам распространяться по ландшафту от поколения к поколению в нормальных условиях, и перемешиваемое, когда каждый отдельный жук подсчитывался в ландшафте в каждом поколении, а затем смешивался вместе и поставить обратно. Поместив то же количество людей в заданное место в ландшафте, что и было изначально, исследователи смогли воспроизвести демографию ландшафта, какой она была до перетасовки, при этом смешав любую генетическую структуру, которая развилась. Перетасованные жуки двигались по ландшафту медленнее и предсказуемее.
Напротив, нормально структурированные популяции в среднем двигались быстрее, но с большей изменчивостью в движении, что делало их менее предсказуемыми. После восьми поколений расширения ареала были сопоставлены три отдельные популяции жуков, включая те, что были найдены в центре и на краю структурированных ландшафтов, и те, которые были перемещены в новые районы..
«Для популяций, которые расширяют свой ареал, например, из-за изменения климата, мы обнаружили, что организмы движутся быстрее способами, которые трудно предсказать», - сказал Хафбауэр. «Это исследование показало, что эволюционные процессы могут увеличивать скорость движения, а также изменять скорость движения видов, что позволяет нам лучше понять, куда организмы могут пойти в будущем».
Как и в предыдущих исследованиях, жуки использовались для моделирования экологических и эволюционных условий из-за их небольшого размера и их более быстрого прогрессирования через последующие поколения. В дикой природе аналогичные эволюционные процессы наблюдаются у тростниковых жаб, которые вторгаются во Флориду и Австралию, и могут происходить при других инвазиях, таких как читерская трава на западе Соединенных Штатов.
«Жуки, безусловно, помогают нам проверять теоретические предсказания, но также важно видеть, как это расширение ареала проявляется в естественном мире», - сказал Хафбауэр. «Поддержание биоразнообразия и управление вторжениями очень сильно зависит от нашего понимания причин перемещения населения».