То, что ест животное, является фундаментальным аспектом его биологии, но, что удивительно, эволюция рациона до сих пор не изучалась в животном мире. Ученые из Аризонского университета сообщают о нескольких неожиданных выводах, сделанных в результате глубокого изучения эволюционной истории более миллиона видов животных и возвращения на 800 миллионов лет назад, когда на нашей планете появились первые животные.
Исследование, опубликованное в журнале Evolution Letters, выявило несколько удивительных ключевых идей:
Многие современные плотоядные виды, то есть питающиеся другими животными, могут проследить эту диету до общего предка более 800 миллионов лет назад.
Растительная или травоядная диета не является движущей силой эволюции новых видов, как считалось. Близкородственные животные, как правило, имеют одну и ту же диетическую категорию - растительноядные, мясоедные или и то, и другое. Это открытие означает, что переключение между диетическими образами жизни не происходит легко и часто в ходе эволюции.
Кристиан Роман-Паласиос, Джошуа Шолль и Джон Винс из Департамента экологии и эволюционной биологии UA изучили литературу в поисках данных о пищевых привычках более миллиона видов животных, от губок до насекомых. от пауков до домашних кошек. Вид считался плотоядным, если он питался другими животными, грибами или простейшими (одноклеточными эукариотическими организмами, многие из которых питаются бактериями). Виды были классифицированы как травоядные, если они зависят от наземных растений, водорослей или цианобактерий в качестве пищи, и всеядные, если они питаются смесью плотоядных и травоядных диет.
Затем ученые сопоставили обширный набор данных о видах животных и их пищевых предпочтениях с эволюционным деревом, построенным на основе данных о последовательности ДНК, чтобы распутать эволюционные отношения между ними.
«Наше крупнейшее исследование, проведенное на сегодняшний день, посвящено изучению эволюции рациона питания на всем древе жизни животных», - сказал ведущий автор исследования, аспирант Роман-Паласиос. «Мы рассмотрели три широко обсуждаемых и фундаментальных вопроса эволюционной биологии, проанализировав крупномасштабный набор данных с использованием самых современных методов».
Все виды можно классифицировать в соответствии с их эволюционными отношениями, концепция, известная как филогенез. Организмы сгруппированы в таксоны, которые определяют их взаимоотношения на нескольких уровнях. Например, кошки и собаки относятся к разным видам, но относятся к одному отряду (плотоядные). Точно так же лошади и верблюды принадлежат к разным отрядам (копытные). Оба отряда, однако, являются частью одного и того же класса (млекопитающие). На самом высоком уровне животные классифицируются по типам. Примерами типов животных являются членистоногие (насекомые, ракообразные, пауки, скорпионы и им подобные), моллюски (в этот тип попадают улитки, моллюски и кальмары) и хордовые, к которым относятся все животные с позвоночником, включая человека.
Опрос показывает, что плотоядность среди животных наиболее распространена, включая 63% видов. Еще 32% являются травоядными, в то время как люди составляют небольшое меньшинство, всего 3%, среди всеядных животных.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что многие из современных плотоядных видов прослеживают эту диету вплоть до основания эволюционного дерева животных, более 800 миллионов лет, предшествовавшего самым древним известным окаменелостям, которые палеонтологи смогли обнаружить. с уверенностью приписать к животному происхождению.
«Мы не видим этого у травоядных», - сказал Винс, профессор экологии и эволюционной биологии и автор исследования. «Травоядные, кажется, появились намного позже, поэтому в нашем эволюционном дереве они чаще появляются ближе к вершинам дерева."
Итак, если первое животное было плотоядным, на что оно охотилось?
Авторы предполагают, что ответ может заключаться в протистах, в том числе хоанофлагеллятах: крошечных одноклеточных организмах, которые считаются ближайшими живыми родственниками животных. Живущие в виде планктона в морской и пресной воде, хоанофлагелляты смутно напоминают миниатюрные версии волана, которым бьют туда-сюда во время игры в бадминтон. Воронкообразный воротник из «волос» окружает похожий на хлыст придаток, называемый жгутиком, ритмичное биение которого всасывает непрерывный поток воды через воротник, отфильтровывая бактерии и детрит, которые затем поглощаются и перевариваются. Возможно, что общий предок современных животных был существом, очень похожим на хоанофлагеллят.
«Древнее существо, наиболее тесно связанное со всеми современными животными, могло питаться бактериями и другими простейшими, а не растениями», - сказал Винс.
Переход к растительной диете, с другой стороны, происходил гораздо чаще в ходе эволюции животных.
Травоядные традиционно рассматривались как мощный катализатор возникновения новых видов - часто цитируемым примером являются насекомые, около 1,5 миллиона описанных видов которых являются самой разнообразной группой среди членистоногих. Многие новые виды цветковых растений появились в меловой период, около 130 миллионов лет назад, и широко распространено мнение, что беспрецедентное разнообразие цветов совпало с увеличением количества видов насекомых, использующих в своих интересах недавно доступное цветочное изобилие.
«Это говорит нам о том, что то, что мы видим у насекомых, не обязательно относится к другим группам в животном мире», - сказал Винс. «Травоядность может идти рука об руку с появлением новых видов в определенных таксонах, но она явно не является универсальной движущей силой новых видов».
Исследование также показало, что всеядные («съедающие все») диеты редко появлялись в течение 800 миллионов лет эволюции животных, намекая на возможное объяснение того, что эволюция предпочитает специалистов, а не универсалов.
«Вы можете лучше делать то, что делаете, если это все, что вы делаете», - сказал Винс. «Например, у наземных позвоночных питание из листьев часто требует сильно модифицированных зубов и сильно модифицированного кишечника. То же самое касается хищников. Природа обычно избегает дилеммы быть мастером на все руки и мастером в нет, по крайней мере для диет."
Эта потребность в специализации может объяснить, почему всеядные, такие как люди, редки, по мнению авторов. Это также может объяснить, почему диеты так долго не менялись.
«Существует большая разница между постоянным поеданием листьев и поеданием фруктов время от времени», - сказал Винс. «Специализация, необходимая для того, чтобы быть эффективным травоядным или плотоядным животным, может объяснить, почему эти две диеты так сохранились на протяжении сотен миллионов лет».