Бюджетные ресурсы - это не только проблема людей, готовящих праздничный ужин, или белок, запасающих орехи на зиму.
Новая модель того, как животные распределяют свою энергию, проливает свет на то, как они живут, и объясняет, почему они склонны эволюционировать в сторону увеличения размеров тела. Исследование, опубликованное в PNAS, предполагает, что энергетические ресурсы животных регулируются ключевым механизмом: изменением ресурсов - мерой того, насколько рассредоточены или сгруппированы пища и вода.
«Каждая вещь должна делать это, от одноклеточных форм жизни до млекопитающих или динозавров», - говорит соавтор Джастин Йикель (Калифорнийский университет Мерсед).«Животные должны решить, как они направят свою энергию, будь то наращивание массы, или инвестирование в размножение, или что-то еще».
Чтобы составить карту теоретической истории жизни животного, авторы опираются на несколько ключевых переменных: сколько энергии накопило животное, его метаболизм, стоимость воспроизводства и сколько накопленной энергии доставлено его потомству. «Животное описывается только по его энергетическому состоянию - как видеоигра с очками здоровья», - говорит ведущий автор Уттам Бхат (Калифорнийский университет Мерсед). Таким образом, рост и падение энергетического баланса каждого человека в течение жизни составляют его историю.
Но получение ресурсов не всегда легко; еда не всегда растет на деревьях - в буквальном смысле. По словам Бхата, предыдущие модели распределения энергии часто предполагали, что ресурсы автоматически поступали к животным, как по трубопроводу. В своей новой модели авторы придают ресурсам пространственное измерение. Ресурсы могут быть распределены по территории равномерно, как травянистые равнины, или сгруппированы, как фруктовые кусты. Колебания доступности этих ресурсов, например увеличение расстояния между фруктовыми кустами, могут иметь огромное влияние на животных.
«Если у вас много неуверенности, вы хотите иметь много буферов в своем теле», - говорит Бхат. Как правило, это означает увеличение размеров тела - в больших телах больше места для хранения энергии.
Правило Коупа предполагает, что размер животных обычно увеличивается в зависимости от их эволюционного происхождения. Летопись окаменелостей подтверждает это для большинства млекопитающих: десятки миллионов лет назад предки слонов и синих китов были крошечными существами размером с мышь. (Конечно, млекопитающие размером с мышь все еще существуют.)
Новая модель показывает, что чем более рассредоточенной и неоднородной является пища животного, тем более нестабильной является его популяция, при этом более мелкие животные больше страдают и, скорее всего, вымрут.
Между двадцатью миллионами лет назад и пятью миллионами лет назад по всему миру проросли луга. Для млекопитающих, которые приспособились, став достаточно большими, чтобы пастись на пастбищах, пища была повсеместной; млекопитающие, которые оставались маленькими, не могли есть и с меньшей вероятностью добьются обеда. Если вы подставите переменные к модели авторов, вы получите то, что показывают палеонтологические летописи: эволюционное давление на травоядных, чтобы они стали крупнее, от грызунов до бизонов.
«Я думаю, это довольно забавно, что мы переходим от риска для одного организма к долгосрочным эволюционным тенденциям», - говорит соавтор Крис Кемпес (Институт Санта-Фе). «Я думаю, что толчок к решению многих основных вопросов таким образом лежит в основе большей части будущего экологии».
Эта междисциплинарная работа была начата в Институте Санта-Фе и сочетает в себе опыт авторов Бхата, Йакеля и Кемпеса в области физики, биологии и статистики.