Наденьте маску и ласты для дайвинга и нырните под кристально чистую воду возле кораллового рифа в Индонезии, Папуа-Новой Гвинее или на Филиппинах, и вы сразу поймете, почему сюда стекаются дайверы и любители снорклинга со всего мира в район. Известный как Коралловый треугольник, этот регион славится непревзойденным разнообразием рифовых рыб и других морских существ.
Рыбы всех форм и цветов мечутся в щели, образованные ослепительными формами кораллов, разноцветных губок и других рифообразующих организмов. Если повезет, дайвер может мельком увидеть акулу, патрулирующую риф, или черепаху, парящую над разноцветным ландшафтом.
В то время как подводные энтузиасты давно знают и лелеют биоразнообразие центральной части Индо-Тихого океана, ученые уже более полувека пытаются объяснить, что именно делает этот регион горячей точкой № 1 в мире по морскому биоразнообразию и отличает его от других морских регионов мира.
Было выдвинуто несколько гипотез, объясняющих необычайное разнообразие Центрально-Индо-Тихоокеанского региона. Некоторые исследователи предположили, что виды появляются здесь быстрее, чем в других частях мирового океана, в то время как другие объясняют это центральным расположением региона между несколькими богатыми видами участками океана в более широкой Индо-Западной части Тихого океана. Третьи указали на низкие темпы вымирания в регионе.
Теперь исследование, проведенное докторантом Аризонского университета Элизабет Миллер, показало, что коралловые рифы Индо-Тихоокеанского региона накопили свое непревзойденное богатство видов рыб не из-за какого-то неизвестного, неуловимого качества, а просто потому, что у них было время.
«Раньше люди думали, что новые виды развиваются быстрее в тропических морских районах, поэтому вы очень быстро получаете то большое разнообразие, которое мы наблюдаем сегодня», - сказал Миллер. «Вместо этого мы обнаружили, что разнообразие в Центрально-Индо-Тихоокеанском регионе медленно накапливалось в течение длительного времени».
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society of London 10 октября, впервые показало прямую связь между временем и разнообразием видов, по словам Миллера.
До сих пор, объяснил Миллер, широко распространено мнение, что тропические коралловые рифы, подобные влажным тропическим лесам, являются горячими точками биоразнообразия из-за внутренней склонности к диверсификации в большее количество видов, чем в других регионах. Ее исследование показало, что это не так.
Команда обнаружила, что уровень видообразования на самом деле выше в холодных морских районах, таких как Арктика и Антарктика. Однако если изменения в биоразнообразии в Центрально-Индо-Тихоокеанском регионе можно сравнить с медленным, но долго горящим пламенем, то в более холодных районах океана они больше похожи на фейерверк.
«Там виды развиваются относительно быстро, но каждый период оледенения стирает многое из того, что было раньше», - сказал Миллер. «Как только ледники отступают, они оставляют пустые ниши, ожидающие повторного заселения новыми видами».
Частые экологические потрясения приводят к снижению общего биоразнообразия в более холодных регионах океана.
В Коралловом треугольнике, с другой стороны, новые виды развивались медленнее, но, поскольку условия были гораздо более стабильными в течение длительных периодов геологического времени, они с большей вероятностью сохранялись после своего появления и медленно накапливались. к биологическому разнообразию, которое мы видим сегодня.
«Это говорит о том, что региону может потребоваться долгосрочная стабильность для накопления высокого видового разнообразия», - сказал Миллер. «Согласно нашему исследованию, магическое число составляет 30 миллионов лет».
В центральной части Индо-Пацифики тектоника плит создала широкую платформу мелководного океана, а ее центральное расположение сделало ее целью для колонизации. Это было нужное место в нужное время для рыб, которые колонизировали регион.
«За последние 30-35 миллионов лет там ничего особо не изменилось», - сказал Миллер. «Напротив, другие морские регионы, такие как Карибский бассейн, переживали периоды нестабильности и изоляции, и, следовательно, меньшее количество колоний и более высокие темпы вымирания родословных, которые были там ранее - все эти факторы в сумме приводят к меньшему времени эволюции».
Для исследования Миллер и ее команда использовали данные о распространении почти всех колючих лучеперых рыб - всего 17 453 вида, что составляет около 72 процентов всех морских рыб и около 33 процентов всех пресноводных рыб. Они использовали несколько различных статистических методов для реконструкции причин, лежащих в основе закономерностей видового богатства морских регионов мира.
Чтобы понять, как менялось разнообразие морских рыб с течением времени, команда затем использовала опубликованное эволюционное дерево этой группы рыб и провела биогеографические реконструкции.
«Биогеографические реконструкции помогают нам понять, где жили предки в разных местах в прошлом, исходя из того, где виды живут сегодня и как они связаны», - сказал Миллер.«Это легко, если вы сравниваете только два вида, которые живут в одном и том же месте, но если у вас есть тысячи видов и вы возвращаетесь все дальше и дальше во времени, в игру вступает все больше предков, и все становится сложнее».
Эволюционные биологи полагаются на сложные компьютерные алгоритмы для управления и интерпретации чрезвычайно больших наборов данных. Метод, использованный Миллер и ее командой, создал множество гипотетических сценариев эволюции видов. Затем исследователи использовали эти сценарии, чтобы проверить, как различные модели объясняют сегодняшнее биоразнообразие.
«Это похоже на рисование семейных историй, каждая из которых немного отличается», - сказал Миллер. «Вы начинаете с анализа и повторяете его сотни раз, каждый раз основываясь на какой-то возможной истории, чтобы попытаться охватить неопределенность, чтобы увидеть, как они работают. В нашем исследовании выяснилось, что неопределенность низкая, что обнадеживает. Это означает это действительно надежный результат."
Общая идея о том, что паттерны разнообразия можно объяснить тем, как долго существует группа, а не тем, насколько быстро они размножаются, применима ко многим различным системам, по мнению исследователей. Например, биологи заметили, что время колонизации объясняет большое разнообразие определенных групп животных в наземных экосистемах, таких как древесные лягушки в тропических лесах Амазонки, саламандры в Аппалачах и ящерицы в пустыне на юго-западе.
«Общий вывод заключается в том, что для возникновения этих моделей высокого разнообразия могут потребоваться десятки миллионов лет, но они могут быть уничтожены за несколько лет человеческим воздействием», - сказал Джон Винс, старший автор статьи и профессор кафедры экологии и эволюционной биологии UA. «К сожалению, большое разнообразие рифовых рыб в Коралловом треугольнике может вскоре исчезнуть из-за воздействия антропогенного изменения климата на коралловые рифы. Чтобы восстановить разнообразие, которое исчезнет в ближайшие несколько лет, могут потребоваться десятки миллионов лет.."