К своему 50-летнему юбилею знаменательная теория островной биогеографии - изучение распределения видов на островах с течением времени - распространяется от суши к морю с захватывающими результатами. Группа исследователей под руководством доктора Хадсона Пиньейро, ихтиолога с докторской степенью в Калифорнийской академии наук, предложила новую концептуальную модель биогеографии островов для морских организмов - теорию, которая исследует, как различные процессы (такие как колебания уровня моря и географическая изоляция) влияют на разнообразие морских видов вокруг островов. Команда обнаружила, что, несмотря на некоторое сходство, силы, которые имеют тенденцию формировать диверсификацию и объединение сообществ на суше, отличаются от тех, которые влияют на морскую среду островов. Результаты, подготовленные исследователями из Академии, Калифорнийского университета в Санта-Крус и Федерального университета Эспириту-Санту, опубликованы сегодня в журнале Nature.
Беспрецедентная модель морской эволюции
Новая модель предполагает, что морские виды лучше рассредоточиваются, чем наземные животные, быстро прибывая вокруг обитаемых островов, чтобы заполнить доступные океанские ниши. Это быстрое действие квалифицированных распространителей не оставляет шансов для адаптации, чтобы заставить виды измениться и заполнить новые ниши, как это обычно наблюдается с течением времени в наземных островных средах обитания.
«Чтобы выявить силы, формирующие океанскую жизнь вокруг островов, мы решили углубиться в историю эволюции бразильских рифовых рыб», - говорит Пиньейру, исследователь Академии и член ее команды «Надежда для рифов».«Когда мы сосредоточились на 10 видах в цепочке вулканических подводных гор и островов у побережья Бразилии, мы увидели, что старые эндемичные виды были крупнее. Ясно, что этой уникальной морской среде нужна собственная модель, чтобы объяснить, что и где живет с течением времени».
Прослеживая эволюционную историю рифовых рыб, ограниченных этой конкретной цепью подводных гор и островов, по их ДНК, ученые смогли лучше понять, как именно география островов, геологическая история и колебания уровня моря в целом влияют на разнообразие близлежащих морских видов. Рыбу собирали как на мелководье, так и на глубине рифа - для погружений требовалось специальное оборудование, называемое ребризерами, которое Пинейро и его коллеги из Академии используют для погружения на глубину от 200 до 500 футов под поверхность океана. Полученные данные подтверждают, что изменения уровня моря и расположение обнаженных подводных гор играют решающую роль в эволюции морской среды с течением времени, главным образом, периодически предоставляя трамплин для слабых видов-расселителей для колонизации местообитаний на островах.
«Мы наконец-то понимаем, чем сложная, постоянно меняющаяся сеть островной жизни на суше отличается от такой же сети в океане», - говорит старший автор доктор Луис Роша, куратор академии ихтиологии и соруководитель. инициативы «Надежда для рифов». «Вспомните легендарных галапагосских вьюрков - когда их предки прибыли в регион, было много пустых ниш на суше, которые нужно было заполнить, и появились приспособления, помогающие им специализироваться с течением времени. Это просто не то же самое в островных морских средах обитания. Быстро рассеивающиеся морские организмы быстро колонизируют доступные ниши, и мы не видим такой же модели специализированной адаптации с течением времени».
50 лет наземному прорыву
В 1967 году доктора. Роберт Х. Макартур и Э. О. Уилсон был пионером в области островной биогеографии как способа объяснить распространение видов по всему миру - то, как они перемещаются, меняются и иногда вымирают. Острова, изолированные водой, можно рассматривать как расколотые места обитания с более высокими темпами вымирания, чем их более крупные, непрерывные аналоги, такие как континенты и их береговые линии.
«Наша исследовательская группа провела довольно захватывающий мозговой штурм по проверке теории морской биогеографии», - говорит соавтор доктор Джакомо Бернарди, Калифорнийский университет, профессор экологии и эволюционной биологии в Санта-Круз и научный сотрудник Калифорнийской академии наук.. «Мы знали, что Макартур и Уилсон придумали части своей теории, рисуя на ресторанных салфетках. Мы рисовали наши гипотезы на бумажных полотенцах в лаборатории. случиться."
Понимание сил, которые помогают формировать то, что позволяет видам сохраняться (и адаптироваться) в различных средах с течением времени, является полезным инструментом для адаптации работы по сохранению и моделирования на будущее. Эта область исследований побудила новые поколения ученых, в том числе авторов статьи в журнале Nature, стремиться к более детальному пониманию эволюции в наше современное время массового вымирания видов и быстро меняющегося климата.
«Выявление закономерностей в природе очень важно», - говорит Бернарди. «Мы склонны думать об океане как о быстро движущемся супе личинок, постоянно вторгающихся в регионы и умирающих, но это не полный хаос. Мы должны найти методы в безумии».
Глядя вперед
Наземная и морская среда уязвимы для невиданной ранее волны вымирания видов, называемой «шестым массовым вымиранием», которая происходит в настоящее время. Мировое сообщество рискует потерять ценные морские экосистемы, такие как коралловые рифы - системы, обеспечивающие средства к существованию и благополучие миллиардов людей во всем мире, - из-за совокупного воздействия чрезмерного вылова рыбы, разрушения среды обитания, загрязнения воды, изменения климата и закисления океана. По крайней мере, четверть мировых рифов уже потеряна, а еще 30%, по прогнозам, исчезнут в ближайшие тридцать лет.
«У нас есть надежда», - говорит ведущий автор Пинейру. «Чем больше мы узнаем о динамичной морской среде и о том, как она меняется со временем, тем лучше мы сможем спланировать ее защиту от будущих угроз. Это исследование проливает свет на приливы и отливы морской жизни на островах в течение эволюции. Моя роль как ученого состоит в том, чтобы искать свет и побуждать других делать то же самое».