Неравное древо жизни: почему эволюция предпочитает быстрые рывки
Если бы Вселенная действительно была творением некоего разумного замысла, то у ее создателя, судя по всему, обнаружилась бы весьма специфическая и всепоглощающая страсть к жукам. Этот знаменитый саркастический комментарий британского биолога Джона Холдейна* — не просто шутка, а гениальное наблюдение, скрывающее фундаментальную загадку биологии.
Действительно, более 40% всех известных насекомых составляют жуки, подавляющее большинство птиц — это воробьиные, а цветковые растения безраздельно господствуют в растительном мире. Подобная картина напоминает не аккуратное симметричное дерево, а скорее причудливый лес, где несколько гигантских, невероятно густых деревьев-монолитов затмевают собой множество скромных, редких саженцев. Веками ученые спорили: является ли эта концентрация видов сверхуспешных групп универсальным правилом жизни на Земле или же это всего лишь случайная игра эволюционных сил?
Долгое время ответить на этот вопрос было невозможно — не хватало данных о количестве видов, их родственных связях и возрасте. Однако теперь, благодаря масштабному анализу, проведенному учеными из США, получено убедительное подтверждение: неравномерность — это не исключение, а правило. Исследование, опубликованное в журнале Frontiers in Ecology and Evolution, показывает, что подавляющее большинство современных видов обязано своим существованием относительно коротким, но невероятно продуктивным эволюционным «рывкам» — так называемым быстрым радиациям (rapid radiations).
Профессор Университета Аризоны Джон Дж. Вайнс и его коллега доктор Дэниел Моэн из Калифорнийского университета в Риверсайде предприняли грандиозную попытку увидеть лес за деревьями, проанализировав распределение видового богатства по всем крупнейшим ветвям древа жизни. Их методология была всеобъемлющей: они изучили данные по 10 типам, 140 отрядам и 678 семействам наземных растений (более 300 000 видов); 31 отряду и 870 семействам насекомых (охватывающим более миллиона видов); 12 классам позвоночных (66 000 видов); 28 типам и 1710 семействам животных (1,5 миллиона видов) и, наконец, по 17 царствам и 2545 семействам всех живых существ, включая более 2 миллионов описанных видов.
Результаты оказались поразительно четкими и последовательными на всех уровнях иерархии. Независимо от того, рассматривали ли ученые растения, насекомых, позвоночных или всех животных вместе, картина повторялась: более 80% всех известных видов принадлежат к меньшинству групп, которые демонстрировали исключительно высокие темпы диверсификации. Эти «сверхуспешные» клады, произошедшие от общего предка, за относительно короткие по эволюционным меркам промежутки времени породили невероятное количество новых видов.
Это явление «rapid radiations» обычно происходит при уникальном стечении обстоятельств, когда открывается новая, неосвоенная экологическая ниша. Классическими примерами служат знаменитые дарвиновы вьюрки, быстро эволюционировавшие на изолированных Галапагосских островах, или взрывное распространение летучих мышей 50 миллионов лет назад, ставшее возможным благодаря эволюционному новшеству — способности к активному полету.
Авторы исследования, опираясь на свои данные и предыдущие работы, выделяют ключевые черты, которые, по-видимому, и стали катализаторами таких рывков. Для всего древа жизни это был переход к многоклеточности. Для животных и членистоногих — выход на сушу и переход на питание растениями. Для растений же решающим фактором триумфа стало появление цветка и стратегии опыления с помощью насекомых.
Однако в этом почти универсальном правиле существует одно глобальное и очень важное исключение — царство бактерий. Именно здесь скрывается главная интрига и «известное неизвестное». Наукой описано лишь около 10 000 видов бактерий, однако их реальное количество, по оценкам, может достигать миллионов или даже триллионов. При этом их эволюционная история насчитывает 3,5 миллиарда лет, а значит, средняя скорость их видообразования крайне мала. Если истинное разнообразие бактерий окажется на несколько порядков выше известного, это радикально изменит общую картину.
В таком случае большинство видов на Земле будут принадлежать к медленно эволюционирующим кладам, что резко контрастирует с выводами исследования. Поэтому авторы делают важную оговорку: их заключения применимы в первую очередь к известному нам разнообразию жизни, которое, как оказывается, в значительной степени является продуктом редких, но невероятно эффективных эволюционных вспышек, навсегда изменивших лицо нашей планеты.
*Широко известен ответ Джона Холдейна на вопрос богословов о том, какие черты Творца можно обнаружить, изучая природу. Он ответил: «Неумеренная любовь к жукам» (An inordinate fondness for beetles). Это отсылка к тому факту, что в отряде жесткокрылых, или жуков, насчитывается более 400 000 видов, что составляет 40 % всех известных видов насекомых (а во времена Холдейна — более половины видов насекомых). Таким образом жуки — самый многочисленный отряд животных; число видов жуков превосходит число видов млекопитающих в 72 раза.