Новое исследование показывает, что микроэволюцию можно использовать для прогнозирования того, как будет работать эволюция, в гораздо более длительных временных масштабах.

С тех пор, как Чарльз Дарвин опубликовал свою историческую теорию эволюции видов, биологи были очарованы сложными механизмами, которые делают эволюцию возможной.

Могут ли механизмы, ответственные за эволюцию вида на протяжении нескольких поколений, называемые микроэволюцией, также объяснить, как виды развиваются в течение периодов времени, простирающихся на тысячи или миллионы поколений, также называемых макроэволюцией?

Новая статья, только что опубликованная в Наукапоказывает, что способность популяций развиваться и адаптироваться в течение нескольких поколений, называемая эволюционностью, эффективно помогает нам понять, как эволюция работает в гораздо более длительных временных масштабах.

Собрав и проанализировав огромные наборы данных о существующих видах, а также окаменелостях, исследователи смогли показать, что эволюционность, ответственная за микроэволюцию многих различных признаков, предсказывает величину изменений, наблюдаемых между популяциями и видами, разделенными периодом до одного миллиона лет.

«Дарвин предположил, что виды постепенно эволюционируют, но мы обнаружили, что, хотя популяции быстро развиваются в краткосрочной перспективе, эта (краткосрочная) эволюция не накапливается с течением времени. Однако насколько в среднем различаются популяции и виды, в течение длительных периодов времени все еще зависит от их способности развиваться в краткосрочной перспективе», — сказал Кристоф Пелабон, профессор кафедры биологии NTNU и старший автор статьи.

Большие наборы данных о живых существах и окаменелостях

Способность реагировать на отбор и адаптироваться, эволюционность зависит от количества наследственных (генетических) вариаций. Исследователи провели свой анализ, сначала собрав массивный набор данных с показателями эволюции ныне живущих популяций и видов на основе общедоступной информации. Затем они построили график эволюции в зависимости от дивергенции популяций и видов по различным признакам, таким как [bird] размер клюва, количество потомства, [plant] размер цветка и многое другое.

Они также изучили информацию из 150 различных линий окаменелостей, где другие исследователи измеряли различия в морфологических характеристиках окаменелостей в течение периодов времени от 10 до 7,6 миллионов лет.

Они увидели, что признаки с более высокой способностью к эволюции более сильно расходились среди существующих популяций и видов, и что черты с более высокой способностью к эволюции с большей вероятностью отличались друг от друга в двух последовательных образцах окаменелостей.

И наоборот, признаки с небольшой эволюционностью или небольшой изменчивостью не сильно менялись между популяциями или между последовательными образцами окаменелостей.

Колебания окружающей среды являются ключевым моментом

По словам Пелабона, черты с более высокой способностью к развитию быстро меняются, потому что они способны быстрее реагировать на изменения окружающей среды.

Окружающая среда — такие вещи, как температура, тип доступной пищи или любая другая характеристика, важная для выживания и воспроизводства особи — является движущей силой эволюционных изменений, поскольку популяции пытаются адаптироваться к своей собственной среде обитания. Как правило, окружающая среда меняется из года в год или из десятилетия в десятилетие, колеблясь вокруг стабильных средних значений. Это порождает колебания в направлении выбора.

Быстро развивающиеся черты могут быстро реагировать на эти колебания отбора и будут колебаться с течением времени с большой амплитудой. Признаки с небольшой способностью к развитию также будут колебаться, но более медленно и, следовательно, с меньшей амплитудой.

«Популяции или виды, географически удаленные друг от друга, подвергаются воздействию среды, колебания которой не синхронизированы. Следовательно, эти популяции будут иметь разные значения признака, и размер этой разницы будет зависеть от амплитуды колебания признака, а следовательно, от возможность развития этой черты», — сказал Пелабон.

Последствия для биоразнообразия

Результаты исследователей показывают, что отбор и, следовательно, окружающая среда в прошлом были относительно стабильными. С изменением климата ситуация быстро меняется, и в основном в одном направлении. Это может сильно повлиять на закономерности отбора и на то, как виды могут адаптироваться к окружающей среде, которая все еще колеблется, но вокруг оптимума, который больше не является стабильным даже в течение нескольких десятилетий.

«Неизвестно, сколько видов сможет отслеживать эти оптимумы и адаптироваться, но, скорее всего, это будет иметь последствия для биоразнообразия, даже в короткие сроки», — сказал он.