Вопрос исследования. У видов животных, оказавшихся изолированными на островах, в ходе эволюции
часто происходят изменения размера тела, причем как в сторону увеличения
(гигантский мальтийский лебедь), так и в сторону уменьшения (карликовый
мальтийский слон). Какие факторы позволяют предсказать, вырастет ли организм
в ходе такой эволюции или уменьшится? Какие еще наземные и водные биотопы
демонстрируют аналогичный эволюционный эффект? Почему этот эффект чаще
всего распространяется на животных, а не на другие живые организмы?

Цели исследования.

Провести анализ необходимой литературы;
Проанализировать факторы, помогающие предсказать изменение размера
организма;
Исследовать различные биотопы и найти те, что демонстрируют аналогичный
эволюционный эффект;
Проанализировать причины, по которым этот эволюционный эффект чаще

Гигантский лебедь и карликовый слон

ГИГАНТСКИЙ ЛЕБЕДЬ И
КАРЛИКОВЫЙ СЛОН
C
Какие факторы способствуют изменению размера организма?

Островной гигантизм и островная карликовость.

Гигантизм (на островах)
проявляется при
отсутствии ограничений,
то есть при изобилии
пищи, отсутствии
природных врагов,
конкурентов.
Карликовость (на
островах) проявляется
при наличии
ограничений, то есть
при недостатке пищи,
при наличии природных
врагов, конкурентов.
Также на размеры
может влиять климат и
тип местности.

Биотопы, в которых наблюдаются изменения размеров организмов.

БИОТОПЫ, В КОТОРЫХ
НАБЛЮДАЮТСЯ ИЗМЕНЕНИЯ
РАЗМЕРОВ ОРГАНИЗМОВ.
C
Моря и океаны ∙ Леса ∙ Степи ∙ Саванны ∙ Пустыни и ледяные пустыни

Моря и океаны.

Под воздействием давления
Изменение веса под водой

Леса.

«Гиганты»

Леса.

«Карлики»

10. Степи.

«Карлики»
«Гиганты»

11. Саванны.

«Гиганты»

12. Саванны.

«Карлики»

13. Пустыни и ледяные пустыни.

Пустыни
Ледяные пустыни

14. Почему этот эффект чаще распространяется на животных?

ПОЧЕМУ ЭТОТ ЭФФЕКТ ЧАЩЕ
РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ НА
ЖИВОТНЫХ?
C

15.

Немало важны в
возникновений мутаций
следующие факторы:
1.
Смена поколений
2.
Наличие
ограничений
3.
Подвижность
Например, те же
растения неподвижны,
малая смена
поколений. Растут же
данные организмы в
течение всей жизни.
Животные же наоборот
– подвижны, частая
смена поколений, рост
ограничен, от чего
конечный размер
организма и зависит.

16. Результаты исследования.

Проведён анализ необходимой литературы;
Проанализированы факторы, помогающие предсказать изменение размера
организма;
Исследованы различные биотопы и найдены те, что демонстрируют аналогичный
эволюционный эффект;
Проанализированы причины, по которым этот эволюционный эффект чаще
воздействует на животных, а не на другие живые организмы.

17. Вывод.

На первый взгляд
эволюция кажется
непредсказуемым,
удивительным
явлением, но
проанализировав
различные
факторы, условия, в
которых живут
организмы, можно
выстроить
некоторые прогнозы
и предположить, как
изменится данный
организм.

18. Список литературы.

Raia, P.; Meiri, S. (2006). «The island rule in large mammals: paleontology meets
ecology»
Шилов И. А. «Экология»
Биотоп // «Биологический энциклопедический словарь» глав. ред. М. С. Гиляров.

Изоляция – это один из самых важных механизмов эволюции. Когда группа живых существ оказывается отделена от основной размножающейся популяции, изолированная группа эволюционирует независимо от родительской группы, потому что больше нет никакой возможности свободного скрещивания. Новая группа взаимодействует со своей окружающей средой, видоизменяясь в новые формы и эволюционируя в направлениях, которые были бы полностью исключены для неё, если бы она существовала среди исходных врагов и конкурентов. Это явление особенно чётко выражено, когда животные оказываются изолированными на малонаселённой, или до того совершенно необитаемой территории, и в настоящее время лучше всего видно на океанских островах.
В этом контексте существует две главных разновидности изоляции, каждая из которых создаёт собственную совокупность форм давления среды и даёт начало своим собственным формам эволюции.
Первая имеет место, когда одна часть континента откалывается от другой. Что затем происходит с их фауной, зависит от последующего движения двух континентов. Один массив суши может двигаться на север или на юг по отношению к другому, перенося свою фауну в новые условия климата и окружающей среды, которые оказывают воздействие на их эволюцию и в конечном итоге ведут к образованию новых родов и видов. Именно так случилось в Век Рептилий, когда Южноамериканский континент, на котором существовала общая с Африкой фауна динозавров, откололся, что привело к эволюции совершенно различных животных на каждой из этих территорий.
Когда дрейфующие континенты сталкиваются один с другим, между двумя участками суши очень часто происходит значительный взаимный обмен фаунами млекопитающих. Может случиться, что фауна одного континента полностью замещает фауну другого. Так произошло, когда маленький континент, который сейчас является полуостровом Индостан, столкнулся с массивом Азии.*
Вторая форма биологической изоляции возникает, когда формируется совершенно новая группа вулканических островов. В тектонике плит наибольшая активность между прилегающими друг к другу плитами земной коры наблюдается в открытом океане. Новые плиты возникают вдоль серединно-океанических хребтов и разрушаются, когда скользят одна под другую в глубокие океанские желоба. Такая яростная активность порождает землетрясения и вулканические извержения, создающие новые острова из океанского дна.
Вулканические острова, вначале голые, вскоре заселяются живыми организмами. Растения, прорастающие из семян, занесённых ветром, обычно первые, кто прибывает на остров, но вскоре их догоняют насекомые. Первыми позвоночными обитателями обычно оказываются летающие существа вроде птиц и летучих мышей. Лишь позже сюда прибывают другие обитатели, обычно рептилии и мелкие млекопитающие, иной раз на плавающих ветвях или стволах деревьев – результат того, что некоторые реки затопляют местность на сотни километров. Все эти существа затем эволюционируют независимо от своей предковой популяции с континента, чтобы заполнить все экологические ниши острова. Классический пример этой последовательности событий – заселение Галапагосских островов, недалеко от западного побережья Южной Америки, во время первой половины Века Млекопитающих. Эти острова были изначально заселены небольшим числом видов, которые, в конечном итоге, дали начало большому количеству новых животных, включая четырёхглазых рыб**, морских ящериц и гигантских черепах. Островная фауна, особенно различия между родственными видами с различных островов, была тщательно изучена и стимулировала развитие эволюционного учения.

* На самом деле в фауне Индостана всё же прослеживается сходство с фауной южных материков – например, ряд видов земноводных показывает явное родство с видами острова Мадагаскар, что ранее породило гипотезу о существовании «затонувшего материка Лемурии». – В. П.

** Имеется в виду морская собачка галапагосская диалома, а не четырёхглазка (Anableps) из Центральной Америки. – В. П.

ЮЖНОАМЕРИКАНСКИЕ ЛЕСА

Влияние дрейфа континентов на сообщества животных

На протяжении своей истории движение литосферной плиты, несущей Южноамериканский континент, происходило преимущественно в западном направлении, и в результате массив суши имел тенденцию к тому, чтобы оставаться на тех же широтах. Это является причиной стабильности климатических областей и консерватизма его фауны.
Во время ранней истории материка травянистые равнины, или пампасы, обеспечивали существование своей собственной фауны бегающих копытных, схожей с той, что имелась в других частях света, но полностью изолированной от них. Эти животные существовали до тех пор, пока материк не соединился сухопутным мостом с Северной Америкой, когда они и аборигенная популяция сумчатых были полностью уничтожены в результате наплыва животных с севера. Довольно странно, что северные копытные не заняли устойчивого положения в пампасах, а некоторые грызуны, мары Dolichotis и капибары Hydrochoerus , существовавшие во времена человека, были более успешными. В этом отношении Южноамериканский континент предвосхитил появление бегающих грызунов и зайцеобразных в остальном мире.
С тех пор, как континент отделился от северного суперконтинента, фауна грызунов развивалась по своим собственным направленям. Среди бегающих грызунов пампасов преобладают странные двуногие травоядные, произошедшие от прыгающих грызунов, которые эволюционировали в пустынях ветровой тени вдоль западных гор. Хотя длинные задние ноги независимо эволюционировали среди пустынных грызунов на других континентах, только виды из Южной Америки перешли от прыжков к бегу на протяжении своей эволюционной истории. Наряду с этим изменением аллюра происходили увеличение размеров и изменения в зубной системе, что выразилось в превращении из прыгающих и грызущих грызунов в бегающих равнинных травоядных.
Наиболее обычный вид бегающих грызунов – стрик Cursomys longipes , который выглядит очень похожим на травоядных сумчатых – кенгуру, некогда существовавших в Австралии. Они пасутся среди высоких трав тесно сплочёнными группами, которые достаточно велики, чтобы гарантировать, что всегда по крайней мере два или три животных держат головы поднятыми, высматривая опасность, пока органы чувств остальных заняты травой.
Наиболее специализированное существо в этом семействе животных, и, возможно, наиболее высоко специализированное бегающее животное в мире – вакка Anabracchium struthioforme . Из-за его двуногого положения его передние конечности стали менее важными и в настоящее время полностью атрофировались. На его шаровидном теле и длинных задних ногах шея и хвост одинаковой длины уравновешивают друг друга, поддерживая центр тяжести животного над его бёдрами. Эти признаки дают животному хороший обзор окружающей местности. Даже когда вакка пасётся в высокой траве, его глаза расположены достаточно высоко на его удлинённой голове, чтобы увидеть приближение хищника.
Цветоклювый потто Gryseonycta rostriflora – это самая странная из птиц, живущих в саванне. Внутренняя выстилка его клюва имеет окраску и текстуру, подобную лепесткам цветка, поэтому, когда он держит свой рот открытым, он выглядит, точно как раскрытый цветок. Эта изощрённая мимикрия создана для того, чтобы обманывать насекомых и обеспечивает потто пищей, стоит ему только открыть свой рот. Поскольку цветки тропической саванны появляются только тогда, когда есть достаточное увлажнение, потто совершает сезонные миграции вместе с дождями.

ОСТРОВ ЛЕМУРИЯ

Бастион копытных животных

ОСТРОВА БАТАВИЯ

Островной мир летучих мышей

Хотя горы и острова вулканического происхождения обычно образуются там, где две литосферных плиты встречаются и врезаются одна в другую, они также формируются над «горячими точками» земной коры – территориями, лежащими над участком большей активности глубоко в земной мантии. Прямо над «горячей точкой» образуется вулкан. Когда кора сдвигается с центра активности, вулкан угасает, а рядом с ним образуется новый, формируя со временем цепь последовательно стареющих вулканических островов в центре океана. В Эпоху Человека «горячая точка» была причиной образования цепи Гавайских островов, а в настоящее время в Тихом океане «горячая точка» вовлечена в процесс формирования островов Батавии*.
Обычно птицы – это первые позвоночные, которые достигают новых островов и заселяют их, но в случае Батавии первыми позвоночными, достигшими их, были их млекопитающие эквиваленты, летучие мыши. К тому времени, как птицы достигли островов, летучие мыши так хорошо обосновались там, что осталось мало незанятых эволюционных ниш, и птицы никогда не заселили эти острова в такой степени. Наличие на земле подходящей пищи и отсутствие наземных хищников позволило многим летучим мышам освоить наземный образ жизни и заполнить большое количество экологических ниш.
Цветорыл Florifacies mirabila остался насекомоядным, но теперь ведёт преимущественно сидячий образ жизни. Его ярко окрашенные уши и носовые лопасти имитируют вид цветов, растущий на островах. Он сидит среди них с мордой, повёрнутой вверх, хватая любое насекомое, которое делает попытку сесть на него. Способ питания цветорыла замечательно похож на таковой у цветоклювого потто Griseonycta rostrifiora из Южной Америки, хотя возник независимо, и потому является интересным примером конвергентной эволюции.
Нелетающий нетопырь-ленивец Arboverspertilio apteryx – всеядное рукокрылое, обитающее на деревьях, которое проводит всю жизнь, вися спиной вниз, как ленивец прошлого. Он питается листьями и случайными насекомыми и мелкими позвоночными, добытыми быстрым ударом единственного когтя.
Пляжи – это дом для стай прибойниц Remala madipella , которые ловят рыбу на мелководьях вокруг коралловых рифов. Их задние лапы, крылья и хвостовые перепонки преобразовались в органы плавания и поворотов, а тела стали гладкими и обтекаемыми. Их эволюция от летающего животного через наземную форму в водное существо очень похожа на эволюционное развитие пингвина.
Когда другие позвоночные утвердились на островах, возникло семейство наземных хищных летучих мышей. Эти существа ходят на своих передних конечностях – на тех, что в случае летающих рукокрылых были бы крыльями, местом прикрепления большинства их мускулов, отвечающих за движение. Их задние ноги и ступни всё ещё используются для хватания, но сейчас они направлены вперёд, свисая около их подбородка. Поскольку летучие мыши определяют местоположение добычи с помощью эхолокации, их уши и носовые выросты разрослись взамен глаз, которые в настоящее время атрофировались.
Самый крупный и наиболее устрашающий из этих существ – ночной бродяга Manambulus perhorridus . Достигая полутораметровой высоты, он стаями бродит ночью по лесам Батавии, издавая визг и вопли. Они охотятся на всех без разбора млекопитающих и рептилий, атакуя их с помощью своих устрашающих зубов и когтей.

* Здесь непереводимая игра слов: выбранное Диксоном для этой главы название островов «Батавия» (в оригинале “Batavian Islands”) связано с английским словом “bat” (летучая мышь). Поэтому я считаю нужным оставить за островами их оригинальное название. – В. П.

В нескольких тысячах километров к востоку от Австралийского субконтинента лежит цепь островов Пакаус. Они образовались на протяжении последних 40 миллионов лет из-за контакта между Австралийской литосферной плитой, движущейся на север, и Тихоокеанской плитой, смещающейся на запад. На границе между двумя плитами образовались вулканические острова, к которым постепенно добавлялись коралловые отложения вокруг берегов.
После того, как пепельные и лавовые склоны были покрыты растительностью, и сформировалась популяция насекомых, острова начали заселять птицы. Первыми птицами, которые туда прилетели, были золотые свистуны Pachycephala pectoralis , которых принесло ветром через океан из Австралии. Будучи изначально совсем неспециализированными птицами, в Эпоху Человека они начали демонстрировать некоторую дифференциацию, образуя разные формы клюва на островах вдоль австралийского побережья. Однако, только на архипелаге Пакаус, где все экологические ниши были открыты для них, свистуны развивались воистину впечатляюще, образуя как насекомоядные и растительноядные, так и хищные формы.
Потомки отдельной группы золотых свистунов, которые заселили эти острова, сейчас признаны относящимися к одному роду Insulornis . Все виды в пределах рода в настоящее время высоко специализированы и заметно отличаются один от другого, за исключением I. harti , который по форме похож на исходный предковый вид птиц.
У I. piciforma развился крепкий долотообразный клюв, с помощью которого он долбит кору в поисках грызущих насекомых. Его лапы изменились, чтобы позволить ему лазить по вертикальным стволам деревьев, и птица очень похожа на вымерших дятлов Северного Континента, образу жизни которых она следует почти во всех отношениях.
Орехи и прочные семена поедает I. macrorhyncha , вид, похожий на попугая, у которого появились массивный клюв и сильная мускулатура, чтобы управлять им. У этой птицы остались ноги, позволяющие садиться на ветви, унаследованные от её предка, и вырос длинный хвост, чтобы уравновешивать крупную голову.
На всех пакаусских свистунов нападает их похожий на ястреба I. aviphaga , который демонстрирует те же приспособления, какие известны у плотоядных птиц по всему миру, независимо от их происхождения – крючковатый клюв, бинокулярное зрение посредством сдвинутых вперёд глаз, и высокая степень маневренности при преследовании добычи.
Кроме ястребиного свистуна, единственными естественными врагами, с которыми сталкиваются пакаусские свистуны, являются змеи, которые попали на архипелаг Пакаус из Австралии или с других островов в этой части Тихого океана, одновременно или в другое время. Страх пакаусских свистунов перед змеями использует страшнохвост

Поедающие траву: Гиганты равнин: Мясоеды

Полог леса: Живущие на деревьях: Подлесок: Жизнь в воде

Австралийские леса: Подлесок австралийских лесов

ОСТРОВА И ОСТРОВНЫЕ КОНТИНЕНТЫ 100

Южноамериканские Леса: Южноамериканские пампасы: Остров Лемурия

Острова Батавия: Острова Пакаус

Словарь: Древо Жизни: Указатель: Благодарности

Острова подобны клеткам — животные или растения не могут просто взять и перепрыгнуть в другое место обитания. Поэтому иногда они остаются изолированными от внешнего мира. Будь это прихоть эволюции или вмешательство человека, на Земле по-прежнему остаются острова, населённые единственным или доминирующим видом животных.

Небольшой остров Окуносима, находящийся во Внутреннем Японском море, очень популярен среди туристов, так как его единственными обитателями являются дикие кролики, которые совсем не боятся людей. В 20 веке на Окуносиме располагался завод по производству химического оружия и место его нахождения было настолько секретным, что остров был удалён с карт.

По одной из версий, во время кролики на этом острове использовались для испытания химического оружия, а после прекращения программы были отпущены на волю. По другой версии, группа школьников выпустила на остров несколько кроликов, которые затем расплодились и заняли всю территорию Окуносимы. Посещающие остров туристы привозят корм для кроликов и даже оставляют им воду, так как вода на Окуносиме загрязнена фабрикой.

В 1970-х годах учёные из нью-йоркского центра исследования крови открыли в Либерии лабораторию по изучению вирусов. Медицинский исследовательский центр под названием «Центр крови Нью-Йорка» искал вакцину он нескольких болезней, поэтому в роли испытуемых были использованы дикие шимпанзе, так как человеческая ДНК на 99% совпадает с ДНК приматов.

В 2005 году исследовательское учреждение было закрыто и оставшиеся шимпанзе были выпущены на волю. Так как «Центр крови Нью-Йорка» находился на острове извилистой реки, а в силу того, что шимпанзе не умеют плавать, приматы так и остались отрезанными от внешнего мира. Когда проект закрыли, его директор обещал в дальнейшем поддерживать заражённых вирусами животных, но этого не случилось. Теперь поддержку брошенным шимпанзе оказывают местные жители и благотворительные организации.

Более известный как «Пляж свиней» (Pig Beach) — это необитаемый пляж, представляющий собой косу песка в районе Эксума, входящего в состав Багамских островов. Здесь живут дикие свиньи, которые совершенно не боятся людей. Они могут без страха подплыть к туристической лодке, чтобы выпросить какое-нибудь угощение. Единого мнения, как свинки попали в это место, нет. Некоторые считают, что животные оказались на пляже после давнего кораблекрушения. Сегодня у свинок нет причин для беспокойства — они стали достопримечательностью этого места, и никто не покушается на их жизнь.

Названием «Крысий остров» (Rat Island), находящийся в составе Алеутских островов на Аляске, обязан морякам японского судна, попавшим в кораблекрушение в конце 1700-х годов. Необитаемый остров моментально был колонизирован корабельными крысами — животные быстро приступили к разрушению местной экосистемы, поедая яйца птиц, живших на острове. В 2007 году службы забили тревогу, после чего в 2008 году на остров в течение недели начали сбрасывать крысиный яд. В следующем году остров был признан очищенным от грызунов, что позволило некоторым видам птиц вернуться обратно в своё место гнездования.

Строго говоря, в Японии есть несколько островов, где кошек больше, чем людей. Одним из таких является знаменитый остров Тасиро, известный в народе как «Остров кошек».

Давным-давно в этом месте было налажено шёлковое производство, но в один момент производству начали угрожать мыши, так как они уничтожали шелкопрядам, играющим важную роль в производстве шёлка. Недолго думая, местные жители начали содержать кошек, которые в свою очередь не давали разрастись популяции грызунов. Со временем молодое поколение начало покидать Тасиро, и сейчас на острове проживает около 100 местных жителей. Многочисленная же популяция кошек никуда не делась, а, напротив, продолжает процветать.

Остров Рождества — это небольшой обитаемый островок в Индийском океане, где самым известным жителем острова является красный земляной краб (Gecarcoidea natalis). Этот вид ракообразных обитает только на острове Рождества и его популяция в несколько миллионов раз превышает численность местного населения. Ежегодно, во время брачного периода земляных крабов, проходящего примерно с середины октября по январь, более 100 миллионов особей этого вида отправляются в многодневное путешествие из дождевых лесов к берегам Индийского океана. Множество красных земляных крабов движутся к побережью для того, чтобы отметать икру. Это событие привлекает множество туристов, экологов и исследователей.

Чтобы обезопасить крабов, вдоль дорог сооружаются специальные ограждения, а также специальные . В пик миграции перекрывают определённые дороги и устанавливают знаки, которые оповещают о миграции.

Остров Кеймада-Гранди, известный также как «Остров змей», находится в Атлантическом океане в 35 километрах от берегов Бразилии. Кеймада-Гранди является местом обитания одной из опаснейших мира - островного ботропса.

Яд этой змеи практически моментально вызывает омертвение тканей, разрушение крови, острую почечную недостаточность и внутренние кровотечения. По этой причине власти страны запрещают посещение острова, который включен в список самых опасных мест Земли. И всё же, несмотря на запрет, Кеймада-Гранди популярен у туристов: на сам остров, конечно, не попасть, но гиды подвозят туристов на лодках на безопасное, максимально близкое расстояние от каменистого берега. С этого расстояния желающие могут увидеть клубки змей, свисающих с деревьев и покрывающих прибрежные камни.

Гарри Грэхем

Для двух наиболее известных личностей , и Альфреда Уолласа, исследование животных на островах сыграло важную роль в развитии их эволюционных идей.

Для эволюционистов любые наблюдаемые в популяциях изменения - это уже хорошая новость. Но давайте разберемся, демонстрирует ли правило островов некие эволюционные изменения, которые образовали биологов из бактерий на протяжении миллионов лет? Как показали креационисты, многообразие видов нельзя считать доказательством эволюции новых родов животных. Видообразование возникает в результате взаимодействия наследственного генетического разнообразия и естественного отбора и дает возможность популяциям животных приспосабливаться к изменяющемуся окружению или климату. Такая область как изучает границы между сотворенными родами организмов, и помогает нам понять ограниченную, но всё, же ценную роль, которую играет видообразование в биологическом разнообразии.

Давайте более подробно рассмотрим, что же показывает правило островов, когда у изолированных популяций наблюдаются изменения. Схема ниже показывает, как может уменьшиться размер большого слона или как размер землеройки наоборот может увеличиться. Когда образуют изолированные популяции на разной глубине, у них также могут происходить изменения в размере по типу правила островов.

Обратите внимание на нечто очень важное в изменениях, которые происходят в изолированных популяциях. Когда крупный слон попадает на изолированный остров, он становится меньше в размере, а размер маленькой землеройки наоборот становится больше. Но слон всё равно остается слоном, а землеройка остается землеройкой . Нет абсолютно никакого намека на то, что наблюдаемые в правиле островов изменения когда-либо образуют новое животное. Совершенно нелепо использовать правило островов как доказательство эволюции, требующей образование новой генетической информации, увеличении генетической сложности и разнообразия. Всего этого просто не происходит!

Давайте на минуту представим себе, что происходит со слоном. Генетическая изменчивость слона с самого начала включает отличия в размере. Любая популяция слонов включает особей всех размеров – от больших слонов до маленьких. Если слона поместить в такую ограниченную среду обитания, как остров, давление отбора на протяжении нескольких поколений постепенно может привести к уменьшению среднего размера слонов. Решающими факторами для стада слонов определенного размера являются ограничения в еде и, возможно, в пространстве. Гены, которые определяют меньший размер слонов, уже заложены в них, но они были отобраны отбором потому, что меньший размер слонов больше способствует их выживанию на острове. Существует также возможность того, что мутации могут вызвать задержку роста, например, через снижение образования гормона роста.

Но что бы произошло, если бы гены, необходимые для крупного размера, утратились в этой изолированной популяции? Была бы в таком случае генетика популяции слонов более разнообразной? Конечно, нет! С точки зрения генетики, популяция бы просто истощилась. В действительности популяция слонов была бы подвержена вымиранию, если бы она покинула остров или если бы на него вторгся более крупный хищник. Маленький генетический фонд слонов сделал бы их менее способными адаптироваться к изменениям окружающей среды. Можем ли мы в таком случае сделать вывод, что генетическая утрата, местное снижение генетического многообразия и отсутствие увеличения сложности являются доказательством того, что вся жизнь на земле образовалась благодаря дарвиновской эволюции? Нет!

Землеройка

То же самое можно сказать и о землеройке. В генах маленькой землеройки уже заложены колебания в размере. Хищническое истребление или другие факторы давления на континенте могут проводить отбор меньшего размера в популяции в целом. Переместите нескольких особей на остров, и изолированная популяция может стать больше, так как больший по размеру тип может лучше подойти для окружающих условий. Вероятно, отсутствие хищников и борьба за пищу приведут к изменению размера. Но эволюция? Мы снова видим, как снижается генетическое разнообразие и не происходит никакого увеличения сложности. Задействованы уже существующие гены . Землеройки всё равно остаются землеройками, так как землеройки продолжают рождать еще больше землероек. Никакой эволюции от молекулы к человеку не происходит. Заложенное в генах разнообразие и естественный отбор изменяют морфологию популяции, но на самом деле не создают ничего нового. И если вернуть слонов или землероек в условия обитания на континенте до того, как навсегда утратится их генетическая разновидность, они, скорее всего, вернутся к своему первоначальному размеру.

Случаи из реальной жизни, которые подтверждают эту точку зрения, можно легко рассмотреть в классических эволюционных примерах. Чарльз Дарвин использовал видообразование вьюрков (зябликов) с Галапагосских островов как свидетельство «эволюции». Но он не смог понять, что изменения внутри популяции происходят в одну и другую сторону вместе с изменениями климатических условий, и никакого общего эволюционного развития фактически нет. Подобным образом, известная пяденица берёзовая, которую часто демонстрируют как «эволюцию в действии», показывает лишь то, как хорошо популяции пядениц могут приспосабливаться к условиям окружающей среды (не говоря уже о том, что исследования проходили поэтапно!).

Известный палеонтолог-эволюционист, покойный Стивен Джей Гоулд, использовал «принцип географической изоляции», или правило островов для того, чтобы разрабатывать собственные идеи об эволюционных процессах, которые он положил в основу своей концепции «прерывистого равновесия». Он ошибочно предположил, что основная часть эволюции на протяжении всей истории происходила быстрыми изменениями в изолированных популяциях. Он считал острова «огромными лабораториями эволюции» , которые являются движущими силами биологической радиации (распространения). В 1996 году он писал: « … эволюционные события сконцентрированы в эпизодах разветвляющегося видообразования внутри маленьких, изолированных популяций» .

Но как это возможно? Как показали представленные выше примеры, правило островов является более подходящим объяснением вымирания организмов, чем «эволюционной» радиации. Как ни странно, в очерке исследования сухопутных улиток, обитающих на таитянском острове Муреа, Гоулд сообщил, что они вымерли в 1960-х годах после того, как в эту область были завезены хищные улитки с целью истребления сельскохозяйственных улиток-вредителей.

Современные примеры того, как работает правило островов, не имеет ничего общего с эволюцией от молекулы до человека - они лишь показывают природную изменчивость, которая уже заложена внутри генов новых животных.

Идея о том, что изолированные популяции быстро приобретают адаптации в ответ на условия окружающей среды, которые ведут к эволюционной радиации и увеличенному многообразию, является ложной. Именно проблема небольших маленьких популяций с низким генетическим многообразием представляет опасность вымирания для современных организмов. Надо признать, что в некоторых случаях географическая изоляция на острове помогла некоторым, находящимся вдали от хищников видам выжить, тогда как представители этого вида на континенте исчезли. Хороший пример - короткохвостый кенгуру (квокка) с острова Роттнест, расположенного недалеко от западного побережья Австралии. Однако история также изобилует примерами вымирания генетически изолированных и уязвимых видов. Из 23 видов австралийских птиц, которые вымерли с 1788 года, 17 видов обитали на континентальных или океанических островах!

Кроме того географическая изоляция ведет к появлению подгруппы первоначальной полной популяции, которая размножается местно. Эта подгруппа не имеет всего разнообразия генов материнской популяции, и поэтому имеет более узкий ряд особенностей. Это может приводить к новой разновидности в образовании животного или растения, если оно может пережить изоляцию (не имея полного комплекса генетического разнообразия, он может и не приспособиться). Подобная географическая изоляция могла способствовать образованию подтипов в пределах сотворенных родов после библейского Потопа во времена Ноя.

Современные примеры того, как работает правило островов, не имеет ничего общего с эволюцией от молекулы до человека - они лишь показывают природную изменчивость, которая уже заложена внутри генов новых животных.

Изолированные популяции, скорее всего, приходят к вымиранию, а не знаменуют новую эру увеличенного разнообразия и радиации. Поэтому хоть правило островов и демонстрирует природную изменчивость, свойственную популяции, оно не оказывает никакой помощи эволюционистам, которым позарез необходим механизм для мифа дарвиновской эволюции.

Ссылки и примечания

Изучение ящериц в Бразилии на островах, образовавшихся при создании водохранилища, показало, что предсказываемые в этом случае эволюционной экологией процессы могут происходить очень быстро. Всего за несколько лет часть видов ящериц вымерла, а один из оставшихся, голопалый геккон Gymnodactylus amarali , выйдя из-под пресса конкурентов, стал включать в свой рацион более крупную добычу. При этом у островных гекконов увеличился относительный размер головы, что может быть объяснено отбором на более эффективную охоту на крупных термитов. Эти изменения происходили независимо друг от друга во всех исследованных популяциях изолированных друг от друга островов.

Хотя эволюция у многих ассоциируется с медленными изменениями, длящимися тысячи и миллионы лет, в последние десятилетия биологам стало известно также множество примеров быстрой эволюции - как в эксперименте, так и в природе. Ушло в историю разделение на так называемое экологическое и эволюционное время. Раньше биологи полагали, что на временах, измеряемых годами, а то и веками, можно пренебречь возможным эволюционным ответом организмов на изменения окружающей среды. «Экологическое время», за которое популяция фактически оставалась неизменной, приспосабливаясь к новым условиям без участия естественного отбора, противопоставлялось более длительному «эволюционному времени», на котором популяцию нельзя рассматривать как неизменную.

В частности, классические модели, описывающие взаимоотношения популяций - хищничество или конкуренцию, - не учитывают возможную совместную эволюцию. Сейчас же быстрая эволюция рассматривается как один из путей адаптации популяций к постоянно меняющимся условиям (см. Эволюционные и экологические процессы могут происходить одинаково быстро и влиять друг на друга , «Элементы», 08.02.2011). О том, насколько показательны эти случаи непосредственного наблюдения эволюции, говорит и то, что ныне даже креационисты признают микроэволюцию - изменения организмов, не выходящие за видовые границы (понимая их довольно широко, но это, как говорится, совсем другая история).

Часто такая быстрая эволюция провоцируется антропогенными изменениями окружающей среды. Тут можно вспомнить первый случай прямого наблюдения действия естественного отбора. В конце XIX века английский эволюционный биолог Рафаэль Уэлдон (W. F. R. Weldon) опубликовал результаты своих многолетних исследований крабов Carcinus maenas в гавани Плимута . Он выяснил, что после постройки мола средняя ширина головогруди крабов стала постепенно уменьшаться. Оказалось, что из-за мола гавань стала заиливаться, причем ил постоянно поднимался в толщу воды гребными винтами кораблей. «Широкие» крабы сильнее страдают от загрязнения жабр илом. Из-за этого их смертность стала выше чем у «узких», что и привело к постепенному изменению морфологии в этой популяции (см. J. A. Harris, 1911. ).

В эволюционной экологии неплохо изучены процессы, происходящие с видами животных, которые попадают с крупных массивов суши на острова. Изоляция и сокращение доступной территории вызывает вымирание части видов, но при этом у оставшихся за счет утраты конкурентов расширяются экологические ниши. Но эти выводы базируются по большей части на сопоставлении современных фаун, без наблюдений за динамикой процесса.

Американо-бразильской группе ученых, в которую входит и Томас Шёнер (Thomas W. Schoener) - автор статьи, которая обсуждалась в упомянутой выше новости Алексея Гилярова , - удалось увидеть начальную стадию изменения морфологии гекконов, вызванного образованием островов на месте ранее единой территории. В 1996 году в бразильском штате Гояс построили дамбу для гидроэлектростанции Серра-да-Меза . С 1996-го по 1998 годы было затоплено 170 000 гектаров южноамериканских саванн серрадо - одного из мировых центров биоразнообразия. Былые возвышенности превратились в 290 островов, на которых сохранились участки исходной экосистемы. Как и ожидалось, многие виды на них вымерли - в частности, крупные ящерицы, которым требовалась большая территория. Спустя 15 лет, в 2011 году, самым распространенным видом ящериц на новообразованных островах стал питающийся термитами голопалый геккон Gymnodactylus amarali (рис. 1). На нем исследователи и остановили свое внимание, собрав данные по его диете и размерам.

Согласно гипотезе авторов, после ослабления конкуренции эти ящерицы должны были расширить спектр питания за счет более крупных термитов, что должно было повлечь увеличение размера их голов. Переход на другую пищу у этих специализированных животных авторы сочли маловероятным (все виды голопалых гекконов питаются почти исключительно термитами), а вот включение в рацион более крупной добычи должно было поддерживаться отбором, так как это способствует быстрому получению нужных питательных веществ и энергии. Увеличение же головы, а не всего тела позволило бы нарастить потребление энергии без существенного увеличения потребностей - иначе никакого выигрыша от потребления крупных насекомых могло и не быть. Кроме того, четыре из шести вымерших на островах (но сохранившихся на Большой земле) видов ящериц, которые питались термитами, были крупнее, чем Gymnodactylus amarali , и значит, потребляли более крупных термитов. Таким образом, после их исчезновения крупные термиты должны были стать более доступными. (Еще два вымерших вида питались пауками и прямокрылыми.)

В 2011 году авторы собрали гекконов на пяти островах (один из них периодически соединялся с Большой землей, в то время как оставшиеся окончательно утратили контакт в 1998 году) и пяти ближайших точках на побережье водохранилища (рис. 2).

Содержимое желудков пойманных ящериц подробно исследовали, определив размер всех съеденных ими термитов. В качестве меры широты экологической ниши по размеру добычи авторы использовали обратный индекс разнообразия Симпсона (Inverse Simpson index):

Здесь p i - доля каждого из n размерных классов съеденных термитов. Этот индекс изменяется от 1 до n , и чем он больше, тем разнообразнее диета гекконов. В анализ вошли данные только с трех островов и трех точек на Большой земле, так как в желудках ящериц, пойманных в других четырех местах, нашли слишком мало термитов.

Как оказалось, у островных популяций среднее разнообразие диет действительно несколько выше, чем у ящериц с Большой земли: 3,74 против 2,38. Впрочем, существенна ли эта разница - вопрос открытый: в данном случае в статье есть некоторое «статистическое лукавство». Значимо или нет обнаруженное различие (см. Статистическая значимость)? Авторы вроде как утверждают, что да, приводя р -значение 3,3%. Напомним, что в данном случае р -значение (р -value) - это вероятность случайного возникновения (из-за неудачной выборки гекконов) таких же или еще больших различий в средних значениях при условии, что широта ниш на островах и на Большой земле на самом деле одинакова (такое может происходить потому, что средние значения в нескольких выборках из одной и той же группы скорее всего будут отличаться - например, средний рост у нескольких выборок одноклассников будет меняться от выборки к выборке). В биологии (а также в большинстве других наук, применяющих математическую статистику) указанием на реальное существование различий между двумя наборами значений (которые исследуются на основе выборки данных из каждого набора) считается р -значение меньше 5%.

Но в данном случае авторы применили односторонний критерий, который вычисляет эту вероятность, исходя из предположения, что различие, если и есть, то только в одну из сторон. Такие критерии не стоит применять, за исключением тех случаев, когда вы заведомо не ждете отклонений в одну из сторон (адекватные примеры привести довольно трудно, но, например, если вы сравниваете рост юношей и взрослых, то можно не ждать его уменьшения с возрастом). И хотя авторы не предсказывали возможного уменьшения широты диеты на островах (а именно так они объясняют выбор одностороннего критерия - при том, что во всех других случаях они используют двусторонние), так сразу отвергать эту возможность нельзя (подробнее об одно- и двусторонних критериях см. One-tailed vs. two-tailed P-values). Видимо, они выбрали этот критерий, потому что более подходящий двусторонний критерий дает р -значение 6,6%, что выше критического уровня значимости.

Приведу всё же несколько доводов в защиту утверждения авторов статьи. Из приведенной в статье таблицы видно, что самая маленькая средняя широта ниши на островах больше, чем самая большая у береговых популяций (3,160 против 2,917). Кроме того, «Бог любит 0,06 почти так же сильно, как и 0,05» (известная цитата, описывающая условность выбранного критического уровня, из статьи R. Rosnow, R. Rosenthal, 1989. Statistical procedures and the justification of knowledge in psychological science), и сейчас есть тенденция к тому, чтобы использовать более плавную шкалу значимости, а не строгое разделение по границе в 5%. Не в последнюю очередь это вызвано тем, что многие исследователи, не понимающие основ статистики, стремятся всеми правдами и неправдами получить заветное «p < 5%» (это называют p-hacking, см. Data dredging). В данном случае 6,6% указывает на так называемую «краевую значимость». Отметим, что отец-основатель биологической статистики Рональд Фишер (Ronald Fisher) сам призывал использовать плавную шкалу.

К счастью, остальные результаты статьи обоснованы лучше. Как оказалось, при одних и тех же размерах (измеренных как длина от кончика носа до клоаки - хвост, как слишком изменчивый, традиционно не учитывается при измерении длины ящериц) островные гекконы потребляли более крупных термитов (рис. 3, А), а их головы были относительно крупнее (рис. 3, В, размер головы определялся как расстояние от кончика носа до барабанной перепонки). Отметим, что из графика на рис. 3 видно, что у островных гекконов средний размер съеденных термитов часто превышает таковой у береговых - что опять же говорит в пользу того, что они действительно расширили свой рацион. Кроме того, как оказалось, размер головы у отдельных особей ящериц положительно коррелирует со средним размером термитов в их диете.

Еще более наглядны результаты не по отдельным особям, а по отклонению отношения длины головы к длине тела от среднего значения у отдельных популяций (рис. 4): видно, что у всех береговых популяций это отношение ниже, чем у всех островных. При этом ближе всех к береговым оказывается популяция острова IХ, который периодически соединяется с Большой землей, и, соответственно, гекконы на нем могли сталкиваться с конкурентами и скрещиваться с представителями береговой популяции.

Таким образом, изоляция, по-видимому, действительно привела к расширению размерного диапазона потребляемой гекконами добычи. Это вызвало их эволюционный ответ в виде изменения морфологии - увеличения относительного размера головы, - что позволило им эффективнее потреблять ставших доступными крупных термитов. Важно, что при этом они не потеряли способность поедать мелких. И хотя островные гекконы должны предпочитать питаться крупной добычей (это предпочтение опять же будет поддерживаться отбором, так как повышает КПД охоты), рацион за короткое время, который отражает содержимое желудка, может у отдельных особей быть «мелкоразмерным». Это видно и из рис. 3, А: мелкие ящерицы не охотятся на крупных термитов (возможно, потому что не могут делать это эффективно), в то время как крупные поедают термитов всех размеров.

Какие могут быть альтернативные объяснения наблюдаемых изменений? Во-первых, можно предположить, что различия в размерах голов были у ящериц еще до образования водохранилища. Однако это маловероятно: в то время они принадлежали к единой большой популяции. Кроме того, исследование экземпляров, пойманных на будущих островах и Большой земле с 1996-го по 1998 год не показало сколько-нибудь значимых различий (р = 0,68). Во-вторых, тут мог сыграть роль половой отбор: из-за повышенной плотности популяции на островах усилилась конкуренция самцов за самок, что могло бы привести к увеличению размеров голов. Однако никакой связи исследуемых признаков с полом в данной работе выявлено не было.

Итак, в обсуждаемой работе приведен еще один пример быстрой эволюции: всего за 15 лет ящерицы на островах адаптировались к исчезновению конкурентов в поедании термитов. Причем эти изменения произошли параллельно на разных островах: по мере их образования ящерицы на них утрачивали контакт с популяциями, изолированными на других островах. Случаи параллельной эволюции - независимого приобретения родственными группами сходных признаков - говорят о том, что во многих случаях эволюционные пути могут быть предсказуемы. Этот результат также входит в противоречие с ранее устоявшимися (хотя не всегда строго обоснованными) представлениями о принципиальной непредсказуемости результатов естественного отбора (см. новости Цихлиды - живая модель независимой параллельной эволюции , «Элементы», 14.11.2012 и Эволюция муравьев на «небесных островах» Аризоны оказалась отчасти предсказуемой , Элементы, 16.09.2015).

Однако если изученные гекконы смогли за такое короткое время приспособиться к изменениям, почему другие виды ящериц все-таки вымерли? Из-за недостаточной скорости адаптации или из-за чего-то еще? Изучение подобных случаев нужно для более полного понимания того, как деятельность человека отразится на биосфере. Кроме того, это позволит лучше разобраться в закономерностях эволюции и проверить гипотезы о том, как популяции будут отвечать на те или иные воздействия, - для этого, как выясняется, не обязательно ждать миллионы лет.