Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Биологам давно известно, что экология, взаимодействие между организмами и окружающей их средой, играет важную роль в формировании новых видов и изменении существующих. Традиционно считается, что экология определяет эволюцию. Окружающая среда определяет шаблон, и процесс эволюции путем естественного отбора формирует организмы в соответствии с этим шаблоном.

Однако некоторая специализированная теория, несколько лабораторных экспериментов и исследования естественных популяций предполагают, что эволюционные процессы взаимно влияют на экологию. Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Влияние эволюции на окружающую среду, фото: ecoportal

Теперь команда биологов представляет доказательства того, что экология и эволюция действительно являются взаимно взаимодействующими процессами, что представляет собой фундаментальный сдвиг в нашем понимании взаимосвязи между эволюцией и экологией.

«Экология по большей части игнорирует эволюцию, потому что организмы рассматриваются как константы», — сказал Дэвид Резник, биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Риверсайде, руководивший исследованием. «Это не означает, что экологи не верят в эволюцию. Это означает, что общее предположение состоит в том, что экологические взаимодействия происходят в таком коротком временном масштабе по сравнению с эволюцией, что эволюцию можно игнорировать - подобно тому, как физики часто могут спокойно игнорировать относительность в большинстве их экспериментов.

Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ — фото 1
Экология и биоразнообразие, фото: rbc

«Наши результаты представляют собой первый значительный шаг в демонстрации того, что эволюцию нельзя игнорировать при изучении экологических взаимодействий. В более ранней работе мы показали, что гуппи, наш изучаемый организм, может эволюционировать очень быстро. В этом новом исследовании мы количественно оцениваем экологические последствия таких воздействий и быструю адаптацию».

Результаты исследования опубликованы в онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда Резника сравнила гуппи - маленькие пресноводные рыбы, которые были предметом длительных исследований, - которые приспособились к двум разным типам речных сообществ на Тринидаде. В сообществе одного ручья была разнообразная группа видов рыб, некоторые из которых были серьезными хищниками. Другой тип сообщества включал гуппи и всего один или несколько нехищных видов.

Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ — фото 2Гуппи, фото akvariumnyerybki
Ранее Резник и его коллеги установили, что хищники вызывают существенное увеличение смертности гуппи, в результате чего гуппи становятся моложе в зрелом возрасте, производят больше детенышей и демонстрируют другое поведение, способности к побегу и изменение формы тела.

В новых экспериментах исследователи собрали гуппи из двух разных типов сообществ и количественно оценили их влияние на экосистему ручья, поместив их в дублирующие искусственные потоки, построенные рядом с естественным потоком. Исследователи выбрали это место для искусственных ручьев, чтобы они могли отводить воду из источника, который обычно втекал в ручей, таким образом, чтобы она сначала текла через искусственные ручьи, а затем впадала в естественный поток.

Затем они засеяли искусственные водотоки организмами, такими как личинки насекомых, из естественного водотока, так что все искусственные водотоки в начале эксперимента имели схожие экосистемы.Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ — фото 3 Экосистема ручья, фото: depositphotos
Они обнаружили, что гуппи из двух типов рыбных сообществ всего через четыре недели оказали существенно разное воздействие на структуру и функции своих экосистем.

«Гуппи из более разнообразных рыбных сообществ ели больше личинок насекомых, в то время как гуппи с низким уровнем хищничества - гуппи из простых рыбных сообществ - ели больше водорослей», — сказал Рональд Бассар, аспирант лаборатории Резника и первый автор исследования. Эти различия в рационе привели к тому, что в искусственных ручьях с гуппи из разных сообществ было значительно больше водорослей и меньше беспозвоночных, чем в ручьях с гуппи из простых сообществ.

«Были соответствующие различия в том, как и с какой скоростью рециркулировались питательные вещества, такие как азот или фосфор. В ручьях с гуппи с высоким содержанием хищников - гуппи из более разнообразных рыбных сообществ - было меньше продукции растений и потребления кислорода, более медленное разложение листьев, упавших в воду, и более медленное накопление детрита, продукта распада листьев».Эволюция влияет на окружающую среду, фундаментальный сдвиг в восприятии - НАУЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ — фото 4Гуппи в искусственно созданной системе обитания, фото: aquaria
Исследователи также обнаружили, что их результаты экспериментов с искусственными водотоками отражают наблюдения за гуппи в сообществах естественных водотоков Тринидада.

«Проводя наши эксперименты в искусственных ручьях, мы можем определить гуппи как вероятную причину того, что мы видим в естественных ручьях», — сказал Бассар. «Эксперименты показывают, что локальная адаптация вызывает эволюцию различий в рационе, что, в свою очередь, вызывает различия в структуре экосистемы. 

Наш следующий шаг - охарактеризовать, как эта измененная экосистема, в свою очередь, формирует то, как гуппи адаптируются к ней».

Национальный научный фонд поддержал это исследование в рамках пятилетнего гранта для нескольких исследователей, финансируемого инициативой Frontiers in Integrative Biological Research.

Вам понравится
zoom-images