Еволюція впливає на навколишнє середовище, фундаментальний зсув у сприйнятті - НАУКОВИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ

Біологам давно відомо, що екологія, взаємодія між організмами та навколишнім середовищем, відіграє важливу роль у формуванні нових видів та зміні існуючих. Зазвичай вважається, що екологія визначає еволюцію. Навколишнє середовище визначає шаблон і процес еволюції шляхом природного відбору формує організми відповідно до цього шаблону.

Проте деяка спеціалізована теорія, кілька лабораторних експериментів та дослідження природних популяцій припускають, що еволюційні процеси впливають на екологію.

Тепер команда біологів представляє докази того, що екологія та еволюція дійсно є взаємно взаємодіючими процесами, що є фундаментальним зрушенням у нашому розумінні взаємозв'язку між еволюцією та екологією.

"Екологія здебільшого ігнорує еволюцію, тому що організми розглядаються як константи", - сказав Девід Резнік, біолог-еволюціоніст з Каліфорнійського університету в Ріверсайді, який керував дослідженням. «Це не означає, що екологи не вірять у еволюцію. Це означає, що загальне припущення у тому, що екологічні взаємодії відбуваються у такому короткому часовому масштабі проти еволюції, що еволюцію можна ігнорувати - подібно до того, як фізики часто можуть спокійно ігнорувати відносність у більшості їх експериментів.^{Екологія та біорізноманіття, фото: rbc}

«Наші результати є першим значним кроком у демонстрації того, що еволюцію не можна ігнорувати при вивченні екологічних взаємодій. У більш ранній роботі ми показали, що гуппі, наш організм, що вивчається, може еволюціонувати дуже швидко. У цьому новому дослідженні ми кількісно оцінюємо екологічні наслідки таких впливів та швидку адаптаці». 

Результати дослідження опубліковані в онлайн-випуску Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда Рєзніка порівняла гуппі – маленькі прісноводні риби, які були предметом тривалих досліджень, – які пристосувалися до двох різних типів річкових угруповань на Тринідаді. У співтоваристві одного струмка була різноманітна група видів риб, деякі з яких були серйозними хижаками. Інший тип спільноти включав гуппі й лише один або кілька хижих видів. 

^{Гуппі, фото akvariumnyerybki}
Раніше Резнік та його колеги встановили, що хижаки викликають суттєве збільшення смертності гуппі, внаслідок чого гуппі стають молодшими у зрілому віці, виробляють більше дитинчат та демонструють іншу поведінку, здатність до втечі та зміну форми тіла.

У нових експериментах дослідники зібрали гуппі з двох різних типів угруповань і кількісно оцінили їх вплив на екосистему струмка, помістивши їх у дублюючі штучні потоки, побудовані поруч із природним потоком. Дослідники вибрали це місце для штучних струмків, щоб вони могли відводити воду з джерела, яке зазвичай втікало в струмок, таким чином, щоб вона спочатку текла через штучні струмки, а потім впадала в природний потік.

Потім вони засіяли штучні водотоки організмами, такими як личинки комах, з природного водотоку, тому всі штучні водотоки на початку експерименту мали схожі екосистеми.^{Екосистема струмка, фото: depositphotos}
Вони виявили, що гуппі з двох типів рибних угруповань лише через чотири тижні справили різний вплив на структуру та функції своїх екосистем.

«Гуппі з більш різноманітних рибних угруповань їли більше личинок комах, тоді як гуппі з низьким рівнем хижацтва - гуппі з простих рибних угруповань - їли більше водоростей», - сказав Рональд Бассар, аспірант лабораторії Рєзніка та перший автор дослідження. Ці відмінності в раціоні призвели до того, що в штучних струмках з гуппі з різних угруповань було значно більше водоростей і менше безхребетних, ніж у струмках з гуппі з простих угруповань.

«Були відповідні відмінності у тому, як і з якою швидкістю рециркулювалися поживні речовини, такі як азот чи фосфор. У струмках з гуппі з високим вмістом хижаків - гуппі з найрізноманітніших рибних угруповань - було менше продукції рослин та споживання кисню, повільніше розкладалося листя, що впало у воду, і повільніше накопичувався детрит, продукту розпаду листя». ^{Гуппі в штучно створеній системі проживання, фото: aquaria}
Дослідники також виявили, що їхні результати експериментів зі штучними водотоками відображають їх спостереження за гуппі у спільнотах природних водотоків Трінідаду.

«Проводячи наші експерименти у штучних струмках, ми можемо визначити гуппі як ймовірну причину того, що ми бачимо у природних струмках», - сказав Бассар. «Експерименти показують, що локальна адаптація викликає еволюцію відмінностей у раціоні, що, своєю чергою, викликає розбіжності у структурі екосистеми. Наш наступний крок – охарактеризувати, як ця змінена екосистема, своєю чергою, формує те, як гуппі адаптуються до неї».

Національний науковий фонд підтримав це дослідження в рамках п'ятирічного гранту для кількох дослідників, який фінансується ініціативою Frontiers in Integrative Biological Research.