Видообразование на разных островах идет независимыми путями

Разнообразие галапагосских вьюрков в свое время навело Дарвина на мысль об эволюции видов. В наши дни вьюрки с островов Тристан-да-Кунья помогли ученым подтвердить возможность параллельного симпатрического видообразования. (Фото с сайта www.rit.edu)

Считалось, что вьюрки рода Nesospiza, обитающие на двух маленьких островах архипелага Тристан-да-Кунья, относятся к двум видам: один с большим клювом, другой с маленьким, причем оба вида встречаются на обоих островах. Генетический анализ показал, что эти птицы произошли от единой предковой формы, которая когда-то заселила оба острова, а затем на каждом из них подразделилась на большеклювую и мелкоклювую разновидности. Это первый хорошо обоснованный случай параллельного симпатрического видообразования у птиц.

Уединенные острова и озера представляют собой уникальные эволюционные лаборатории, где небольшие популяции животных и растений могут претерпевать глубокие изменения за весьма малое по геологическим масштабам время. Этому способствует прежде всего обедненность таких изолированных экосистем и резко ослабленная межвидовая конкуренция. Всевозможные причудливые, узко специализированные формы, которые на материке скорее всего были бы вытеснены, не успев зародиться, на крошечном уединенном островке имеют шанс выжить (см. также: Эволюция на островах идет быстрее, «Элементы», 14.09.2006).

Архипелаг Тристан-да-Кунья — одно из самых уединенных мест на Земле, отделенное от ближайшей суши (острова св. Елены) расстоянием 2160 км. Эндемичные вьюрки рода Nesospiza обитают на островах Неприступный (Inaccessible) и Найтингейл (Nightingale). Карта с сайта sk.wikipedia.org

Архипелаг Тристан-да-Кунья — одно из самых уединенных мест на Земле, отделенное от ближайшей суши (острова св. Елены) расстоянием 2160 км. Эндемичные вьюрки рода Nesospiza обитают на островах Неприступный (Inaccessible) и Найтингейл (Nightingale). Карта с сайта sk.wikipedia.org

Изучение островных флор и фаун иногда позволяет почти воочию увидеть процесс эволюции и проверить на практике различные теоретические модели, разработанные эволюционистами-теоретиками. Южноафриканские биологи, изучающие эндемичных вьюрков архипелага Тристан-да-Кунья, опубликовали в последнем номере журнала Science статью, в которой подтверждаются сразу две широко обсуждаемые в научной литературе гипотезы. Первая из них — модель экологического видообразования в условиях симпатрии — предполагает, что исходный предковый вид может подразделиться на два в результате адаптации его представителей к разным экологическим нишам, причем для этого не нужны какие-либо физические барьеры, разделяющие исходно единую популяцию на две изолированные части. Вторая гипотеза предполагает, что, поскольку видообразование контролируется экологическими факторами, оно должно в сходных условиях происходить сходным образом. Иначе говоря, если есть два одинаковых изолированных острова и на каждый из них попадет один и тот же предковый вид, то через некоторое время на этих островах должны параллельно и независимо образоваться сходные «пучки» видов.

Конечно, обе теоретические модели возникли не на пустом месте, и каждая из них подтверждается большим числом фактов, однако в большинстве своем это косвенные доказательства. Кроме того, они затрагивают лишь отдельные группы животных или растений. Например, убедительные свидетельства симпатрического видообразования получены для пальм, некоторых пресноводных рыб (см. ссылки внизу), для бокоплавов (гаммарид) озера Байкал и т. д., тогда как с другими группами (в том числе с птицами) дело обстоит хуже. К примеру, галапагосские вьюрки, получившие всемирную известность благодаря тому впечатлению, которое они произвели на молодого Чарлза Дарвина, пока не предоставили ученым убедительных свидетельств симпатрического характера своего видообразования (предполагают, что разные виды этих птиц сформировались на разных островах).

Схема эволюции вьюрков рода Nesospiza (рис. из обсуждаемой статьи в Science)

То же самое до настоящего времени предполагалось и для вьюрков архипелага Тристан-да-Кунья. В пределах рода Nesospiza орнитологи выделяют два вида: N. acunhae (с маленьким клювом) и N. wilkinsi (с большим клювом). Оба вида встречаются только на двух маленьких островах — Неприступном (Inaccessible) площадью 14 кв. км. и Найтингейл (Nightingale) площадью 4 кв. км. Первый вид ранее обитал также и на главном острове архипелага, но там его истребили около ста лет назад завезенные людьми крысы и мыши. Острова Неприступный и Найтингейл, к счастью, необитаемы, и к тому же объявлены заповедной зоной, так что уникальные местные птицы имеют хорошие шансы задержаться на этом свете.

Кстати сказать, палеонтологи недавно установили, что практически на всех островах и атоллах Тихого океана до прихода людей обитали разнообразные эндемичные виды птиц, в том числе нелетающих. Как только на остров приходили люди — полинезийцы или меланезийцы — эти виды немедленно исчезали. Так что история с дронтом или новозеландским моа — не исключение, а правило.

Представители одного и того же вида, обитающие на разных островах, немного отличаются друг от друга, поэтому их считают разными подвидами. На Неприступном выделяют подвиды N. acunhae acunhae и N. wilkinsi dunnei, на Найтингейле — N. acunhae questi и N. wilkinsi wilkinsi. Предполагалось, что виды N. acunhae и N. wilkinsi сформировались аллопатрическим путем, то есть на разных островах, а затем расселились, и их ареалы пересеклись.

Однако генетический анализ, проведенный исследователями, показал, что история у этих птиц была несколько иной. Сравнив несколько митохондриальных и ядерных генетических маркеров, ученые обнаружили, что обитатели каждого из двух островов ближе друг к другу, чем к конспецифичным (относящимся к тому же виду) птицам с другого острова. Например, большеклювые N. wilkinsi dunnei с Неприступного гораздо ближе к мелкоклювым N. acunhae acunhae с того же острова, чем к большеклювым N. wilkinsi wilkinsi с Найтингейла.

Дерево Phylica arborea, семена которого являются основной пищей большеклювых вьюрков на островах Неприступный и Найтингейл (фото с сайта commons.wikimedia.org)

Ученые сделали вывод, что все четыре формы, по-видимому, происходят от одного предка, когда-то залетевшего из Южной Америки с преобладающими западными ветрами (расстояние от материка — 3000 км). Эта предковая форма заселила оба острова, и на каждом из них параллельно и независимо подразделилась на две разновидности: мелкоклювую и большеклювую. Направленность этих эволюционных преобразований определялась особенностями кормовой базы. На обоих островах основную пищу вьюрков составляют мелкие семена местной травы Spartina arundinacea и крупные семена дерева Phylica arborea. Размер клюва у вьюрков строго коррелирует с размером разгрызаемых семян. Большеклювые N. wilkinsi питаются в основном семенами дерева, мелкоклювые N. acunhae — семенами травы.

Любопытно, что на меньшем по площади острове Найтингейл процесс симпатрического видообразования продвинулся заметно дальше, чем на более крупном острове. На Неприступном, где разнообразие природных условий значительно выше, две формы вьюрков, по-видимому, еще способны скрещиваться друг с другом. В некоторых районах острова встречаются птицы с клювами промежуточных размеров — судя по всему, гибриды (генетический анализ не противоречит этому предположению). На Найтингейле никаких гибридов нет, да и генетически две местные разновидности вьюрков сильнее отличаются друг от друга, чем формы с Неприступного. По-видимому, это говорит о том, что разнообразие условий обитания в данном случае выступало как фактор, тормозящий эволюцию.

Необходимо помнить, что под «скоростью эволюции», в зависимости от контекста, могут подразумеваться два совершенно разных показателя. Одно дело — скорость образования разнообразных причудливых специализированных форм, совсем другое — скорость прогрессивных преобразований, связанных с выработкой новых адаптаций широкого профиля. На маленьких изолированных клочках суши выше только первая из этих скоростей, тогда как вторая, наоборот, выше на больших материках с разнообразными условиями и сложными насыщенными экосистемами.

Источник: Peter G. Ryan, Paulette Bloomer, Coleen L. Moloney, Tyron J. Grant, Wayne Delport. Ecological Speciation in South Atlantic Island Finches // Science. 2007. V. 315. P. 1420–1423.

О симпатрическом видообразовании см. также: 1) Для видообразования не нужны барьеры, «Элементы», 13.02.2006. 2) Эволюция без преград: ботаники нашли новое доказательство видообразования без географических барьеров, «Элементы», 13.02.2006. 3) Видообразование — личное дело каждого, «Элементы», 15.02.2006.

Александр Марков