Острова ускоряют эволюцию ненадолго

Долгое время считалось: острова способствуют убыстрению эволюции проживающих на них животных. Новое исследование, опубликованное в PLoS Biology, достоверно подтвердило: островные виды ускоренно эволюционируют. Им требуются на это относительно короткие промежутки времени – от десятилетий до нескольких тысяч лет.

Представление об островах как о естественных полигонах эволюции почти так же старо, как сама теория эволюции.

Ограниченное пространство и изоляция создают усиленный естественный отбор. Кроме того, развитие всего живого подчиняется так называемому правилу острова. Вкратце оно сводится к тому, что маленькие виды постепенно укрупняются, а крупные становятся меньше.

Например, мамонты на Нормандских островах со временем переродились в существа, весившие в 10 раз меньше, чем их материковые сородичи. А на некоторых карибских островах обычно крошечные землеройки выросли до 30-сантиметровой длины.

Как недавно выяснилось, «правило острова» применимо и к жизни глубоководного океана. Морские животные, по-видимому, развиваются в соответствии с «правилом острова», даже несмотря на то, что три классические причины – хищники, конкуренция и усеченная среда обитания – отсутствуют. Ключевым, по мнению автора исследования, является пищевой фактор.

Гигантские черепахи и игуаны все еще населяют Галапагосы и некоторые другие уединенные острова. Однако от проживавших некогда на островах Индонезии, Средиземноморья и Тихого океана карликовых гиппопотамов, слонов и оленей остались лишь окаменелости. Теория предполагала, что их размеры должны были измениться вскоре после того, как животные прибыли на острова.

Однако гипотеза никогда не исследовалась систематически и не была доказана, чем и занялась Виржини Милльен из канадского университета Макгилл.

Исследовательница свела воедино уже опубликованные данные и на их основе вычислила в общей сложности 826 эволюционных «нормативов» для 170 популяций, представленных 88 видами. Для островных видов они оказались короче, чем для материковых. Особенно ярко закономерность проявляется на отрезках до 20 000 лет, зато для интервалов более чем 45 000 лет становится статистически незначительной.

Исследование Милльен объясняет, почему обнаружено так мало окаменелостей промежуточных между материковыми и островными видами форм.

Кроме того, из вычислений следует, что после начального ускоренного периода темпы эволюционирования вида, попавшего на остров, замедляются и приближаются к материковым показателям.

По мнению Милльен, повышенные эволюционные способности могут иметься и у материковых видов. Одной из самых больших угроз биологическому разнообразию служит в настоящее время фрагментация среды обитания, практически распадающейся на ряд изолированных островков («Газета.Ru» уже писала о значении спасительных ландшафтных «коридоров» для оказавшихся в таком положении видов).

Свою роль играют и быстро меняющиеся экологические условия, прежде всего из-за глобального потепления. По некоторым данным, отдельные материковые виды уже реагируют на указанные факторы как островные. В ходе исследования 1989 года была предпринята попытка описать изменения размера 25 европейских видов за 200 лет, используя «правило острова». Пока непонятно, однако, как долго животные смогут эволюционировать под воздействием таких перемен.

Квантовый девятый вал

Группа ученых из Швеции и Германии под руководством Падма Шукла представила первый анализ и моделирование нелинейных волн (порождающих так называемые «девятые валы»), возникающих глубоко под водой.

Знаменитый «девятый вал» пугает корабелов издавна. С 1995 года ученым стало достоверно известно, что это не миф. В январе 1995 года удалось осуществить первое лазерное измерение гигантской штормовой волны.

Океанографы и математики говорили, что волны высотой в 30 и более метров (в англоязычной литературе для них введен термин freak wave) должны возникать один раз в 10 000 лет. Однако последующие спутниковые наблюдения показали, что это далеко не так.

Оказалось, что «волны-убийцы» возникают гораздо чаще. Фактически наблюдения показали, что где-нибудь в мировом океане такие волны возникают в каждый момент.

Поскольку такая волна может разом поглотить круизное судно или нефтяную платформу (современные плавсредства рассчитаны на то, чтобы выдерживать только 15-метровые волны, а волны-гиганты могут достигать 60 метров в высоту), ученые и попробовали создать теорию возникновения таких волн.

«Основная причина для возникновения подобных волн, похоже, кроется в процессе, известном как нелинейные взаимодействия волн – это определенный механизм обмена энергией между волнами, приводящий к большому росту в амплитуде волны, намного большему, чем было бы возможным через обычную линейную суперпозицию волн», – сказал соавтор работы Маттиас Маркланд.

Ученые привлекли для описания и анализа волн-гигантов систему двух нелинейно взаимодействующих волн, описываемую уравнениями Шредингера, хорошо зарекомендовавшими себя в квантовой механике.

Оказалось, что квантовые уравнения хорошо работают и здесь.

«Мы представили теоретическое исследование модуляционной нестабильности пары нелинейно взаимодействующих двумерных волн на глубокой воде и показали, что полная динамика этих взаимодействующих волн дает начало ограниченным пакетам волн большой амплитуды», – резюмируют ученые свою статью.

Фактически ученые при помощи уравнения Шредингера изучили влияние различных скоростей и углов, под которыми пересекаются в пространстве две волны.

И установили, что при пересечении под относительно небольшим углом две волны образуют новую, более чем в два раза выше, чем при обычном взаимодействии, тем самым порождая «девятый вал».

Результаты своей работы теоретики представили в Physical Review Letters. И говорят, что теперь требуются дополнительные спутниковые и океанографические наблюдения и статистические подсчеты. И тогда они смогут установить места наиболее вероятного возникновения «ненормальных» волн.