Маленькие звери вырастут большими

Большая часть эволюционных принципов отбора вполне понятна: преимущество получают те, кто быстрее бегает, выше прыгает, лучше слышит или же активнее других приспосабливается к меняющимся условиям окружающей среды. Эти критерии объясняют наличие отдельных структур у организма – когтей, волос, длинных лап и больших ушей, а в редких случаях и внешний вид – например, форму тела рыб и птиц.

Такие «интегральные» признаки, как рост и вес, а особенно их колебания, рассчитать и предсказать весьма непросто. Математик Аарон Клозе и эволюционист Дуглас Эрвин предприняли такую попытку для всего класса млекопитающих.

Оказалось, что для каждой отдельно взятой группы лёгких зверей характерно постепенное увеличение размеров.

Масса тела напрямую связана с образом жизни, её продолжительностью, особенностями обмена веществ, а в эволюционном плане – с вероятностью вымирания. Одной из гипотез, описывающих это «в развитии», был закон, а точнее – правило Копа, заметившего, что размер особей новых видов обычно больше, чем их филогенетических предшественников.

Клозе и Эрвин решили положить в основу гипотезы холодный математический расчет. Для этого они объединили три макроэволюционных процесса в одну модель: диффузию, кратковременные преимущества для отбора и долговременный риск вымирания.

При этом размер тела был принят в качестве функции, способной к диффузным изменениям. При этом вес каждого вида принимался равным произведению веса предшественника на некоторый случайный фактор.

Основная проблема моделей в биологии – нехватка фактических данных.

Американских ученых она обошла стороной – всего они проанализировали размеры 4002 живущих и покинувших планету видов современных наземных зверей, живших с начала позднего четвертичного периода.

Самые маленькие особи – современная многозубка-малютка (Suncus etruscus) и свиноносая летучая мышь (Craseonycteris thonglongyai) определили нижнюю границу эволюционных процессов. По палеонтологическим данным, этот нижний предел существует, как минимум, с границы мелового и третичного периода. Эта же граница получается при исследовании обмена веществ млекопитающих, которым регулярно необходимо тратить определенное количество энергии на поддержание температуры тела, вынашивание и выкармливание потомства.

Разместив средние размеры вида вместе с их филогенетическими связями в своей модели, Клозе и Эрвин доказали, что увеличенный размер тела дает кратковременные преимущества при отборе, в частности, лучшая переносимость при колебаниях в источнике пищи, надежная терморегуляция, а кроме того – больше вероятность уйти или же защититься от нападения хищника.

Маленьким тоже быть не совсем плохо: небольшие размеры дают большую структурную пластичность – способность к перестройкам организма в поколениях.

Полученная модель особенно точно должна предсказывать развитие маленьких и лёгких особей, чей вес не превышает 80 грамм. По крайней мере, в этой области модельный график практически не расходится с реальным положением дел на протяжении последнего миллиона лет.

Основываясь на том же совпадении кривых, ученые заключили, что сделанные при построении предположения верны.

Такая небесспорная логика позволила им сказать о существовании нижнего предела, диффузии размеров видов, увеличенном риске вымирания видов больших размеров, а кроме того – постепенном возрастании массы у маленьких групп, чей исходный вес не превышает 32 граммов. Это согласуется, по крайней мере, с исчезновением гигантских млекопитающих – мамонтов, крупных ленивцев и копытных.

Все эти законы привели к несимметричному распределению массы тела наземных млекопитающих с модой, характеризующей самую «распространенную» массу в 40 грамм, и с «тяжелым правым хвостом», что на сленге математиков означает, что количество видов, весящих больше 40 грамм, больше количества весящих меньше.

Клозе и Эрвин, опубликовавшие свои расчеты в последнем выпуске Science, отметили, что в других группах животных возможны другие тенденции. В частности, для динозавров характерно более симметричное «нормированное» распределение. В случае птиц и насекомых левый хвост графика становится тяжелее правого.

Некоторые сделанные ими приближения немного «смазывают» эффект масштабных выводов. В частности, ученые приняли, что вымирание видов идёт независимо, что невозможно представить ни в одной экосистеме. Кроме того, для некоторых ископаемых видов оценки массы по отдельным костям тоже особо точными не назовешь. Зато теперь мы можем представить, как будет выглядеть класс наземных млекопитающих через пару миллионов лет, или, по крайней мере, сколько будут весить отдельные его представители.