Тайные правила эволюции и то, как они работают

Представьте: стадо слонов и крыс попадает на необитаемый остров. Спустя несколько поколений слоны становятся размером с пони, а крысы вырастают до кошки. Это не фантастика, а реальность, подчиняющаяся таинственным правилам эволюции. Ученые обнаружили, что природа меняет животных и растения по строгим законам — от формы клювов до размеров тел. И эти законы не только объясняют прошлое, но и предсказывают, как жизнь адаптируется к глобальным природным изменениям.

С середины XIX века биологи пытаются найти универсальные закономерности в разнообразии жизни. Чарльз Дарвин, изучая галапагосских вьюрков, заложил основы теории естественного отбора. Но лишь позже ученые заметили, что эволюция часто следует конкретным сценариям, которые можно описать почти математическими правилами. Например, животные в тропиках темнее, чем их сородичи у полюсов, а на островах мелкие виды вырастают до гигантских размеров, а крупные — уменьшаются. Эти закономерности, названные в честь первооткрывателей — Копа, Аллена, Фостера, Глогера и Ван Валена, — долго вызывали споры. Однако современные исследования подтвердили: правила работают. Более того, они помогают предсказать, как изменится жизнь на Земле в ближайшие столетия.

Правило Копа: чем больше, тем лучше

Палеонтолог Эдвард Дринкер Коп в конце XIX века заметил: древние млекопитающие Северной Америки со временем становились крупнее. Позже его идею расширили на всех обитателей суши и моря. Но критики, включая Стивена Джей Гулда, считали это иллюзией — мол, гиганты привлекают больше внимания.

В 2015 году команда Джонатана Пейна из Стэнфордского университета проанализировала 17 000 видов морских животных за 542 миллиона лет. Оказалось, правило Копа работает: кальмары, рыбы и даже моллюски постепенно увеличивались. Причины до конца не ясны. Возможно, крупные виды занимают уникальные экологические ниши. Например, киты охотятся на гигантских кальмаров, избегая конкуренции.

Интересно, что самые большие морские существа — киты, ихтиозавры — дышат воздухом. Пейн предполагает: кислорода в атмосфере больше, чем в воде, что облегчает рост. Так что в будущем океаны останутся домом для гигантов, особенно если они сохранят способность дышать воздухом.

Правило Аллена: как форма спасает от жары

В 1870-х зоолог Джоэл Асаф Аллен заметил: у животных и птиц, живущих севернее, уши и клювы короче. Например, у амазонского тукана клюв огромный, а у горного тукана из холодных Анд — короткий и толстый.

Причина — терморегуляция. В тропиках большие придатки с высокой площадью поверхности помогают охлаждаться. На севере компактные формы сохраняют тепло. Правило Аллена тесно связано с правилом Бергмана, открытым в 1840-х: в холодном климате животные крупнее. Например, песцы Арктики массивнее лисиц Сахары.

В 2023 году Мэтью Саймондс из Университета Дикин проанализировал 99,7% видов птиц. Выяснилось: крупные пернатые могут нарушать правило Бергмана, если отращивают длинные клювы или лапы для охлаждения. Но здесь есть нюанс. При повышении температуры до +40°С большие придатки становятся проблемой — они поглощают тепло. Так что в будущем животные могут сначала увеличить «радиаторы», а потом снова уменьшить их.

Правило Фостера: островные метаморфозы

Чарльз Дарвин, изучая Галапагосы, не заметил одну странность: на островах мелкие виды растут, а крупные — уменьшаются. Это явление, названное островным правилом, описал в 1960-х Дж. Бристол Фостер. Например, в Новой Зеландии попугаи какапо эволюционировали из мелких предков до 4-килограммовых гигантов, а питоны Индонезии вдвое меньше материковых сородичей.

Критики утверждали: размеры меняются и на континентах. Но в 2021 году Ана Бенитес-Лопес из Испании изучила 1000 островных видов и столько же материковых. Оказалось, правило Фостера действует для млекопитающих, птиц и рептилий, особенно на маленьких изолированных островах. Причины: нехватка пищи для крупных видов и отсутствие хищников, позволяющее мелким животным расти.

Островной синдром включает не только размеры. Птицы теряют способность летать, а животные — страх перед хищниками. Это делает их уязвимыми: дронты вымерли, потому что не боялись людей.

Закон Ван Валена: вымирание неизбежно

Биолог Ли Ван Вален в 1970-х обнаружил: вероятность вымирания вида не зависит от его возраста. Гепарды, например, эволюционируют, чтобы бежать быстрее, но антилопы тоже ускоряются — преимущество исчезает.

В 2020-х Индре Жлиобайте из Хельсинкского университета смоделировала эволюцию. Новые виды с инновациями (например, необычный способ питания) имеют мало конкурентов, но рискуют исчезнуть из-за локальных катастроф. Зрелые виды, широко расселившиеся, сталкиваются с конкуренцией. Люди, распространившись по планете, вероятно, ускорили вымирание неандертальцев.

Ученые теперь проверяют, работает ли закон Ван Валена в социуме — например, при смене музыкальных жанров или языков.

Правило Глогера: почему тропики темнее

В 1830-х Константин Глогер заметил: животные у экватора темнее. Африканские дрозофилы, например, почти черные в тропиках и светлеют к полюсам.

Одна из теорий: в теплом климате больше паразитов, и сильный иммунитет связан с генами пигментации. Но в 2015 году Мэтью Коски из Университета Клемсона показал: растения серебрянки ближе к экватору имеют крупные УФ-поглощающие «глазки» на цветах. Это защищает от солнечной радиации.

Однако глобальное потепление меняет облачность и УФ-уровни. Коски обнаружил: насекомые реже опыляют цветы с большими «глазками». Если узоры растений изменятся слишком быстро, это нарушит связь с опылителями, что грозит collapse экосистем.

Предсказание эволюции

Могут ли биологические правила предсказать будущее? Майк Бентон из Бристольского университета считает: да. В 2020 году он спрогнозировал, что к 2100 году птицы и млекопитающие станут мельче, отрастят более крупные уши или клювы и потемнеют.

Но Мэтью Саймондс сомневается. Например, птица с маленьким клювом, адаптированным для ловли насекомых, не сможет быстро перестроиться, даже если правило Аллена потребует увеличения клюва. Сейчас ученые изучают, как изменения влияют на численность видов.

Post Scriptum

Правила эволюции, открытые более века назад, оказались удивительно точными. Они не только объясняют прошлое — гигантских крыс Новой Зеландии или карликовых слонов Сицилии, — но и рисуют картину будущего. В мире, где температура растет, а острова исчезают, эти законы станут компасом для ученых. Однако природа всегда оставляет место сюрпризам: как показало правило Ван Валена, даже самые успешные виды не застрахованы от вымирания.

-----

Если понравился материал и вы считаете его познавательным и стоящим вашего внимания, вы можете поддержать автора «трудовым рублем» (5336 6902 0053 5906), либо через Дзен по ссылке.