Изоляция и эволюция. Происхождение видов

Согласно теории эволюции все растения и животные произошли от одной-двух примитивных предковых форм. Используя специальную систему «этикетирования» живых организмов, ученые различают свыше миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Первоначально эта классификация строилась лишь на основе внешних признаков, и часто случалось, что организмы, похожие друг на друга, в природных условиях не скрещивались. Так, если в неволе и можно получить «литра» - гибрид льва (самец) и тигра (самка), этих зверей тем не менее относят к разным видам.

Происхождение видов. Так как же из единой популяции однотипных особей возникают различные виды? Рассмотрим этот вопрос на примере какой-нибудь популяции, занимающей достаточно широкий ареал и имеющей богатый генофонд. Через некоторое время в ней под влиянием естественного отбора могут возникнуть группы особей, приспособленных к определенным местообитаниям: отдельные группы животных и растений захватывают новые местообитания и приспосабливаются к их полноценному использованию. В результате такой адаптивной радиации исходная популяция распадается на ряд групп [2].

2. Распространение крупного рогатого скота Юго-Восточной Азии иллюстрирует принцип адаптивной радиации. Так, гаур распространен по лесистым холмам, дикий буйвол (предок одомашненного) придерживается заболоченных участков по возвышенностям. Бантенг живет на Яве, кое-где одомашнен. Яки, способные выдерживать сильный холод, одомашнены и распространены в высокогорьях Тибета и Центральной Азии. Карликовый буйвол аноа обитает во влажных холмистых районах на Сулавеси.

Новые группы могут стать настолько отличными одна от другой, что их можно будет рассматривать как отдельные подвиды или расы. Они могут так уклониться от родительской формы, что обмен генетическим материалом между ними станет практически невозможным. Тогда это будут уже разные виды. Развитие разных групп специализированных организмов вовсе не означает, что природа стремится направить «весь генофонд в одно русло», присутствие множества специализированных форм лишь способствует выживанию.

Географическая изоляция. Наиболее очевидное препятствие распространению - часто это первый этап на пути специализации географическая изоляция. Здесь многое зависит от повадок и способности данного вида к расселению. У птиц, например, больше возможностей к расселению, чем у многих других животных. Так, на тихоокеанских островах в лесистых долинах, разделенных скалистыми грядами, обитают наземные моллюски [Ключ].

Ключ. На одном из Гавайских островов - Оаху - обитает в смежных долинах несколько видов агатовых улиток (Achatinella). Эти малоподвижные животные не уходят далеко от места своего рождения, поэтому разделяющие долины горные хребты препятствуют их расселению. Таким образом, разные популяции улиток оказались географически изолированными на протяжении тысяч лет и образовали ряд хорошо различающихся видов.

Частота встречаемости различных видов в разных долинах сильно варьирует, а в некоторых долинах отдельных видов вовсенет. Похоже, что основатели популяции вселялись в долины исключительно по воле случая, а высокие горные гряды поддерживали их изоляцию. Такие физические преграды [1], как океан и горные цепи, могут разъединять не только отдельные популяции одного вида, но и целые семейства и отряды, как это видно на примере сумчатых Австралии и Южной Америки.

1. Такие естественные преграды, как морские проливы, ведут к формированию различающихся между собой групп животных в силу изолированного развития не только отдельных видов, но и целых семейств. Наглядным примером могут служить флора и фауна Юго-Восточной Азии и Австралийской области, четко разделяющиеся по линии, обозначенной в XIX столетии Уоллесом, а позднее уточненной английским биологом Томасом Гекели (1825-1895). Позже немецкий биолог Макс Вебер предложил другую границу, уравновешивающую взаимовлияние обоих регионов. Он же наметил морскую преграду, препятствующую распространению наземных млекопитающих. Между линиями Уоллеса и Вебера находится зона смешения фаун, где животным и растениям удалось преодолеть разделяющие острова морские проливы.

Изоляция из-за привязанности к разным местообитаниям [3] типичнее для растений, но она свойственна и животным.

3. В силу изменения условий с высотой в горах формируются характерные зоны, Горная осока и в каждой из них обитают только определенные виды животных и растений. Так, вершина горы Кении (Экваториальная Африка), поднимающаяся на высоту 5199 м, заселена специализированными животными, в числе которых болотная крыса, даман и дукер.

4. Растительный покров высокогорий отнюдь не однообразен. На плане горы Кении видно, что на склонах, получающих меньшее количество осадков, горные леса сменяются сухими кустарниками. Это влияет и на распределение животных, зависящих от растительности, дающей им убежища и пищу.

Растения обычно приспосабливаются к определенным особенностям почвы, и потому гибридным формам трудно выжить в местообитаниях родительских видов.

5. На территории Евразии встречается более 20 подвидов сойки (Garrulus glandarius). Исходно сойка населяла широколиственные леса, где питалась преимущественно желудями. Но она может кормиться и разнообразными семенами, фруктами, почками, насекомыми и даже яйцами птиц и птенцами. В отдельных районах она проникла в хвойные леса и питается семенами некоторых видов сосны. Там, где ареалы отдельных популяций перекрываются, заметен плавный переход признаков от одной расы к другой, поскольку здесь они свободно скрещиваются. Такие расы обычно называют подвидами. В удаленных частях ареала скрещивание между разными подвидами маловероятно, и со временем они могут превратиться в самостоятельные виды.

Репродуктивная изоляция. Одним из наиболее важных изолирующих механизмов у животных является подбор полового партнера, что особенно важно для близкородственных видов, населяющих один и тот же ареал. Сложные брачные формы поведения наряду с различиями в окраске животных обеспечивают спаривание лишь особям одного вида. К числу других опознавательных признаков относятся запахи, пение у птиц, кваканье у лягушек и стрекотание у сверчков. У многих животных без этих стимулов спаривание вообще не происходит.

Долгое время считалось, что к репродуктивной изоляции приводит различие в строении половых органов у разных видов. Однако недавние исследования показали, что у животных этот тип механической изоляции не эффективен, тогда как у растений сходные изолирующие механизмы соответствуют по значению поведенческой изоляции у животных. Так, различия в строении цветков препятствуют опылению и оплодотворению неродственных видов. Для распространения своего генетического материала растения используют активность животных, а поскольку цветки разных видов отличаются строением, окраской, запахом, используются разные опылители. Это снижает вероятность перекрестного опыления неродственных видов. Так, в Калифорнии, например, у близких видов растения Penstemon цветки разного размера и опыляются они соответственно крупными или мелкими пчелами.

Еще одним изолирующим механизмом могут оказаться сезонные различия в половой активности разных видов, но, вероятно, одного этого было бы недостаточно для поддержания видовой самостоятельности.