Команда ученых из Австрии выяснила, почему стандартный закон Копа — «с течением времени организмы становятся крупнее» — не всегда выполняется. При этом они выявили три уникальных сценария эволюции размеров тела.
Законом Копа называют тенденцию определенных групп животных к увеличению размеров тела в течение тысяч и миллионов лет. Он был назван в честь Эдварда Копа (Edward Соре), палеонтолога XIX века, который первым заметил эту закономерность в летописи окаменелостей.
Подобная тенденция применима для самых разных видов, таких как ископаемые млекопитающие Северной Америки, нептичьи динозавры, брахиоподы палеозоя, птицы мезозоя и морские млекопитающие. В противоположность этому закон Копа не применим к островным ящерицам, аляскинским лошадям, некоторым пресноводным рыбам, скрытошейным черепахам, некоторым современным млекопитающим и насекомым.
В новом исследовании ученые обобщили известные данные и установили, что размер животных с течением времени зависит от двух ключевых экологических факторов: интенсивности прямой конкуренции за ресурсы между видами и риска вымирания. Изменения в этих факторах помогают объяснить, почему летописи окаменелостей показывают такое запутанное сочетание моделей эволюции размеров, при этом некоторые эволюционные линии со временем уменьшаются в габаритах, а другие растут.
Используя компьютерные модели, имитирующие эволюцию, исследователи выделили три различных сценария изменения размера тела, возникающих в разных условиях.
1. В основном животные эволюционируют, увеличивая свои размеры, что подтверждает закон Копа. Постепенное увеличение размеров с течением времени происходит, когда конкуренция между видами определяется в основном их относительными размерами тела, а не различиями в нишах обитания. Например, несколько видов морских беспозвоночных животных постепенно увеличивались в размерах на протяжении миллионов лет.
2. В средах с плохими условиями за увеличением размеров следует вымирание. Самые крупные хищники на вершине пищевой цепочки циклически вымирают. Увеличение в размерах тела может продолжаться даже несмотря на то, что действительно большие размеры и малочисленность могут сделать популяцию животных уязвимее. Поэтому самые крупные животные периодически вымирают, предоставляя другим видам возможность занять их место и развить еще более крупные тела, продолжая цикл. Так, например, произошло с нептичьими динозаврами и гигантскими летающими рептилиями.
3. При интенсивной конкуренции виды эволюционируют к меньшим размерам в разные ниши, нарушая стереотипы. В исторические моменты, когда есть острая конкуренция между различными видами за пищу и жизненное пространство, размеры животных могут уменьшаться по мере распространения вида и его адаптации к среде. Поскольку виды эволюционируют в разные ниши, они сталкиваются с давлением отбора, вынуждающим их сокращаться в размерах.
Например, численность лошадей, обитавших на Аляске во время ледникового периода, быстро снизилась из-за изменений климата и растительности, а вследствие уменьшился и размер тела лошадей. Также сообщалось об уменьшении размеров отдельных позвоночных, костистых рыб, скрытошейных черепах и островных ящериц.
В итоге исследователи продемонстрировали, что то, как действует закон Копа — в сторону увеличения, или, напротив, уменьшения тел животных, зависит от экологических взаимодействий и изменений использования экологической ниши с течением времени. Новая работа позволяет, наконец, объяснить, почему в одних случаях животные действительно «укрупняются», как и положено по исходному закону Копа, а в других все оказывается принципиально иначе. Вдобавок становится проще понять, почему при крупных вымираниях одни эволюционные линии отсеиваются, а другие продолжают существовать.