Тысячи видов змей обитают по всему земному шару. Исследователи считают, что это результат таинственного сингулярного события.
Необычность змей
Известно около 4000 ныне живущих видов змей, которые составляют одну восьмую всего разнообразия наземных позвоночных. Змеи процветают в удивительном множестве различных местообитаний и в самых разных условиях, они лазают по деревьям, роют норы, пловцы и даже планеристы. Согласно исследованию, опубликованному 22 февраля в Science, ни одна отдельная черта не может объяснить происхождение всего этого разнообразия.
“Змеи особенные и странные”.
Вместо этого все сводится к тому, что исследователи называют “сингулярностью змей”. В широком смысле сингулярность - это когда небольшие и непредсказуемые изменения приводят к большим, неожиданным результатам. В физике сингулярность - это точка в реальности, где нарушаются правила и может произойти быстрое расширение структуры пространства-времени. Теория большого взрыва утверждает, что вся наша вселенная возникла из такой сингулярности. В биологии сингулярность может произойти, когда взрывное увеличение числа видов происходит в результате серии изменений, сгруппированных так тесно, что они кажутся мгновенными и неразделимыми на протяжении порядка эволюционного времени.
Согласно новому исследованию, все многочисленные виды змей являются результатом биологической сингулярности.
Представление об эволюции в терминах сингулярностей - это изменение перспективы для области, где процессы, как правило, понимаются, разворачиваются постепенно и медленно. Появление новых видов обычно объясняется тем, что они происходят на островах в результате географического разделения, или в результате затяжных взаимодействий хищника и жертвы, или возникают под воздействием болезней с течением времени. Все эти вещи все еще происходят и важны для понимания эволюции, но змеи (и столь же разнообразные группы животных, такие как грызуны и воробьиные птицы) предполагают, что, возможно, большие, внезапные скачки также являются частью роста древа жизни. Иногда жизнь протекает быстро.
Взрыв змей
Новое исследование показывает, что змеи “фундаментально эволюционируют очень быстрыми темпами”, - говорит Дэниел Рабоски, старший автор исследования и профессор экологии и эволюционной биологии Мичиганского университета. “Ящерицы - это своего рода эволюционный мопед или картинг с точки зрения того, насколько быстро они меняются. Но змеи - это скоростной поезд”, - объясняет он. Благодаря такой скорости “змеи смогли разнообразить свой экологический образ жизни, в большей степени, чем многие другие группы животных”, - добавляет Рабоски. Хотя что именно позволило змеям эволюционно обогнать других рептилий, остается неразрешенным. Распространению змей, вероятно, способствовали многие удачные изменения, происходящие в быстрой последовательности. А поскольку сингулярность со змеями произошла только один раз, практически невозможно отделить относительные эффекты одного признака от другого, и остаются неизвестные, говорит Рабоски. Тем не менее, исследование предлагает несколько интересных идей.
“Ящерицы - это своего рода эволюционный мопед или картинг с точки зрения того, насколько быстро они меняются. Но змеи - это скоростной поезд”.
Используя новые генетические последовательности более чем 1000 видов и дополнительные существующие данные по почти 7000 видам рептилий, исследователи построили одно из самых подробных в истории эволюционных деревьев ящериц и змей, которые вместе известны как чешуекрылые. Их филогенетическая карта подтвердила, что змеи эволюционируют в новые экологические ниши и физические формы примерно в три раза быстрее, чем другие чешуйчатые, и что большая часть этой эволюции произошла за последние 70-100 миллионов лет или около того.
И это размножение змей все еще продолжается, говорит Рабоски. Нет никаких признаков того, что ситуация замедлится в ближайшее время, подчеркивает он, и, вероятно, еще многое предстоит обнаружить. Действительно, ученые постоянно находят новые виды змей. В одном из примеров, приведенных ранее в этом месяце, биологи обнаружили, что самый крупный известный вид змей, зеленая анаконда, на самом деле является двумя генетически различными видами.
Отличаем змей от ящериц
Многие группы ящериц, не являющихся змеями, независимо развили в себе некоторые змееподобные черты. Существуют безногие ящерицы, удлиненные ящерицы, ядовитые ящерицы, ящерицы со специализированным черепом и очень гибкими челюстями, а также ящерицы, которые могут пахнуть так же, как змеи. Тем не менее, несмотря на это, исследователи обнаружили, что ни одна из этих других групп ящериц не диверсифицировалась и не эволюционировала со скоростью, близкой к той, что у змей. “У змей есть много примечательных особенностей, но они не обязательно уникальны для змей”, - говорит Паскаль Тайтл, ведущий автор исследования и доцент кафедры эволюционной биологии и экологии в Университете Стоуни Брук. И в то же время: “мы не видим последовательной причины и следствия появления какого-либо одного признака, который затем приводит к появлению множества видов рептилий”.
Основываясь на почти 70 000 наблюдениях за содержимым желудков отдельных животных, исследователи проанализировали разницу в рационе змей и ящериц. Они обнаружили, что змеи гораздо больше питаются позвоночными, в то время как ящерицы, как правило, поедают насекомых и других беспозвоночных. Кроме того, согласно исследованию, змеи специализируются на источниках пищи, в то время как ящерицы, скорее всего, являются универсалами. Тем не менее, одних диетических различий недостаточно, чтобы объяснить, что делает змей такими эволюционными адептами.
Сара Руане, герпетолог и помощник куратора Филдовского музея в Чикаго, согласна с тем, что новое исследование открывает новые горизонты. “Количество собранной информации по естественной истории и само количество видов [на которые здесь есть ссылка] просто поразительны”, - говорит она. Это “захватывающий способ лучше понять успех [змей] в глобальном масштабе”. Кроме того, Руане добавляет, что многие будущие исследования змей и ящериц, вероятно, будут основаны на впечатляющем наборе данных.
Вечные неизвестности
Тем не менее, несмотря на достигнутые успехи, авторы исследования в курсе всех вещей, которые мы до сих пор не понимаем. Десять лет исследований и десятки тысяч образцов доказали Рабоски, “как мало мы знаем об основах биологии огромной части жизни на Земле”. Даже несмотря на всю проделанную работу, копание в музейных коллекциях и сбор генетических данных, он говорит, что есть “целые куски мира”, где мы не знаем, какие виды присутствуют, в каком количестве и как они взаимодействуют друг с другом, особенно в тропиках. Название соответствует. “Есть еще много видов, о которых у нас просто нет информации”, - говорит он.
Этот дефицит, отмечает Рабоски, означает “мы летаем в темноте”, когда речь заходит о сохранении природы, понимании сложностей экосистем и оценке воздействия человека на мир. Чтобы добиться большего, он говорит: “нам нужно значительно расширить наши усилия по сбору базовой информации о том, что животные делают в природе”. Змеи могут быстро эволюционировать в новые формы, но люди могут случайно обрезать эти почки и ветви с древа жизни еще до того, как их заметят.