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.
Эдуард Коп был одним из последних представителей ученых своего поколения — независимых, богатых, идущих в науке собственным путем. Он внес значительный вклад в открытие кладбищ ископаемых животных на западе США. Наибольшую известность ему принесло участие в «войне динозавров» — яростном соперничестве с представителем Йельского университета Отниелем Маршем. Оба ученых обнаружили большое количество костей динозавров и постоянно боролись за самое яркое открытие. Пожалуй, главным результатом этой «войны» стала ошибочная идентификация первых обнаруженных останков бронтозавра. Из-за этой ошибки бронтозавр был впоследствии переименован в апатозавра — это название впервые предложил Коп. (Об этой ошибке было официально объявлено в 1903 году, однако к тому времени название «бронтозавр» уже прочно укрепилось в общественном сознании. Так что, если вы только не пишете научный труд по палеонтологии, можете смело употреблять старое название.)
Этому исследованию динозавров мы обязаны еще и появлением закона Копа. Закон гласит, что в процессе эволюционного развития каждый вид стремится к увеличению размеров тела за счёт кратковременных преимуществ для отбора. Данное утверждение считалось абсолютно верным почти целый век. Однако палеонтолог Майкл Фут (Michael Foote, р. 1963) из Чикагского университета поставил под сомнение верность этого закона. Работая с внушительной базой данных, в которой собрана информация об ископаемых иглокожих (тип морских животных), он показал, что на протяжении десятков миллионов лет в изменении их размеров не было никакой определенной тенденции. Размеры некоторых видов из его базы данных действительно увеличились — в соответствии с законом Копа. Однако размеры других видов, наоборот, уменьшились, а третьих --остались без изменения. Иными словами, если анализировать большой объем данных, не ограничиваясь только динозаврами, закон Копа выглядит не столь безупречным.
Закон Копа применим лишь к таким изменениям размеров тела на протяжении длительного времени, которые связаны со значительными изменениями в ДНК данного вида. Этот закон не годится для объяснения такого явления, как увеличение среднего роста людей в Европе со времен Средневековья. По мнению ученых, это следствие улучшения питания и медицинского обслуживания. Так что когда вы смотрите на рыцарские доспехи и задаетесь вопросом, почему рыцари были такими маленькими, закон Копа не может служить вам ответом.
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.
или летучая мышь-шмель (Craseonycteris thonglongyai) — млекопитающее отряда рукокрылых. Единственный вид семейства свиноносых. Эта редкая летучая мышь была открыта только в октябре 1973 г. тайским биологом Китти Тонглонгия.
Это самая маленькая из современных летучих мышей и, вероятно, млекопитающих вообще: масса взрослой особи не превышает 1,7-2 г, длина тела — 2,9-3,3 см, а предплечья — 22-26 мм. По размерам она уступает многим насекомым; с ней соперничает только самая мелкая землеройка — бурозубка-крошка. Хвоста у мыши-шмеля нет. Межбедренная перепонка тянется с внутренней стороны голеней и бедер в виде ленты шириной 3-4 мм. Крылья длинные и широкие. Одной из характерных черт является нос, похожий на свиной пятачок (отсюда название вида). Уши крупные, с большим козелком. Окрас верха тела бурый с красноватым оттенком или серый. Брюшко светлее; крылья и межбедренная перепонка темнее. Череп крупный, около 1/3 длины тела, с большой мозговой коробкой. Зубов 28.
Свиноносые летучие мыши обитают только в юго-западной части Таиланда, в провинции Канчанабури (национальный парк Сай Йок). Недавно были обнаружены также в соседних районах Мьянмы. Биология и экология свиноносых летучих мышей изучена плохо. Днёвки они устраивают в глубине небольших пещер в известняковых холмах, собираясь там небольшими группами. Их местожительство расположено в районе, где леса по большей части были вырублены в 1950-х гг. и разбиты плантации тикового дерева. В сумерках вылетают на охоту группами по 4-5 особей, встречаясь в зарослях бамбука и над верхушками тиковых деревьев. Никогда не удаляются более чем на 1 км от мест днёвок. Питаются насекомыми, в основном, снимая их с листвы; крохотные размеры и строение крыльев позволяют этим летучим мышам зависать на месте. 80% их рациона составляют двукрылые, остальное — перепончатокрылые, сеноеды и пауки. О размножении ничего неизвестно; вероятно, самки, подобно большинству летучих мышей, приносят 1 детёныша в год.
Численность свиноносых летучих мышей чрезвычайно мала. В 1982 г. их было найдено всего 160 особей в 3 пещерах; сейчас популяция оценивается примерно в 500 особей. Они входят в первый десяток самых редких видов на планете и занесены в Международную Красную книгу как вид, находящийся под угрозой исчезновения.
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.
