Чарльз Дарвин (Charles Darwin), как известно, восхищался «бесконечным числом самых прекрасных форм», созданных эволюцией, и действительно, сегодня Земля кишит примерно 1 триллионом видов. Но сколько времени потребовалось этим видам, чтобы эволюционировать?
Ответ широко варьируется в зависимости от формы жизни, «в зависимости от таксонов (типа существа) и условий окружающей среды», — сказал Live Science Томас Смит (Thomas Smith), профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Это варьируется от наблюдаемых человеком временных масштабов до десятков миллионов лет.
Важно отметить, что поскольку эволюция происходит через унаследованные изменения, скорость размножения существа или время генерации ограничивает скорость, с которой могут образовываться новые виды, — известную как скорость видообразования — согласно данным Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB). Например, поскольку бактерии размножаются так быстро, «делясь надвое каждые несколько минут или часов», они могут эволюционировать в новые разновидности за годы или даже дни, согласно Американскому музею естественной истории в Нью-Йорке.
Однако, Смит говорит, что может быть сложно определить, какие разновидности бактерий считаются новыми видами. В то время как учёные разграничивают виды по тому, могут ли они скрещиваться, бактерии не размножаются половым путём. Тем не менее, исследование 2008 года, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщило, что линия бактерий Escherichia coli (кишечная палочка), наблюдаемая в течение десятилетий, развила способность использовать цитрат в качестве источника пищи в насыщенной кислородом среде. Поскольку неспособность сделать это является «определяющей характеристикой E. coli как вида», по словам исследователей, это изменение может означать начало нового вида, который развился в течение нескольких лет.
Растения в явлении, известном как полиплоидия, могут дублировать весь свой геном в семенах, что приводит к дополнительным копиям каждой хромосомы и появлению нового вида за одно поколение. По словам Смита, возникающая в результате репродуктивная изоляция «автоматически создаёт новый вид».
А поскольку многие растения размножаются сами по себе, новый полиплоидный организм может создавать новые виды.
«Растения часто самоопыляются, поэтому они могут давать начало целой популяции», — отмечают специалисты из UCSB.
Даже в животном мире видообразование может происходить в наблюдаемых человеком временных масштабах, особенно среди быстро размножающихся насекомых. Яблочные личинки мух (яблонная пестрокрылка, или Rhagoletis pomonella) исторически питались растениями боярышника, но некоторые из них перешли на одомашненные яблоки после того, как они появились на северо-востоке США в середине 1800-х годов. С тех пор эти две группы стали репродуктивно изолированными, согласно исследованию 2006 года, опубликованному в журнале Annals of the Entomological Society of America, и теперь считаются «расами-хозяевами» — первым шагом в типе видообразования без физических барьеров.
У позвоночных видообразование обычно происходит медленнее, но всё же также в состоянии происходить и быстро. В исследовании 2017 года, опубликованном в журнале Science, сообщается, что галапагосский вьюрок иммигрировал на новый остров и скрещивался с местной птицей, в результате чего в течение трёх поколений образовалась новая репродуктивно изолированная линия. Эта линия может представлять собой очень быстрое инициирование видообразования посредством гибридизации видов, а не более медленное накопление адаптаций, сказал Live Science соавтор исследования Лейф Андерссон (Leif Andersson), генетик из Упсальского университета в Швеции.
«Это возможный сценарий того, как может сформироваться новый вид, — сказал Андерссон. — Но тогда вопрос о том, насколько он стабилен в течение более длительного периода времени, является более неопределённым.»
Ограничение скорости
По словам Смита, рекорд скорости полного видообразования среди позвоночных, вероятно, принадлежит рыбам-цихлидам из африканского озера Виктория. Эти рыбы разделились на 300 видов «от одного основателя менее 12 тысяч лет назад», — сказал он. Некоторые исследования, такие как исследование 2000 года в журнале Proceedings of the Royal Society B, ставят под сомнение эту временную шкалу, но видообразование цихлид «экстраординарно», отметил Смит.
По словам Смита, чтобы найти верхний предел времени видообразования, посмотрите на видообразование, которое происходит из-за физических барьеров. Например, удавы, обитающие в основном в Америке, и питоны, обитающие в Африке и Азии, дифференцировались после отделения Южной Америки от Африки. Смит говорит, что это, вероятно, составляет от десятков миллионов до 100 миллионов лет от континентального разделения до полного видообразования. (По данным Австралийского национального университета, последний общий предок этих змей ползал примерно 70 миллионов лет назад, в эпоху динозавров, в то время как Африка и Южная Америка разделились примерно 140 миллионов лет назад.)
По словам Андерссона, назвать среднее или наиболее распространённое время видообразования сложно, но учёные могут оценить самых недавних предков, дав приблизительное представление.
«Мы видим, что обычно у птиц и млекопитающих разрыв между хорошо развитыми видами составляет около миллиона лет», — сказал он.
Исследование 2015 года, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, дало другую оценку. Опираясь на данные о более чем 50 тыс. видов (хотя сюда входило немного бактерий), исследователи обнаружили, что для видообразования обычно требуется накопление мутаций в течение 2 миллионов лет. Это справедливо для позвоночных, членистоногих (группа, в которую входят насекомые, паукообразные и ракообразные) и растений.
Однако такие модели требуют множества допущений/предположений, предупреждают другие исследователи в статье об исследовании, опубликованной в издании Quanta Magazine. По словам Смита, учёные более уверены в факторах, которые замедляют или ускоряют видообразование в целом, а именно в давлении окружающей среды и репродуктивной изоляции.
«Для всех видов … чем больше давление отбора и чем меньше поток генов, тем больше вероятность того, что вы получите видообразование», — сказал он.
