У видов животных оказавшихся изолированными на островах. Поразительные животные, обитающие на островах. Самые крупные животные

Со времён Дарвина известна закономерность «правило островов»: если животных поселить на изолированном острове, они со временем сменят размеры — большие станут маленькими и наоборот. А недавно выяснилось, что если морское существо «отправить» на ПМЖ поглубже, то будет тот же самый эффект.

Про возможность такого немного странного хода эволюции биологи хорошо знают. Например, мамонты на Нормандских островах, отделённые от остального мира, развились в совершенно новый вид, ставший таким «миниатюрным», что вес его особей составлял всего одну десятую от веса их сородичей на материке.

Есть и противоположный случай – землеройки на некоторых Карибских островах. Со временем эти крошечные грызуны развились в тридцатисантиметровых «монстров».

Все эти примеры подтверждают: да, на островах большие существа уменьшаются, а маленькие растут.

В последние десятилетия такую тенденцию называют в биологии островным правилом. Беда только в том, что учёные считают вопрос о применимости этого правила спорным, как и о его основаниях.

На этом рисунке схематично показано, как на острове меняются животные после изоляции: крупные (например, слоны) уменьшаются, а мелкие (скажем, землеройки) становятся больше (иллюстрация MBARI).

К примеру, причиной уменьшения может быть борьба за существование, которую начинают вести животные в условиях недостатка пищи и территории. С другой стороны, и увеличение габаритов может оказаться преимуществом, особенно если на острове проживают хищники, меньшие по размерам.

Понятно, что подобные факторы оказывают влияние на эволюцию, но как именно, и каким должно быть их сочетание – это отдельный непростой вопрос.

Но, похоже, что дело не только в межвидовой борьбе. Так, сотрудник научно-исследовательского института бассейна Монтерей (Monterey Bay Aquarium Research Institute — MBARI) Крэг Макклейн (Craig R. McClain) предположил, что схожая тенденция может существовать и в других отграниченных от окружающего мира местах, в частности, глубоко под водой.

Эта иллюстрация демонстрирует, как «островное правило» подчиняет себе глубоководных и мелководных улиток. На глубине крупные эволюционируют в маленькие, и наоборот. Практически то же самое, что и со слонами и мышами (иллюстрация MBARI).

На проходящем в эти дни симпозиуме по глубоководной биологии (11th International Deep-Sea Biology Symposium) он представил результаты своего исследования (PDF-документ, 156 килобайт), в котором применил островное правило к подводным улиткам.

Будучи морским биологом, Макклейн заинтересовался вопросом, почему глубоководные жители эволюционируют в виды, которые существенно отличаются по размерам в ту или иную сторону от своих мелководных родственников. Но научная литература не проливала свет на загадку, а предлагаемые теории противоречили друг другу. Пришлось разбираться самостоятельно.

Вот Крэг и пришёл к гипотезе, что механизм может быть таким же, как в случае с островами, ведь морские жители периодически «захватывают» глубины (как это делают животные, «колонизирующие» острова).

В правой части этой фотографии три панциря средних мелководных улиток. Три едва заметные точки у верхнего конца линейки — панцири глубоководных улиток-родственников (фото Craig McClain).

Чтобы проверить правильность своей идеи, Макклейн вместе с коллегами решили сравнить размеры водных улиток, обитающих у поверхности и на дне.

Подошли к делу они, надо сразу сказать, чрезвычайно добросовестно. Чтобы получить статистически достоверные данные, они проанализировали данные о тысячах улиток Атлантического океана, используя специально созданную для этого базу данных. И разные статистические методы, которые применяли исследователи, привели к одинаковым результатам.

Выяснилось, что если мелководные улитки были размером менее 12 миллиметров, то они, в основном, имели более крупных глубоководных родственников; если же они были больше 20, то их подводные родичи были маленькими. Как полагает Макклейн, «эти улитки эволюционировали так, чтобы их размер был компромиссным по отношению к разным давлениям».

Доктор Крэг Макклейн: «Одна из проблем наших исследований в том, что мы не можем проводить эксперименты. Поэтому всё, что нам остаётся – собирать как можно больше данных» (фото с сайта mbari.org).

В целом, гипотеза подтвердилась – улитки глубоко под водой адаптируются по такому же принципу, как и животные на островах. Но теория Макклейна ничего не говорит об особенностях отдельных видов, попадающих в такую изоляцию. Кроме того, очевидно, далеко не всё, применимое для водных жителей, подходит для сухопутных животных.

Мадагаскар является домом для некоторых уникальных и необычных видов фауны. На острове обитает почти 25000 видов диких животных, при этом многие из них находятся под угрозой исчезновения. За последние 2000 лет, биологически богатые леса Мадагаскара были сокращены почти на 90%, в основном за счет сельского хозяйства и других коммерческих видов деятельности, таких как лесозаготовка.

Массовое привело к тому, что несколько островных животных оказались на грани исчезновения. Лемуры, которые населяют исключительно Мадагаскар, являются наиболее подверженными опасности и перечислены в Красном списке угрожаемых видов. Бамбуковый лемур, названный в честь его любимой пищи, находится под угрозой исчезновения, потому что его среда обитания сократилась до 4% от первоначальной.

Мадагаскар находится в Индийском океане на юго-восточном побережье Африки, и является 4-м по величине островом в мире. Это место, где преобладают эндемичные виды животных и растений, которые больше нигде в мире не встречаются. Остров был изолирован в течение нескольких миллионов лет, что дало возможность животным и растениям эволюционировать и диверсифицироваться на небольшой територии.

Около 170 миллионов лет назад Мадагаскар был территорией в составе континента Гондван, не имеющей выхода к морю. В результате движения земной коры Мадагаскар и Индия отделились от Южной Америки и Африки, а затем от Антарктиды и Австралии. Около 88 млн лет назад, Индия также отделилась от Мадагаскара, что позволило животным на острове развиваться в относительной изоляции.

Лемуры

Лемуры - приматы, которые выглядят как животное похожее на собаку, кошку и белку. Они демонстрируют невероятно уникальное и захватывающее поведение, включая пение, напоминающее звуки китов. Сегодня на Мадагаскаре насчитывается более тридцати видов лемуров, размер которых варьируется от 25 г карликового мышиного лемура до самого большого индри лемура весом более 12 кг. Лемуры являются одним из наиболее угрожаемых животных на всей планете, и согласно Красному списку МСОП, находятся под угрозой исчезновения, а именно: 22 вида находятся в критическом положении; 48 видов являются вымирающими, а 20 - уязвимы.

Фосса

Фосса обитает в лесах Мадагаскара и является близким родственником мангустов. Она вырастает до 1,8 м в длину от хвоста до носа и весит до 12 кг. Животное имеет стройное тело и больше похоже на представителя , чем мангустовых. Фосса использует длинный хвост, чтобы быстро перемещаться по деревьям. Животное относится к числу видов, находящихся под угрозой исчезновения, и перечислено в Красном списке МСОП, в силу того, что их места обитания сокращаются. Сегодня сохранилось менее 10% первоначального лесного покрова Мадагаскара, который также является единственным домом фоссы.

Мадагаскарская комета

Мадагаскарская комета (Argema Mittrei ) - одна из самых красивых бабочек в мире, найденная только на Мадагаскаре. Размах крыльев может достигать 20 см. Насекомое имеет ярко-желтый цвет и длинные "хвостики"на нижних крыльях. Самки шире, а их крылья круглые, хвост короче, чем у самцов. До сих пор эти прекрасные животные не имеют статуса защиты, а численность их популяции не установлена.

Пантерный хамелеон

Пантерный хамелеон является эндемичным для Мадагаскара и других близлежащих островов. Он имеет самый разнообразный окрас среди всех хамелеонов и наиболее востребован среди торговцев рептилиями. Как и других хамелеонов, у пантерного хамелеона есть поднятая затылочная часть. Во время охоты он использует свой язык с ловчей присоской на конце. Этот вид находится под наименьшей угрозой исчезновения.

Фантастический листохвостый геккон

Фантастичекий листохвостый геккон (Uroplatus Phantasticus ) - потрясающая рептилия, которая может замаскироваться в своей окружающей среде. Его тело похожее на мертвые листья, что помогает животному прятаться от хищников. Геккон покрыт узорчатой кожей, а хвост выглядит так, будто его погрызли насекомые. Все эти особенности помогают хорошо вписываться в окружающую листву. Фантастичекие листохвостые гекконы широко варьируется в окрасе, но в основном они коричневатые с некоторыми пятнами на брюхе, что отличает их от других подобных видов.

Это ночные рептилии с большими глазами, которые подходят для охоты на насекомых в темноте. У них также есть клейкие чешуйки под пальцами и сильные когти, позволяющие быстро перемещаться по деревьям. Гекконы живут в определенной среде обитания и не терпимы к каким-либо изменениям. Из-за своего внешнего вида листохвостые гекконы является любимыми домашними животными и относятся к одним из самых продаваемых видов. В последнее время в дикой природе наблюдается снижение численности популяции.

Лягушка-помидор

Также известные как томатные узкороты, эти лягушки встречаются только на Мадагаскаре, главным образом в северо-западной части острова. Как правило, они ведут наземный образ жизни и распространены в лесных районах. Из-за обезлесения их среда обитания была разрушена, но, по-видимому, они хорошо адаптируются к измененным условиям и могут встречаться в садах и на плантациях.

Существует три вида лягушек-помидор: Dazzophus antongilli , Dyscophus guineti и Dyscophus insularis . Из трех, D.antogilli находится под угрозой исчезновения из-за обезлесения и отлова для содержания в качестве домашнего животного. Эти лягушки спариваются во время сезона дождей, на небольшой глубине и медленно движущейся воде. Они ярко окрашены и могут выделять неприятное вещество при угрозе, хотя оно не токсичное, но может раздражать слизистую оболочку.

Красный фуди

Также имеет название мадагаскарский фоди, эта птица является родной для Мадагаскара и других близлежащих островов, таких как Коморские острова, Сейшельские Острова и Маврикий, и в последнее время вид был обнаружен далеко на Аравийском полуострове. Они вырастают примерно до 12,5-13,5 см и весят около 14-19 г. У самцов есть яркое оперение на груди и голове, а крылья, хвост и область вокруг глаз имеют темные перья. Оперение широко варьируется от оранжевого до желтоватого, а во время размножение самцы линяют и их окрас становится оливково-коричневым, как у самок. Вид находится под наименьшей угрозой исчезновения.

Мадагаскарский шипящий таракан

Мадагаскарский шипящий таракан является одним из самых увлекательных эндемичных видов животных на острове. Он имеет овальную форму и блестящее коричневое тело без крыльев, но с парой поднятых рожков у самцов. Во время конфликтов эти насекомые шипят, благодаря чему и получили свое название. В отличие от большинства насекомых, которые создают шум, с помощью частей тела или вибрации, мадагаскарский таракан шипит благодаря резкому сокращению брюшка, а воздух проходит через дыхальца. Насекомые могут жить от двух до пяти лет и вырастать до 5-7 см в длину.

Мадагаскарская руконожка

Мадагаскарская руконожка - это ночной примат, живущий преимущественно на деревьях. Их большие пальцы и длинные хвосты позволяют им удобно держаться на деревьях, пока они используют свою эхолокацию, чтобы найти пищу, такую как насекомые. Они также имеют чувствительные большие уши и глаза, которые помогают им находить пищу. Из-за их причудливой внешности они считались плохим предзнаменованием среди местных жителей Мадагаскара. Вид находится на грани вымирания.

Мадагаскарская длинноухая сова

Эта птица имеет длину тела около 50 см, что делает ее самой большой совой на острове. Самки обычно больше, чем самцы. Сова характеризуется коричневатой короной на верхней части головы. Она также имеет коричневый лицевой диск. Мадагаскарская сова в основном ведет ночной образ жизни. Вид находится под наименьшей угрозой исчезновения.

Полосатый тенрек

Полосатый тенрек распространен в низинных северной и восточной частей Мадагаскара. Животное имеет длинную остроконечную морду, рудиментарный хвост и конечности. Морда черная с желтыми полосками, а тело покрыто колючками. Полосатый тенрек активен как днем, так и ночью и питается в основном насекомыми. Длинная морда в предназначена в основном для того, чтобы рыть землю в поисках добычи. Они также могут питаться червями, маленькими рыбами и даже лягушками. Тенреки в основном размножаются в октябре и декабре в зависимости от наличия пищи. Период беременности составляет 58 дней, и самка может привести до восьми детенышей. Вид вызывает наименьшие опасения.

Чёрная мантелла

Известная как Mantella madagascariensis , чёрная мантелла - яркая лягушка с зеленым, черным, желтым или оранжевым цветом. Вид встречается только в восточной и центральной частях Мадагаскаре. Эти лягушки обитают в тропических лесах, граничащих с пресноводными водоемами. Они могут переносить умеренную температуру между 24º С и 27º С в течение дня и немного ниже ночью. Чёрная мантелла - хищное животное, которое в основном питается насекомыми. Лягушки активны в течение дня, как правило, занимая небольшие территории. Яркий цвет тела действует как предупреждение об опасности для любого хищника. Вид находится в уязвимом положении.

Где-то около 50-100 тысячелетий назад существовал Индонезийский остров Флорес, где обитали человекоподобные виды. Как и современные люди, члены этих общин, называемые Homo floresiensis, строили дома, добывали пищу, молились и даже использовали огонь. Различие было в маленьком объеме мозга, огромных зубах, выступающих лбах и очень больших ступнях. А вот рост их был примерно 1,1 метра.

Почему эти жители, также известные как «хоббиты», были такими коротышками? Некоторые ученые полагают, что это может быть результатом воплощения в жизнь противоречивой теории так называемой островной карликовости. Ее сторонники придерживаются мнения, что существа, живущие на участках суши, окруженных водой, усыхают и уменьшаются в размерах.

Особенности размеров представителей островных видов

Гоминины не являются единственными животными, чьи размеры объясняют островной карликовостью. Изолированный на тропическом Флоресе человек флоресский, вероятнее всего, охотился на таких же небольших животных вроде карликовых слонов. На средиземноморском Кипре, например, примерно за 10 тыс. лет до нашей эры жили маленькие гиппопотамы высотой около 0,7 метра и примерно метр в длину. А на Крите в те времена, например, жили карликовые мамонты высотой не больше метра.

Результаты наблюдений

«Наблюдения показали, что большие животные уменьшаются в размерах, обитая в изолированной среде, в то время как маленькие, наоборот, увеличиваются, - говорит Аида Гомес-Роблс, антрополог Университета им. Джорджа Вашингтона. - В островных экосистемах, как правило, меньше хищников, чем в материковых. В связи с этим у животных есть необходимость снизить потребление растительной пищи, уменьшив свои размеры, чтобы выжить. А у маленьких особей есть потребность улучшить метаболизм, провоцируя собственный рост, чтобы использовать накопленный жир в качестве источника энергии».

Можно ли проследить закономерность?

Многие известные примеры, иллюстрирующие островное правило, можно отыскать на том же острове, где когда-то процветал человек флоресский: наряду с карликовыми гомининами и слонами, на Флоресе жили гигантские крысы, имеющие размеры около 0,4 метра в длину, а также комодский варан - разновидность ящерицы, которая может достигать 3 метров в длину и весить больше 130 кг.

Расхождения во мнениях

Но несмотря на наличие таких примеров, теория горячо оспаривается. В 2007 году на Слушаниях Королевского общества, например, некоторые утверждали, что это не является доказательством существования островного правила и что паттерны, наблюдаемые учеными прошлых лет, не являются закономерностью, чтобы делать из них правило. Авторы согласились с тем, что размеры видов, проживающих на островах, могут меняться вследствие других особенностей экосистемы каждого конкретного участка суши.

Является ли «островное правило» веским аргументом?

Исследователи еще раз проследили формирование данного правила, начиная с записей Бристоля Фостера 1964 года, который первым начал определять разницу в размерах представителей различных видов, проживающих на островах в тесном взаимодействии. Фостер утверждал, что грызуны всегда достигают рекордно большой длины в этой среде обитания, а крупные животные всегда уменьшаются в размерах. После данной публикации другие ученые начали использовать результаты его наблюдений на всех остальных млекопитающих. Затем в 1973 году Ли ван Вэлен впервые ввел термин «островное правило» в статье «Виды и природное равновесие».

«Нельзя основывать свои теории на единичной публикации, лишенной веских доказательств», - говорит Мэтт Токери, исследователь Смитсоновского института. Такой же эволюционный процесс, приведенный в действие островным правилом, может быть запущен и на материке в случае изолирования конкретной экосистемы.

Теория с Homo floresiensis также имеет несколько версий объяснений. Некоторые поддерживают идею того, что, в то время как люди прямоходящие развивались на материке и увеличивали свой рост, эти существа уменьшались, обеспечивая себе выживание меньшим потреблением пищи. А другие полагают, что люди произошли от более крупных обезьян, а жители Флоренса - от карликовых, вследствие чего и унаследовали небольшие размеры. Кроме того, наши предки также имели меньший рост, чем у современных жителей Земли. Возможно, все дело в том, что такие размеры были типичными для всех обитателей планеты в то время.

Нехватка данных мешает строить теорию

Токери рассказал, что не согласен с островной теорией. Ведь для того, чтобы найти более веские доказательства, нужно тщательно исследовать окаменелости и останки животных тех времен, выяснить, каким был их первоначальный размер. А пока таких отчетов нет, делать выводы и строить на них теорию или выводить правило - крайне ненаучно. Нужно проследить, каким образом конкретные виды попали на остров, эволюционировали ли они в другом месте, затем попав в изоляцию, или развивались в сложившихся в данной экосистеме условиях, каковы были их пищевые цепочки и т. д.

И совершенно точно нельзя полагать, что проживающие в нынешнее время на островах люди «усыхают» вследствие изолированной жизни. Ведь с развитием различных технологий их изоляция является довольно условной, а питаемся мы не только тем, что добываем на охоте, но и заводим животноводческие хозяйства, привозим продукты с материка, ловим рыбу. Таким образом, эта теория все еще не имеет под собой весомой почвы и нельзя утверждать, что это реально работающее правило.

Всем известно, что флора и фауна островов часто весьма и весьма отличается от подобной на континенте. А пример хоббитов, деградировавших на чудесном острове Флорес до практически звероподобного состояния, совсем показателен. (Напомним, что флоресский человек, так называемый хоббит, попал на индонезийский остров Флорес примерно 95 тыс. лет назад и жил там вплоть до 12 тыс. лет назад, деградировав в условиях теплого и плодородного острова до уровня австралопитеков с объемом мозга всего 400 кв. см).

«Еще со времен Дарвина, исследовавшего галапагосских вьюрков, удаленные острова считаются своеобразными «эволюционными лабораториями», в которых виды претерпевают быстрые и порой весьма изощренные эволюционные изменения», – пишет Александр Марков в своей книге «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы».

Так, крупные животные, попав на такой изолированный, с обедненной растительностью остров, часто мельчают, мелкие же, наоборот, становятся гигантами. Причем за весьма короткий срок. По крайней мере, со многими видами дела обстоят именно так.

В 2006 году Вирджиния Миллиен из Университета Макгилла (Канада) провела исследование, сравнив данные по 86 островным и 84 материковым популяциям млекопитающих. Для каждой из них была подсчитана скорость эволюционных изменений одного или нескольких размерных признаков в течение определенного временного периода.

Миллиен пришла к выводу, что морфологическая эволюция на островах и в самом деле идет быстрее. Впрочем, это заметно лишь на интервалах, составляющих менее 45 тыс. лет. При увеличении временного периода различия между популяциями на материке и островах становятся статистически незначительными.

Такие различия нельзя объяснить тем, что на островах некоторые животные встречаются чаще, чем на материке, и наоборот. «Оказалось, что темпы эволюции не являются «филогенетически консервативными», – пишет Марков. – Например, виды, эволюционировавшие на континенте медленнее других, вовсе не обязательно будут продолжать вести себя сходным образом и на изолированном острове».

По мнению автора, млекопитающие, которые попали в условия изолированного острова, очень быстро приспосабливаются к ним, а это порой приводит к серьезным изменениям размеров и пропорций тела животных. Из-за высокой «скорости» этих трансформаций ученым не удается обнаружить переходные формы между островными эндемиками и их материковыми предками. Однако после того, как изменения произойдут, темп эволюции островных животных обычно замедляется – в связи с этим и не удалось выявить различий между темпами эволюции на интервале свыше 45 тыс. лет.

Так называемая фрагментация естественных местообитаний (по вине человека в том числе) может приводить к тому, что животные попадают в условия, подобные условиям изолированного острова. В этом случае также стоит ожидать быстрых изменений по «островному» сценарию. Такая ситуация произошла, например, с 25 видами млекопитающих в Дании, тела которых резко эволюционировали за последние 200 лет.

«Темп эволюции может возрасти в три и более раза всего за пару десятилетий. Получается, что в условиях растущей антропогенной нагрузки на природные экосистемы многие привычные нам животные могут начать изменяться самым неожиданным и быстрым образом», – резюмирует Марков.

Вопрос исследования. У видов животных, оказавшихся изолированными на островах, в ходе эволюции
часто происходят изменения размера тела, причем как в сторону увеличения
(гигантский мальтийский лебедь), так и в сторону уменьшения (карликовый
мальтийский слон). Какие факторы позволяют предсказать, вырастет ли организм
в ходе такой эволюции или уменьшится? Какие еще наземные и водные биотопы
демонстрируют аналогичный эволюционный эффект? Почему этот эффект чаще
всего распространяется на животных, а не на другие живые организмы?

Цели исследования.

Провести анализ необходимой литературы;
Проанализировать факторы, помогающие предсказать изменение размера
организма;
Исследовать различные биотопы и найти те, что демонстрируют аналогичный
эволюционный эффект;
Проанализировать причины, по которым этот эволюционный эффект чаще

Гигантский лебедь и карликовый слон

ГИГАНТСКИЙ ЛЕБЕДЬ И
КАРЛИКОВЫЙ СЛОН
C
Какие факторы способствуют изменению размера организма?

Островной гигантизм и островная карликовость.

Гигантизм (на островах)
проявляется при
отсутствии ограничений,
то есть при изобилии
пищи, отсутствии
природных врагов,
конкурентов.
Карликовость (на
островах) проявляется
при наличии
ограничений, то есть
при недостатке пищи,
при наличии природных
врагов, конкурентов.
Также на размеры
может влиять климат и
тип местности.

Биотопы, в которых наблюдаются изменения размеров организмов.

БИОТОПЫ, В КОТОРЫХ
НАБЛЮДАЮТСЯ ИЗМЕНЕНИЯ
РАЗМЕРОВ ОРГАНИЗМОВ.
C
Моря и океаны ∙ Леса ∙ Степи ∙ Саванны ∙ Пустыни и ледяные пустыни

Моря и океаны.

Под воздействием давления
Изменение веса под водой

Леса.

«Гиганты»

Леса.

«Карлики»

10. Степи.

«Карлики»
«Гиганты»

11. Саванны.

«Гиганты»

12. Саванны.

«Карлики»

13. Пустыни и ледяные пустыни.

Пустыни
Ледяные пустыни

14. Почему этот эффект чаще распространяется на животных?

ПОЧЕМУ ЭТОТ ЭФФЕКТ ЧАЩЕ
РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ НА
ЖИВОТНЫХ?
C

15.

Немало важны в
возникновений мутаций
следующие факторы:
1.
Смена поколений
2.
Наличие
ограничений
3.
Подвижность
Например, те же
растения неподвижны,
малая смена
поколений. Растут же
данные организмы в
течение всей жизни.
Животные же наоборот
– подвижны, частая
смена поколений, рост
ограничен, от чего
конечный размер
организма и зависит.

16. Результаты исследования.

Проведён анализ необходимой литературы;
Проанализированы факторы, помогающие предсказать изменение размера
организма;
Исследованы различные биотопы и найдены те, что демонстрируют аналогичный
эволюционный эффект;
Проанализированы причины, по которым этот эволюционный эффект чаще
воздействует на животных, а не на другие живые организмы.

17. Вывод.

На первый взгляд
эволюция кажется
непредсказуемым,
удивительным
явлением, но
проанализировав
различные
факторы, условия, в
которых живут
организмы, можно
выстроить
некоторые прогнозы
и предположить, как
изменится данный
организм.

18. Список литературы.

Raia, P.; Meiri, S. (2006). «The island rule in large mammals: paleontology meets
ecology»
Шилов И. А. «Экология»
Биотоп // «Биологический энциклопедический словарь» глав. ред. М. С. Гиляров.