Отсутствие полового размножения стало главной причиной эволюционного застоя первых многоклеточных — новое исследование
Первые многоклеточные организмы появились на Земле около 574 миллионов лет назад, однако затем их развитие словно застыло — разнообразие форм оставалось практически неизменным на протяжении миллионов лет. Команда учёных из Кембриджского университета предложила наиболее логическое объяснение этого длительного застоя. Анализ окаменелостей древнейших известных животных показал, что главным сдерживающим фактором выступал способ размножения — исключительно бесполый. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Ecology & Evolution.
Британские палеонтологи тщательно изучили ископаемые остатки организмов эдиакарского периода, найденные в породах возрастом 574 миллиона лет. Эти существа, известные как вендобионты, относятся к древнейшему этапу крупной животной жизни. Среди них преобладали мягкотелые, напоминающие папоротники или морские перья формы, которые питались растворёнными в воде веществами либо покрывали большие площади морского дна. Долгое время оставалось загадкой, почему столь богатая вначале экосистема затем вошла в фазу эволюционной стагнации, прежде чем кембрийский взрыв резко ускорил появление новых типов строения.
Ведущий автор исследования, доктор Эмили Митчелл с кафедры зоологии Кембриджа, совместно с коллегами применила методы компьютерного моделирования и статистического анализа морфологических признаков сотен образцов. Учёные сопоставили темпы изменчивости у эдиакарских организмов с данными по современным морским беспозвоночным. Ключевым выводом стала взаимосвязь между способом размножения и скоростью накопления отличий. Все без исключения изученные ископаемые таксоны демонстрировали признаки клонального размножения: фрагментацию, почкование или образование столонов. Никаких свидетельств полового процесса обнаружено не было.
При бесполом размножении потомство является генетической копией родительской особи. Мутации, возникающие время от времени, служат единственным источником вариаций, но этого недостаточно для быстрой адаптации к меняющимся условиям и расхождения видов. Половое размножение, напротив, перемешивает генетический материал двух особей, создавая комбинации признаков, способные дать преимущество в конкуренции за ресурсы. Именно половое размножение, по мнению авторов, запустило механизм «эволюционной гонки вооружений» между хищниками и жертвами, а также между родственными группами, борющимися за одни и те же ниши. Без этой гонки давление отбора остаётся низким.
Компьютерное моделирование показало, что в популяциях с исключительно клональным размножением эволюционные новшества распространяются во много раз медленнее, чем в популяциях, где есть хотя бы периодический половой процесс. В эдиакарских морях организмы занимали свободное пространство, а не конкурировали напрямую. Хищничество практически отсутствовало. В результате биологические сообщества достигли состояния, близкого к равновесию, в котором любое крупное изменение формы оказывалось невыгодным. Это объясняет палеонтологическую летопись: на протяжении почти 20 миллионов лет животные сохраняли одни и те же базовые планы строения, увеличивая лишь численность и ареал.
Новое исследование также проливает свет на механизм кембрийского взрыва. Примерно 539 миллионов лет назад в геологических слоях внезапно появляется множество новых групп животных, включая членистоногих, моллюсков и хордовых. Авторы статьи предполагают, что одним из триггеров этого всплеска диверсификации стало появление полового размножения или его значительное усложнение. Комбинация геномов резко увеличила потенциал изменчивости, что привело к возникновению хищничества, минерализованных скелетов и сложных органов чувств. Экологическая конкуренция лавинообразно ускорила темпы видообразования.
Чтобы проверить свою гипотезу, кембриджские исследователи сравнили характер ветвления эволюционных деревьев эдиакарских и более поздних кембрийских сообществ. Ветви, соответствующие бесполым организмам, растут медленно и редко делятся, тогда как половые линии демонстрируют взрывное увеличение числа форм за короткие промежутки времени. Этот математический паттерн совпадает с реальной ископаемой летописью, что подтверждает идею о ключевой роли репродуктивной стратегии в судьбе древнейшей биосферы.
Полученные данные не только заполняют пробел в понимании ранней эволюции, но и имеют современный экологический контекст. Многие виды, размножающиеся преимущественно бесполым путём, и в наши дни демонстрируют низкую генетическую гибкость и уязвимость перед климатическими сдвигами или новыми патогенами. Понимание того, как репродуктивный режим ограничивал или ускорял эволюцию в прошлом, может помочь прогнозировать устойчивость нынешних экосистем к стремительным изменениям среды.
Источник:phys.org
