Dotychczas w wielu podręcznikach do biologii pokutował schemat, że każdy gatunek w toku ewolucji dąży do powiększania swoich rozmiarów. Wiele wyników badań wskazuje, że nie wszystkie zwierzęta ewoluują do powiększania się. Są też takie, które dążą wręcz do zmniejszania się.
W 1847 r. niemiecki anatom, fizjolog i biolog Karl Christian Bergmann, twórca reguły ekograficznej, nazwanej później od swojego nazwiska regułą Bergmanna, stwierdził, że większe zwierzęta mają mniejszy stosunek powierzchni do objętości. Dlatego też zatrzymują więcej ciepła w celu przetrwania w mroźnych warunkach. Można powiedzieć, że w warunkach chłodnego klimatu dobór naturalny sprawia, że gatunki borealnych oraz polarnych ssaków i ptaków ewoluują w taki sposób, że powiększają swoje rozmiary.
W 1871 r. amerykański zoolog i paleontolog Edward Drinker Cope jako pierwszy zauważył, dlaczego pierwsi przodkowie koni, będący najpierw wielkości psa, z czasem powiększyli się. Wyciągnął wniosek, że wraz rozwojem linii rodowych zwierzęta zwiększają swoje rozmiary.
A nice piece @NeuroscienceNew covering our research @UniRdg_Research @UniRdg_GES https://t.co/lHMk2YWAib
— Shovonlal Roy (@ShovonlalRoy) January 19, 2024
Nowe podejście do reguły Cope’a. Trzy makroewolucyjne wzorce
Dotychczas w paleontologii i ewolucjonizmie reguła Cope’a miała w całości zastosowanie albo wcale go nie miała. Naukowcy z Uniwersytetu w Reading przetestowali tzw. model ewolucyjnej społeczności zwierząt. Nie odrzucili reguły Cope’a, ale powołali się na to, że część gatunków w makroewolucji podlega zmniejszaniu swoich rozmiarów.
W badaniu wymienili trzy makroewolucyjne wzorce. Dobór kierunkowy, w którym ciała zwierząt powiększają się w środowisku bez zaburzeń środowiskowych, czyli zgodnie z klasyczną regułą Cope’a. Oraz dobór kierunkowy, w którym duże zwierzęta ulegają zmniejszeniu w środowisku. Wtedy, gdy to staje się niestabilne ekologicznie bądź klimatycznie.
W pierwszym z nich, interakcje między organizmami zależą od wielkości ciała, a ryzyko wyginięcia linii rodowej jest bardzo niskie. Natomiast w drugim interakcje między organizmami także zależą od wielkości ciała, ale ryzyko wyginięcia linii rodowej jest bardzo wysokie. W skali czasu geologicznego, gdy duże zwierzęta wymrą, ich nisze ekologiczne zajmują mniejsze, które niezagrożone ewoluują w kierunku dużych rozmiarów. Jest to tzw. powtarzająca się reguła Cope’a. Zachodzi w cyklicznej ewolucji, gdy jedne gatunki z jakichś przyczyn ustępują miejsca drugim.
W trzecim przypadku interakcje między organizmami są zdeterminowane nie tylko przez wielkość ciała, ale też przez ich nisze ekologiczne. Wtedy, gdy zachodzi duża konkurencja o zasoby środowiska oraz panują niestabilne warunki środowiskowe. Wówczas – w skali czasu geologicznego – gatunki mają tendencję ewoluowania do mniejszych rozmiarów.
Odwrotna reguła Cope’a. Także zmniejszanie rozmiarów zachodzi w toku ewolucji
Naukowcy z Reading trend zmniejszania się rozmiarów wśród zwierząt nazwali odwrotną regułą Cope’a. Ten makroewolucyjny wzorzec ma miejsce w cyklicznej ewolucji, gdy jedne gatunki po wymarciu ustępują swoje nisze ekologiczne drugim.
Shovonlal Roy, główny autor pracy oraz specjalista ds. modelowania ekosystemów z Uniwersytetu w Reading, zwrócił baczną uwagę na to, aby paleontolodzy w zapisie kopalnym wzięli pod uwagę odwrotną regułę Cope’a. Wskazał również żeby w modelach uwzględniono takie zmienne jak temperatura czy utrata siedlisk badanych taksonów.
– Podobnie jak staramy się przystosować do gorącej lub zimnej pogody, w zależności od tego, gdzie mieszkamy, nasze badania pokazują, że rozmiary zwierząt mogą przez długi czas zwiększać się lub zmniejszać, w zależności od siedliska lub środowiska – powiedział dla serwisu DW Roy.
Powiększanie rozmiarów najczęściej sprzyja konkretnym zwierzętom
Badacze brytyjscy z Reading zgadzają się z ogólnymi badaniami wielu naukowców. Wynika z nich, że w dłuższej perspektywie czasu geologicznego makroewolucyjna reguła Cope’a objęła w dużym zakresie północnoamerykańskie ssaki kopalne, dinozaury, paleozoiczne ramienionogi, mezozoiczne ptaki i współczesne ssaki morskie.
Jednak uznali też, że reguła Cope’a, czyli powiększanie rozmiarów, ma miejsce, gdy zwierzęta żyją w ustabilizowanym środowisku. Ponadto wtedy, gdy są jednocześnie zdolne do chwytania zdobyczy oraz unikania drapieżników. Jeśli środowisko nie wywiera na nie presji prowadzenia nieustannej walki o zasoby i partnerów.
Na przykład ssaki czy ptaki, gdy ich metabolizm nie jest zakłócony, zwiększają swoją bezwładność cieplną. Jest to szczególnie istotne w dostosowywaniu się do dynamicznie zachodzących zmian klimatycznych. Gatunki, dla których zachodzi reguła Cope’a potrafią wytrzymywać głód. Ponadto w stabilnym i mało konkurencyjnym środowisku cechuje je większa żywotność. A także umiejętniej przyciągają partnerów seksualnych oraz zwiększają swój ewolucyjny sukces reprodukcyjny.
Nie tylko konkurencja międzygatunkowa może mieć wpływ na zmniejszanie rozmiarów zwierząt
Wcześniejsi badacze zaobserwowali jak ewoluowały takie zwierzęta plejstoceńskie jak mamuty włochate czy tygrysy szablozębne. I wyciągnęli następujące wnioski: zadecydowała o tym reguła Cope’a. Innymi słowy: makroewolucyjne powiększanie rozmiarów. Samo odkrycie koni alaskańskich obaliło pogląd, że zwierzęta w toku ewolucji zawsze dążą do powiększania rozmiarów. Były to zwierzęta, które w chłodnym plejstocenie dążyły do zmniejszania rozmiarów i w końcu do wymarcia.
Naukowcy z Reading piszą, że w makroewolucji zwierząt występują pewne wyjątki, na które zapewne mają wpływ warunki klimatyczne, jak i środowiskowe. Kilka prac naukowych wskazało, że pewne grupy zwierząt w swojej ewolucji nie były objęte regułą Cope’a.
Dotychczas przebadano dokładnie wspomniane konie alaskańskie (wymarłe w plejstocenie). A także takie grupy kręgowców, jak: jaszczurki wyspowe, żółwie skrytoszyjne i ryby kostnoszkieletowe.
Biolodzy brytyjscy zwracają uwagę, że jednym z głównych czynników zahamowania albo uwstecznienia powiększania rozmiarów ciał wśród linii rodowych wielu grup zwierząt są nie tylko takie czynniki ewolucyjne jak silna konkurencja międzygatunkowa, ale i niestabilne warunki środowiskowe.
Wprawdzie zmiany klimatu nie wpływają na zmniejszanie rozmiarów ssaków morskich, takich jak walenie, ale powodują zmniejszanie się proporcji ciał niedźwiedzi polarnych, które pośrednio mają związek ze środowiskiem morskim. Takie obserwacje naukowcy przeprowadzili w ciągu 30 lat.
– Niszczenie siedlisk w wyniku zmian klimatycznych lub środowiskowych może pogorszyć te warunki, co może prowadzić do szybkiego zmniejszania się wielkości zwierząt i ostatecznie może doprowadzić do wyginięcia. Niedźwiedzie polarne wyraźnie stoją w obliczu utraty lodu morskiego i swoich siedlisk w wyniku zmiany klimatu. Co ekstrapoluje wyniki naszego badania modelowego, że to zbytnio nie jest zaskakujące, gdyby z biegiem czasu ich ciała gwałtownie się kurczyły – powiedział Roy dla serwisu DW.
- Czytaj także: Profesor Skubała o roli nauki w walce z pandemią. „Różnorodność biologiczna jest naturalną szczepionką”
Źródła:
- www.dw.com/en/why-big-animals-got-smaller-even-before-climate-change/a-68011736
- www.nature.com/articles/s42003-023-05375-z
- www.reading.ac.uk/news/2024/Research-News/Why-animals-shrink-over-time-explained-with-new-evolution-theory
- www.popsci.com/environment/evolutionary-theory-shrinking-animals/
- www.earth.com/news/shrinking-giants-unraveling-the-evolution-of-animal-size/
–
Zdjęcie tytułowe: Julia Siomuha/Shutterstock
