Исследование показало, что за последние 800000 лет фазы глубокой и чистой воды в озере Малави чередовались с фазами мелкой и мутной воды. Время наиболее продолжительных глубоких фаз совпадает со взрывом разнообразия цихлид, произошедшим в истории озера.«Сроки устойчивых глубоководных фаз соответствуют тому, что биологи-эволюционисты предложили в качестве периодов быстрой диверсификации видов цихлид», — сказала Сара Айвори, научный сотрудник Университета Брауна и ведущий автор исследования. «Мы думаем, что глубокие фазы создали новые прибрежные среды обитания для рыб, к которым они могут адаптироваться, а также подходящие условия для ассортативного спаривания, которые могут способствовать разнообразию видов».
Исследование, написанное Айвори в соавторстве с исследователями из Университета Аризоны, Университета Род-Айленда, Университета Кентукки и корпорации BP, опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.Озеро Малави простирается примерно на 350 миль в узком бассейне, граничащем с Малави, Мозамбиком и Танзанией в восточной Африке. Разнообразие озерных цихлид, таких как галапагосские зяблики Дарвина, является классическим примером «адаптивной радиации» — быстрого разнообразия видов по мере их адаптации к нишам окружающей среды.«Цихлиды — отличная модельная система для изучения этих эволюционных процессов», — сказал Айвори, ученый-эколог из Института Брауна по окружающей среде и обществу. «В озере обитает около 800 видов, так что это идеальная лаборатория для изучения того, как развивается разнообразие».
Эволюционные биологи секвенировали геномы нескольких видов цихлид. Используя технику «молекулярных часов», биологи могут пролить свет на то, когда виды разошлись во времени.
Эта работа предположила, что цихлиды озера Малави разнообразились урывками, с несколькими отчетливыми всплесками диверсификации, начавшимися около 750 000 лет назад.Это новое исследование помещает эту эволюционную историю в экологический контекст.Используя керны отложений, собранные со дна озера, Айвори и ее коллеги собрали экологическую историю озера за последние 1,2 миллиона лет.
В кернах отложений содержатся окаменелые водные животные и пыльца растений, а также важная минералогическая информация. Изменения в сообществах окаменелостей и минеральных индикаторах в кернах дают ключ к пониманию того, как условия окружающей среды — уровень воды в озере, соленость и другие характеристики — меняются с течением времени.Исследование показало, что между 1,2 миллиона и 800 000 лет назад озеро Малави всегда было мелководным и болотистым. Но примерно 800000 лет назад все кардинально изменилось.
Озеро углубилось почти до нынешней глубины 700 метров, и его воды стали намного более чувствительными к большим колебаниям климата. Исследователи полагают, что этот сдвиг, вероятно, был вызван тектоническим событием, которое перекрыло выход реки из озера, что позволило бассейну заполниться.
После этого тектонического сдвига окружающая среда озера стала намного менее стабильной. Исследование показало, что за последние 800 000 лет озеро чередовалось между «голубыми фазами», отмеченными глубокой чистой водой, и «зелеными фазами», отмеченными мелкой водой, заполненной водорослями. Данные свидетельствуют о том, что были протяженные синие фазы — каждая длилась около 100000 лет — которые произошли 800000 и 400000 лет назад, а также одна, начавшаяся 70000 лет назад, которая сохраняется и сегодня. Между этими расширенными синими фазами озеро быстро меняло зеленую и синюю фазы примерно каждые 20 000 лет.
Время появления расширенных синих фаз хорошо согласуется с данными молекулярных часов, которые предполагают события диверсификации около 750 000, 400 000 и 70 000 лет назад. Взятые вместе, результаты показывают, что голубые фазы создали правильные условия для диверсификации.По словам Айвори, углубление воды привело бы к созданию новых мест обитания на каменистой береговой линии, к которым виды могут адаптироваться. Чистая вода также могла позволить рыбе использовать визуальные подсказки при выборе партнера, что могло стимулировать эволюцию цветовых узоров у видов цихлид.
Напротив, во время зеленых фаз среды обитания на дне озер будут плоскими и песчаными, без скалистых ниш. Мутная вода ограничивала использование визуальных сигналов при спаривании.«Мутность воды и отсутствие разнообразной окружающей среды во время зеленых фаз поддается гибридизации, а не диверсификации», — сказал Айвори. «Мы также ожидаем событий исчезновения в эти периоды».
Но это не значит, что зеленые фазы эволюционно не важны. Исследователи предполагают, что скрещивание во время зеленой фазы могло привести к появлению новых гибридных признаков, которые затем подвергались отбору во время синей фазы.
Таким образом, по словам исследователей, зеленые фазы будут «критически важны для« пуска насоса »разнообразия».Айвори говорит, что предыдущие исследования обнаружили связь между самым последним событием диверсификации и наступлением нынешней голубой фазы около 70 000 лет назад. Но это первый раз, когда исследователи показали, что эта закономерность повторялась несколько раз в истории озера.
«Было действительно интересно наблюдать за повторением этого шаблона», — сказала она. «Связывание эволюционных процессов с изменением окружающей среды с течением времени действительно важно для понимания разнообразия цихлид, которое мы наблюдаем сегодня».