Почему добыча не развила способность всегда опережать своих хищников?

Здесь необходимо учитывать (по крайней мере) три важных фактора; эволюция в условиях отбора требует генетической изменчивости, на которую можно воздействовать, отбор может воздействовать на коварные черты, вызывая компромиссы, а адаптация также происходит у хищника. Многое из этого описано в другом месте на этом сайте (включая эффекты других механизмов эволюции), но мало конкретных ссылок на совместную эволюцию хищник-жертва .

Адаптация и генетическая изменчивость

Одним из механизмов эволюции является отбор, а адаптация происходит, когда виды эволюционируют в ответ на отбор. Чтобы произошла реакция на отбор, внутри признака должна быть генетическая изменчивость , так что гены, которые несет индивидуум, влияют на приспособленность индивидуума. Например, могут быть некоторые гены, которые дают носителю лучшую мышечную структуру для быстрого бега, и это увеличивает выживаемость, что, в свою очередь, увеличивает репродуктивную способность. Важность генетической изменчивости часто упускается из виду, но подчеркивается уравнением селекционеров . Генетическая изменчивость может возникать в результате новых мутаций или может существовать как постоянная генетическая изменчивость.

Отбор по коварным признакам

Отбор редко, если вообще когда-либо, является одномерным процессом. Это означает, что приспособленность не определяется какой-то одной характеристикой, поэтому приспособленность вида-жертвы может определяться скоростью, с которой он может бегать, а также скоростью его метаболизма, выносливостью, способностью усваивать питательные вещества, тем, как он обеспечивает питательные вещества для роста и жизнедеятельности. восстановление и т. д. Генетическая ковариация между признаками (вызванная сцеплением или плейотропией) может влиять на реакцию на отбор, потому что любой отбор, действующий на ковариантный признак, может повлиять на адаптацию, происходящую в фокальном признаке.(усиление, ослабление, нейтрализация или даже изменение направления реакции). Поэтому, если скорость бега ковариирует с другими признаками, отбору может быть трудно увеличить скорость бега. Подумайте о спортсменах, я сомневаюсь, что Усэйн Болт сможет пробежать 10 000 метров так же быстро, как Мо Фара, и наоборот, потому что есть компромисс между скоростью и выносливостью.

Адаптация у других видов

Если бы отбор действительно вызывал увеличение скорости у видов-жертв, то это усиливало бы отбор на увеличение скорости у хищников. Это называется эволюционной гонкой вооружений , когда адаптивная эволюция двух видов взаимодействует, вызывая адаптацию и контрадаптацию. Например, гены, обеспечивающие более быстрый бег, могут распространяться в популяции газелей (жертвы), потому что носители с большей вероятностью обгонят льва ( или других газелей ), но это повысит отбор львов (хищников) к увеличению скорости (или принятию другие стратегии), которые распространят гены, чтобы сделать львов быстрее (используйте другие стратегии); результатом является адаптация и контрадаптация между популяциями газелей и львов.

Здесь есть небольшой сериал о Бутче Броди и его исследованиях коэволюционной гонки вооружений между подвязочными змеями и ядовитыми тритонами. Было бы неплохо прочитать о Гипотезе Красной Королевы , которая описывает, как виды, взаимодействующие с другими видами, должны продолжать развиваться только для того, чтобы предотвратить вымирание. Также стоит отметить, что виды-жертвы часто имеют более одного вида-хищников (а виды-хищники часто имеют более одной добычи); взаимодействие и коэволюционные сети сложны. То, что может быть адаптивным в одних взаимодействиях, может также быть неадекватным для других взаимодействий (см. Специалист и универсал и Отбор по ковариантным признакам ).

Для этого есть две причины: эволюционные компромиссы и коэволюция («гипотеза Красной Королевы», как упоминалось в комментарии Луиджи выше ).

Эволюционный компромисс описывает ситуации, когда одна черта не может увеличиться без уменьшения одной или нескольких других. Несколько гипотетических примеров:

• более длинные ноги могут помочь бежать быстрее, но после определенного момента это повысит риск травм, снижая выживаемость;
• меньшая масса тела может увеличить максимальную скорость, но после определенного момента она снизит толерантность к голоданию;
• увеличение мышечной массы может способствовать ускорению, но увеличит потребность в энергии.

Все изменения имеют издержки и выгоды. В ситуациях, когда результатом события является просто «успех/неудача», поэтому существует эволюционный стимул развиваться, чтобы быть достаточно хорошим . Как только вы станете достаточно хороши, улучшение только увеличит стоимость (я немного упрощаю).

Изменение внешнего фактора изменит баланс затрат и выгод, сместив эволюционное давление. Например, когда хищники отсутствуют (островные популяции), птицы иногда становятся нелетающими, потому что одно преимущество полета (ускользание от хищников) больше не действует.

Интересный момент происходит, когда «внешний драйвер» — это другое живое существо, которое также способно развиваться. В этом случае вы внезапно получаете эволюционную гонку вооружений, где каждая сторона постоянно подвергается селективному давлению, чтобы быть немного лучше, чем другая, которая является движущейся мишенью. Таким образом, вы получаете ситуацию гонки вооружений (или вымирание одной или другой стороны). Гипотеза Красной Королевы названа в честь цитаты Красной Королевы из «Алисы в Зазеркалье» (Кэрролл, 1871):

Так вот, видите ли, нужно бежать изо всех сил, чтобы оставаться на одном месте.

На примере льва и газели: львы бегают достаточно быстро, чтобы поймать и съесть самых медленных газелей. Остальные газели в среднем быстрее по тем или иным причинам. Некоторые из этих причин будут передаваться по наследству, и следующее поколение газелей будет быстрее. Самые медленные львы умрут с голоду, а некоторые причины того, что остальные львы будут быстрее, будут передаваться по наследству, так что следующее поколение будет немного быстрее, и тогда вы вернетесь к тому, с чего начали. Промыть и повторить.

Хищничество, очевидно, действует в гораздо более быстрой временной шкале, чем отбор, поэтому это происходит не всегда (помещение лисы в курятник не приведет к развитию быстрых цыплят).

Коэволюционную «гонку вооружений» можно увидеть во взаимодействиях хищник-жертва, мимикрии и многом другом (включая, например, эволюцию пола, но это не по теме этого ответа).

Хищники всегда должны быть намного лучшими охотниками, чем добыча - ведь они должны есть каждые несколько дней. Но они могут стать только настолько хорошими.

Баланс популяций хищник/жертва будет выглядеть как соревнование, где, если хищники будут слишком эффективны, они убьют добычу. Если это произойдет, они начнут умирать от голода.

Если жертва убегает от хищников (или, по крайней мере, все время убегает), то хищники умрут от голода. Затем они размножаются, пока их не становится так много, что они съедают всю траву/растительность, а затем умирают.

Хотя и то, и другое, безусловно, произошло в естественной истории, для хищников и жертв более стабильно развиваться в конкуренции друг с другом, так что их популяции выглядят как стабильное равновесие. В противном случае один из них просто исчезнет. Позже, в результате миграции, их заменило другое животное.