Американские ученые выяснили, что эволюция воробьинообразных птиц на протяжении десятков миллионов лет шла вслед за изменениями климата. Сделать такой вывод помогли технологии искусственного интеллекта, позволившие измерить тысячи птичьих скелетов, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.
Эволюционная теория предсказывает, что эволюция живых организмов на Земле должна происходить скачками, после которых следуют этапы замедления. Американским ученым из Университета Мичигана впервые удалось наглядно подтвердить эти предположения с помощью технологий искусственного интеллекта.
Проверить эту гипотезу было решено на примере воробьинообразных — самом многочисленном отряде птиц, включающем порядка 5,4 тыс. видов. Чтобы проследить этапы их эволюции, ученые исследовали свыше 2 тыс. воробьинообразных и провели свыше 170 тыс. отдельных измерений их скелетов. Для создания такой обширной базы данных был использован ИИ-инструмент Skelevision, специально разработанный для этих целей в Нью-Йоркском университете.
Skelevision фотографирует скелеты птиц на фоне масштабной сетки и точно определяет размеры десятков костей в скелете птиц. Используя этот инструмент, ученые смогли измерить параметры более 15 тыс. образцов, взятых большей частью из музейных коллекций Университета Мичигана. Сканирование одного образца занимает всего 45 секунд, что позволяет за короткое время измерять параметры целых коллекций.
Затем ученые разработали новый статистический метод, позволяющий сразу определять все параметры одного скелета. С его помощью удалось проследить эволюцию скелетов воробьинообразных на протяжении последних 45 млн лет.
«Вопрос с точки зрения моделирования заключался в том, какова была последовательность эволюционных изменений, необходимых для объяснения изменений, которые мы наблюдаем в настоящее время», — пояснил автор исследования Джейк Берв.
Исследователи обнаружили, что у воробьинообразных наблюдались «взрывные» эволюционные изменения в форме тела примерно 35 млн лет назад, в период эоцен-олигоценового перехода.
Во время этого перехода произошла крупномасштабная смена фауны, ледяной покров Восточной Антарктики расширился до размеров, близких к нынешним, а уровень моря на фоне глобального похолодания снизился.
Дальнейший анализ показал, что в последующие 15 млн лет у воробьинообразных наблюдались замедления в эволюции тела, которые также были связаны с геологическими событиями.
«Резкие увеличения темпов эволюции и небольшие его снижения действительно соответствуют представлениям о том, что разные виды осваивают новые экологические ниши и быстро меняются, чтобы использовать эти возможности», — пояснил соавтор работы Брайан Уикс.
Чтобы проверить свои гипотезы, ученые применили новые инструменты для анализа скелетов птиц, живущих на разных широтах. Они установили, что на темпы эволюции птиц влияет и их местообитание. Так, птицы, живущие в более высоких широтах и подвергающиеся значительным сезонным перепадам температур, эволюционируют в среднем быстрее, чем птицы, обитающие ближе к экватору. «Похоже, существует связь между широтными (температурными) градиентами и темпами морфологической эволюции, которая была недооцененной», — пояснил Уикс.