Powstawanie gatunków
Z Wikipedii
Powstawanie gatunków albo specjacja to proces biologiczny w wyniku, którego powstają nowe gatunki organizmów.
Spis treści |
[edytuj] Mechanizmy specjacji
[edytuj] Specjacja polega na powstaniu bariery rozrodczej, która umożliwia nagromadzenie się zmian genetycznych
Ernst Mayr zdefiniował gatunek jako: grupę populacji pomiędzy którymi istnieje rzeczywista lub potencjalna zdolność do produkcji płodnego potomstwa w wyniku krzyżowania się osobników, oddzieloną reprodukcyjnie od innych takich grup. [1] Z definicji tej wynika, że nowe gatunki powstają na skutek wytworzenia się bariery rozrodczej pomiędzy wyjściowymi populacjami, czyli zaistnienia zjawiska, które uniemożliwia wymianę genów pomiędzy tymi populacjami. Bariera taka powoduje, że nowo powstałe gatunki, mając teraz odrębne historie i brak wymiany genów, nagromadzają niezależnie swoiste zmiany w puli genowej, które w konsekwencji prowadzą do różnic morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych.
[edytuj] Odmienne rodzaje barier charakteryzują poszczególne typy specjacji
- Jeśli bariera reprodukcyjna ma charakter geograficzny mówimy o specjacji allopatrycznej. Przykładem bariery geograficznej może być oderwanie się masy lądowej w wyniku dryfu kontynentalnego, wypiętrzenie się pasma górskiego, lub przypadkowe zasiedlenie niedostępnej wyspy na morzu.
- W przypadku, gdy wyjściowe populacje współwystępują mówi się o specjacji sympatrycznej. Bariera reprodukcyjna może wtedy polegać na zapobieganiu parzenia się osobników (bariera pregamiczna), np. wskutek niekompatybilności narządów płciowych, bądź też uniemożliwiający rozwój prawidłowego organizmu z zygoty (bariera postgamiczna). W przypadku specjacji sympatrycznej bariera nie musi być kompletna. Dobór naturalny może wzmocnić barierę, ponieważ osobniki, które nie tracą zasobów życiowych na produkcję hybryd o obniżonej płodności/przeżywalności będą bardziej dostosowane. Sympatryczna bariera rozrodcza może się również teoretycznie w sytuacji działania silnego doboru rozrywającego.
- Szczególnym przypadkiem specjacji sympatrycznej jest specjacja przez hybrydyzację. Jeśli u hybrydy międzygatunkowej nastąpi spontaniczne podwojenie liczby chromosomów, to może one uzyskać zdolność do rozmnażania oraz natychmiastową izolację postgamiczną od gatunków wyjściowych. Podobnie, jeśli w jakiejś populacji nastąpi kompletne podwojenie garnituru chromosomów (poliploidyzacja), będzie ona reprodukcyjnej izolowana od osobników z wyjściową liczbą chromosomów. Ponieważ przebieg takiej specjacji jest szczególnie dramatyczny i powtarzalny eksperymentalnie, jest to najczęściej obserwowany typ specjacji.
- W przypadku gdy bariera ma charakter ekologiczny (np. różne okresy aktywności osobników, różne upodobania pokarmowe) czasami używa się terminu specjacja parapatryczna.
[edytuj] Organizmy rozmnażające się bezpłciowo posiadają przyrodzoną barierę rozrodczą
Ponieważ u organizmów bezpłciowych nie można mówić o wymianie genów ani o populacjach w klasycznym rozumieniu definicji, biologiczna definicja gatunku nie ma zastosowania. Ponieważ poszczególne osobniki są ze swej natury odizolowane reprodukcyjnie, nieciągłości morfologiczne o fizjologiczne pomiędzy poszczególnymi klonami wynikają bezpośrednio z mechanizmów ewolucji biologicznej.
[edytuj] Dowody eksperymentalne
Ponieważ powszechnie panuje błędne przekonanie, że powstawanie gatunków jest raczej fantastyczną hipotezą niż faktem, poniżej zamieszczone jest kilka przykładów udokumentowanych procesów specjacyjnych.
[edytuj] Specjacja przez hybrydyzację
Klasycznym przykładem jest powstanie nowego gatunku pierwiosnka (Primula kewensis) w wyniku eksperymentalnej hybrydyzacji Primula verticillata oraz P. floribunda w ogrodzie botanicznym Kew pod Londynem. [2]
[edytuj] Specjacja przez poliploidyzację
Hugo de Vries, pionier genetyki, zaobserwował podczas swoich badań nad wiesiołkiem (Oenothera lamarckiana) osobniki o podwojonej liczbie chromosomów. Osobniki te nie krzyżowały się z populacją wyjściową. De Vries nazwał tą odmianę Oenothera gigas. [3]
[edytuj] Eksperymentalna specjacja
Eksperymentalna specjacja była wielokrotnie obserwowana w warunkach laboratoryjnych, w szczególności w laboratoryjnych populacjach muszek owocowych (Drosophila). Np. Dobhzansky zaobserwował przypadek spontanicznej postgamicznej bariery rozrodczej w populacji Drosophila paulistorum, i w kilka lat później pojawienie się zdolności do rozpoznawania własnego gatunku w tej populacji (zjawisko wzmocnienia bariery rozrodczej). [4]
[edytuj] Specjacja sympatryczna
W roku 1983 pojawiły się pierwsze badania empiryczne potwierdzające teorię specjacji sympatrycznej. Macnair udokumentował powstanie bariery reprodukcyjnej u kroplika żółtego (Mimulus guttatus) pod wpływem naturalnej selekcji na tolerancję wysokiego stężenia jonów miedzi w glebie. Plejotropowym efektem odporności na miedź jest bardzo niska żywotność hybryd pomiędzy rasą odporną, a typem dzikim.[5]
W roku 1988 opublikowane zostały w Nature artykuły opisujące specjację sympatryczną nasionnicy jabłoniowej (Rhagoletis pomonella). Nasionnica naturalnie występuje na terenie Ameryki Północnej jako pasożyt głogu. Po wprowadzeniu upraw drzew owocowych przez osadników, niektóre nasionnice zaczęły atakować najpierw jabłonie, a z czasem również grusze, wiśnie i róże. Obecnie specjalizacja ta jest na tyle posunięta, że występuje częściowa bariera reprodukcyjna pomiędzy tymi formami. [6] [7] [8] [9]
[edytuj] Specjacja allopatryczna
Udokumentowano proces specjacji allopatrycznej w populacjach wójcika Phylloscopus trochiloides w Azji Zachodniej. Dwie populacje wójcika w Syberii Centralnej nie krzyżują się, połączone są jednak wąskim pasem mieszańców poprzez Wyżynę Tybetańską. Tworzą więc tzw. gatunek pierścieniowy. [10] Udokumentowano zachodzący proces wzmocnienia bariery reprodukcyjnej pomiędzy formami modraszków (Agrodiaetus), które powstały w wyniku procesu specjacji allopatrycznej. [11]
[edytuj] Literatura
- ↑ Oryginalny cytat: "Species are groups of actually or potentially interbreeding natural populations, which are reproductively isolated from other such groups." -- Ernst Mayr. Systematics and the Origin of Species, Columbia University Press, 1942; Wznowienie: ISBN 0-6748-6250-3
- ↑ Digby, L. 1912. The cytology of Primula kewensis and of other related Primula hybrids. Ann. Bot. 26:357-388
- ↑ Hugo de Vries H. 1905. Species and varieties, their origin by mutation.
- ↑ Dobzhansky, T. and O. Pavlovsky. 1971. "Experimentally created incipient species of Drosophila." Nature 230:289-292.
- ↑ Macnair, M. R. and P. Christie. 1983. "Reproductive isolation as a pleiotropic effect of copper tolerance in Mimulus guttatus." Heredity 50:295-302.
- ↑ Odnośniki dotyczące powstania nowej odmiany nasionnicy jabłoniowej (en)
- ↑ McPheron et al. 1988. Nature 336:64-66 (en)
- ↑ Smith, D.C. 1988. Nature 336:66-67 (en)
- ↑ Feder et al. 1988. Nature 336:61-64 (en)
- ↑ Irwin et al. 2001 Nature 409: 333-337 (en)
- ↑ Lukhtanov et al. 2005. Nature 436: 385-389 (en)
| Ewolucja biologiczna |
|---|
| Mechanizmy ewolucji: dobór: naturalny | sztuczny | płciowy | krewniaczy | grupowy | mechanizmy neutralne: dryf genetyczny | efekt założyciela |
| Specjacja: sympatryczna | allopatryczna | parapatryczna |
| Zagadnienia: ostatni wspólny przodek | brakujące ogniwo | konwergencja | evo-devo |
| Materiał dowodowy: zięby Darwina | ćma (krępak nabrzozak) | nasionnica jabłoniowa | wójcik |
| Naukowcy: C. Darwin | A.R. Wallace | E. O. Wilson | E. Mayr | G. Mendel | R. Fisher | T. H. Morgan | W. D. Hamilton | T. Dobzhansky |
| Historia: katastrofizm | lamarkizm | ortogeneza Ataki ideologiczne: kreacjonizm | "teoria" inteligentnego projektu | nieredukowalna złożoność |
| Inne dziedziny: algorytm genetyczny | darwinizm społeczny | memetyka | socjobiologia | psychologia ewolucyjna | sztuczne życie |
