Экологическое видообразование на примере лютика

Что такое экологическое видообразование

Определение

Экологическое видообразование — это путь возникновения вида через освоение новой территории, которая не выходит за пределы привычного ареала обитания. Такой механизм видообразования называют также симпатрическим (слово греческого происхождения, что в переводе на русский будет означать «происходящие с единой родины»).

Факторы, вызывающие возникновение симпатрии

Экологическое видообразование возникает и успешно проистекает в силу определенных факторов. Самые важные из них:

• динамика изменений окружающей среды. Происходит различие у исходного и нового видов в периоде размножения (меняется его сезонность) в силу определенного внешнего влияния (к примеру, человеческое вмешательство);
• фактор генетической мутации;
• генетическая изоляция. Обеспечивается за счет различного рода случайных мутаций;
• осваивание новым видом разных экологических ниш. Обеспечивает его выживаемость;
• механизм естественного отбора. Мутации, которые привели к изменению в генотипе отдельных особей, закрепляются, передаются по наследству и позволяют адаптироваться к факторам, возникшим извне;
• репродуктивная изоляция. Особи исходного и нового вида не скрещиваются между собой по причине разных периодов размножения и занимаемых экологических ниш.

Вид, его критерии и структура

Одно из первых определений вида предложено К. Линнеем: вид – это совокупность особей, обладающих общими морфологическими признаками и не скрещивающихся с другими группами. 

Современное определение вида: вид – это совокупность географически и экологически близких популяций, способных в природных условиях скрещиваться между собой, обладающих общими морфофизиологическими признаками, биологически изолированных от популяций других видов.

Вид является генетически изолированной системой.Признаки, отличающие один вид от другого, называются критериями вида:

1. Морфологический критерий – это характеристика особенностей строения вида. С его помощью легко определить виды, не являющиеся близкими, однако необходимо учитывать, что многие морфологические признаки оказываются характерными не только для конкретного вида, но и для рода, семейства или отряда. Также верно и обратное утверждение: сильные морфологические отличия между особями не всегда говорят об их принадлежности к разным видам (породы собак, сорта растений).
2.  Генетический критерий – каждый вид имеет свой кариотип, характеризующийся определенным числом хромосом, их структурой и дифференциальной окраской. Использование этого критерия позволяет эффективно различать даже близкородственные виды.
3. Географический критерий включает ареал обитания вида. Для видов-космополитов этот критерий утрачивает свое значение.
4. Экологический критерий описывает непосредственное местообитание вида – его экологическую нишу, которая у каждого вида своя (это понятие включает в себя особенности питания, предпочтительные места обитания и размножения и т.д.). Однако разные виды могут занимать сходные экологические ниши.
5. Физиологический критерий основывается на отличиях между видами в протекании процессов (активность ферментов, синтез и накопление различных веществ). Каждый из критериев имеет свои недостатки и преимущества, но по отдельности они часто недостаточны для различения видов. Для точного определения вида необходимо применение совокупности критериев.

Видообразование

Ч. Дарвин считал, что видообразование включает дивергенцию внутри вида, вымирание промежуточных форм и выживание крайних как проявление конкуренции.

Согласно современным взглядам, видообразование – это процесс перехода генетически открытой системы популяции в генетически изолированную. Основными формами видообразования являются географическое и экологическое.

Географическое (аллопатрическое) видообразование основано на пространственной изоляции, которая в дальнейшем сопровождается экологическими и поведенческими изменениями, приводящими к биологической изоляции. Это довольно медленный процесс формирования и обособления новых видов за счет обособления географических рас, ареалы которых не перекрываются ареалом материнского вида. Сначала географические расы превращаются в подвиды, затем в полувиды и далее – в новые виды. Чаще всего географическое видообразование связано с расчленением ареала и разделением широко распространенного вида на популяции с полной изоляцией друг от друга. В качестве примера можно привести галапагосских вьюрков, впервые описанных Ч. Дарвином. Образование разных видов вьюрков происходило на разных островах и шло по пути аллопатрического видообразования.

Экологическое (симпатрическое) видообразование базируется на экологической изоляции. Прежде всего, этот способ связан с приспособлением популяции к определенной пище, тейпературе, глубине, т. е. к определенным условиям среды. При этом формирующийся новый вид находится в пределах одного ареала с материнским видом. Репродуктивная изоляция может формироваться и поддерживаться благодаря разобщению сезонов размножения. Примером может служить возникновение ранне- и поздноцветущих рас у погремка.

Примеры симпатрического видообразования

В растениях

Симпатрическое видообразование чаще встречается в растительном мире. Например, родительские растения производят полиплоидное потомство. Поэтому потомки живут в той же среде, что и их родители, но репродуктивно изолированы..

Это явление видообразования, опосредованное полиплоидией, происходит следующим образом. Обычно люди имеют два набора хромосом (диплоидия), по одному от каждого родителя.

Однако могут возникать ошибки в распределении хромосом во время деления клеток, в результате чего у потомства будет вдвое больше копий (тетраплоидия).

Наличие более двух хромосомных игр считается полиплоидией (poly = many). В этих случаях неизбежно возникает репродуктивная изоляция, поскольку популяция полиплоидных индивидов не может быть скрещена с популяцией диплоидных индивидов..

В бактериях

Истинные примеры симпатрии редко наблюдаются в природе. Считаются, что симпатрия наиболее часто встречается у бактерий, так как бактерии могут обмениваться генами с другими лицами, которые не являются предшественниками или потомки в процессе, известном как горизонтальный перенос генов.

Симпатрическое видообразование наблюдалось в бацилла, у видов бактерий Synechococcus, в бактериопланктоне Vibrio splendidus, среди других.

Подгруппы видов, подвергающиеся симпатрия показывают несколько отличий, так как они были расходящиеся в течение относительно короткого времени относительно шкалы времени, в котором происходит эволюция.

Считается, что важным фактором в случаях симпатрического видообразования является адаптация к условиям окружающей среды. Если некоторые члены специализируются на жизни в определенной среде, эта подгруппа может продолжать занимать другую экологическую нишу и со временем эволюционировать в новый вид..

У цихлид

Симпатрический отбор также может быть результатом сочетания полового отбора и экологических факторов. Исследования африканских рыб цихлид в озере Ньяса и других озерах Восточно-Африканской рифтовой системы фиксируют так называемые стаи видов (особей тех же видов, которые «собираются» в большом скоплении), которые возникли в озерах экологически единообразный.

Такое состояние существенно снижает вероятность того, что алопатрия является причиной видообразования, и может привести к тому, что группы женщин в популяции развивают высокое сродство к мужчинам с различными экстремальными фенотипическими признаками, такими как разметка на шкале и конечностях. которые отличаются по среднему размеру лиц.

Другие исследования показывают, что симпатия среди рыб цихлид также встречается в реках, питающих озера Восточно-Африканской рифтовой системы, а также в кратерных озерах Никарагуа, где есть два вида рыб цихлид Мидас (Amphilophus), которые живут в лагуне Апойо в Никарагуа.

Исследователи проанализировали ДНК, внешний вид и экологию этих двух близкородственных видов. Два вида, хотя в целом они очень похожи, имеют небольшие различия по внешнему виду и не могут быть скрещены.

Все имеющиеся данные свидетельствуют о том, что виды эволюционировали друг от друга. Midas цихлид население первоначально находился в лагуне, в то время как в последнее время развивались новые виды, которые в эволюционном плане означает менее 10000 лет назад.

Мухами

Крайне недавний пример симпатрического видообразования может происходить у мухи яблочного червя, Rhagoletis pomonella.

Эти мухи откладывали яйца только на плоды боярышника, но менее 200 лет назад некоторые мухи начали откладывать яйца на яблоки.

В настоящее время существует две группы мух яблочного червя: одна откладывает яйца на шипы, а другая — на яблоки. Самцы ищут пары в том же фрукте, в котором они выросли, а самки откладывают яйца в том же фрукте, в котором они выросли..

Поэтому мухи, выросшие на шипах, будут давать потомство на шипах, а мухи, которые выросли на яблоках, будут давать потомство на яблоках..

Уже есть генетические различия между двумя группами, и в течение длительного периода времени (эволюционного времени) они могут стать отдельными видами.

Выше показано, как видообразование может происходить, даже когда разные подгруппы одного и того же вида находятся на одной географической территории..

Скорость видообразования

История эволюции показывает, что появление нового вида обычно занимает несколько сотен тысяч лет. Мы говорим об анагенезе в превращении целого вида в новый вид и о кладогенезе в случае четкого разделения между предковыми видами и дочерними видами.

Интерпретация, которую обычно дает «филогенетический градуализм», заключается в том, что видообразование происходит в масштабе геологических времен и является медленным, равномерным и постепенным. С другой стороны, появлению некоторых новых видов мышей, таких как мыши с Мадейры, потребовалось всего от 500 до 1000 лет (в зависимости от приписываемого им происхождения викингов или португальцев), что составляет примерно от 2000 до 4000 поколений, это чрезвычайно высокая скорость.

В противоположность этой точке зрения («филетический градуализм») теория прерывистых равновесий ( Стивен Джей Гулд , Найлс Элдридж ) постулирует, что эта история будет включать длительные периоды равновесия, перемежающиеся короткими периодами важных изменений, таких как видообразование или вымирание.

Начало процесса и условия, необходимые для протекания

Процесс экологического видообразования разделяется на несколько этапов:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Разъединение популяций одного вида в пределах одного прежнего ареала в связи с изменившимися экологическими условиями.
2. Возникновение мутаций: особенности, позволяющие приспособиться к новым условиям обитания, сохраняются в популяции и передаются из поколения в поколения.
3. Изменение генофонда популяции.
4. Развитие репродуктивной изоляции, вследствие которой представители разных популяций перестают смешиваться между собой.
5. Формирование нового вида, родственного исходному.

Кроме того, на данный процесс влияет путь размножения, которого придерживается новообразовавшаяся популяция. Выделяют следующие пути:

• полиплоидия (отличительная характеристика экологического видообразования у растений, распространяющаяся также на некоторых червей и иглокожих) — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетках при мейозе;
• гибридизация — скрещивание особей разных видов; наблюдается как у растений, так и у животных.

Биологи отмечают, что полиплоидия — более действенный и конкурентоспособный путь видообразования, который обеспечивает выживаемость нового вида. Зачастую имеет место такое развитие событий, когда возникший вид полностью вытесняет родительский (исходный).

Примечание

Еще одним важным условием для обеспечения успешного экологического (симпатрического) видообразования является характеристика размножения — половое или бесполое, так как важным фактором выступает генетическая мутация.

Таким образом, среди растений, размножающихся бесполым способом, одна мутировавшая особь, отличающаяся от родительской группы, может дать начало новому виду. В то же время механизм экологического видообразования у животных несколько отличается: необходимо, чтобы представитель популяции, являющийся носителем мутации, мог размножаться и передавать генетические особенности по наследству.

Примечания и ссылки

1. ↑ и
2. (in) Камиль Ру Кристель Фраисс Джонатан Ромигье Йоанн Ансьо, Николя Гальтье, Николя Бирн, Проливая свет на серую зону видообразования вдоль континуума геномной дивергенции , PLoS Biology , vol.  14, п о  12,27 декабря 2016 г.( DOI   )
3. Сара Виа , «  Естественный отбор в действии во время видообразования  », Национальная академия наук , Вашингтон, округ Колумбия, т.  106, п о  Suppl 1,16 июня 2009 г., стр.  9939–9946
4. , стр.  
5. Оратор Ф. Кук , «  Факторы видообразования  », Американская ассоциация содействия развитию науки , Вашингтон, округ Колумбия, т.  23, п о  587,30 марта 1906 г., стр.  506–507 ( ISSN   , PMID   , DOI   )
6. Оратор Ф. Кук , «  Эволюция без изоляции  », Издательство Чикагского университета от имени Американского общества естествоиспытателей , Чикаго, Иллинойс, т.  42, п о  503,Ноябрь 1908 г., стр.  727–731 ( ISSN   , DOI   )
7. Ричард Докинз , Tale цихлид, в в сказке предка ( прародителя сказка ).
8. ↑ и
9. ↑ и Терренс В. Дикон, Символические виды: совместная эволюция языка и мозга. WW Norton & Company, 1997. ( ISBN  0-393-03838-6 ) .
10. (в) Katharine Byrne & Richard Николс, «  комар обыкновенный в Лондоне Подземные туннели и популяций Entre площадь подземной дифференциации  » , Наследственность , п о  82,1999 г., стр.  7–15 ( DOI   )
11. Тьерри Лоде «Генетическая дивергенция без пространственной изоляции в популяциях хорька Mustela
    putorius ». J Evol Biol 14: 228-236, 2001
12. ↑ и
13. ↑ и
14. Досье для науки 76, июль 2012, Анна Деджоанни и Сильвана Кондеми, Неандерталец, Сапиенс и Денисова рассказаны их генами
15. См. Статью HSP90.