Informație

Cum apar noi specii?


Singurul motiv pentru crearea de noi specii pe care l-am găsit de pe internet este izolarea geografică. Mai sunt motive?


O lucrare de la Müller și colab. propune un marker molecular numit CBC, diferențele în care pot fi utilizate pentru a numi două specii diferite, chiar și atunci când sunt strâns legate: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1950759/

În acest studiu căutăm un clasificator molecular care ar putea indica faptul că două organisme aparțin unor specii diferite. Suntem interesați de o ipoteză a indicatorului care este ușor de lucrat și care oferă în plus o anumită probabilitate ca două organisme să aparțină unor specii distincte. Modificări de bază compensatorii (CBC) în regiunea distanțieră transcrisă internă 2 (ITS2) a cistronului de ARNr nuclear au fost sugerate ca un astfel de clasificator.

Un astfel de eveniment de mutație care creează CBC suficient de diferite într-o descendență viabilă capabilă de reproducere ulterioară, adică supraviețuiește selecției naturale, ar duce, prin urmare, la speciație, prin această măsură.


Oamenii de știință biologici - Ce fac

Oamenii de știință biologici studiază organismele vii și relația lor cu mediul. Ei efectuează cercetări pentru a dobândi o mai bună înțelegere a proceselor fundamentale ale vieții și aplică această înțelegere dezvoltării de noi produse sau procese. Cercetarea poate fi împărțită în două categorii: de bază și aplicată. Cercetarea de bază se desfășoară fără un scop intenționat, scopul este pur și simplu extinderea cunoștințelor umane. Cercetarea aplicată este îndreptată spre rezolvarea unei anumite probleme. Majoritatea oamenilor de știință din domeniul biologiei sunt specializați într-un domeniu al biologiei, cum ar fi zoologia (studiul animalelor) sau microbiologia (studiul organismelor microscopice).

Cercetarea de bază în științe biologice ne avansează cunoștințele despre organismele vii, astfel încât să putem dezvolta soluții la problemele de sănătate umană și să îmbunătățim mediul natural. Acești oameni de știință biologici lucrează mai ales în laboratoare guvernamentale, universitare sau din industria privată, explorând adesea noi domenii de cercetare. Mulți își extind cercetările de specialitate pe care le-au început în școala postuniversitară.

Mulți oameni de știință biologici implicați în cercetarea de bază trebuie să depună propuneri de finanțare pentru a obține finanțare pentru proiectele lor. Colegiile și universitățile, fundațiile private și agențiile guvernamentale federale, cum ar fi Institutele Naționale de Sănătate și Fundația Națională pentru Științe, contribuie la sprijinul oamenilor de știință ale căror propuneri de cercetare sunt determinate să fie fezabile din punct de vedere financiar și să aibă potențialul de a avansa noi idei sau procese.

Oamenii de știință biologi care lucrează în cercetarea aplicată sau dezvoltarea produselor aplică cunoștințele dobândite prin cercetarea de bază pentru a dezvolta noi medicamente, tratamente și teste de diagnostic medical cresc randamentul culturilor și dezvoltă noi biocombustibili. De obicei, au mai puțină libertate decât cercetătorii de bază pentru a alege accentul cercetării lor și își petrec mai mult timp lucrând la tratamente comercializabile pentru a îndeplini obiectivele de afaceri ale angajatorilor lor. Oamenii de știință biologici care fac cercetări aplicate și dezvoltare de produse lucrează adesea în echipe, interacționând cu ingineri, oameni de știință din alte discipline, manageri de afaceri și tehnicieni. Celor care lucrează în industria privată li se poate cere să-și descrie planurile de cercetare sau rezultatele către oamenii de știință care sunt în situația de a veta sau de a-și aproba ideile. Acești oameni de știință trebuie să ia în considerare efectele de afaceri ale muncii lor. Unii oameni de știință din domeniul biologiei lucrează, de asemenea, cu clienții sau furnizorii și gestionează bugetele.

Oamenii de știință efectuează de obicei cercetări în laboratoare folosind o mare varietate de alte echipamente. Unii efectuează experimente care implică animale sau plante. Acest lucru este valabil mai ales pentru botanici, fiziologi și zoologi. Unele cercetări biologice au loc și în afara laboratorului. De exemplu, un botanist ar putea face cercetări de teren în pădurile tropicale tropicale pentru a vedea ce plante cresc acolo sau un ecolog ar putea studia modul în care o zonă de pădure se recuperează după un incendiu. Unii biologi marini lucrează și în aer liber, adesea pe vase de cercetare de la care studiază pești, plancton sau alte organisme marine.

Progresele rapide în cunoașterea geneticii și a moleculelor organice au stimulat creșterea în domeniul biotehnologiei, transformând industriile în care lucrează oamenii de știință biologi. Oamenii de știință biologici pot manipula acum materialul genetic al animalelor și plantelor, încercând să facă organismele mai productive sau mai rezistente la boli. Cei care lucrează la diverse genomi (cromozomi cu genele lor asociate) proiectează izolarea genelor și determinarea funcției acestora. Această lucrare continuă să conducă la descoperirea genelor asociate cu boli specifice și riscuri moștenite pentru sănătate, cum ar fi anemia cu celule secera. Progresele în biotehnologie au creat oportunități de cercetare în aproape toate domeniile biologiei, cu aplicații comerciale în domenii precum medicina, agricultura și remedierea mediului.

Majoritatea oamenilor de știință din domeniul biologiei sunt specializați în studiul unui anumit tip de organism sau într-o anumită activitate, deși progresele recente au estompat unele clasificări tradiționale.

Biologii acvatici studiază microorganismele, plantele și animalele care trăiesc în apă. Biologii marini studiază organismele de apă sărată, iar limnologii studiază organismele de apă dulce. O mare parte din activitatea biologiei marine se concentrează pe biologia moleculară, studiul proceselor biochimice care au loc în interiorul celulelor vii. Biologii marini sunt uneori numiți oceanografi, un domeniu mai larg care include, de asemenea, studiul caracteristicilor fizice ale oceanelor și fundului oceanului.

Biochimiștii studiază compoziția chimică a ființelor vii. Ei analizează combinațiile și reacțiile chimice complexe implicate în metabolism, reproducere și creștere. Biochimiștii își fac cea mai mare parte a muncii în biotehnologie, ceea ce implică înțelegerea chimiei complexe a vieții.

Biofizicienii studiază modul în care fizica, cum ar fi energia electrică și mecanică, se leagă de celulele și organismele vii. Aceștia efectuează cercetări în domenii precum neuroștiința sau bioinformatica (utilizarea computerelor pentru procesarea informațiilor biologice, de obicei la nivel molecular).

Microbiologii investighează creșterea și caracteristicile organismelor microscopice, cum ar fi bacteriile, algele sau ciupercile. Majoritatea microbiologilor sunt specializați în imunologia virologică (studiul virușilor) de mediu, alimentară, agricolă sau industrială (studiul virușilor) (studiul mecanismelor care combat infecțiile) sau bioinformatica. Mulți microbiologi folosesc biotehnologia pentru a avansa cunoașterea reproducerii celulare și a bolilor umane.

Fiziologii studiază funcțiile de viață ale plantelor și animalelor, atât în ​​întregul organism, cât și la nivel celular sau molecular, în condiții normale și anormale. Fiziologii sunt adesea specializați în funcții precum creșterea, reproducerea, fotosinteza, respirația sau mișcarea sau în fiziologia unei anumite zone sau a unui sistem al organismului.

Botanicii studiază plantele și mediile lor. Unii studiază toate aspectele vieții plantelor, inclusiv alge, ciuperci, licheni, mușchi, ferigi, conifere și plante cu flori, alții se specializează în domenii precum identificarea și clasificarea plantelor, structura și funcția părților plantelor, biochimia proceselor plantelor, cauzele și vindecarea bolilor plantelor, interacțiunea plantelor cu alte organisme și mediu și înregistrarea geologică a plantelor.

Zoologii și biologii faunei sălbatice studiază animalele și viața sălbatică - originea, comportamentul, bolile și procesele lor de viață. Unii experimentează cu animale vii într-un mediu controlat sau natural, în timp ce alții disecă animale moarte pentru a le studia structura. Zoologii și biologii faunei sălbatice pot, de asemenea, colecta și analiza date biologice pentru a determina efectele de mediu ale utilizărilor actuale și potențiale ale terenurilor și zonelor de apă. Zoologii sunt de obicei identificați de grupul de animale pe care îl studiază - ornitologii studiază păsările, de exemplu, mamiferii studiază mamiferele, herpetologii studiază reptilele, iar ihtiologii studiază peștii.

Ecologiștii investighează relațiile dintre organisme și dintre organisme și mediul lor. Ei examinează efectele dimensiunii populației, poluanților, precipitațiilor, temperaturii și altitudinii. Folosind cunoștințe despre diferite discipline științifice, ecologii pot colecta, studia și raporta date despre calitatea aerului, alimentelor, solului și apei.

Mediu de lucru
Majoritatea biologilor își petrec timpul în laboratoare care efectuează cercetări și în birouri scriind rezultate și ținând pasul cu cele mai recente descoperiri de cercetare. Unii oameni de știință biologici, în special botanici, ecologiști și zoologi, fac studii de teren care implică activitate fizică intensă și condiții de viață primitive pentru perioade lungi de timp. Oamenii de știință biologici din domeniu pot lucra în condiții climatice calde sau reci, în toate tipurile de vreme. Oamenii de știință biologici nu sunt de obicei expuși unor condiții nesigure sau nesănătoase. Cei care lucrează cu organisme periculoase sau substanțe toxice în laborator trebuie să urmeze proceduri stricte de siguranță pentru a evita contaminarea.

Mulți oameni de știință biologici, în special cei angajați în medii academice, depind de bani pentru a-și susține cercetarea. Este posibil ca aceștia să fie supuși presiunii pentru a respecta termenele limită și pentru a se conforma specificațiilor rigide de scriere a subvențiilor atunci când pregătesc propuneri pentru a căuta finanțare nouă sau extinsă.

Oamenii de știință din domeniul biologului lucrează de obicei ore regulate. În timp ce săptămâna de lucru de 40 de ore este obișnuită, unii oameni de știință biologi lucrează ore mai lungi. Unii cercetători pot fi obligați să lucreze ore neobișnuite în laboratoare sau în alte locații (în special în timp ce se află pe teren), în funcție de natura cercetării lor.

Educație și instruire necesare
Un doctorat este de obicei necesar pentru cercetări independente, în special în mediul academic, precum și pentru avansarea în funcții administrative. O diplomă de licență sau master este suficientă pentru anumite locuri de muncă în cercetare aplicată, dezvoltare de produse, management sau inspecție, de asemenea, poate fi suficientă pentru a lucra ca tehnician de cercetare sau profesor. Mulți cu o diplomă de licență în biologie intră în școli medicale, dentare, veterinare sau în alte profesii din domeniul sănătății sau își găsesc locuri de muncă ca profesori de știință din liceu.

În plus față de cursurile necesare în chimie și biologie, universitățile universitare de științe biologice studiază de obicei discipline conexe, cum ar fi matematica, fizica, ingineria și informatica. Cursurile de calculatoare sunt benefice pentru modelarea și simularea proceselor biologice, operarea unor echipamente de laborator și efectuarea de cercetări în domeniul emergent al bioinformaticii. Cei interesați să studieze mediul ar trebui să urmeze cursuri de studii de mediu și să se familiarizeze cu legislația și reglementările aplicabile.

Majoritatea colegiilor și universităților oferă diplome de licență în științe biologice, iar multe oferă diplome avansate. Programele avansate de studii subliniază adesea un subdomeniu, cum ar fi microbiologia sau botanica, dar nu toate universitățile oferă programe în toate subdomeniile. Universitățile mai mari au frecvent departamente separate specializate în diferite domenii ale științei biologice. De exemplu, un program în botanică ar putea acoperi agronomia, horticultura sau patologia plantelor. Programele avansate de diplomă includ, de obicei, lucrări la clasă și pe teren, cercetări de laborator și o teză sau disertație. O diplomă de master durează, în general, 2 ani, iar o diplomă de doctorat de 5-6 ani de studiu cu normă întreagă.

Oamenii de știință biologici cu doctorat adesea ocupă funcții postdoctorale temporare care oferă experiență de cercetare specializată. Pozițiile postdoctorale pot oferi posibilitatea de a publica rezultatele cercetării. O înregistrare solidă a cercetărilor publicate este esențială pentru obținerea unui post permanent care efectuează cercetări de bază, în special pentru cei care caută un post permanent de facultate sau facultate.

Alte abilități necesare (alte calificări)
Oamenii de știință biologici ar trebui să poată lucra independent sau ca parte a unei echipe și să poată comunica clar și concis, atât oral, cât și în scris. Cei din industria privată, în special cei care aspiră la poziții de conducere sau administrative, ar trebui să posede abilități de afaceri și comunicare puternice și să fie familiarizați cu problemele de reglementare și tehnicile de marketing și management. Cei care fac cercetări de teren în zone îndepărtate trebuie să aibă rezistență fizică. Oamenii de știință biologici trebuie să aibă, de asemenea, răbdare și autodisciplină pentru a desfășura proiecte de cercetare lungi și detaliate.


Cum apar noi specii? - Biologie

Fiecare individ în viață astăzi, cel mai înalt și cel mai mic, este derivat într-o linie neîntreruptă de la prima și cea mai mică formă.
- August Frederick Lopold Weismann, biolog / genetician german (1834-1914)

În această lecție, dorim să întrebăm:

  • Ce este evoluția biologică?
  • Cum sunt legate teoriile microevoluției și macroevoluției?
  • Ce este o specie și care sunt diferitele moduri în care poate fi definită?
  • Care sunt limitările fiecărei definiții?
  • Cum este importantă izolarea reproductivă pentru speciație și ce forme poate lua?
  • De ce ar trebui selecția naturală să consolideze izolarea reproductivă?
  • Se pot forma specii în alte moduri decât izolarea geografică?

Evoluția și numeroasele sale forme

Cuvântul „evoluție” nu se aplică exclusiv evoluției biologice. Universul și sistemul nostru solar s-au dezvoltat din explozia de materie care a început universul nostru cunoscut. Elementele chimice au evoluat dintr-o materie mai simplă. Viața a evoluat din non-viață, iar organismele complexe din forme mai simple. Limbile, religiile și sistemele politice evoluează. Prin urmare, evoluția este o temă adecvată pentru un curs despre schimbări globale.

Aspectele esențiale ale evoluției sunt „schimbarea” și rolul istoriei, prin faptul că evenimentele din trecut au o influență asupra modificărilor care au loc ulterior. În evoluția biologică, acest lucru ar putea însemna că organismele complexe apar din strămoși mai simpli - deși fiți conștienți că aceasta este o simplificare excesivă, care nu este acceptabilă pentru o discuție mai avansată despre evoluție.

O discuție completă asupra evoluției necesită o explicație detaliată a geneticii, deoarece știința ne-a oferit o bună înțelegere a bazei genetice a evoluției. De asemenea, necesită o investigație a diferențelor care caracterizează speciile, genurile, într-adevăr întregul copac al vieții, deoarece acestea sunt fenomenele pe care teoria evoluției încearcă să le explice.

Vom începe cu modele observate de asemănări și diferențe între specii, pentru că despre asta știa Darwin. Baza genetică a evoluției a început să fie integrată în teoria evoluției abia în anii 1930 și 1940. Vom adăuga genetică în înțelegerea evoluției printr-o activitate de discuție.

Definiții ale evoluției biologice

  • Definiția 1:
    Modificări ale compoziției genetice a unei populații odată cu trecerea fiecărei generații
  • Definiția 2:
    Schimbarea treptată a ființelor vii de la o formă la alta de-a lungul timpului, originea speciilor și a descendențelor prin descendența formelor vii din formele ancestrale și generarea diversității

O explicație completă a evoluției necesită legarea acestor două niveluri. Poate o mică schimbare treptată să producă specii distincte? Cum se produce și cum decidem când speciile sunt specii? Sperăm că veți vedea conexiunile până la sfârșitul acestor trei prelegeri.

Astăzi vom discuta modul în care se formează speciile. Dar pentru a face acest lucru, trebuie să definim despre ce vorbim.

Ce este o specie?

  • Conceptul speciilor morfologice: Stejarii arata ca stejarii, tigrii arata ca tigrii. Morfologia se referă la forma și structura unui organism sau a oricăreia dintre părțile sale. Conceptul de specie morfologică susține opinia larg răspândită conform căreia „membrii unei specii sunt indivizi care seamănă între ei”. Această școală de gândire a stat la baza clasificării originale a lui Linneaus, care este încă larg acceptată și aplicabilă astăzi.

Complexele de mimică au furnizat dovezi suplimentare împotriva conceptului, deoarece organismele din aceeași specie pot arăta foarte diferit, în funcție de locul în care sunt crescute sau de stadiul ciclului lor de viață (unele insecte produc un puiet de primăvară care arată ca o plantă gazdă și un puiet de vară care arată ca altul).

  • Conceptul speciilor biologice: Acest concept afirmă că „o specie este un grup de indivizi care se încrucișează efectiv sau potențial, care sunt izolați reproductiv de alte astfel de grupuri”.

Acest concept a subliniat, de asemenea, că o specie este o unitate evolutivă. Membrii împărtășesc gene cu alți membri ai speciei lor și nu cu membrii altor specii.

Deși această definiție este în mod clar atractivă, are probleme. Puteți să-l testați pe specimene de muzeu sau pe date fosile? Poate explica existența speciilor într-o linie de descendență, cum ar fi binecunoscuta linie de cai fosili? Evident nu.

De fapt, nu se poate aplica această definiție cu ușurință sau deloc cu multe organisme vii. Ce se întâmplă dacă speciile nu trăiesc în același loc? Dar hibrizii despre care știm că apar în grădinile zoologice? Aceste probleme sunt suficient de grave încât unii biologi au susținut recent o revenire la conceptul de specie morfologică.

Deci, care este cel mai bun mod de a defini o specie?

Majoritatea oamenilor de știință consideră că ar trebui păstrat conceptul de specie biologică, dar cu anumite calificări. Poate fi utilizat numai cu specii vii și nu poate fi aplicat întotdeauna speciilor care nu trăiesc în același loc. Testul real se aplică speciilor care au potențialul de a se încrucișa.

Cel mai important, conceptul de specie biologică ne ajută să ne întrebăm cum se formează speciile, deoarece ne concentrează atenția asupra întrebării despre cum se produce izolarea reproductivă. Să examinăm mai întâi tipurile de izolare reproductivă, deoarece există destul de multe.

Tipuri de izolare reproductivă

Acest lucru sugerează o dihotomie simplă și utilă, între mecanismele de izolare reproductivă pre-împerechere sau prezigotică (adică formarea pre-zigotului) și mecanismele de izolare post-împerechere sau postzigotice. Amintiți-vă că un zigot este celula formată prin unirea a doi gameți și este baza unui individ în curs de dezvoltare.

Mecanisme de izolare prezigotice

  1. Izolare ecologică: speciile ocupă habitate diferite. Leul și tigrul s-au suprapus în India până acum 150 de ani, dar leul a trăit în pajiști deschise și tigrul în pădure. În consecință, cele două specii nu s-au hibridizat în natură (deși uneori fac în grădini zoologice).
  2. Izolare temporală: speciile se reproduc în momente diferite. În America de Nord, cinci specii de broaște din genul Rana diferă în momentul activității lor de vârf de reproducere.
  3. Izolarea comportamentală: speciile se angajează în ritualuri de curte și împerechere distincte (vezi Figura 1).
  4. Izolarea mecanică: încrucișarea este prevenită prin blocarea structurală sau moleculară a formării zigotului.Mecanismele includ incapacitatea spermei de a se lega de ovul la animale sau de organul reproductiv feminin al unei plante, împiedicând polenizatorul greșit să aterizeze.
  1. Inviabilitate hibridă. Dezvoltarea zigotului se desfășoară anormal și hibridul este întrerupt. (De exemplu, oul hibrid format din împerecherea unei oi și a unei capre va muri la începutul dezvoltării.)
  2. Sterilitate hibridă. Hibridul este sănătos, dar steril. (Catârul, descendenții hibrizi ai unui măgar și o iapă, este steril, este incapabil să producă gamete viabile, deoarece cromozomii moșteniți de la părinți nu se împerechează și se încrucișează corect în timpul meioză (diviziune celulară în care două seturi de cromozomi ai celulei părinte sunt reduse la un singur set în produse, denumit gamete - Vezi figura).
  3. Hibridul este sănătos și fertil, dar mai puțin potrivit, sau infertilitatea apare în generațiile ulterioare (după cum se vede în încrucișările de laborator ale muștelor fructelor, unde descendenții hibrizilor din a doua generație sunt slabi și de obicei nu pot produce descendenți viabili).

** Mecanismele post-zigotice sunt acelea în care zigotii hibrizi eșuează, se dezvoltă anormal sau nu se pot autoreproduce și stabilesc populații viabile în natură. **

Deci, speciile rămân distincte datorită izolării reproductive. Dar cum se formează speciile în primul rând?

O ilustrare prescurtată a meiozei, prin care celulele reproductive se duplică pentru a forma gamete.

Formarea speciilor

Această întrebare este esențială, deoarece este ceea ce produce multe specii din puține și are ca rezultat arborii evolutivi ai legăturii. Cea mai comună modalitate de împărțire a speciilor, în special la speciile de animale (vom vorbi mai multe despre originea noilor specii de plante mai târziu), este atunci când populația se izolează geografic în două populații. Aceasta este denumită speciație alopatrică (geografică) (Vezi figura).

Un model de speciație alopatrică. O singură populație (a) este fragmentată de o barieră (b) izolarea geografică duce la divergența genetică (c) atunci când bariera este îndepărtată, cele două populații revin în contact una cu cealaltă și există o selecție pentru o izolare reproductivă crescută (d) ) dacă izolarea reproductivă este eficientă, speciația este completă (e).
  1. Este posibil ca diferite regiuni geografice să aibă presiuni selective diferite. Temperatura, precipitațiile, prădătorii și concurenții vor diferi probabil între două zone de 100 sau 1.000 de kilometri distanță. Astfel, în timp, cele două populații se vor diferenția.
  2. Chiar dacă mediile nu sunt foarte diferite, populațiile se pot diferenția deoarece diferite mutații și combinații genetice apar întâmplător în fiecare. Astfel, selecția va avea materii prime diferite pentru a acționa în fiecare populație.

Diferențierea depinde și de puterea presiunilor selective. Selecția puternică poate provoca schimbări rapide.

Având în vedere timpul și selecția, cele două populații devin două specii. Pot, ulterior, să se răspândească în contact. Atunci ne putem întreba, sunt aceste două „specii biologice bune”?

Testul real al conceptului de specie biologică este atunci când două populații, aflate în pragul de a deveni două specii, revin în contact. Ele pot fuziona pur și simplu. Ele pot fi atât de diferite încât nici măcar nu se recunosc reciproc ca specie.

Adesea, însă, speciile pot intra în contact atunci când nu sunt încă complet reproduse. În acest caz, selecția naturală ar trebui să consolideze barierele reproductive. De ce? Deoarece persoanele care își risipesc efortul de reproducere - gametele lor - asupra persoanelor cu care vor produce descendenți inferiori sunt mai puțin susceptibile de a-și transmite genele următoarei generații.

Selecția naturală ar trebui să consolideze izolarea reproductivă. Probabil, speciile care sunt izolate numai de bariere post-zigotice vor evolua ulterior bariere pre-zigotice. De ce ar trebui să se întâmple asta?

Pentru a revizui: speciație alopatrică (geografică) este diferențierea populațiilor izolate fizic până la punctul în care reuniunea celor două populații nu are loc dacă se restabilește contactul.

Speciația ca proces gradual

Dacă speciația este un proces treptat, este posibil ca speciile să nu fie încă complet separate. Un continuum trebuie să existe de la specii care se află în procesul de divizare în două, la specii care sunt complet formate. Cu siguranță ne așteptăm doar ca acestea din urmă să se comporte ca „specii bune”.

Încă nu am explicat pe deplin procesul de speciație. În următoarea noastră lecție, vom examina teoria selecției naturale, care ajută la explicarea modului în care populațiile localizate se adaptează condițiilor locale. Adaptându-se la condițiile locale și acumulând diferențe genetice, rasele geografice izolate încep drumul către specii separate și creează o altă pereche de ramuri pe arborele vieții.

Dar acum vreau să subliniez că există modele alternative de formare a speciilor și, în cele din urmă, vreau să concluzionez prin legarea conceptului de formare a speciilor de structura ierarhică a vieții.

Modele alternative de formare a speciilor - hibridizare și poliploidie

Chiar dacă hibrizii nu sunt capabili să se reproducă sexual, deoarece cromozomii lor nu se sortează corect în meioză, se pot reproduce vegetativ. Numărul total al cromozomilor se poate dubla și prin combinarea seturilor de cromozomi ai unei singure specii.

Din cele 260.000 de specii de plante cunoscute, până la jumătate s-ar putea să fi provenit în acest fel. Multe plante importante din punct de vedere comercial sunt exemple de poliploidie (de exemplu grâu de pâine, bumbac, tutun, trestie de zahăr, banane, cartofi). Poliploidia este un exemplu de speciație simpatrică definite ca specii care apar în același interval geografic suprapus.

Concluzie: Formarea speciilor și ierarhia vieții

Există două moduri de a construi un arbore filogenetic (Vezi figura). Putem folosi o înregistrare fosilă „perfectă” pentru a urmări secvența de la început până la sfârșit sau putem folosi asemănări și diferențe între viețuitoare pentru a reconstrui istoria, lucrând de la punctul final până la început.

În acest curs, nu vom lua în considerare aceste două metode în detaliu. Îi prezint pentru a sublinia că, în cele din urmă, vrem să înțelegem cum evoluția produce nu doar două specii dintr-una, ci întregul copac al vieții. Acest lucru necesită trecerea de la microevoluție la macroevoluție. Pentru Darwin și pentru biologii evolutivi moderni, răspunsul este pur și simplu timpul. Având suficient timp și împărțiri succesive, procesele care produc două specii dintr-una vor avea ca rezultat întreaga diversitate a vieții.

În realitate, deducerea înregistrării istorice a ramificării este foarte dificilă. Datele sunt incomplete, oamenii de știință dezbat ritmul schimbării și, uneori, speciile separate prin mulți pași de ramificare arată mai asemănătoare una cu alta decât cele separate de una sau câteva ramuri. Biologia moleculară oferă noi oportunități interesante pentru a aborda aceste probleme, analizând similitudinile și diferențele în secvențele ADN.

De aici ne vom îndepărta de viziunea macroevoluționară și vom analiza mai atent modul în care apar și se acumulează mici schimbări, prin procesele de selecție naturală și schimbare genetică.

Rezumat

Definiția unei specii este discutabilă. Majoritatea oamenilor de știință aderă fie la conceptul de specie morfologică (membrii unei specii se aseamănă și se pot distinge de alte specii prin aspectul lor), fie la conceptul de specie biologică (o specie este un grup de indivizi efectiv sau potențial încrucișați care sunt izolați reproductiv din alte astfel de grupuri). Ambele definiții își au punctele slabe.

Mecanismele de izolare a reproducerii sunt fie prezigotice, fie postzigotice. Aceste mecanisme asigură faptul că speciile rămân distincte în natură.

Formarea speciilor poate avea loc fie prin speciație alopatrică (geografică), fie prin speciație simpatrică.

Putem construi arbori filogenetici care să arate legătura evolutivă dintre viețuitoare, deși construirea acestor arbori este încă o știință imperfectă.


Evoluție: Se observă speciații | Observații

Am văzut că cele mai mici diferențe pot duce la variații dramatice atunci când ne-am uitat la varietatea largă la câini. Dar, în ciuda diferențelor lor, toate rasele de câini sunt încă aceleași specii între ele și strămoșul lor. Cum se împart speciile? Ce cauzează speciația? Și ce dovezi avem că speciația s-a produs vreodată?

Criticii evoluției cad adesea pe maxima că nimeni nu a văzut vreodată o specie împărțită în două. Deși este în mod clar un om de paie, deoarece cea mai mare speciație durează mult mai mult decât durata vieții noastre, nu este adevărat. Noi avea speciile văzute se împart și continuăm să vedem specii divergente în fiecare zi.

De exemplu, au existat cele două noi specii de barbă de capră americană (sau salsifică, genul Tragopogon) care a apărut în existență în secolul trecut. La începutul anilor 1900, trei specii ale acestor flori sălbatice - salsificarea occidentală (T. dubius), lunca salsifică (T. pratensis), și planta de stridii (T. porrifolius) - au fost introduse în Statele Unite din Europa. Pe măsură ce populațiile lor s-au extins, speciile au interacționat, producând adesea hibrizi sterili. Dar până în anii 1950, oamenii de știință și-au dat seama că există două noi variații ale creșterii barbei de capră. În timp ce păreau hibrizi, nu erau sterile. Erau perfect capabili să se reproducă cu propriul lor tip, dar nu cu oricare dintre cele trei specii originale - definiția clasică a unei noi specii.

Cum s-a întâmplat asta? Se pare că plantele părintești au greșit atunci când și-au creat gametii (analog cu sperma și ovulele noastre). În loc să facă gamete cu o singură copie a fiecărui cromozom, au creat altele cu două sau mai multe, o stare numită poliploidie. Două gameți poliploizi din specii diferite, fiecare cu informațiile genetice duble despre care trebuia să aibă, s-au contopit și au creat un tetraploid: o creatură cu 4 seturi de cromozomi. Datorită diferenței în numărul cromozomilor, tetrapoidul nu s-a putut împerechea cu niciuna dintre speciile sale părinte, dar nu a fost împiedicat să se reproducă cu alți accidente.

Acest proces, cunoscut sub numele de speciație hibridă, a fost documentat de mai multe ori în diferite plante. Dar plantele nu sunt singurele care speciază prin hibridizare: Heliconius și fluturii s-au despărțit în mod similar.

Nu este nevoie de o masă de mutații care se acumulează de-a lungul generațiilor pentru a crea o altă specie - este nevoie doar de un eveniment care izolează reproductiv un grup de indivizi de altul. Acest lucru se poate întâmpla foarte rapid, în cazuri ca acestea de poliploidie. O singură mutație poate fi suficientă. Sau se poate întâmpla într-un ritm mult, mult mai lent. Aceasta este speciația pentru care este cunoscută evoluția - schimbările treptate în timp care separă speciile.

Dar doar pentru că nu putem vedea toate evenimentele de speciație de la început până la sfârșit nu înseamnă că nu putem vedea despicarea speciilor. Dacă teoria evoluției este adevărată, ne-am aștepta să găsim specii în diferite etape de separare pe tot globul. Ar exista unele care tocmai au început să se despartă, arătând izolarea reproductivă, și cele care ar putea arăta în continuare ca o specie, dar care nu s-au încrucișat de mii de ani. Într-adevăr, exact asta găsim.

Zbura viermei mărului, Rhagoletis pomonella este un prim exemplu de specie care abia începe să divergă. Aceste muște sunt originare din Statele Unite și până la descoperirea Americii de către europeni, hrănite exclusiv cu păducel. Dar odată cu sosirea de oameni noi a venit o nouă sursă de hrană potențială în habitatul său: merele. La început, muștele au ignorat gustările gustoase. Dar, în timp, unele muște și-au dat seama că pot mânca și ele merele și au început să schimbe copacii. Deși singuri, acest lucru nu explică de ce muștele ar specia, o ciudățenie a biologiei lor: muștele de viță de mere se împerechează pe copacul pe care s-au născut. Pe măsură ce câteva muște au sărit copaci, s-au tăiat de la restul speciilor lor, chiar dacă erau la doar câțiva metri distanță. Când geneticienii au analizat mai îndeaproape la sfârșitul secolului al XX-lea, au descoperit că cele două tipuri - cele care se hrănesc cu mere și cele care se hrănesc cu păducel - au frecvențe de alelă diferite. Într-adevăr, chiar sub nasul nostru, Rhagoletis pomonella a început lunga călătorie a speciației.

Așa cum ne-am aștepta, alte animale sunt mult mai departe în acest proces - deși nu ne dăm seama întotdeauna până nu ne uităm la genele lor.

Orca (Orcinus orca), mai bine cunoscute sub numele de balene ucigașe, toate arată destul de asemănătoare. Sunt delfini mari cu patch-uri albe și negre care vânează în haite și efectuează trucuri îngrijite la Sea World. Dar, de câteva decenii în urmă, mamiferii marini au crezut că există mai multe lucruri în poveste. Studiile comportamentale au arătat că diferite grupuri de orci au trăsături comportamentale diferite. Se hrănesc cu diferite animale, acționează diferit și chiar vorbesc diferit. Dar fără o modalitate de a urmări balenele sub apă pentru a vedea cu cine se împerechează, oamenii de știință nu ar putea fi siguri dacă diferitele culturi de balene au fost pur și simplu ciudățenii transmise din generație în generație sau un indiciu pentru multe altele.

Acum, geneticienii au făcut ceea ce cercetătorii comportamentali nu au putut. S-au uitat la cum se reproduc balenele. Când au analizat întregul genom mitocondrial de la 139 de balene diferite de pe tot globul, au găsit diferențe dramatice. Aceste date au sugerat că există într-adevăr cel puțin trei specii diferite de balenă ucigașă. Analiza filogenetică a indicat faptul că diferitele specii de orcă au fost separate de 150.000 până la 700.000 de ani.

De ce s-au despărțit orcele? Adevărul este că nu știm. Poate că a fost un efect secundar al modificărilor pentru vânarea diferitelor surse de pradă sau poate a existat un fel de barieră fizică între populații care a dispărut de atunci. Tot ce știm este că, în timp ce eram ocupați cu pictura pereților peșterii, ceva a făcut ca grupuri de orci să se despartă, creând mai multe specii.

Există multe motive diferite pentru care speciile diverg. Cea mai ușoară și mai evidentă este un fel de barieră fizică - un fenomen numit speciație alopatrică. Dacă vă uitați la speciile de pești din Golful Mexic și de pe coasta Californiei, veți găsi că există o mulțime de asemănări între ele. Într-adevăr, unele dintre specii arată aproape identic. Oamenii de știință și-au analizat genele, iar speciile de ambele părți ale acelui pod subțire sunt mai strâns legate între ele decât sunt de alte specii, chiar și cele din zona lor. Ceea ce s-a întâmplat este că, cu mult timp în urmă, continentele Americii de Nord și de Sud erau separate, iar oceanele erau conectate. Când cele două mase terestre au fuzionat, populațiile de specii erau izolate de ambele părți. De-a lungul timpului, acești pești au divergut suficient pentru a fi specii separate.

Speciile se pot împărți și fără limite atât de clare. Când speciile diverg ca musca de măr zboară - fără o barieră fizică completă - se numește Speciație simpatică. Speciația simpatică poate apărea din tot felul de motive. Tot ce trebuie este ceva care face ca un grup să aibă mai puține relații sexuale cu altul.

Pentru o specie de mușchi Monarch (Monarcha castaneiventris), era vorba de aspect. Acești mici insectivori trăiesc pe Insulele Solomon, la est de Papua Noua Guinee. La un moment dat, un grup mic dintre aceștia a dezvoltat o singură mutație de aminoacizi în genă pentru o proteină numită melanină, care dictează modelul de culoare al păsării. Unele mușchi sunt toate negre, în timp ce altele au burta de culoare castanie. Chiar dacă cele două grupuri sunt perfect capabile să producă descendenți viabili, nu se amestecă în sălbăticie. Cercetătorii au descoperit că păsările văd deja celălalt grup ca pe o altă specie. Bărbații, care sunt acerbi teritorial, nu reacționează atunci când un mascul de culoare diferită intră pe gazon. La fel ca muștele de vierme de măr, mușcarii nu se mai încrucișează și au făcut astfel primul pas spre a deveni două specii diferite.

Acestea ar putea părea mici schimbări, dar amintiți-vă, după cum am învățat la câini, se pot adăuga mici modificări. Deoarece nu se încrucișează, aceste diferite grupuri vor acumula și mai multe diferențe în timp. În timp ce fac, vor începe să semene din ce în ce mai puțin. Animalele rezultate vor fi ca speciile pe care le vedem în mod clar astăzi. Poate că unii se vor adapta la un stil de viață complet diferit de speciile lor surori - orcele, de exemplu, pot diferi dramatic, deoarece micile schimbări le permit să se potrivească mai bine tipurilor lor unice de pradă. Alții pot rămâne destul de asemănători, chiar greu de distins, așa cum sunt astăzi diferite specii de veverițe.

Ideea este că tot felul de creaturi, de la cele mai mici insecte la cele mai mari mamifere, sunt supuse speciației chiar acum. Am urmărit speciile împărțite și continuăm să le vedem divergente. Speciația are loc în jurul nostru. Evoluția nu s-a întâmplat doar în trecut, se întâmplă chiar acum și va continua mult timp după ce încetăm să o căutăm.


3. Apariția ca proces biologic

(a) Rezervoare neumane

Mai mult de două treimi din speciile de virus uman sunt zoonotice, adică sunt capabile să infecteze alte gazde vertebrate decât Homo sapiens (fără a lua în considerare vectorii nevertebrate) [25,26]. De departe, cei mai importanți taxoni gazdă neumani sunt alte mamifere, cu rozătoare și ungulate cel mai frecvent identificate ca gazde alternative, urmate de primate, carnivore și lilieci. Se știe că o minoritate a virusurilor zoonotice (mai puțin de 20%) infectează păsările. Foarte puține au fost raportate de la vertebrate, altele decât mamifere sau păsări.

Restul de viruși, din câte știm, infectează numai oamenii în mod natural (aceștia sunt uneori denumiți agenți patogeni umani pentru & # x02018specialist & # x02019 [27]). Unele dintre acestea (de exemplu, hepatita B) pot fi co-evoluat cu oamenii pe perioade foarte lungi de timp [28] altele (de exemplu, HIV-1) au origini mult mai recente [29]. Se crede că unele dintre ambele tipuri provin de la alte specii de mamifere sau păsări [30], inclusiv: HIV-1 (derivat dintr-un virus imunodeficienței simiene găsite la cimpanzei) HIV-2 (mangabey de funingine) virusul sindromului respirator acut sever (SARS potcoavă) lilieci) hepatita B, virusul limfotrop T uman (HTLV) -1 și -2, dengue și febră galbenă (toate primatele) coronavirus uman OC43, rujeolă, oreion și variolă (toate animalele) și gripa A (păsări sălbatice). Cu toate acestea, nu cunoaștem originile majorității virusurilor umane specializate, o lacună în cunoștințe care a determinat apeluri la o inițiativă & # x02018origins & # x02019 [30].

(b) Piramida agentului patogen

Un cadru conceptual util pentru gândirea la apariția virusurilor noi este piramida patogenă [30,31] (figura 3). Piramida are patru nivele.

Piramida agentului patogen (adaptat din [30]). Fiecare nivel reprezintă un grad diferit de interacțiune între agenți patogeni și oameni, variind de la expunere până la răspândirea epidemiei. Unii agenți patogeni pot progresa de la un nivel la altul (săgeți), alții sunt împiedicați să facă acest lucru prin bariere biologice sau ecologice (bare) & # x02014vezi textul principal.

Nivelul 1 reprezintă expunerea oamenilor la un agent patogen nou aici, un virus. Sursa de viruși de interes este cel mai probabil să fie alte mamifere sau păsări (a se vedea mai sus) și expunerea & # x02018 & # x02019 implică orice cale prin care ar putea fi dobândită o anumită infecție virală, fie prin contactul cu sânge, salivă sau fecale, contaminarea hrană și apă sau printr-un vector artropod. Rata unei astfel de expuneri este determinată de o combinație a distribuției și ecologiei gazdei neumane și a activităților umane. Este probabil ca expunerea la viruși non-umani să apară frecvent: un proces denumit & # x02018 chatter & # x02019 [32].

Nivelul 2 reprezintă subsetul de viruși capabili să infecteze oamenii & # x02014, adică depășind bariera speciilor & # x02018 & # x02019. Este posibil ca aceasta să reflecte atât biologia moleculară a virusului (de exemplu, este capabil să intre și să se replice în celulele umane? & # X02014veți & # x000a73e) și fiziologia omului expus (în special imunocompetența).

Nivelul 3 reprezintă subsetul de viruși care nu numai că pot infecta oamenii, dar pot fi transmise și de la un om la altul (pe orice cale, inclusiv prin vectori artropode). Din nou, acest lucru va reflecta în principal interacțiunea patogenă a gazdei și # x02013, mai ales dacă este posibil ca virusul să acceseze țesuturile din care poate ieși din gazdă, cum ar fi tractul respirator superior, intestinul inferior, tractul urogenital, pielea sau (pentru o anumită transmisie trasee) sânge.

Nivelul 4 reprezintă subgrupul de viruși care sunt suficient de transmisibili între oameni pentru a provoca focare majore și / sau pentru a deveni endemici la populațiile umane fără necesitatea unui rezervor non-uman. Acest lucru echivalează cu starea epidemiologică R0 & # x0003e 1 [33], adică un singur caz primar generează, în medie, mai mult de un caz secundar. Aceasta este o funcție atât a transmisibilității virusului (cât de infecțioasă este o gazdă infectată și cât timp) și a proprietăților populației umane (modul în care demografia și comportamentul uman afectează oportunitățile de transmitere).

Din recenziile anterioare ale literaturii [25,26,34], este posibil să se pună un număr aproximativ de specii de virus la fiecare nivel al piramidei. Știm că există mai mult de 200 de viruși cel puțin la nivelul 2 (vezi & # x000a72A). Nu avem o estimare bună a diversității speciilor totale de viruși de mamifere și aviare, cu toate acestea, putem obține o indicație indirectă a magnitudinii barierei dintre nivelul 1 și nivelul 2. A fost raportată în altă parte (R. Critchlow 2010, personal comunicare) cea a speciilor de virus cunoscute pentru infectarea animalelor domestice (animale și animale de companie) & # x02014 la care oamenii sunt probabil expuși în mod obișnuit & # x02014 aproximativ o treime sunt, de asemenea, capabili să infecteze oamenii. Bariera speciilor există: dar este foarte clar. Pe baza datelor din [25], aproximativ 50% din virusurile care pot infecta oamenii pot fi transmise și de către oameni (nivelul 3), iar aproximativ 50% dintre acestea sunt suficient de transmisibile încât R0 poate depăși unul (nivelul 4). Faptul că o minoritate semnificativă de viruși (mamiferi sau aviari) ar trebui să fie capabili să se răspândească extensiv în populațiile umane (sau să devină rapid [35]) este în concordanță cu experiența: există mai multe exemple în ultimii sute de ani (HIV-1, SARS, plus variante de gripă A) și multe altele în ultimele câteva milenii (de exemplu, rujeolă, oreion, rubeolă, variolă). Este de remarcat faptul că forma & # x02018 & # x02019 a piramidei patogene pentru viruși este foarte diferită de cea pentru alte tipuri de agenți patogeni (bacterii, ciuperci, protozoare sau helminți), din care fracțiuni mult mai mici sunt capabile de răspândire extinsă în populațiile umane ( date de la [25]). Cea mai simplă explicație pentru aceasta este evoluția mult mai rapidă a virușilor (în special a virusurilor ARN), permițându-le să se adapteze la o nouă gazdă (umană) mult mai rapid decât alte tipuri de agenți patogeni.

(c) Motori ai apariției

Mai multe recenzii [10,26,36] au enumerat așa-numitele & # x02018drivers & # x02019 privind apariția de viruși noi sau alți agenți patogeni. Aceștia constituie un set divers de factori de mediu și biologici, dintre care mulți, precum & # x02018urbanizarea & # x02019 sau & # x02018 utilizarea terenului & # x02019 & # x02014 par intuitiv rezonabili, dar sunt prea largi pentru a se raporta la cauzele mecaniciste ale apariției. Mai mult, identificarea șoferilor este de obicei un exercițiu subiectiv: există foarte puține teste formale ale ideii că un șofer specific este asociat cu apariția unui agent patogen specific sau a unui set de agenți patogeni. În multe cazuri, acesta ar fi un exercițiu provocator: mulți factori au doar efecte indirecte asupra apariției (de exemplu, schimbările climatice, care este adesea legată de schimbarea distribuției vectorilor de boală) și adesea un eveniment de apariție are multiple cauze (exemple bune ar fi apariția de virus Nipah sau coronavirus SARS).

Alte idei despre factorii de apariție sunt și mai greu de testat formal. Unul dintre acestea este că în prezent trăim o furtună perfectă în care mulți factori potențiali ai evenimentelor de apariție (cum ar fi creșterea populației, urbanizarea, călătoriile și comerțul la nivel mondial, intensificarea producției de animale) acționează concertat (L. King 2005, comunicare personală). Tendințele ascendente ale multor factori pot fi cuantificate, dar nu este pe deplin clar că frecvența evenimentelor de apariție este în creștere: un studiu recent a sugerat că a crescut în primul deceniu al pandemiei HIV / SIDA, dar a scăzut după aceea [9].

Un mod ușor diferit de a gândi despre factorii de apariție este de a trasa o analogie între agenții patogeni emergenți și buruieni (A. Dobson 2002, comunicare personală). Ideea aici este că există o diversitate suficientă de agenți patogeni disponibili & # x02014 fiecare cu propria lor biologie și epidemiologie & # x02014 că orice schimbarea mediului uman (dar mai ales în modul în care oamenii interacționează cu alte animale, domestice sau sălbatice) este de natură să favorizeze un agent patogen sau altul, care răspunde prin invadarea habitatului nou accesibil. Această idee ar implica faptul că agenții patogeni emergenți posedă diferite caracteristici ale istoriei vieții față de agenții patogeni endemici stabiliți pe termen lung. După cum sa menționat mai devreme, cea mai izbitoare diferență identificată până în prezent este că majoritatea agenților patogeni emergenți recent sunt mai degrabă virusuri decât bacterii, ciuperci, protozoare sau helminți.

(d) Saltul speciilor

Pentru viruși, unul dintre pașii cheie în procesul de apariție este saltul dintre o specie gazdă și oameni [37]. (Pentru alte tipuri de agenți patogeni, pot exista și alte surse de expunere umană, în special surse de mediu sau flora normală a pielii sau intestinului comensal). Au fost examinați diferiți factori în ceea ce privește relația lor cu capacitatea unui agent patogen de a sări într-o nouă specie gazdă, aceștia includ legătura taxonomică a gazdelor, suprapunerea geografică și aria gazdei.

Două studii recente oferă ilustrații bune ale rolurilor legate de gazdă și de proximitatea geografică. Streicker și colab. [38] au găsit asociații între gradul de transmitere încrucișată a lizavirusurilor de lilieci și atât suprapunerea geografică dintre populațiile de lilieci din SUA, cât și legătura filogenetică a speciilor de lilieci implicate. Davies & # x00026 Pedersen [39] au descoperit că speciile de primate au avut tendința de a împărtăși mai multe specii de paraziți dacă ambele erau mai strâns legate și aveau distribuții simpatrice.

O gamă largă de gazde este, de asemenea, asociată cu probabilitatea ca un agent patogen să apară sau să reapară în populațiile umane [26]. Un studiu ilustrativ de caz este encefalopatia spongiformă bovină (ESB). După apariția ESB în anii 1980, cu mult înainte de a se descoperi că infectează oamenii (ca vCJD), a devenit rapid evident că ar putea infecta o gamă largă de gazde, inclusiv carnivore. Acest lucru a fost în contrast puternic cu o boală prionică mult mai familiară, scrapia, care era în mod natural limitată la oi și capre. Cu retrospectiva, această observație ar fi putut duce la îngrijorarea sănătății publice cu privire la ESB ridicată mai devreme decât erau.

Gama de gazde este o trăsătură extrem de variabilă în rândul virușilor: unele, cum ar fi rabia, pot infecta o gamă foarte largă de mamifere, altele, precum oreionul, se specializează pe o singură specie (oameni). Mai mult, pentru agenții patogeni, în general, aria gazdei pare a fi filogenetic labilă, chiar și specii înrudite având intervale de gazdă foarte diferite [27]. În mod clar, baza biologică a gamei gazdei este relevantă pentru înțelegerea apariției agentului patogen.

(e) Utilizarea receptorilor celulari și gama gazdelor

Un factor biologic probabil al capacității unui virus de a sări între specii este dacă aceștia folosesc sau nu un receptor celular care este foarte conservat între diferite gazde (mamifere). Prin urmare, am prezis că virușii care utilizează receptori conservați ar trebui să fie mai susceptibili de a avea o gamă largă de gazde.

Pentru a testa această idee, am efectuat mai întâi o revizuire cuprinzătoare a literaturii revizuite de colegi și am identificat 88 de specii de virus uman pentru care a fost identificat cel puțin un receptor celular. Deși aceasta reprezintă doar 40% din speciile de interes, 21 (din 23) familii au fost reprezentate, astfel încât acest set conține o bună secțiune transversală a diversității taxonomice relevante. Dintre aceste 88 de specii, 22 utilizează receptori non-proteici (de exemplu, sulfat de heparină) și, în rest, două dintre proteine ​​nu au fost introduse în baza de date UniProt [40] (ceea ce face imposibil să se determine dacă proteina a fost & # x02018conservată & # x02019 sau nu & # x02014 a se vedea mai jos pentru detalii), lăsând 64 de specii din 16 familii.

Pe baza unui studiu publicat anterior asupra gamelor de gazde ale virusului [26], am acordat aceste virusuri fie o gamă de gazde & # x02018 îngustă și # x02019 (dacă singurele gazde neumane pe care se știa că le infectează erau alte primate) sau o & # gama gazdă x02018broad & # x02019 (dacă se știe că infectează și alte tipuri de mamifere sau păsări). Folosind baza de date UniProt, am stabilit dacă proteina receptorului celular a fost & # x02018conservată & # x02019 prin cuantificarea omologiei secvenței de aminoacizi între oameni și șoareci. (Pentru subsetul de proteine ​​în care datele secvențelor de aminoacizi erau disponibile și pentru vaci, porci sau câini, am găsit modele foarte similare.)

Rezultatul este prezentat în figura 4. Cea mai izbitoare caracteristică a complotului este că nu există exemple de viruși umani cu game largi de gazde care nu utilizează receptori celulari foarte conservați (adică mai mult de 90% omologie a secvenței de aminoacizi). Analizele statistice necesită corectarea corelației filogenetice: virușii din aceeași familie au ambele mai multe șanse de a utiliza același receptor celular și mai multe șanse de a avea o gamă de gazdă îngustă sau largă. Acest lucru poate fi permis brut (dar conservator) prin testarea unei asociații între gama gazdă și omologia receptorilor la nivel de familie, nu de specie. Acest lucru dă un rezultat semnificativ statistic (, p = 0.015).

Numărul de specii de virus cu gamă largă (bare albastre) sau înguste (bare roșii) în funcție de omologia procentuală a receptorului celular utilizat (a se vedea textul principal).

Concluzionăm că utilizarea unui receptor conservat este o condiție necesară, dar nu suficientă, pentru ca un virus să aibă o gamă largă de gazde care să cuprindă diferite ordine de mamifere. Rezultă că o cunoștință utilă despre un nou virus al mamiferelor, care ajută la prezicerea dacă prezintă sau nu un risc pentru oameni, ar fi identificarea receptorului celular pe care îl folosește. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna practicabil: în prezent, nu cunoaștem receptorul celular utilizat de peste jumătate din virusurile care infectează oamenii, iar această fracție este considerabil mai mică pentru cei care infectează alte mamifere.


Cum apar noi specii? - Biologie

Începând „Sinteza modernă”: Theodosius Dobzhansky

Ronald Fisher și colegii săi au pus conceptul lui Darwin despre selecția naturală pe o nouă bază a geneticii. Au lăsat un proiect la fel de important deschis biologilor de mai târziu: să explice în limbajul genelor, ce specii sunt și cum își au originea. Răspunsul a început să apară abia în anii 1930, în mare parte datorită muncii unui genetician născut în sovietici pe nume Theodosius Dobzhansky (dreapta).

Dobzhansky, care a emigrat în Statele Unite în 1928, a lucrat în „Fly Room” a lui Thomas Hunt Morgan, unde mutațiile au fost studiate îndeaproape pentru prima dată. De asemenea, el a acordat o atenție deosebită activității genetiștilor populației, cum ar fi Sewall Wright, care arătau modul în care dimensiunea unei populații afectează rata la care se poate răspândi o mutație. Dobzhansky a fost interesat să descopere genetica care a determinat diferențele dintre populațiile unei specii.

Populații variabile genetic
La acea vreme, majoritatea biologilor au presupus că toți membrii unei specii date aveau gene practic identice. Dar acestea au fost presupuneri create în laborator. Dobzhansky a început să analizeze genele muștelor fructelor sălbatice, călătorind din Canada în Mexic pentru a prinde membri ai speciei Drosophila pseudoobscura. El a descoperit că diferite populații de D. pseudoobscura nu avea seturi identice de gene. Fiecare populație de muște de fructe pe care a studiat-o poartă markeri distinctivi în cromozomii săi, care o deosebeau de alte populații.


Dobzhansky a ajutat la descoperirea faptului că diferite populații de muște de fructe au frecvențe diferite ale a două versiuni diferite ale aceluiași cromozom cromozomul A ar putea fi mai frecvent într-o populație, în timp ce cromozomul A 'este mai frecvent într-o populație vecină.

Dacă nu a existat un set standard de gene care să distingă o specie, ce a menținut speciile distincte unele de altele? Răspunsul, Dobzhansky a realizat corect, a fost sexul. O specie este pur și simplu un grup de animale sau plante care se reproduce în primul rând între ele. Este puțin probabil ca două animale care aparțin unor specii diferite să se împerecheze și, chiar dacă o fac, rareori vor produce hibrizi viabili. Dobzhansky a efectuat experimente pe muște de fructe care au demonstrat că această incompatibilitate este cauzată de gene specifice purtate de o specie care se ciocnesc cu genele unei alte specii.

Realizarea unei specii noi
În 1937, Dobzhansky a publicat aceste rezultate într-o carte de referință, Genetica și originea speciilor. În el, el a schițat o explicație a modului în care speciile au ajuns să existe. Mutațiile apar tot timpul în mod natural. Unele mutații sunt dăunătoare în anumite circumstanțe, dar un număr surprinzător nu are niciun efect într-un fel sau altul. Aceste schimbări neutre apar în diferite populații și persistă, creând o variabilitate mult mai mare decât oricine și-ar fi imaginat anterior.

Această variabilitate servește ca materie primă pentru fabricarea de noi specii. Dacă membrii unei populații de muște ar trebui să se înmulțească între ei mai mult decât cu alți membri ai speciei, profilul lor genetic ar fi divergent. Noi mutații ar apărea în populația izolată, iar selecția naturală le-ar putea ajuta să se răspândească până când toate muștele le-au purtat. Dar, deoarece aceste muște izolate se reproduc numai în cadrul propriei populații, mutațiile nu s-au putut răspândi la restul speciei. Populația izolată de muște ar deveni din ce în ce mai distinctă genetic. Unele dintre noile lor gene s-ar dovedi incompatibile cu genele muștelor din afara propriei populații.

Dacă această izolare a durat suficient de mult, a susținut Dobzhansky, muștele ar putea pierde capacitatea de a se încrucișa complet. Ar putea deveni pur și simplu incapabili să se împerecheze cu celelalte muște cu succes sau descendenții lor hibrizi ar putea deveni sterili. Dacă muștele ar ieși acum din izolarea lor, ar putea trăi alături de celelalte insecte, dar vor continua să se împerecheze doar între ele. S-ar naște o nouă specie.

Sinteza modernă
Abilitatea lui Dobzhansky de a combina genetica și istoria naturală a atras mulți alți biologi să i se alăture în efortul de a găsi o explicație unificată a modului în care se întâmplă evoluția. Lucrarea lor combinată, cunoscută sub numele de „Sinteza modernă”, a reunit genetica, paleontologia, sistematica și multe alte științe într-o singură explicație puternică a evoluției, arătând cum mutațiile și selecția naturală ar putea produce schimbări evolutive la scară largă. Sinteza modernă cu siguranță nu a adus sfârșitul studiului evoluției, dar a devenit fundamentul cercetărilor viitoare.


Cum au evoluat oamenii pentru a fi atât de șocant de violenți, cât și de super-cooperanți

OAMENII, din fire, sunt buni sau răi? Întrebarea a împărțit părerile de când oamenii au început să filosofeze. Unii, precum adepții lui Jean-Jacques Rousseau, spun că suntem o specie pașnică în mod natural coruptă de societate. Alții sunt de partea lui Thomas Hobbes și ne văd ca o specie naturală violentă civilizată de societate. Ambele perspective au sens. A spune că suntem amândoi & # 8220naturali pașnici & # 8221 și & # 8220naturali violenți & # 8221 pare totuși contradictoriu. Acesta este paradoxul din centrul noii mele cărți.

Paradoxul se rezolvă dacă recunoaștem că natura umană este o himeră. Himera, în mitologia clasică, era o creatură cu corpul unei capre și capul unui leu. Nu era nici un lucru, nici celălalt: erau ambele. Susțin că, în ceea ce privește agresiunea, un om este atât capră, cât și leu. Avem o înclinație scăzută pentru agresiunea impulsivă și o înclinație mare pentru agresiunea premeditată. Această soluție îi face pe Rousseauieni și pe Hobbesieni parțial să aibă dreptate, dar ridică o întrebare mai profundă: de ce a evoluat o combinație atât de neobișnuită de virtute și violență?

Povestea modului în care specia noastră a ajuns să posede acest amestec unic nu a fost spusă până acum și oferă o perspectivă bogată și proaspătă asupra evoluției tendințelor noastre comportamentale și morale. De asemenea, abordează întrebarea fascinantă, dar surprinzător de neglijată, despre cum și de ce specia noastră, Homo sapiens, a apărut la toate.

Începând cu anii 1960, eforturile de a înțelege biologia agresivității au convergen către o idee importantă. Agresivitatea - adică un comportament menit să provoace vătămări fizice sau mentale - se încadrează în două tipuri majore, atât de distincte în & hellip-ul lor

Abonați-vă pentru acces digital nelimitat

Abonați-vă acum pentru acces nelimitat

Aplicație + Web

  • Acces web nelimitat
  • Aplicația New Scientist
  • Videoclipuri cu peste 200 de discuții științifice plus cuvinte încrucișate săptămânale disponibile exclusiv abonaților
  • Acces exclusiv la evenimente destinate abonaților, inclusiv evenimentul nostru din 1 iulie privind schimbările climatice
  • Un an de acoperire de mediu de neegalat, exclusiv cu New Scientist și UNEP

Print + App + Web

  • Acces web nelimitat
  • Ediție tipărită săptămânală
  • Aplicația New Scientist
  • Videoclipuri cu peste 200 de discuții științifice plus cuvinte încrucișate săptămânale disponibile exclusiv abonaților
  • Acces exclusiv la evenimente destinate abonaților, inclusiv evenimentul nostru din 1 iulie privind schimbările climatice
  • Un an de acoperire de mediu de neegalat, exclusiv cu New Scientist și UNEP

Abonați existenți, vă rugăm să vă conectați cu adresa dvs. de e-mail pentru a conecta accesul la cont.


1.2.2 Niveluri de organizare a lucrurilor vii

Lucrurile vii sunt foarte organizate și structurate, urmând o ierarhie care poate fi examinată pe o scară de la mic la mare. The atom este cea mai mică și fundamentală unitate a materiei. Se compune dintr-un nucleu înconjurat de electroni. Atomii formează molecule. A moleculă este o structură chimică formată din cel puțin doi atomi menținuți împreună de una sau mai multe legături chimice. Multe molecule care sunt biologic importante sunt macromolecule, molecule mari care se formează de obicei din unități repetate. Un exemplu de macromoleculă este acidul dezoxiribonucleic (ADN) (Masa 1.1), care conține instrucțiunile pentru structura și funcționarea tuturor organismelor vii.

Tabelul 1.1 Nivelurile biologice de organizare a ființelor vii de la mic la mare. De la o singură organetă la întreaga biosferă, organismele vii fac parte dintr-o ierarhie foarte structurată. (Credit & # 8220macromolecule & # 8221: & # 8220Geoff Hutchison & # 8221 / Flickr credit „organites”: & # 8220Przemyslawtarka95 & # 8243 / Wikimedia Commons Credit „cells”: & # 8220Steve Begin & # 8221 / Flickr Credit „țesuturi”: & # 8220C # 8243 / Wikimedia Commons „organe” de credit: desen anatomic de Leonardo da Vinci „organisme” de credit: & # 8220dmitry.kaglik & # 8221 / „ecosisteme” de credit Flickr: & # 8220USFWS & # 8211 Regiunea Pacificului & # 8221 / „biosferă de credit Flickr” ”: GSFC / NASA Goddard.)

Macromolecule & # 8211 Ex: ADN dublu helix
Organele & # 8211 Ex: cloroplaste în celulele plantei
Celulele & # 8211 Ex: globule roșii umane
Șervețele & # 8211 Ex: foliculi de păr în pielea mamiferelor
Organe și sisteme de organe & # 8211 Ex: & # 8220 Principalele organe și sistemele vasculare și urino-genitale ale unei femei & # 8221
Organisme, populații și comunități & # 8211 Ex: pini într-o comunitate forestieră
Ecosisteme & # 8211 Ex: ecosistem de recif de corali
Biosferă & # 8211 Suma tuturor ecosistemelor de pe Pământ

Unele celule conțin structuri mici care există în interiorul celulelor înconjurate de membrane, acestea fiind numite organite. Toate viețuitoarele sunt formate din celule celulă în sine este cea mai mică unitate fundamentală de structură și funcție din organismele vii. Unele organisme sunt formate dintr-o singură celulă, iar altele sunt multicelulare.

În organismele mai mari, celulele se combină pentru a produce șervețele, care sunt grupuri de celule similare care îndeplinesc funcții similare sau conexe. Organe sunt colecții de țesuturi grupate împreună care îndeplinesc o funcție comună. Un sistemul de organe este un nivel superior de organizare care constă din organe legate funcțional. Mamiferele au multe sisteme de organe, inclusiv sistemul circulator și sistemul digestiv. Organisme sunt entități vii individuale. De exemplu, fiecare copac dintr-o pădure este un organism. Unele organisme sunt compuse dintr-o singură celulă.

Toți indivizii unei specii care trăiesc într-o anumită zonă sunt denumiți colectiv a populației. De exemplu, o pădure poate include mulți pini. Toți acești pini reprezintă populația de pini din această pădure. Populații diferite pot locui în aceeași zonă specifică. De exemplu, pădurea cu pini include populații de plante cu flori și, de asemenea, insecte și populații microbiene. A comunitate este suma populațiilor care locuiesc într-o anumită zonă. De exemplu, toți copacii, florile, insectele și alte populații dintr-o pădure formează comunitatea pădurii. Pădurea în sine este un ecosistem. Un ecosistem constă din toate viețuitoarele dintr-o anumită zonă împreună cu părțile abiotice, nevii ale acelui mediu, cum ar fi azotul din sol sau apa de ploaie. La cel mai înalt nivel de organizare (Tabelul 1.1), biosferă este colecția tuturor ecosistemelor și reprezintă zonele vieții pe Pământ. Include pământ, apă și atmosferă.

Care dintre următoarele afirmații este falsă?

  • Țesuturile există în organele care există în cadrul sistemelor de organe.
  • Comunitățile există în cadrul populațiilor care există în cadrul ecosistemelor.
  • Organitele există în interiorul celulelor care există în țesuturi.
  • Comunitățile există în cadrul ecosistemelor care există în biosferă.

Specii, tipuri și evoluție

Creaționiștii se opun ideii că speciile pot evolua la nesfârșit și îi acuză pe biologii evoluționisti că nu reușesc să-și definească termenii în mod corespunzător. În acest articol, vreau să trasez pe scurt istoria ideii de specie și să arăt că este de fapt o virtute a biologiei, care încearcă să facă termenii să urmeze dovezile, mai degrabă decât să le definească pe toate în față. Ideea că speciile erau considerate universal fixate înainte de Darwin este pur și simplu greșită - mulți gânditori creaționisti din perioada clasică până în secolul al XIX-lea au crezut că speciile se pot schimba. Problema evoluției a fost, de fapt, imposibil de sugerat până când nu s-a afirmat că speciile au fost fixate și, de îndată ce a fost sugerată, la fel și evoluția. A existat o neclaritate de lungă durată cu privire la „felurile” vii, care se întoarce la epoca clasică și care rezultă dintr-o bună observație. Mai mult, nimic din tradițiile biblice sau teologice nu necesită ca speciile să fie fixate, ci doar că există tipuri, pe care nici evoluționiștii, nici creaționiștii tradiționali nu le-au negat vreodată.

Deoarece numărul „conceptelor” de specii din literatură este mare, am încercat, de asemenea, să le pun în context și să le listez pentru o referință ușoară (vezi această pagină). În acest fel, atunci când un „concept” este menționat într-un text, acesta poate fi comparat cu alte concepții candidate. Este clar pentru mine, în orice caz, că există multe concepții despre specii și că biologii îl folosesc pe cel care se potrivește cel mai bine organismelor pe care le studiază. Mă gândesc la asta ca la o „delicatese conceptuală” - atunci când oamenii de știință au nevoie de un concept de specie pentru a se potrivi organismelor studiate, în mod obișnuit, aceștia vor asambla un „sandviș club” personalizat din ideile anterioare. Aceasta nu este o practică rea - dacă știința este despre învățarea și utilizarea cuvintelor pentru a exprima această învățare, atunci ar trebui să ne așteptăm ca ei să facă acest lucru și, de fapt, ei ar trebui să.

Pentru a înțelege conceptul de specie, trebuie să înțelegem cum sa dezvoltat noțiunea în istoria cercetării biologice. Un punct care trebuie întotdeauna avut în vedere: oamenii nu au devenit brusc deștepți la publicarea publicației Despre originea speciilor și nici nu au fost observatori răi înainte de acea dată. Și rețineți un punct legat de acest lucru: angajamentul religios nu a avut prea mult de-a face cu genul de concluzii pe care istoricii naturali și biologii le-au ajuns înainte de Darwin și se pare că în știință, încă nu o face acum.

Evoluția conceptului de specie

Atunci Dumnezeu a zis: „Pământul să producă vegetație: plante care sădească semințe și copaci pe pământul care să rodească cu sămânță în el, după felurile lor diferite”. Și așa a fost. Pământul a produs vegetație: plante care au sămânță în funcție de felul lor și copaci care au rod cu semințe în el în funcție de felul lor. Și Dumnezeu a văzut că este bine. ...

Și Dumnezeu a spus: Lasă apa să strălucească de făpturi vii și lasă păsările să zboare deasupra pământului pe întinderea cerului. Așa că Dumnezeu a creat marile creaturi ale mării și toate lucrurile vii și mișcătoare, cu care apă se varsă, după felul lor, și fiecare pasăre înaripată după felul său. Și Dumnezeu a văzut că este bine. ...

Și Dumnezeu a zis: „Țara să producă făpturi vii după felul lor: animale, făpturi care se mișcă de-a lungul pământului și animale sălbatice, fiecare după felul său”. Și așa a fost. Dumnezeu a făcut animalele sălbatice după felul lor, vitele după felul lor și toate creaturile care se mișcă de-a lungul solului după felul lor. Și Dumnezeu a văzut că este bine.

Geneza 1, versetele 11-2, 20-1, 24-5, Noua versiune internațională

Atâta timp cât oamenii cultivă plante și cresc animale, au fost conștienți de faptul că un organism dă naștere unui altul foarte asemănător. Adică au știut că lucrurile vii vin în feluri. Acest lucru nu se limitează la Biblie, desigur. Aristotel o știa. La fel a făcut și Teofrast, elevul său, numit uneori tatăl botanicii. Nu este, după cum se spune, o intervenție chirurgicală cu rachete.

Așadar, având în vedere scara relativ scurtă de timp a observației umane, a rezultat că oamenii ar tinde să creadă că speciile, tipurile vii, sunt stabile și au făcut-o. Dar nu credeau că există specii incapabil să se schimbe foarte mult timp, până când John Ray, un genial botanist englez din secolul al XVII-lea care a compilat prima floră completă (din Cambridgeshire și apoi din Anglia), a scris într-o lucrare influentă:

Aceasta a fost prima înregistrare biologic definiția „speciei”, deși termenul logic fusese folosit în contexte biologice cu mult timp înainte de aceasta. Dar a lui nu era viziunea tradițională. După o sugestie a lui Aristotel că speciile noi s-au format prin hibridizare la găurile de apă din Africa, Sf. Augustin, printre altele (inclusiv unul dintre traducătorii Bibliei King James), a acceptat cu bucurie că speciile noi ar putea fi formate din cele vechi. Linnaeus însuși, care este uneori considerat ca inițiatorul fixismului speciilor, a observat hibridizarea între două specii de plante în propria sa grădină, iar târziu în viață și-a revizuit opinia că speciile erau așa cum le-a creat „Ființa infinită” pentru prima dată. Cu siguranță nu exista o tradiție în cercurile teologice creștine care speciază a avut să fiu neschimbată înainte.

În timpul Evului Mediu, puțină istorie naturală - sau biologie așa cum am numi-o acum - se făcea. Dar a existat o excepție: împăratul Sfântului Roman Frederic al II-lea de Hohenstaufen (1194–1250) a fost un șoim dornic și a scris, literalmente, cartea de pe el, constatând că Aristotel era uneori puțin prea credul și mai rău că nu reușea să discutați șoimi, șoimi și păsări de vânătoare. Frederick a avut resursele și timpul necesar pentru a face un studiu adecvat și a constatat că speciile de păsări nu erau deloc lucruri simple. S-a hotărât să se încrucișeze ca standard. Albert cel Mare, care avea acces atât la șoimii și scrierile lui Frederick, a urmat această idee. Dar ambii au luat încă suficient de în serios vechea idee de generație spontană de specii din alte specii pentru a o investiga. Frederick a trimis trimiși în Suedia în căutarea unor dovezi pro sau împotriva ideii că gâsca de balană a apărut din viermi (așa și-a luat numele). Nu a găsit nicio dovadă și a concluzionat că ideea se bazează pe ignoranță. Albert a făcut experimente de reproducere și a reușit să arate că gâștele depun ouă în mod obișnuit.

Așadar, ar trebui să renunțăm în primul rând la ideea că oamenii dinaintea lui Darwin credeau că speciile erau fixate, în mod necesar. Unii au făcut mulți nu. Mai mult, aproape de îndată ce ideea fixismului de specii a prins, a fost contestată. Linnaeus a făcut ideea populară în Systema Naturae, a cărei prima ediție a fost în 1735. În 1745, fizicianul Pierre Maupertuis a susținut în Venusul său fizic că speciile au evoluat, că au făcut-o printr-o versiune brută a selecției naturale și că a moștenit caracteristicile au fost transmise într-un raport 3: 1 atât prin mamă, cât și prin tată. Deși acest lucru nu a influențat mulți oameni la acea vreme, indică faptul că fixismul nu era universal în rândul oamenilor de știință, chiar și atunci când era încă o idee nouă.

De ce avem tendința să credem că pre-darwinienii erau toți fixiști? În parte, acest lucru se datorează faptului că Darwin a fost folosit ca un punct de cotitură în biologia modernă, ceea ce, desigur, el a fost, și astfel unii, principalul evoluționist Ernst Mayr dintre ei, au încercat să-l facă sursa supremă a tot ceea ce este corect în modern biologie. Mai mult, credem că credința religioasă dinaintea lui Darwin trebuie să fi forțat oamenii să fie fixiști. Dar mulți creștini destul de ortodocși au susținut transmutarea speciilor și, în unele cazuri în care acest lucru a fost negat, cum ar fi marele anatomist baronul Cuvier, nu a fost din motive religioase, ci din lipsa probelor (deși Cuvier a reușit să prezinte dovezile că flora și fauna nu au fost constante în timp, chiar și în Europa).

De asemenea, nu este adevărat că credința în creație ca atare a forțat o poziție fixistă a speciei. În afară de deism, care l-a perceput pe Dumnezeu ca pe un creator care a părăsit efectiv lumea pentru a conduce legile pe care le-a creat, mulți creștini au susținut că lucrarea creației era încă în curs. Și creștinii care au fost istorici naturali, fie că sunt botanici sau zoologi, au descris deseori speciile destul de bine.

Există un alt mit - acela că înainte de Darwin naturalistii credeau că speciile erau definite prin morfologia sau „esența” lor. Dar morfologia a fost folosită de taxonomiști pur și simplu ca o modalitate de identificare a speciilor, nu ca cauză a acestora, și chiar Linnaeus știa că „sistemul său natural”, așa cum a ajuns să fie numit, era o convenție utilă, nu un sistem natural deloc . Taxonomiștii s-au certat Cum pentru a defini speciile, dar în aproape toate cazurile era vorba despre câte și ce tipuri de personaje erau de încredere. La începutul secolului al XIX-lea, nu exista o „problemă de specie”, ci doar o „întrebare de specie”, pe care un geolog minor cu numele de Charles Lyell o numea „acel mister al misterelor” - de ce existau specii? Nu era o întrebare pe care el, creștin ortodox, credea că i se poate răspunde din Scriptură. Nici eventualul său discipol Darwin nu a crezut asta.

Viziunea lui Darwin asupra speciilor a fost, de asemenea, înțeleasă greșit, în parte pentru că el nu a considerat cu adevărat definiția unei specii ca fiind întrebarea principală. La fel ca mulți taxonomi profesioniști (Darwin a scris prima și încă una dintre cele mai bune descrieri ale balanelor), el a găsit că certurile constante cu privire la faptul că acest soi sau aceea era o specie separată sau aceeași, constituiau o neplăcere pentru a face munca. El l-a citat cu amuzament ironic pe un taxonom, Phillips, care a declarat „în cele din urmă am aflat singura definiție adevărată -„ orice formă care a avut vreodată un nume specific ”! Și a existat, în 1842, un set de standarde din care derivă toate regulile taxonomice moderne - Darwin era membru al comitetului - care a instituit în mod oficial regula lui Linnaeus conform căreia speciile trebuiau să aibă un binom (un gen și un nume de specie) și că numai profesioniștii ar putea numi specii (pentru a opri pasionații de observare a păsărilor, numind fiecare penaj diferit ca specie). În Origin, el a scris:

Pe baza acestor comentarii și a altor comentarii, el părea să spună că o specie nu este un lucru real, ci că este exact ceea ce noi numit ceva pentru comoditate. Dar, în lucrările sale în ansamblu, tratează speciile ca fiind lucruri reale, mai ales (dar nu întotdeauna) izolate de infertilitate, cu adaptări ecologice diferite. Punctul său a fost, și rămâne un punct de lipire astăzi, că diferența dintre o specie și o varietate în cadrul unei specii era vag. Aceasta, desigur, se datorează faptului că speciile, cum ar fi dunele de nisip, râurile și norii, nu au limite grele și ascuțite între ele din cauza evoluției.

Aproximativ timp, evoluția fusese acceptată universal de naturaliști (acum numiți biologi), dar înainte ca noul darwinism al sintezei geneticii și evoluției să fi fost stabilit, un EB Poulton a scris o lucrare în 1903 intitulată „Ce este o specie?”. în care a abordat ceea ce a devenit acum „problema” speciei. Aceasta a stabilit agenda pentru secolul următor. De la identificarea utilă a unor tipuri care ar putea varia, în Evul Mediu târziu și după, până la a fi o problemă cu privire la cine a ajuns să numească speciile și cum ar trebui să fie diferențiate, acum speciile erau „unitățile” evoluției și biologie în general. Și a urmat o adevărată explozie de încercări de definire a speciilor. Până la sfârșitul secolului al XX-lea, au existat aproximativ 22 de concepte distincte identificate de RL Mayden și, în funcție de modul în care le împarte, au fost adăugate câteva altele. După numărul meu, există aproximativ 26 de concepte (vezi bara laterală, p 42-3).

Ei bine, nu tocmai concepte. Există doar una concept, pe care o etichetăm cu cuvântul „specie”. Sunt 26 și cam așa ceva concepții, sau definiții, pe care le definim în alte moduri. Acest punct filosofic ușor pretențios contează. Ne certăm despre cel mai bun mod de a defini un concept. Acest lucru depinde de date științifice, teorie și alți factori (unii dintre ei politici, în cadrul comunității științifice). Am putea nega faptul că conceptul chiar are o definiție utilă sau am putea crede că am fost induși în eroare prin utilizarea unui singur cuvânt și căutăm o serie de concepte diferite care servesc scopurilor științei și cunoașterii. Menționez acest lucru deoarece una dintre afirmațiile deseori repetate făcute de anti-evoluționiști este că, dacă nu putem defini termenii noștri, nu putem arăta că speciile evoluează. Acest canard se întoarce la Louis Agassiz, celebrul geolog și paleontolog, care a introdus singură America în biologie. Agassiz a scris:

Creaționiștii vor susține adesea că nu sunt interesați de nivelul speciilor, totuși. Inițial, creaționismul a cerut fixitatea speciilor. În anii 1920, când George McCready Price a egalat „speciile” cu „genurile” biblice, a fost forțat să permită Arca să poarte „orice fel”, să ridice ștacheta mai sus. Chiar și acest lucru nu a fost original. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, Buffon, predecesorul lui Cuvier, a sugerat că există un „prim stoc” din care au evoluat toți membrii unui fel, astfel încât toate pisicile au evoluat dintr-un animal original, modificat de geografie și climă, de exemplu. Așadar, creaționiștii înșiși au o „problemă vagă” nu mai puțin decât o are biologia evoluționistă. Viața este vagă. Cu siguranță „genul” creaționist sau „baramin”, așa cum denumesc ebraicul pentru „genul creat”, este extrem de elastic. Având în vedere acea elasticitate, motivația pentru inferența care a fost făcută în mod natural în secolele XVII și XVIII că specii nu evolua este subcotat. Dacă genurile nu sunt exacte în reproducere, de ce să credem că relatarea din Geneza este suficientă pentru a interzice evoluția? Răspunsul este, desigur, că literalismul biblic nu este motivația principală pentru opoziția față de evoluție.

Concepții de izolare reproductivă
Începe în 1935, când un tânăr genetician al muștelor fructelor pe nume Theodosius Dobzhansky a publicat o lucrare „O critică a conceptului de specie în biologie” într-un jurnal de filosofie. Nu că nu au existat evoluții după Darwin. Diverse persoane au sugerat că speciile erau „linii genetice pure” sau „tipuri sălbatice” care nu variau prea mult. Genetica mendeliană a provocat multe dezbateri despre specii. Dobzhansky a susținut că o specie este:

O mare parte din accentul pus pe specii după aceasta s-a concentrat pe mecanisme de izolare reproductivă sau pe scurt, RIM. Opinia lui Mayr a fost că speciile se formează atunci când o parte a speciei este geografic izolată de aria principală și evoluează în felul său, astfel încât, atunci când revine în contact, RIM-urile au evoluat, ca să zicem, din întâmplare, iar cele două nu mai sunt se încrucișează cu succes.Selecția împotriva hibrizilor, care nu sunt, ca să spunem așa, nici pești, nici păsări în adaptări ecologice, întărește apoi izolarea (un proces numit „selecția re-întăririi”). Versiunea Mayr a originii speciilor, publicată în 1942 și reiterată pentru următorii 60 de ani (Mayr a supraviețuit până la 100, supraviețuind multor adversari și astfel obținând ultimul cuvânt), se numește alopatric teoria speciației. Alopatria înseamnă că două populații sau specii sau grupuri de organisme trăiesc în zone diferite (alo- = altul, patria = patrie). Tipul alternativ de speciație, care este de fapt punctul de vedere al lui Darwin, este numit simpatric (sim- = împreună) speciație și este extrem de controversată în rândul specialiștilor, unii considerând că apare, în special printre muștele fructelor și peștii legați de lac, unde a fost studiat, iar alții considerând că nu, iar dezbaterea continuă. Este necesar ca RIM-urile să evolueze la locul lor, ca să spunem așa, iar cei care nu spun sunt de părere că acest lucru este puțin probabil să se întâmple. Dacă se produce speciație simpatrică, atunci nu poate exista decât un singur motiv - selecția naturală. Lucrările teoretice recente arată că este posibil dacă condițiile sunt corecte. Ceea ce nu știm încă sigur este cât de des sunt condițiile sunt dreapta.

Există o altă clasă necontestată de procese de speciație - care implică de obicei hibridizarea, acea idee veche a lui Aristotel. La plante în special, dar și la animale, ciuperci, bacterii și așa mai departe, uneori completele genetice întregi se pot dubla, tripla sau mai mult, rezultând o afecțiune cunoscută sub numele de poliploidie. Când se întâmplă acest lucru, uneori cromozomii și genele nu se aliniază din cauza structurilor genetice diferite ale părinților, dar o dublare suplimentară a genomului, urmată de o diviziune celulară, poate conferi celulei un set pereche de cromozomi, permițându-i să a găsit o nouă specie în una sau câteva generații. Când două specii se încrucișează, acest lucru permite organismului rezultat să aibă un set de cromozomi. S-a estimat că aproape toate ferigile, de exemplu, au un caz de poliploidie în strămoșii lor și până la 7% din speciile reale de ferigi sunt formate în acest fel. De asemenea, a fost văzut la plante cu flori, corali, lăcuste, alte insecte și reptile. Se presupune chiar că întreaga ramură de mamifer a arborelui evolutiv a început cu acest tip de eveniment. Deci, într-un fel, Linnaeus și Aristotel aveau dreptate ... un fel de. Chiar și Mendel a crezut că acesta ar putea fi motivul pentru care evoluează specii noi, ceea ce a informat cercetarea sa în forme hibride, deși a studiat hibridizarea în interiorul, nu între specii.

Concepții evolutive
Așadar, concepțiile RISC au multă libertate de interpretare. Dar nu sunt singurele concepții de pe tablă. Un fel de concepție se numește concepte de specii evolutive, care este și un nume greșit (deoarece toate speciile au evoluat). Din această perspectivă, nu prea contează dacă două posibile specii luate în considerare sunt izolate reproductiv. Chiar dacă există un flux de gene între ele în mod regulat, ceea ce contează este dacă acestea rămân sau nu distincte din punct de vedere evolutiv. Definiția lui Dobzhansky are un indiciu în acest sens, dar formularea originală se datorează unui paleontolog, George Gaylord Simpson. Simpson a definit-o astfel în 1961, deși există o definiție mai timpurie și mai tehnică din zece ani înainte:

Ceea ce contează aici este că, indiferent de ceea ce se întâmplă în ceea ce privește schimbul de gene, populațiile rămân distincte și au propriile forme, adaptări și soartă. Termenul „descendență” folosit aici este deosebit de important, deoarece a concentrat gândirea biologilor mai mult în termeni evolutivi și a dat naștere unei alte clase de concepții - concepte de specii filogenetice.

Concepțiile evolutive au fost extinse de la Simpson pentru a include organisme asexuate (care, în mod strict, nu formează populații, deoarece acest termen implică interreproducere). Punctul important este că există o singură descendență în timp. În schimb, concepțiile RISC implică un „orizont” unic, ceea ce înseamnă că o specie este ceva care la un anumit moment și loc nu se încrucișează cu alte populații și, de asemenea, exclud, în mod necesar, organismele asexuale.

Concepții filogenetice
Există un grup de concepții despre specii care intră sub numele comun de concepte de specii filogenetice. O filogenie este, desigur, o istorie evolutivă, iar propunerea inițială pentru o concepție filogenetică a venit de la Willi Hennig, un entomolog est-german care a reușit totuși să influențeze un număr mare de biologi în timpul Războiului Rece. Metodologia și filosofia clasificării lui Hennig sunt cunoscute astăzi drept „cladistică”.

Hennig nu și-a propus să vină cu un nou concept de specie. A presupus cam ceva de genul unui amalgam al definițiilor lui Mayr și Simpson. Diferența consta în faptul că s-a concentrat pe elementul descendent și l-a combinat cu o relatare clară și formală a realizării logice a grupurilor. În cartea sa Phylogenetic Systematics, tradusă în engleză în 1966, el a inclus o diagramă despre speciație (redesenată mai sus ca figura 1) și când să numească o nouă specie.

Există mai multe linii în această diagramă. Ignorând terminologia tehnică (Hennig a fost una excelentă pentru inventarea numelor clasice), puteți vedea că fiecare organism individual face parte dintr-un genealogic descendență. Acestea, atunci când sunt grupate împreună, formează un specii descendență. În mod clar, ceea ce face o descendență de specii este faptul că rețeaua generală încurcată de descendențe genealogice nu s-a împărțit încă (așa cum în diagrama din dreapta a marcat „relații filogenetice”). Când are, spune Hennig, vechea specie se stinge și două noi apar (ca în cercurile separate din partea de sus).

Această prevedere a provocat multă anxietate. Părea să spună că o specie are să se stingă atunci când apar altele noi, dar, desigur, o nouă specie poate evolua fără a o modifica prea mult pe cea veche, dacă nu. Convenția lui Hennig, așa cum se știe, era mai degrabă un punct denumire specii decât o definiție a naturii lor biologice. Când apare o nouă specie, vechiul nume se referă doar la o parte din descendenții săi, iar pentru Hennig asta însemna că nu mai este numit un grup „natural”. Este mai degrabă ca a numi muzica rock „blues”, deoarece este un descendent al blues-ului. Ceea ce a spus Hennig ar însemna că ceea ce este încă „blues” trebuie să obțină un nou nume, astfel încât muzicologii să poată vorbi fără ambiguitate (deci s-ar putea numi „blues tradițional”).

Concepțiile speciilor filogenetice vin în trei arome largi. Una este concepția „pură” hennigiană descrisă mai sus. Dar metodologia lui Hennig s-a bazat și pe divizarea organismelor prin caracteristici comune, ceea ce este o întrebare de diagnostic. Deci, o altă concepție filogenetică, pe care eu o numesc concepție autapomorfă (după unul dintre termenii tehnici ai lui Hennig care înseamnă „forme derivate”), definește o specie ca nodul final al unui arbore filogenetic, care se bazează pe compararea multor caracteristici. Dacă analiza nu produce niciun grup mai mic, atunci organismele din acest grup constituie o specie. Acest lucru are un efect secundar al creșterii numărului de specii peste vechea concepție RISC - de până la cinci ori - și din acest motiv nu este acceptat de mulți taxonomi. Pe de altă parte, dacă într-adevăr o specie este doar rețeaua încurcată, încă nedivizată, a relațiilor genealogice, cu asta trebuie să ne ocupăm. Concepția autapomorfă tinde să lase problemele istorice cu privire la faptul dacă arborele filogenetic este sau nu o bună reprezentare istorică pe o parte. „Specia” de aici este diagnosticată.

Cealaltă concepție o numesc concepția taxogen filogenetică. Din această perspectivă, o specie este doar un alt tip de taxon într-un copac filogenetic - unul care se întâmplă să fie monofiletic și nedivizat. Monofil în acest caz înseamnă pur și simplu că nu este exclus nici un descendent al speciei originale, deci dacă este o singură specie făcut împărțit în două, ar fi fost o specie înainte, dar acum este două specii, ceea ce este destul de evident. Cu toate acestea, această viziune permite ca numele vechi să fie „păstrat” de unul dintre descendenți.

Concepțiile filogenetice sunt într-un fel parazite asupra concepțiilor biologice precum RISC. Pentru a ști că două organisme se află în aceeași specie, unul trebuie să elimine caracteristicile subspecifice, cum ar fi, de exemplu, penaje diferite sau molecule sau gene ale sistemului imunitar. În caz contrar, se pot împărți organismele până la indivizi cu mutații noi sau variații ușoare. Există și cei care fac acest lucru, care intenționează să elimine „speciile” din vocabularul de lucru al biologilor și să-l înlocuiască cu „grup evolutiv” sau „taxon cel mai puțin inclusiv”, le putem denumi colectiv ca „eliminatoriști ai speciilor”.

Concepții ecologice
În anii 1920, un botanist suedez pe nume Göte Turesson a propus că există diferite tipuri de „specii”, dintre care una a fost un răspuns la ecologia locală. Deși nu mendelian, deoarece Turesson părea să creadă că mediul a schimbat direct genele, a lui ecospecii conceptul a fost reînviat din când în când. Diversi autori, inclusiv Mayr, au sugerat că ceea ce face ca o specie să fie ocuparea unei „nișe” ecologice, iar în 1976 botanistul american Leigh Van Valen a sugerat că o specie era o descendență „care ocupa o zonă adaptativă” diferit de alte specii. „Propunerea” lui Van Valen (nu a numit-o o definiție) a combinat atât contul RICS al lui Mayr, cât și contul evolutiv al lui Simpson, căci ideea „zonei adaptive” este și a lui Simpson.

Exemplul lui Van Valen a fost complexul american de stejar alb, Quercus, care se va încrucișa destul de liber și totuși rămâne stabil fenotipic. Acest lucru se datorează, a spus el, adaptării la anumite nevoi ecologice. Cazuri similare au fost găsite în altă parte, de exemplu, eucaliptele australiene se încrucișează cu rude mai îndepărtate, dar sunt adesea infertile cu cele mai apropiate.

Ideea care stă la baza acestei concepții este celebrul „peisaj adaptativ”. O specie, indiferent de fluxul genetic între populațiile altor specii, ocupă un „vârf” în acel peisaj (vezi, de exemplu, punctul de vedere susținut de Richard Dawkins în Suport de urcare improbabil [New York: WW Norton, 1996]) unde metafora unui peisaj adaptativ presupune implicit acest lucru. Ecospeciile se formează atunci când peisajul adaptiv „se fracturează”, pentru a folosi un termen de la filosoful Kim Sterelny. Lucrările recente privind speciația sugerează că acesta este un factor în majoritatea cazurilor, deși are un rol diferit în speciația alopatrică decât în ​​speciația simpatrică sau poliploidă.

O pungă de concepții
La fel ca în orice taxonomie, există câteva lucruri care nu se încadrează perfect în această schemă. Multe dintre concepțiile actuale amestecă și potrivesc aspecte ale acestor concepții, astfel încât o descriere specială ar putea fi caracterizată ca, să spunem, o explicație izolaționistă, evolutivă, genetică. Dar există și concepții despre specii care fac propuneri pozitive, de exemplu, pentru speciile asexuale. La un moment dat era deschis să ne îndoim că astfel de lucruri existau sau erau rare, dar în afară de speciile bacteriene (care uneori nu au „sexe”, dar pot schimba gene în diferite condiții), există un număr din ce în ce mai cunoscut de „partenogenetice”. specii (la animale - la plante sunt numite „apomictice”) care nu au nevoie să-și fertilizeze ovulele sau semințele. Organismele care provin din organisme sexuale sunt uneori asexuale, precum celebrele șopârle whiptail din sudul SUA și nordul Mexicului (gen Cnemidophora). În multe cazuri, acestea se formează prin hibridizare între specii strâns legate, la animale și plante. Virușii formează, de asemenea, „specii” numite „cvasispecii”, de obicei fără a trece peste materialul lor genetic.

O altă concepție de specie este uneori numită „convenționalism”, sau mai puțin precis, dar mai frecvent „nominalism de specie”. Această viziune este foarte populară în rândul celor ale căror idei despre evoluție derivă din opera geneticianului JBS Haldane la începutul secolului al XX-lea. Practic se pretinde că speciile sunt doar nume, alese pentru comoditate, astfel încât specialiștii să poată vorbi între ei. Cu toate acestea, dacă speciile sunt doar ficțiuni convenabile, de unde știu specialiștii că termenii lor se referă la aceleași lucruri?

Și, în cele din urmă, să analizăm problemele identificării speciilor în fosile. Nu toate informațiile despre un organism sunt înregistrate într-o fosilă. Avem date despre părțile dure și, mai rar, despre impresiile pielii sau ale penei, dar nu ni se oferă genetica, comportamentele, culorile, gamele sau preferințele de împerechere. Și aceștia sunt adesea markerii de a fi o specie RISC sau sunt folosiți pentru diagnosticarea speciilor filogenetice. „Paleospeciile”, așa cum se numesc uneori, pot fi mai puțin arbitrare decât speciile convenționaliste, dar nu sunt neapărat mapate pe specii „biologice”.

Luați în considerare dezbaterea din evoluția umană cu privire la dacă Homo sapiens a lăsat Africa întreagă, parcă, sau dacă a fost o paleospecie anterioară, Homo erectus, încrucișat cu H sapiens după aceea. Lucrările recente ale lui Alan Templeton sugerează că au existat trei migrații majore din Africa, fiecare dintre acestea a lăsat o amprentă genetică asupra populației moderne. Deci sunt H erectus și H sapiens o specie sau două? S-ar putea să reușim să rezolvăm acest lucru prin felul de lucru pe care îl face Templeton, dar la fel s-ar putea să nu.

Cunoașterea speciilor
Acum concepțiile „biologice”, evolutive și filogenetice au o problemă operațională pentru biologi - cu excepția cazurilor foarte rare, este aproape imposibil să se dea criteriile definițiilor pentru identificarea și demarcarea speciilor. Au existat cazuri în care două forme au fost identificate ca fiind aceeași specie, deoarece au fost observate împerechere, dar nu există resurse sau timpul necesar pentru a face experimente de împerechere asortativă de spus în fiecare caz. De fapt, multe specii „biologice” și evolutive, cum ar fi tigrii și leii, care au fost izolate de milioane de ani, poate sa se încrucișează în condiții artificiale, iar descendenții lor sunt fertili, astfel încât testele de împerechere ar putea să nu ajute oricum. În secolul al XVIII-lea, Buffon a stabilit că unele specii se pot încrucișa ocazional (motiv pentru care a crezut că există un prim stoc pentru grupuri de animale). Deci definițiile sau concepțiile așa cum prefer eu nu sunt de mare ajutor. Și în ceea ce privește concepțiile evolutive, pur și simplu nu avem acces direct la dovezile de care avem nevoie în cazul speciilor dispărute și chiar existente. Ar putea fi adevărat că speciile au destine distincte, dar de multe ori nu știm.

Este important să separați problemele speciilor sunt din problemele legate de modul în care sunt speciile cunoscut sau identificat, deoarece, în timp ce biologia evolutivă și genetica indică unele dintre procesele prin care evoluează speciile, testele pe care le folosim pentru a afla dacă două organisme sunt sau nu aceleași specii pot fi de fapt destul de incidentale cauzelor fiind specii. Sunt folosite multe teste, mai ales teste genetice și moleculare în zilele noastre. O propunere recentă numită Codificare în bare ADN folosește rapid o anumită genă pe organitele celulare cunoscute sub denumirea de mitocondrii pentru a identifica speciile pentru conservare și alte scopuri, dar nimeni nu crede că gena, COX1, cauzele speciație. De fapt, în cazurile în care „genele de speciație” au fost studiate, acestea sunt gene nucleare, nu gene mitocondriale (și oricum este puțin probabil ca aceleași gene să provoace speciație în toate grupurile). Când creaționiștii atacă biologia evoluției pentru că nu au putut defini termen „specii”, acestea confundă identificarea și diagnosticul speciilor și semnificația termenului „specie”. Ocazional, unii oameni de știință fac același lucru.

Să presupunem că luăm un exemplu nonbiologic - „munte”. Dacă nu putem da o definiție universală a acestui termen, nu înseamnă că nu există munți, sau chiar că nu putem spune dacă ne uităm la unul. Iar teoria geologică a tectonicii plăcilor explică de ce există munți chiar și atunci când termenul nu este definibil. Definițiile sunt pentru filozofie, dar știința se poate lipsi de ele dacă este nevoie. Speciile sunt fenomenele biologiei pe care le explică teoria, nu concepte a priori care trebuie clarificate exact. Poate că, așa cum propun unii, ar trebui să înlocuim termenul cu o serie de alți termeni, cum ar fi „grup evolutiv”, „unitate taxonomică cel mai puțin inclusivă” și așa mai departe. Unele „specii” vor fi atât grupuri evolutive, cât și taxonii cel mai puțin incluzivi. Unii nu pot. Juriul este încă în discuție cu privire la valoarea acestor idei.

Biologul evolutiv Massimo Pigliucci și filosoful Jonathan Kaplan au propus că termenul „specie” este de fapt ceea ce filosofii numesc „predicat de asemănare familială”. Acest lucru se întâmplă atunci când este o instanță de tip general la care se face referire printr-un cuvânt (exemplul filosofic clasic este „joc”) are multe criterii și, atâta timp cât majoritatea dintre ele sunt îndeplinite de o anumită instanță, este o parte a genului . Dacă evoluția se desfășoară așa cum ar trebui să ne așteptăm de la teoria modernă, atunci această pletoră și confuzie a conceptelor de specii este ușor de explicat - evoluția este un proces gradual la scări genetice și comportamentale (dar poate fi bruscă la scări geologice și ecologice) și așa vom face vezi speciile în tot felul de etape de speciație, dispariție, compatibilitate între reproduceri și așa mai departe. Bineînțeles, într-o situație creaționistă, nu există o astfel de explicație. Dacă „genurile” sunt fixate, ar trebui să vedem doar expresia varietății create (și, desigur, acea varietate nu ar fi putut trece prin Arcă, dar să presupunem că creaționismul este separat de literalismul Potopului), iar acest lucru ar trebui să fie clar și limitat. În schimb, vedem specii în grupuri de soiuri diferite și slab definite. Este multă greutate pentru un simplu cuvânt - „bun” - să suporte. Știința nu are nevoie de ea - atâta timp cât modul în care cuvintele sunt folosite de fiecare specialitate va servi pentru a descrie ceea ce este observat.


Evoluția rapidă modifică speciile în timp real

În calitate de student absolvent la sfârșitul anilor 1970, David Reznick și-a propus o modestă căutare de a testa o parte cheie a teoriei evoluției. Reznick a dorit să examineze conceptul lui Charles Darwin despre lupta pentru existență - în mod specific, modul în care interacțiunile prădător-pradă modelează evoluția noilor specii. Entuziast și ambițios, intenționa să o facă în sălbăticie. „Am vrut să văd cum se întâmplă evoluția”, spune Reznick, acum biolog evoluționist la Universitatea din California, Riverside.

Așadar, în 1978, a zburat către Trinidad în căutarea unor guppi. Înarmat cu o hartă topografică trasată pe o bucată de hârtie pentru caiete, s-a îndreptat în zona de nord accidentată a insulei Caraibelor.Lucrând sub un baldachin de copaci tropicali în mijlocul păsărilor care scârțâiau, fluturi multicolori și boas, el a adunat 1.600 de guppi, o specie de pești colorată atât de prolifică încât femelele pot produce zeci de bebeluși la fiecare trei până la patru săptămâni. Reznick a fost curios să vadă dacă prădătorii pot afecta adaptarea genetică la guppi într-un timp scurt.

Nu a fost considerat un experiment promițător. Cu un secol mai devreme, Darwin presupusese că evoluția durează de la zeci la sute de mii de generații pentru a produce specii noi - o cale de călcat atât de lentă încât este în esență invizibilă. Această teorie s-a menținut încă atunci când Reznick a început școala de licență în 1974. Oamenii de știință studiaseră evoluția în experimente controlate de laborator, dar privirea ei se întâmpla într-un cadru natural într-o viață umană a fost considerată improbabilă, cel mai probabil imposibilă.

„Mi-am agățat cariera de ideea că ai putea schimba mediul înconjurător și a vedea lucrurile evoluând semnificativ în timp pentru a obține funcția de conducere”, spune Reznick. „Oamenii au crezut că teza mea este drăguță, dar s-au îndoit că voi trăi suficient de mult pentru a vedea rezultatele.”

Fără să se descurce, în 1981 Reznick s-a întors la fluxurile rapide ale Trinității pentru a-și testa teoria. El a transplantat gupii dintr-un loc unde trebuiau să se ferească de ciclide, un pește agresiv, cu gură largă, într-un nou loc fără prădători și fără alți gupi. Reznick a introdus, de asemenea, ciclide în siturile de guppy fără prădători.

El a descoperit că în termen de patru ani - doar șase până la opt generații - gupii masculi și-au schimbat semnificativ tiparele de reproducere. Cei transplantați dintr-un loc cu mare prădare într-un curs fără prădători au fost mai mari, s-au maturizat mai târziu și s-au reprodus mai încet. Acolo unde Reznick a introdus prădători, gupii s-au adaptat prin maturizarea la o vârstă mai timpurie. Supraviețuirea a devenit o cursă pentru a produce mai mulți copii.

„Riscul de moarte modifică modul în care organismele alocă resurse pentru supraviețuire”, spune Reznick.

Rezultatele studiului său finanțat de federal au determinat ceea ce el numește unul dintre cele mai mândre momente ale sale în știință: o poveste National Enquirer cu titlul: „Unchiul Sam irosește 97.000 de dolari pentru a afla cât de vechi sunt gupii când mor”. De fapt, Reznick chicotește: „Am învățat mult mai mult decât atât”. Munca sa cu gupii i-a schimbat gândirea la cât de repede pot evolua speciile. Și a ajutat la lansarea unei schimbări de paradigmă în gândirea oamenilor de știință despre evoluție.

În deceniile de după prima călătorie a lui Reznick în Trinidad, alte studii au demonstrat un impuls rapid spre adaptare pe care oamenii de știință au ajuns să-l numească „evoluție rapidă”. Cercetătorii care odată presupuneau că evoluția necesită milenii documentează adaptarea speciilor în decenii simple sau chiar în perioade de timp mai scurte. Țânțarii care au colonizat metroul londonez în 1863 sunt acum atât de diferiți încât nu se mai pot împerechea cu rudele lor supraterane. Somonul chinook din Alaska până în California avea nevoie doar de o generație umană pentru a deveni mai mică și mai scurtă după o creștere a pescuitului comercial în anii 1920. Adaptarea se întâmplă chiar sub nasul nostru, în timpul vieții noastre.

Cel mai recent, biologul evoluționist Yoel Stuart a descoperit că șopârlele verzi anole de pe insulele din Florida Indian River Lagoon au avut nevoie de doar 20 de generații pentru a se adapta unei invazii de anole brune. Conduși către invadatori către stinghii mai mari, anolii verzi au devenit mai buni la prinderea ramurilor prin dezvoltarea toepadelor mai mari cu mai multe solzi - în doar 15 ani. Sunt mai multe dovezi ale „schimbării evolutive pe scări de timp observabile”, spune Stuart, acum la Universitatea Texas din Austin.

Multe dintre adaptările extraordinare care se întâmplă în jurul nostru pot fi din cauza noastră. Deoarece activitatea umană perturbă modelele climatice și modifică habitatele, evoluția rapidă pare a fi o strategie din ce în ce mai obișnuită pentru supraviețuire.

Efectul temperaturilor de încălzire asupra bufnițelor negre este unul dintre primele exemple documentate de adaptare la schimbările climatice într-o populație sălbatică. Ornitologul finlandez Patrik Karell și alții au descoperit într-un studiu din 2011 că colorarea bufnițelor s-a transformat ca răspuns la iernile încălzite din Finlanda.

Bufnițele sunt în două culori, gri pal și maro roșcat. Până de curând, selecția naturală a favorizat nuanța palidă, care le-a dat bufnițelor o șansă mai bună de supraviețuire într-un peisaj înzăpezit. Pe măsură ce iernile au devenit mai blânde, Karell a observat o creștere constantă a proporției bufnițelor maronii roșiatice.

„Chiar și modificările subtile modelează evoluția organismelor”, spune Reznick.

Speciile evoluează la viteze pe care Darwin nu și le-ar fi putut imagina. Dar nu toate speciile se pot adapta suficient de repede pentru a se sustrage răului. Când o specie non-nativă ajunge într-un ecosistem, speciile native sunt adesea prost echipate pentru a se apăra împotriva invadatorului străin. Cenușii din America de Nord, de exemplu, nu aveau „acomodări evolutive” pentru a proteja împotriva sondei de smarald când a sosit din Asia, spune Reznick. Drept urmare, zeci de milioane de frasin de pe continent sunt amenințați de gândacul verde, despre care se crede că a făcut autostop către SUA în lăzi sau palete.

Biologii evolutivi de astăzi au puterea analitică de a urmări adaptarea speciilor ca niciodată. Progresele în biologia moleculară le permit să identifice chiar genele care îi ajută pe indivizi să se îndepărteze de strămoșii lor pe măsură ce se adaptează la noile condiții. De exemplu, o echipă de oameni de știință de la Harvard Medical School și Princeton au identificat BMP4 ca gena cheie care sculptează ciocurile cintezelor din Galapagos, care i-au dat lui Darwin primele sale idei ale teoriei evoluției.

„Nu mai suntem obligați să deducem evoluția din amprentele sale istorice din înregistrările fosile sau din colecțiile prăfuite de molii”, spune Reznick.

Reznick și echipa sa continuă să transplanteze guppi în cursurile tropicale din Trinidad. Împreună cu alte instrumente noi de biologie evolutivă, cum ar fi analiza ADN, aceștia folosesc o tehnică pe care Reznick a dezvoltat-o ​​pentru a marca gupii individuali, astfel încât să le poată recapta mai ușor mai târziu. Această metodă de marcare permite echipei sale să reconstruiască pedigree-ul fiecărui guppi individual și să le măsoare succesul reproductiv. Cercetarea răspunde la întrebări despre modul în care interacțiunile prădător-pradă modelează speciile în evoluție, dar a generat și noi întrebări: Dacă forțele de mediu pot schimba gupii, ar putea gupii înșiși să-și schimbe ecosistemele? Intrigat, Reznick și-a îndreptat atenția asupra modului în care interacționează procesele ecologice și evolutive.

Acum, el nu doar monitorizează gupii, ci și îi urmărește pe prădătorii lor pentru a vedea cum interacțiunea schimbă ecosistemul. Echipa sa dorește să știe cum se adaptează gupii la prădători, precum și cum evoluează prădătorii ca răspuns la gupi - relațiile ecologice cauză-efect.

„La ceea ce aproape nimeni nu se gândește este că animalele și plantele lăsate în urmă ar fi putut să evolueze și să fie diferite de ceea ce erau înainte ca prădătorii să fie eliminați”, spune Reznick. Acest lucru ridică întrebări fundamentale despre restaurarea ecologică, speciile invazive, selecția naturală și ce altceva se schimbă atunci când cele mai potrivite supraviețuiesc.

Documentarea evoluției rapide a speciilor în medii naturale transformă „misterul misterelor” lui Darwin într-o aventură științifică în timp real. Și, în timp ce Reznick a reușit să urmărească evoluția, el începe să creadă că calculele sale anterioare au subestimat cât de repede se adaptează de fapt speciile în natură. „Ceea ce este incitant”, spune Reznick, „este că acum este fezabil să încorporăm evoluția în gândirea noastră despre cum se schimbă lumea”.

Această poveste a apărut inițial în format tipărit ca „Evoluția rapidă modifică speciile în timp real”


Priveste filmarea: Va aparea o noua specie de om? (Ianuarie 2022).