Биологичен вид: концепция, репродуктивна изолация и видообразуване
Разберете ясно концепцията за биологичен вид, ролята на репродуктивната изолация и механизмите на алопатрично и симпатрично видообразуване.
Концепцията за биологичните видове обяснява как се формират видовете (видообразуване). Биологичният вид е група индивиди, които могат да се размножават заедно (панмиксия). Те обаче не могат да се размножават с други групи. С други думи, групата е репродуктивно изолирана от други групи.
"Думите "репродуктивно изолирани" са ключови за определението за биологичен вид". Ернст Майр. p273
Според Ернст Майр нов вид се образува, когато съществуващ вид се раздели. Подобна идея е предложена през XIX век от Мориц Вагнер. Добжански описва ролята на репродуктивната изолация при формирането на нови видове. След като даден вид живее в два различни района, географската изолация кара размножаването между групите да намалее или да спре. Всяка група развива характеристики, които правят размножаването между тях по-лошо. В крайна сметка всяка група се превръща в "добър" биологичен вид, тъй като двата вида не се размножават помежду си, дори когато са заедно.
Това все още се смята за най-честата причина за разделяне на видовете и се нарича алопатрично видообразуване. То се противопоставя на симпатричното видообразуване, при което видообразуването се осъществява, въпреки че всички членове живеят в един и същи район.
Репродуктивна изолация: какво представлява и защо е важна
Репродуктивната изолация означава всякакъв феномен, който пречи на обмяната на гени между две групи индивиди. Тя е централна за биологичната концепция за вида, защото спира или намалява генното токове и позволява на отделните популации да еволюират по различен път.
Видове репродуктивни бариери
Бариерата може да е предзиготна (prezygotic) — предотвратява формирането на зигота, или постзиготна (postzygotic) — причинява проблеми след оплождането. Най-често разграничение:
- Пространствена/географска изолация — групите са отделени от физическа преграда (река, планина), което намалява контактите и размяната на гени.
- Времева (темпорална) изолация — видове, които се чифтосват или цъфтят в различно време (например различни сезони или часове на деня).
- Екологична изолация — индивиди използват различни хабитати или хранителни източници, въпреки че са в една географска област.
- Поведенческа изолация — различни брачни ритуали, песни или визуални сигнали пречат на разпознаване между потенциални партньори.
- Механична изолация — несъответствие в полови органи или структура, което прави оплождането физически невъзможно.
- Гаметна изолация — сперма и яйце не са съвместими, дори при среща (важи често при морски организми и някои растения).
- Постзиготни бариери — ако хибридът се образува, той може да бъде нежизнеспособен, стерилен (напр. мулета) или да показва генетичен срив след няколко поколения (hybrid breakdown).
Механизми и примери на видообразуване
Алопатрично видообразуване — най-често срещано; популация се разделя на отделни части и всяка еволюира независимо. Примери: островни видове, които се различават от материковите заради дълга изолация.
Парапатрично видообразуване — съседни популации по градиент (напр. почвени или климатични промени) развиват частична изолация. Контактната зона може да бъде тясна, но генният поток е ограничен.
Симпатрично видообразуване — видообразуване въпреки съвместно обитаване на една и съща географска област. Механизмите включват:
- Полиплоидия — особено при растенията, рязка промяна в броя на хромозомите може да доведе до незабавна репродуктивна изолация (особено чрез авто- или аллополиплоидия).
- Екологична специализация — пример: насекоми, които преминават на нов гостоприемник (host shift), като Rhagoletis (ябълкова и дивинска муха), при които изборът на хост причинява репродуктивна изолация.
- Сексуален подбор — различен избор на полови партньори вътре в една популация може да доведе до разделяне.
Процеси, подкрепящи или възпрепятстващи видообразуването
Еволюционните сили, които влияят върху видообразуването, включват естествен подбор, генетичен дрейф, мутации и генен ток. Високият генен ток забавя диференциацията; липсата му подпомага формирането на видове.
Укрепване (reinforcement) — когато хибридите имат по-ниска фитнес, естественият подбор може да усили предзиготни бариери, за да намали разхода от неуспешни чифтосвания. Напротив, интрогресията (въвеждане на гени чрез хибридизация) може да разруши бариерите и да доведе до сливане на популации.
Специални случаи и изключения
- Кръгови видове (ring species) — примерът с някои саламандри и певци дава представа за плавен преход между популации, при който съседни популации се кръстосват, но краищните форми са репродуктивно изолирани помежду си.
- Хибридни зони — области, където отделни, частично изолирани видове се срещат и кръстосват; изучаването им дава информация за силата на бариерите и възможността за генетична размяна.
- Асексуални и еднополови организми — биологичната концепция за вида има ограничения при организми, които не се размножават полово; тук се използват морфологични или филогенетични концепции.
Ограничения на биологичната концепция за вида
Въпреки своята полезност, концепцията на Майр има ограничения: не покрива добросъвестно асексуални организми, трудно се прилага при вкаменелости и при случаи на честа хибридизация. Затова са разработени и други подходи — например морфологични и филогенетични концепции за вида — които допълват разбирането ни.
Значение и текущи изследвания
Разбирането на видообразуването е важно за опазване на биоразнообразието, управление на популации и селекция в селското стопанство. Съвременните геномни методи позволяват да се проследят детайлно процесите на разделяне и смесване между популациите, да се идентифицират гените, свързани с репродуктивната изолация, и да се моделират условията, при които възникват нови видове.
В резюме: биологичният вид се дефинира чрез репродуктивна изолация — ключово понятие в еволюционната биология — но механизмите, водещи до тази изолация, са разнообразни и включват както географски, така и генетични и поведенчески фактори. Изследванията продължават да уточняват кога и как различните механизми действат в природата.
Ролята му в таксономията
Биологичният вид е основната причина за класифициране на живите същества, но прилагането му на практика не е лесно. Добри примери за това са следните:
"Липсата на чифтосване, стерилитет или нежизнеспособност при кръстосване между щамове никога не е била приемана сама по себе си като добро доказателство за съществуването на отделни видове, включително дори и при изследванията на Добжански на родствени видове дрозофили".
"Концепцията за биологичните видове няма отношение към безполовите организми и има сериозни ограничения при прилагането ѝ към други организми. Безкрайно много време и усилия могат да бъдат изразходвани за обсъждане на концепцията за видовете и за измисляне на още модификации и варианти на предложените конкретни определения. Подобни дебати имат големи заслуги за насърчаване на по-обективни разсъждения относно еволюцията и таксономията, но междувременно човешкото хищничество и унищожаването на местообитанията продължават да заличават темата за видовете. Времето е срещу нас... Различните концепции за видовете пораждат [групи подвидове], така че е безсмислено да се размишлява върху окончателна таксономична система".
Това означава, че на практика концепцията за биологичните видове не е достатъчна сама по себе си, за да се вземе решение за класификацията на животните.
Историческо развитие
Джон Рей
През 1686 г. Джон Рей въвежда биологична концепция, която не е свързана с еволюцията. Според него видовете се отличават с това, че винаги произвеждат един и същ вид, който е фиксиран и постоянен, въпреки че в рамките на един вид са възможни значителни вариации.
Идеята за вида като физически тип организъм има дълга история. Тя се е запазила като понятие за типов екземпляр в таксономията. Това е начинът, по който Линей работи в своята биномна класификация, и все още е полезен за любителите естествоизпитатели днес.
Чарлз Дарвин
В "Произход" Чарлз Дарвин казва, че видовете са етикети, които експертите дават въз основа на своите наблюдения.
"... аз гледам на термина вид като на термин, който произволно се дава за удобство на набор от индивиди, които много си приличат...".
Но двадесет години по-рано той имал много по-добра идея. Той е смятал, че видовете се поддържат чрез репродуктивна изолация. Той дори казва: "Следователно видовете могат да бъдат добри и да не се различават почти по никакъв външен признак". Тук той цитира двата вида брат и сестра на листозавивачките, открити в Англия от Гилбърт Уайт през 1768 г. На този ранен етап от кариерата си Дарвин се доближава много до съвременната концепция за биологичните видове. p266
Съвременна епоха
През последните 70 години две идеи доминират в мисленето на професионалните биолози за видовете.
Първата е концепцията за популационна генетика. При нея видът се разглежда като група, която може да се чифтосва заедно, въпреки че до известна степен е различна. Това е равносилно на твърдението, че видът е генофонд.
Вторият е използването на анализ на ДНК последователността, за да се покаже дали сходните на външен вид видове се различават генетично един от друг. Това е особено полезно, когато не е практично да се правят експерименти за размножаване.
Видове братя и сестри
Родствените видове често се наричат криптични (скрити) видове, тъй като разликите между тях могат да се видят само чрез анализ на тяхната ДНК. Те се срещат много често в морската среда.
Във всички местообитания съществуват много криптични видове. При морския мъх Celleporella hyalina анализът на ДНК последователността е използван, за да покаже, че съществуват повече от десет екологично различни вида, които са се различавали в продължение на много милиони години.
Данните от идентифицирането на криптични видове означават, че по-старите оценки на световното видово богатство са твърде ниски. Например изследванията на митохондриалната ДНК сочат, че съществуват поне 11 генетично различни популации на жирафи. По подобен начин амазонската жаба Eleutherodactylus ockendeni представлява поне три различни вида, които са се разграничили преди повече от 5 милиона години.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява концепцията за биологичните видове?
О: Концепцията за биологичните видове е начин да се обясни как се формират видовете (видообразуване). Тя определя биологичния вид като група индивиди, които могат да се размножават заедно (панмиксия), но не могат да се размножават с други групи, което означава, че са репродуктивно изолирани от други групи.
Въпрос: Кои са ключовите думи в определението за биологичен вид?
О: Ключовите думи в определението за биологичен вид са "репродуктивно изолиран" според Ернст Майр.
В: Как се формира нов вид според Ернст Майр?
О: Ернст Майр предполага, че новият вид се образува, когато съществуващ вид се раздели.
Въпрос: Кой друг е предложил идеята за разделяне на видовете през XIX в.?
О: Мориц Вагнер е предложил подобна идея за разделяне на видовете през XIX век.
Въпрос: Каква роля играе репродуктивната изолация при формирането на нови видове?
О: Репродуктивната изолация играе решаваща роля при формирането на нови видове. След като даден вид живее в два различни района, географската изолация води до намаляване или спиране на размножаването между групите. Всяка група развива особености, които правят размножаването между тях по-лошо. В крайна сметка всяка група се превръща в "добър" биологичен вид, защото двата вида не се размножават помежду си, дори когато са заедно.
Въпрос: Коя е най-често срещаната причина за разделяне на видовете?
О: Географската изолация или алопатричното видообразуване все още се счита за най-честата причина за разделяне на видовете.
В: Каква е разликата между алопатричното видообразуване и симпатичното видообразуване?
О: Алопатричното видообразуване е най-често срещаната причина за разделяне на видовете и се случва, когато даден вид живее в различни географски райони, което води до репродуктивна изолация. В същото време симпатричното видообразуване се осъществява, въпреки че всички представители на даден вид живеят в една и съща област.
обискирам