Коеволюция — определение и примери: симбиоза, опрашване, паразити
Коеволюция: как видове еволюират заедно — симбиоза, опрашване, паразити и антагонизъм; примери и механизми, които оформят биоразнообразието.
Коеволюцията е налице, когато съществуването на един вид е тясно свързано с живота на един или повече други видове. Видовете, чийто живот е свързан, еволюират заедно. Това, което се случва, е, че степента на оцеляване на всеки вид се променя в резултат на промените в другия вид. Коеволюцията не винаги означава „хармонично“ сътрудничество — взаимоотношенията могат да бъдат взаимноизгодни, конкуриращи се или откровено враждебни, а резултатът често е специализация на чертите, поведението и жизнените цикли на участващите организми.
Примери за коеволюция са:
- Видове, които си носят взаимна полза
- Антагонистични видове
Коеволюцията е изключително често срещана и може да включва повече от два вида. Известни са мимикриращи пръстени с десетки видове.
Новите или "подобрени" адаптации, които се появяват при един вид, често са последвани от появата и разпространението на свързани с тях характеристики при други видове. Това води до динамичен процес — някои черти се усилват, докато други отслабват, в резултат на непрекъснатото взаимодействие между партньорите или противниците.
Какви форми приема коеволюцията
- Мутуализъм (взаимна изгода): и двата вида получават ползи — например опрашване от насекоми или обмен на хранителни вещества в симбиотични отношения.
- Антагонизъм (надпревара или „оръжие и защита”): хищникът става по-ефективен при лов, а плячката развива по-добри бягствени или отбранителни механизми; паразитите и гостоприемниците също могат да влизат в еволюционна „надпревара”.
- Мимикрия и сигнализация: един вид може да развие външен вид или поведение, който имитира друг — за защита, привличане на партньори или подвеждане на плячка.
- Дифузна коеволюция: когато една група от видове взаимодейства с друга група (напр. общност от растения и общност от опрашвачи) и селекцията е „разпределена” между много видове.
Типични примери (конкретно)
- Фигово дърво и фигова оса: класически пример за облигатен мутуализъм — осата опложда цветовете, а дървото предоставя място за размножение. Тези видове са се специализирали един за друг в продължение на милиони години.
- Йука и молецът й: молецът опложда цветовете на йуката, докато гъсеничките се хранят от някои семена — сложен баланс между полза и загуба води до прецизни адаптации.
- Цветя и опрашвачи: формата, цвета и нектарът на цветята често съответстват на предпочитанията и морфологията на опрашващите ги животни (например колибрита и тръбести цветя).
- Паразити и гостоприемници: гостоприемникът може да развие имунни реакции или поведение за избягване на паразитите, докато паразитът избира начини да преодолее тези защити (пример: размножителни стратегии на птичи кукури, които подхвърлят яйца в чужди гнезда).
- Хищник и плячка: класическа „коеволюционна надпревара” — например нови отрови в плячката и съответно устойчивост в хищника или обратното (примери с змии и тритони с токсини).
Механизми и последици
- Коеволюцията действа през натурален подбор: измененията в честотата на определени гени се отразяват на другите видове, които взаимодействат с тях.
- Може да доведе до специализация — видове стават зависими от конкретни партньори, което пък ги прави уязвими при изчезване на партньора.
- Може да ускори видообразуването при локални популации, които се адаптират към различни партньори.
- Географският „мозаечен” модел на коеволюция показва, че в различни региони едни и същи видове могат да развиват различни коеволюционни решения.
Как се изучава
Учени използват комбинация от наблюдения в природата, експериментални експонации (например лабораторни еволюционни експерименти), сравнителни филогенетични методи и генетични анализи, за да определят дали и как видове са коеволюирали. Също така се проследяват морфологични и поведенчески промени във времето и се създават модели, които обясняват динамиката на взаимодействията.
Значение за опазване и селско стопанство
Коеволюционните връзки имат практическо значение: опазването на биологичното разнообразие изисква запазване не само на отделните видове, но и на техните взаимоотношения (например опрашители и растения). В земеделието разбирането на коеволюцията помага за управление на вредители и разработване на устойчиви култури чрез предвиждане на възможни еволюционни отговори.
Кратко резюме
Коеволюцията е процес на взаимен еволюционен отговор между два или повече вида. Тя обяснява множество адаптации в природата — от взаимноизгодни партньорства, през враждебни „надпревари“, до сложни мимикрии и общностни взаимодействия. Поради това е ключова за разбирането на еволюцията, екологията и мерките за опазване.
Шмелите и цветята, които опрашват, са се развили така, че всеки от тях се нуждае от другия, за да живее.
История
"Интересно е да се съзерцава един заплетен бряг, покрит с множество растения от различни видове, с пеещи в храстите птици, с прелитащи наоколо различни насекоми и с пълзящи във влажната земя червеи, и да се размишлява, че всички тези сложно изградени форми, толкова различни една от друга и зависещи една от друга по толкова сложен начин, са създадени от закони, действащи около нас." p489
Изследването на коеволюцията води началото си от "За произхода на видовете" на Дарвин. Там той разглежда как котките увеличават броя на вересиите, като намаляват броя на мишките. Става дума за това, че мишките нахлуват в гнездата на щурците, а щурците опрашват червения вересия. Така че повече котки водят до повече вересии.p74 В последния параграф на "Произход" Дарвин отбелязва:
Херман Мюлер е важен специалист в областта на ко-еволюцията. Неговите изследвания върху пчелите и еволюцията на цветята са цитирани от Дарвин в "Произход на човека". Статиите му в списание Nature имат заглавие За оплождането на цветята от насекоми и за взаимните адаптации на двете. Това показва, че Мюлер напълно е разбирал концепцията за коеволюцията.
Опрашване
Животът и смъртта на живите същества са тясно свързани не само с физическата среда, но и с живота на други видове. Тези взаимоотношения са динамични и могат да продължат милиони години, както например взаимоотношенията между цъфтящите растения и насекомите (опрашване).
Съдържанието на червата, структурата на крилата и устните части на вкаменени бръмбари и мухи предполагат, че те са действали като ранни опрашители. Връзката между бръмбари и покритосеменни растения през периода долна креда е довела до паралелно излъчване на покритосеменни растения и насекоми в края на креда. Еволюцията на нектарниците в цветята от горна креда сигнализира за началото на взаимното влияние между хименоптерите и покритосеменните растения.
Паразитизъм
Друг добър пример е маларията, при която има трима "партньори": комарът, паразитът Plasmodium и сухоземно гръбначно животно, например бозайник или птица. Действителният вид на маларията се различава в зависимост от гръбначния, така че всъщност има хиляди различни взаимоотношения, които следват един и същ модел.
Бързо видообразуване
Адаптивната радиация и степента на видообразуване могат да бъдат високи при паразитите. Родствените видове са много често срещани при буболечката Erythroneura, при която около 150 прехвърляния от един гостоприемник на друг са довели до около 500 вида в рода.
Най-яркото доказателство за това е големият размер на много паразитни семейства.
"Въпреки че някои паразитни таксони са се развили много по-късно от хищните, семействата на паразитите по растенията са средно почти осем пъти по-големи от тези на хищниците, а семействата на паразитите по животните са над десет пъти по-големи".p26
Огромен брой видове са паразитни. Проучване на хранителните навици на британски насекоми показва, че около 35 % от тях паразитират върху растения, а малко повече - върху животни. Това означава, че близо 71 % от насекомите във Великобритания са паразитни. Тъй като британските насекоми са по-известни от тези в други страни (поради продължителността на изследването им), това означава, че далеч по-голямата част от видовете насекоми по света са паразитни. Друга оценка гласи: p3
- ¼ от всички видове насекоми паразитират върху растения.
- ¼ от всички насекоми паразитират върху горните насекоми.
- Освен това много насекоми и други безгръбначни паразитират върху други животни.
Съществуват и няколко други фила безгръбначни, които са изцяло или предимно паразитни. Плоските и кръглите червеи се срещат в почти всички диви видове гръбначни животни. Протозоидните паразити също са повсеместно разпространени. Следователно паразитизмът почти сигурно е най-разпространеният начин на хранене на Земята.
Брой на видовете
В последните публикации е направен преглед на 150-годишните изследвания на ко-еволюцията след "Произход на видовете".
"Специализацията във взаимодействието с други видове е основната причина светът да има милиони видове, а не хиляди".p8
Много видове са паразити или са специализирани да живеят в един или няколко гостоприемника. Един-единствен вид тропическо дърво е гостоприемник средно на 162 вида бръмбари, които са специфични за него. Тъй като има 50 000 вида тропически дървета и бръмбарите съставляват 40 % от общия брой видове насекоми, а под короната на дърветата има и специфични за дърветата видове, е възможно да се оцени общият брой на видовете членестоноги, живеещи в тропическите гори. Броят им е 30 милиона. Това доста силно контрастира с общия брой от 1,4 до 1,8 милиона вида, които вече са описани. Изглежда, че в учебниците броят на съществуващите видове е подценен около 20 пъти.
Единственият фактор, който в най-голяма степен обуславя този голям брой видове, е фитофагията: огромният брой видове насекоми, всеки от които се храни с един или няколко вида растения. Това, което правят насекомите, правят и гъбите, нематодите, акарите и други безгръбначни.
Географска мозайка
Теорията за географската мозайка на коеволюцията е разработена от Джон Томпсън като рамка за представяне на коеволюционния процес в реални популации и видове. Тя е опит да се включат минималните компоненти на популационната биология, необходими за екологично и еволюционно реалистична теория на коеволюцията и еволюционните взаимодействия като цяло. Тя се прилага за двойки взаимодействащи си видове, малки групи взаимодействащи си видове и големи мрежи от взаимодействия.
Предположения: Теорията за географската мозайка се основава на няколко наблюдения, отдавна известни на биолозите. Тези наблюдения се приемат като предположения при разработването на теорията за географската мозайка:
1. Видовете често са съвкупности от генетично различни популации
2. Взаимодействащите си видове често се различават в географските си ареали
3. взаимодействията между видовете се различават в различните среди по отношение на екологичните си резултати.
Хипотезата: На базата на тези предположения теорията за географската мозайка твърди, че коеволюцията се осъществява чрез естествен подбор, който действа върху три източника на вариации, които влияят на взаимодействията между видовете. Тези три източника на вариация могат да бъдат формално разделени като взаимодействия между генотип и генотип и среда (GxGxE).
1. Мозайки от географски подбор: Структурата на естествения подбор на взаимодействията се различава в различните среди (например високи и ниски температури, високи и ниски хранителни стойности; богата на видове мрежа в сравнение с бедна на видове). Тези различия се появяват, защото гените се изразяват по различен начин в различните среди (GxE взаимодействия) и видовете влияят по различен начин върху физическото състояние на другите в различните среди.
Например едно взаимодействие може да бъде антагонистично в една среда и мутуалистично в друга среда; или може да бъде антагонистично във всички среди, но селекцията може да благоприятства различни черти в различните среди).
2. Коеволюционни горещи точки: Интензивността на реципрочния подбор се различава в различните среди. Взаимодействията са обект на реципрочна селекция само в рамките на някои локални общности, наречени коеволюционни горещи точки. Тези коеволюционни горещи точки са вградени в по-широка матрица от коеволюционни студени точки, където местният естествен подбор не е реципрочен или където се среща само един от участниците.
Например дадено взаимодействие може да бъде мутуалистично или антагонистично в някои среди (коеволюционни горещи точки), но коменсалистично в други среди (коеволюционни студени точки).
3. Ремиксиране на черти: Цялостната генетична структура на съвместно развиващите се видове непрекъснато се променя чрез нови мутации, геномни промени, генен поток между популациите, диференциран случаен генетичен дрейф между популациите и изчезване на местни популации, които се различават по комбинациите от съвместно развиващи се признаци, които притежават. Новият генетичен материал, върху който може да действа естественият подбор, може да е резултат от прости генетични мутации, хромозомни пренареждания, хибридизация между популации или дублиране на цели геноми (полиполоидия). Тези процеси допринасят за променящата се географска мозайка на коеволюцията, като непрекъснато променят пространственото разпределение на потенциално коеволюиращите гени и признаци.
Комбинацията от тези процеси непрекъснато променя разпределението на генотиповете в рамките на всяка местна популация и разпределението на генотиповете между популациите.
ЗАБЕЛЕЖКА: Някои описания на теорията за географската мозайка свеждат тази част от теорията за географската мозайка, наречена "ремиксиране на признаци", до генен поток. Това е неправилна характеристика. Смисълът на ремиксирането на признаци се състои в това, че чрез комбинация от генетични, геномни и екологични процеси наличното разпределение на съпътстващи признаци, върху които може да действа естественият отбор, продължава да се променя с течение на времето в рамките на популациите и между тях.
В изследванията на коеволюцията взаимодействието GxGxE може да се разглежда или по най-формалния начин на ниво ген или генотип (т.е. как селекцията действа върху един и същ ген или генотип в различни контрастни среди), или може да се разглежда по-общо на ниво как естественият подбор действа върху два или повече взаимодействащи си вида в много контрастни среди.
Вижте книгите на Джон Томпсън (1982 г. "Взаимодействие и коеволюция"; 1994 г. "Коеволюционният процес"; 2005 г. "Географската мозайка на коеволюцията"; 2013 г. "Неумолима еволюция")
Свързани страници
- Еволюционна надпревара във въоръжаването
- Грубокожият тритон, змията жартиер и устойчивостта към токсини.
- Защита срещу тревопасни животни
- Смокини
- Червената кралица
Въпроси и отговори
В: Какво е коеволюция?
О: Коеволюцията се отнася до процес, при който съществуването на един вид е тясно свързано с живота на един или повече други видове и те еволюират заедно. При коеволюцията промените в единия вид могат да повлияят на степента на оцеляване на другия вид.
Въпрос: Кои са някои примери за коеволюция?
О: Някои примери за коеволюция са видове, които се ползват взаимно, като например цветята и животните, които ги опрашват; форми на живот, които съществуват в симбиоза; и видове, които са антагонистични, като например хищниците и тяхната плячка или паразитите и техните гостоприемници.
Въпрос: Често срещана ли е коеволюцията?
О: Да, коеволюцията е изключително разпространена и може да включва повече от два вида. Всъщност са известни мимикриращи кръгове с десетки видове.
В: Какво се случва, когато един вид развие нова или подобрена адаптация?
О: Когато един вид развие нова или подобрена адаптация, често се появяват и разпространяват свързани с нея характеристики и при другите видове.
В: Какъв е резултатът от промените в един вид при коеволюцията?
О: При коеволюцията промените в един вид могат да повлияят на степента на оцеляване на другите видове.
Въпрос: Как е свързан животът на видовете при коеволюцията?
О: При коеволюцията животът на видовете е тясно свързан един с друг.
В: Може ли коеволюцията да включва повече от два вида?
О: Да, коеволюцията може да включва повече от два вида.
обискирам