Адаптивна радиация (адаптивно излъчване): дефиниция и примери

Открийте адаптивната радиация: ясна дефиниция, ключови примери и еволюционни механизми, които обясняват как нови видове запълват екологични ниши.

Адаптивната радиация е бърза еволюционна радиация, при която една линия организми дава началото на много нови видове за относително кратък геоложки период. Тя се проявява като увеличаване на броя и разнообразието на видовете във всяка линия и често води до заетост на по-широк спектър от местообитания и екологични ниши. В основата ѝ стои адаптацията към различни условия и ресурси чрез процеси, задвижвани от естествения подбор.

Въпреки че някои определения се фокусират върху развитието на един клад — „Адаптивната радиация е бързото разпространение на нови таксони от една-единствена родова група“ — на практика адаптивни излъчвания могат да се случат и в множество линии едновременно. Класически пример е периодът след големи измирамия: през триаса след най-голямото събитие на измиране в историята на Земята много групи претърпяват едновременно бърза радиация, което се свързва с освободени екологични ниши и намалена конкуренция.

Някои от най-ранните и важни радиации са дълбоко в историята на живота: Едиакаранската биота показва ранна метазойна радиация, а най-голямата известна радиация се случва в началото на камбрийския период, когато възникват повечето от нашите животински фили (вж. Списък на животинските фили). Тези събития илюстрират как появата на нови форми и екологични роли може да доведе до бързо разширяване на биологичното разнообразие.

Причини и механизми: адаптивните радиации обикновено се стимулират от комбинация от фактори:

• Екологична възможност: наличие на празни или слабо конкурирани местообитания и ниши, например след измиране или при колонизация на нови територии (острови, нови екосистеми).
• Ключови иновации: появата на нова адаптация (например развиване на челюсти, летене, сложни цветя), която отваря възможности за използване на нови ресурси.
• Географична изолация и спеклация: разделяне на популации (алопатрично) или екологичното разделение (екологична/симпатрична специация), които ускоряват формирането на нови видове.
• Редуцирана конкуренция: след масови измирания или при колонизация на непопулярни среди конкуренцията е по-слаба, което улеснява разгръщането на разнообразни форми.

Примери (често цитирани):

• Дарвиновите враногълъбки на Галапагоските острови — класически пример за бързо адаптиране на клюнови форми към различни хранителни ниши.
• Африканските цихлиди в големите езера (например Виктория, Танганайка) — изключително бърза диференциация по начин на хранене и поведение.
• Аниоли на Карибите — множество видове, адаптирани към различни микроместообитания (крони дървета, стъбла, земя и др.).
• Радирането на птици и бозайници след масовото измиране в края на креда (K–Pg) — освобождаване на екологични ниши позволи бързото разширяване на месоядни, растителноядни и другите групи.
• Ранните метазои и камбрийската експлозия — значими примери за големи радиации, когато се появяват множество фундаментални анатомични планове.

Доказателства и методи: учените използват комбинация от фосилни данни, сравнителна анатомия и молекулярни филогенетични методи, за да идентифицират и датират адаптивни радиации. Често се сравняват темповете на видообразуване с темповете на морфологичното разнообразие (диспаратност). Инструменти като филогенетични анализи, статистики за темпове на диверсификация и анализи „диспаратност през времето“ помагат да се различи бързо разгръщане от по-постепенни промени.

Дискусии и терминология: терминът е въведен и обсъждан от Джордж Гейлорд Симпсън, палеонтолог, който допринася за съвременния еволюционен синтез. Някои учени предпочитат различни наименования: Робърт Л. Карол използва големи еволюционни преходи, макар че много от тях могат да бъдат разглеждани и като адаптивни излъчвания. Други говорят за макроеволюция или дори мегаеволюция, сякаш процесите са качествено различни от тези на нивото на видовете. Част от съвременната еволюционна теория обаче подчертава, че процесите действат на нивото на популациите, макар скоростта и мащабът на промяната да варират.

Важно е да се отбележи, че адаптивната радиация не винаги означава едновременно появяване на огромно морфологично разнообразие — в някои случаи броят на видовете нараства бързо, но формите се различават малко, а в други се наблюдава голяма морфологична дивергенция при ограничено видообразуване. Тези различия са предмет на активни изследвания и дебати.

Заключение: адаптивните радиации показват как взаимодействието между екологични възможности, иновации и еволюционни процеси може да доведе до бързо и често драматично разширяване на биологичното разнообразие. Чрез изучаване на конкретни примери и комбиниране на фосилен и молекулен материал, учените проследяват начините, по които животът бързо запълва наличните ниши и дава възникновение на нови форми.

Причини

Иновации

Еволюцията на нова характеристика може да позволи на групата да се разнообрази, тъй като тя дава възможност за нови начини на живот. Най-яркият пример за това е клетъчната яйцеклетка, която се е развила при ранните амниоти и е позволила на гръбначните животни да навлязат на сушата. Клеидоидното яйце трябва да се е развило в края на девона или началото на карбона. Земноводните, които са се разклонили преди това събитие, все още снасят яйцата си във вода и така са ограничени в степента, в която могат да използват сухоземната среда.

Пример за по-скромно нововъведение е еволюцията на четвърти зъб в зъба на бозайниците. Тази особеност позволява значително увеличаване на обхвата на хранителните продукти, с които могат да се хранят. По този начин еволюцията на този признак е увеличила броя на екологичните ниши, достъпни за бозайниците. Този признак се е появил няколко пъти в различни групи през кайнозоя и във всеки случай е бил последван от адаптивна радиация. При птиците еволюцията на летенето е открила нови възможности и са настъпили поне две огромни адаптивни радиации (една преди и една след събитието на измиране К/Т). Още по-забележителна е еволюцията на полета на насекомите, която е довела до огромна радиация през мезозойската ера. След това тези групи насекоми развили начини за хранене с цъфтящи растения. Сега те са много повече от всички останали форми на животински свят.

Възможност

Адаптивните излъчвания често се случват, когато организмите навлизат в среда с незаети ниши, като например новообразувано езеро или изолирана островна верига. Колонизиращата(ите) популация(и) може бързо да се диверсифицира(т) и да се възползва(т) от всички възможни ниши. Възможностите се появяват, когато се образуват сухоземни мостове между области, които преди това са били разделени, и винаги, когато видовете попадат на ново място в света.

В езерото Виктория, изолирано езеро, което се е образувало наскоро в африканската рифтова долина, само за 15 000 години от един родителски вид са се появили над 300 вида риби цихлиди.

Свободни острови

На площ от около 6500 кв. мили (17 000 км ) на ²Хавайските острови се намира най-разнообразната колекция от дрозофилни мухи в света, които живеят от дъждовните гори до планинските ливади. Известни са около 800 вида хавайски дрозофилиди.

Проучванията показват ясен "поток" от видове от по-старите към по-новите острови. Има и случаи на колонизация обратно на по-стари острови и на прескачане на острови, но те са много по-редки. Чрез калиево/аргоново радиоактивно датиране настоящите острови датират от преди 0,4 милиона години (mya) (Мауна Кеа) до 10mya (Некер). Най-старият член на Хавайския архипелаг, който все още е над морето, е атолът Куре, който може да се датира от 30 миа. Самият архипелаг, образуван в резултат на движението на Тихоокеанската плоча над гореща точка, е съществувал много по-дълго, поне до креда. Хавайските острови плюс бившите острови, които сега са под водата, съставляват веригата Хавайско-императорски подводни планини, а много от подводните планини са гьолове.

Всички местни видове дрозофилиди на Хаваите очевидно произхождат от един-единствен прародителски вид, който е колонизирал островите преди около 20 милиона години. Последвалата адаптивна радиация е била стимулирана от липсата на конкуренция и голямото разнообразие от свободни ниши. Въпреки че е възможно една бременна женска да колонизира остров, по-вероятно е това да е била група от един и същи вид.

На Хавайския архипелаг има и други животни и растения, които са претърпели подобна, макар и не толкова впечатляваща, адаптивна радиация.

Масови измирания

Адаптивните излъчвания често следват масови измирания. След изчезването много ниши остават незаети. Класически пример за това е замяната на неавианите динозаври в края на креда с бозайници през палеоцена.

 
1. Вид А мигрира от континента към първия остров. 2. Изолиран от континента, вид А еволюира до вид В. 3. Вид В мигрира към втория остров. 4. Вид В еволюира във вид В. 5. Вид В се заселва отново на първия остров, но вече не може да се размножава с вид В. 6. Вид В мигрира към третия остров. 7. Вид В еволюира във вид Г. 8. Вид D мигрира към първия и втория остров. 9. Вид D еволюира във вид E. Този процес може да продължи до безкрай, докато се достигне голямо разнообразие.  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява адаптивната радиация?

В: Как действа адаптивната радиация?

В: Кой въвежда термина "адаптивна радиация"?

В: Има ли друга терминология, използвана за адаптивната радиация?

Въпрос: Адаптивната радиация протича ли на ниво популация?

В: Кой е примерът за ранна радиация при метазоите?

В: Кога са се развили най-големите животински фила?

Търсене по буква