This is a repost from April 24th, 2010. Oglądanie specjacji jest drugim z serii Evolution, która rozpoczęła się od ciekawego przypadku psów

zauważyliśmy, że najmniejsze różnice mogą prowadzić do dramatycznych zmian, gdy spojrzeliśmy na różnorodność psów. Ale pomimo różnic, wszystkie rasy psów są nadal tym samym gatunkiem Co siebie nawzajem i ich przodka. Jak podzielić gatunki? Co powoduje specjację? A jakie mamy dowody na to, że specjacja kiedykolwiek wystąpiła?

krytycy ewolucji często odwołują się do maksymy, że nikt nigdy nie widział jednego gatunku podzielonego na dwa. Chociaż jest to wyraźnie słomiany człowiek, ponieważ większość specjacji trwa znacznie dłużej niż nasze życie, to również nie jest prawdą. Widzieliśmy podział gatunków, i nadal widzimy różne gatunki każdego dnia.

na przykład, pojawiły się dwa nowe gatunki amerykańskich koziorożców (lub salsifies, rodzaj Tragopogon), które powstały w ubiegłym stuleciu. Na początku XX wieku trzy gatunki tych kwiatów polnych – salsefię zachodnią (T. dubius), salsefię łąkową (T. pratensis) i ostrygę (T. porrifolius) – zostały sprowadzone do Stanów Zjednoczonych z Europy. W miarę jak ich populacje się powiększały, gatunek wchodził w interakcje, często tworząc sterylne hybrydy. Ale w latach 50. naukowcy zdali sobie sprawę, że pojawiły się dwie nowe odmiany brodawek. Chociaż wyglądały jak hybrydy, nie były sterylne. Były one doskonale zdolne do rozmnażania się z własnym rodzajem, ale nie z żadnym z oryginalnych trzech gatunków – klasyczną definicją nowego gatunku.

Jak to się stało? Okazuje się, że rośliny rodzicielskie popełniały błędy podczas tworzenia GAMET (analogicznie do naszych plemników i jaj). Zamiast tworzyć gamety z tylko jedną kopią każdego chromosomu, tworzyły one gamety z dwoma lub więcej chromosomami, stan zwany poliploidalnością. Dwie gamety poliploidalne różnych gatunków, każda z podwójną informacją genetyczną, którą miały posiadać, połączyły się i stworzyły tetraploid: stworzenie z 4 zestawami chromosomów. Ze względu na różnicę w liczbie chromosomów, tetrapoid nie mógł kojarzyć się z żadnym z jego gatunków macierzystych, ale nie uniemożliwiono mu rozmnażania się z innymi wypadkami.

ten proces, znany jako specjacja hybrydowa, został udokumentowany wiele razy w różnych roślinach. Ale nie tylko rośliny specjalizują się w hybrydyzacji: motyle Heliconius również podzieliły się w podobny sposób.

nie potrzeba masy mutacji gromadzących się przez pokolenia, aby stworzyć inny gatunek – wystarczy jakieś zdarzenie, które reprodukcyjnie izoluje jedną grupę osobników od drugiej. Może to nastąpić bardzo szybko, w przypadkach takich jak poliploidy. Pojedyncza mutacja może wystarczyć. Albo może to nastąpić w znacznie, znacznie wolniejszym tempie. Jest to specjacja, z której znana jest ewolucja-stopniowe zmiany w czasie, które oddzielają gatunki.

ale to, że nie widzimy wszystkich specjacji od początku do końca, nie oznacza, że nie widzimy podziału gatunków. Jeśli teoria ewolucji jest prawdziwa, spodziewalibyśmy się znaleźć gatunki w różnych stadiach separacji na całym świecie. Będą takie, które dopiero zaczęły się rozdzielać, pokazując izolację rozrodczą, i te, które nadal mogą wyglądać jak jeden gatunek, ale nie krzyżowały się od tysięcy lat. W rzeczy samej, to jest dokładnie to, co znajdujemy.

Muchomor jabłoni, Rhagoletis pomonella jest doskonałym przykładem gatunku, który dopiero zaczyna się rozchodzić. Muchy te pochodzą ze Stanów Zjednoczonych, aż do odkrycia Ameryki przez Europejczyków, żywione wyłącznie hawthornami. Ale wraz z przybyciem nowych ludzi przyszedł nowy potencjalny źródło pożywienia do jego siedliska: jabłka. Na początku muchy ignorowały smakołyki. Ale z czasem niektóre muchy zdały sobie sprawę, że mogą jeść jabłka i zaczęły zmieniać drzewa. Choć samo to nie wyjaśnia, dlaczego muchy specjalizują się, robi to ciekawe dziwactwo ich biologii: larwy jabłek łączą się na drzewie, na którym się rodzą. Gdy kilka much skakało po drzewach, odcinały się od reszty swojego gatunku, mimo że były zaledwie kilka stóp od siebie. Kiedy genetycy przyjrzeli się bliżej pod koniec XX wieku, odkryli, że dwa typy – te, które żywią się jabłkami i te, które żywią się hawthorns – mają różne częstotliwości alleli. Rzeczywiście, tuż pod naszymi nosami Rhagoletis pomonella rozpoczął długą podróż specjacji.

jak można się spodziewać, inne zwierzęta są znacznie dalej w procesie – chociaż nie zawsze zdajemy sobie z tego sprawę, dopóki nie spojrzymy na ich geny.

orki (Orcinus orca), lepiej znane jako orki, wszystkie wyglądają dość podobnie. Są to duże Delfiny z czarnymi i białymi łatami, które polują w watahach i wykonują fajne sztuczki w Sea World. Ale od kilku dekad mammologowie morscy sądzili, że w tej historii jest coś więcej. Badania behawioralne wykazały, że różne grupy orków mają różne cechy behawioralne. Żywią się różnymi zwierzętami, zachowują się inaczej, a nawet mówią inaczej. Ale bez sposobu, aby śledzić wieloryby pod wodą, aby zobaczyć, z kim się łączą, naukowcy nie mogli być pewni, czy różne kultury wielorybów były po prostu dziwactwami przekazywanymi z pokolenia na pokolenie lub wskazówką na znacznie więcej.

genetycy zrobili to, czego badacze behawioralni nie mogli. Przyglądali się, jak rozmnażają się wieloryby. Kiedy spojrzeli na cały mitochondrialny Genom 139 różnych wielorybów na całym świecie, odkryli dramatyczne różnice. Dane te sugerują istnienie co najmniej trzech różnych gatunków orki. Analiza filogenetyczna wykazała, że różne gatunki orki zostały rozdzielone na 150 000 do 700 000 lat.

Dlaczego orki się rozdzieliły? Prawda jest taka, że nie wiemy. Być może był to efekt uboczny modyfikacji w polowaniu na różne źródła zdobyczy, a może istniała jakaś fizyczna bariera między populacjami, która od tego czasu zniknęła. Wiemy tylko, że gdy malowaliśmy ściany jaskiń, coś spowodowało podział grup orków, tworząc wiele gatunków.

istnieje wiele różnych przyczyn różnicowania się gatunków. Najłatwiejszą i najbardziej oczywistą jest jakaś bariera fizyczna-zjawisko zwane Specjacją Allopatryczną. Jeśli spojrzysz na gatunki ryb w Zatoce Meksykańskiej i u wybrzeży Kalifornii, zauważysz wiele podobieństw między nimi. Rzeczywiście, niektóre gatunki wyglądają prawie identycznie. Naukowcy przyjrzeli się ich Genom, a gatunki po obu stronach tego cienkiego mostu lądowego są ze sobą bliżej spokrewnione niż z innymi gatunkami, nawet tymi w ich okolicy. Dawno temu kontynenty Ameryki Północnej i Południowej zostały rozdzielone, a oceany połączone. Kiedy obie masy lądowe połączyły się, populacje gatunków zostały odizolowane po obu stronach. Z czasem ryby te rozeszły się na tyle, że stały się odrębnymi gatunkami.

gatunki też mogą się dzielić bez tak wyraźnych granic. Kiedy gatunki rozchodzą się jak robaki jabłoni – bez pełnej, fizycznej bariery-nazywa się to Specjacją Sympatryczną. Specjacja sympatryczna może wystąpić z różnych powodów. Wystarczy coś, co sprawia, że jedna grupa ma mniej seksu z drugą.

dla jednego gatunku muchołówki monarcha (Monarcha castaneiventris) chodziło o wygląd. Te małe owadożerne żyją na Wyspach Salomona, na wschód od Papui – Nowej Gwinei. W pewnym momencie niewielka grupa z nich rozwinęła pojedynczą mutację aminokwasową w genie dla białka zwanego melaniną, która dyktuje wzór koloru ptaka. Niektóre muchołówki są czarne, podczas gdy inne mają brzuchy koloru kasztanowego. Mimo że obie grupy są doskonale zdolne do produkcji żywotnego potomstwa, nie mieszają się w naturze. Naukowcy odkryli, że ptaki już postrzegają drugą grupę jako inny gatunek. Samce, które są zaciekle terytorialne, nie reagują, gdy inny kolorowy samiec wchodzi na ich murawę. Podobnie jak muchomory jabłoni, muchołówki nie krzyżują się już, a tym samym podjęły pierwszy krok w kierunku stania się dwoma różnymi gatunkami.

To może wydawać się małymi zmianami, ale pamiętaj, jak nauczyliśmy się z psami, małe zmiany mogą się sumować. Ponieważ nie są krzyżujące się, te różne grupy będą gromadzić jeszcze więcej różnic w czasie. Jak to robią, zaczną wyglądać coraz mniej podobne. Powstałe zwierzęta będą podobne do gatunków, które dziś widzimy. Być może niektórzy przystosują się do stylu życia zupełnie innego niż ich siostrzany gatunek – na przykład orki mogą się znacznie różnić, ponieważ małe zmiany pozwalają im lepiej dopasować się do ich unikalnych typów zdobyczy. Inne mogą pozostać dość podobne, nawet trudne do odróżnienia, jak różne gatunki wiewiórek są dzisiaj.

chodzi o to, że wszystkie rodzaje stworzeń, od najmniejszych owadów po największe Ssaki, przechodzą właśnie specjację. Obserwowaliśmy podział gatunków i nadal obserwujemy ich podział. Specjacja występuje wokół nas. Ewolucja nie miała miejsca tylko w przeszłości; ma miejsce teraz i będzie trwała długo po tym, jak przestaniemy jej szukać.

1. Soltis, D., & Soltis, P. (1989). Allopolyploid Speciation in Tragopogon: Insights from Chloroplast DNA American Journal of Botany, 76 (8) doi: 10.2307/2444824

2. McPheron, B., Smith, D., & Berlocher, S. (1988). Genetic differences between host races of Rhagoletis pomonella Nature, 336 (6194), 64-66 DOI: 10.1038/336064a0
3. Uy, J., Moyle, R., Filardi, C., & Cheviron, Z. (2009). Różnica w Kolorze upierzenia stosowana w rozpoznawaniu gatunków między gatunkami początkowymi jest związana z podstawieniem pojedynczego aminokwasu w Melanokortynie?174 (2), 244-254 DOI: 10.1086/600084
4. Phillip a Morin1, Frederick I Archer, Andrew D Foote, Julie Vilstrup, Eric e Allen, Paul Wade, John Durban, Kim Parsons, Robert Pitman, Lewyn Li, Pascal Bouffard, Sandra C Abel Nielsen, Morten Rasmussen, Eske Willerslev, M. Thomas P Gilbert, & Timothy Harkins (2010). Kompletna analiza filogeograficzna genomu mitochondrialnego orków (Orcinus orca) wskazuje na badania genomu wielu gatunków