Bilgi

Gözlemlenen aşırı türleşme vakaları var mı?

Gözlemlenen aşırı türleşme vakaları var mı?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kayıtlı bilim tarihi boyunca bir tür kaymasını gösteren kayıtlarda gözlemlenen (dolaylı değil doğrudan) bir türleşme var mı?


Yoruma sığmadı…

Ne tür gözlemleri gözlem olarak kabul edeceksiniz? Mevcut iki türün geçmişte sadece birinin olduğu genetik verileri göstererek gösterebilsek, bu sizin için bir gözlemi temsil eder mi? Yoksa bir laboratuvar deneyi mi olmalı (deneysel evrim)? Büyük hayvanlarla deneysel evrim çok zaman alıyor, korkarım ki bir memeli türünün meyve sineği ve haziran böceğinden farklı olarak evrimleştiğine dair muhtemelen hiçbir kanıtımız (karşı kanıt değil) yok (örnek sizin yorumunuzdan geliyor) . Mikroorganizmaları göz önünde bulundurarak kabul eder misiniz (şu anda kafamda bir örnek yok)?

Sizin de belirttiğiniz gibi, iki kardeş popülasyonun (ortak bir atadan gelen popülasyondan türetilen popülasyonlar) ne kadar farklı (fenotipik veya genetik olarak?) "nazik" (ataların nüfusuyla karşılaştırın).


Evrim: Türleşmenin Oluşmasını İzleme | gözlemler

Köpeklerdeki çok çeşitliliğe baktığımızda en küçük farklılıkların dramatik farklılıklara yol açabileceğini gördük. Ancak farklılıklarına rağmen, tüm köpek ırkları hala birbirleriyle ve atalarıyla aynı türdür. Türler nasıl bölünür? Türleşmeye ne sebep olur? Ve türleşmenin meydana geldiğine dair elimizde hangi kanıt var?

Evrim eleştirmenleri genellikle, hiç kimsenin bir türün ikiye ayrıldığını görmediği düsturuna geri dönerler. Bu açıkça bir çöp adam olsa da, çoğu türleşmenin gerçekleşmesi ömrümüzden çok daha uzun sürdüğü için, aynı zamanda doğru değil. Biz Sahip olmak türlerin ayrıldığını gördük ve türlerin her gün birbirinden ayrıldığını görmeye devam ediyoruz.

Örneğin, iki yeni Amerikan keçi sakalı türü (veya salsifiye, cins tragopogon) geçen yüzyılda ortaya çıktı. 1900'lerin başında, bu kır çiçeklerinin üç türü - batı salsify (T. dubius), çayır salsify (T. pratensis) ve istiridye bitkisi (T. porrifolius) - Amerika Birleşik Devletleri'ne Avrupa'dan tanıtıldı. Popülasyonları genişledikçe, türler etkileşime girdi ve genellikle steril melezler üretti. Ancak 1950'lerde bilim adamları, iki yeni keçi sakalı yetiştirme çeşidi olduğunu fark ettiler. Melez gibi görünseler de kısır değillerdi. Kendi türleriyle mükemmel bir şekilde üreme yeteneğine sahiptiler, ancak orijinal üç türün hiçbiriyle değil - yeni bir türün klasik tanımı.

Bu nasıl oldu? Ebeveyn bitkilerin gametlerini (sperm ve yumurtalarımıza benzer şekilde) yaratırken hatalar yaptıkları ortaya çıktı. Her kromozomun sadece bir kopyasıyla gamet yapmak yerine, poliploidi adı verilen bir durum olan iki veya daha fazla olan gametler yarattılar. Her biri sahip olmaları gereken genetik bilginin iki katı olan farklı türlerden iki poliploid gamet kaynaştı ve bir tetraploid yarattı: 4 set kromozomlu bir yaratık. Kromozom sayısındaki farklılık nedeniyle tetrapoid, ana türlerinden herhangi biriyle çiftleşemedi, ancak diğer kazalarla üremesi engellenmedi.

Hibrit Türleşme olarak bilinen bu süreç, farklı bitkilerde birkaç kez belgelenmiştir. Ancak hibridizasyon yoluyla türleşen sadece bitkiler değil: Helikonius kelebekler de benzer şekilde bölündü.

Farklı bir tür yaratmak için nesiller boyunca biriken bir yığın mutasyon gerekmez - tek gereken, bir grup bireyi diğerinden üreme yoluyla izole eden bir olaydır. Bu, poliploidi gibi durumlarda çok hızlı gerçekleşebilir. Tek bir mutasyon yeterli olabilir. Ya da çok, çok daha yavaş bir hızda gerçekleşebilir. Bu, evrimin bilindiği türdür - zaman içinde türleri ayıran kademeli değişimler.

Ancak tüm türleşme olaylarını baştan sona göremememiz, bunu göremeyeceğimiz anlamına gelmez. görmek türlerin bölünmesi. Evrim teorisi doğruysa, dünyanın her yerinde çeşitli ayrılma aşamalarında türler bulmayı umardık. Bölünmeye yeni başlamış, üreme izolasyonu gösteren ve hala tek bir tür gibi görünen ancak binlerce yıldır iç içe geçmemiş olanlar olacaktır. Gerçekten de tam olarak bulduğumuz şey bu.

elma kurtçuk uçar, Rhagoletis pomonella yeni ayrılmaya başlayan bir türün en iyi örneğidir. Bu sinekler Amerika Birleşik Devletleri'ne özgüdür ve Amerika kıtasının Avrupalılar tarafından keşfedilmesine kadar, yalnızca alıçlarla beslenirler. Ancak yeni insanların gelişiyle, habitatına yeni bir potansiyel besin kaynağı geldi: elmalar. İlk başta, sinekler lezzetli ikramları görmezden geldi. Ancak zamanla bazı sinekler elmaları da yiyebileceklerini anladı ve ağaç değiştirmeye başladı. Tek başına bu, sineklerin neden türleştiğini açıklamasa da, biyolojilerinin tuhaf bir tuhaflığı açıklıyor: elma kurtçukları doğdukları ağaçta çiftleşirler. Birkaç sinek ağaçların üzerinden atlarken, birkaç adım ötede olsalar bile türlerinin geri kalanından kendilerini kopardılar. Genetikçiler 20. yüzyılın sonlarında daha yakından baktıklarında, iki türün - elmalarla beslenenler ve alıçlarla beslenenlerin - farklı alel frekanslarına sahip olduğunu buldular. Gerçekten de burnumuzun dibinde, Rhagoletis pomonella uzun bir türleşme yolculuğuna başladı.

Beklediğimiz gibi, diğer hayvanlar bu süreçte çok daha ilerideler - ancak genlerine bakana kadar bunu her zaman fark etmesek de.

Orkalar (orcinus orca), daha çok katil balinalar olarak bilinir, hepsi oldukça benzer görünür. Sürüler halinde avlanan ve Sea World'de güzel numaralar yapan siyah beyaz benekli büyük yunuslardır. Ancak birkaç on yıldır deniz memelileri, hikayenin daha fazlasının olduğunu düşünüyorlardı. Davranışsal çalışmalar, farklı orka gruplarının farklı davranışsal özelliklere sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Farklı hayvanlarla beslenirler, farklı davranırlar ve hatta farklı konuşurlar. Ancak, kiminle çiftleştiklerini görmek için su altında balinaları takip etmenin bir yolu olmadan, bilim adamları, farklı balina kültürlerinin sadece nesilden nesile aktarılan tuhaflıklar mı yoksa çok daha fazlasına dair bir ipucu mu olduğundan emin olamazlardı.

Şimdi, genetikçiler davranışsal araştırmacıların yapamadığını yaptılar. Balinaların nasıl ürediğine baktılar. Dünya genelindeki 139 farklı balinanın mitokondriyal genomunun tamamına baktıklarında, çarpıcı farklılıklar buldular. Bu veriler, gerçekten de en az üç farklı katil balina türü olduğunu gösteriyor. Filogenetik analiz, farklı orka türlerinin 150.000 ila 700.000 yıl boyunca ayrıldığını gösterdi.

Orkalar neden ayrıldı? Gerçek şu ki, bilmiyoruz. Belki de farklı av kaynaklarını avlamak için yapılan değişikliklerin bir yan etkisiydi ya da belki de o zamandan beri ortadan kaybolan popülasyonlar arasında bir tür fiziksel engel vardı. Tek bildiğimiz, biz mağara duvarlarını boyamakla meşgulken, bir şeyin orka gruplarının bölünmesine ve birden fazla tür yaratmasına neden olduğu.

Türlerin birbirinden ayrılmasının birçok farklı nedeni vardır. En kolay ve en belirgin olanı, bir tür fiziksel engeldir - Allopatrik Türleşme adı verilen bir fenomen. Meksika Körfezi'ndeki ve Kaliforniya kıyılarındaki balık türlerine bakarsanız, aralarında pek çok benzerlik olduğunu görürsünüz. Gerçekten de, bazı türler neredeyse aynı görünüyor. Bilim adamları genlerine baktılar ve bu ince kara köprüsünün her iki tarafındaki türler, diğer türlerden, hatta kendi bölgelerindekilerden daha yakından ilişkilidir. Olan şu ki, uzun zaman önce Kuzey ve Güney Amerika kıtaları ayrıldı ve okyanuslar birbirine bağlandı. İki kara kütlesi birleştiğinde, türlerin popülasyonları her iki tarafta da izole edildi. Zamanla, bu balıklar ayrı türler olacak kadar farklılaştı.

Türler de böyle net sınırlar olmadan bölünebilir. Türler elma kurtçuğunun uçması gibi -tam bir fiziksel engel olmaksızın- birbirinden ayrıldığında buna Sempatik Türleşme denir. Sempatik türleşme her türlü nedenden dolayı ortaya çıkabilir. Tek gereken, bir grubun diğeriyle daha az seks yapmasını sağlayan bir şey.

Monarch sinekkapanlarının bir türü için (Monarcha castaneiventris), her şey görünüşle ilgiliydi. Bu küçük böcek öldürücüler, Papua Yeni Gine'nin doğusundaki Solomon Adaları'nda yaşıyor. Bir noktada, küçük bir grup, kuşun renk düzenini belirleyen melanin adı verilen bir protein için gende tek bir amino asit mutasyonu geliştirdi. Bazı sinekkapanların tamamı siyah, bazılarının ise kestane rengi karınları vardır. İki grup, canlı yavrular üretme konusunda mükemmel bir yeteneğe sahip olsalar da, vahşi doğada karışmazlar. Araştırmacılar, kuşların diğer grubu zaten farklı bir tür olarak gördüğünü buldu. Şiddetle bölgesel olan erkekler, farklı renkte bir erkek kendi bölgelerine girdiğinde tepki vermezler. Elma kurtçukları gibi sinekkapanları da artık kendi aralarında çiftleşmiyorlar ve böylece iki farklı tür olma yolunda ilk adımı atmış oluyorlar.

Bunlar küçük değişiklikler gibi görünebilir, ancak unutmayın, köpeklerden öğrendiğimiz gibi, küçük değişiklikler bir araya gelebilir. Kendi aralarında çiftleşmedikleri için, bu farklı gruplar zamanla daha da fazla farklılık biriktirecektir. Yaptıkça, giderek daha az benzemeye başlayacaklar. Ortaya çıkan hayvanlar, bugün açıkça gördüğümüz türler gibi olacak. Belki bazıları kardeş türlerinden tamamen farklı bir yaşam tarzına adapte olacaktır - örneğin orkalar, küçük değişiklikler benzersiz av türlerine daha iyi uyum sağlamalarına izin verdiği için çarpıcı biçimde farklılaşabilir. Diğerleri, günümüzde çeşitli sincap türleri gibi oldukça benzer, hatta ayırt edilmesi zor olabilir.

Mesele şu ki, en küçük böceklerden en büyük memelilere kadar her türlü canlı, şu anda türleşme sürecinden geçiyor. Türlerin ayrıldığını izledik ve ayrıldığını görmeye devam ediyoruz. Türleşme etrafımızda meydana geliyor. Evrim sadece geçmişte olmadı, şu anda oluyor ve biz onu aramayı bıraktıktan çok sonra da devam edecek.


G-kedi

Bir tür kavramı

"Tür" teriminin doğasını ve gerçekte ne anlama geldiğini tartışmadan önce biraz zaman harcadık. Tabii ki, biyolojideki soruların cevapları her zaman olmasını istediğimizden daha karmaşıktır ve "tür" kelimesinin ortak terminolojisine rağmen, altta yatan tanım dolambaçlı ve değişkendir.

Türleşmenin bazı yönlerine -özellikle de en yaygın tanımın en temel özelliklerinden birinin ihlaline rağmen nasıl meydana gelebileceğine dair- derinlemesine incelemeden önce, türlerin doğasını ve doğadaki türleri özetleyelim.

Türler, özünde, insan bilişsel sınırlamasının bir ürünüdür. Yani tür kavramı, organizmaları yönetilebilir gruplara ayırma girişiminde bulunan bir yaklaşımdır. Bu grupları tanımlamaya nasıl karar verdiğimiz elbette değişebilir: Aslında, altında bir "tür" tanımlayabileceğimiz düzinelerce farklı kriter vardır. En yaygın olarak kabul edilen tanım, herhangi iki organizmayı ayrı türlere ait olarak gösteren Biyolojik Türler Konseptidir (kısaca BSC). üreme açısından izole. Bu, ikisinin birlikte doğurgan ve yaşayabilir yavrular oluşturamayacakları anlamına gelir (yani, uzun vadeli, melezler). Bu uyarılar, sadece iki hayvan olduğu için önemlidir. Yapabilmek melez bir yavru oluşturmak (örneğin bkz. ligerler, zorses, katırlar), bunların zamanla sürdürülebileceği anlamına gelmez.

Türleşme sürekliliği

Daha önce belirtildiği gibi, yaşam ağacı boyunca organizmaların ayrışması, yaygın, spektrum benzeri bir şekilde ilerler. Sırf üreme izolasyonuna belirli bir sınır koymamız, türlerin ikili dosyalara rahatça uyduğunu göstermez. Ek olarak, üreme izolasyonu nadiren bir gecede gelişir ve genetik farklılıklar aynı türün iki ayrı soyunda bağımsız olarak geliştikçe yavaş, biriken bir süreç olabilir. Bu gönderide bununla ilgili daha fazla ayrıntı var, ancak kavramın altında yatan önem, türlemelerden biridir. süreklilik. Farklı alt gruplar (genellikle 'popülasyonlar') yavaş yavaş birbirinden uzaklaştıkça, süreklilik boyunca aşamalı olarak hareket eder. Belirli bir devrilme noktasında, bu farklılık başarılı üremeyi önleyecek kadar güçlüdür ve böylece üreme izolasyonu sağlanır.

Türleşme sürekliliğinin bir diyagramı. Bu şekilde, ayrı soylara ayrılan tek bir ata popülasyonu ile başlıyoruz. Zamanla birbirlerinden uzaklaşırlar. Bu kademeli farklılaşma, sonunda, bir noktada, iki soyun ayrı türler haline gelmesine neden olur. Nereye? Bunu söylemek zor.

Teraziyi devirmek: üreme izolasyonu

Üreme izolasyonunun önemi, farklı türlerin evrimsel tarihi için çıkarım yapmasında yatmaktadır. Bu kavram altında, bağımsız türler genetik özellikleri veya (doğrudan) evrim yollarını paylaşmazlar ve bu nedenle doğal seçilim ile çok farklı yönlerde evrimleşebilirler. Bu nedenle, üreme izolasyonunun tanımlanması (ampirik, doğal çalışma sistemlerinde yapılması inanılmaz derecede zor olsa da) yeni türlerin evrimini anlamada önemli bir faktördür.

Tabii ki, siyah-beyaz ideolojiler biyolojik bilimde nadiren uygulanır ve tüm türlerin birbirinden %100 izole olduğunu (ve tam evrimsel bağımsızlığa ulaşmak için yeterince uzun süredir) söylemek, Dünya'nın biyolojik çeşitliliğini önemli ölçüde hafife alabilir. Doğal sistemlerde türleşmenin doğası ve süreci hakkında araştırmalar devam ettikçe, gen akışına rağmen daha fazla türleşme örneği tespit edildi.

"Türler" arasındaki hibridizasyon, geçmişte çok uzaklarda bile olsa, alelleri transfer ederek iki popülasyon arasındaki genetik farklılığı azaltır. Bununla birlikte, soylar arasında karışan alellerin oranı (gen akışı) ile her popülasyona etki eden bireysel doğal seçilim kuvvetleri (diferansiyel seçilim) arasında bir denge vardır. Doğal seçilim, özellikle ekolojik özelliklerle ilgili olarak, iki popülasyon arasındaki farklılaşmayı çok güçlü bir şekilde destekliyorsa, gen akışının homojenleştirme etkisi, kapsayıcı etki tarafından bastırılabilir. Literatürde bu iki faktörün dengesi hakkında önemli tartışmalar olmuştur, ancak gen akışı ile türleşme (alternatif olarak ekolojik türleşme) kavramı son yıllarda destek kazanmıştır.

Teorik bir balık sisteminde gen akışına karşı sapma. Üzerinde sol, çevrenin ve balık popülasyonlarının fiziksel bir diyagramına sahibiz. Üzerinde sağ, farklı soyların temsili yörüngesi. Başlangıçta, sağdaki şekilde aşağı doğru zaman içinde ilerleyen tek bir yaygın popülasyonla (mor) başlıyoruz. İzole edici bir olay, popülasyonun iki ayrı soya bölünmesine neden olur (basitlik için kırmızı ve mavi). İkisi, başka bir olay tekrar bir araya gelmelerine (ikincil temas) neden olana kadar yavaş yavaş ayrılır. Bu, popülasyonlar arasındaki gen akışını kolaylaştırır ve benzersiz alelleri kırmızıdan maviye veya tam tersi şekilde paylaşarak birikmiş farklılıklarını azaltır. İkinci bir izolasyon olayı onları bir kez daha ayırır ve sapma tekrar ilerleyebilir. Soyların birbirinden ne kadar uzaklaştığı, gen akışının homojenleştirici etkisinin ve farklı genetik varyantların birikiminin dikkatli bir dengesidir.

Türleşme adaları

Peki, popülasyonlar arasında genlerin karıştırılmasına rağmen üreme izolasyonu nasıl gerçekleşebilir? Gen akışı, söz konusu iki soy arasındaki farklılığı sürekli olarak azaltıyorsa, süreklilik boyunca yeni türler haline gelmek için nasıl yeterince ilerleyebilirler? Bu, bir süredir devam eden bir tartışmadır ve üreme izolasyonunun (hızlı bir şekilde) gelişebileceği bir dizi önerilen mekanizma vardır. Her popülasyondaki genetik farklılıkların birikimi, gitgide popülasyonlar arasında rekombinasyon yeni, daha önce denenmemiş alel kombinasyonları verirse üreme izolasyonuna yol açar. Bunlara "Dobzhansky-Müller Uyumsuzlukları" adı verilir ve genellikle "yabancı genomik arka planlar" üzerine karıştırılan adaptif aleller açısından yorumlanır.

Birikmiş genetik farklılıkların DMI'ler aracılığıyla türleşmeye nasıl katkıda bulunabileceğine bir örnek. Gri kutular, düzenlenmemiş tek bir atadan iki farklı popülasyona kadar her popülasyonun ortalama genomunu temsil eder. Zamanla, her popülasyon bağımsız olarak yeni mutasyonlar edinir (sırasıyla kırmızı ve mavi). Bir süre sonra, iki popülasyon arasındaki yeniden bağlantı, bu mutasyonların tuhaf ve yeni kombinasyonlarıyla melezlerin oluşmasına neden olur. Popülasyondan gelen mutasyonlar ise A ve Nüfus B uyumsuzlarsa (örneğin kısırlığa, fizyolojik sorunlara yol açarlar, vb.), bu melezler uzun vadede cansız olabilir ve üreme izolasyonu (RI) etkin bir şekilde elde edilmiştir. Bu nedenle, RI'ye neden olan bireysel mutasyonlar değil, benzersiz bir şekilde gelişen popülasyonlardan bunların uyumsuz kombinasyonlarıdır.

En hızlı örnekler, nadir bir mutasyon olayının neden olduğu genomik duplikasyon olaylarını içerir. tüm genom (veya onun bölümleri) kopyalanacak bir organizmanın kopyalanması: örneğin, bu insanlarda olsaydı, 2 kopya 23 kromozomdan (toplam 46) 4 kopya 23 kromozomdan (toplam 92) olurdunuz. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu, embriyoların veya üreme hücrelerinin (örneğin yumurta, sperm) oluşmasına izin veren dahili biyokimyasal mekanizmalarla uğraşır. Bu türleşme modeli, özellikle bazı bitki türlerinde (ve ayrıca somonda!)

Dramatik olmasına rağmen, genom içindeki diğer belirli değişiklikler benzer şekilde üreme izolasyonunu başlatabilir. Bunlar genellikle, üreme süreci için temel olan özellikleri kodlayan genlerle ilgilidir - örneğin cinsiyet hücrelerinin yapısı veya çiftleşmede önemli olan fiziksel özellikler - hibritlerin oluşumunu (veya hatta türler arası cinsiyet eylemini) temel olarak önleyebilen genler. Türler arasında özellikle farklı olan ve muhtemelen üreme izolasyonlarını belirleyen bölgelere, bunun gibi 'türleşme adaları' denir. hayatın çeşitliliği.

Genomun tek veya çok az parçası, ‘türleşme adaları yoluyla hızlı ve güçlü üreme izolasyonuna neden olabilir. Bu örnekte, sarı/kırmızı dağılımlar, bir balığın iki farklı soyu arasındaki farklılaşmanın bir ölçüsünü temsil eder. Tek gereken, iki balık arasında hızlı RI'ye neden olan ve türleşmeye yol açan melez oluşumunu önlemek için genomun çok seçilmiş bir bölümünde (genomdaki renkli kutu) güçlü farklılaşmadır.

Gerçek "melezleştirilmiş" türler mi?

Şimdi, bu kavramlar sadece oldukça teorik görünebilir. Doğada gerçekten ne sıklıkla meydana gelirler? Pekala, çeşitli gruplarda karmaşık türleşme mekanizmalarının bazı açık örnekleri var. Örneğin, bazı durumlarda melezlerin oluşumu aslında katkıda bulunmak Garip bir şekilde, yeni türlerin oluşması için.

Hibrit türleşme

Bu, eğer bir melez, şu ya da bu şekilde, her iki ebeveyn türünden de üreme açısından izole edilmişse gerçekleşebilir. "Melez türleşme" olarak adlandırılan bu fenomen, türleşmeyi incelemek için tartışmasız en ikonik sistemde gözlemlenmiştir: Darwin'in ispinozları! 1981'de, en büyük Daphne Major adasında henüz olgunlaşmamış bir ispinoz tespit edildi: genetik testler, onun 100 km'den daha uzaktaki farklı bir adadaki başka bir türden kaynaklandığını belirledi (Geospiza conirostris, Española'dan). Artık kendi popülasyonundan izole edilen bu yeni birey, başka bir türle üremek zorunda kaldı (Geospiza fortis) bir soy sürdürmek için. Bununla birlikte, nesiller boyunca ortaya çıkan melezlerin soyağacının gözlemlenmesi, G. fortis sonraki nesillerde birlikte üreyen (yani ensest!) melezlerden daha az uyumluydu. Güçlü akrabalığa rağmen, melezler gaga şekli ve şarkı gibi benzersiz özellikler gösterir. Melezler - garip, karışık şarkılarıyla - kadınları başarılı bir şekilde etkileyemediler. G. fortis ve fiziksel olarak ayrıldılar G. konirostris). Böylece hibridizasyon aslında neden oldu oluşturulacak yeni bir tür (BSC kapsamında).

Söz konusu ispinozların anlık görüntüleri, Grant & Grant, 2009. A: asıl göçmen B: göçmenin oğlu. C: 5 nesil sonra melezler. NS: 6 nesil sonra melezler. E: Darwin'in başka bir ispinoz türü (G. scandens). F: G. magnirostris. Yemleme ve üreme davranışını belirleyen önemli bir faktör olan gaga şeklindeki değişikliği fark edebilirsiniz.

Yüzük türleri

Gen akışı ve türleşmenin diğer ilginç karmaşık durumları arasında "halka türleri" bulunur. Bu, bir türün dağılımındaki bireyler bir farklılaşma gradyanı gösterdiğinde ortaya çıkar: bu nedenle, dağılımın iki zıt ucu en farklı olanlardır. Bununla birlikte, bir "halka türü" senaryosunda bu gradyan doğrusal bir yol değil dairesel bir modeldir: halkanın bir ucunun diğeriyle buluştuğu yerde, iki zıt uç etkileşime girer. Halka boyunca yeterli genetik farklılık birikmişse, üreme izolasyonu elde edilmiş olabilir ve ikisi farklı türler olarak kabul edilebilir. Halka boyunca net bir "kesme" noktası olmadığından ve türler yalnızca iki ucun buluşma noktalarında net olduğundan bu durum özellikle kafa karıştırıcı olabilir.

Halka türü kavramının görsel bir temsili. Bu örnekte, bir dağ silsilesine yayılmış çeşitli kuş popülasyonları (küçük daireler) var. Dağılımın bir ucunda, kuşlar daha kırmızı, diğer ucunda daha mavi genotiptir. Bireysel popülasyonlar, komşu popülasyonlar arasında genleri paylaşabilir (küçük oklarla gösterilir). Bununla birlikte, halkanın tekrar buluştuğu halkanın uç uçlarında, bu popülasyonların iç içe geçemeyeceği (ve bu nedenle farklı türler olarak kabul edilecek) yeterli farklılık (yani renk değişimi) birikmiştir. Halka türleriyle ilgili hile, türlerin ayrıldığı halka boyunca net bir kesme noktası olmaması ve tür kimliklerinin yalnızca halkanın karşıt uçlarında geçerli olmasıdır.

Her zamanki gibi cevaplardan daha fazla soru

Biyoloji için en temel ve temel görünebilecek kavramlar bile - "tür" kavramı gibi - beklediğimizden daha dolambaçlı ve karmaşık görünüyor. Evrimsel araştırmayı bu kadar büyüleyici yapan ve bu alanı harekete geçirmeye devam eden ve doğanın gizemli mekanizmalarının etrafında toplu olarak kafalarımızı sarmaya çalışan şey budur.


28 nükleer tek / düşük kopya lokusuna dayalı Fagus'un (Fagaceae) filogenisi ve biyocoğrafyası

  • Lu Jiang
  • , Qin Bao
  • , Wei He
  • , Deng Mei Fanı
  • , Shan Mei Cheng
  • , Jordi López-Pujol
  • , Myong Gi Chung
  • , Şota Sakaguchi
  • , Arturo Sanchez-González
  • , Aysun Gedik
  • , De-Zhu Li
  • , Yi Xuan Kou
  • & Zhi-Yong Zhang

Sistematik ve Evrim Dergisi (2021)

Jeolojik-edafik ayrışmanın neden olduğu yabani arpada yeni başlayan sempatik türleşme

  • Kexin Li
  • , Xifeng Ren
  • , Xiaoying Şarkısı
  • , Xiujuan Li
  • , Yu Zhou
  • , Eli Harlev
  • , Dongfa Sun
  • & Eviatar Nevo

Yaşam Bilimleri İttifakı (2020)

Kör yeraltı köstebek farelerinin genom evrimi: Adaptif peripatrik ve sempatik türleşme

  • Kexin Li
  • , Shangzhe Zhang
  • , Xiaoying Şarkısı
  • , Alexandra Weyrich
  • , Yinjia Wang
  • , Xi Liu
  • , Na Wan
  • , Jianquan Liu
  • , Matěj Lövy
  • , Haihong Cui
  • , Vladimir Frenkel
  • , Avi Titievsky
  • , Julia Panov
  • , Leonid Brodsky
  • & Eviatar Nevo

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı (2020)

Superior Gölü'ndeki göl alabalığı ekotipleri arasındaki morfolojik ve genomik ayrışmadaki paralelliğin kapsamının araştırılması

  • Alysse Perreault-Payette
  • , Andrew M. Muir
  • , Frederick Goetz
  • , Charles Perrier
  • , Eric Normandeau
  • , Pascal Sirois
  • &Louis Bernatchez

Moleküler Ekoloji (2017)

Kalın ve ince sayesinde: Batık cins Najas'ta (Hydrocharitaceae) şifreli sempatik türleşme

  • Donald H. Les
  • , Elena L. Peredo
  • , Ursula M. King
  • , Lori K. Benoit
  • , Nicholas P. Tippery
  • , Cassandra J. Top
  • &Robynn K. Shannon

Moleküler Filogenetik ve Evrim (2015)


# Alıç Sineği

Daha önce, türlerin kaynak paylaşımına dayalı olarak aynı coğrafi konumda oluşabileceği fikrini ortaya atmıştık; bu iki popülasyon zaman içinde farklı nişlerden yararlanmaya giderek daha uygun hale geldi. Bu gönderide, çok yakın geçmişte ve insan gözlemi altında oluşan yeni oluşan türlerin bir örneğini kullanarak bu fenomeni ayrıntılı olarak inceleyeceğiz: alıç sineklerinde çeşitlenme, Rhagoletis pomonella. Bu sinekler, evcil elmaların vahşi bir akrabası olan alıçların olgunlaşmamış meyvelerine çekilir (yani küçük bir yengeç benzeri bir şey). Alıç meyvesi ayrıca, alıç sineklerinin eşlerini bulduğu ve larvaların meyveyle beslenmesine izin vermek için yumurtalarını bıraktığı yerdir (ve larvalar gezintiye çıkarken, erken bozulmasına ve düşmesine neden olur). Alıç sinekleri yılda sadece bir nesil üretir ve pupa olarak gömülü olan kışı atlatır. Ayrıca, kısa bir yetişkin ömrüne sahiptirler, bu da onlara bir eş bulma, üreme ve dişilerin yumurtlamaları için yalnızca kısa bir süre verir. Bu önemli dönem, elbette, alıçların yaşam döngüsü tarafından belirlenir - meyvesi, sineklerin bir besin kaynağı ve buluşma yeri olarak kullanması için hazır olduğunda. Bu nedenle, (alıç yaşam döngüsü tarafından uygulanan) doğal seçilim, alıç sineği popülasyonlarında kuluçka süresi ile ilgili genetik varyasyon üzerinde etki eder. Kuluçka zamanlaması kalıtsal çeşitlilik gösterir ve alıç meyvesi mevcut olduğunda (veya daha kötüsü, hiç meyve olmadığında) saçakların yakınında yumurtadan çıkan sinekler, alıç meyvesi olduğunda yumurtadan çıkan sinekler kadar başarılı bir şekilde üremezler. bolluk. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, sonuç, konukçu bitkileri ile iyi zamanlanmış alıç sineklerinin popülasyonlarını gözlemlememizdir ve herhangi bir sinek popülasyonunun çoğu üyesi, meyve mevcudiyetinin yüksekliği ile uyum içinde yumurtadan çıkar:

Kuluçka süresi bir örnektir sürekli özelliğin aksine, bir süreksiz kişisel özellik. Süreksiz özellikler, farklı kategorilere sahip özelliklerdir: siyaha karşı mavi gözler veya kırmızıya karşı beyaz çiçekler vb. Pek çok özellik bu tür kategorilere “bindirilemez”, aksine popülasyonlarda bir dağılım oluşturur. Boy ve kilo gibi özellikler sürekli özelliklerin örnekleridir ve alıç sineğinin kuluçka zamanlaması başka bir şeydir. Alıç ağacının alıç sineği üzerindeki etkisi buna bir örnektir. dengeleyici seçim—meyve mevcudiyeti, her iki taraftaki sınırların dışına düşen sineklere karşı seçim yapmaktır (yani, çok erken çıkan sinekler veya çok geç çıkan sinekler). Genel etki, sineklerin kuluçkadan nesilden nesile meyve mevcudiyeti ile eşleşmesini sağlamaktır.

Bir elma tarafından cazip

Ancak bu istikrarlı, dengeli etkileşimi bozan bir şey oldu: Yerli elmaların Avrupalı ​​kolonistler tarafından Kuzey Amerika'ya getirilmesi. Yukarıda belirttiğimiz gibi, alıç ve elma, benzer meyvelere sahip ilgili bitkilerdir. Bununla birlikte, bir fark, elmalarda alıçlara kıyasla meyve gelişiminin zamanlamasıydı: yerli elmalar, alıçlardan birkaç hafta önce meyve veriyor. Elmaların alıç sineği habitatına dahil edilmesi, bu nedenle, spektrumun "erken" ucunda yumurtadan çıkan sinekler için potansiyel bir besin kaynağı sağladı:

Çevrelerinde bu yeni, ancak biraz benzer meyveye ilgi duyan “erken” sinekler için sonuç iki yönlü olacaktır: (a) kendi türlerinin üyelerinden rekabeti azaltan bir besin kaynağı bulmak ve (b) bir besin kaynağı bulmak. elmalara benzer çekim eğilimleriyle çiftleşirler. Önceden "kaybeden" bir genetik kombinasyon (bir eş için yeterli yiyecek veya makul beklentiler olmadan çok erken yumurtadan çıkma) şimdi "kazanan" bir kombinasyondu. Sonuç olarak, "erken" varyantlar artık eskisinden çok daha etkili bir şekilde çoğalabilir ve böylece birbirini izleyen nesiller boyunca sayıları artabilir:

Başka bir deyişle, elmalar bir kez var olduğunda, ortam artık sinek popülasyonlarını stabilize edici bir şekilde seçmiyor, aksine varyasyonu iki alt popülasyona şekillendirmek için hareket ediyordu. Seçim artık çeşitlendirme seçimine geçmişti. Daha da önemlisi, bu iki alt popülasyon çeşitlendirmek sadece kuluçka süresi ve yiyecek tercihi açısından değil, aynı zamanda (biyolojilerinin doğası göz önüne alındığında) çiftleşme tercih. “Elma” çeşitleri sayıca arttıkça, eşleriyle elma ağaçlarında karşılaştıklarından doğal olarak diğer “elma” çeşitleriyle daha sık üremişlerdir. Sonuç, zaman içinde iki grup arasında ortaya çıkan farklılıkları güçlendirecek olan alel akışına kısmi bir engeldi.

Alıç ve elma “türleri” ise Rhagoletis pomonella (çoğunlukla elma türlerinin zararlı olarak ekonomik etkisi nedeniyle) yüzyıllardır insan ilgisinin konusu olmuştur. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, önceki araştırmalardan tarama zamanlamasını etkilediği bilinen genlerin, iki grupta farklı alellere sahip olduğu ortaya çıkıyor. Diğer aday genler, sineklerin hedef meyvelerinden gelen kokuları algılamak için kullandıkları reseptör proteinlerini içerir - belirli aleller elma kokularına daha fazla ayarlanmış ve diğer aleller alıç kokularına ayarlanmış. Bir popülasyonda varyasyon olarak başlayan şey, şimdi seçilim yoluyla farklı nişlere uygun alel kombinasyonlarına bölünmüştür ve elmalara geçişin meydana geldiği kısa zaman aralığı göz önüne alındığında, yeni mutasyonların bir rol oynamamış olması muhtemeldir. Aksine, çok sayıda genin mevcut alellerinin rekombinasyonu ve ayrılması, orijinal popülasyonun bazı üyelerine yeni fırsattan yararlanmaya uygun genetik farklılıklar sağlamak için yeterliydi. Net etki, birkaç sürekli özelliğin (yumurtadan çıkma zamanlaması, meyve kokusu tercihi) yeni bir çevresel nişle eşleşmesi ve alel akışına bir engel oluşturmasıydı.

Birkaç kişi için seçim

Bu türleşme olayı sırasında seçilim altındaki genleri (ve alellerini) göz önünde bulundurarak, birkaç noktaya değinmek gerekiyor. Seçilmekte olan (ve dolayısıyla iki yeni türde farklı alellere sahip) genlerin sayısı nispeten nadir olacaktır. Yalnızca yeni nişe uyumla ilgili özellikleri etkileyen aleller etkilenecektir. Genlerin çoğu iki popülasyon arasında aynı kalacaktır, çünkü bunlar çeşitlendirici seçilim altında değillerdir, ancak her iki türdeki (özdeş) rolleri için stabilize edici seçilim altında olmaya devam etmektedirler. Örneğin, hücresel enerji dönüşümü veya kanat gelişimi için gerekli olan genleri düşünün - her iki türün de tam olarak aynı şekilde yapması gereken süreçler. Bu genlerin işlevi, yeni nişe uyum sağlamakla ilgili olmadığından, bu genler her iki popülasyonda da aynı alellere (veya belki de yalnızca bir alel) sahip olacaktır. Kısacası, türleşmenin ürettiği genel model, seçilime tabi olmayan özdeş genlerin büyük çoğunluğunun arka planına karşı, seçilim altındaki genlerin (veya tesadüfen sürüklenmeyi deneyimleyen genlerin) alellerindeki farklılıkların küçük bir dağılımı olacaktır. (veya sürüklenme).

Indeed, one reason we can be confident that the hawthorn and apple “specialists” of Rhagoletis pomonella are in fact the products of a recent speciation event (aside from the fact that farmers observed them as they arose) is because of the overwhelming identity between their genomes—they have only tiny differences in a handful of genes. Biologically, it’s an open question if they are in fact truly separate species, since they do continue to exchange alleles, albeit at a greatly reduced rate compared to sharing alleles within their respective populations. As we have seen for ring species, this example shows us that it is possible to observe in the present day the precise features we would predict for an ongoing, “in process” speciation event. Additionally, it shows that only a small handful of differences, derived from variation already existing within a population, can start two subpopulations on a trajectory that gradually improves the barrier to allele flow between them. Over time, these effects can lead to the formation of closely related species.

In the long run

The production of closely-related species from a common ancestral population is hardly controversial among evangelical Christians, though the mechanisms underlying such events are not commonly appreciated. What is more controversial for many, however, is the suggestion that these mechanisms also produce widely diverged species over greater spans of time. In the next post in this series, we’ll turn to some lines of evidence that support the hypothesis that highly diverse modern species are indeed derived from common ancestral populations deep in the past.


Tartışma

In this study, we found the pig domestication can provide a good model to explore the evolution of reproductive barriers and genetic architectures in nascent speciation. In colonization of wild progenitors in the Eurasian continents and subsequent domestications, reproductive barriers have evolved between the Eurasian domestic pigs. Though the Haldane’s rule is not evident in the cross of many Eurasian domestic pigs ( Zhang 1986), our data suggest evolution of multiple Dobzhansky–Muller incompatibilities as weak reproductive barriers in the pig. The distinct observation in domestic pigs may help to fill the knowledge gap relevant to the process of evolution from moderately differentiated populations to reproductively isolated species.

The evidence from our study in pigs supports an unusual role of autosomes on hybrid inviability in nascent speciation, compared to large role of X chromosome in advanced stages of speciation ( Coyne 1992 Coyne and Orr 1989 Coyne and Orr 2004 Presgraves 2008) and in population level ( Demuth and Wade 2007 Lachance and True 2010). It is of a particular interest to compare the role of autosomes and the role of X chromosome in the process of speciation. The contradicting results of autosomes’ and X chromosome’s role may reflect observations on different stages of speciation. It is well known that the X chromosome evolves much faster than autosomes in speciation, referring a process of faster-X evolution ( Coyne and Orr 1989 Coyne and Orr 2004 Presgraves 2008, 2018). In nascent speciation, lack of effective large X-effect on hybrid inviability in the pig cross is possibly associated with a low level of genomic differentiation between the Eurasian pigs, and in contrast the autosomes may have more effects in specifying partial hybrid inviability given a higher probability to evolve weak DMIs from a higher genomic capacity of PPIs. This raises an interesting question about the race between autosomes and X chromosome to cause hybrid incompatibility in the sequence of speciation. In addition, our observation of the nascent speciation of pigs, the interautosomal PPIs showed a steady sexual antagonism on hybrid inviability, while X: autosomal PPIs did not. The data supports a dominant role of autosomes in conferring the early form of sex-biased incompatible effects. Combing our results with earlier observations ( Coyne 1992 Coyne and Orr 1989), we propose a hypothetical model of role switching from autosomes to X chromosome along with the sequence of speciation, in which the hybrid incompatibilities specified by autosomes initiate the nascent speciation while hybrid incompatibilities specified by X chromosome evolve more and more efficient and dominate the former. Our study implies that the hybrid incompatibility caused by pervasive but weak interactions among autosomal loci may be a hallmark of nascent speciation in mammals. Further tests using data from other domestic animals, such as dogs, may provide more details about this model.

We unraveled that partial hybrid inviability and partial hybrid male inviability can evolve quite early in speciation. This phenomenon seems contradictory to the observation of faster evolution of hybrid sterility than hybrid inviability in Meyve sineği and mammals ( Wu and Davis 1993), but may have plausible explanations. In this study, our focus was not on the hybrid sterility and the relative rate between hybrid sterility and hybrid inviability is not available in the pig cross. Another difference is that the hybrid inviability phenotype in this experimental pig population is weak and partial, while strong and full hybrid inviability phenotype was used in the statistics for generalization ( Wu and Davis 1993). It is possible that reproductive barriers on full hybrid sterility tend to have large effects, and reproductive barriers on partial hybrid inviability can evolve very early in nascent speciation but with minor effect. This is consistent with the hypothetical genetic difference responsible for reproductive barriers evolved in nascent and advanced stages of speciation. Partial hybrid inviability could be common in the cross of the Eurasian domestic pigs, according to the high fractions of GM1+GM2 interactions in PPI groups from the lower-end of nF2. We propose that the partial hybrid male inviability could be an evolutionary end of the partial hybrid inviability when a subset of DMIs have evolved relatively large effects on hybrid inviability and have broken their effect symmetry between two sexes. Despite the wide distribution of DMIs for partial hybrid inviability in pig genome, it will be of a huge challenge to characterizing their biological significance in a litter due to their weak effects. Testing the effect in large-scale populations could be a powerful approach in studying the nascent reproductive barriers.


Fishes in the lower Congo River. An extreme case of species divergence and convergent evolution

The Nile might be Earth’s longest river, and the Amazon might contain the most water, but neither are as deep nor as fast-flowing as are places along the Congo. This is particularly evident in the river’s lower reaches, extending for two-hundred miles upstream from the Atlantic Ocean, where huge rapids and deep underwater canyons create a highly turbulent region that may appear uninhabitable at first glance. Indeed, the intense surface rapids largely prevent the movement of motile animals, however, many fish species have adapted to these extreme hydrological conditions through biological processes that are the focus of Professor Melanie Stiassny’s research in this hyper-diverse region, a collaborative and long-term research program between the American Museum of Natural History, CUNY Graduate Center and York College, the University of Kinshasa (Democratic Republic of Congo DRC), and the University of Marien Ngouabi (Republic of Congo RC).

Professor Stiassny and her New York collaborator Liz Alter believe that the participation of Congolese partners and students, and the building of in-country ichthyological (the branch of zoology devoted to the study of fishes) capacity is central to its success. Referred to as the Congo Project by its collaborators, it aims to document the different fish species inhabiting the lower Congo River, which are currently poorly understood. Some exciting discoveries have been made by the Congo Project so far physically and genetically distinct species have evolved similar traits in a process known as ‘convergent evolution’, where separate populations undergoing similar selective pressures evolve to exhibit similar morphological traits. This research is important as it documents one of the few cases where this type of evolution has occurred among distantly related species over a relatively short timeframe and at extremely small spatial scale. The lower Congo system holds the potential to provide a greater understanding of the adaptation and diversification of species inhabiting extreme environments.

Despite the harsh conditions of the central stream of the lower Congo, this stretch of the river boasts an exceptionally high diversity of fish species.

Hydrological and biological diversity
Despite the harsh conditions of the central stream of the lower Congo, this stretch of the river boasts an exceptionally high diversity of fish species. The lower Congo occupies just 2% of the area of the total Congo basin, but contains nearly 30% of all species, and 30% of those are endemic to the lower Congo, meaning that they are only found in this region. Trying to answer the question of why so many species have arisen within the lower Congo, Stiassny’s group has focused on the unique physical properties of the river itself. The annual discharge of the Congo is extremely high, second only to the Amazon, and combining this with the varying width and steep incline of the lower Congo generates complex flow regimes that have affected the development of life in the river. Below the surface of the river, beneath its raging rapids, the team has documented an extraordinarily complex hydrological system that has created different and distinct ‘pockets’ throughout the river that potentially serve as habitat refuges for different species and populations. Surveys of the river have recorded regions of low water velocity near the banks entirely separated by the high-velocity central stream. The intense flow between the low flow velocity regions on either side of the river channel hinders the movement of fishes both across and up/down the river, and thus the fishes inhabiting the separated, low flow velocity areas are physically separated by the water itself and rarely or never encounter one another. These conditions are ideal for the occurrence of speciation, where populations of a single species that have been separated over time evolve into genetically distinct lineages.

Evolution in isolation
The concept of speciation has served as a cornerstone of evolutionary theory since the 19th Century. Understanding the process by which one species can evolve into two or more genetically distinct species is vital for understanding he process of evolution itself. There are several different forms of speciation, but here, we focus on allopatric speciation, which occurs when populations of one species become physically isolated by events such as continental drift or the formation of mountain ranges and evolve into separate, distinct species when they face different conditions and pressures to which they must adapt.

Many fish species have adapted to the extreme hydrological conditions of the lower Congo, through biological processes that are the focus of Professor Melanie Stiassny’s research.

…the “reduced eyes, lack of pigmentation, elongated body” phenotype has evolved separately in species from different families.

Different species may develop similar traits to adapt to similar ecological niches in different parts of the world, which is known as convergent evolution – the process by which species evolve independently and yet display similar or the same traits. For example, Old and New World vultures are not phylogenetically related, yet both are adapted to feeding on carrion, sharing their featherless heads and soaring behaviours when searching for food. However, these vultures live and have evolved independently on different continents. The process of evolution is slow, taking tens of thousands to millions of years, as the geological factors separating populations are similarly slow. However, the rapid currents and deep canyons of the lower Congo River have sped up this process. Numerous observations of populations divided by river currents, rather than mountain ranges, were made in the lower Congo, and this case is unique in that such evolution has occurred over such a small spatial scale. Therefore, the lower Congo River is an ideal place for studying the diversification and evolution of species as it occurs rapidly at such a small spatial scale.

Diversity in the lower Congo
The Congo Project commenced as a collaborative effort between the American Museum of Natural History, the University of Kinshasa, DRC, and the University of Marien Ngouabi, RC in 2006. The aims were to record fish diversity in the lower Congo, understand the distributions of different species, and elucidate how these species evolved and their populations formed in such a diverse environment. The first signs of the lower Congo’s bizarre fish populations were discovered when the local fishing community noticed that the ‘blind cichlid’, Lamprologus lethops (which lacks pigment and has skin-covered eyes) was only found dead or dying washed up on the shore. It was later determined that these fish dwell in the depths of the river and occasionally become caught in strong upwelling currents, bringing them to the surface. Adapted to extremely high pressures, deep-ocean fish are unable to survive should they rise above a certain depth as the change in pressure causes the formation of gas bubbles in their tissues. This phenomenon is known as catastrophic decompression syndrome, and the same appears to be true for the bottom-dwelling fish of the lower Congo.

Upon the retrieval of a live individual of L. lethops, gas bubbles appeared to rapidly form within its tissues as it died, strongly suggestive of its adaptation to a high-pressure environment. Compared with other individuals of its genus residing in the Congo River, L. lethops is the only species apparently adapted to withstand the conditions of the river’s bottom, with its depigmented skin, reduced eyes, and elongated body. Yet, L. lethops is not the only species exhibiting these traits. Such a morphology has also been discovered in a series of phylogenetically distant species, including Stomatorhinus microps, a species of elephantfish, the spiny eels Mastacembelus brichardi and crassus, Notoglanidium pallidum, a species of African big-eye catfish, and Gymnallabes nops, a species of walking catfish. This is a clear example of phenotypic convergence – the “reduced eyes, lack of pigmentation, elongated body” phenotype has evolved separately in species from distantly related families. The current phase of the Congo Project aims to continue to investigate this extreme phenotypic convergence and establish how quickly these phenotypes emerged, how similar the morphologies of species in the same and different classes exhibiting these phenotypes are and determine whether these traits evolved during a similar timeframe.

The research conducted by the Congo Project is significant as it has identified the lower Congo River as a region where convergent evolution can be observed and recorded, which is vital for understanding the mechanisms behind such evolutionary patterns. The project continues to describe the diverse array of fish species found in the lower Congo region, which had been previously poorly understood.

Personal Response

What is it that makes the case of phylogenetic convergence in the lower Congo River so unique?

The lower Congo River is one of the most extreme freshwater habitats on Earth. Vast volumes of water plunge down a narrow channel to the ocean, forming some of the largest whitewater rapids and the deepest underwater canyons on Earth. The river is home to an extraordinary array of fishes, many of which are bizarre in appearance and exhibit numerous adaptations to life in turbulent, high-energy waters. Among these are striking examples of morphological convergence, strongly suggesting a shared signature of selection. The fishes of the lower Congo present an unparalleled natural experiment to investigate the variety of mechanisms by which convergent phenotypes have repeatedly evolved across deep phylogenetic time.


Authors' contributions

LC prepared most new sequences, and prepared the ITS2 alignment, consensus secondary structures, and various ITS2 analyses. BM contributed two new sequences, and prepared the 18S rDNA alignment and analysis. BM and LC wrote the manuscript and together developed ideas and methods to analyze ITS2 data concerning CBC mapping, quantification, and comparison with taxonomic concepts. MM proposed the ITS2 numbering system, provided many ideas concerning evolutionary approaches of CBC/hCBC analyses, and critically read the manuscript. Tüm yazarlar son makaleyi okudu ve onayladı.


Biologists watch speciation in a laboratory flask

Molecular models of the two receptors the virus evolved to specialize on. Credit: Justin Meyer, UC San Diego

Biologists have discovered that the evolution of a new species can occur rapidly enough for them to observe the process in a simple laboratory flask.

In a month-long experiment using a virus harmless to humans, biologists working at the University of California San Diego and at Michigan State University documented the evolution of a virus into two incipient species—a process known as speciation that Charles Darwin proposed to explain the branching in the tree of life, where one species splits into two distinct species during evolution.

"Many theories have been proposed to explain speciation, and they have been tested through analyzing the characteristics of fossils, genomes, and natural populations of plants and animals," said Justin Meyer, an assistant professor of biology at UC San Diego and the first author of a study that will be published in the December 9 issue of Bilim. "However, speciation has been notoriously difficult to thoroughly investigate because it happens too slowly to directly observe. Without direct evidence for speciation, some people have doubted the importance of evolution and Darwin's theory of natural selection."

Meyer's study, which also appeared last week in an early online edition of Bilim, began while he was a doctoral student at Michigan State University, working in the laboratory of Richard Lenski, a professor of microbial ecology there who pioneered the use of microorganisms to study the dynamics of long-term evolution.

"Even though we set out to study speciation in the lab, I was surprised it happened so fast," said Lenski, a co-author of the study. "Yet the deeper Justin dug into things—from how the viruses infected different hosts to their DNA sequences—the stronger the evidence became that we really were seeing the early stages of speciation."

"With these experiments, no one can doubt whether speciation occurs," Meyer added. "More importantly, we now have an experimental system to test many previously untestable ideas about the process."

To conduct their experiment, Meyer, Lenski and their colleagues cultured a virus—known as "bacteriophage lambda"—capable of infecting E. coli bacteria using two receptors, molecules on the outside of the cell wall that viruses use to attach themselves and then infect cells.

When the biologists supplied the virus with two types of cells that varied in their receptors, the virus evolved into two new species, one specialized on each receptor type.

"The virus we started the experiment with, the one with the nondiscriminatory appetite, went extinct. During the process of speciation, it was replaced by its more evolved descendants with a more refined palette," explained Meyer.

Why did the new viruses take over?

"The answer is as simple as the old expression, 'a jack of all trades is a master of none'," explained Meyer. "The specialized viruses were much better at infecting through their preferred receptor and blocked their 'jack of all trades' ancestor from infecting cells and reproducing. The survival of the fittest led to the emergence of two new specialized viruses."

Meyers's study was conducted over six years in two separate labs. The first experiments were performed at Michigan State, supported in part by BEACON, the National Science Foundation's Center for the Study of Evolution in Action, and the analyses were completed at UC San Diego.


Right of Reply: Our Response to Jerry Coyne

Jerry Coyne has offered a response in the pages of yorgan to David Gelernter’s provocative article, “Giving Up Darwin.” Gelernter rejected the standard model of neo-Darwinian evolution for a simple reason: he looked at three pieces of scientific evidence that appeared to be incompatible with that model:

  • The sudden appearance of new body plans in the fossil record.
  • The extreme rarity of protein folds.
  • The absence of early-acting beneficial mutations, the kind that would be needed to generate new animal body plans.

In knowing where to look, Gelernter had help from Stephen Meyer’s Darwin’s Doubt, and David Berlinski’s The Deniable Darwin. These books both contain many references to the literature. Gelernter also highlighted the book Debating Darwin’s Doubt, which responded in detail to all notable critiques of the arguments that swayed him. For all that, Coyne faulted Gelernter for not examining counter-arguments to his own position. “One simply can’t do good science,” Coyne wrote, “by spouting only one side of an argument and ignoring the claims of the other.” A certain measure of irony is conveyed by this unjustified remark. Had Coyne followed it more faithfully, he would have spared himself some embarrassment.

The Cambrian Explosion, Coyne argues, “is an explosion only in geological terms, and allows for a lot of biological evolution to take place, (after all, modern whales evolved from small terrestrial deerlike organisms in just 12 million years).”

This is wrong in its first assertion, it is wrong in its second assertion and it is wrong all around. The Cambrian Explosion is an abrupt event in geological ve biological terms. The average longevity of marine invertebrate species is 5-10 million years. This is standard evolutionary biology. Thus, the transition from an assumed worm-like ancestor to herşey of the Cambrian animal phyla took place during the lifespan of, at most, a few successive species. (The phyla represent the largest division of animal classification exemplifying the most significant differences in biological form, whereas species which represent the smallest divisions and exemplify much more minor differences). Yet neo-Darwinists envision the new body plans that characterize the animal phyla arising as the result of an accumulation of many, many species-level changes and transitions over long periods of time—indeed, far more time than the Cambrian paleontological record allows. Consequently, the Cambrian Explosion is called the Cambrian explosion for a very good reason: something dramatic happened in a very short period of time.

The whales? And in twelve million years? Muhtemel değil. The available window of time for the transition from the terrestrial pakicetids to fully marine basilosaurids (Pelagiceti) is only 4.5 million years. This corresponds to the lifespan of a single larger mammal species, as Donald Prothero correctly notes. Prothero is Coyne’s ideological ally. They should be better friends. Short time spans give rise to a generic waiting time problem—a much-discussed issue in mainstream population genetics. It is easy to see why. The time required for even a single pair of coordinated mutations to originate and spread in a population is, at least, an order of magnitude longer than the window of time established by the fossil record. Either the fossil record must go, or the waiting time must go, but they cannot go on together. The whales are the least of it. The emergence of a single pair of coordinated mutations in the human lineage required a waiting time of 216 million years. The separation of the chimpanzee and human lineages took place only six or seven million years ago. These figures are clearly in conflict. This is the standard view, the one held by mainstream evolutionary biologists.

If the Cambrian Explosion cannot be contained by a play on words, perhaps it may be constrained by a sleight of hand? The very concept of an explosion, Coyne argues, “is disappearing, with paleontologists increasingly speaking of a ‘Cambrian diversification’.” Are they? Are they gerçekten? A search on Google Scholar for academic publications between 2000 and 2019 yields 13,400 matches for the term ‘Cambrian Explosion’ but only Evidence is converging,” paleontologists have written recently, “towards picturing the Cambrian explosion as even swifter than what we thought.” This does not look like a disappearing concept at all. Some scholars should leave sleights of hand alone.

David Gelernter accepted the conclusion that there were no putative ancestors of the Cambrian phyla in the preceding Ediacaran strata. He is in good company. So do most paleontologists who specialize in this field. This conclusion is not controversial, and it is obviously at odds with Darwin’s theory. Coyne is unpersuaded, maintaining that, yes, we Sahip olmak found Ediacaran “animals that appear to be arthropods, muscle-clad cnidarians (the group that includes modern jellyfish and anemones), echinoderms, mollusks, and probable sponges.”

This is pure fantasy. Coyne is unacquainted with the facts. Var numara Ediacaran arthropods. Var numara Ediacaran echinoderms either. Akarua adami, it is true, was initially attributed to the echinoderms. But apart from pentaradial symmetry, Akarua adami eksiklik herşey of the synapomorphic characteristics of the echinoderms. The Cambrian fossil record contains stem echinoderms in helicoplacoids and homalozoans (carpoids) after all and we know from reconstructed phylogenetic trees that pentaradial symmetry does not belong to their ground plan. The mollusks to which Coyne confidently appeals as friends of the family? They belong to the Ediacaran fossil genus kimberella. First described as a jellyfish, kimberella was later indeed sometimes associated with early mollusks. This attribution remained controversial: several characteristics contradicted it. A comprehensive paper recently reviewed the “problem of kimberella” and concluded that “the possibility that kimberella is coelenterate grade should therefore not be excluded.” Although likely a metazoan, they went on to write, “its placement remains problematic it may be on the bilaterian stem group rather than within the stem group of any particular phylum.”

That leaves sponges and cnidarians. There is not much there, and it is of no interest. These groups branched off the metazoan tree long before the origin of bilaterian animals, and thus are irrelevant to the question of the abrupt appearance of the Cambrian animal phyla.

In passing, Coyne mentions a putative bilaterian segmented worm-like animal from the terminal Ediacaran period. The body plan of this worm is unlike the body plan of all known fossil or living animals. It is not ancestral to any of them. It’s confirmation as a worm among worms would, at best, establish the presence of a single phylum in the shape of the annelids at the very end of the Ediacaran. This would marginally extend the length of the Cambrian Explosion by a few million years.

What about the other Ediacaran trace fossils? All gone. A seminal study published in 2016 experimentally demonstrated that these Ediacaran trace fossils can be easily reproduced as artifacts of stirred up bacterial mats that covered the Ediacaran sea floors.

Careless in his facts, Coyne is also careless in his references. There is, for example, the recent study by Wood et al. (2019). It is there, Coyne assures himself, that all those Cambrian antecedents may be found. In fact, this paper contains no evidence for Ediacaran bilaterian animals. There are reasonable candidates for primitive metazoan lineages, like sponges, ctenophores, and cnidarians, but not a single putative ancestor for any of the 21 Cambrian bilaterian animal phyla. If this is unequivocal, the attribution of the very Ediacaran Dickinsonia to stem metazoan animals is dubious. Had Coyne done a more thorough survey of the paleontological literature himself, he would have discovered that the absence of Ediacaran predecessors to the Cambrian is an established fact of modern paleontology.

Wood’s more general conclusion is pertinent, convincing, and correct: “The Cambrian Explosion represents a radiation of crown-group bilaterians … one phase amongst several metazoan radiations.” That there were many such abrupt radiations is undisputed. There were, at least, 18! Why Coyne thinks this a point in onun favor is mysterious. Those radiating facts comprise a fatal objection to Darwin’s theory. It was Richard Dawkins who observed that “evolution not only is a gradual process as a matter of fact it has to be gradual if it is to do any explanatory work.” If evolution must be gradual, or continuous, as a matter of fact ve as a matter of theory, those 18 explosive events, which are neither gradual nor continuous, would seem to represent considerable conflicting evidence.

Some time ago, paleontologists tried to explain the absence of soft-bodied ancestors in pre-Cambrian sediments as artifacts of preservation. Artık. This hypothesis has been refuted by evidence from fossil sites of the Burgess Shale type in Mongolia and China. They yielded nothing but fossil algae.

This made the problem of the Cambrian Explosion even more acute: 550 million years ago there were no animals at all, and 537 million years ago there were already fully developed crown-group arthropods like trilobites with sophisticated compound eyes, exoskeletons, and articulated legs. Does anybody seriously believe that such an enormous transition within 13 million years is a piece of cake? Gelernter is right to be skeptical, and mainstream science supports his arguments.

The progression from micro to macro-evolution is a staple of Darwinian theory and it is a staple to which Coyne gratefully repairs. Numerous fossil transitional series, he argues, provide “ample evidence from the fossil record for gradual but really substantial macroevolution.” There are the transitions from fish to amphibians, amphibians to reptiles, reptiles to mammals, dinosaurs to birds, terrestrial mammals to marine whales, and ape-like australopithecines to modern humans.

A thirsty man cannot be too scrupulous about what he is prepared to drink, but Bugün nasılsın argument is addressed to a position no one is challenging, least of all David Gelernter. If these transitional series provide evidence of anything, they provide evidence for common ancestry. The gravamen of Gelernter’s argument was not common ancestry but its explanation in terms of a Darwinian process. Transitional series do not, and cannot, provide evidence for such a process. Nor are these transitional series gradual in any meaningful way. They represent a succession of very distinct and different stages, often separated by many millions of years.

It is when he moves on to the details that Coyne decisively parts company with the facts. These transitional series, he argues, represent evidence for anagenetic speciation—gradual species transformation within an unbranched lineage. It is odd, and disappointing, to find such a blunder solemnly promoted by an evolutionary biologist—a specialist in speciation, no less (author of a textbook on speciation). Nearly all the fossil species in these transitional series exhibit autapomorphies, or uniquely derived characters they thus belong to side branches of the stem line and cannot be part of an unbranched lineage. If they cannot be a part of an unbranched lineage, they cannot arise by anagenetic speciation. This is beyond dispute, and, apart from Coyne, unique in onun isolation, no one considers this evidence for anagenetic speciation.

In fact, the meagre fossil evidence for anagenetic and/or gradualistic speciation has proven to be no evidence at all. The Steinheim freshwater snails?—an ecophenotypic variation the marine foraminifers of the genus Globorotalia?—an abrupt speciation. There remains the transition from Australopithecus anamensis ile A. afarensis. The last has long been considered by paleontologists as “one of the strongest cases for anagenesis in the fossil record.” Unfortunately, it has just been overturned by the discovery of a new hominin skull that documents the temporal overlap of both species.

Coyne alludes briefly to evidence for the origin of new lineages within human lifetimes. The allusion is brief because the evidence is likewise scanty. The possible examples are, in any case, well-known: polyploid plants, stickleback fish, East African cichlids, Pacific salmons, Madeiran house mice, London underground mosquitoes, and the Hawaiian banana-feeding Omiodes (Hedylepta) moths. Some of these examples are just intra-specific changes (sticklebacks, salmons, underground mosquitoes), while others are highly controversial (the banana-feeding moths). Even if a new cichlid fish species can arise from another cichlid species within a relatively short time, this does nothing to explain the origin of complex new organs or new protein folds. No one doubts that different species of Darwin finches could originate by neo-Darwinian microevolution from a single founder species. The claim that microevolution can be extended to macroevolution is the very contention challenged by Darwin’s critics.

If Jerry Coyne is wrong about paleontology, he is wrong, as well, about protein evolution. David Gelernter observed that amino acid sequences that correspond to functional proteins are remarkably rare among the “space” of all possible combinations of amino acid sequences of a given length. Protein scientists call this set of all possible amino acid sequences or combinations “amino acid sequence space” or “combinatorial sequence space.” Gelernter made reference to this concept in his review of Meyer and Berlinski’s books. He also referenced the careful experimental work by Douglas Axe who used a technique known as site-directed mutagenesis to assess the rarity of protein folds in sequence space while he was working at Cambridge University from 1990-2003. Axe showed that the ratio of sequences in sequence space that will produce protein folds to sequences that won’t is prohibitively and vanishingly small. Indeed, in an authoritative paper published in the Moleküler Biyoloji Dergisi Axe estimated that ratio at 1 in 10 74 . From that information about the rarity of protein folds in sequence space, Gelernter—like Axe, Meyer and Berlinski—has drawn the rational conclusion: finding a novel protein fold by a random search is implausible in the extreme.

Not so, Coyne argued. Proteins do not evolve from random sequences. They evolve by means of gene duplication. By starting from an established protein structure, protein evolution had a head start.

This is not an irrational position, but it is anachronistic.

Indeed, Harvard mathematical biologist Martin Nowak has shown that random searches in sequence space that start from known functional sequences are no more likely to enter regions in sequence space with new protein folds than searches that start from random sequences. The reason for this is clear: random searches are overwhelmingly more likely to go off into a non-folding, non-functional abyss than they are to find a novel protein fold. Niye ya? Because such novel folds are so extraordinarily rare in sequence space. Moreover, as Meyer explained in Darwin’s Doubt, as mutations accumulate in functional sequences, they will inevitably destroy function long before they stumble across a new protein fold. Again, this follows from the extreme rarity (as well as the isolation) of protein folds in sequence space.

Recent work by Weizmann Institute protein scientist Dan Tawfik has reinforced this conclusion. Tawfik’s work shows that as mutations to functional protein sequences accumulate, the folds of those proteins become progressively more thermodynamically and structurally unstable. Typically, 15 or fewer mutations will completely destroy the stability of known protein folds of average size. Yet, generating (or finding) a new protein fold requires far more amino acid sequence changes than that. Finally, calculations based on Tawfik’s work confirm and extend the applicability of Axe’s original measure of the rarity of protein folds. These calculations confirm that the measure of rarity that Axe determined for the protein he studied is actually representative of the rarity for large classes of other globular proteins. Not surprisingly, Dan Tawfik has described the origination of a truly novel protein or fold as “something like close to a miracle.” Tawfik is on Coyne’s side: He is mainstream.

The archipelago of functional proteins remains what it has always been: an isolated series of island-like points in a vast sea of possibilities.

Can the genes that direct an organism’s early development and establish its basic architecture undergo selectable mutations? If on this point, Gelernter is skeptical, Coyne, for his part, is credulous. Some mutations do occur in some genes, he argues, and they occur early in development. All is well. This claim is true but trivial. These mutations do not drive any large-scale transformation. They are rarely noticeable. They are there for the ride. The mutations that esasen alter early development are usually fatal. The genetic networks that control an organism’s early development cannot be changed without catastrophic results. It is precisely for this reason that developmental biologists working with paleontologists have appealed to the idea that ancestral species possessed far more flexible genetic networks than species today. There is no evidence in favor of this ad hoc claim, and beyond the fact that it is untestable, no reason to entertain it.

Prof. Gerd Müller at the Royal Society in London 2016 (image courtesy of Bechly)

Throughout his essay Coyne suggests that David Gelernter came to his doubts by failing to recognize what he did not know. Did he? If so, he is in remarkably good company. Many distinguished theoretical biologists seem to have overlooked their own intellectual deficiencies. This became obvious during the conference ‘New Trends in Evolutionary Biology’ hosted by the Royal Society of London in November of 2016. In his keynote lecture, Gerd Müller listed several explanatory deficits of neo-Darwinism, among which he included phenotypic novelty, phenotypic complexity, and non-gradual forms of transition.

If Darwin’s theory is encumbered with these explanatory deficits, what good is it, and if it is not, where are the explanations it affords?

Müller voice is hardly alone. It is part of a choir. Consider the conference announcement from a meeting held in 2018 and entitled ‘Evolution—Genetic Novelty/Genomic Variations by RNA Networks and Viruses.’ “For more than half a century it has been accepted that new genetic information is mostly derived from random‚ error-based events. Now it is recognized that errors cannot explain genetic novelty and complexity.”

If random mutations cannot explain genetic novelty and complexity, just what Yapabilmek it explain? Not much, David Gelernter argues.

If not old-fashioned Darwinism, then, perhaps, new-fashioned Darwinism—the Extended Evolutionary Synthesis, ya da Third Way of Evolution? Anything is better than nothing, but Coyne, at least, is on record as a supporter of neo-Darwinism. He is skeptical of the need for an Extended Synthesis and so remains committed to the view that nothing is better than anything.

For a very good reason. No part of the Extended Synthesis—niche construction, phenotypic plasticity, evolvability, epigenetics, hybridogenesis, natural genetic engineering—addresses the explanatory deficits of neo-Darwinism. In accommodating phenotypic plasticity or evolvability, it is neo-Darwinism that presumptively did the original construction work. These views thus embody the better aspects of nothing and anything.

The Darwinian mechanism of random mutation and natural selection is the only suggestion ever forged by human ingenuity to explain things from the bottom-up. Daniel Dennett called Darwin‘s Dangerous Idea a universal acid, and Richard Dawkins admitted that only “Darwin made it possible to be an intellectually fulfilled atheist.” How a universal acid might promote intellectual fulfillment without eating into all that fulfillment, he did not say. If the theory fails the acid test of explaining what it was designed to explain, the need for a change in biology cannot be dismissed in such a nonchalant manner as Coyne does.

A straightforward reading of the data from paleontology, protein studies, research on developmental mutations, and many other fields, uniformly support Gelernter’s thesis that Darwinism’s time has now passed. Gelernter, who is a top-ranked intellectual, carefully studied the arguments from both sides and was not afraid to follow the evidence wherever it led, even if it meant giving up on a beautiful theory. The atheist philosopher Thomas Nagel came to the same conclusion that “the materialist Neo-Darwinian conception of nature is almost certainly false.” The first author of this article has been a staunch Darwinian evolutionary biologist and paleontologist for decades. No longer staunch, he changed his mind, based on the evidence and arguments presented by Darwin’s critics. Still strong in his staunchness, Coyne might eventually change his mind, too.

Dr. Günter Bechly is a German paleontologist, Senior Fellow with Discovery Institute’s Center for Science and Culture in Seattle, and senior research scientist at Biologic Institute in Redmond, USA.

Dr. Brian Miller is Research Coordinator for the Center for Science and Culture at Discovery Institute in Seattle.

Dr. David Berlinski is currently a Senior Fellow at Discovery Institute’s Center for Science and Culture. He lives in Paris.


Videoyu izle: Meraklısına Evrim - Türleşme Mekanizmaları (Temmuz 2022).


Yorumlar:

  1. Aurick

    Yukarıdakilerin hepsine abone oluyorum. Bu tema hakkında iletişim kurabiliriz. Burada veya PM'de.

  2. Milman

    Bence bu harika bir fikir.

  3. Cordale

    Onu dikkate almadı

  4. Wendel

    İlginç bir tema üzerinde büyük miktarda bilgi ile bir siteye gelmenizi tavsiye edebilirim.

  5. Tinotenda

    Kötü bir soru değil

  6. Kagat

    İyi!!! Gece için bir kitap yerine.



Bir mesaj yaz