KOEWOLUCJA: TEORIA, RODZAJE I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Koewolucji jest wzajemny ewolucyjna zmiana, która składa się z dwóch lub więcej gatunków. Zjawisko to wynika z interakcji między nimi. Różne interakcje zachodzące między organizmami - konkurencja, eksploatacja i mutualizm - prowadzą do ważnych konsekwencji w ewolucji i dywersyfikacji omawianych linii.

Niektóre przykłady systemów ewolucyjnych to relacje między pasożytami a ich żywicielami, roślinami i roślinożercami, które się nimi żywią, lub antagonistyczne interakcje zachodzące między drapieżnikami a ich ofiarami.

Źródło: Brocken Inaglory

Uważa się, że koewolucja jest jednym ze zjawisk odpowiedzialnych za ogromną różnorodność, którą dziś podziwiamy, wynikającą z interakcji między gatunkami.

W praktyce udowodnienie, że interakcja jest wydarzeniem koewolucji, nie jest łatwym zadaniem. Chociaż interakcja między dwoma gatunkami jest pozornie doskonała, nie jest to wiarygodny dowód na proces koewolucyjny.

Jednym podejściem jest wykorzystanie badań filogenetycznych w celu sprawdzenia, czy istnieje podobny wzorzec zróżnicowania. W wielu przypadkach, gdy filogenia dwóch gatunków są przystające, zakłada się, że istnieje koewolucja między obiema liniami.

Rodzaje interakcji

Zanim zagłębimy się w kwestie związane z koewolucją, należy wspomnieć o typach interakcji zachodzących między gatunkami, ponieważ mają one bardzo ważne konsekwencje ewolucyjne.

Konkurencja

Gatunki mogą ze sobą konkurować, a ta interakcja prowadzi do negatywnych skutków dla wzrostu lub reprodukcji zaangażowanych osobników. Konkurencja może być wewnątrzgatunkowa, jeśli występuje między przedstawicielami tego samego gatunku, lub międzygatunkowa, gdy osobniki należą do różnych gatunków.

W ekologii stosuje się „zasadę wykluczenia konkurencyjnego”. Koncepcja ta zakłada, że ​​gatunki, które konkurują o te same zasoby, nie mogą konkurować w sposób stabilny, jeśli pozostałe czynniki ekologiczne pozostają niezmienne. Innymi słowy, dwa gatunki nie zajmują tej samej niszy.

W tego rodzaju interakcji jeden gatunek zawsze kończy się wykluczeniem drugiego. Albo są podzielone na jakiś wymiar niszy. Na przykład, jeśli dwa gatunki ptaków żywią się tym samym i mają te same miejsca odpoczynku, aby nadal współistnieć, mogą osiągać szczyty aktywności w różnych porach dnia.

Eksploatacja

Drugim rodzajem interakcji między gatunkami jest eksploatacja. Tutaj gatunek X stymuluje rozwój gatunku Y, ale ten Y hamuje rozwój X. Typowe przykłady obejmują interakcje między drapieżnikiem a ofiarą, pasożytami z żywicielami i roślinami z roślinożercami.

W przypadku roślinożerców następuje ciągła ewolucja mechanizmów detoksykacji w obliczu wtórnych metabolitów wytwarzanych przez roślinę. Podobnie, roślina wydajniej ewoluuje w toksyny, aby je wypędzić.

To samo dotyczy interakcji drapieżnik-ofiara, gdzie ofiara stale poprawia swoją zdolność ucieczki, a drapieżniki zwiększają swoje zdolności ataku.

Wzajemność

Ostatni rodzaj relacji wiąże się z korzyścią lub pozytywnym związkiem dla obu gatunków uczestniczących w interakcji. Mówi się wtedy o „wzajemnej eksploatacji” między gatunkami.

Na przykład mutualizm między owadami i ich zapylaczami przekłada się na korzyści dla obu: owady (lub jakikolwiek inny zapylacz) czerpią korzyści ze składników odżywczych roślin, podczas gdy rośliny uzyskują rozproszenie swoich gamet. Relacje symbiotyczne to kolejny dobrze znany przykład mutualizmu.

Definicja koewolucji

Koewolucja ma miejsce, gdy dwa lub więcej gatunków wpływa na ewolucję drugiego. Ściśle mówiąc, koewolucja odnosi się do wzajemnego wpływu między gatunkami. Konieczne jest odróżnienie go od innego zdarzenia zwanego ewolucją sekwencyjną, ponieważ między tymi dwoma zjawiskami zwykle występuje pomieszanie.

Ewolucja sekwencyjna ma miejsce, gdy jeden gatunek ma wpływ na ewolucję drugiego, ale to samo nie dzieje się w drugą stronę - nie ma wzajemności.

Termin został użyty po raz pierwszy w 1964 roku przez badaczy Ehrlicha i Ravena.

Praca Ehrlicha i Ravena nad interakcją między lepidopterami a roślinami zainspirowała kolejne badania nad „koewolucją”. Jednak z czasem termin ten został zniekształcony i stracił znaczenie.

Jednak pierwszą osobą, która przeprowadziła badania dotyczące koewolucji między dwoma gatunkami, był Karol Darwin, kiedy w The Origin of Species (1859) wspomniał o związku między kwiatami a pszczołami, chociaż nie użył słowa " koewolucja ”, aby opisać to zjawisko.

Definicja Janzen

Tak więc w latach 60. i 70. nie było konkretnej definicji, aż Janzen w 1980 roku opublikował notatkę, która zdołała naprawić sytuację.

Badacz ten zdefiniował termin koewolucja jako: „charakterystyka osobników populacji, która zmienia się w odpowiedzi na inną cechę osobników z drugiej populacji, po której następuje ewolucyjna reakcja w drugiej populacji na zmianę wywołaną w pierwszej”.

Chociaż definicja ta jest bardzo precyzyjna i miała na celu wyjaśnienie ewentualnych dwuznaczności zjawiska koewolucji, nie jest praktyczna dla biologów, co trudno udowodnić.

W ten sam sposób prosta koadaptacja nie oznacza procesu koewolucji. Innymi słowy, obserwacja interakcji między oboma gatunkami nie jest solidnym dowodem na to, że mamy do czynienia ze zdarzeniem koewolucji.

Warunki wystąpienia koewolucji

Istnieją dwa warunki, aby zjawisko koewolucji miało miejsce. Jedną z nich jest specyficzność, ponieważ ewolucja każdej cechy lub cechy jednego gatunku jest wynikiem presji selekcyjnej narzuconej przez cechy innych gatunków zaangażowanych w system.

Drugi warunek to wzajemność - postacie muszą ewoluować razem (aby uniknąć pomylenia z ewolucją sekwencyjną).

Teorie i hipotezy

Istnieje kilka teorii związanych ze zjawiskami koewolucji. Wśród nich są hipotezy mozaiki geograficznej i hipoteza czerwonej królowej.

Hipoteza mozaiki geograficznej

Hipoteza ta została zaproponowana w 1994 roku przez Thompsona i dotyczy dynamicznych zjawisk koewolucji, które mogą wystąpić w różnych populacjach. Innymi słowy, każdy obszar geograficzny lub region przedstawia swoje lokalne adaptacje.

Proces migracji osobników odgrywa fundamentalną rolę, ponieważ wejście i wyjście wariantów ma tendencję do homogenizacji lokalnych fenotypów populacji.

Te dwa zjawiska - lokalne adaptacje i migracje - są siłami odpowiedzialnymi za mozaikę geograficzną. Rezultatem tego wydarzenia jest możliwość znalezienia różnych populacji w różnych stanach koewolucyjnych, ponieważ każda z nich podąża własną trajektorią w czasie.

Dzięki istnieniu mozaiki geograficznej można wyjaśnić tendencję badań koewolucji prowadzonych w różnych regionach, ale z udziałem tych samych gatunków, do niespójnych lub w niektórych przypadkach sprzecznych.

Hipoteza Czerwonej Królowej

Hipotezę Czerwonej Królowej zaproponował Leigh Van Valen w 1973 roku. Badacz zainspirował się książką Lewisa Carrol Alice przez lustro. We fragmencie opowieści autor opowiada, jak bohaterowie biegają tak szybko, jak potrafią, i nadal pozostają w tym samym miejscu.

Van Valen rozwinął swoją teorię opartą na stałym prawdopodobieństwie wyginięcia, jakiego doświadczają rody organizmów. Oznacza to, że nie są one w stanie „poprawić” w czasie, a prawdopodobieństwo wyginięcia jest zawsze takie samo.

Na przykład drapieżniki i ofiary doświadczają ciągłego wyścigu zbrojeń. Jeśli drapieżnik w jakikolwiek sposób poprawi swoją zdolność do ataku, ofiara powinna się poprawić w podobnym stopniu - jeśli tak się nie stanie, mogą wyginąć.

To samo dotyczy relacji pasożytów z ich żywicielami lub roślinożerców i roślin. To ciągłe doskonalenie obu gatunków jest znane jako hipoteza Czerwonej Królowej.

Rodzaje

Specyficzna koewolucja

Termin „koewolucja” obejmuje trzy podstawowe typy. Najprostsza forma to „specyficzna koewolucja”, w której dwa gatunki ewoluują w odpowiedzi na drugi i odwrotnie. Na przykład pojedyncza zdobycz i pojedynczy drapieżnik.

Ten rodzaj interakcji prowadzi do ewolucyjnego wyścigu zbrojeń, który prowadzi do rozbieżności w pewnych cechach lub może również prowadzić do konwergencji gatunków mutualizmów.

Ten konkretny model, w którym zaangażowanych jest kilka gatunków, najlepiej nadaje się do wykazania istnienia ewolucji. Jeśli presja selekcyjna była wystarczająco silna, powinniśmy spodziewać się pojawienia się adaptacji i kontradaptacji u gatunku.

Rozproszona koewolucja

Drugi typ nazywany jest „rozproszoną koewolucją” i występuje, gdy w interakcję zaangażowanych jest kilka gatunków, a skutki każdego gatunku nie są niezależne. Na przykład można powiązać zmienność genetyczną w odporności żywiciela na dwa różne gatunki pasożytów.

Ten przypadek ma znacznie częstszy charakter. Jednak jest to znacznie trudniejsze do zbadania niż specyficzna koewolucja, ponieważ istnienie wielu zaangażowanych gatunków sprawia, że ​​projekty eksperymentalne są bardzo trudne.

Ucieczka i promieniowanie

Wreszcie mamy przypadek „ucieczki i napromieniowania”, w którym gatunek rozwija rodzaj obrony przed wrogiem, jeśli odniesie sukces, może się rozmnażać, a ród może być zróżnicowany, ponieważ presja gatunku wroga nie jest tak silny.

Na przykład, gdy gatunek rośliny wyewoluuje pewien związek chemiczny, który okazuje się bardzo skuteczny, może uwolnić się od spożycia różnych roślinożerców. Dlatego ród rośliny można zróżnicować.

Przykłady

Za źródło bioróżnorodności planety Ziemia uważa się procesy koewolucyjne. To bardzo szczególne zjawisko było obecne w najważniejszych wydarzeniach w ewolucji organizmów.

Opiszemy teraz bardzo ogólne przykłady zjawisk koewolucji między różnymi rodowodami, a następnie porozmawiamy o bardziej konkretnych przypadkach na poziomie gatunku.

Pochodzenie organelli u eukariontów

Jednym z najważniejszych wydarzeń w ewolucji życia była innowacja komórki eukariotycznej. Charakteryzują się prawdziwym jądrem otoczonym błoną plazmatyczną i prezentującymi przedziały subkomórkowe lub organelle.

Istnieją bardzo mocne dowody potwierdzające pochodzenie tych komórek poprzez koewolucję z organizmami symbiotycznymi, które ustąpiły miejsca obecnym mitochondriom. Idea ta znana jest jako teoria endosymbiotyczna.

To samo dotyczy pochodzenia roślin. Zgodnie z teorią endosymbiotyczną, chloroplasty powstały w wyniku symbiozy między bakterią a innym większym organizmem, który ostatecznie pochłonął mniejszy.

Oba organelle - mitochondria i chloroplasty - mają pewne cechy przypominające bakterie, takie jak rodzaj materiału genetycznego, kolisty DNA i ich wielkość.

Pochodzenie układu pokarmowego

Układ pokarmowy wielu zwierząt to cały ekosystem zamieszkały przez niezwykle zróżnicowaną florę bakteryjną.

W wielu przypadkach te mikroorganizmy odgrywają kluczową rolę w trawieniu pokarmu, pomagając w trawieniu składników odżywczych, aw niektórych przypadkach mogą syntetyzować składniki odżywcze dla gospodarza.

Koewolucyjne relacje między pisklęciem a sroką

U ptaków występuje bardzo szczególne zjawisko związane ze składaniem jaj w gniazdach innych ludzi. Ten system koewolucji składa się z crialo (Clamator glandarius) i jego gatunku żywiciela, sroky (Pica pica).

Składanie jaj nie jest przypadkowe. Natomiast cielęta wybierają pary sroki, które najwięcej inwestują w opiekę rodzicielską. W ten sposób nowa osoba otrzyma lepszą opiekę od rodziców adopcyjnych.

Jak ty to robisz? Korzystanie z sygnałów związanych z doborem płciowym żywiciela, takich jak większe gniazdo.

W odpowiedzi na to zachowanie sroki zmniejszyły rozmiar swoich gniazd o prawie 33% na obszarach, na których występują młode. Podobnie też aktywnie bronią pielęgnacji gniazda.

Lęg jest również zdolny do niszczenia jaj sroki, aby sprzyjać odchowu piskląt. W odpowiedzi sroki zwiększyły liczbę jaj na gniazdo, aby zwiększyć ich skuteczność.

Najważniejszą adaptacją jest zdolność rozpoznawania pasożytniczego jaja w celu wydalenia go z gniazda. Chociaż ptaki pasożytnicze rozwinęły jaja bardzo podobne do srok.

Bibliografia

1. Darwin, C. (1859). O pochodzeniu gatunków w drodze doboru naturalnego. Murray.
2. Freeman, S. i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
3. Futuyma, DJ (2005). Ewolucja. Sinauer.
4. Janzen, DH (1980). Kiedy jest koewolucja. Ewolucja, 34 (3), 611-612.
5. Langmore, NE, Hunt, S. i Kilner, RM (2003). Eskalacja koewolucyjnego wyścigu zbrojeń poprzez odrzucenie przez żywiciela młodych pasożytniczych potomstwa. Naturę, 422 (6928), 157.
6. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.