Adaptivno sevanje (adaptivna radiacija): definicija, mehanizmi, primeri

Adaptivno sevanje: definicija, mehanizmi in ključni primeri hitre evolucijske diverzifikacije. Razumevanje ekoloških niš, naravne selekcije in velikih evolucijskih prehodov.

Adaptivno sevanje je hitro evolucijsko sevanje. Gre za hitro povečanje števila in raznolikosti vrst v eni ali več sorodnih linijah, pri čemer nastane več novih oblik, ki zasedejo različne ekološke vloge in živijo v širšem spektru habitatov. Adaptivno sevanje običajno vključuje hiter nastanek morfoločne, vedenjske in funkcionalne raznolikosti, ki odraža zasedbo novih ali praznih niš.

Ključni mehanizmi

Za nastanek adaptivnega sevanja običajno sodelujejo več dejavnikov, med katerimi so najpomembnejši:

• Ekološka priložnost: sprostitev virov in prostorov v odsotnosti močne konkurence (na primer po masovnem izumrtju ali pri kolonizaciji novega območja) omogoči hitro divergenco sorodnih linij.
• Ključne inovacije: pojav novosti (npr. razvoj kril, cveta ali specializiranega zobovja), ki odpira nove funkcionalne možnosti in niše ter pospešuje adaptivno diverzifikacijo.
• Genetske in razvojne spremembe: dupliciranje genov, spremembe v regulaciji genov ali heterohronija lahko ustvarijo novo morfologijo in s tem nove evolucijske poti.
• Hibridizacija in horizontalni prenos genov: združevanje genomov iz različnih rodov lahko ustvari kombinacije, ki olajšajo hitro prilagajanje.
• Seksualna selekcija: močna izbira partnerjev lahko vodi do hitrih sprememb v znakih, ki so povezani z zasedbo različnih niš.

Značilni vzorci in prepoznavanje

Adaptivna sevanja pogosto kažejo na kladističnih in fosilnih zapisih ter molekularnih filogenijah določene značilnosti:

• »Early burst« ali hiter začetek hitrosti nastajanja vrst in morfološke diverzifikacije, ki se kasneje umiri.
• Povečana morfološka raznolikost (dispariteta) v primerjavi s sorodnimi taksoni.
• Ujemanje filogenetskih razcepov z okoljskimi priložnostmi (npr. novi habitati ali po masovnih izumrtjih).
• Analize s časovnimi drevesi (molekularne ure) in primerjave s fosilnim zapisom pomagajo ločiti hitro radiacijo od postopnega kopičenja sprememb.

Primeri v zgodovini življenja in sodobnih ekosistemih

Ediakarska biota je bila posledica zgodnje radiacije metazojev. Največje sevanje v dolgi zgodovini življenja je bilo na začetku kambrskega obdobja, ko se je razvil velik delež glavnih živalskih telesnih načrtov: glejte Seznam živalskih vrst. Pri nekaterih velikih dogodkih, npr. po največjem izumrtju na meji perm-trias, so nekatere skupine hitro diverzificirale; v triasu se je, kot izpostavljeno spodaj, hkratno radiacijo doživelo več rodov.

V sodobnih ekosistemih so klasični primeri adaptivnih sevanj:

• razvoj različnih oblik klasičnih primerov, kot so Galapaški drozdi (Darwinove drozde) – hitro nastajanje vrst, specializiranih za različne vire hrane;
• sloviti primeri cichlidnih rib v afriških velikih jezerih (Tanganyika, Malawi, Viktorija), kjer se je v razmeroma kratkem času razvila ogromna raznolikost oblik in hranilnih strategij;
• anolisov na Karibih, kjer so vrste neodvisno razvile podobne ekološke tipe (npr. krošnje, debla);
• rastlinske skupine na izoliranih otokih, npr. havajska silversword znotraj Asteraceae, ki je pokazala izjemno ekološko diverzifikacijo iz ene predniške vrste.

Vloge masovnih izumrtij in kolonizacij

Masovni dogodki in kolonizacije novih območij pogosto ustvarijo pogoje za adaptivno sevanje. Po velikih izumrtjih nastane veliko praznih niš in zmanjša se konkurenca, zato preostale ali novo pridele skupine hitro diverzificirajo. Kot je navedeno, so v nekaterih primerih, na primer v triasu po največjem izumrtju v zgodovini Zemlje, doživeli hitro radiacijo več rodov hkrati — to kaže, da je razpoložljivost ekoloških niš in relativna odsotnost konkurence ključna za takšne dogodke.

Teoretične in terminološke razprave

Izraz je uvedel in o njem razpravljal George Gaylord Simpson, paleontolog, ki je pomembno prispeval k sodobni evolucijski sintezi. Obstaja pa tudi terminološka raznolikost in razprava o tem, kako najbolje opisati velike evolucijske prehode. Nekateri avtorji izraza ne uporabljajo; Robert L. Carroll raje uporablja izraz veliki evolucijski prehodi, čeprav se je izkazalo, da bi vse ali večino teh prehodov lahko opisali tudi kot prilagoditvene radiacije. Drugi uporabljajo pojme, kot sta makroevolucija ali celo megaevolucija, kot da bi šlo za drugačne procese od tistih, ki potekajo pod ravnjo vrste. Del evolucijske teorije je, da vsi procesi izvirajo iz sprememb na ravni populacij, vendar se avtorji strinjajo, da se tempo in obseg evolucije razlikujeta glede na okoljske in biološke okoliščine.

Pomen za biologijo in ohranjanje

Razumevanje adaptivnih sevanj je pomembno za vpogled v nastanek biotske raznovrstnosti, funkcionalne ekologije in dinamiko ekosistemov. Prav tako ima praktične posledice pri ohranjanju: izguba habitatov in masovna izumrtja zmanjšujejo potencial za prihodnja adaptivna sevanja in trajnost biotske raznovrstnosti. Ohranjanje raznolikih habitatskih mozaikov in genetske raznovrstnosti pomaga ohranjati evolucijski potencial skupin, ki bi se lahko v prihodnosti odzvale na nove ekološke priložnosti.

Vzroki

Inovacije

Razvoj nove lastnosti lahko skupini omogoči diverzifikacijo, saj omogoča nove načine življenja. Najbolj presenetljiv primer je cepljivo jajčece, ki se je razvilo pri zgodnjih amniotih in je vretenčarjem omogočilo, da so prodrli na kopno. Klejdno jajčece se je moralo razviti v zadnjem devonu ali zgodnjem karbonu. Dvoživke, ki so se razvejale pred tem dogodkom, še vedno odlagajo jajca v vodo, zato so omejene pri izkoriščanju kopenskih okolij.

Primer bolj skromne inovacije je razvoj četrtega zobnega zobnika pri sesalcih. Ta lastnost omogoča, da se močno poveča obseg živil, s katerimi se lahko prehranjujejo. Evolucija te lastnosti je tako povečala število ekoloških niš, ki so na voljo sesalcem. Ta lastnost se je v kenozoiku večkrat pojavila v različnih skupinah in vsakič ji je takoj sledila prilagoditvena radiacija. Pri pticah je evolucija letenja odprla nove možnosti in pojavili sta se vsaj dve veliki prilagoditveni radiaciji (ena pred izumrtjem K/T in druga po njem). Še bolj presenetljiva je bila evolucija letenja žuželk, ki je v mezozoiku povzročila ogromno radiacijo. Nato so te skupine žuželk razvile načine prehranjevanja s cvetočimi rastlinami. Zdaj jih je precej več kot vseh drugih oblik živalskega življenja.

Priložnost

Do prilagoditvenega sevanja pogosto pride, ko organizmi vstopijo v okolja z nezasedenimi nišami, kot je na primer novo nastalo jezero ali izolirana veriga otokov. Kolonizirajoče populacije se lahko hitro diverzificirajo in izkoristijo vse možne niše. Priložnosti se pojavijo, ko nastanejo kopenski mostovi med območji, ki so bila prej ločena, in kadar koli vrste pridejo na novo mesto na svetu.

V Viktorijinem jezeru, izoliranem jezeru, ki je nastalo pred kratkim v afriški razpoklinski dolini, se je v 15.000 letih iz ene starševske vrste izoblikovalo več kot 300 vrst rib vrste cichlid.

Prosti otoki

Na Havajskih otokih, ki merijo približno 6.500 kvadratnih milj (17.000 km2), živi najrazličnejša zbirka drozofilnih mušic na svetu, od deževnih gozdov do gorskih travnikov. Poznamo približno 800 havajskih vrst drozofilov.

Študije kažejo jasen "pretok" vrst s starejših na novejše otoke. Obstajajo tudi primeri naseljevanja nazaj na starejše otoke in preskakovanja otokov, vendar so ti veliko redkejši. Z radioaktivnim datiranjem s kalijem/argonom so sedanji otoki nastali pred 0,4 milijona let (mya) (Mauna Kea) do 10mya (Necker). Najstarejši član havajskega arhipelaga, ki je še vedno nad morjem, je atol Kure, ki je datiran na 30 mio let. Sam arhipelag, ki je nastal zaradi premikanja pacifiške plošče čez vročo točko, je obstajal veliko dlje, vsaj do krede. Havajski otoki in nekdanji otoki, ki so zdaj pod morjem, sestavljajo verigo havajsko- cesarskih podvodnih gora, številne podvodne gore pa so gojzarji.

Vse avtohtone vrste drozofilov na Havajih očitno izvirajo iz ene same predniške vrste, ki je pred približno 20 milijoni let kolonizirala otoke. Kasnejše prilagoditveno sevanje je bilo spodbujeno s pomanjkanjem konkurence in široko paleto prostih niš. Čeprav bi bilo mogoče, da bi otok naselila ena sama breja samica, je bolj verjetno, da je šlo za skupino iz iste vrste.

Na havajskem arhipelagu so tudi druge živali in rastline, ki so doživele podobne, čeprav manj spektakularne prilagoditvene radiacije.

Množična izumrtja

Adaptivna sevanja pogosto sledijo množičnim izumiranjem. Po izumrtju ostane veliko niš praznih. Klasičen primer tega je zamenjava neavijskih dinozavrov ob koncu krede s sesalci v paleocenu.

1. Vrsta A se iz celine preseli na prvi otok. 2. Izolirana od celine se vrsta A razvije v vrsto B. 3. Vrsta B se preseli na drugi otok. 4. Vrsta B se razvije v vrsto C. 5. Vrsta C ponovno naseljuje prvi otok, vendar se zdaj ne more razmnoževati z vrsto B. 6. Vrsta C se razmnožuje z vrsto B. Vrsta C se preseli na tretji otok. 7. Vrsta C se razvije v vrsto D. 8. Vrsta D se preseli na prvi in drugi otok. 9. Vrsta D se razvije v vrsto E. Ta proces se lahko nadaljuje v nedogled, dokler ni dosežena velika raznolikost.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je prilagodljivo sevanje?

V: Kako deluje prilagodljivo sevanje?

V: Kdo je uvedel izraz "prilagodljivo sevanje"?

V: Ali se za adaptivno sevanje uporablja še kakšna druga terminologija?

V: Ali prilagoditveno sevanje poteka na ravni populacije?

V: Kateri je bil primer zgodnjega sevanja metazojev?

V: Kdaj so se razvili največji živalski filari?

Išči po črki