В чем заключается географическое и биологическое видообразование у вьюрков
В чем заключается географическое и биологическое видообразование у вьюрков
1) строительство разных по форме гнёзд
3) питание разными видами кормов
4) различия в окраске перьев
Видообразование — процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. Основа видообразования – наследственная изменчивость организмов, движущий его фактор – естественный отбор и окончательно-репродуктивная изоляция. Часто аллопатрическая (географическая)и симпатрическая (экологическая) формы видообразования действуют вместе, сменяя и дополняя друг друга, поэтому чётко определить границы каждой из них трудно.
Превосходным примером того, каким образом предположительно единая популяция может дивергировать в процессе адаптации к новым местообитаниям (процесс, называемый адаптивной радиацией), служит группа вьюрков, обитающих на Галапагосских островах, к западу от побережья Эквадора. Этих птиц называют «дарвиновыми вьюрками», так как Дарвин изучал их во время своего путешествия на «Бигле». В настоящее время на Галапагосских островах живут 14 видов вьюрков. В результате радиации они образовали ряд сильно отличающихся друг от друга форм. Разнообразие этих птиц наиболее ярко выражено в характере их питания и в форме клюва. У одних видов клюв приспособлен для раздавливания семян разной величины; у других – для схватывания насекомых и почек растений; у третьих – для извлечения насекомых из-под коры деревьев. Возможно также, что внешний вид клюва играет определенную роль в демонстрациях при ухаживании и тем самым способствует репродуктивной изоляции.
Согласно Лэку, первыми воробьиными птицами, прибывшими на Галапагосские острова, была, возможно, стая предковых вьюрков. Эти вьюрки нашли здесь большие и разнообразные пищевые ресурсы при отсутствии конкурентов и хищников. Результатом была адаптивная радиация, в процессе которой представители исходной группы оказались изолированными на разных островах, приспособились к местным условиям и дали начало 14 самостоятельным видам. Вследствие особых условий, характерных для Галапагосских островов, многие из этих вьюрков заняли экологические ниши, обычно несвойственные вьюркам. Географическая изоляция друг от друга и от птиц, населяющих материк, а также возможности для быстрой дивергенции в результате приспособления к новым местообитаниям сыграли, вероятно, решающую роль в адаптивной радиации дарвиновых вьюрков.
Видообразование на разных островах идет параллельными путями
Считалось, что вьюрки рода Nesospiza, обитающие на двух маленьких островах архипелага Тристан-да-Кунья, относятся к двум видам: один с большим клювом, другой с маленьким, причем оба вида встречаются на обоих островах. Генетический анализ показал, что эти птицы произошли от единой предковой формы, которая когда-то заселила оба острова, а затем на каждом из них подразделилась на большеклювую и мелкоклювую разновидности. Это первый хорошо обоснованный случай параллельного симпатрического видообразования у птиц.
Уединенные острова и озера представляют собой уникальные эволюционные лаборатории, где небольшие популяции животных и растений могут претерпевать глубокие изменения за весьма малое по геологическим масштабам время. Этому способствует прежде всего обедненность таких изолированных экосистем и резко ослабленная межвидовая конкуренция. Всевозможные причудливые, узко специализированные формы, которые на материке скорее всего были бы вытеснены, не успев зародиться, на крошечном уединенном островке имеют шанс выжить (см. также: Эволюция на островах идет быстрее, «Элементы», 14.09.2006).
Изучение островных флор и фаун иногда позволяет почти воочию увидеть процесс эволюции и проверить на практике различные теоретические модели, разработанные эволюционистами-теоретиками. Южноафриканские биологи, изучающие эндемичных вьюрков архипелага Тристан-да-Кунья, опубликовали в последнем номере журнала Science статью, в которой подтверждаются сразу две широко обсуждаемые в научной литературе гипотезы. Первая из них — модель экологического видообразования в условиях симпатрии — предполагает, что исходный предковый вид может подразделиться на два в результате адаптации его представителей к разным экологическим нишам, причем для этого не нужны какие-либо физические барьеры, разделяющие исходно единую популяцию на две изолированные части. Вторая гипотеза предполагает, что, поскольку видообразование контролируется экологическими факторами, оно должно в сходных условиях происходить сходным образом. Иначе говоря, если есть два одинаковых изолированных острова и на каждый из них попадет один и тот же предковый вид, то через некоторое время на этих островах должны параллельно и независимо образоваться сходные «пучки» видов.
Конечно, обе теоретические модели возникли не на пустом месте, и каждая из них подтверждается большим числом фактов, однако в большинстве своем это косвенные доказательства. Кроме того, они затрагивают лишь отдельные группы животных или растений. Например, убедительные свидетельства симпатрического видообразования получены для пальм, некоторых пресноводных рыб (см. ссылки внизу), для бокоплавов (гаммарид) озера Байкал и т. д., тогда как с другими группами (в том числе с птицами) дело обстоит хуже. К примеру, галапагосские вьюрки, получившие всемирную известность благодаря тому впечатлению, которое они произвели на молодого Чарлза Дарвина, пока не предоставили ученым убедительных свидетельств симпатрического характера своего видообразования (предполагают, что разные виды этих птиц сформировались на разных островах).
То же самое до настоящего времени предполагалось и для вьюрков архипелага Тристан-да-Кунья. В пределах рода Nesospiza орнитологи выделяют два вида: N. acunhae (с маленьким клювом) и N. wilkinsi (с большим клювом). Оба вида встречаются только на двух маленьких островах — Неприступном (Inaccessible) площадью 14 кв. км. и Найтингейл (Nightingale) площадью 4 кв. км. Первый вид ранее обитал также и на главном острове архипелага, но там его истребили около ста лет назад завезенные людьми крысы и мыши. Острова Неприступный и Найтингейл, к счастью, необитаемы, и к тому же объявлены заповедной зоной, так что уникальные местные птицы имеют хорошие шансы задержаться на этом свете.
Кстати сказать, палеонтологи недавно установили, что практически на всех островах и атоллах Тихого океана до прихода людей обитали разнообразные эндемичные виды птиц, в том числе нелетающих. Как только на остров приходили люди — полинезийцы или меланезийцы — эти виды немедленно исчезали. Так что история с дронтом или новозеландским моа — не исключение, а правило.
Представители одного и того же вида, обитающие на разных островах, немного отличаются друг от друга, поэтому их считают разными подвидами. На Неприступном выделяют подвиды N. acunhae acunhae и N. wilkinsi dunnei, на Найтингейле — N. acunhae questi и N. wilkinsi wilkinsi. Предполагалось, что виды N. acunhae и N. wilkinsi сформировались аллопатрическим путем, то есть на разных островах, а затем расселились, и их ареалы пересеклись.
Однако генетический анализ, проведенный исследователями, показал, что история у этих птиц была несколько иной. Сравнив несколько митохондриальных и ядерных генетических маркеров, ученые обнаружили, что обитатели каждого из двух островов ближе друг к другу, чем к конспецифичным (относящимся к тому же виду) птицам с другого острова. Например, большеклювые N. wilkinsi dunnei с Неприступного гораздо ближе к мелкоклювым N. acunhae acunhae с того же острова, чем к большеклювым N. wilkinsi wilkinsi с Найтингейла.
Ученые сделали вывод, что все четыре формы, по-видимому, происходят от одного предка, когда-то залетевшего из Южной Америки с преобладающими западными ветрами (расстояние от материка — 3000 км). Эта предковая форма заселила оба острова, и на каждом из них параллельно и независимо подразделилась на две разновидности: мелкоклювую и большеклювую. Направленность этих эволюционных преобразований определялась особенностями кормовой базы. На обоих островах основную пищу вьюрков составляют мелкие семена местной травы Spartina arundinacea и крупные семена дерева Phylica arborea. Размер клюва у вьюрков строго коррелирует с размером разгрызаемых семян. Большеклювые N. wilkinsi питаются в основном семенами дерева, мелкоклювые N. acunhae — семенами травы.
Любопытно, что на меньшем по площади острове Найтингейл процесс симпатрического видообразования продвинулся заметно дальше, чем на более крупном острове. На Неприступном, где разнообразие природных условий значительно выше, две формы вьюрков, по-видимому, еще способны скрещиваться друг с другом. В некоторых районах острова встречаются птицы с клювами промежуточных размеров — судя по всему, гибриды (генетический анализ не противоречит этому предположению). На Найтингейле никаких гибридов нет, да и генетически две местные разновидности вьюрков сильнее отличаются друг от друга, чем формы с Неприступного. По-видимому, это говорит о том, что разнообразие условий обитания в данном случае выступало как фактор, тормозящий эволюцию.
Необходимо помнить, что под «скоростью эволюции», в зависимости от контекста, могут подразумеваться два совершенно разных показателя. Одно дело — скорость образования разнообразных причудливых специализированных форм, совсем другое — скорость прогрессивных преобразований, связанных с выработкой новых адаптаций широкого профиля. На маленьких изолированных клочках суши выше только первая из этих скоростей, тогда как вторая, наоборот, выше на больших материках с разнообразными условиями и сложными насыщенными экосистемами.
Источник: Peter G. Ryan, Paulette Bloomer, Coleen L. Moloney, Tyron J. Grant, Wayne Delport. Ecological Speciation in South Atlantic Island Finches // Science. 2007. V. 315. P. 1420–1423.
В чем заключается географическое и биологическое видообразование у вьюрков
Подробное решение параграф 11 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
Стр. 62. Вспомните.
Вид – совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).
2. Какие виды древних растений и животных вам известны?
Ровно 75 лет назад у берегов южной части Африки была обнаружена самая древняя рыба в мире – латимерия, которая существовала на Земле ещё сотни миллионов лет назад. В честь этого события предлагаем вам узнать о ней и других древних животных и растениях, которые населяют нашу планету и сегодня. Ранее считалось, что эти рыбы вымерли в позднем мелу (100,5 – 66 миллионов лет назад), однако в декабре 1938 года куратор Ист-Лондонского музея (ЮАР) Марджори Кортни-Латимер в улове местных рыбаков обнаружила рыбу с жесткой чешуей и необычными плавниками. Впоследствии выяснилось, что эта рыба жила ещё сотни миллионов лет назад, и представляет собой живое ископаемое.
Поскольку эта латимерия была обнаружена в реке Чалумна, её назвали Latimeria chalumnae. А в сентябре 1997 года в водах возле города Манадо, расположенного на северном побережье острова Сулавеси, ученые заметили второй вид этих рыб – Latimeria menadoensis. Согласно генетическим исследованиям, эти виды разделились 30-40 миллионов лет назад, но различия между ними небольшие.
Гинкго двулопастный. В дикой природе это растение произрастает только на востоке Китая. Однако 200 миллионов лет назад оно было распространено по всей планете, особенно в Северном полушарии, в районах с умеренным климатом и высокой влажностью. В Сибири юрского и раннего мелового периода растений класса гинкговых было так много, что их остатки встречаются в большинстве отложений тех периодов. По убеждению исследователей, осенью того времени земля была буквально покрыта листьями гинкго, словно ковром.
Малый оленёк, или канчиль, – это не только самый маленький (его рост в холке не больше 25 сантиметров, а максимальный вес около 2,5 килограмма), но и самый древний вид парнокопытных на Земле. Эти животные существовали ещё 50 миллионов лет назад, как раз тогда, когда только начали формироваться отряды древних копытных. С того времени канчиль почти не изменилась и больше других видов напоминает своих древних предков.
Миссисипский панцирник. Похожая на аллигатора рыба, миссисипский панцирник – одна из самых древних рыб, живущих сегодня на Земле. В мезозойскую эру её предки населяли многие водоемы. Сегодня миссисипский панцирник обитает в долине нижнего течения реки Миссисипи, а также в некоторых пресноводных озерах США.
Щитни. Эти небольшие пресноводные ракообразные считаются самыми древними существами, живущими сегодня на Земле. Представители этого вида почти не изменились с триасового периода. В то время ещё только появились динозавры. Сегодня эти животные обитают почти на каждом материке, кроме Антарктиды. Однако щитни вида Triops cancriformis наиболее распространены в Евразии.
Метасеквойя глиптостробоидная. Эти хвойные растения были широко распространены по всему Северному полушарию с мела по неоген. Однако сегодня в диком виде метасеквойю можно увидеть лишь в центральной части Китая, в провинциях Хубэй и Сычуань.
Акула-гоблин. О роде Mitsukurina, к которому принадлежит этот вид акул, впервые стало известно благодаря окаменелостям, которые датируются средним эоценом (около 49-37 миллионов лет назад). Единственный ныне существующий вид этого рода, акула-гоблин, обитающая в Атлантическом и Индийском океанах, сохранила некоторые примитивные черты своих древних сородичей, и сегодня является живым ископаемым.
3. Какую роль играет изоляция в процессе эволюции?
Разделение единого вида на несколько изолированных популяций и их дальнейшее существование в разных условиях является основным механизмом видообразования. При этом прекращается обмен генами между популяциями и постепенно накапливаются межпопуляционные различия, приводящие со временем к образованию новых видов. Особое значение имеют различия, изменяющие брачные ритуалы. Они предотвращают скрещивание особей, принадлежащих к разным популяциям, даже при случайной встрече.
Стр. 65–66. Вопросы для повторения и задания.
1. Сравните три основных способа видообразования.
Видообразование в типичных случаях заключается в разделении первоначально единого вида на два или более новых. Это связано с возникновением межпопуляционных изоляционных барьеров и углублением различий между генофондами популяций под действием естественного отбора вплоть до генетической изоляции. Видообразование может происходить за счет постепенного превращения исходного вида в новый либо за счет гибридизации двух видов (например, терн + алыча = слива). Однако гораздо чаще видообразование связано с расхождением (дивергенцией) признаков в популяциях. В итоге вид, ареал которого был разделен на несколько популяций (например, каждая обитает на своем острове), может в итоге образовать несколько новых видов. Этой способ наблюдается, если изменения условий захватывают весь ареал. Еще выделяют гибридогенное видообразование (синтезогенез или сингенез). Этот тип видообразования обычен у растений: по некоторым подсчетам, более 50% видов растений представляют собой гибридогенные формы – аллополиплоиды. Например, культурная слива с 2n = 48 возникла путем гибридизации терна 2n = 32 с алычой 2n= 16 с последующим удвоением числа хромосом. Некоторые виды пикульника, малины, табака, брюквы, полыни, ириса и других растений – такие же аллополиплоиды гибридогенного происхождения.
2. Охарактеризуйте механизмы основных путей видообразования.
Существуют аллопатрический и симпатрический пути образования видов. При,аллопатрическом видообразовании, называемом также географическим, препятствия к скрещиванию первично обусловлены пространственным разобщением популяций. пространственная изоляция приводит к разделению ареала вида на отдельные изолированные зоны (и, как следствие, на изолированные популяции). Если условия обитания в этих зонах будут разные, могут постепенно сформироваться новые виды. Генетическая изоляция развивается вторично. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых.
При симпатрическом видообразовании (экологическое видообразование) новый вид образуется внутри ареала исходного вида. С самого начала изоляция является генетической. Такое положение создается в результате полиплоидии вследствие нарушений нормального хода мейоза при крупных хромосомных перестройках или межвидовой гибридизации. Аллопатрическое (географическое) видообразование происходит медленно и дает виды, как правило, отличающиеся по морфофизиологическому критерию от вида-родоначальника. Симпатрический (экологический) путь относительно быстрый и дает виды, близкие к исходному по морфофизиологическим показателям.
3. Какую роль играет изоляция в процессе видообразования?
Разделение единого вида на несколько изолированных популяций и их дальнейшее существование в разных условиях является основным механизмом видообразования. При этом прекращается обмен генами между популяциями и постепенно накапливаются межпопуляционные различия, приводящие со временем к образованию новых видов. Особое значение имеют различия, изменяющие брачные ритуалы. Они предотвращают скрещивание особей, принадлежащих к разным популяциям, даже при случайной встрече.
4. Приведите примеры географического и экологического видообразования.
Примером географического видообразования может служить появление различных видов ландыша в результате разделения единого древнего ареала исходного вида ледником на несколько изолированных зон. Так, некогда в Австралии существовал один вид попугайчиков рода Расhycephala. В условиях засушливого периода единый ареал разделился на западную и восточную зоны. Со временем особи двух популяций приобрели морфофизиологические различия, которые сделали невозможным скрещивание, когда ареал вновь стал общим. Произошло образование из одного предкового вида двух новых. Другой пример – знаменитые галапагосские вьюрки. В качестве примера экологического видообразования можно привести различные виды дубов, которые растут на разных почвах: одни – на известняковых, другие – на магматических, третьи – на черноземных. Форели озера Севан распадаются на шесть отдельных популяций, нерестящихся в разных реках и ручьях, впадающих в озеро. Экологическая изоляция может быть следствием воздействия человека: на сенокосных лугах сохраняются лишь те растения, которые успевают отцвести и дать семена либо до сенокоса, либо после. Таким образом, из одной популяции формируются две: одна с раннецветущими растениями, другая – с позднецветущими.
5. Каково значение пространственной изоляции для образования новых видов?
Пространственная изоляция является важнейшей предпосылкой, способной привести к географическому видоообразованию. В качестве факторов пространственной изоляции чаще всего выступают горные массивы и обширные водные пространства. Ими могут также являться пустыни, области с какимилибо специфическими отклонениями в составе почвы (засоление, закисление) и др. Пространственная изоляция может происходить и в отсутствие видимых географических барьеров. Причины ее в таком случае кроются в ограниченных «радиусах индивидуальной активности». Так, у «береговой» рыбы бельдюги Zoares viiparus от устья у конца фьорда уменьшается число позвонков и лучей некоторых плавников. Сохранение изменчивости объясняется оседлым образом жизни бельдюги. Такая изменчивость наблюдается и у подвижных видов животных, например перелетных птиц с гнездовым консерватизмом. Молодь ласточек, например, возвращается с зимовки на место своего рождения и гнездится в радиусе до 2 км от материнского гнезда. Скрещивания у ласточек ограничиваются группой близко селящихся особей. В отличие от разделения барьерами эту разновидность географической изоляции обозначают как разделение расстоянием.
Подумайте и выполните.
1. Объясните, почему в природе чаще встречаются гибриды разных видов растений, чем разных видов животных.
