bg‑turquoise

Mechanizmy izolacyjne prezygotyczne

Mechanizmy izolacyjne prezygotyczneizolacja prezygotycznaizolacyjne prezygotyczne powodują, że nie dochodzi do zapłodnieniazapłodnieniezapłodnienia międzygatunkowego. Nie ma więc możliwości przepływu genów, a każdy gatunek zachowuje charakterystyczną dla siebie pulę genową.

Izolacja geograficzna

Dotyczy gatunków rozdzielonych barierami w postaci łańcuchów górskich, rzek, pustyń, zasiedlających zbiorniki wodne niepołączone ze sobą. Przykładem takiego rozdzielenia populacji są gatunki z rodzaju jeleniowatych (Cervus), których zasięgi nie zachodzą na siebie: jeleń szlachetny (Cervus elaphus, żyjący w Eurazji) i wapiti (Cervus elaphus canadensis, czyli jeleń kanadyjski, żyjący w Ameryce Północnej).

Izolacja środowiskowa (ekologiczna)

Gatunki występują na tym samym obszarze, ale zajmują odmienne środowiska np. świergotki (ptaki z rodziny pliszkowatych). Świergotek polny (Corydalla campestris) preferuje otwarte przestrzenie słabo pokryte roślinnością (pola, ugory, hałdy). Zbliżony do niego świergotek drzewny (Anthus trivialis) występuje w lasach liściastych lub iglastych.

Izolacja sezonowa (fenologiczna)

Czas rozrodu gatunków występujących na tym samym obszarze przypada na inne pory roku. Choć mamy do czynienia z populacjami tego samego gatunku, nie dochodzi do krzyżowania się i przepływu genów, np. skunks plamisty (Spilogale putorius) wschodni i zachodni żyją na tych samych terenach, ale ich pora rozmnażania przypada odpowiednio na późną zimę i późne lato.

Izolacja mechaniczna (anatomiczno–morfologiczna)

Nie ma możliwości zaplemnienia międzygatunkowego (wprowadzenia plemników do dróg rodnych samicy), ponieważ narządy kopulacyjne samca i samicy nie pasują do siebie. W przypadku roślin mamy do czynienia z odmienną budową kwiatów, czy różnymi, charakterystycznymi dla danego gatunku rośliny, zapylaczami, jak np. u szałwii. Szałwia biała (Salvia apiana) ma drobne kwiaty, przystosowane do zapylania przez małe pszczoły, natomiast szałwia czarna (Salvia mellifera) przystosowana jest do zapylania przez większe gatunki pszczół, gdyż występują u niej dłuższe pręciki i większe płatki kwiatów. Gatunki pszczół zapylających szałwię białą są zbyt małe i nie ocierają się o pylniki szałwii czarnej, przez co niemożliwe jest zapylenie.

Izolacja behawioralna

Samice i samce jednego gatunku preferują ściśle określone zachowania godowe, np. podczas toków. Są one zrytualizowane i odczytywane tylko przez partnera określonego gatunku; z tego powodu samce i samice innych gatunków nie są w stanie rozpoznać się. Przykładem izolacji behawioralnej jest występowanie różnego wzoru lotu godowego u świetlików.

Izolacja gametyczna (biochemiczna)

Gamety różnych gatunków nie mogą połączyć się ze sobą, ponieważ na ich powierzchni brak odpowiednich białek, umożliwiających przyleganie plemnika do komórki jajowej. Przykładem mogą być różne gatunki szkarłupni lub gąbek, wyrzucające komórki rozrodcze do wody w tym samym czasie.

bg‑turquoise

Mechanizmy izolacyjne postzygotyczne

Mechanizmy izolacyjne postzygotyczne działają, kiedy doszło do zapłodnienia międzygatunkowego. Mieszańce, które powstaną, są niepłodne lub ich płodność jest bardzo ograniczona, podobnie jak żywotność (giną na etapie rozwoju zarodkowego). Zwyczajowo powstałe mieszańce nazywane są hybrydami (a mieszańce zwierzęce - bastardami).

Przykładami bastardów są:

Problem pojawia się w przypadku organizmów nie rozmnażających się płciowo (np. bakterii). W tej sytuacji pojęcie gatunku staje się umowne, a typy morfologicznemorfologia zwierzątmorfologiczne układają się w klasy, na podobieństwo gatunków.

Proces powstawania nowych gatunków to specjacjaspecjacjaspecjacja. Szacuje się, że na świecie istnieje obecnie od 2 do 100 mln gatunków.

bg‑turquoise

Specjacje

RWp1hpCvTKnhp1
Ilustracja przedstawia schemat kolorowych okręgów ilustrujących izolację genetyczną. W pierwszym etapie mamy jeden jasnoniebieski okrąg, który przechodzi w dwa jasnoniebieskie okręgi. Dalej jeden jasnoniebieski okrąg łączy się z ciemniejszym niebieskim okręgiem. To stadium specjacji 1. Dalej powstaje jeden okrąg jasnoniebieski i drugi ciemnoniebieski. To stadium specjacji 2. W kolejnym etapie powstają dwa okręgi, jeden jasnoniebieski drugi granatowy. To stadium specjacji 3.
Izolacja genetyczna powoduje zwiększenie nasilenia różnic morfologicznych. Nowo powstałe gatunki nie wymieniają między sobą materiału genetycznego. Przesunięcia kół oznaczają stopień izolacji genetycznej, a różnice odcieni odpowiadają różnicom morfologicznym.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑turquoise

Rodzaje specjacji

bg‑azure
Ze względu na rodzaj barier specjacje możemy podzielić na:
specjację allopatryczną

Następuje wytworzenie mechanizmów izolacji rozrodczej populacjipopulacjapopulacji jednego gatunku na skutek powstania bariery geograficznej; prowadzi stopniowo do powstania bariery rozrodczej.

RSDtvzBKPRaq1
Ilustracja przedstawia przebieg specjacji allopatrycznej. Na schemacie umieszono okrąg jasnoniebieski. Od niego biegną dwie strzałki, do dwóch linii okręgów o różnych kolorach. Pomiędzy niemi, wewnątrz schematu zapisano: bariera i wstawiono okrąg jasnoniebieski. W górnej linii jako drugi okrąg mamy jasnoniebieski, dalej kolejny, trzeci, znowu jasnoniebieski. Ostatnia strzałka prowadzi do okręgu granatowego. W dolnej linii, jako drugi mamy okrąg ciemniejszo-niebieski. To stadium A Początek różnicowania po powstaniu bariery.Jako trzeci okrąg w tej linii mamy tu okrąg ciemnoniebieski. To stadium B Dobór w różnych kierunkach. Ostatnia strzałka prowadzi do okręgu granatowego. To stadium C Izolacja rozrodcza po zniknięciu bariery. Uwaga: izolacja rozrodcza w stadium C nie musi być pełna, czasem ulega stopniowemu wzmocnieniu, ale zdarzają się trwałe strefy mieszańcowe.
Przebieg specjacji allopatrycznej
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
specjację parapatryczną

Populacje żyją w innych środowiskach (występuje bariera ekologiczna). Niewielka, izolowana populacja powstaje na granicy zasięgu lub w wyniku kolonizacji. Efekt założyciela i dryf genetyczny zapoczątkowują różnicowanie genetyczne w stosunku do populacji wyjściowej. Oddziaływanie czynników środowiskowych pogłębia różnice. Efekt założyciela występuje, gdy grupa osobników jednej populacji – dużej i stabilnej genetycznie, przemieszcza się na nowy, izolowany obszar (np. następuje kolonizacja wyspy). Nowo powstała populacja będzie miała pulę genową rożną od populacji macierzystej. Zależy to od alleli, które posiadały osobniki opuszczające populację wyjściową. Nie wszystkie allele, znajdujące się w starej populacji, pojawią się w nowej.

RcJ9jpQZLRObd
Na rysunku przedstawiono przebieg specjacji parapatrycznej. W pierwszej części schematu widoczna jest grupa żuków o różnych kolorach, czyli dużej różnorodności genetycznej. Od tej grupy biegnie strzałka, to efekt założyciela. Strzałka biegnie w kierunku grupy dwóch żuków o czarnym kolorze, czyli niewielkiej różnorodności genetycznej.
Przebieg specjacji parapatrycznej.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
specjację sympatryczną

Dochodzi do niej na skutek izolacji rozrodczej bez izolacji przestrzennej. Do zróżnicowania między grupami jednej populacji może doprowadzić dobór rozrywający, preferujący skrajne cechy osobników populacji. Izolacja rozrodcza może być również spowodowana aberracjami w doborze płciowym. Samice w danej populacji mogą odznaczać się innymi preferencjami płciowymi w wyborze samca. Preferencje te mogą wykazywać samice w ich potomstwie, co pogłębia specjację.

RpjMIbPzG9Vf3
Wykresy przedstawiają przebieg specjacji sympatrycznej. Na osi Y przedstawiono częstość występowania, na osi X różne gatunki motyli, oznaczone różnymi kolorami. Na pierwszym wykresie, na osi X, przedstawiono kolejno motyle: jasnożółty, fioletowy, różowy, żółty, zielony. Krzywa częstości występowania rośnie kolejno wraz z gatunkami motyli i osiąga szczyt przy motylu o kolorze różowym. Jest on przekreślony. Następuje eliminacja osobników o fenotypach pośrednich. Dalej krzywa częstości występowania spada dla pozostałych osobników. Na drugim wykresie, na osi X, przedstawiono kolejno motyle: jasnożółty, fioletowy, brak motyla o kolorze różowym, żółty, zielony. Krzywa częstości występowania rośnie dla pierwszych dwóch osobników, opada dla braku motyla o kolorze różowym, znowu rośnie i opada dla pozostałych dwóch osobników. Następuje powstanie dwóch odrębnych populacji.
Wykresy obrazujące przebieg specjacji sympatrycznej
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Rola doboru płciowego jest ogromna. Przykładem są pielęgnice z afrykańskiego jeziora Wiktorii, zbiornika pochodzenia tektonicznego. Z jednego gatunku, w ciągu 14 000 lat, powstało tam 300 różnych gatunków, zajmujących szereg nisz ekologicznych. Gatunki te powstały mimo braku bariery geograficznej.

Rlizan1qVwvjY
Schemat przedstawiający specjację sympatryczną.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R12YalwHgDmiD1
Porównanie specjacji
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure
Podział ze względu na tempo specjacji:
stopniowa

Zachodzi powoli; drobne, kumulujące się zmiany powodują stopniowe pogłębianie się różnic w populacji; doprowadzają do powstania nowych gatunków, rozdzielonych barierą rozrodczą.

nagła

Specjacja przebiega w krótkim czasie i skokowo. Motorem specjacji nagłej są zmiany mutacyjne, głównie poliploidyzacje (z tego powodu ten rodzaj specjacji dotyczy roślin; poliploidyzacje zachodzące u zwierząt są mutacjami letalnymi). Zmianie może ulegać liczba własnych chromosomów - mówimy wtedy o autopoliploidyzacji. Jeżeli przed mutacją doszło do hybrydyzacji gatunków i po niej zwielokrotnienia liczby chromosomów, to mówimy o allopoliploidyzacji, która często prowadzi do specjacji.

bg‑azure
Podział ze względu na liczbę nowo powstałych gatunków:
radiacyjna

Zachodzi w wyniku radiacji przystosowawczej. Jeden wyjściowy gatunek rozdziela się na liczne nowe gatunki, dzięki przystosowaniu się do odmiennych warunków środowiskowych.

filetyczna

Polega na stopniowym przekształceniu całego gatunku w nowy gatunek.

introgresja

Jest typem hybrydyzacji, polegającej na częściowym lub całkowitym zlaniu się pól genowych różnych gatunków. Powstaje gatunek mieszańcowy, mogący zagrozić istniejącym gatunkom. U roślin okrytozalążkowych 70‑80 proc. gatunków pojawiło się z powodu hybrydyzacji.

RWIu06M0kWxIR1
Schemat przedstawia porównanie przebiegu specjacji (literami A, B i C zostały przedstawione odmienne gatunki) w czasie.
1. Introgresja. Na rysunku dwie rozwidlone strzałki. Wszystkie groty biegną równolegle. Rozwidlona strzałka każdej ze strzałek łączy się, tworząc jedną wspólną, której grot opisano jako C. Zatem ze strzałki A i B powstają groty A, C i B.
2. Specjacja radiacyjna. Na rysunku jedna strzałka opisano jako A, która ma dwa rozwidlenia, groty strzałek opisaną jako B i C.
3. Specjacja filetyczna. Na rysunku pojedyncza strzałka opisana jako A a jej grot jako B.
Porównanie przebiegu specjacji (literami A, B i C zostały przedstawione odmienne gatunki)
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak pamiętasz, twórca teorii ewolucji Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu gatunków”, dowodził głównie o zmienności i doborze naturalnym. Odnosząc się do specjacji twierdził, że gatunki powstają na skutek pogłębiania się różnic między nimi, ale nie opisuje mechanizmów tego zjawiska.

Słownik

morfologia zwierząt
morfologia zwierząt

nauka badająca budowę wewnętrzną i zewnętrzną organizmów zwierzęcych w rozwoju rodowym, osobniczym i u postaci dojrzałych

populacja
populacja

grupa osobników tego samego gatunku, żyjących równocześnie w określonym środowisku lub obszarze i krzyżujących się między sobą; osobniki te wzajemnie na siebie oddziałują; interakcje ekologiczne i rozrodcze między osobnikami w jednej populacji są częstsze, niż interakcje z osobnikami innych populacji tego samego gatunku

specjacja
specjacja

proces powstawania nowych gatunków w trakcie ewolucji

specjacja allopatryczna
specjacja allopatryczna

proces powstawania nowych gatunków, wywołany powstaniem bariery geograficznej (np. rzeka lub rozejście płyt kontynentalnych), która uniemożliwia kontakt fizyczny między rozdzielonymi populacjami; osobniki tych populacji nie mogą się krzyżować, więc nie zachodzi między nimi wymiana genów, więc ewoluują niezależnie, nawet jeśli warunki środowiskowe pozostają takie same

specjacja parapatryczna
specjacja parapatryczna

proces powstawania nowych gatunków biologicznych, zachodzący w obrębie jednej, ciągłej populacji, której poszczególne części znajdują się w różnych warunkach środowiskowych (np. klimatycznych); w takiej populacji występują formy pośrednie; znaczne rozdzielenie w przestrzeni poszczególnych części populacji utrzymuje odrębność różnych form tworzących się w jej obrębie

specjacja sympatryczna
specjacja sympatryczna

proces powstawania nowych gatunków biologicznych, polegający na izolacji rozrodczej wewnątrz jednej populacji zamieszkującej ten sam obszar geograficzny; jest ona spowodowana rozmaitymi mechanizmami genetycznymi, ekologicznymi i behawioralnymi

zapłodnienie
zapłodnienie

w przebiegu rozmażania płciowego, połączenie gamety żeńskiej (komórki jajowej) i męskiej (plemnika) w jedną komórkę, zwaną zygotą, która daje początek nowemu organizmowi

izolacja prezygotyczna
izolacja prezygotyczna

izolacja niedopuszczająca do zapłodnienia pomiędzy osobnikami