Specjacja, czyli proces powstawania nowych gatunków, może być spowodowana występowaniem barier geograficznych (specjacja allopatrycznaspecjacja allopatrycznaspecjacja allopatryczna), a także działaniem czynników genetycznych, ekologicznych i behawioralnych (specjacja sympatrycznaspecjacja sympatrycznaspecjacja sympatryczna) na organizmy zamieszkujące ten sam obszar.

Ze względu na tempo zachodzenia procesu powstawania gatunku wyróżnia się specjację stopniową i skokową.

Specjacja stopniowa polega na gromadzeniu się drobnych różnic w pulach genowych izolowanych populacji. Proces ten jest zgodny z konwencjonalną darwinowską teorią ewolucji. Teoria ta opiera się na gradualizmie, czyli zachodzeniu powolnych, stopniowych zmian w organizmach w danej populacji. Zmiany te są utrwalane przez setki tysięcy lat, co prowadzi do powstania nowego gatunku.

Specjacja skokowa jest skutkiem wystąpienia mutacji (np. poliploidyzacjipoliploidyzacjapoliploidyzacji u roślin, czyli powstawania zarówno autopoliploidówautopoliploidyautopoliploidów, jak i allopoliploidówallopoliploidyallopoliploidów). Ten rodzaj specjacji związany jest z tzw. punktualizmem, czyli nurtem powstałym w odpowiedzi na gradualizm. Zakłada on, że w wyniku doboru naturalnego nowe gatunki powstają bardzo szybko.

Specjacja sympatryczna może zachodzić zarówno stopniowo, jak i skokowo, podczas gdy specjacja allopatryczna jest zawsze specjacją stopniową.

Specjacja sympatryczna to sposób powstawania gatunków w wyniku pojawienia się bariery reprodukcyjnej wewnątrz jednej populacji zamieszkującej ten sam obszar geograficzny. Spowodowana jest rozmaitymi mechanizmami: genetycznymi, ekologicznymi czy behawioralnymi.

Dobór rozrywający polega na preferowaniu osobników o rzadko spotykanym fenotypie. Oznacza to, że z danej populacji eliminowane są osobniki o średniej wartości cechy, natomiast premiowane te, które mają cechy skrajne. W wyniku specjacji spowodowanej doborem rozrywającym powstają gatunki charakteryzujące się nieprzeciętnym fenotypem. Ponieważ zmiany te nie wynikają z izolacji przestrzennej osobników, jest to specjacja sympatryczna. Przykładem potwierdzającym istnienie tego zjawiska jest powstanie wielu gatunków kiełży w Jeziorze Bajkał przystosowanych do życia w różnych częściach jeziora i na różnych głębokościach.

RiMOs7C1ugTPT1

Ilustracja przedstawia rysunki trzech ryb - ryby znajdują się jedna nad drugą. Ryby nieznacznie różnią się wielkością i wyglądem - w szczególności wyglądem płetw i kolorystyką. Ryby mają nieco spłaszczone bocznie ciało, długą płetwę grzbietową i ciemny pas wzdłuż ciała pod płetwą grzbietową. Łuski ryby u góry układają się w 3 pasy w brązowych odcieniach, a jej płetwa odbytowa jest największa spośród dwóch pozostałych ryb. Ryba środkowa jest najmniejsza, a na środku ciała, nad płetwą piersiową, jej łuski układają się w granatową plamę. Ryba na dole jest największa, posiada największą płetwę piersiową oraz granatową plamę podobną do tej u ryby środkowej.

Szczególnym przypadkiem doboru naturalnego jest tzw. dobór płciowy. Mechanizm ten polega na kojarzeniu się ze sobą osobników o największej atrakcyjności (wybór partnera zależy od indywidualnych preferencji osobnika). Konsekwencją doboru płciowego jest rozbudowa cech odpowiedzialnych za wabienie osobnika płci przeciwnej. Badania dowodzą, że dobór płciowy może być przyczyną specjacji sympatrycznej. Zaobserwowano to u ryb pielęgnicowatych w Jeziorze Wiktoria, w którym stwierdzono ponad 600 gatunków pielęgnic. Wszystkie te gatunki powstały z nielicznej liczby gatunków pochodzących z pobliskich rzek i jezior. Mogło to być spowodowane, poza przystosowaniem się do różnych źródeł pokarmu, wyborem partnera rozrodczego przez samice na podstawie określonej cechy, np. ubarwienia godowego samców. Stanowiło to główną barierę rozrodczą, która utrzymuje odrębne pule genowe gatunków.

Gatunek może powstać w wyniku euploidiieuploidiaeuploidii – zmiany liczby zestawów chromosomów – czyli autopolipoidalności lub allopoliploidalności. Autoploid ma więcej niż dwa zestawy chromosomów tego samego gatunku np. 4n na skutek nieprawidłowego przebiegu podziału komórki. U roślin organizm tetraploidalny jest rozrodczo izolowany od diploidalnego z populacji wyjściowej. Jednak takie zmutowane osobniki mogą się rozmnażać przez samozapylenie lub skojarzenie z innymi tetraploidalnymi osobnikami. Może więc dojść w wyniku autopoliploidalności do izolacji rozrodczej bez izolacji geograficznej.

Allopoliploidalność może wystąpić, gdy skrzyżują się dwa różne gatunki i powstanie potomstwo mieszańcowe. Większość mieszańców jest bezpłodna, np. muł, który jest potomkiem samicy konia domowego i samca osła. U roślin bezpłodne mieszańce mogą się rozmnażać bezpłciowo, a niekiedy również płciowo. Ich kojarzenie z osobnikami gatunku wyjściowego nie jest jednak możliwe, są więc przedstawicielami nowego gatunku biologicznego.

RmGdDXxH6ABA6

Zdjęcie przedstawia zielone kłosy pszenicy. Kwiatostan jest czworoboczny.

Bariery rozrodcze to mechanizmy uniemożliwiające skuteczne krzyżowanie się osobników, czyli takie, które prowadzi do wydania żywotnego i płodnego potomstwa. Poniższa tabela interaktywna przedstawia rodzaje barier rozrodczych.

Bariery prezygotyczne – zapobiegające powstaniu zygoty

Bariery prezygotyczne – zapobiegające powstaniu zygoty

Mechanizmy zapobiegające kojarzeniom – uniemożliwiające przedostanie się gamet między osobnikami:

• izolacja ekologiczna – osobniki rozmnażają się w różnych siedliskach (izolacja siedliskowa) lub w różnym czasie (izolacja czasowa);

RCGoTxDhhezKl

Dwa zdjęcia obok siebie. Na jednym z nich jest żaba zanurzona w wodzie. Nad wodą znajduje się tylko jej głowa. Żaba na głowie ma ciemne plamki, jest brązowa. To żaba moczarowa (Rana arvalis). Na drugim zdjęciu znajduje się żaba na piaszczystym podłożu. Jest zielonkawa, ma czarne plamki na powierzchni skóry. To żaba trawna (Rana temporaria).

• izolacja etologiczna – zachowania osobników uniemożliwiają ich kojarzenie się, np. różne zachowania godowe;

Rskv8fW5epZHo

Na ilustracji jest owad, który siedzi wzdłuż gałęzi. To samica świetlika - przypomina larwę, nie jest uskrzydlona. Ma na spodzie odwłoka narządy świetlne.

• izolacja mechaniczna – osobniki mają odmienną budowę anatomiczną narządów rozrodczych, przez co nie jest możliwe ich kojarzenie się;

RlZsDDRq4DCB5

Dwa zdjęcia obok siebie. Na jednym z nich jest roślina z białymi kwiatami. To szałwia czarna (Salvia mellifera). Kwiaty znajdują się na końcu łodyżki, ułożone dookoła niej. Górna warga kwiatu jest dwupłaszczyznowa. Pręciki są długie. Na drugim zdjęciu jest szałwia biała (Salvia apiana). Kwiaty są mniejsze niż u szałwii czarnej. Usytuowane są tak samo.

• izolacja gametyczna – występuje niezgodność chemiczna pomiędzy komórkami rozrodczymi;

RRhu2PpozhOAf

Zdjęcie przedstawia morskie zwierzę. Ma kuliste ciało gęsto pokryte kolcami.

• izolacja czasowa – organizmy mają odmienną porę godową (zwierzęta) lub kwitnienia (rośliny);

RejBx5fk68uIC

Zdjęcie przedstawia zwierzę, którego sierść ma kolor czarny z poziomymi, białymi pasami na karku i barkach, na bokach ciała ma białe plamy i ukośne pasy. Ogon jest puszysty z białym końcem.

Bariery postzygotyczne – działające po powstaniu zygoty

Bariery postzygotyczne – działające po powstaniu zygoty

• większa śmiertelność lub zmniejszona żywotność mieszańców;

• sterylność lub zmniejszona płodność mieszańców;

• niezdolność lub zmniejszona zdolność do kojarzenia się mieszańców.

Słownik