Die Anfangsphase der Artbildung bei tropischen Schmetterlingen wurde festgelegt • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Genetik, Evolution

Aufzeichnung der ersten Stufe der Artbildung bei tropischen Schmetterlingen

Mimikry in giftigen Schmetterlingen der Gattung Heliconius: Seltene Formen werden als massiver getarnt, so dass Raubtiere schneller lernen, sie nicht anzugreifen. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Schmetterlinge Heliconius cydno alitheaLeben in Ecuador sind in zwei Formen unterteilt: gelb und weiß, getarnt als zwei verschiedene Arten von giftigen Verwandten. Es stellte sich heraus, dass gelbe Männchen gelbe Weibchen bevorzugen, weiße Männchen hingegen gleichermaßen Weibchen beider Farben. Anscheinend haben gelbe Schmetterlinge keinen Vorteil aus der selektiven Kreuzung mit ihrer eigenen Art, da die Nachkommen von Mischehen entweder gelb oder weiß (nicht intermediär) sind. Dieses Beispiel zeigt, dass eine unvollständige reproduktive Isolation (die normalerweise als erster Schritt zur Speziation betrachtet wird) innerhalb einer Population auftreten kann, selbst wenn die Isolationsmechanismen keinen adaptiven Vorteil bieten und daher nicht durch Selektion unterstützt werden können.

In den letzten Jahren hat die Sammlung von gut untersuchten Fällen von sympatrischer Artbildung erheblich zugenommen (siehe Links unten). Verschiedene Paare divergenter sympatrischer Arten (und sogar ihrer ganzen "Bündel" – Artenherden) werden von Forschern in verschiedenen Stadien des Divergenzprozesses (Divergenz) gefangen.Die frühesten Stadien dieses Prozesses bleiben die am wenigsten studierten, wenn die Population noch vereint ist, aber in ihr beginnt sich eine teilweise reproduktive Isolation zwischen Individuen mit unterschiedlichen Merkmalen herauszubilden.

Eine Studie von Mitarbeitern der Universitäten Harvard, Hawaiian und Texas (USA) zeigte, dass dies heute bei Schmetterlingen der Fall ist. Heliconius cydno alithea, bewohnt West-Ecuador. Schmetterlinge der Gattung Heliconius sind einerseits durch ihre Giftigkeit vor Räubern geschützt, andererseits durch ihre helle "Warn" -Farbe. Gleichzeitig haben sie eine weitverbreitete sogenannte Müller-Mimikry (Müllersche Mimikry) – Maskierung von einigen giftigen Arten unter anderen (über eine andere Art von Mimikry – Bates, in denen ungiftige Arten als giftig verkleidet sind, siehe: Ungewöhnliche Verkleidung bei Fröschen ist mit der Fähigkeit von Raubtieren zu verallgemeinern verbunden , "Elemente", 13.03.2006). Müllers Mimikry beschleunigt das Training von Raubtieren: "sich selbst verbrannt" auf einem der giftigen Schmetterlinge, das Raubtier wird das Schicksal nicht länger in Versuchung führen und andere ähnliche Arten angreifen. Früher auf Schmetterlingen Heliconius gezeigt wurde (einschließlich durch Experimente über die Migration von Schmetterlingen von einem Teil des Bereichs zu anderen),dass die Fitness (Überlebensrate) von Schmetterlingsimitationen in der Natur direkt von der Häufigkeit des Auftretens von Schmetterlingsmodellen abhängt: Von allen Nachahmern scheinen diejenigen, die sich in einem bestimmten Gebiet als die beliebteste Art von "Modellen" tarnen, die höchste Fitness zu haben. Dieses Ergebnis ist übrigens eine von vielen experimentellen Bestätigungen für die Wirksamkeit der natürlichen Selektion in der Natur.

Zuvor wurden zwei Paare von Arten, die sich gegenseitig nachahmen, im Detail untersucht. Heliconius cydno galanthus / H. sapho und H. pachinus / H. hewitsoniLeben auf gegenüberliegenden Seiten der Wasserscheide in Costa Rica. Der erste Typ in jedem Paar ist ein Nachahmer, der zweite ist ein Modell; für das erste Paar sind weiße Flecken auf den Flügeln charakteristisch, für die zweite – gelb. Die genetische Analyse hat gezeigt, dass Imitatorarten enger miteinander verwandt sind als mit ihren Modellen. Unter Laborbedingungen sind zwei Arten von Nachahmern in der Lage, fruchtbare hybride Nachkommen zu vereinigen und zu produzieren, obwohl sie bei ihrer Wahl immer Partner aus ihrer eigenen Art bevorzugen. Interspezifische Kreuzungen haben gezeigt, dass die Farbe der Flecken auf den Flügeln (weiß oder gelb) durch zwei Allele (Varianten) eines einzelnen Gens bestimmt wird, wobei das weiße Allel dominant und das gelbe Allel rezessiv ist.Die Vererbung erfolgt streng "nach Mendel": beim Überqueren von Weiß H. cydno galanthus mit gelb H. pachinus Die erste Generation von Hybriden stellt sich als weiß heraus, und in der zweiten gibt es eine 3: 1-Spaltung (drei weiße Schmetterlinge in einem gelben). Die Art des Gens, das für die Wahl zwischen Gelb und Weiß verantwortlich ist, ist noch nicht bekannt. Nur seine Position auf dem Chromosom ist bekannt, und das Gen selbst erscheint in der Literatur unter dem bedingten Namen "locus K".

H. cydno galanthus und H. pachinus – das sind "gut abgeleitete" Arten, die sich nicht in der Natur kreuzen oder gar nicht sympatrisch sind: sie bewohnen verschiedene Teile Costa Ricas. Die genetische Analyse bestätigte, dass ihre Genpools lange isoliert isoliert wurden.

Ein anderes Bild wird in Ecuador beobachtet, wo es auch zwei Arten von Modellen gibt – weiß und gelb und zwei Nachahmer. In diesem Fall beziehen sich beide Nachahmer auf dieselbe Spezies (formal sogar auf einen Subtyp): H. cydno alithea. Beide Modelle und eine Nachahmerart, unterteilt in gelbe und weiße Formen, leben in demselben Gebiet.

"Evolutionsbaum" von drei Arten von Schmetterlingsarten Heliconius basierend auf einer Analyse von 800 Genom-Sites. Die Farbe der Icons (Kreise und Dreiecke) entspricht der Farbe der Flügel.Die Figur zeigt das H. cydno pachinus und H. Galanthus sind gut getrennte Arten und gelbe und weiße Formen H. cydno pachinus eine einzige Bevölkerung bilden. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Englisch: www.db-artmag.de/2003/8/e/2/45.php Die Autoren waren überzeugt, dass die Vererbung des Zeichens "gelbe oder weiße Flecken auf den Flügeln" in der H. cydno alithea basierend auf dem gleichen genetischen Mechanismus wie die Art aus Costa Rica, und derselbe Locus K ist verantwortlich dafür.Die Autoren untersuchten dann experimentell die Präferenzen von weißen und gelben Männchen H. cydno alithea bei der Auswahl der Frauen. Es stellte sich heraus, dass gelbe Männchen eindeutig gelbe Weibchen bevorzugen. Weiße Männer dagegen erwiesen sich als wahllos: Sie kümmern sich gleichermaßen aktiv um weiße und gelbe Frauen.

Die Autoren analysierten mehr als 800 polymorphe Regionen des Genoms in weißen und gelben Schmetterlingen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Präferenz für "ähnlich", charakteristisch für gelbe Männchen, den genetischen Austausch zwischen Formen mit unterschiedlicher Flügelfarbe nicht wesentlich schwächen kann. Trotz der Selektivität von gelben Männchen, gelben und weißen Schmetterlingen H. cydno alithea bilden tatsächlich eine einzige Bevölkerung. Dies zeigt sich insbesondere in der Tatsache, dass weiße und gelbe Individuen auf evolutionären Bäumen abwechselnd angeordnet sind und sich flach weigern, getrennte Cluster zu bilden.

Es gibt also eine einzige Population, innerhalb derer nur die Teilung in zwei reproduktiv isolierte Teile kaum wahrnehmbar ist. Diese Einheiten sind bereits ökologisch divergiert, dh sie haben sich in ökologische Nischen (in diesem Fall nach "nachahmenden" Nischen) aufgeteilt: sie imitieren verschiedene Arten von Modellen). Es gibt eine reproduktive Trennung zwischen ihnen, aber bisher manifestiert es sich nur in den Paarungspräferenzen der Männchen in einer von zwei Formen. Die Autoren weisen darauf hin, dass diese Teilung in der Zukunft möglicherweise die Grundlage für eine vollständige Trennung der Anfangspopulation in zwei Typen bilden könnte (oder auch nicht werden könnte). Die Vorlieben der gelben Männchen reichen dafür nicht aus. Eine Population kann nur dann in zwei Typen unterteilt werden, wenn zusätzliche Faktoren zu einer solchen Unterteilung beitragen. Die Autoren erwähnen drei mögliche Szenarien, die in Zukunft geteilt werden können. H. cydno alithea in zwei Arten:

1) Die Erscheinung einer anderen Eigenschaft, mit Ausnahme der Farbe der Flügel, nach der die Schmetterlinge eine positive Selektivität (Präferenz für ihre eigene Art) beim Überqueren zeigen. Ein guter Kandidat für diese Eigenschaft sind Variationen in der Form und Größe der schwarzen Flecken auf den vorderen Flügeln (im ersten Bild sind diese Variationen mit roten Pfeilen markiert).Die verfügbaren Variationen lassen die Nachahmung der Schmetterlinge mehr oder weniger an verschiedene Modellarten denken, aber ihre Auswirkung auf die Fitness von Nachahmern ist noch nicht aufgedeckt worden. Individuen mit verschiedenen Formen von schwarzen Flecken treten mit der gleichen Häufigkeit unter gelben und weißen Schmetterlingen auf.

2) Auftreten positiver Selektivität nicht nur in gelben, sondern auch in weißen Männchen.

3) Die räumliche Divergenz der Bereiche der beiden Arten von Schmetterlingsmustern, die wiederum durch die Divergenz der Bereiche ihrer Nahrungspflanzen verursacht sein kann.

Wenn eine der oben genannten in der Zukunft passiert, ist es möglich, dass H. cydno alithea unterteilt in zwei Arten.

Die Forschung hat gezeigt, dass eine reproduktive Isolation in einer Population entstehen kann, auch wenn diese Isolation keinen klaren Nutzen bringt. Es wird angenommen, dass bei der ökologischen Speziation (dh bei der Divergenz zukünftiger Arten in verschiedenen Nischen) der wichtigste Stimulus für die Entwicklung isolierender Mechanismen die reduzierte Fitness von Hybriden im Vergleich zu "reinen" elterlichen Formen ist. Verminderte Lebensfähigkeit in Hybriden ist normalerweise mit dem Mischen von elterlichen Anpassungsmerkmalen verbunden. Aber die Schmetterlinge H.cydno alithea wenn gelbe Individuen mit Weißen gekreuzt werden, tritt keine Vermischung auf, weil das adaptive Merkmal monogen mit vollständiger Dominanz vererbt wird. Ein hybrider Nachkomme erhält keinen intermediären weiß-gelben Phänotyp, der nicht adaptiv sein könnte, sondern einen der parentalen Phänotypen in seiner reinen Form – entweder weiß oder gelb. Es gibt keinen Grund, eine verminderte Lebensfähigkeit der Nachkommen aus "gemischten" Ehen im Vergleich zu den Nachkommen aus "einfarbigen" Ehen anzunehmen.

Warum haben gelbe Männer gelbe Frauen bevorzugt? Da diese Präferenz offensichtlich keine Vorteile bringt, können wir ihre Entwicklung nicht durch die natürliche Selektion erklären. Die Präferenz wurde entweder zufällig oder automatisch, als Nebenprodukt einer Art innerer Verbindungen im Körper oder bereits existierender biologischer Mechanismen, gebildet.

Was bedeutet das zufällig? Zum Beispiel könnte ein bestimmtes hypothetisches Gen, das für die Bevorzugung von gelben oder weißen Weibchen verantwortlich ist, zufällig auf dem Chromosom sehr nahe am K-Locus enden, und daher werden sie verkettet. Genetische Experimente bestätigtdass Farbe und Selektivität in der Tat streng miteinander ver – bunden sind – sie haben jedoch nicht bewiesen, dass diese zwei Charaktere von verschiedenen Genen abhängen und nicht von demselben Ort K. Darüber hinaus, egal wie nahe die Gene auf jedem Chromosom liegen, ihre Manchmal muss der Zusammenhalt aufgrund von Überschneidungen unterbrochen werden, aber dies wird durch die Fakten nicht unterstützt. Um die "zufällige Verknüpfung" -Hypothese zu akzeptieren, ist es daher notwendig, eine zusätzliche Annahme einzuführen, nach der ein Teil des Chromosoms, einschließlich beider Gene, keiner Rekombination unterworfen wird, das heißt ein Überkreuzen in ihm findet niemals statt. Die fehlende Rekombination kann beispielsweise durch Inversion verursacht werden.

Dieses Szenario geht von einem Zufall mehrerer unwahrscheinlicher Ereignisse aus. Unterdessen ist sympatrische Speziation ein sehr häufiges Phänomen. Daher sollte es andere Mechanismen für die automatische Erzeugung von Isolierung geben, die keine so seltene Kombination von Umständen erfordern.

Es ist möglich, dass der Ort K gleichzeitig die Farbe der Flügel und die Selektivität der Männchen beeinflussen kann. Nach Meinung der Autoren ist das nicht so unglaublich – vor allem wenn man bedenkt, dass Schmetterlinge die gleichen Pigmente haben, können sie sowohl zum Färben der Flügel als auch als Lichtfilter in den Augen verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit – meiner Meinung nach die offensichtlichste – ist, dass das Männchen eine Wahl trifft, "mit einem Auge auf sich selbst": Er sieht, welche Farbe seine Flügel haben und wählt die gleichen Weibchen. In diesem Fall wird der mutierte Mann mit der veränderten Farbe der Flügel automatisch beginnen, Frauen mit der gleichen Mutation zu bevorzugen. Aber dann bleibt unklar, warum nur gelbe Männchen ihre eigene Art wählen und Weiße sich wahllos um alle Weibchen kümmern.

Bei der Lösung dieses Rätsels sollte berücksichtigt werden, dass die gelbe Farbe eine rezessive Eigenschaft ist und Weiß eine dominante Eigenschaft ist. Daher sind alle gelben Männchen homozygot für den K-Locus und die meisten Weißen sind heterozygot: eine der Kopien dieses Gens ist "gelb" und die andere ist "weiß". Nehmen wir an, dass das Männchen nicht nur für die Farbe der Flügel der Weibchen bekannt ist, sondern auch für ihren Genotyp (sie ist heterozygot oder homozygot für Lokus K), dann erklärt das Modell der "Wahl mit einem Auge für sich" das beobachtete Bild vollständig. Es stellt sich heraus, dass sowohl weiße als auch gelbe Männchen ihre eigene Art bevorzugen, aber nicht nach dem Phänotyp (Farbe der Flügel), sondern nach dem Genotyp: jedes Männchen wählt Weibchen aus, die die gleichen Loci wie sein Allel K haben um solche "genetischen Tests" durchzuführen, siehe den Hinweis: Speziation ist eine persönliche Angelegenheit von jedem, "Elemente", 15. Februar 2006).

Wie auch immer, es gibt keine definitive Antwort auf die Frage, warum die gelben Männchen gelbe Weibchen bevorzugen. Diese Arbeit zeigt jedoch überzeugend, dass einzelne "Bausteine", aus denen in Zukunft eine verlässliche Isolationsbarriere zwischen divergenten Arten gebildet werden kann, in den Tiefen einer einzelnen Population gebildet werden können, auch wenn es keinen adaptiven Vorteil wie Isolation gibt (selektives Kreuzen mit ähnlichen) ) gibt noch nicht. Dies ist natürlich nicht mehr "vorausschauend" oder "sich einem vorgegebenen Ziel zu nähern" – der Bildung zweier neuer Typen. Wahrscheinlich ist dies eine automatische Reaktion der Mechanismen zur Auswahl eines Ehepartners, die sich im Laufe der Evolution zu genetischen Veränderungen in der Bevölkerung entwickelt haben (siehe auch: Stress fördert eng verwandte Kreuze, Elemente, 19. März 2009).

Die ergänzenden Materialien zu dem Artikel liefern eine Liste von gut untersuchten Beispielen der ökologischen Speziation. In den meisten dieser Beispiele erfolgte die Artbildung unter sympatrischen Bedingungen. Das Folgende ist Teil dieser Liste. Es kann nützlich sein, nicht nur mit Kreationisten zu argumentieren, die behauptendass "angeblich keine Verwandlungen von einer Art in eine andere nachweisbar sind", aber auch diejenigen Evolutionisten zu überzeugen, die, obwohl sie den Ideen von E. Mayr treu bleiben, das sympatrische Speziationsszenario weiterhin als äußerst unwahrscheinlich betrachten und nur im allopatrischen Szenario "glauben".

Andere untersuchte Beispiele für sympatrische Artbildung, die von Forschern in verschiedenen Stadien "gefangen" wurden:

1) Fisch Amphilophus citrinellus und A. zaliosus im Apoyo-See in Nicaragua (Barrieren werden nicht für die Artbildung benötigt, Elemente, 13. Februar 2006).
2) Palmen Howea Forsteriana und H. Belmoreana auf Lord Howe Island, 580 km vor der Ostküste Australiens (Evolution ohne Barrieren: Botaniker haben neue Beweise für Artbildung ohne geographische Barrieren gefunden, Elements, 13. Februar 2006).
3) Fliegen Rhagoletis pomonella und Reiter Diachasma Alloeum, unterteilt in "Apfel" – und "Weißdorn" -Form (Kettenreaktion der Artbildung, "Elemente", 11.02.2009).
4) Drei-Nadel-Stichling Gasterosteus Aculeatus, unterteilt in zwei Arten – Boden und pelagischen – in Seen von Kanada (Experimentelle bestätigte den Einfluss der Artbildung auf die Eigenschaften von Ökosystemen, "Elements", 6. April 2009).
5) Rollen Nesospiza Acunhae und N. Wilkinsi auf den Inseln von Tristan da Cunha (Spezialisierung auf verschiedenen Inseln sind parallele Pfade, "Elements", 15.03.2007).
6) Essstäbchen Timema cristinae (Sandoval, 2008).
7) Stiel Motte Ostrinia nubilalis.
8) Cichlidfische der Gattung Pundamilia (Carletonet al., 2005).
9) Meeresschnecke Littorina saxatilis (Cruz et al., 2004).
10) Pflanzen Mimulus lewisii und M. Cardinalis.
11) Schmetterlingsmotte Zeiraphera Diniana (Emelianov et al., 2001).
12) Erbsenblattlaus Acyrthosiphon pisum (Frantz et al., 2009).
13) Fisch Gambusia hubbsi (Langerhans et al., 2007).
14) Pflanze Anthoxanthum odoratum (Snaydon & Davies, 1976).
15) Fisch Hypoplectrus (Puebla et al., 2007).
16) Der Barbenfisch des Tanasees in Äthiopien (Sibbing et al., 1998).

Quelle: Nicola L. Chamberlain, Ryan I. Hill, Durrell D. Kapan, Lawrence E. Gilbert, Marcus R. Kronforst. Polymorpher Schmetterling enthüllt das fehlende Glied in der ökologischen Speziation // Wissenschaft. V. 326, S. 847-850. 6. November 2009. DOI: 10.1126 / science.1179141.

Siehe auch:
1) Speziation ist eine persönliche Angelegenheit von jedem, "Elemente", 15.02.2006.
2) A. V. Markov. Wie unterscheidet man sich von anderen? Nicht-kanonische reproduktive Isolationsmechanismen.
3) Das Geschlecht der Küken hängt von der Meinung der Frau über ihren Ehemann ab, "Elements", 23.03.2009.

Alexander Markow


Like this post? Please share to your friends:
Schreibe einen Kommentar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: