Kettenreaktion der Artbildung • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Evolution, Biologie

Kettenreaktionsspeziation

Fliegen Rhagoletis Weißdornarten paaren sich ausschließlich auf Weißdorn. Vor 150 Jahren getrennt, paart sich die "Apfel" -Sorte nur auf Apfelbäumen. Fotos von www.msu.edu

Amerikanische Biologen haben eine lebhafte Bestätigung der Theorie erhalten, dass das Wachstum der Biodiversität ein autokatalytischer (selbstbeschleunigender) Prozess sein kann. Fliegen Rhagoletis pomonella, 150 Jahre lang haben die Larven, die in Weißdornfrüchten leben, vor Wissenschaftlern und Gärtnern eine neue Art von sich "getrennt", die zu einem gefährlichen Schädling von Apfelbäumen geworden ist. Wie sich herausstellte, wurde es zu einem Reiz für die Artbildung bei den Reitern, die diese Fliegen parasitieren. Die Reiter ihrerseits regen die Artenbildung bei Fliegen an und zwingen sie, auf neue Pflanzen umzusteigen.

Biologen haben lange geglaubt, dass die Artbildung ein sich selbst beschleunigender Prozess sein kann. Die Entstehung neuer Arten schafft neue potenzielle Nischen, die von der nächsten "Generation" neuer Arten gemeistert werden können. Zum Beispiel kann die Entstehung neuer Arten von Pflanzenfressern die Artbildung bei Räubern anregen; Ein neuer Räuber wiederum erzeugt einen neuen Vektor der Selektion für seine Beute, der auch zur Artbildung führen kann.

Diese Theorie hat ziemlich viele faktische Beweise, wenn auch meistens indirekt. Zum Beispiel wurde gezeigt, dass der Anteil endemischer Arten auf verschiedenen Inseln des hawaiianischen Archipels positiv mit der Gesamtzahl der Arten auf dieser Insel korreliert (siehe Brent C. Emerson, Niclas Kolm. Artenvielfalt kann Artbildung vorantreiben, PDF, 165 Kb). Dies bedeutet, dass das Wachstum der Artenvielfalt weitere Artenbildung stimuliert (da die Anzahl der endemischen Arten die Rate der Artbildung auf der Insel widerspiegelt). In symbiotischen Organismen oder Parasiten und Wirten wurden einige Fälle der sogenannten "cla-clogenogenesis" oder koordinierten Diversifizierung gefunden (ein Beispiel ist in der Anmerkung beschrieben. Wanzen ernähren ihre Nachkommen mit nützlichen Bakterien, Elements, 13. Oktober 2006). In den meisten Fällen einer koordinierten Diversifizierung ist es jedoch unmöglich, streng nachzuweisen, dass die Artbildung sympatrisch war, dh ohne Trennung der ursprünglichen Populationen durch physische Barrieren.

In der neuesten Ausgabe des Magazins Wissenschaft Amerikanische Biologen berichteten anscheinend über den ersten gut dokumentierten Fall einer koordinierten sympatrischen Artbildung in einer Fliege Rhagoletis pomonella und Reiter Diachasma alloeum, deren Larven in den Larven der Fliegen parasitisch sind.

Fliegen Rhagoletis pomonella leben in den östlichen usa. Vor der Ankunft der Europäer entwickelten sich die Larven dieser Fliegen nur in Weißdornfrüchten. Voraussetzungen für die Trennung Rhagoletis pomonella Zwei Arten erschienen im 17. Jahrhundert, als europäische Kolonisten Apfelbäume in die Neue Welt brachten. Die erste Erwähnung amerikanischer Apfelbäume stammt aus dem Jahr 1647. Zwei Jahrhunderte später, im Jahr 1864, bemerkten die Gärtner zum ersten Mal einen neuen Schädling – weiße Würmer, die plötzlich begannen, ihre Ernte zu verschlingen.

Larven Rhagoletis pomonella in einem Apfel. Foto aus dem Artikel: Martin G. Kelly. Wie der Wurm sich dreht: Speziation und die Apple Maggot Fly

Worms erwies sich als Fliegenlarven Rhagoletis pomonella, die bislang Eier nur auf Weißdornfrüchte gelegt hat.

In den vergangenen anderthalb Jahrhunderten haben sich die Weißdorn- und Apfelformen der Fliegen in ihrem Verhalten, ihren Vorlieben in der Ehe und ihrer Genetik so stark voneinander unterschieden, dass sie heute als zwei verschiedene Arten angesehen werden können. Sie vermischen sich fast nicht miteinander (das Niveau der Hybridisierung übersteigt nicht 4-6%); die Apfelart trifft fast ausschließlich auf Äpfel und die Weißdornart auf den Weißdorn. Offensichtlich war es diese Art der Paarung auf "seiner" Futterpflanze, die die schnelle Artbildung förderte.Ein Insekt mit solchen Gewohnheiten (und es muss gesagt werden, dass sehr viele Arten pflanzenfressender Insekten bevorzugen, sich auf ihre Nahrungspflanzen zu paaren) für die Artbildung kann eine ziemlich kleine zufällige genetische Veränderung sein, die zu einer Veränderung der Geruchspräferenzen führt. Für die Entstehung einer "Apfel" -Spezies war im Prinzip eine mutierte Frau ausreichend, die den Geruch von Äpfeln mehr mochte als den Geruch von Weißdorn, und der dieses Merkmal an seine Nachkommen weitergab (grundlegende Fakten über Fliegen) Rhagoletis pomonella siehe Veröffentlichung: Martin G. Kelly. Wie der Wurm dreht: Artbildung und die Apfelmadenfliege).

Später entdeckten Entomologen zwei weitere Arten. Rhagoletis, diese Rasse auf Blaubeeren und Snowberries. Äußerlich sind alle vier Arten praktisch nicht voneinander zu unterscheiden. Genetisch sind sie auch sehr nahe, obwohl es einige Unterschiede gibt.

Auf Fliegen Rhagoletis parasitäre Reiter Diachasma Alloeum, das legen Eier in den Larven der Fliegen. Die Larve des Reiters entwickelt sich in der Fliegenlarve und tötet sie schließlich (für mehr auf Reiter, sehen Sie den Artikel Blatt-Reiter parasitieren wirkungsvoller auf Blattläusen, wenn sie unterschiedliche Nahrungsmittelspezialisierung haben, Elemente, 25. September 2008).

Fahrer männlich Diachasma alloeum auf einem Apfel, der mit Fliegenmaden infiziert ist Rhagoletis pomonella. Foto von www.nd.edu

Die Forscher entschieden sich zu prüfen, ob die Entstehung eines neuen Fliegens auch zur Entstehung einer neuen Art von Reitern führte. Die Analyse schloss auch Fahrer ein, die auf Blaubeere und Schneefliegen parasitieren.

Frühere Versuche haben gezeigt, dass sowohl Männchen als auch Weibchen aller vier Fliegenarten vom Geruch der Früchte ihrer "eigenen" Pflanze angezogen werden, während die Gerüche der Früchte dreier anderer Pflanzen auf sie als Repellentien wirken.

Und was ist mit den Fahrern? Es stellte sich heraus, dass die Reiter, deren Larven sich in jeder der vier Fliegenarten entwickelten, genau die gleichen Geruchspräferenzen beobachteten. Nun galt es zu prüfen, ob die Reiter wie ihre Opfer die Gewohnheit hatten, sich in der Nähe der Früchte "ihrer" Pflanze zu paaren. Dies wurde auch bei Feldbeobachtungen bestätigt.

Die Autoren führten auch eine genetische Analyse von vier Gruppen von Reitern durch und fanden kleine Unterschiede zwischen ihnen in der Häufigkeit des Auftretens einiger Allele, und in einigen Fällen wurde das Allel, das oft in einer der vier Formen gefunden wurde, in anderen überhaupt nicht gefunden. Dies weist auf das Fehlen eines signifikanten Genaustausches (Hybridisierung) zwischen den vier Pferdetypen hin.

Die genetische Analyse ergab ein weiteres wichtiges Ergebnis: Er zeigte, dass die Reiterrasse "Apfel" nicht direkt aus der Weißdornsorte kommen konnte. Höchstwahrscheinlich stammt es von einer Blaubeersorte mit einer kleinen Beimischung von Weißdorn-Genen. Mit anderen Worten, die Diversifizierung wurde in diesem Fall nicht streng koordiniert. Äpfel als neuer Lebensraum wurden von Weißdornfliegen entwickelt, jedoch wurden Apfelfliegen (auch als neuer Lebensraum) nicht von Weißdorn, sondern von Blaubeerreitern "gemeistert", möglicherweise nur mit einer gewissen Vermischung der durch Hybridisierung gewonnenen Weißdornreitergene.

Arten von Fliegen Rhagoletis unterscheiden sich neben genetischen Eigenschaften und Paarungsverhalten auch durch den Zeitpunkt des Schlüpfens aus Puppen. Diese Begriffe sind zeitlich auf die Reifung der Früchte abgestimmt. Mit einem verschneiten Blick haben die Forscher noch nicht herausgefunden (es ist ihnen nicht gelungen, Material in ausreichenden Mengen zu extrahieren), und für die anderen drei Arten stellte sich das Bild als das Folgende heraus. Blaubeeren reifen zuerst im Osten der Vereinigten Staaten, gefolgt von Äpfeln und letztem Weißdorn. Von den Puppen kommen also zuerst die Blaubeerfliegen, dann die Apfelfliegen und zuletzt der Weißdorn hervor.

Die Autoren fanden heraus, dass drei Pferderassen Diachasma alloeum Es gibt genau die gleichen Unterschiede in der Zeit des Ausgangs von der Puppe, wie in ihren Besitzern. Zuerst schlüpfen Blueberry-Reiter, dann Apfel- und Weißdornbeeren. Es ist klar, dass diese Unterschiede erblich sind. Die Autoren fanden sogar eine Korrelation zwischen einigen der von ihnen untersuchten genetischen Markern (Mikrosatelliten) und der Brutzeit der Reiter. Mit anderen Worten, obwohl die Gene, die die Freisetzungsdauer von der Puppe direkt regulieren, noch nicht entdeckt worden sind, ist bereits ungefähr bekannt, wo sie zu suchen sind: neben jenen Markern, deren allelischer Zustand mit der Freisetzungszeit korreliert. Es sollte auch bedacht werden, dass der Unterschied in der Zeit des Entstehens von der Puppe automatisch zu einer Abnahme der Wahrscheinlichkeit der Hybridisierung zwischen verschiedenen Rassen (im Entstehen begriffene Arten) von Reitern führt, die nur kurze Zeit – etwa zwei Wochen – im Erwachsenenalter leben.

Im Allgemeinen zeigten die erhaltenen Daten überzeugend diese Artbildung in Fliegen Rhagoletis wurde ein Anreiz für Speziation in ihren Parasiten – Reiter Diachasma. Das Interessanteste ist, dass die Verbindung zwischen Artbildung in Fliegen und Reitern gegenseitig sein kann.Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass der Übergang der Opfer zu neuen Futterpflanzen durch Parasiten angeregt wird. Wenn man sich einer neuen Pflanze zuwendet, wird das Opfer in vielen Fällen die Parasiten, die daran gewöhnt sind, es auf der alten Futterpflanze zu suchen, teilweise oder vollständig los. Von Weißdorn zu Äpfeln gewandert, haben Fliegen in dieser Hinsicht einen Vorteil gewonnen. Obwohl die Reiter ihnen bald zu einer neuen Futterpflanze folgten, ist dennoch die Infektionsrate der Reiterlarven bei den Larven der Apfelfliegen noch 70% geringer als bei Weißdorn. Dies ist teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Apfel größer als die Weißdornfrucht ist und dass er sich leichter von der langen Eizelle der Reiterei darin verstecken kann. Interessanterweise sind Äpfel weniger günstige Lebensräume für Fliegenlarven. Rhagoletisals Weißdornfrucht. Im Weißdorn entstehen Larven aus der Hälfte der von einer Fliege gelegten Eier und in einem Apfel – nur aus einem Viertel.

Die vereinbarten Unterschiede im Zeitpunkt des Austritts aus der Puppe bei drei Arten von Fliegen und drei Rassen (werdende Arten) von Reitern. Entlang der horizontalen Achse: Zeit in Tagen vom Moment der Entnahme der Puppen aus dem Kühlschrank ("das Ende des Winters") bis zum Schlüpfen eines erwachsenen Insekts. Vertikale Achse: Der Anteil der geschlüpften Insekten. Schwarze Ikonen – Fliegen, Weiße – Fahrer. Plätze – "Blaubeer" Insekten, Becher – "Apfel", Dreiecke – "Weißdorn". Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

So gab es beim Übergang von Weißdorn zu Äpfeln nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile. Dies kann als indirektes Argument für die Tatsache angesehen werden, dass Parasiten ein wichtiger Faktor bei der Bildung von Fliegen waren. Ohne die Parasiten, aus denen Äpfel den besten Schutz bieten, würde die natürliche Selektion den Übergang von Fliegen zu weniger geeigneten Früchten für sie nicht unterstützen.

So ist es durchaus möglich, dass die Artbildung dem Prinzip eines autokatalytischen Zyklus folgt: Die Speziation von Opfern stimuliert die Artbildung von Parasiten und umgekehrt. Die Autoren schließen den Artikel mit einem Satz ab, der wörtlich lautet: "Vorausgesetzt, dass vielleicht mehr als die Hälfte aller Tiere Parasiten im weiteren Sinne sind und dass es mehr pflanzenfressende Insekten gibt als jede andere Lebensform, und dass 20% aller Insekten dies können sind parasitäre Reiter, es sollte erkannt werden, dass es in der Natur eine ganze Welt von Möglichkeiten zur interdependenten Speziation gibt. "

Dazu möchte ich hinzufügendass der dritte Teilnehmer in dieser trophischen Kette, die Futterpflanze, theoretisch auch am autokatalytischen Zyklus der koordinierten Speziation beteiligt sein kann. Es ist klar, dass die natürliche Selektion in manchen Fällen solche Veränderungen in Pflanzen unterstützen kann, die ihnen helfen, Schädlinge loszuwerden und gleichzeitig Voraussetzungen für die Artbildung schaffen (ein typisches Beispiel für eine solche erbliche Veränderung mit einer "Doppelwirkung" ist eine Verschiebung des Zeitpunkts der Blüte). Einer der Hauptgründe für die erstaunliche Vielfalt des Lebens ist vielleicht es selbst.

Quelle: Andrew A. Forbes, Thomas F. Powell, Lukasz L. Stelinski, James J. Smith, Jeffrey L. Feder. Sequentielle sympatrische Speziation über trophische Ebenen // Wissenschaft. 2009. V. 323. P. 776-779.

Alexander Markow


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