Adaptyvioji radiacija: apibrėžimas, pavyzdžiai ir reikšmė evoliucijoje

Sužinokite, kas yra adaptyvioji radiacija — apibrėžimas, reikšmė evoliucijoje ir garsiausi pavyzdžiai, kaip rūšių įvairovė ir nišų užpildymas formavo gyvybės istoriją.

Adaptyvioji radiacija yra greita evoliucinė radiacija: procesas, kai tam tikro klado viduje sparčiai didėja rūšių skaičius ir morfologinė bei ekologinė įvairovė. Dažnai tai reiškia, kad iš vienos protėvių linijos atsiranda daug naujų rūšių, kurios užima skirtingas buveines ir ekologines nišas, o evoliucijos tempo spartėjimas stebimas tiek rūšių formavimosi (spekuliacijos), tiek naujų kūno formų atsiradimo atžvilgiu.

Sąvoka ir pagrindinės savybės

Adaptyvios radiacijos požymiai:

• staigus rūšių ir formų padaugėjimas per palyginti trumpą geologinį laiką;
• didėjanti ekologinė įvairovė – rūšys išsiskiria pagal mitybą, elgseną ir buveines;
• morfologinis išsiskyrimas (disparitetas) – atsiranda naujos kūno struktūros arba funkcijos;
• dažnai susijusios su ecological opportunity – laisvomis ar mažai užimtomis nišomis.

Žemės istorijos ir dabarties pavyzdžiai

Fosilijos ir gyvos faunos pavyzdžiai rodo adaptyviąsias radiacijas įvairiais laikotarpiais. Pradinis tekste paminėtas Ediakaro biota yra ankstyvųjų metazoanų radiacijos rezultatas, o didžiausia radiacija įvyko kambro periodo pradžioje, kai atsirado daug gyvūnų filialų (žr. gyvūnų filų sąrašą).

Kiti gerai žinomi pavyzdžiai iš dabarties ir geologijos:

• Galapagai – Darwino zondų (finčių) adaptacijos į skirtingas maisto nišas;
• Afrikos Viktorijos ežero ciklidai – greita rūšių spiečia ir morfologinė įvairovė;
• Havajai – augalų ir paukščių (pvz., honeycreepers) spiečiavimasis po salų kolonizacijos;
• mammalų diversifikacija po kremonio–paleogeno masinio išnykimo (K–Pg) – žuvus dinozaurams, atsirado laisvos nišos ganykloms, plėšrūnams ir kt.;
• greitos radiacijos po stichinių (pvz., triase po didžiausio Žemės istorijoje išnykimo).

Priežastys ir mechanizmai

Adaptyvioji radiacija paprastai skatinama kelių veiksnių deriniu:

• ekologinė galimybė – atsiradus tuščioms nišoms (pvz., po masinio išnykimo arba kolonizavus naują habitą), sumažėja konkurencija ir atsiranda vietos naujoms formoms;
• raktiniai inovacijų (key innovations) – naujos savybės (pvz., skridimo gebėjimas, efektyvesnės dantų formos ar virškinimo sistemos) leidžia pasiekti naujas maisto šaltinių ar buveinių grupes;
• izoliacija – geografinė ar genetinė izoliacija (pvz., salų kolonizacija) palengvina lokalų diverguotą evoliucinį kelią;
• mažas konkurencijos ir plėšrūnų spaudimas – sumažėjusi predacija ar konkurencija padidina galimybes išlikti ir diferencijuotis;
• genetiniai veiksniai – didelis mutacijų skaičius, didelis rekombinacijos kiekis ar poliploidija gali paspartinti morfologinę kaitą.

Kaip nustatoma adaptyvioji radiacija

Tyrėjai derina kelis metodus, kad nustatytų, ar kitas reiškinys yra adaptyvioji radiacija:

• filogenetinės analizės – ieškoma „ankstyvo sprogimo“ modelio, kai genealogijoje matomas greitas divergencijos periodas;
• morfometriniai tyrimai – vertinama morfologinė disparitetas per laiką;
• ekologinės duomenų analizės – nagrinėjama nišų užpildymo dinamika ir išskirtinės ekologinės funkcijos;
• fossilijų įrašas – suteikia laiko masto kontekstą ir patvirtina staigius biodiversiteto pokyčius;
• genominiai tyrimai – atskleidžia izoliacijos, greitų adaptacinių pokyčių ir hibridizacijos pėdsakus.

Reikšmė evoliucijoje

Adaptyvioji radiacija yra esminis procesas, paaiškinantis, kaip susiformuoja daugumos ekosistemų biologinė įvairovė ir struktūra. Ji demonstruoja, kaip greiti ekologiniai pokyčiai ar naujos galimybės gali sukelti intensyvų evoliucinį diverguotumą. Tyrant adaptyviąsias radiacijas, mokslininkai geriau supranta natūralios atrankos vaidmenį, ekologinių nišų reikšmę ir makroevoliucinius modelius.

Šį terminą įvedė ir aptarė George'as Gaylordas Simpsonas, paleontologas, prisidėjęs prie šiuolaikinės evoliucijos sintezės. Jo apibrėžimas: "Adaptyvioji radiacija - tai greitas naujų taksonų plitimas iš vienos protėvių grupės". Tačiau kai kurie mokslininkai terminą vartoja atsargiai arba renkasi alternatyvas: Robertas L. Kerolas (Robert L. Carroll) mieliau naudoja terminą pagrindiniai evoliuciniai perėjimai, o kiti kalba apie makroevoliuciją ar net megaevoliuciją, tarsi šie procesai būtų kokybiškai skirtingi nuo mikroevoliucijos. Nepaisant terminologijos skirtumų, sutariama, kad evoliucijos greitis ir mastas kinta priklausomai nuo ekologinių bei genetinių sąlygų.

Trumpai tariant, adaptyvioji radiacija paaiškina, kaip iš vienos protėvių grupės gali išplisti daugybė rūšių ir formų, prisitaikiusių prie skirtingų gyvenimo būdų ir aplinkų, ir kodėl tam tikrais geologiniais laikotarpiais biologinė įvairovė sparčiai išauga.

Priežastys

Inovacijos

Naujos savybės atsiradimas gali leisti grupei įvairėti, nes dėl jos atsiranda nauji gyvenimo būdai. Ryškiausias pavyzdys - ankstyvuosiuose amniotuose išsivystęs kleivinis kiaušinėlis, kuris leido stuburiniams gyvūnams įsitvirtinti sausumoje. Cleidoidinis kiaušinėlis turėjo išsivystyti vėlyvajame devone arba ankstyvajame karbone. Varliagyviai, kurie išsiskyrė prieš šį įvykį, vis dar deda kiaušinius į vandenį, todėl jų galimybės išnaudoti sausumos aplinką yra ribotos.

Kuklesnės naujovės pavyzdys - žinduolių danties ketvirtojo krūminio danties evoliucija. Dėl šio požymio labai padidėjo maisto produktų, kuriais galima maitintis, įvairovė. Taigi šio požymio evoliucija padidino žinduoliams prieinamų ekologinių nišų skaičių. Šis požymis kainozojaus laikotarpiu įvairiose grupėse atsirado keletą kartų, ir kiekvienu atveju iš karto po to sekė adaptyvioji radiacija. Paukščiams skrydžio evoliucija atvėrė naujas galimybes, ir įvyko bent dvi didžiulės adaptacinės radiacijos (viena prieš K/T išnykimą ir kita po jo). Dar ryškesnė buvo vabzdžių skraidymo evoliucija, kuri mezozojaus eroje sukėlė didžiulę radiaciją. Tuomet šios vabzdžių grupės sukūrė būdus maitintis žydinčiais augalais. Dabar jų skaičius gerokai viršija visų kitų gyvūnijos formų skaičių.

Galimybė

Adaptyvusis spinduliavimas dažnai vyksta, kai organizmai patenka į aplinką, kurioje yra neužimtų nišų, pavyzdžiui, naujai susiformavusį ežerą arba izoliuotą salų grandinę. Kolonizuojanti (-os) populiacija (-os) gali sparčiai diversifikuotis ir išnaudoti visas įmanomas nišas. Galimybės atsiranda, kai susidaro sausumos tiltai tarp anksčiau buvusių atskirų teritorijų ir kai rūšys patenka į naują pasaulio vietą.

Viktorijos ežere, izoliuotame ežere, kuris neseniai susiformavo Afrikos plynaukštės slėnyje, vos per 15 000 metų iš vienos tėvinės rūšies išsivystė daugiau kaip 300 cichlidų rūšių.

Laisvos salos

Havajų salose, kurių plotas apie 6500 kv. mylių (17 000 km2), gyvena įvairiausios pasaulyje drozofilinės musės - nuo atogrąžų miškų iki kalnų pievų. Žinoma apie 800 Havajų drozofilių rūšių.

Tyrimai rodo aiškų rūšių "srautą" iš senesnių į naujesnes salas. Taip pat pasitaiko atvejų, kai rūšys grįžta į senesnes salas ir jas aplenkia, tačiau tai pasitaiko daug rečiau. Pagal kalio ir argono radioaktyvųjį datavimą dabartinės salos datuojamos nuo 0,4 mln. metų (mya) (Mauna Kea) iki 10mya (Necker). Seniausias Havajų salyno narys, vis dar esantis virš jūros, yra Kure atolas, kurio data siekia 30 mya. Pats salynas, susidaręs Ramiojo vandenyno plokštei judant per karštąjį tašką, egzistuoja kur kas ilgiau, bent jau iki kreidos periodo. Havajų salos ir buvusios salos, kurios dabar yra po vandeniu, sudaro Havajų ir Imperatoriaus povandeninių kalnų grandinę, o daugelis povandeninių kalnų yra vaikotai.

Visos Havajuose gyvenančios vietinės drozofilų rūšys, matyt, kilo iš vienos protėvių rūšies, kuri salas kolonizavo maždaug prieš 20 milijonų metų. Vėlesnę adaptacinę radiaciją skatino konkurencijos stoka ir didelė laisvų nišų įvairovė. Nors salą galėjo kolonizuoti viena nėščia patelė, tačiau labiau tikėtina, kad tai buvo tos pačios rūšies atstovų grupė.

Havajų salyne yra ir kitų gyvūnų bei augalų, kurie patyrė panašų, nors ir ne tokį įspūdingą, adaptacinį spinduliavimą.

Masiniai išmirimai

Po masinių išmirimų paprastai įvyksta adaptyvios radiacijos. Po išnykimo lieka daug laisvų nišų. Klasikinis to pavyzdys - kreidos pabaigoje išnykusių dinozaurų pakeitimą žinduoliais paleocene.

1. A rūšis migruoja iš žemyno į pirmąją salą. 2. Izoliuota nuo žemyno A rūšis evoliucionuoja į B rūšį. 3. B rūšis migruoja į antrąją salą. 4. B rūšis išsivysto į C rūšį. 5. C rūšis vėl apgyvendina pirmąją salą, bet dabar negali daugintis su B rūšimi. 6. C rūšis migruoja į trečiąją salą. 7. C rūšis išsivysto į D rūšį. 8. D rūšis migruoja į pirmąją ir antrąją salą. 9. Rūšis D išsivysto į rūšį E. Šis procesas gali tęstis be galo, kol bus pasiekta didelė įvairovė.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra adaptyvioji spinduliuotė?

K: Kaip veikia adaptyvioji radiacija?

K: Kas įvedė terminą "adaptyvioji radiacija"?

K: Ar yra dar kokių nors terminų, kuriais apibūdinama adaptyvioji radiacija?

Klausimas: Ar adaptyvioji radiacija vyksta populiacijos lygmeniu?

K: Koks buvo vienas iš ankstyvųjų metazoanų radiacijos pavyzdžių?

K: Kada išsivystė didžiausi gyvūnų filai?

Paieška pagal raidę