Звідки з'являються нові види флори та фауни? Швидке виникнення нових видів дивує Нові види не утворюються в результаті

Згадайте, чому популяцію організмів вважають основною одиницею еволюції. Охарактеризуйте ізоляцію як елементарний чинник еволюції. Які форми ізоляції існують між популяціями організмів у природі?

Головна умова утворення нових видів організмів – ізоляція. В результаті її припиняється обмін генами між особинами ізольованою та іншими популяціями. Це призводить до поступової зміни ознак у особин ізольованої популяції, що веде до перетворення її на один або кілька нових видів (рис. 166).

Мал. 166. Схема видоутворення: окремі гілочки – популяції

Отже, утворення нових видів організмів, або видоутворення – це процес перетворення окремих генетично ізольованих популяцій вихідного виду на нові види. Залежно від характеру бар'єрів, що перешкоджають схрещування особин, розрізняють два способи видоутворення – географічне та екологічне.

Географічне видоутворення.Пов'язано із зміною ареалу вихідного предкового вигляду. У ролі бар'єрів для схрещування особин виступають різні географічні об'єкти: простори суші або моря, гірські хребти, пустелі і т. п. Географічне видоутворення здійснюється двома шляхами: розселенням особин популяції на нові території або поділом колишнього ареалу проживання популяції на окремі ізольовані. Внаслідок цього утворюються географічні підвиди вихідного вигляду, які стають родоначальниками самостійних нових видів організмів.

Прикладом географічного видоутворення шляхом розселення особин на нові території проживання служить поява двох видів чайок: сріблястої та клуші (рис. 167). Предковою формою цих двох видів був один вид чайок, який існував кілька сотень тисяч років тому в районі сучасної Берингової протоки (позначено на малюнку хрестиком). Від нього шляхом розселення Схід і Захід відбулося утворення кількох географічних підвидів чайок (арели підвидів позначені малюнку), яких сформувалися два нових виду.

Мал. 167. Географічне видоутворення двох видів чайок: сріблястої та клуші

Прикладом географічного видоутворення шляхом поділу колишнього ареалу виду на кілька ізольованих частин служить появи трьох видовландишів (рис. 168). Вихідний предковий тип існував кілька мільйонів років тому у широколистяних лісах Євразії. У зв'язку з заледенінням єдиний ареал цього виду виявився розірваним на кілька частин. Конвалії зберігся лише на лісових територіях, що уникнули заледеніння: у центрі та на півдні Європи, у Закавказзі та на півдні Далекого Сходу. Від цих популяцій, що збереглися, згодом утворилося три самостійні види конвалії, що відрізняються величиною листя і забарвленням віночків квіток.

Мал. 168. Географічне видоутворення трьох видів конвалії

Екологічний видоутворення.Пов'язано із зміною умов проживання вихідного предкового вигляду. У ролі бар'єрів для схрещування особин виступають розбіжності за умов проживання ізольованих популяцій. Внаслідок цього утворюються екологічні підвиди, які стають родоначальниками нових видів організмів.

Приклад екологічного видоутворення - поява кількох видів на кшталт Лютик, які у місцях із різною вологістю (рис. 169).

Мал. 169. Екологічне видоутворення у роді Лютик

Мал. 170. Забарвлення шкаралупи яєць у екологічних підвидів зозулі звичайної

Таким чином, утворення нових видів організмів йде за схемою: популяції вихідного виду організму >> географічні, або екологічні підвиди >> нові види організмів

З утворенням нових видів еволюція не припиняється. Вона веде до виникнення нових та нових видів рослин, тварин та інших організмів, що утворюють над видові систематичні групи - пологи, сімейства, порядки, загони, класи, відділи, типи.

Вправи з пройденого матеріалу

1. Що таке видоутворення?
2. Який фактор є головним для утворення нових видів організмів?
3. За якою схемою від початкового виду утворюються нові види організмів?

При зміні умов життя число індивідуальних відмінностей особин одного виду в результаті природного відбору збільшується та відзначається розбіжність ознак усередині виду. В результаті всередині одного виду утворюється кілька груп з різними ознаками та властивостями. Природно, що боротьба за існування в більшості випадків призведе до поступового вимирання проміжних форм і виживання тих, які пристосувалися до середовища, що змінилося. Таким шляхом від одного родового виду в історичному процесі утворюється кілька нових видів.

Згідно з вченням Дарвіна, нові види виникають за рахунок успадкування з покоління в покоління та поступового накопичення незначних змін, набутих організмами в онтогенезі. В результаті пристосування організмів усередині одного виду до різних умов утворюється декілька нових видів. На рис. 40 відбито виникнення з виду А - трьох, з виду Б - двох нових видів. Як видно з малюнка, зміни у нових видах А, у свою чергу, призвели до утворення 14 нових видів. В окремих випадках нові види виникають внаслідок поступової зміни родоначального виду. Прикладом цього може бути утворення видів Е 10 F 10 при поступовій зміні видів Е F.

Конкуренція та інші міжвидові взаємодії можуть стимулювати швидке видоутворення, коли до них приєднується природний відбір, спрямований на вдосконалення механізмів, що забезпечують успішну зустріч шлюбних партнерів у межах одного з видів. Такого висновку дійшли австралійські вчені на підставі вивчення різних природних популяцій одного виду тропічних деревних жаб.

Ще Чарльз Дарвін звернув увагу, що у деяких, багатих видами, систематичних групах (родах, сімействах), найбільш близькі споріднені види відрізняються передусім ознаками, пов'язані з вибором шлюбного партнера і здійсненням спарювання. Це можуть бути як особливості будови статевих органів, так і специфічні сигнали для залучення партнера - наприклад, квакання самця жаби або пахучі речовини (атрактанти), що виділяються самками (а іноді самцями) деяких комах. Якщо у якійсь частині популяції йде добір зміну таких ознак, вона може бути репродуктивно ізольованої (іноді кажуть - «сексуально ізольованої») від материнської популяції. Особливо швидко це відбувається тоді, коли гібриди між особами з групи, що відокремилася, і материнської популяції відрізняються зниженою життєздатністю. Таке наростання ступеня сексуальної ізоляції і, відповідно, прискорення утворення нового виду отримало в англомовній літературі спеціальне найменування - "reinforcement" (що буквально означає "посилення").

В даний час фахівці в галузі еволюційної біології інтенсивно вивчають "reinforcement" і часто пов'язують його з таким давно описаним явищем, як "зміщення ознак" (character displacement) - зміна ознаки не у всіх популяцій виду, а лише у тих, які стикаються з екологічно близькими видами конкуруючих. Так, у двох видів галапагоських в'юрків, що мешкають на різних островах (в умовах алопатрії), дзьоби приблизно однакового розміру, але коли ті ж види мешкають на одному острові (в умовах симпатії), то середні розміри їх дзьобів істотно різняться, що змушує припустити і наявність відмінностей у споживанні. Якщо ознака, що зміщується за наявності конкурента, відповідальна за забезпечення зустрічі зі статевим партнером, то це може призвести до дуже швидкого видоутворення, оскільки припиняється обмін генами між відпочковується і материнською популяціями.

В журналі " Ecology Letters» Нещодавно з'явилася оглядова стаття двох австралійських дослідників, Конрада Хоскіна (Conrad Hoskin) та Меган Хіггі (Megan Higgie), які докладно розбирають яким чином від популяції одного виду за допомогою зміни ознак, що відповідають за шлюбну поведінку, може відокремитися новий вигляд. Об'єкт їх дослідження - зеленоока деревна жаба (Green-eyed tree frog), Litoria genimaculata(рис. 1), вигляд, досить поширений у вологих тропічних лісах Австралії та Нової Гвінеї. Там, де безпосередньо проводили роботи, в районі річки Баррон (Barron, північно-східна частина штату Квінсленд, Австралія), існують дві (це доведено молекулярно-генетичними методами) алопатричні - тобто займають різні території - популяції зеленооких жаб, умовно позначені як "північна". Сформувалися ці популяції, певне, колись у плейстоцені, у період холоднішого і посушливішого клімату, коли тропічні ліси залишалися лише у вигляді окремих островів серед відкритого ландшафту.

Пізніше, приблизно 6500 років тому, коли клімат став теплішим і вологішим, а тропічні ліси знову утворили суцільний покрив, зони поширення цих популяцій жаб зімкнулися. Гібриди між ними у прикордонній області можливі, хоча вони характеризуються зниженою життєздатністю. Своєрідна ситуація склалася, однак, на півночі обстеженої території, де в оточенні «північної» популяції виявився невеликий «анклав», представлений особинами «південної» популяції (на рис. 2 він позначений як iS). Саме в цьому «анклаві» і було виявлено надзвичайно швидке усунення ознак, які відповідають за зустріч статей (характеристики призовного крику самців та відповіді самки). Внаслідок цього усунення особини даної угруповання втратили здатність до нормального схрещування з особинами материнської (основної «південної» популяції). Як це могло відбуватися, схематично показано на наведених нижче рисунках 3 та 4.

Мал. 3 ілюструє три можливі варіанти еволюційних змін в окремих генетичних лініях популяції: у «південній» ( S) та «північної» ( N). Кожен гурток відповідає певній лінії у певний момент часу. Верхня половинка гуртка - це постзиготична (наступна після запліднення) ізоляція. Якщо для співіснуючих популяцій ці половинки одного кольору, то гібриди життєздатні, якщо різного – нежиттєздатні. Нижня половинка гуртка відповідає презиготичної (тобто існуючої ще до запліднення) ізоляції: спарювання особин різних ліній можливе, якщо вони одного кольору, неможливо – якщо різного. Шкала часу (і, відповідно, еволюції) спрямована згори донизу. Бар'єри, що заважають зустрічі особин різних генетичних ліній, показані чорними вертикальними лініями та позначені словом "Barrier". Червоні горизонтальні стрілки показують можливість контакту особин різних ліній. Чорна тонка стрілка вниз – схрещування особин різних ліній. Червоний хрест показує неможливість гібридизації.

Розглянуто три випадки: a- класичне алопатричне видоутворення (поступове накопичення відмінностей в ізольованих один від одного популяціях і втрата здатності до схрещування); b- алопатричне видоутворення, що почалося, завершується «reinforcement» (хоча особини ще здатні спаровуватися, їх гібриди стерильні або відрізняються зниженою життєздатністю); c- алопатричне видоутворення, що почалося, змінює свій хід через нову систему бар'єрів: популяція «південної» лінії виявляється підрозділеною новим бар'єром, при цьому частина її потрапляє по один бік бар'єру разом з «північною» лінією; саме у цій частині південної популяції (показана невеликим гуртком з індексом S’) йде відбір, спрямований на те, щоб якнайшвидше ізолюватися від «північної» популяції (це можливо за рахунок поведінкових механізмів, що забезпечують зустріч шлюбних партнерів); при цьому відбір заходить так далеко, що особи нової лінії ( S’) втрачають здатність схрещуватися з особинами материнської південної лінії ( S), фактично призводячи до утворення нового виду.

На рис. 4. докладніше проілюстрований якраз варіант зміщення репродуктивних ознак у популяції жаб Aу разі проживання поруч із конкуруючим видом. Відбір за репродуктивними ознаками, спрямований на посилення відмінностей від конкурента, призводить до того, що особини цієї частини населення ( B) можуть втратити можливість схрещування з батьківської населенням і, власне, дати новий вид. Таким чином, міжвидові взаємодії можуть стимулювати видоутворення в межах одного із видів.

Виявити в природі усунення репродуктивних ознак одного виду (яке може призвести до утворення нового виду), викликане взаємодіями з іншими видами, насправді дуже непросто. І одна із скрутних обставин - надзвичайна швидкість цих змін. Результати досліджень австралійських учених - ще одне підтвердження того, що наша неможливість побачити на власні очі процес видоутворення пов'язана не з тим, що цей процес надзвичайно тривалий (як вважали за часів Дарвіна), а навпаки - дуже швидкий.

Освіта нових видів у природі є найважливішим етапом у процесі еволюції. Дарвін довів, що утворення нових видів у природі відбувається під впливом рушійних сил еволюції. При зміні умов існування всередині виду йде процес розбіжності ознак - дивергенціящо призводить до утворення нових угруповань особин усередині виду. Від вихідного вигляду бере початок цілий «пучок» форм, але не всі вони набувають подальшого розвитку. Найбільш розбіжні за ознаками форми мають великі можливості залишати плідне потомство і виживати, оскільки вони менше конкурують між собою, ніж проміжні, які поступово вимирають у боротьбі існування під впливом природного відбору в нескінченному ряду поколінь.

У природі який завжди зберігалися лише найбільш розбіжні, крайні форми, середні також могли вижити і дати потомство. З крайніх форм іноді розвивається одна, але може розвиватися і більше. Якщо умови середовища не змінюються чи мало змінюються протягом багато часу, то вигляд залишається майже незмінним проти родоначальним.

Розгляньте схему, що наочно показує еволюцію вищих систематичних груп (див. рис. 9).

Малюнок 9. Еволюція систематичних груп

З 30-х років поточного століття увагу вчених привертає населення як форма існування образу. Нові дослідження проливають світло на початкові етапи еволюційного процесу, які протікають усередині виду і призводять до утворення нових внутрішньовидових угруповань - популяцій і підвидів. Цей процес називають мікроеволюцією. Вона доступна безпосередньому спостереженню та вивченню, оскільки може відбуватися у історично короткий час.

Географічне видоутворення пов'язане з розширенням ареалу вихідного виду або з розчленуванням ареалу на ізольовані частини фізичними перешкодами (гори, річки, зміни клімату). При розширенні ареалу виду його популяції зустрічаються з новими ґрунтово-кліматичними умовами, а також з новими угрупованнями тварин, рослин і мікроорганізмів. У популяції постійно виникають спадкові зміни, відбувається боротьба існування, діє природний добір. Усе це згодом призводить до зміни генного складу популяції – до мікроеволюції. Надалі еволюція популяції може призвести до появи нового виду.

Наприклад, модрина сибірська далеко просунулася на схід; її популяції заселили територію від Уралу до Байкалу і опинилися у різних умовах. У особин популяції завжди виникали мутації, у результаті схрещування виникали нові комбінації генів; завдяки цим процесам населення ставала неоднорідною. У процесі боротьби за існування та в результаті дії природного відбору виживали та залишали потомство особини з корисними в конкретних умовах існування змінами. Дія цих факторів протягом тривалого часу сприяло появі більш різких відмінностей між популяціями і в результаті виникнення біологічної ізоляції - нехрещування особин різних популяцій одного виду. В результаті в суворіших умовах під дією рушійних сил еволюції сформувався новий вид - модрина даурська.

В умовах Крайньої Півночі подібним чином утворився особливий вид маку з невеликим, сильно опушеним листям, швидким розвитком коротких квітконосів і раннім цвітінням. Ще приклад: у лісової конвалії спочатку був суцільний ареал, але з заледенінням він розпався на ізольовані частини; цих територіях сформувалися самостійні популяції, визнані деякими вченими за молоді види.

Повсюдно поширений у Європі простріл займає безперервний ареал із заходу Схід. У західної форми листя тонко розсічене і розкидане, квітки пониклі, завдяки чому при достатку дощів на заході вода розбризкується і не застоюється, а пилок не змивається. Східна форма в посушливих умовах характерна грубіше розсіченим, стоячим листям і стоячими квітками, за якими вода стікає до коріння. Досвідами доведено, що листя східної форми випаровує воду значно менше, ніж листя західної. Всі ці відмінності прострілу на заході Європи від прострілу на сході мають пристосувальний характер. Між західною та східною формами прострілу існує безперервний ряд перехідних форм.

У середній смузі Радянського Союзу зростає понад 20 видів жовтця. Усі вони походять від одного виду. Нащадки його заселили різні місця проживання - степу, ліси, поля - і завдяки ізоляції відокремилися друг від друга спочатку підвиди, потім види (див. малюнок 10).

Малюнок 10. Видове різноманіття у рослинному та тваринному світі.

Вид синиця велика представляє складний комплекс популяцій та підвидів, що знаходяться на різних щаблях ізоляції. Ареали трьох підвидів синиці великої – євроазіатського, південно-азіатського та східноазіатського – утворюють кільце навколо Центральноазіатського нагір'я – кільцевий ареал. Підвиди займають добре окреслені ареали, але в зонах контакту південноазіатські синиці схрещуються із двома іншими підвидами. Східноазіатські та євроазіатські, мешкаючи разом у долинах верхнього Амура не схрещуються. Відокремлення ареалів синиць та утворення їх підвидів пов'язане з настанням льодовика.

В озері Байкал живе багато видів і пологи війкових плоских черв'яків, ракоподібних і риб, які більше ніде не зустрічаються, оскільки озеро відокремлено від інших водних басейнів гірськими хребтами вже близько 20 млн. років.

Екологічне видоутворення відбувається у тих випадках, коли популяції одного виду залишаються в межах свого ареалу, але умови проживання у них виявляються різними. Під впливом рушійних сил еволюції змінюється їхній генний склад. Через безліч поколінь ці зміни можуть зайти так далеко, що особи різних популяцій одного виду не схрещуватимуться між собою, виникне біологічна ізоляція, що характерно, як правило, для різних видів. Наприклад, один вид традесканції сформувався на сонячних скелястих вершинах, а інший – у тінистих лісах. У заплаві нижньої Волги утворилися види житняку, багаття, щетинника (мишею), які дають насіння до розливу річки або після нього. Цим вони відокремлені від вихідних видів, що ростуть на місцях, що незаливаються і запліднюються переважно під час розливу.

П'ять видів синиць утворилися у зв'язку з харчовою спеціалізацією: велика синиця харчується великими комахами в садах, парках; блакитниця видобуває дрібних комах у щілинах кори, у нирках; чубата синиця харчується насінням хвойних дерев; гаїчка та московка харчуються переважно комахами у лісах різних типів (див. малюнок 10).

Найменший таксон (категорія в біології) зветься видом. Вид - група особин, що мають подібні морфологічні ознаки, що вільно схрещуються і при цьому дають плідне потомство. Існують і інші, більш великі таксони. Група близьких видів, наприклад, утворює рід, та якщо з близьких пологів виходить сімейство тощо. Але сьогодні ми поговоримо про найменшу таксономічну категорію, тобто вид. Що таке вид, як утворюється цей таксон, а також які способи видоутворення існують у природі? Тож почнемо.

Видоутворення у природі

Видоутворення - процес утворення нових видів та їх зміни. Існує таке поняття, як бар'єр міжвидової сумісності. Що це таке?

Це той випадок, коли види при схрещуванні немає здатності давати плідне потомство. За теорією еволюції, видоутворення залежить від спадкової мінливості. На сьогоднішній день у біології існує два типи видоутворення – географічне та екологічне. Поговоримо про кожний із них докладніше.

Географічне видоутворення

Географічне, або, як його ще називають, алопатричне видоутворення, є утворенням нових видів у просторовій ізоляції. Простіше кажучи, утворення виду йде з популяцій, що мешкають у різних географічних ареалах. Оскільки популяції тривалий час розділені, з-поміж них виникає генетична ізоляція.

Вона зберігається навіть у тому випадку, якщо популяції більше не розділені. Можна навести чимало Візьмемо приклад із травневим конвалією. Він має одразу п'ять самостійних ареалів, які спочатку вважалися єдиним. Важливо, що вони знаходяться на досить великій відстані один від одного. На кожній із територій з'явилися раси, що призвело до утворення самостійних видів рослини. Також на прикладі міграції розглянемо розселення великої синиці. мешкаючи в Європі, почав розселятися ближче на схід. Для цього були північні та південні шляхи. Ближче на південь утворилися такі підвиди, як бухарська та мала синиці, ближче на північ – мала та велика. Останні не дають гібридів.

Так і вийшло, що внаслідок такого розселення між ними виник репродукційний бар'єр. Розглянемо ще один приклад. Давній вигляд австралійських папужок існував у Південній Австралії. Це досить волога територія. При настанні посухи ареал змінився, унаслідок чого територія розділилася на дві частини: східну та західну. Звичайно, протягом тривалого часу на кожній з них сформувалися різні види папужок. Ще за тривалий час практично відновився вихідний ареал. Кліматичні умови знову стали колишніми, але колись єдиний вид не міг схрещуватися, оскільки відбулася генетична ізоляція. Таким чином, алопатричне видоутворення пов'язане з ізоляцією. Внаслідок цього утворюються нові самостійні види.

Екологічний шлях видоутворення

Існує, крім географічного, та інший спосіб. Це екологічне видоутворення. Воно має також і другу назву - симпатричну. Що за спосіб? Екологічне видоутворення є утворення нових видів в результаті розбіжності особин по окремих територіях. Тобто на початку вид мешкає на одному ареалі, а пізніше, внаслідок конкуренції, що посилюється, він розселяється на інші території. Наприклад, можна спостерігати таку ситуацію. Брязкальце велике цвіте все літо. Але якщо щороку в середині літа косити на цій території траву, то рослина вже не зможе давати насіння. З цієї причини зберігається насіння, яке було дано до косіння або після.

Таким чином, обидва типи, що знаходяться на одному лузі, не можуть схрещуватися між собою. Екологічне видоутворення можна підтвердити за наявності близьких видів прилеглих ареалах. Іноді ці ареали взагалі збігаються.

Видоутворення та його роль

Способи видоутворення вивчаються давно, але це досить утруднено. Це з тривалістю процесу видообразования. Екологічне і географічне видоутворення дуже різняться між собою, проте кожне їх має певне значення у житті природи. Головна їхня роль - утворення нових видів.