Επαναλαμβάνεται η (φυσική) ιστορία;

Η ιλιγγιώδης σειρά βιολογικών μορφών ζωής που βλέπουμε σήμερα είναι το αποτέλεσμα της φυσικής επιλογής και της εξέλιξης, αλλά τι σημαίνει αυτό; Η φυσική επιλογή είναι η διαδικασία με την οποία το περιβάλλον ευνοεί ορισμένα χαρακτηριστικά έναντι άλλων και η επιλογή για εκτεταμένες χρονικές περιόδους είναι αυτή που οδηγεί στην εξέλιξη.

Εάν είχαμε το ίδιο περιβάλλον και το ίδιο σύνολο οργανισμών, θα οδηγούσε η φυσική επιλογή στα ίδια εξελικτικά αποτελέσματα; Εξετάζοντας τι ακριβώς είναι η φυσική επιλογή και κοιτάζοντας το φυσικό πείραμα των νησιών, μπορούμε να έρθουμε λίγο πιο κοντά στην απάντηση σε αυτά τα ερωτήματα.

Πώς επηρεάζει το περιβάλλον την εξέλιξη;

Πολλοί από εμάς έχουμε ακούσει τον όρο «φυσική επιλογή », αλλά τι σημαίνει αυτό στην πραγματικότητα;

Υπονοεί κάποιου είδους ενεργή επιλογή, για λογαριασμό του περιβάλλοντος ή της φύσης, αλλά πολλά από αυτά είναι τυχαία, και ακόμη περισσότερα είναι τυχαία.

Κανένας οργανισμός δεν εξελίσσεται σε Κάνε κάτι. Κάθε πληθυσμός είναι ένα συνονθύλευμα χαρακτηριστικών και κάθε χαρακτηριστικό κωδικοποιείται από έναν αριθμό γονιδίων. Κάποια χαρακτηριστικά είναι ευνοϊκά και άλλα όχι. Όταν ένα χαρακτηριστικό επιτρέπει σε έναν οργανισμό να επιβιώσει λίγο καλύτερα σε ένα περιβάλλον, τότε είναι πιο πιθανό να αναπαραχθεί και επομένως να διαδώσει τα γονίδια αυτού του συγκεκριμένου χαρακτηριστικού.

Με την πάροδο του χρόνου, αυτές οι αλλαγές συσσωρεύονται, κάνοντας τους οργανισμούς να φαίνονται και να δρουν διαφορετικά μεταξύ τους ή ακόμη και να σχηματίζουν διαφορετικά είδη.

Τρία διαφορετικά είδη επιλογής (Φωτογραφία :Azcolvin429/Creative commons)

Αναστατική επιλογή ευνοεί δύο άκρα σε έναν πληθυσμό:μακρύ και βραχύ. Με την πάροδο του χρόνου, τα ενδιάμεσα, τα μεσαίου μήκους, έχουν λιγότερες πιθανότητες να διαδώσουν τα γονίδιά τους και επομένως μειώνουν τη συχνότητά τους. Η σταθεροποιητική επιλογή είναι το αντίθετο, όπου τα άκρα δεν ευνοούνται από το περιβάλλον.

Επιλογή κατεύθυνσης είναι όταν ευνοείται ένα άκρο μιας κατανομής χαρακτηριστικών, είτε μακρά είτε σύντομη, ωθώντας ολόκληρο τον πληθυσμό προς αυτή την κατεύθυνση.

Η φυσική επιλογή καθορίζει την εξέλιξη;

Πρέπει να έχουμε υπόψη δύο βασικά πράγματα όταν εξετάζουμε τη φυσική επιλογή.

Το πρώτο είναι η γενετική μετατόπιση .

Τα φρικιαστικά γεγονότα είναι κοινά στη φύση. Τα ηφαίστεια, οι σεισμοί και οι πλημμύρες σκοτώνουν συνήθως μέλη ενός πληθυσμού αδιακρίτως. Αυτά ονομάζονται «συμβάντα συμφόρησης, » όπου η καταστροφή μειώνει πολύ τον πληθυσμό. Τα υπόλοιπα μέλη του πληθυσμού έχουν τόσα πολλά γονίδια μεταξύ τους, επομένως ο πληθυσμός μετά από μια συμφόρηση μπορεί κάλλιστα να μην έχει τα γονίδια που διαφορετικά θα ήταν ευνοϊκά.

Η γενετική μετατόπιση λαμβάνει χώρα μετά από ένα συμβάν συμφόρησης, που οδηγεί σε απώλεια του συνολικού αριθμού γονιδίων σε μια δεξαμενή γονιδίων.

Και πάλι, η φυσική επιλογή μπορεί να ενεργήσει μόνο σε αυτό που υπάρχει.

Περιγραφή εικόνας:η εικόνα δείχνει μια φωτογραφία γενετικής μετατόπισης, όπου ένας μεγάλος αριθμός καφέ σκαθαριών σκοτώνεται ξαφνικά. Η γενιά μετά το συμβάν συμφόρησης (το σχέδιο στο δεξιότερο τέταρτο μέρος) θα είχε πολύ μεγαλύτερο αριθμό κόκκινων εντόμων από τα μαύρα έντομα. Αυτή η εικόνα είναι αυτό που θα χρειαζόμασταν.

Η δεύτερη σημαντική ιδέα που πρέπει να θυμόμαστε είναι ότι δεν είναι όλα τα χαρακτηριστικά που βλέπουμε είναι αποτέλεσμα επιλογών. Πολλά χαρακτηριστικά δεν έχουν καμία απολύτως επίδραση στη φυσική κατάσταση ενός συγκεκριμένου οργανισμού και κληρονομούνται παράλληλα με αυτά που έχουν. Μια θεμελιώδης εργασία με τίτλο «The Spandrels of San Marco» άσκησε κριτική στην ιδέα ότι όλα είναι αποτέλεσμα προσαρμογής.

Ομοίως, πολλά γνωρίσματα είναι τα σπαντρέλια. Αυτό σημαίνει ότι είναι τυχαία… ίσως υπέροχα, αλλά τελικά τυχαία.

Μέχρι στιγμής, έχουμε εξετάσει μόνο τι σημαίνει φυσική επιλογή μεταξύ του περιβάλλοντος και ενός είδους, αλλά τα είδη αλληλεπιδρούν επίσης μεταξύ τους. Υπάρχει σκληρός ανταγωνισμός για πόρους και κάθε οργανισμός χρειάζεται διαφορετικές εισροές. Αυτό οδηγεί στην ιδέα των "niches".

Ένα ολόκληρο οικοσύστημα είναι γεμάτο με αμέτρητες θέσεις ή ευκαιρίες, που ένα είδος ή μια ομάδα ειδών μπορεί να επιλέξει να καταλάβει. Η ιδέα της πλήρωσης κόγχων είναι γνωστή ως προσαρμοστική ακτινοβολία.

Προσαρμοστική ακτινοβολία στους σπίνους του Δαρβίνου (Photo Credit :VectorMine/Shutterstock)

Εάν έχουμε ένα καθορισμένο οικοσύστημα, με έναν καθορισμένο αριθμό κόγχων, θα καταληφθεί η καθεμία με τον ίδιο τρόπο; Φανταστείτε ένα γιγάντιο εξελικτικό πείραμα, με χιλιάδες πανομοιότυπα περιβάλλοντα και τους ίδιους αρχικούς οργανισμούς. Θα εξελίσσονταν όλοι με τον ίδιο τρόπο, μόνο και μόνο επειδή το περιβάλλον είναι το ίδιο; Ή μήπως η τυχαιότητα και η μετατόπιση κυριαρχούν, οδηγώντας κάθε σύστημα σε διαφορετική κατεύθυνση; Είναι η εξελικτική μας μοίρα και η μοίρα όλων των ειδών γύρω μας, ήδη προκαθορισμένη από το περιβάλλον στο οποίο βρισκόμαστε;

Η σαύρα, το νησί και το ecomorph

Τα νησιά μας προσφέρουν ένα υποκατάστατο για ένα τέτοιο γιγάντιο εξελικτικό πείραμα. Κάθε νησί σε μια συγκεκριμένη περιοχή είναι σχεδόν σαν ένα ξεχωριστό, ξεχωριστό και πανομοιότυπο πείραμα. Η εξέταση της ζωής σε κάθε νησί μας δίνει στοιχεία για να απαντήσουμε εάν το αποτέλεσμα της εξέλιξης είναι πάντα το ίδιο.

Το πείραμά μας ξεκινά στα τέσσερα νησιά των Μεγάλων Αντιλλών:Τζαμάικα, Πουέρτο Ρίκο, Ισπανιόλα και Κούβα. Ανώλης Οι σαύρες είναι ένα γένος δεκάδων σαυρών που καταλαμβάνουν ένα ευρύ φάσμα οικοσυστημάτων. Οι ερευνητές εξέτασαν 55 σαύρες σε αυτά τα τέσσερα νησιά. Εξετάζοντας τους οικοτόπους που καταλαμβάνουν αυτές οι σαύρες και τα ίδια τα οικοσυστήματα, ταξινόμησαν 6 οικομορφές σαύρας:

1. Στέφανο γιγάντιες σαύρες, που ζουν στους θόλους των δέντρων
2. Σαύρες με γρασίδι
3. Σαύρες που κατοικούν στον κορμό
4. Σαύρες ανάμεσα στον κορμό και το στέμμα των δέντρων
5. Σαύρες ανάμεσα στον κορμό και το έδαφος
6. Σαύρες που κατοικούν σε κλαδιά και κλαδιά

Το ecomorph είναι ένα «είδος με τον ίδιο δομικό βιότοπο/θέση, παρόμοιο σε μορφολογία και συμπεριφορά, αλλά όχι απαραίτητα κοντά σε φυτική άποψη», όπως ορίστηκε από τον Ernest Edward Williams το 1972.

Μερικά παραδείγματα Anolis ecomorphs (Photo Credit :Anolis_heterodermus01/Creative commons)

Φανταστείτε ότι υπάρχουν 6 πιθανές κόγχες για να γεμίσει ένα γένος σαυρών σε κάθε νησί. Αν τους άφηνες μόνους για εκατομμύρια χρόνια, θα σχηματιζόταν το ίδιο είδος; Ή θα χωρίζονταν πρώτα σε 6 ομάδες και μετά θα περνούσαν σε κάθε νησί;

Αν και όλες οι σαύρες σε κάθε νησί είχαν τον ίδιο κοινό πρόγονο, συνέβη κάτι πραγματικά απίστευτο. Κάθε νησί εξέλιξε τις ίδιες ακριβώς ομάδες σαυρών, χωρισμένες στις ίδιες έξι ομάδες. Είναι ενδιαφέρον ότι οι σαύρες από δύο διαφορετικά νησιά ήταν περισσότερα παρόμοια με τις σαύρες που κατοικούν σε γρασίδι και κορμούς από το ίδιο νησί.

Τέσσερις φορές, η εξέλιξη επαναλήφθηκε. Τέσσερις φορές, ειπώθηκε η ίδια ιστορία, αφηγήθηκε το περιβάλλον… αλλά γιατί συνέβη αυτό;

Η πρώτη πιθανή εξήγηση είναι ότι δεν σημειώθηκαν περιπτώσεις γενετικής μετατόπισης. Αυτό φαίνεται να συμβαίνει, καθώς η γενετική ανάλυση της Anolis Οι σαύρες πρότειναν ότι κανένας από αυτούς δεν πέρασε από στενό σβέρκο. Αυτό σημαίνει ότι η φυσική επιλογή είχε το ίδιο υλικό για να δράσει και στα τέσσερα νησιά.

Η επόμενη πιθανή εξήγηση είναι ότι υπήρχαν πεπερασμένες μορφολογικές προσαρμογές για αυτές τις σαύρες. Αυτό σημαίνει ότι υπήρχαν μόνο τόσες πολλές επιλογές για σωματότυπους και κόγχες που μπορούσαν να καταλάβουν αυτές οι σαύρες. Ωστόσο, αυτό φαίνεται να μην ισχύει. Σε μεγαλύτερα νησιά με ορεινές περιοχές, η Ανώλη εξελίχθηκαν σαύρες τελείως διαφορετικών οικομορφών και μορφολογιών.

Συμπέρασμα

Γιατί η φυσική ιστορία επαναλήφθηκε, όταν το μόνο που βλέπουμε γύρω μας είναι μια εκπληκτική ποικιλία μορφών ζωής;

Αυτό που φαινόταν να συμβαίνει ήταν μια εντυπωσιακή έλλειψη τυχαίας, η οποία είναι εξαιρετικά ασυνήθιστη στα βιολογικά συστήματα. Κάθε περιβάλλον σε κάθε ένα από τα νησιά στις Μεγάλες Αντίλλες φαινόταν να ασκεί παρόμοιες πιέσεις στις σαύρες του. Φαινόταν επίσης ότι δεν υπήρχε γενετική μετατόπιση, έτσι η φυσική επιλογή ενεργούσε στην ίδια συλλογή γονιδίων κάθε φορά. Η εξέλιξη μπορεί να δράσει με φαινομενικά μυστηριώδεις και απρόβλεπτους τρόπους, αλλά είναι πιθανό ότι χωρίς γενετική μετατόπιση και τις ίδιες αρχικές συνθήκες, ο αλγόριθμος της φυσικής επιλογής φαίνεται να φτάνει στην ίδια απάντηση. Η φυσική ιστορία επαναλαμβάνεται… εάν οι συνθήκες είναι κατάλληλες!