Νέα είδη πτηνών προκύπτουν από υβρίδια, όπως παρακολουθούν οι επιστήμονες
Δεν είναι κάθε μέρα που οι επιστήμονες παρατηρούν ένα νέο είδος να αναδύεται σε πραγματικό χρόνο. Ο Κάρολος Δαρβίνος πίστευε ότι η ειδογένεση πιθανότατα έλαβε χώρα σε εκατοντάδες, αν όχι χιλιάδες γενιές, προχωρώντας πολύ σταδιακά για να ανιχνευθεί άμεσα. Οι βιολόγοι που τον ακολούθησαν γενικά δεν είχαν παρόμοια αντίληψη και βασίστηκαν σε έμμεσες ενδείξεις, που προέρχονται από γονιδιώματα και απολιθώματα, για να συμπεράνουν την εξελικτική ιστορία των σύνθετων οργανισμών.
Ορισμένες από αυτές τις ενδείξεις υποδηλώνουν ότι η διασταύρωση παίζει μεγαλύτερο ρόλο στον σχηματισμό νέων ειδών από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αλλά το ζήτημα παραμένει αμφιλεγόμενο:Ο υβριδισμός έχει αποδειχθεί οριστικά ότι προκαλεί ευρεία ειδογένεση μόνο στα φυτά. Όσον αφορά τα ζώα, παρέμεινε μια υπόθεση (αν και μια υπόθεση που κερδίζει όλο και μεγαλύτερη υποστήριξη) σχετικά με γεγονότα που συνήθως συνέβησαν στο μακρινό, αόρατο παρελθόν.
Μέχρι τώρα. Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε τον περασμένο μήνα στο Science , οι ερευνητές ανέφεραν ότι ένα νέο είδος ζώων είχε εξελιχθεί με υβριδισμό — και ότι είχε εμφανιστεί μπροστά στα μάτια τους σε διάστημα δύο μόνο γενεών. Ο ιλιγγιώδης ρυθμός εκείνου του γεγονότος της ειδογένειας έκανε τα βλέμματα τόσο στην επιστημονική κοινότητα όσο και στα μέσα ενημέρωσης. Ο μηχανισμός με τον οποίο εμφανίστηκε είναι εξίσου αξιοσημείωτος, ωστόσο, λόγω των όσων υποδηλώνει σχετικά με τον υποτιμημένο ρόλο των υβριδίων στην εξέλιξη.
Αυτόπτες μάρτυρες της ειδοποίησης
Το 1981, ο Peter και η Rosemary Grant, η διάσημη ομάδα συζύγων εξελικτικών βιολόγων στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, είχαν ήδη μελετήσει τους σπίνους του Δαρβίνου στο μικρό νησί Daphne Major των Γκαλαπάγκος για σχεδόν μια δεκαετία. Έτσι, όταν εντόπισαν ένα αρσενικό πουλί που φαινόταν και ακουγόταν διαφορετικό από τα τρία είδη που κατοικούσαν στο νησί, κατάλαβαν αμέσως ότι δεν ανήκε. Η γενετική ανάλυση έδειξε ότι ήταν ένας μεγάλος σπίνος κάκτου (Geospiza conirostris ) από άλλο νησί, είτε Española είτε Gardner, σε απόσταση μεγαλύτερη από 60 μίλια — πολύ μεγάλη απόσταση για να πετάξει το πουλί στο σπίτι.
Παρακολουθώντας τη δραστηριότητα του αρσενικού πουλιού, οι Grants τον παρατήρησαν καθώς ζευγαρώνει με δύο θηλυκούς σπίνους μεσαίου εδάφους (G. fortis ) στη Δάφνη και παρήγαγε υβριδικούς απογόνους. Τέτοιες διασταυρώσεις από μεμονωμένα ζώα στη φύση δεν είναι ασυνήθιστο, αν και οι βιολόγοι συνήθως το έχουν απορρίψει ως άσχετο με την εξέλιξη, επειδή τα υβρίδια τείνουν να είναι ακατάλληλα. Συχνά δεν μπορούν να αναπαραχθούν ή αποτυγχάνουν να ανταγωνιστούν αποτελεσματικά τα καθιερωμένα είδη και γρήγορα εξαφανίζονται. Ακόμη και όταν τα υβρίδια είναι γόνιμα και κατάλληλα, συχνά επαναρροφούνται στο αρχικό είδος ζευγαρώνοντας με τους μητρικούς τους πληθυσμούς.
Αλλά κάτι διαφορετικό συνέβη με τα υβρίδια στο Daphne:Όταν ωρίμασαν, έγιναν πληθυσμός διαφορετικός από τα άλλα είδη πτηνών της Δάφνης με εκτεταμένη και αποκλειστική ενδογαμία — αδέρφια που ζευγαρώνουν με αδέρφια και γονείς που ζευγαρώνουν με τους απογόνους τους.
Εν ολίγοις, ένα αρχικό υβριδικό είδος, το οποίο οι ερευνητές ονόμασαν τη γενεαλογία Big Bird, είχε εμφανιστεί μέσα σε δύο γενιές. Σήμερα, έχουν περάσει έξι γενιές και το νησί φιλοξενεί περίπου 30 σπίνους Big Bird. «Αν ήσασταν βιολόγος καθόλου σοφότερος για αυτό που είχε συμβεί», είπε ο Leif Andersson, γενετιστής στο Πανεπιστήμιο της Ουψάλα στη Σουηδία και ένας από τους συν-συγγραφείς της μελέτης, «και ξεκινούσατε να μελετάτε αυτά τα πουλιά, θα νόμιζες ότι ήταν τέσσερα. διαφορετικά είδη στο νησί.”
Πού ευδοκιμούν τα υβρίδια
Στο Daphne Major, οι συνθήκες μπορεί να ήταν κατάλληλες για την υβριδική ειδογένεση. «Δείχνει τι είναι δυνατό, δεδομένων των κατάλληλων συνθηκών», είπε ο Peter Grant, και στέλνει «ένα πολύτιμο μήνυμα για τη σημασία των σπάνιων και απρόβλεπτων γεγονότων στην εξέλιξη. Αυτά μάλλον έχουν υποτιμηθεί.»
Η γενεαλογία Big Bird απομονώθηκε τόσο γρήγορα αναπαραγωγικά επειδή αυτά τα πουλιά δεν μπορούσαν να προσελκύσουν επιτυχώς συντρόφους μεταξύ των ειδών που κατοικούσαν στο νησί, που προτιμούσαν το δικό τους είδος. Οι σπίνοι Big Bird δεν μπορούσαν να ξεπεράσουν τη συγκέντρωση:Είχαν σχετικά μεγάλα ράμφη για το μέγεθος του σώματός τους και υπερηφανεύονταν για ένα μοναδικό τραγούδι. Αυτές οι διαφορές εμπόδισαν τη ροή γονιδίων μεταξύ των υβριδίων και των γηγενών μεσαίων αλεσμένων σπίνων από τα οποία είχαν κατέβει, οδηγώντας σε έναν ξεχωριστό υβριδικό πληθυσμό. (Στην Επιστήμη τους Στο έγγραφο, οι Grants και οι συνάδελφοί τους σημείωσαν ότι η κατάσταση του είδους των σπίνων Big Bird εξακολουθεί να είναι ανεπίσημη, επειδή κανείς δεν έχει ακόμη δοκιμάσει εάν τα πουλιά θα αναπαραχθούν με τους προγονικούς τους σπίνους στην Española και στο Gardner. Αλλά ανέφεραν λόγους για να υποψιαστούν ότι η γενεαλογία Big Bird είναι αναπαραγωγικά απομονωμένη και από αυτούς.)
Οι φυσικές διαφορές στην υβριδική καταγωγή τους έκαναν επίσης ανταγωνιστικούς. Το μέγεθος και το σχήμα του ράμφους των Big Birds τα τοποθετούσε ακριβώς στη δική τους οικολογική θέση, επιτρέποντάς τους να τρώνε ορισμένους τύπους σπόρων που οι ανταγωνιστές τους δεν μπορούσαν. "Τα δεδομένα είναι συνεπή με την επιλογή που έχει πραγματοποιηθεί", είπε ο Andersson.
Το γεγονός ότι αυτή η θέση ήταν διαθέσιμη για να καταλάβει το Big Bird είναι πιθανότατα αποτέλεσμα του ιδιαίτερα νεαρού, απομονωμένου και συχνά ακραίου περιβάλλοντος των Γκαλαπάγκος. «Οι συνθήκες στα νησιά πραγματικά βοηθούν στην ώθηση της διαδικασίας ειδοποίησης», δήλωσε ο Scott Edwards, ορνιθολόγος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ.
Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για μικρά και απομονωμένα περιβάλλοντα αλλού, όπως βουνοκορφές ή λίμνες. Αντίθετα, η ειδογένεση δεν είναι πιθανό να εμφανιστεί με αυτόν τον τρόπο σε λιγότερο απομονωμένες περιοχές, δήλωσε ο Trevor Price, οικολόγος στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Σε αυτές τις περιοχές, όπου ο ανταγωνισμός για πόρους είναι ήδη έντονος, ένα νέο υβριδικό είδος όπως το Big Bird δεν θα έβρισκε καμία θέση για τον εαυτό του.
Αλλά τα υβριδικά είδη μπορεί να είχαν πιο διαδεδομένες ευκαιρίες να εδραιωθούν στο παρελθόν. Ίσως, πρότεινε ο Price, αυτή η ταχεία παραγωγή ειδών θα μπορούσε να είχε συμβεί στον απόηχο της πρόσκρουσης του μετεωρίτη που προκάλεσε μαζική εξαφάνιση στη Γη πριν από εκατομμύρια χρόνια. Εκείνη την εποχή, υπήρχαν πόροι και πιθανές θέσεις, και όχι αρκετά είδη για να τα γεμίσουν.
Είδος φράκταλ
Ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι ακόμη και σήμερα η υβριδική ειδοποίηση μπορεί να μην είναι καθόλου σπάνια. Σύμφωνα με το πιο κοινά αποδεκτό μοντέλο ειδοποίησης, που ονομάζεται αλλοπατρική ειδογένεια, οι πληθυσμοί διαχωρίζονται γεωγραφικά — με μια αλλαγή στην πορεία ενός ποταμού, ας πούμε, ή με το σχηματισμό ενός βουνού ή αποκλίνουσες μεταναστεύσεις — και στη συνέχεια προσαρμόζονται σε διαφορετικούς ανταγωνιστές και περιβάλλοντα για μεγάλες περιόδους. Εάν οι ομάδες συναντηθούν ξανά, μπορεί να μην είναι πλέον αρκετά παρόμοιες ώστε να διασταυρωθούν.
Αλλά πολύ γρήγορα γεγονότα υβριδικής ειδογένεσης, όπως αυτό που είδε ο Grants στη Δάφνη, μπορεί συχνά να συμβαίνουν κατά ριπάς - μόνο για να τελειώσουν με το νέο είδος να εξαφανίζεται πριν προλάβουμε να το παρατηρήσουμε. «Η ειδίκευση είναι κοινή. Συμβαίνει παντού γύρω μας», είπε ο Τζέιμς Μάλετ, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. "Απλώς συνήθως δεν αναγνωρίζουμε τις αποκλίνουσες γενεές που εμφανίζονται ως ξεχωριστά είδη."
Συνέχισε, «Πιστεύω ότι η ειδογένεση είναι περισσότερο μια συνέχεια από ό,τι πίστευαν οι άνθρωποι». Στο ένα άκρο, τα είδη μπορούν να διαχωριστούν καθαρά το ένα από το άλλο, χωρίς διασταύρωση και ανταλλαγή γονιδίων. Αλλά σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, ο υβριδισμός θα μπορούσε επίσης να επιτρέψει σε γονίδια να ρέουν σε ένα είδος από άλλα και τα προκύπτοντα υβρίδια θα μπορούσαν μερικές φορές να αναπτύξουν τη δική τους ταυτότητα, έστω και προσωρινά.
Ο Mallet υποστηρίζει ότι τα υβριδικά είδη θα μπορούσαν κάλλιστα να εμφανίζονται συνεχώς, μόνο για να καταρρεύσουν και να εξαφανιστούν το ίδιο γρήγορα, με τα υβρίδια είτε να εξαφανίζονται είτε να απορροφώνται ξανά από τον μητρικό πληθυσμό. «Για μένα, αυτό δείχνει την αφθονία των ευκαιριών για την ειδογένεση», είπε. Ακριβώς επειδή πολλά υβρίδια εξαφανίζονται - μια μοίρα που είναι ακόμα πολύ πιθανό να συμβεί στη γενεαλογία Big Bird, σύμφωνα με τον Mallet - δεν σημαίνει ότι ο υβριδισμός δεν είναι μια πραγματική πηγή νέων ειδών στη φύση.
Αντίθετα, βλέπει την ειδογένεση ως μια σχεδόν φράκταλ διαδικασία που μπορεί να παρατηρηθεί στα οικοσυστήματα σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες. «Αν κοιτάξετε το μακροοικονομικό επίπεδο για εκατομμύρια χρόνια», είπε ο Mallet, «θα δείτε μερικά είδη να εξελίσσονται και να εξαφανίζονται». Αλλά σε μικροεπίπεδο, της τάξης των δεκάδων ετών ή λιγότερο, τα είδη μπορεί να σχηματίζονται και να διαλύονται συνεχώς. Οι περισσότεροι βιολόγοι απλώς δεν έχουν τα μακροπρόθεσμα δεδομένα για να το δείξουν, είπε.
Αυτό που κατέστησε δυνατό τον εντοπισμό ενός τέτοιου γεγονότος στους σπίνους του Δαρβίνου ήταν οι δεκαετίες προσεκτικής επιτόπιας εργασίας του Grants, ακολουθούμενες από λεπτομερείς μελέτες γονιδιωματικής. Το νέο έγγραφο απεικονίζει «την αξία των συνεχών, μακροπρόθεσμων μελετών στη φύση», είπε ο Peter Grant. Χωρίς αυτό, "δεν θα είχαμε ανιχνεύσει ή δεν θα μπορούσαμε να ερμηνεύσουμε τη μετανάστευση ενός ατόμου ενός είδους και τη διασταύρωση με ένα μέλος του μόνιμου είδους."
Αν και οι βιολόγοι δεν γνωρίζουν ακόμη πόση ζωική υβριδική ειδοποίηση εμφανίζεται έξω από τα Γκαλάπαγκος, συνειδητοποιούν όλο και περισσότερο τα υβρίδια ως ισχυρό παράγοντα εξέλιξης. «Νομίζω ότι αυτό το έγγραφο αυξάνει πραγματικά αυτό το σήμα», είπε ο Έντουαρντς. "Ερευνητές σαν εμένα θα το ψάχνουν πολύ πιο τακτικά."
