The evoluční teorie je základ, na kterém je postavena veškerá moderní biologie.
Základní myšlenkou je, že organismy nebo živé věci se v průběhu času mění v důsledku přirozeného výběru, který působí na geny v populaci. Jednotlivci se nevyvíjejí; populace organizmů ano.
Materiál, na který evoluce působí, je deoxyribonukleová kyselina (DNA), která slouží jako dědičný nosič genetické informace ve všech živých věcech na Zemi, od jednobuněčných bakterií až po několikatunové velryby a slony.
Organismy se vyvíjejí v reakci na výzvy životního prostředí, které by jinak ohrozily schopnost druhu přežít omezením jeho reprodukční schopnosti.
Jednou z těchto výzev je samozřejmě přítomnost jiných organismů. Nejen, že se vzájemně se ovlivňující druhy navzájem ovlivňují v reálném čase zjevnými způsoby (například když je dravec takový jako lev zabíjí a žere zvíře, na které se živí), ale různé druhy mohou také ovlivnit vývoj ostatních druh.
K tomu dochází prostřednictvím různých zajímavých mechanismů a je v biologické řeči znám jako koevoluce.
Co je to evoluce?
V polovině 19. století Charles Darwin a Alfred Wallace nezávisle vyvinuli velmi podobné verze evoluční teorie, přičemž primárním mechanismem byl přirozený výběr.
Každý vědec navrhl, aby se formy života, které se dnes pohybovaly po Zemi, vyvinuly z mnohem jednodušších tvorů, které se na počátku života vrátily ke společnému předkovi. Tento „úsvit“ se nyní chápe před asi 3,5 miliardami let, asi miliardu let po narození samotné planety.
Wallace a Darwin nakonec spolupracovali a v roce 1858 společně zveřejnili své tehdy kontroverzní myšlenky.
Evoluce to předpokládá populace organismů (ne jednotlivců) se v průběhu času mění a přizpůsobuje zdědilfyzické a behaviorální charakteristiky které se předávají z rodiče na potomka, systém známý jako „sestup s úpravou“.
Více formálně je evoluce změnou frekvence alely v čase; alely jsou verze genů, takže posun v podílu určitých genů v populaci (řekněme, geny pro tmavší barva kožešiny se stává běžnější a barva pro světlejší srst se stává odpovídajícím způsobem vzácnější) vývoj.
Mechanismus, který řídí evoluční změnu, je přírodní výběr jako výsledek selekční tlak nebo tlaky vyvolané prostředím.
Co je to přirozený výběr?
Přírodní výběr je jedním z mnoha známých, ale hluboce nepochopených pojmů ve vědeckém světě obecně a zejména v oblasti evoluce.
Je to v základním smyslu pasivní proces a otázka hloupého štěstí; zároveň to není jen „náhodné“, jak se zdá, mnoho lidí věří, ačkoli semena přirozeného výběru jsou náhodné. Už jste zmatení? Nebuď.
Změny, ke kterým dochází v daném prostředí, vedou k tomu, že určité rysy jsou výhodné oproti ostatním.
Pokud se například teplota postupně ochladí, zvířata konkrétního druhu, která mají díky tomu silnější srst příznivé geny pravděpodobněji přežijí a budou se množit, čímž se zvýší frekvence tohoto dědičného znaku v populace.
Všimněte si, že se jedná o zcela odlišný návrh než jednotlivá zvířata v této populaci přežívající, protože jsou schopna najít úkryt skrze štěstí nebo vynalézavost; to nesouvisí s dědičnými vlastnostmi týkajícími se vlastností srsti.
Kritickou složkou přirozeného výběru je, že jednotlivé organismy nemohou jednoduše existovat potřebné vlastnosti.
Musí být přítomni v populaci díky již existujícím genetickým variacím, které zase vyplývají z náhodných mutací v DNA v dřívějších generacích.
Například pokud se nejnižší větve listnatých stromů postupně zvednou ze země, když oblast obývá skupina žiraf, ty žirafy, které mají delší krk, snáze přežijí díky tomu, že budou schopny uspokojit své nutriční potřeby, a budou rozmnožujte se navzájem, abyste předali geny odpovědné za jejich dlouhé krky, které se budou častěji vyskytovat v místní žirafě populace.
Definice koevoluce
Termín koevoluce se používá k popisu situací, ve kterých dva nebo více druhů vzájemně ovlivňují vývoj toho druhého.
Slovo „vzájemné“ je zde prvořadé; aby koevoluce byla přesným popisem, nestačí, aby jeden druh ovlivnil vývoj jiného nebo ostatní, aniž by byl ovlivněn jeho vlastní vývoj, způsobem, který by se neobjevil při absenci společného výskytu druh.
V některých ohledech je to intuitivní. Protože všechny organismy v konkrétním ekosystém (soubor všech organismů v dobře definované geografické oblasti) jsou propojeny, má smysl, že vývoj jednoho z nich by nějakým způsobem nebo způsobem ovlivnil vývoj ostatních.
Obvykle však studenti nejsou vyzváni, aby interaktivně uvažovali o vývoji druhu způsobem, a místo toho jsou požádáni, aby se podívali na souhru mezi jediným druhem a jeho životní prostředí.
Zatímco přísně fyzikální vlastnosti prostředí (např. Teplota, topografie) určitě se časem mění, jsou to neživé systémy, a proto se nevyvíjejí v biologickém smyslu slovo.
Poslechem základní definice evoluce pak ke koevoluci dochází, když evoluce jednoho druhu nebo skupina ovlivňuje selektivní tlak nebo nutnost vyvíjet se, aby přežila, jiného druhu nebo skupina. K tomu nejčastěji dochází u skupin, které mají blízké vztahy v rámci ekosystému.
Může se to však stát vzdáleným příbuzným skupinám v důsledku jakési „dominového efektu“, jak se brzy dozvíte.
Základní principy koevoluce
Příklady interakce predátorů a kořistí mohou osvětlit každodenní příklady koevoluce, které si na určité úrovni pravděpodobně uvědomujete, ale možná jste o nich aktivně neuvažovali.
Rostliny vs. zvířata: Pokud rostlinný druh vyvine novou obranu proti býložravci, jako jsou trny nebo jedovaté sekrece, vyvolá to nový tlak na toho býložravce, aby vybíral pro různé jedince, jako jsou rostliny, které zůstanou chutné a snadno připravitelné jedlý.
Aby tyto nově vyhledávané rostliny přežily, musí tuto novou obranu překonat; kromě toho se býložravci mohou vyvíjet díky jednotlivcům, u nichž se stalo, že mají vlastnosti, díky nimž jsou odolní vůči takové obraně (např. imunita vůči dotyčnému jedu).
Zvířata vs. zvířata: Pokud se oblíbená kořist daného živočišného druhu vyvine novým způsobem, jak uniknout tomuto dravci, dravci musí zase vyvinout nový způsob, jak chytit tu kořist nebo riskovat smrt, pokud nemůže najít jiný zdroj jídlo.
Například pokud gepard nemůže důsledně předbíhat gazely ve svém ekosystému, nakonec zahyne od hladu; zároveň, pokud gazely nemohou předčit gepardy, také zemřou.
Každý z těchto scénářů (druhý ostřeji) představuje klasický příklad evolučního závodu ve zbrojení: Jak se jeden druh vyvíjí a nějakým způsobem se zrychluje nebo zesiluje, druhý musí dělat totéž nebo riskovat zánik.
Je zřejmé, že daný druh se může stát jen tak rychle, takže nakonec musí něco dát a jeden nebo více zúčastněných druhů buď migruje z oblasti, pokud je to možné, nebo odumírá.
- Důležité: Obecná interakce mezi organismy v prostředí sama o sobě nezakládá přítomnost koevolučního procesu; koneckonců téměř všechny organismy na daném místě nějakým způsobem interagují. Místo toho, aby byl zaveden příklad koevoluce, musí existovat definitivní důkazy o tom, že evoluce v jedné vyvolala evoluci v druhé a naopak.
Druhy koevoluce
Predátor-kořist koevoluce vztahů: Vztahy dravec-kořist jsou univerzální po celém světě; dvě již byly popsány obecně. Koevoluce dravce a kořisti je tedy snadné najít a ověřit téměř v jakémkoli ekosystému.
Gepardi a gazely jsou možná nejvíce citovaným příkladem, zatímco vlci a karibu představují další v jiné, mnohem chladnější části světa.
Koevoluce konkurenčních druhů: V tomto typu koevoluce soupeří více organismů o stejné zdroje. Tento druh koevoluce lze ověřit určitými zásahy, jako je tomu u mloků ve Velkých kouřových horách východních Spojených států. Když jeden Plethodon druh je odstraněn, populace druhého roste a naopak.
Mutualistická koevoluce: Důležité je, že ne všechny formy koevoluce nutně poškozují jeden ze zúčastněných druhů. v mutualistic koevoluce, organismy, které se navzájem v něčem spoléhají, se vyvíjejí „společně“ díky nevědomé spolupráci - jakési nevyjádřené vyjednávání nebo kompromis. To je zřejmé ve formě rostlin a hmyzu, který tyto druhy rostlin opyluje.
Koevoluce parazita a hostitele: Když parazit napadne hostitele, činí tak proto, že se v daném okamžiku vyhnul obraně hostitele. Pokud se však hostitel vyvíjí takovým způsobem, aby nebyl drasticky poškozen, aniž by parazita úplně „vypudil“, je ve hře koevoluce.
Příklady koevoluce
Příklad tří druhů dravec-kořist: Semena šišek lodgepole ve Skalistých horách jedí jak veverky, tak křížovky (druh ptáka).
Některé oblasti, kde rostou borovice, mají veverky, které mohou snadno jíst semena z úzkých šišek (které mají tendenci mají více semen), ale křížovky, které nemohou snadno jíst semena z úzkých šišek, nedostanou tolik jíst.
Jiné oblasti mají pouze křížovky a tyto skupiny ptáků mívají jeden ze dvou typů zobáku; ptáci s rovnějšími zobáky mají snazší čas popadat semena z úzkých kuželů.
Biologové divoké zvěře studující tento ekosystém předpokládali, že pokud se stromy budou vyvíjet společně na základě místních predátorů, oblasti s veverkami by měly přinést širší kužely, které byly otevřenější s menším počtem semen, které se nacházejí mezi šupinami, zatímco oblasti s ptáky měly poskytovat silnější šupiny (tj. odolné vůči zobáku) šišky.
To se ukázalo být přesně tento případ.
Konkurenční druhy: Určité motýly se vyvinuly tak, aby chutnaly dravcům, aby se jim vyhnuly. Tím se zvyšuje pravděpodobnost jiný jedení motýlů, což zvyšuje formu selektivního tlaku; tento tlak vede k vývoji „mimikry“, ve které se vyvíjejí další motýli, aby vypadali jako ti, kterým se dravci naučili vyhýbat.
Dalším konkurenčním druhovým příkladem je vývoj královského hada, který vypadá téměř přesně jako korálový had. Oba mohou být agresivní vůči jiným hadům, ale korálový had je vysoce jedovatý a není to ten, u kterého by lidé chtěli být.
Je to jako někdo, kdo nezná karate, ale má pověst odborníka na bojová umění.
Mutualismus: Koevoluce stromu mravenec-akácie v Jižní Americe je archetypálním příkladem vzájemné koevoluce.
U stromů se vyvinuly duté trny na jejich základně, kde se vylučuje nektar, což by býložravcům pravděpodobně bránilo v tom, aby je jedli; Mezitím se mravenci v této oblasti vyvinuli tak, aby umístili hnízda do těchto trní, kde se vyrábí nektar, ale nepoškodili strom kromě relativně neškodného krádeže.
Koevoluce hostitel-parazit: Plodní paraziti jsou ptáci, kteří se vyvinuli k uložení vajíček do hnízd jiných ptáků. Poté se pták, který hnízdo ve skutečnosti „vlastní“, ukončí a postará se o mláďata. To poskytuje dětským parazitům bezplatnou péči o děti a ponechává jim volnost věnovat více zdrojů na páření a hledání potravy.
Hostitelští ptáci se však nakonec vyvíjejí způsobem, který jim umožňuje naučit se rozeznávat, kdy dítě není jejich vlastní, a také pokud možno vyhnout se interakci s parazitickými ptáky.