Co-evolutie: definitie, typen en voorbeelden

De evolutietheorie is het fundament waarop de hele moderne biologie is gebouwd.

Het kernidee is dat organismen, of levende wezens, in de loop van de tijd veranderen als gevolg van natuurlijke selectie, die inwerkt op genen binnen een populatie. Individuen evolueren niet; populaties van organismen doen.

Het materiaal waarop evolutie inwerkt, is de desoxyribonucleïnezuur (DNA) dat dient als de erfelijke drager van genetische informatie in alle levende wezens op aarde, van eencellige bacteriën tot meertonige walvissen en olifanten.

Organismen evolueren als reactie op milieu-uitdagingen die anders het overlevingsvermogen van een soort zouden bedreigen door haar reproductieve capaciteit te beperken.

Een van die uitdagingen is natuurlijk de aanwezigheid van andere organismen. Niet alleen beïnvloeden op elkaar inwerkende soorten elkaar in realtime op voor de hand liggende manieren (bijvoorbeeld wanneer een roofdier zoals zoals een leeuw een dier doodt en eet waarop hij jaagt), maar verschillende soorten kunnen ook de evolutie van andere beïnvloeden affect soorten.

Dit gebeurt via een verscheidenheid aan interessante mechanismen en staat in de biologie bekend als: co-evolutie.

Halverwege de 19e eeuw maakten Charles Darwin en Alfred Wallace onafhankelijk zeer vergelijkbare versies van de evolutietheorie ontwikkelden, waarbij natuurlijke selectie het primaire mechanisme was.

Elke wetenschapper stelde voor dat de levensvormen die tegenwoordig over de aarde zwerven, geëvolueerd waren van veel eenvoudigere wezens, die teruggingen naar een gemeenschappelijke voorouder aan het begin van het leven zelf. Die "dageraad" is nu ongeveer 3,5 miljard jaar geleden, ongeveer een miljard jaar na de geboorte van de planeet zelf.

Wallace en Darwin werkten uiteindelijk samen en publiceerden in 1858 hun toen controversiële ideeën samen.

Evolutie stelt dat populaties van organismen (niet individuen) veranderen en passen zich in de loop van de tijd aan als gevolg van: geërfdfysieke en gedragskenmerken die worden doorgegeven van ouder op nageslacht, een systeem dat bekend staat als 'afstamming met modificatie'.

Meer formeel is evolutie een verandering in de allelfrequentie in de loop van de tijd; allelen zijn versies van genen, dus een verschuiving in het aandeel van bepaalde genen in de populatie (bijvoorbeeld genen voor een donkerdere bontkleur komt steeds vaker voor en die voor lichtere vachten worden dienovereenkomstig zeldzamer) vormt evolutie.

Het mechanisme dat evolutionaire verandering aanstuurt is: natuurlijke selectie als gevolg van selectiedruk of door de omgeving opgelegde druk.

Natuurlijke selectie is een van de vele bekende maar diep verkeerd begrepen termen in de wetenschappelijke wereld in het algemeen en op het gebied van evolutie in het bijzonder.

Het is in fundamentele zin een passief proces en een kwestie van stom geluk; tegelijkertijd is het niet gewoon "willekeurig", zoals veel mensen lijken te geloven, hoewel de zaden van natuurlijke selectie zijn willekeurig. Nog in de war? Wees niet.

Veranderingen die plaatsvinden in een bepaalde omgeving leiden ertoe dat bepaalde eigenschappen voordeliger zijn dan andere.

Als de temperatuur bijvoorbeeld geleidelijk kouder wordt, hebben dieren van een bepaalde soort een dikkere vacht dankzij gunstige genen hebben meer kans om te overleven en zich voort te planten, waardoor de frequentie van deze erfelijke eigenschap in de bevolking.

Merk op dat dit een totaal ander voorstel is dan individuele dieren in deze populatie die overleven omdat ze door puur geluk of vindingrijkheid onderdak kunnen vinden; die geen verband houdt met erfelijke eigenschappen die betrekking hebben op vachtkenmerken.

Het cruciale onderdeel van natuurlijke selectie is dat individuele organismen niet zomaar de noodzakelijke eigenschappen tot stand kunnen brengen.

Ze moeten aanwezig zijn in de populatie dankzij reeds bestaande genetische variaties die op hun beurt volgen uit toevallige mutaties in DNA in eerdere generaties.

Als bijvoorbeeld de laagste takken van lommerrijke bomen steeds hoger van de grond komen wanneer een groep giraffen het gebied bewoont, die giraffen die toevallig een langere nek hebben, zullen gemakkelijker overleven omdat ze in hun voedingsbehoeften kunnen voorzien, en ze zullen zich met elkaar voortplanten om de genen door te geven die verantwoordelijk zijn voor hun lange nek, die vaker zal voorkomen bij de lokale giraf bevolking.

De voorwaarde co-evolutie wordt gebruikt om situaties te beschrijven waarin twee of meer soorten elkaars evolutie op een wederkerige manier beïnvloeden.

Het woord "wederkerig" staat hier voorop; om co-evolutie een nauwkeurige beschrijving te laten zijn, is het niet voldoende dat de ene soort de evolutie van andere of andere beïnvloedt anderen zonder dat hun eigen evolutie ook wordt beïnvloed op een manier die niet zou plaatsvinden in de afwezigheid van het gelijktijdig optredende soorten.

In sommige opzichten is dit intuïtief. Omdat alle organismen in een bepaald ecosysteem (de verzameling van alle organismen in een welomschreven geografisch gebied) met elkaar verbonden zijn, is het logisch dat de evolutie van een van hen op de een of andere manier de evolutie van anderen zou beïnvloeden.

Meestal worden studenten echter niet uitgenodigd om de evolutie van een soort op een interactieve manier te bekijken manier, en in plaats daarvan wordt hen gevraagd te kijken naar het samenspel tussen een enkele soort en zijn milieu.

Hoewel de strikt fysieke kenmerken van omgevingen (bijv. temperatuur, topografie) zeker veranderen in de loop van de tijd, het zijn niet-levende systemen en evolueren daarom niet in de biologische zin van het woord.

Luisterend naar de basisdefinitie van evolutie, dan vindt co-evolutie plaats wanneer de evolutie van één soort of groep beïnvloedt de selectiedruk, of de noodzaak om te evolueren om te overleven, van een andere soort of groep. Dit gebeurt meestal met groepen die nauwe relaties hebben binnen een ecosysteem.

Het kan echter gebeuren met verre verwante groepen als gevolg van een soort 'domino-effect', zoals je snel zult leren.

Voorbeelden van interactie tussen roofdieren en prooien kunnen licht werpen op alledaagse voorbeelden van co-evolutie waarvan u zich waarschijnlijk op een bepaald niveau bewust bent, maar die u misschien niet actief hebt overwogen.

Planten versus dieren: Als een plantensoort een nieuwe verdediging ontwikkelt tegen een herbivoor, zoals doornen of giftige afscheidingen, veroorzaakt dit een nieuwe druk op die herbivoor om voor verschillende individuen te selecteren, zoals planten die lekker en gemakkelijk blijven eetbaar.

Op hun beurt moeten deze nieuw gezochte planten, als ze willen overleven, die nieuwe verdediging overwinnen; bovendien kunnen de herbivoren evolueren dankzij individuen die toevallig eigenschappen hebben die hen resistent maken tegen dergelijke verdedigingen (bijvoorbeeld immuniteit tegen het gif in kwestie).

Dieren vs. dieren: Als een favoriete prooi van een bepaalde diersoort een nieuwe manier ontwikkelt om aan dat roofdier te ontsnappen, het roofdier moet op zijn beurt een nieuwe manier ontwikkelen om die prooi te vangen of het risico lopen te sterven als hij geen andere bron van voedsel.

Als een cheeta bijvoorbeeld niet consequent de gazellen in zijn ecosysteem kan ontlopen, zal hij uiteindelijk van de honger omkomen; tegelijkertijd, als de gazellen de cheeta's niet kunnen overtreffen, zullen ook zij uitsterven.

Elk van deze scenario's (de tweede is grimmiger) vertegenwoordigt een klassiek voorbeeld van een evolutionaire wapenwedloop: Naarmate de ene soort evolueert en op de een of andere manier sneller of sterker wordt, moet de andere hetzelfde doen of het risico lopen uitsterven.

Het is duidelijk dat een bepaalde soort maar zo snel kan worden, dus uiteindelijk moet er iets wijken en een of meer van de betrokken soorten migreren ofwel uit het gebied als dat kan, ofwel sterft ze uit.

• Belangrijk: De algemene interactie tussen organismen in een omgeving bevestigt op zichzelf niet de aanwezigheid van een co-evolutionair proces; tenslotte werken bijna alle organismen op een bepaalde plaats op de een of andere manier met elkaar samen. In plaats daarvan, om een ​​voorbeeld van co-evolutie vast te stellen, moet er definitief bewijs zijn dat de evolutie in de ene evolutie in de andere heeft geleid en omgekeerd.

Roofdier-prooi relatie co-evolutie: Roofdier-prooi relaties zijn universeel over de hele wereld; twee zijn al in algemene termen beschreven. De co-evolutie van roofdieren en prooien is dus gemakkelijk te lokaliseren en te verifiëren in bijna elk ecosysteem.

Cheeta's en gazellen zijn misschien wel het meest genoemde voorbeeld, terwijl wolven en kariboes elkaar vertegenwoordigen in een ander, veel kouder deel van de wereld.

Concurrerende soorten co-evolutie: In dit soort co-evolutie strijden meerdere organismen om dezelfde hulpbronnen. Dit soort co-evolutie kan worden geverifieerd met bepaalde ingrepen, zoals het geval is met salamanders in de Great Smoky Mountains in het oosten van de Verenigde Staten. Wanneer een Plethodont soort wordt verwijderd, groeit de populatie van de ander in omvang en vice versa.

Mutualistische co-evolutie: Belangrijk is dat niet alle vormen van co-evolutie noodzakelijkerwijs schadelijk zijn voor een van de betrokken soorten. In mutualistisch co-evolutie, organismen die voor iets van elkaar afhankelijk zijn, evolueren "samen" dankzij onbewuste samenwerking - een soort onuitgesproken onderhandeling of compromis. Dit is zichtbaar in de vorm van planten en de insecten die deze plantensoorten bestuiven.

Parasiet-gastheer co-evolutie: Wanneer een parasiet een gastheer binnenvalt, doet het dat omdat het op dat moment de verdediging van de gastheer heeft ontweken. Maar als de gastheer zo evolueert dat hij niet drastisch wordt geschaad zonder de parasiet volledig te "verdrijven", is co-evolutie in het spel.

Voorbeeld van drie soorten roofdier-prooi: Lodgepole-dennenappelzaden in de Rocky Mountains worden zowel door bepaalde eekhoorns als door kruisbekken (een soort vogel) gegeten.

Sommige gebieden waar dennenbomen groeien, hebben eekhoorns, die gemakkelijk zaden kunnen eten van smalle dennenappels (die de neiging hebben om hebben meer zaden), maar de kruisbekken, die de zaden niet gemakkelijk uit smalle dennenappels kunnen eten, krijgen niet zoveel eten.

Andere gebieden hebben alleen kruisbekken en deze groepen vogels hebben meestal een van de twee soorten snavels; de vogels met rechtere snavels hebben een gemakkelijkere tijd om zaden uit smalle kegels te grijpen.

Natuurbiologen die dit ecosysteem bestudeerden, veronderstelden dat als bomen co-evolueerden op basis van de lokale roofdieren, gebieden met eekhoorns breder hadden moeten zijn kegels die meer open waren met minder zaden tussen de schubben, terwijl gebieden met vogels dikkere schubben hadden moeten opleveren (d.w.z. snavelbestendig) kegels.

Dit bleek precies het geval te zijn.

Concurrerende soorten: Bepaalde vlinders zijn geëvolueerd om slecht te smaken voor roofdieren, zodat die roofdieren ze vermijden. Dit vergroot de kans op andere vlinders die worden gegeten, wat een vorm van selectieve druk toevoegt; deze druk leidt tot de evolutie van 'mimicry', waarbij andere vlinders evolueren om eruit te zien als degene die roofdieren hebben leren vermijden.

Een ander voorbeeld van concurrerende soorten is de evolutie van de koningsslang om er bijna precies zo uit te zien als de koraalslang. Beide kunnen agressief zijn ten opzichte van andere slangen, maar de koraalslang is zeer giftig en niet iemand die mensen in de buurt willen hebben.

Dit is net zoiets als iemand die karate niet kent, maar de reputatie heeft een vechtsportexpert te zijn.

Mutualisme: Mieren-acaciaboomco-evolutie in Zuid-Amerika is een archetypisch voorbeeld van mutualistische co-evolutie.

De bomen ontwikkelden holle doornen aan hun basis, waar nectar wordt uitgescheiden, waarschijnlijk om te voorkomen dat herbivoren het eten; ondertussen evolueerden mieren in het gebied om hun nesten in deze doornen te plaatsen waar nectar wordt geproduceerd, maar beschadigen de boom niet, afgezien van een relatief ongevaarlijke diefstal.

Gastheer-parasiet co-evolutie: Broedparasieten zijn vogels die zijn geëvolueerd om hun eieren in de nesten van andere vogels te leggen, waarna de vogel die het nest daadwerkelijk "bezit", uiteindelijk voor de jongen zorgt. Hierdoor krijgen de broedparasieten gratis kinderopvang, waardoor ze meer middelen kunnen besteden aan paren en het vinden van voedsel.

De gastvogels evolueren echter uiteindelijk op een manier die hen in staat stelt te leren herkennen wanneer een babyvogel niet van hen is, en ook om zo mogelijk de interactie met parasitaire vogels helemaal te vermijden.