The teória evolúcie je základ, na ktorom je postavená celá moderná biológia.
Základnou myšlienkou je, že organizmy alebo živé veci sa časom menia v dôsledku prirodzeného výberu, ktorý pôsobí na gény v populácii. Jednotlivci sa nevyvíjajú; populácie organizmov áno.
Materiál, na ktorý pôsobí evolúcia, je deoxyribonukleová kyselina (DNA), ktorá slúži ako dedičný nosič genetickej informácie o všetkom živom na Zemi, od jednobunkových baktérií až po niekoľkotonové veľryby a slony.
Organizmy sa vyvíjajú v reakcii na environmentálne výzvy, ktoré by inak ohrozovali schopnosť druhu prežiť obmedzením jeho reprodukčnej schopnosti.
Jednou z týchto výziev je samozrejme prítomnosť iných organizmov. Nielen vzájomne sa ovplyvňujúce druhy sa navzájom ovplyvňujú v reálnom čase zjavnými spôsobmi (napríklad keď ich predátor napr ako lev zabíja a zožiera zviera, na ktorom sa živí), ale rôzne druhy môžu mať vplyv aj na vývoj iných druhov.
K tomu dochádza prostredníctvom rôznych zaujímavých mechanizmov a v biologickej reči je to známe ako koevolúcia.
Čo je to evolúcia?
V polovici 19. storočia Charles Darwin a Alfred Wallace nezávisle vyvinuli veľmi podobné verzie evolučnej teórie, pričom primárnym mechanizmom bol prirodzený výber.
Každý vedec navrhol, že životné formy premávajúce po Zemi sa dnes vyvinuli z oveľa jednoduchších tvorov a na úsvite samotného života sa vrátili k spoločnému predkovi. Tento „úsvit“ sa v súčasnosti chápe pred asi 3,5 miliardami rokov, asi miliardu rokov po zrode samotnej planéty.
Wallace a Darwin nakoniec spolupracovali a v roku 1858 spoločne zverejnili svoje vtedajšie kontroverzné nápady.
Evolúcia to predpokladá populácie organizmov (nie jednotlivcov) sa časom mení a prispôsobuje v dôsledku zdedilfyzické a behaviorálne vlastnosti ktoré sa prenášajú z rodiča na potomka, systém známy ako „zostup s úpravou“.
Formálnejšie je evolúcia zmena frekvencie alel v priebehu času; alely sú verzie génov, takže ide o posun v podiele určitých génov v populácii (povedzme, že gény pre tmavšiu farbu farba kožušín čoraz častejšie a tie pre svetlejšiu kožušinu čoraz vzácnejšie) vývoj.
Mechanizmus, ktorý vedie evolučnú zmenu, je prirodzený výber ako výsledok selekčný tlak alebo tlaky vyvolané prostredím.
Čo je to prírodný výber?
Prirodzený výber je jedným z mnohých známych, ale hlboko nepochopených pojmov vo vedeckom svete všeobecne a najmä v oblasti evolúcie.
Je to v základnom zmysle pasívny proces a otázka nemého šťastia; zároveň to nie je jednoducho „náhodné“, ako sa zdá, veľa ľudí verí, hoci semená prírodného výberu sú náhodné. Už ste zmätení? Nebuď.
Zmeny, ktoré sa vyskytujú v danom prostredí, vedú k tomu, že určité znaky sú výhodné oproti iným.
Napríklad, ak teplota postupne klesá, zvieratá konkrétneho druhu, ktoré majú vďaka tomu hrubšiu srsť priaznivé gény s väčšou pravdepodobnosťou prežijú a budú sa množiť, čím sa zvýši frekvencia tohto dedičného znaku v populácia.
Upozorňujeme, že ide o úplne odlišný návrh od jednotlivých prežívajúcich zvierat v tejto populácii, pretože sú schopné nájsť úkryt vďaka úplnému šťastiu alebo dômyselnosti; ktorá nesúvisí s dedičnými znakmi týkajúcimi sa vlastností srsti.
Kritickou zložkou prírodného výberu je, že jednotlivé organizmy nemôžu jednoducho existovať.
Musia byť prítomné v populácii vďaka už existujúcim genetickým variáciám, ktoré vychádzajú z náhodných mutácií DNA v predchádzajúcich generáciách.
Napríklad, ak najnižšie vetvy listnatých stromov postupne stúpajú nad zemou, keď v oblasti žije skupina žiraf, tie žirafy, ktoré majú náhodou dlhšie krky, prežijú ľahšie vďaka tomu, že dokážu uspokojiť svoje výživové potreby, a budú navzájom sa množia, aby odovzdali gény zodpovedné za ich dlhé krky, ktoré sa budú čoraz viac vyskytovať v miestnej žirafe populácia.
Definícia koevolúcie
Termín koevolúcia sa používa na opis situácií, v ktorých dva alebo viac druhov vzájomne ovplyvňujú vývoj navzájom.
Slovo „vzájomné“ je tu prvoradé; aby spoločná evolúcia bola presným opisom, nestačí, aby jeden druh ovplyvňoval vývoj iných resp iné bez toho, aby bol ovplyvnený jej vlastný vývoj takým spôsobom, ktorý by sa nevyskytoval pri absencii spoločného vývoja druhov.
V niektorých ohľadoch je to intuitívne. Pretože všetky organizmy v konkrétnom ekosystém (súbor všetkých organizmov v presne určenej geografickej oblasti) sú spojené, má zmysel, že vývoj jedného z nich by nejakým spôsobom alebo spôsobom ovplyvnil vývoj ostatných.
Zvyčajne však študenti nie sú vyzvaní, aby interaktívne uvažovali o vývoji druhu spôsobom, a namiesto toho sa od nich žiada, aby sa pozreli na súhru jedného druhu s jeho prostredie.
Zatiaľ čo prísne fyzikálne vlastnosti prostredia (napr. Teplota, topografia) určite sa časom menia, sú to neživé systémy, a preto sa nevyvíjajú v biologickom zmysle slova slovo.
Po vypočutí základnej definície evolúcie potom ku koevolúcii dôjde, keď dôjde k vývoju jedného druhu alebo skupina ovplyvňuje selektívny tlak alebo nevyhnutnosť vývoja, aby sa prežil, iného druhu alebo skupina. Najčastejšie sa to stane so skupinami, ktoré majú blízke vzťahy v rámci ekosystému.
Ako sa však čoskoro dozviete, môže sa to stať vzdialene príbuzným skupinám v dôsledku akéhosi „domino efektu“.
Základné princípy koevolúcie
Príklady interakcie predátora a koristi môžu osvetliť každodenné príklady koevolúcie, ktoré si na istej úrovni pravdepodobne uvedomujete, ale možno ste o nich aktívne neuvažovali.
Rastliny vs. zvieratá: Ak si rastlinný druh vytvorí novú obranu proti bylinožravcovi, napríklad tŕňom alebo jedovatým sekrétom, vyvolá to nový tlak na toho bylinožravca, aby vybral rôznych jedincov, napríklad rastliny, ktoré zostanú chutné a pripravené jedlý.
Na druhej strane, tieto novo vyhľadávané rastliny, ak majú prežiť, musia prekonať túto novú obranu; bylinožravce sa navyše môžu vyvinúť vďaka jedincom, u ktorých sa zistilo, že majú znaky, ktoré ich robia odolnými voči takejto obrane (napr. imunita voči príslušnému jedu).
Zvieratá vs. zvieratá: Ak sa obľúbená korisť daného živočíšneho druhu vyvinie novým spôsobom, ako uniknúť tomuto predátorovi, predátorovi musí zase vyvinúť nový spôsob, ako chytiť túto korisť alebo riskovať smrť, ak nenájde iný zdroj jedlo.
Napríklad, ak gepard nemôže dôsledne predbiehať gazely vo svojom ekosystéme, nakoniec zahynie od hladu; zároveň, ak gazely nemôžu prekonať gepardy, tiež zomrú.
Každý z týchto scenárov (druhý ostrejšie) predstavuje klasický príklad evolučných pretekov v zbrojení: Keď sa jeden druh vyvíja a nejakým spôsobom sa stáva silnejším alebo silnejším, musí druhý urobiť to isté alebo riskovať vyhynutie.
Je zrejmé, že daný druh môže byť len taký rýchly, že nakoniec niečo musí dať a jeden alebo viac zúčastnených druhov buď migruje z oblasti, ak je to možné, alebo odumrie.
- Dôležité: Všeobecná interakcia medzi organizmami v prostredí sama o sebe nezakladá prítomnosť koevolučného procesu; napokon takmer všetky organizmy na danom mieste nejakým spôsobom interagujú. Namiesto toho, aby mohol byť ustanovený príklad koevolúcie, musia existovať definitívne dôkazy o tom, že vývoj v jednej vyvolal vývoj v druhej a naopak.
Typy koevolúcie
Predátor-korisť koevolúcia vzťahu: Vzťahy dravec-korisť sú na celom svete univerzálne; dve už boli všeobecne opísané. Koevolúciu dravcov a koristi je tak ľahké vyhľadať a overiť takmer v akomkoľvek ekosystéme.
Gepardi a gazely sú možno najcitovanejším príkladom, zatiaľ čo vlci a karibu predstavujú iného v inej, oveľa chladnejšej časti sveta.
Koevolúcia konkurenčných druhov: V tomto type koevolúcie súperia viaceré organizmy o rovnaké zdroje. Tento druh koevolúcie sa dá overiť určitými zásahmi, ako je to v prípade mlokov vo Veľkých dymových horách na východe USA. Keď jeden Plethodon druh je odstránený, populácia toho druhého rastie a naopak.
Mutualistická koevolúcia: Dôležité je, že nie všetky formy koevolúcie musia byť nevyhnutne škodlivé pre jeden zo zúčastnených druhov. V mutualistic koevolúcia, organizmy, ktoré sa na niečo v jednom spoliehajú, sa vyvíjajú „spolu“ vďaka nevedomej spolupráci - akési neuvedomené rokovania alebo kompromisy. Je to zrejmé vo forme rastlín a hmyzu, ktorý tieto druhy rastlín opeľuje.
Koevolúcia parazita a hostiteľa: Keď parazit napadne hostiteľa, urobí to preto, lebo sa v tom čase vyhýbal obrane hostiteľa. Ale ak sa hostiteľ vyvíja takým spôsobom, aby nebol drasticky poškodený bez toho, aby parazita priamo „nevysťahoval“, je v hre spoločná evolúcia.
Príklady koevolúcie
Príklad troch druhov dravec-korisť: Semená šišky lóže v Skalistých horách jedia určité veveričky a krížniky (druh vtákov).
Niektoré oblasti, kde rastú borovice obyčajné, majú veveričky, ktoré môžu ľahko zjesť semená z úzkych šišiek (ktoré majú tendenciu mať viac semien), ale krížniky, ktoré nedokážu ľahko zjesť semená z úzkych šišiek, nedostávajú toľko jesť.
Ostatné oblasti majú iba krížence a tieto skupiny vtákov majú zvyčajne jeden z dvoch typov zobákov; vtáky s rovnejšími zobákmi ľahšie chytajú semená z úzkych kužeľov.
Biológovia voľne žijúcich živočíchov študujúcich tento ekosystém predpokladali, že ak sa stromy budú vyvíjať na základe miestnych predátorov, oblasti s vevericami by mali mať širšiu výťažnosť kužele, ktoré boli otvorenejšie s menším počtom semien, ktoré sa nachádzajú medzi váhami, zatiaľ čo oblasti s vtákmi mali mať väčšiu hrúbku (tj. byť odolné voči zobáku) šišky.
Ukázalo sa to presne tak.
Konkurenčné druhy: Určité motýle sa vyvinuli tak, aby chutili dravcom, aby sa im vyhýbali. To zvyšuje pravdepodobnosť iné konzumované motýle, čo zvyšuje formu selektívneho tlaku; tento tlak vedie k vývoju „mimikry“, v ktorej sa ďalšie motýle vyvíjajú tak, aby vyzerali ako tie, ktorým sa predátori naučili vyhýbať.
Ďalším konkurenčným druhovým príkladom je vývoj hada kráľovského, ktorý vyzerá takmer presne ako koralový had. Oba môžu byť agresívne voči iným hadom, ale koralový had je vysoko jedovatý a nie taký, v ktorom by ľudia chceli byť.
Je to skôr ako keby niekto nepoznal karate, ale mal reputáciu odborníka na bojové umenia.
Mutualizmus: Koevolúcia stromu ant-akácie v Južnej Amerike je archetypálnym príkladom mutualizmu spoločného života.
Na stromoch sa vyvinuli duté tŕne na ich základni, kde sa vylučuje nektár, čo pravdepodobne zabráni bylinožravcom jesť ju; Medzitým sa mravce v tejto oblasti vyvinuli tak, aby umiestnili svoje hniezda do týchto tŕňov, kde sa produkuje nektár, ale nepoškodili strom, okrem relatívne neškodného zlodejstva.
Koevolúcia hostiteľa a parazita: Chovné parazity sú vtáky, ktoré sa vyvinuli na kladenie vajíčok do hniezd iných vtákov. Potom sa vták, ktorý skutočne „vlastní“ hniezdo, zavinie starostlivosť o mláďatá. Toto poskytuje plodovým parazitom bezplatnú starostlivosť o deti a ponecháva im voľnosť venovať viac zdrojov na párenie a hľadanie potravy.
Hostiteľské vtáky sa však nakoniec vyvinú spôsobom, ktorý im umožní naučiť sa rozpoznávať, keď vtáčie mláďa nie je ich vlastné, a tiež sa podľa možnosti vyhnúť interakcii s parazitickými vtákmi.