If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Видове и видообразуване

Какво определя един вид. Как нови видове могат да възникнат от съществуващи видове.

Основни идеи

  • Според концепцията за биологичните видове организмите принадлежат към един и същи вид, ако могат да се размножават помежду си и да произведат жизнеспособно поколение, способно да се възпроизвежда.
  • Видовете са разделени един от друг от презиготни и следзиготни бариери, които осуетяват чифтосването или създаването на жизнеспособно поколение, способно да се възпроизвежда.
  • Видообразуването е процесът, чрез който се образуват нови видове. Той се случва, когато групи в един вид станат репродуктивно изолирани и се раздалечат.
  • При алопатричното видообразуване групи от предшественическа популация еволюират в отделни видове поради период на географско разделение.
  • При симпатрично видообразуване групи от една и съща предшественическа популация еволюират в отделни видове без никакво географско разделение.

Въведение

В някаква степен представата за биологичен вид е доста интуитивна. Не трябва да си зоолог, за да класифицираш организми като хора, гигантски панди или слънчогледи в отделни групи въз основа на външния им вид. Този модел върши добра работа, когато въпросните видове изглеждат много различни един от друг. Вероятно няма да сбъркаш панда със слънчоглед – освен ако наистина не ти трябват очилата ти!
Но когато стигнем до основата, какво всъщност прави един вид вид? Огранизми, които изглеждат еднакви, често принадлежат към един и същи вид, но това не винаги е така. Аз, например, не мога да различа африкански рибояд и плешив орел от снимките по-долу. Но всъщност те са различни видове.
Някои видове изглеждат подобни. Наример африканският рибояд и плешивият орел са различни видове, но изглеждат много подобно.
Изображение: модифицирано от Formation of new species: Figure 2 by OpenStax College, Biology CC BY 4.0
От друга страна, организми, които принадлежат на един и същи вид, могат да изглеждат много различно едни от други. Например кучетата имат всякакви форми и размери – от малки чихуахуа до големи гигантски догове – но всички те принадлежат към един и същи вид: Canis familiaris, одомашненото куче.
Отделни индивиди, принадлежащи към един и същи вид, могат да варират по физическия си външен вид. Например гигантският немски дог и чихуахуато принадлежат към един и същи вид, одомашненото куче, но първият е много по-голям от втория.
Изображение: Big and little dog by Ellen Levy Finch, CC BY-SA 3.0
Ако външният вид не дефинира надеждно един вид, тогава какво го дефинира? За повечето еукариотни организми – като животни, растения и гъби – учените по принцип дефинират един вид въз основа на репродуктивната съвместимост. Тоест организмите се приемат за членове на един и същи вид, ако могат успешно да се възпроизведат помежду си.
В тази статия ще проучим в повече подробности как се дефинират видовете. Също ще разгледаме видообразуването – процесът, при който възникват нови видове.

Концепцията за биологичните видове

Според най-широко използваната дефициния за вид, концепцията за биологичните видове, видът е група организми, които могат потенциално да се възпроизведат, или размножат, един с друг, за да произведат жизнеспособно поколение, което може да се възпроизвежда.
При това определение членовете на един и същи вид трябва да имат потенциала да се размножат помежду си. Но това не означава, че трябва да са част от една и съща размножаваща се група в реалния живот. Например куче, което живее в Австралия, и куче, което живее в Африка, е слабо вероятно да се срещнат, но могат да имат кученца, ако се срещнат.
За да се приеме за отделен вид в концепцията за биологичния вид, група организми трябва да създават здраво, фертилно поколение, когато се размножават помежду си. В някои случаи организми от различни видове могат да се сношават и да произведат здраво поколение, но поколението е инфертилно, не може да се възпроизвежда.
Например когато женски кон и мъжко магаре се сношат, те произвеждат хибридно поколение, наречено муле. Въпреки че едно муле, снимано по-долу, е напълно здраво и може да доживее до дълбока старост, то е инфертилно и не може да има собствено поколение. Поради това приемаме конете и магаретата за отделни видове.
Хибридите са поколение на два вида. Мулето е хибридно поколение на женски кон и мъжко магаре. Понеже мулетата са стерилни, те не се класифицират като отделен вид.
Изображение: Juancito by Dario u, public domain
Концепцията за биологичния вид свързва идеята за вид с процеса на еволюция. Понеже членовете на един вид могат да се размножават помежду си, видът като цяло има общ генетичен басейн, сбор от генни вариации.
От друга страна, между различни видове не се обменят гени. Дори ако организми от различни видове комбинират своите ДНК, за да произведат поколение, поколението ще е стерилно, неспособно да предаде гените си. Поради този ограничен генетичен поток, всеки вид еволюира като група, разграничена от други видове.

Какво разграничава видовете?

Концепцията за биологичния вид дефинира организмите като биващи, или не биващи, от един и същи вид въз основа на това дали могат да се размножават помежду си, за да произведат поколение, годно да се възпроизвежда. Но защо различните видове не могат успешно да се размножават помежду си? Този въпрос може да изглежда глупав за много различни видове (като растение и животно), но за други, като коня и магарето по-горе, е много по-неочевиден.
Най-общо казано, различните видове не могат да се възпроизведат и да произведат здраво, фертилно поколение поради бариери, наречени механизми на репродуктивна изолация.
Тези бариери могат да бъдат разделени на две категории въз основа на това кога действат: презиготни или следзиготни.

Презиготни бариери

Презиготните бариери не позволяват на членовете на различни видове да се сношават, за да произведат зигота, едноклетъчен ембрион. Някои примерни сценарии са посочени по-долу:
  • Два вида може да предпочитат различни местообитания и следователно да е слабо вероятно да се срещнат един с друг. Това се нарича географска изолация.
  • Два вида може да се възпроизвеждат при различни времена на деня или годината и следователно да е слабо вероятно да се срещнат, когато търсят партньор. Това се нарича времева изолация.
  • Два вида може да имат различни поведения на ухажване или предпочитания за партньор и следователно да се намират за "непривлекателни". Това е познато като поведенческа изолация.
  • Два вида може да произвеждат яйцеклетки и сперматозоиди, които не могат да се комбинират при размножаване, дори ако се срещнат чрез сношаване. Това е познато като гаметна изолация.
  • Два вида може да имат тела или репродуктивни структури, които не пасват едни на други. Това се нарича механична изолация.
Всичко това са примери за презиготни бариери, понеже предотвратяват формирането на хибридна зигота.

Следзиготни бариери

Следзиготните бариери не позволяват хибридните зиготи – едноклетъчни ембриони с родители от два различни вида – да се развият в здрави, фертилни възрастни. Следзиготните бариери често са свързани със смесения набор от хромозоми на хибридния ембрион, които може да не се съчетават правилно или да не носят пълен набор информация.
В някои случаи хромозомното несъвпадане е летално за ембриона или води до индивид, който може да оцелее, но не е здрав. В други случаи един хибрид може да оцелее до зряла възраст в добро здраве, но е инфертилен, понеже не може да раздели несъвпадащите си хромозоми равномерно в яйцеклетки и сперматозоиди. Например този вид несъвпадане обяснява защо мулетата са стерилни, неспособни да се възпроизведат4.
Презиготните и следзиготните бариери не само държат видовете разграничени, но също играят роля в образуването на нови видове, както ще видим после.

Как възникват нови видове?

Нови видове възникват чрез процес, наречен видообразуване. При видообразуването видът предшественик се разделя на два или повече потомствени вида, които са генетично различни един от друг и повече не могат да се размножават помежду си.
Дарвин визуализирал видообразуването като събитие на разклоняване. Всъщност той го сметнал за толкова важно, че го изобразил в единствената илюстрация в известната си книга, За произхода на видовете, по-долу вляво. Модерно представяне на идеята на Дарвин е показано в еволюционното дърво на слоновете и техните роднини, по-долу вдясно, което реконструира събитията на видообразуването по време на еволюцията на тази група.
Изображение: Formation of new species: Figure 3 by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
За да се случи видообразуване, две нови популации трябва да бъдат образувани от една оригинална популация и те трябва да еволюират по такъв начин, че да стане невъзможно за индивиди от двете нови популации да се размножават помежду си. Биолозите често разделят начините, по които видообразуването може да се проведе, на две широки категории:
  • Алопатрично видообразуване – ало означава друг, а патрично означава родна земя – включва географско разделение на популациите от родителския вид и последстваща еволюция.
  • Симпатрично видообразуване – сим означава един и същ, а патрично означава родна земя – включва видообразуване, което протича в родителски вид, оставащ на едно и също местоположение.
Нека разгледаме по-отблизо тези видове видообразуване и как работят.

Алопатрично видообразуване

При алопатричното видообразуване организми от един вид-предшественик еволюират в два или повече вида-наследници след период на физическо разделение, причинен от географска бариера като планина, скално свличане или река.
Понякога бариери като поток лава, например, разделят популациите, като променят релефа. Друг път популациите биват разделени след като някои членове пресекат предварително съществуваща бариера. Например членове на континентална популация може да бъдат изолирани на остров, ако преплават на останки.
След като групите бъдат репродуктивно изолирани, те може да преминат през генетична дивергенция. Тоест те постепенно започват да стават все по- и по-различни в генетичния си състав и наследствени характеристики в течение на много поколения. Генетичната дивергенция се случва поради естествения отбор, който може да благоприятства различни черти във всяка околна среда, и други еволюционни сили, като генетичен дрейф.
Докато се раздалечават, групите може да еволюират черти, които действат като презиготни и/или следзиготни бариери за възпроизвеждането. Например ако едната група еволюира до голям размер на тялото, а другата еволюира до малък размер на тялото, организмите може да не са физически способни да се сношат – презиготна бариера – ако популациите отново се свържат.
Ако репродуктивните бариери, които са възникнали, са силни – ефективно предотвратяват потока на гените – групите ще продължат да еволюират по различни пътища. Тоест те няма да обменят гени едни с други, дори ако географската бариера бъде премахната. В този момент групите могат да се приемат за отделни видове.

Проучване на случай: катерици и Гранд Каньон

Гранд Каньон постепенно бил изваян от река Колорадо в течение на милиони години. Преди да се образува той областта била обитавана от само един вид катерица. Със задълбочаването на каньона с времето ставало все по-трудно за катериците да преминават между северната и южната страна.
Гранд Каньон в Аризона бил постепенно изваян от река Колорадо в течение на милиони години. След нарастването на неговата дълбочина той се превърнал в географска бариера за популациите на катерицата от двете страни. Два вида катерици еволюирали като резултат от алопатрично видообразуване.
Изображение: Toroweap sunrise by John Fowler, CC BY 2.0
В крайна сметка каньонът станал твърде голям, че катериците да могат да го пресекат, и от всяка от двете му страни останали изолирани подгрупи катерици. Понеже катериците от северната и южната страни били репродуктивно изолирани една от друга заради голямата бариера на каньона, те в крайна сметка се раздалечили, за да образуват различни видове5.
Антилоповият лалугер на Харис е вид катерица, еволюирала от южната страна на Гранд Каньон в резултат от алопатрично видообразуване.
Белоопашатият антилопен лалугер еволюирал от северната страна на Гранд Каньон в резултат на алопатрично видообразуване.
Изображение: вляво, изображение от Ammospermophilus harrisii by Ryan Johnston, CC BY 2.0; вдясно, изображение от Ammospermophilus leucurus by Jarek Tuszynski, CC BY-SA 3.0

Симпатрично видообразуване

При симпатричното видообразуване организми от един и същи предшественически вид стават репродуктивно изолирани и се разклоняват без физическо разделение.
В началото тази идея може да изглежда странна, особено след като сме мислили за алопатричното видообразуване. Защо биха спрели да се размножават помежду си групи организми в една популация, когато все още живеят на едно и също място?
Има няколко начина, по които може да се случи симпатричното видообразуване. Но един механизъм, който е доста често срещат – при растенията! – включва грешки в разделянето на хромозомите по време на клетъчното делене. Да разгледаме този процес по-отблизо.

Полиплоидия

Полиплоидия е състоянието на наличие на повече от два пълни набора хромозоми. За разлика от хората и други животни, растенията често са толерантни към промени в броя на хромозомните си набори и по-големият брой хромозомни набори, напр. полиплоидията, може да е незабавна рецепта за симпатрично видообразуване при растенията.
Как може полиплоидията да доведе до видообразуване? Например, нека помислим за случая, в който едно тетраплоидно растение – 4n, т.е. има четири хромозомни набора – изведнъж се появи в диплоидна популация – 2n, има два хромозомни набора.
Такова тетраплоидно растение може да възникне, ако грешки в разделението на хромозомите при мейоза произведат диплоидна яйцеклетка и диплоиден сперматозоид, които се срещнат, за да образуват тетраплоидна зигота. Този процес е показан в обща схема по-долу, но ако искаш да знаеш повече как могат да се случат грешките при разделяне, можеш да научиш повече в статията неразделяне.
Изображение: модифицирано от Polyploidization by Ilmari Karonen, public domain
Когато тетраплоидното растение узрява, то ще произведе диплоидни, 2n, яйцеклетки и сперматозоиди. Тези яйцеклетки и сперматозоиди могат лесно да се комбинират с други диплоидни яйцеклетки и сперматозоиди чрез самооплождане, което е често при растенията, за да произведат повече тетраплоиди.
От друга страна, диплоидните яйцеклетки и сперматозоиди може да се комбинират (или да не се) ефикасно с хаплоидните, 1n, яйцеклетки и сперматозоиди от родителския вид. Дори ако диплоидните и хаплоидните гамети се съберат, за да образуват триплоидно растение с три хромозомни набора, това растение вероятно ще е стерилно, понеже неговите три хромозомни набора не биха могли да се съчетаят правилно по време на мейоза.
Изображение: модифицирано от Polyploidization by Ilmari Karonen, public domain
Понеже тетраплоидните растения и диплоидния вид, от който те произхождат, не могат да произведат фертилно поколение заедно, ги приемаме за два отделни вида. Това означава, че видообразуването е протекло само след едно-единствено поколение!
Видообразуването чрез полиплоидия е често срещано при растения, но рядко при животните. Като цяло, животинските видове е много по-малко вероятно да толерират промени в плоидията. Например човешките ембриони, които са триплоидни или тетраплоидни, са нежизнеспособни – не могат да оцелеят.

Симпатрично видообразуване без полиплоидия

Може ли симпатричното видообразуване, видообразуване без географски разделения, да протече чрез механизми, различни от полиплоидията? Има несъгласие около това колко важен или често срещан механизъм е това, но отговорът изглежда е да, поне в някои случаи. Например симпатричното видообразуване може да протече, когато подгрупи в една популация използват различни местообитания или ресурси, въпреки че тези местообитания или ресурси са в една и съща географска област.
Един класически пример е Северноамериканската ябълчна мушица. Както подксазва самото ѝ име, Северноамериканската ябълчна мушица, като тази, показана на снимката по-долу, може да се храни и сношава на ябълкови дървета. Оригиналното гостоприемническо растение на тези мушички е било глогът. Чак след като европейските заселници пренесли в Америка ябълковите дървета преди около 200 години, някои мушици от популацията започнали да експлоатират ябълките като източник на храна6,7
Смята се, че Ябълчната мушица че е еволюирала чрез симпатрично видообразуване от предшественика си, Северноамериканската мушица. Това е пример за симпатрично видообразуване чрез диференциация на местообитанието: ябълчните мушици започнали да предпочитат ябълковите дървета като гостоприемници, докато предшествениците им използвали глог.
Изображение: Rhagoletis pomonella.jpg by Joseph Berger, CC BY 3.0
Мушиците, които били родени на ябълки, по принцип се хранели с ябълки и се сношавали с други мушици на ябълки, докато мушиците, родени на глог, по принцип по подобен начин се придържали към глога7. По този начин популацията била разделена на практика на две групи с ограничен генен обмен между тях, въпреки че нямало причина ябълчна мушица да не може да прелети до глог, или обратно.
С времето популацията се разклонила на две генетично разграничени групи с адаптации, характеристики, произлизащи от естествения отбор, които били специфични за ябълчните и глоговите мушици. Например ябълчните и глоговите мушици се появяват в различно време през годината и тази генно специфицирана разлика ги синхронизира с датата на появата на плода, върху който живеят8,9.
Пак се наблюдава известно размножаване между ябълково-специализираните мушици и глогово-специализираните мушици, така че те още не са отделни видове. Но много учени мислят, че това е случай на симпатрично видообразуване в действие.

Обобщение

Концепцията за биологичния вид дефинира вида като група индивиди, живеещи в една или повече популации, които могат потенциално да се възпроизведат, за да произведат здраво, фертилно поколение. Съществуват други концепции за видове, които са по-подхядащи при някои видове организми.
Видовете се разграничават един от друг чрез презиготни и следзиготни бариери. Тези бариери не позволяват на организмите от различни видове да се сношават, за да произведат фертилно поколение, действайки преди и след образуването на зиготата, съответно. Тези бариери поддържат репродуктивната изолация на видовете.
Нови видове се образуват чрез видообразуване, при което предшественическа популация се разделя на две или повече генетично различни потомствени популации. Видообразуването включва репродуктивна изолация на групи в оригиналната популация и натрупване на генетични разлики между двете групи.
При алопатричното видообразуване групите стават репродуктивно изолирани и се раздалечават поради географска бариера. При симпатричното видообразуване репродуктивната изолация и раздалечение се образуват без географски бариери – например чрез полиплоидия.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.