11.4: تحديد الأنواع
- Page ID
- 191454
التعريف البيولوجي للأنواع، والذي يصلح للكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا، هو مجموعة من الأفراد الذين يتزاوجون فعليًا أو يحتمل أن يتزاوجوا. وفقًا لهذا التعريف، يتم تمييز أحد الأنواع عن الآخر من خلال إمكانية التزاوج بين الأفراد من كل نوع لإنتاج ذرية خصبة. هناك استثناءات لهذه القاعدة. تتشابه العديد من الأنواع بدرجة كافية بحيث يكون النسل الهجين ممكنًا وقد يحدث غالبًا في الطبيعة، ولكن بالنسبة لغالبية الأنواع، تنطبق هذه القاعدة بشكل عام. في الواقع، يشير وجود أنواع هجينة بين الأنواع المتشابهة إلى أنها ربما انحدرت من نوع تزاوج واحد وأن عملية الانتواع قد لا تكتمل بعد.
نظرًا للتنوع الاستثنائي للحياة على كوكب الأرض، يجب أن تكون هناك آليات للانتواع: تكوين نوعين من نوع أصلي واحد. تصور داروين هذه العملية كحدث فرعي ورسم تخطيطًا للعملية في الرسم التوضيحي الوحيد الموجود في حول أصل الأنواع (الشكل\(\PageIndex{1}\) أ). لكي يحدث الانتواع، يجب تكوين مجموعتين جديدتين من مجموعة أصلية واحدة، ويجب أن يتطوروا بطريقة تجعل من المستحيل على الأفراد من المجموعتين الجديدتين التزاوج. اقترح علماء الأحياء آليات يمكن من خلالها حدوث ذلك والتي تنقسم إلى فئتين عريضتين. يتضمن الانتواع التوزيعي، الذي يعني الأنواع في «الأوطان الأخرى»، الفصل الجغرافي للسكان عن الأنواع الأم والتطور اللاحق. يتضمن الانتواع المتعاطف، الذي يعني الانتواع في «نفس الوطن»، الانتواع الذي يحدث داخل الأنواع الأم مع البقاء في مكان واحد.
يعتقد علماء الأحياء أن أحداث الانتواع هي تقسيم أحد أنواع الأسلاف إلى نوعين سلفيين. لا يوجد سبب لعدم تشكل أكثر من نوعين في وقت واحد باستثناء أنه أقل احتمالًا ويمكن أيضًا تصور مثل هذه الأحداث المتعددة على أنها انقسامات فردية تحدث في وقت قريب.
تحديد الأنواع من خلال الفصل الجغرافي
تحتوي المجموعة السكانية المستمرة جغرافيًا على مجموعة جينية متجانسة نسبيًا. يعد تدفق الجينات، وهو حركة الأليلات عبر نطاق الأنواع، مجانيًا نسبيًا لأن الأفراد يمكنهم التحرك ثم التزاوج مع الأفراد في موقعهم الجديد. وبالتالي، فإن تردد الأليل في أحد طرفي التوزيع سيكون مشابهًا لتردد الأليل في الطرف الآخر. عندما تصبح المجموعات السكانية متقطعة جغرافيًا، يتم منع التدفق الحر للأليلات. عندما يستمر هذا الفصل لفترة من الوقت، تكون المجموعتان قادرتان على التطور على طول مسارات مختلفة. وهكذا، فإن ترددات الأليل الخاصة بها في العديد من المواقع الجينية تصبح تدريجيًا مختلفة أكثر فأكثر مع ظهور الأليلات الجديدة بشكل مستقل عن طريق الطفرة في كل مجموعة سكانية. عادةً ما تختلف الظروف البيئية، مثل المناخ والموارد والحيوانات المفترسة والمنافسين، للمجموعتين مما يؤدي إلى الانتقاء الطبيعي لصالح التكيفات المتباينة في كل مجموعة. كما ستؤدي التواريخ المختلفة للانحراف الجيني، المعززة لأن عدد السكان أصغر من السكان الأصليين، إلى الاختلاف.
إذا تم تخصيص الوقت الكافي، فمن المحتمل أن يؤثر الاختلاف الجيني والظاهري بين السكان على الشخصيات التي تؤثر على التكاثر بدرجة كافية بحيث لو تم جمع أفراد من المجموعتين معًا، فسيكون التزاوج أقل احتمالًا، أو في حالة حدوث التزاوج، سيكون النسل غير قابل للحياة أو عقيمًا. قد تؤثر العديد من أنواع الشخصيات المتباينة على العزلة الإنجابية (عدم القدرة على التزاوج) للمجموعتين. يمكن تقسيم آليات العزل التناسلي هذه إلى آليات ما قبل الزيجوت (تلك التي تعمل قبل الإخصاب) وآليات ما بعد الزيجوت (تلك التي تعمل بعد الإخصاب). تشمل آليات ما قبل الزيجوت السمات التي تسمح للأفراد بالعثور على بعضهم البعض، مثل توقيت التزاوج أو الحساسية للفيرومونات أو اختيار مواقع التزاوج. إذا كان الأفراد قادرين على مواجهة بعضهم البعض، فقد يمنع اختلاف الشخصية طقوس الخطوبة من أن تؤدي إلى التزاوج إما بسبب تغير تفضيلات الإناث أو تغير سلوكيات الذكور. قد تتداخل التغيرات الفسيولوجية مع الإخصاب الناجح إذا كان التزاوج ممكنًا. تشمل آليات ما بعد الزيجوت عدم التوافق الجيني الذي يمنع التطور السليم للنسل، أو إذا عاش النسل، فقد لا يتمكن من إنتاج الأمشاج القابلة للحياة بنفسه كما هو الحال في مثال البغل، والنسل العقيم لأنثى الحصان والحمار الذكر.
إذا تم جمع المجموعتين المعزولتين معًا وكان النسل الهجين الذي تشكل من التزاوج بين أفراد المجموعتين من السكان أقل قدرة على البقاء على قيد الحياة أو انخفاض الخصوبة، فإن الاختيار سيفضل الأفراد القادرين على التمييز بين زملائهم المحتملين من سكانهم. والسكان الآخرين. سيعزز هذا الاختيار العزلة الإنجابية.
يمكن أن يحدث عزل المجموعات السكانية التي تؤدي إلى الأنواع الجسرية بعدة طرق: من نهر يشكل فرعًا جديدًا، أو التعرية التي تشكل واديًا جديدًا، أو مجموعة من الكائنات الحية التي تسافر إلى موقع جديد دون القدرة على العودة، مثل البذور العائمة فوق المحيط إلى جزيرة. تعتمد طبيعة الفصل الجغرافي الضروري لعزل السكان كليًا على بيولوجيا الكائن الحي وقدرته على الانتشار. إذا استقرت مجموعتان من الحشرات الطائرة في وديان قريبة منفصلة، فمن المحتمل أن يطير أفراد من كل مجموعة ذهابًا وإيابًا، مما يؤدي إلى استمرار تدفق الجينات. ومع ذلك، إذا انقسمت مجموعتان من القوارض بسبب تكوين بحيرة جديدة، فسيكون من غير المحتمل استمرار تدفق الجينات؛ وبالتالي، سيكون الانتواع أكثر احتمالًا.
يقوم علماء الأحياء بتجميع العمليات التكافلية في فئتين. إذا انتقل عدد قليل من أعضاء الأنواع إلى منطقة جغرافية جديدة، فإن هذا يسمى التشتت. إذا نشأت حالة طبيعية لتقسيم الكائنات الحية جسديًا، فإن هذا يسمى بالتعاقب.
لقد وثق العلماء العديد من حالات الانتواع الجمعي التي تحدث. على سبيل المثال، على طول الساحل الغربي للولايات المتحدة، يوجد نوعان فرعيان منفصلان من البوم المرقط. تتميز البومة المرقطة الشمالية باختلافات جينية ومظهرية عن قريبها القريب، البومة المكسيكية المرقطة، التي تعيش في الجنوب (الشكل\(\PageIndex{2}\)). سبب انفصالهما الأولي غير واضح، ولكن ربما يكون السبب هو الأنهار الجليدية في العصر الجليدي التي تقسم المجموعة الأولية إلى قسمين. 1
بالإضافة إلى ذلك، وجد العلماء أنه كلما زادت المسافة بين مجموعتين كانتا في السابق من نفس النوع، زادت احتمالية حدوث الانتواع. يبدو هذا منطقيًا لأنه مع زيادة المسافة، من المحتمل أن تكون العوامل البيئية المختلفة أقل القواسم المشتركة من المواقع القريبة. تأمل البومة؛ في الشمال، المناخ أكثر برودة منه في الجنوب؛ تختلف الأنواع الأخرى من الكائنات الحية في كل نظام بيئي، وكذلك سلوكياتها وعاداتها؛ كما تختلف عادات الصيد وخيارات الفريسة للبوم في الجنوب عن تلك الشمالية. يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى اختلافات متطورة في البوم، ومع مرور الوقت من المحتمل أن يحدث الانتواع ما لم تتم استعادة تدفق الجينات بين المجموعات السكانية.
في بعض الحالات، تنتشر مجموعة من نوع واحد في جميع أنحاء المنطقة، ويجد كل منها مكانًا متميزًا أو موطنًا معزولًا. مع مرور الوقت، تؤدي المتطلبات المتنوعة لأنماط حياتهم الجديدة إلى أحداث انتواع متعددة تنشأ من نوع واحد، وهو ما يسمى بالإشعاع التكيفي. من نقطة المنشأ، تتطور العديد من التكيفات مما يؤدي إلى إشعاع الأنواع إلى عدة أنواع جديدة. توفر أرخبيلات الجزر مثل جزر هاواي سياقًا مثاليًا لأحداث الإشعاع التكيفي لأن المياه تحيط بكل جزيرة، مما يؤدي إلى العزلة الجغرافية للعديد من الكائنات الحية (الشكل\(\PageIndex{3}\)). يوضح زاحف العسل في هاواي أحد الأمثلة على الإشعاع التكيفي. من نوع واحد، يسمى النوع المؤسس، تطورت العديد من الأنواع، بما في ذلك الأنواع الثمانية الموضحة في الشكل\(\PageIndex{3}\).
لاحظ الاختلافات في مناقير الأنواع في الشكل\(\PageIndex{3}\). أدى التغيير في التباين الجيني للمناقير استجابة للانتقاء الطبيعي بناءً على مصادر غذائية محددة في كل موطن جديد إلى تطور منقار مختلف يناسب مصدر الغذاء المحدد. تحتوي الطيور الآكلة للفاكهة والبذور على مناقير أكثر سمكًا وقوة مناسبة لكسر المكسرات الصلبة. تمتلك الطيور التي تأكل الرحيق مناقير طويلة تغمسها في الزهور للوصول إلى رحيقها. تحتوي الطيور الآكلة للحشرات على مناقير تشبه السيوف، وهي مناسبة لطعن الحشرات وخزقها. تعتبر عصافير داروين مثالًا آخر تمت دراسته جيدًا للإشعاع التكيفي في الأرخبيل.
أنواع محددة بدون فصل جغرافي
هل يمكن أن يحدث الاختلاف إذا لم تكن هناك حواجز مادية لفصل الأفراد الذين يواصلون العيش والتكاثر في نفس الموطن؟ تم اقتراح ودراسة عدد من الآليات لانتقاء الأعراض.
يمكن أن يبدأ أحد أشكال أنواع الأعراض بخطأ كروموسومي أثناء الانقسام الاختزالي أو تكوين فرد هجين به عدد كبير جدًا من الكروموسومات. تعدد الصبغيات هو حالة تحتوي فيها الخلية أو الكائن الحي على مجموعة أو مجموعات إضافية من الكروموسومات. حدد العلماء نوعين رئيسيين من تعدد الصبغيات التي يمكن أن تؤدي إلى العزل التناسلي للفرد في حالة تعدد الصبغيات. في بعض الحالات، يكون لدى الفرد متعدد الصبغيات مجموعتين كاملتين أو أكثر من الكروموسومات من نوعه الخاص في حالة تسمى تعدد الصبغيات الذاتية (الشكل\(\PageIndex{4}\)). تعني البادئة «تلقائي» الذات، لذا فإن المصطلح يعني كروموسومات متعددة من النوع الخاص. ينتج تعدد الصبغيات عن خطأ في الانقسام الاختزالي حيث تنتقل جميع الكروموسومات إلى خلية واحدة بدلاً من الانفصال.
على سبيل المثال، إذا كانت الأنواع النباتية التي تحتوي على 2 n = 6 تنتج مشيجات ذاتية الصبغيات تكون أيضًا ثنائية الصبغيات (2 n = 6، عندما يجب أن تكون n = 3)، فإن الأمشاج تحتوي الآن على ضعف عدد الكروموسومات التي ينبغي أن تكون عليها. ستكون هذه الأمشاج الجديدة غير متوافقة مع الأمشاج العادية التي تنتجها هذه الأنواع النباتية. ولكن يمكنها إما التلقيح الذاتي أو التكاثر مع نباتات أخرى متعددة الصبغيات تحتوي على الأمشاج التي لها نفس رقم ثنائي الصبغيات. بهذه الطريقة، يمكن أن تحدث الانتواع المتعاطفة بسرعة عن طريق تكوين ذرية بحجم 4 n تسمى رباعي الصبغيات. سيتمكن هؤلاء الأفراد على الفور من التكاثر فقط مع أولئك من هذا النوع الجديد وليس مع أنواع الأجداد. يحدث الشكل الآخر من تعدد الصبغيات عندما يتكاثر أفراد من نوعين مختلفين لتشكيل ذرية قابلة للحياة تسمى ألوبوليبويد. تعني البادئة «allo» «أخرى» (الاستدعاء من alopatric)؛ لذلك، يحدث اللوبوليبويد عندما تتحد الأمشاج من نوعين مختلفين. \(\PageIndex{5}\)يوضح الشكل إحدى الطرق الممكنة التي يمكن أن يتشكل بها تعدد الصبغيات. لاحظي كيف يستغرق الأمر جيلين، أو عمليتين إنجابيتين، قبل ظهور نتائج الهجين الخصيب القابل للحياة.
الأشكال المزروعة من القمح والقطن ونباتات التبغ كلها من جميع البوليبويدات. على الرغم من أن تعدد الصبغيات يحدث أحيانًا في الحيوانات، إلا أن معظم التشوهات الكروموسومية في الحيوانات قاتلة؛ وهي تحدث بشكل أكثر شيوعًا في النباتات. اكتشف العلماء أن أكثر من نصف جميع الأنواع النباتية التي تمت دراستها تعود إلى الأنواع التي تطورت من خلال تعدد الصبغيات.
قد يحدث الانتواع المتعاطف أيضًا بطرق أخرى غير تعدد الصبغيات. على سبيل المثال، تخيل نوعًا من الأسماك التي تعيش في بحيرة. مع نمو السكان، نمت المنافسة على الغذاء أيضًا. تحت الضغط للعثور على الطعام، لنفترض أن مجموعة من هذه الأسماك لديها المرونة الجينية لاكتشاف مورد آخر والتغذية منه لم تستخدمه الأسماك الأخرى. ماذا لو تم العثور على مصدر الغذاء الجديد هذا على عمق مختلف من البحيرة؟ مع مرور الوقت، سيتفاعل أولئك الذين يتغذون على مصدر الغذاء الثاني مع بعضهم البعض أكثر من الأسماك الأخرى؛ لذلك سوف يتكاثرون معًا أيضًا. من المرجح أن يتصرف نسل هذه الأسماك كآبائهم ويتغذون ويعيشون في نفس المنطقة، مما يجعلهم منفصلين عن السكان الأصليين. إذا استمرت هذه المجموعة من الأسماك في البقاء منفصلة عن المجموعة الأولى، فقد تحدث في نهاية المطاف الأنواع العرضية مع تراكم المزيد من الاختلافات الجينية بينهما.
يحدث هذا السيناريو في الطبيعة، كما تفعل حالات أخرى تؤدي إلى العزلة الإنجابية. ومن بين هذه الأماكن بحيرة فيكتوريا في أفريقيا، التي تشتهر بالأنواع المتعاطفة من أسماك البلطي. لقد وجد الباحثون المئات من أحداث الأنواع المتعاطفة في هذه الأسماك، والتي لم تحدث فقط بأعداد كبيرة، ولكن أيضًا خلال فترة زمنية قصيرة. \(\PageIndex{6}\)يوضح الشكل هذا النوع من الأنواع بين أسماك السيشليد في نيكاراغوا. في هذه المنطقة، يعيش نوعان من البلطي في نفس الموقع الجغرافي؛ ومع ذلك، فقد أصبح لديهم أشكال مختلفة تسمح لهم بتناول مصادر غذائية مختلفة.
أخيرًا، حدث مثال موثق جيدًا على الانتواع المستمر للأعراض في ذبابة يرقات التفاح، Ragholetis pomonella، التي نشأت كمجموعة معزولة في وقت ما بعد إدخال التفاح إلى أمريكا الشمالية. تتغذى المجموعة الأصلية من الذباب على أنواع الزعرور وهي خاصة بالمضيف: فهي تصيب أشجار الزعرور فقط. والأهم من ذلك أنها تستخدم الأشجار كموقع للقاء للتزاوج. يُفترض أنه إما من خلال طفرة أو خطأ سلوكي، قفز الذباب على المضيفين والتقى وتزاوج في أشجار التفاح، ثم وضع بيضه في فاكهة التفاح. نضجت النسل وحافظت على تفضيلها لأشجار التفاح مما أدى إلى تقسيم السكان الأصليين بشكل فعال إلى مجموعتين جديدتين تفصل بينهما الأنواع المضيفة، وليس حسب الجغرافيا. حدثت قفزة المضيف في القرن التاسع عشر، ولكن هناك الآن اختلافات قابلة للقياس بين مجموعتي الذباب. يبدو من المحتمل أن خصوصية المضيف للطفيليات بشكل عام هي سبب شائع لانتواع الأعراض.
ملخص القسم
يحدث الانتواع على طول مسارين رئيسيين: الفصل الجغرافي (الانتواع التكافلي) ومن خلال الآليات التي تحدث داخل موطن مشترك (الأنواع المتعاطفة). يفرض كلا المسارين العزلة الإنجابية بين السكان. يمكن أن تحدث الأنواع المتعاطفة من خلال الأخطاء في الانقسام الاختزالي التي تشكل الأمشاج ذات الكروموسومات الإضافية، والتي تسمى تعدد الصبغيات. يحدث تعدد الصبغيات الذاتية داخل نوع واحد، بينما يحدث تعدد الصبغيات بسبب التزاوج بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة. بمجرد عزل السكان، يمكن أن يحدث الاختلاف التطوري مما يؤدي إلى تطور سمات العزل التناسلي التي تمنع التهجين في حالة اجتماع المجموعتين مرة أخرى. من المتوقع أن يؤدي انخفاض صلاحية النسل الهجين بعد فترة من العزلة إلى اختيار آليات عزل متأصلة أقوى.
الحواشي
- 1 كورتني، S.P.، وآخرون، «التقييم العلمي لحالة البومة الشمالية المرقطة»، معهد النظم البيئية المستدامة (2004)، بورتلاند، أوريغون.
مسرد المصطلحات
- الإشعاع التكيفي
- نوع من الأنواع عندما يشع أحد الأنواع ليشكل عدة أنواع أخرى
- الأنواع التخيصية
- نوع يحدث عبر فصل جغرافي
- تشتيت
- نوع من أنواع الكائنات الحية يحدث عندما ينتقل عدد قليل من أعضاء الأنواع إلى منطقة جغرافية جديدة
- أنواع جديدة
- تشكيل نوع جديد
- مواصفات متعاطفة
- نوع يحدث في نفس المساحة الجغرافية
- تنافر
- نوع من أنواع الكائنات الحية يحدث عندما يفصل شيء ما في البيئة الكائنات الحية من نفس النوع إلى مجموعات منفصلة