U samo 15 godina života na otocima gekti su se prilagodili hranjenju na većem plijenu • Sergey Lysenkov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Evolucija, zoologija

U samo 15 godina života na otocima, gekti su se prilagodili hranjenju veće plijena.

Sl. 1. Olovni Gecko Gymnodactylus amarali, Fotografija © Guilherme Santoro iz popularne sinopsis na raspravljeni članak na web stranici časopisa znanost

Proučavanje guštera u Brazilu na otocima nastalim tijekom stvaranja rezervoara pokazalo je da se procesi koji se u ovom slučaju predviđaju evolucijskom ekologijom mogu vrlo brzo dogoditi. U samo nekoliko godina, neke vrste guštera su izumrle, a jedan od preostalih, gola-stopala gecko Gymnodactylus amaraliizlazeći iz tiska konkurenata, počeli su uključivati ​​u njegovu prehranu veći plijen. Istodobno, povećana je relativna veličina glave otoka gekata, što se može objasniti odabirom za učinkovitije lov na velike termite. Ove su promjene došle nezavisno jedna od druge u svim istraživanim populacijama otoka izoliranih jedni od drugih.

Iako je evolucija povezana s mnogim sporim promjenama koje traju tisuće i milijune godina, u posljednjim desetljećima mnogi primjeri brzog razvoja postali su poznati biologima, kako u eksperimentu tako iu prirodi. Podjela na tzv. Ekološko i evolucijsko vrijeme ušla je u povijest. Prije toga, biolozi vjerovali su da se s vremena na vrijeme mjereno godinama, pa čak i stoljećima, možemo zanemariti moguće evolucijske reakcije organizama na promjene u okolišu."Ekološko vrijeme", tijekom kojega je stanovništvo zapravo ostalo nepromijenjeno, prilagođavajući se novim uvjetima bez sudjelovanja prirodne selekcije, protivi se duljem "evolucijskom vremenu" u kojem se stanovništvo ne može smatrati nepromijenjenim.

Konkretno, klasični modeli koji opisuju odnos populacija – predacija ili natjecanje – ne uzimaju u obzir moguću zajedničku evoluciju. Sada se brza evolucija smatra jednim od načina prilagodbe populacija stalnim promjenama uvjeta (vidi Evolucijski i ekološki procesi mogu se pojaviti jednako brzo i utjecati jedni na druge, "Elementi", 02.08.2011.). O tome kako je indikativno za ove slučajeve izravnog promatranja evolucije, čak i sada kreacionisti prepoznaju mikroevoluciju – promjene u organizmima koji ne prelaze određene granice (razumijevanje ih prilično široko, ali to je, kako kažu, sasvim drugačija priča).

Često se takva brza evolucija pokreću antropogenim promjenama u okolišu. Ovdje se možemo sjetiti prvog slučaja direktnog promatranja djelovanja prirodne selekcije.Krajem 19. stoljeća, engleski evolucijski biolog Raphael Weldon (W. F. R. Weldon) objavio je rezultate svojih dugogodišnjih istraživanja rakova. Carcinus maenas u luci Plymouth. Ustanovio je da se nakon izgradnje mola prosječna širina glave rakova počela lagano smanjivati. Pokazalo se da je luka počela mulj zbog mola, a mulj se konstantno podigao u vodeni stup sa propelerima brodova. "Široki" rakovi trpe više od onečišćenja škrga s muljem. Zbog toga je njihova smrtnost postala veća od onih "uskih", što je dovelo do postupne promjene morfologije u toj populaciji (vidi J. A. Harris, 1911. Mjerenje prirodnog odabira).

U evolucijskoj ekologiji dobro su proučeni postupci koji se pojavljuju kod životinjskih vrsta koje pada s velikih masivnih površina na otoke. Izolacija i smanjenje raspoloživog teritorija uzrokuje izumiranje dijela vrste, ali istodobno se ekološke niše proširuju zbog gubitka konkurencije. No ti su zaključci uglavnom temeljeni na usporedbi suvremenih fauna, bez promatranja dinamike procesa.

Američka-brazilska skupina znanstvenika, koja uključuje Thomasa Schönera (Thomas W. Schoener) – autorica članka o spomenutoj vijesti Alexey Gilyarov – uspjela je vidjeti inicijalnu fazu promjene morfologije geckosa nastalih formiranjem otoka na mjestu nekadašnjeg jedinstvenog teritorija.Godine 1996. izgrađena je brana u brazilskoj državi Goiás za hidroelektranu Serra da Mesa. Od 1996. do 1998. godine potopljeno je 170.000 hektara južnoameričke savannas serrado, jednog od svjetskih centara za biološku raznolikost. Bivše visine pretvorile su se u 290 otoka, na kojima su očuvani dijelovi izvornog ekosustava. Kao što se i očekivalo, mnoge su od njih izumrle – osobito velike guštere koje su zahtijevale veliko područje. Petnaest godina kasnije, 2011. godine, najčešći tip guštera na novoizgrađenim otocima bio je golim gusjenicama koje jede termiti. Gymnodactylus amarali (Slika 1). Na njemu, istraživači su zaustavili njihovu pozornost, prikupljajući podatke o prehrani i veličini.

Prema hipotezi autora, nakon raspuštanja natjecanja, ove gušteri trebale su proširiti raspon hrane zbog većih termita, što bi trebalo dovesti do povećanja veličine glave. Autori su smatrali da se vjerojatno neće prebaciti na drugu hranu u tim specijaliziranim životinjama (sve vrste gnijezdišnih gnijezda hrane se gotovo isključivo na termitima), ali uključivanje većeg plijena u krmivu trebalo je podržati odabirom, jer to pomaže da brzo dobije potrebne hranjive tvari i energiju.Povećanje glave, a ne čitavo tijelo, povećalo bi potrošnju energije bez značajnog povećanja potreba – inače ne bi moglo biti nikakvih dobitaka od konzumiranja velikih insekata. Osim toga, četiri od šest izumrle vrste guštera na otocima (ali sačuvane na Velikoj Zemlji) koje su hranjene termitima bile su veće od Gymnodactylus amarali, i zato konzumiraju veće termite. Dakle, nakon njihovog nestanka, veliki termiti trebali su postati dostupnija. (Još dvije istrijebljene vrste hraneći se spiderima i orthopteranima.)

Godine 2011. autori su sakupili gecko na pet otoka (jedan od njih povremeno je bio povezan s Velikom Zemljom, dok je ostatak konačno izgubio kontakt 1998) i pet najbližih točaka na obali spremnika (Slika 2).

Sl. 2. S lijeve strane: rezervoar Serra da Mesa nalazi se u sjevernom Goiasu. Desno: mjesta za lov gekata na obali spremnika (M1-M5) i na otocima (I34, I35, I37, I38, IX). Otok IX bio je povremeno povezan s Velikom Zemljom, kada je razina vode u rezervoaru pala. Karta dodatnih materijala za članak u raspravama u PNAS

Sadržaj želuca ulovljenih guštera detaljno je istražen određivanjem veličine svih termita koji su ih pojeli.Kao mjera širine ekološke niše u smislu proizvodnje, autori su koristili inverzni Simpsonov indeks raznolikosti (Inverse Simpsonov indeks):

\ [B = \ dfrac % {\ sum \ limits_ {i = 1} ^ n p_i ^ 2}. \

ovdje pja – udio svakog od njih n veličine klase pojede termiti. Ovaj se indeks kreće od 1 do n, a što je više, to je raznolikiji način prehrane gekozima. Analiza je obuhvatila podatke sa samo tri otoka i tri točke na kopnu, budući da su se u četvrtom mjestu pronašli premali termiti u trbuhu guštera.

Kao što se ispostavilo, u otočnoj populaciji, prosječan broj dijeta je doista nešto veći od onoga od kopnenih guštera: 3,74 nasuprot 2,38. Međutim, je li ova razlika značajna je otvoreno pitanje: u ovom slučaju postoji neka "statistička mračnost" u članku. Je li razlika značajna ili ne (vidi Statistički značenje)? Autori tvrde da da, navodeći rje vrijednost od 3,3%. Sjetite se da u ovom slučaju r-vrijednost (rvrijednost) je vjerojatnost slučajne pojave (zbog neuspješnog uzorkovanja geckosa) iste ili čak veće razlike u prosječnim vrijednostima, pod uvjetom da je širina niša na otocima i na kopnu zapravo jednaka (to se može dogoditi zbogda će se prosječne vrijednosti u nekoliko uzoraka iste grupe vjerojatno razlikovati – na primjer, prosječna visina nekoliko uzoraka učenika razreda će se razlikovati od uzorka do uzorka). U biologiji (kao iu većini drugih znanosti primjenom matematičke statistike) smatra se postojeća razlika između dvaju skupova vrijednosti (koji se istražuju na temelju uzorka podataka iz svakog skupa) r– vrijednost manja od 5%.

No, u ovom su slučaju autori primijenili jednostrani kriterij koji izračunava tu vjerojatnost, temeljenu na pretpostavci da je razlika, ako postoji, samo u jednoj od stranaka. Takvi kriteriji ne bi se trebali primjenjivati, osim ako svjesno ne očekujte odstupanja od jedne od stranaka (adekvatni primjeri su vrlo teško dati, ali, na primjer, ako uspoređujete rast mladih muškaraca i odraslih, tada ne možete čekati da se s godinama smanji). Iako autori nisu predvidjeli moguće smanjenje širine prehrane na otocima (i time objašnjavaju izbor jednostranog kriterija – unatoč činjenici da u svim drugim slučajevima koriste bilateralne), ta se mogućnost ne može odmah odbaciti (više o pojedinačnim i bilateralnim kriterijima, vidi P-vrijednost s jednostrukim ili dvostrukim oblicima).Očigledno, odabrali su taj kriterij, jer to daje prikladniji dvostrani kriterij r– vrijednost od 6,6%, što je iznad kritične razine značaja.

Ipak, navodit ću nekoliko argumenata za obranu tvrdnje autora. Iz tablice navedenog u članku jasno je da je najmanja prosječna širina niše na otocima veća od najveće populacije na moru (3,160 prema 2,917). Osim toga, "Bog voli 0,06 gotovo jednako 0,05" (poznati citat koji opisuje konvencionalnost izabrane kritične razine, od R. Rosnow, R. Rosenthal, 1989. psihološka znanost), a sada postoji tendencija korištenja glatkoće značaja, a ne strogog odvajanja duž granice od 5%. U najmanju ruku, to je zbog činjenice da mnogi istraživači koji ne razumiju osnove statistike nastoje privući kuglu ili krivcu. "p U ovom slučaju, 6,6% ukazuje na tzv. "Marginalno značenje". Imajte na umu da je otac biološke statistike, Ronald Fisher, zvao samo za "5%" (to se naziva p-sjeckanje) glatka ljestvica.

Srećom, ostali članci rezultati bolje su utemeljeni. Kao što se ispostavilo, s istim dimenzijama (mjereno kao duljina od vrha nosa do cloaca – repa, kao previše promjenjiva,(Slika 3, A), a glave su bile relativno veće (Slika 3, B, veličina glave određena je kao udaljenost od vrha nosa do bubnjića). Imajte na umu da je iz grafikona na sl. 3, vidljivo je da u otočnim gekozima prosječna veličina jesti termita često prelazi one od obalnih – što opet govori u prilog činjenici da su doista proširili svoju prehranu. Osim toga, kao što se ispostavilo, veličina glave pojedinih guštera pozitivno korelira s prosječnom veličinom termita u njihovoj prehrani.

Sl. 3. Ovisnost prosječne duljine pojedenih termita () i duljinu glave () na duljinu tijela (SVL) u geckosu na otocima (bijele točkice) i na kopnu (crne točkice). svaki točka označava pojedinca. Sve su vrijednosti u milimetrima. Slika iz raspravljanog članka u PNAS

Još više očigledni su rezultati ne za pojedinačne pojedince već za odstupanje odnosa duljine glave do duljine tijela od srednje vrijednosti za pojedine populacije (slika 4): jasno je da je taj omjer manji u svim obalnim populacijama nego u svim otočnim populacijama. U ovom slučaju, najbliži obalnom stanovništvu je otok IX,koja se povremeno povezuje s Velikom Zemljom, pa se gecko na njemu mogao sudariti s natjecateljima i preklinjivati ​​s predstavnicima obalnog stanovništva.

Sl. 4. Srednja devijacija omjera duljine glave do duljine tijela od ukupnog prosjeka (dobivenih za sve ispitane pojedince) u geckosima za sve ispitane populacije s otoka (crne stupce) i kopno (sivi stupci). Slika iz raspravljanog članka u PNAS

Dakle, izolacija, očigledno, doista dovela do širenja raspona veličine koju konzumiraju gecko. To je uzrokovalo njihov evolucijski odgovor u obliku promjene morfologije – povećanja relativne veličine glave – što im je omogućilo da učinkovitije konzumiraju velike termite koji su postali dostupni. Važno je da dok ne izgube sposobnost jesti male. I iako bi otočni gekti trebali radije hraniti velikim plijenom (ta će prednost ponovo biti poduprta selekcijom, jer povećava učinkovitost lovstva), dijeta za kratko vrijeme, koja odražava sadržaj želuca, može se individualizirati za pojedince. Ovo se može vidjeti iz Sl.3, A: mali gušteri ne plijene na velikim termitima (možda zato što to ne mogu učinkovito učiniti), dok velike jesti termiti svih veličina.

Što bi moglo biti alternativna objašnjenja za promatrane promjene? Prvo se može pretpostaviti da su razlike u veličini glava bile u gušterima prije formiranja rezervoara. Međutim, to je malo vjerojatno: u to vrijeme pripadali su jednoj velikoj populaciji. Osim toga, ispitivanje uzoraka na budućim otocima i kopnu od 1996. do 1998. nije pokazalo značajne razlike (r = 0,68). Drugo, seksualna selekcija mogla bi igrati ulogu: zbog povećane gustoće naseljenosti na otocima, konkurencija muškaraca za žene intenzivirana je, što bi moglo dovesti do povećanja veličine glave. Međutim, u ovom radu nije utvrđena povezanost proučenih osobina s seksom.

Dakle, u radu koji se razmatra, daje se još jedan primjer brzog razvoja: za samo 15 godina gušteri na otocima prilagođeni su nestanku konkurenata u jelu termita. Štoviše, ove promjene su se dogodile paralelno na različitim otocima: kako su se formirale, gušteri na njima izgubili su kontakt s populacijama izoliranim na drugim otocima.Slučajevi paralelne evolucije – nezavisno stjecanje srodnih skupina sličnih osobina – sugeriraju da u mnogim slučajevima evolucijski putovi mogu biti predvidljivi. Ovaj rezultat je također u suprotnosti s prethodno utvrđenim (iako ne uvijek strogo opravdanim) idejama o temeljnoj nepredvidljivosti rezultata prirodne selekcije (vidi vijesti Cichlids – živi model neovisne paralelne evolucije, Elementi, 14. studenog 2012. i evolucija mrava na "nebeskim otocima" Arizona je djelomično predvidljiva, Elements, 2015/09/16).

Međutim, ako se proučavani gekusi mogli prilagoditi promjeni u tako kratkom vremenu, zašto su druge vrste guštera izumrle? Zbog nedovoljne prilagodbe brzine ili nešto drugo? Proučavanje takvih slučajeva nužno je za potpunije razumijevanje kako će ljudska aktivnost utjecati na biosferu. Osim toga, omogućit će bolje razumijevanje zakona evolucije i testiranje hipoteza o tome kako će stanovništvo reagirati na određene utjecaje – za to, kako se ispostavlja, nije potrebno čekati milijune godina.

izvor: Mariana Eloy de Amorima, Thomas W. Schoener, Guilherme Ramalho Chagas Cataldi Santoro, Anna Carolina Ramalho Lins, Jonah Piovia-Scott, Reuber Albuquerque Brandão.Guštere na morfologiji i prehrani PNAS, 2017. V. 114. P. 8812-8816. DOI: 10,1073 / pnas.1709080114.

Sergeja Lizenkova


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: