Войти
Змея с подвязками - пример побега и излучения коэволюции. Побег и излучение коэволюции - это гипотеза, предполагающая, что [коэволюция | коэволюционная] «гонка вооружений» между первичными производителями и их потребителями способствует диверсификации видов за счет ускорения темпов видообразования. Предполагаемый процесс включает в себя развитие новых защитных механизмов хозяина, позволяя ему «убегать», а затем «излучать» различные виды.
Эта гипотеза возникла в статье Эрлиха и Рэйвена 1964 года «Бабочки и растения: исследование совместной эволюции». Хотя в этой статье изложена концепция, фактический термин «ускользать и излучать» фактически не был введен до 1989 года Джоном Н. Томпсоном. Теория была весьма влиятельной в химическая экология и эволюционной экологии растений, но остается спорным из-за сложности сбора решающих доказательств. а также неуверенность в механизмах, связывающих экологический «побег» с эволюционной диверсификацией.
Различные защитные механизмы могут привести к экологическому бегству от хищников. Растения используют химическую защиту в виде вторичных метаболитов или аллелохимических веществ. Эти аллелохимические вещества подавляют рост, поведение и здоровье травоядных, позволяя растениям ускользать. Примером аллелохимического соединения растений являются алкалоиды, которые могут подавлять синтез белка у травоядных. Другие формы защиты растений включают механическую защиту, такую как движения thigmonasty, при которых листья растения закрываются в ответ на тактильную стимуляцию. Косвенные механизмы растений включают сбрасывание листьев растений, поэтому доступно меньше листьев, что сдерживает травоядных животных, рост в труднодоступных местах и даже мимику. Для организмов, отличных от растений, примеры защитных механизмов, позволяющих ускользнуть, включают маскировку, апосематизм, обострение чувств и физических возможностей и даже защитное поведение, такое как симулирование смерти. Примером организма, использующего один из этих защитных механизмов, является гранулированная ядовитая лягушка, которая защищает себя посредством апосематизма. Важно понимать, что для того, чтобы произошла коэволюция побега и излучения, необходимо, чтобы разработанная защита была новой, а не ранее установленной.
Индуцированная защита, проистекающая из адаптивной фенотипической пластичности, может помочь растению защитить себя от множества врагов. Фенотипическая пластичность возникает, когда организм подвергается изменению окружающей среды, вызывающему изменение, изменяющее его поведение, физиологию и т. Д. Эти индуцированные защиты позволяют организму сбежать.
Излучение - это эволюционный процесс диверсификации одного вида во множество форм. Он включает в себя физиологическое и экологическое разнообразие в быстро размножающемся родословном. Существует много типов излучения, включая адаптивное, согласованное и несогласованное, однако коэволюция ускользания и излучения не всегда следует за этими конкретными типами.
В оригинальной статье Эрлиха и Рэйвена не было четкого ответа, почему экологическое бегство ведет к усилению диверсификации, однако было предложено несколько объяснений. Как только новая защита получена, атакующий организм, который развил адаптации, позволившие ему существовать раньше, теперь сталкивается с новой защитой, с которой он еще не был развит. Это дает защищающемуся организму преимущество и, следовательно, время для быстрого размножения без сопротивления со стороны ранее атакующего организма. В конечном итоге это приводит к физиологическому и экологическому разнообразию внутри быстро размножающегося рода, следовательно, к радиации.
Статья Эрлиха и Рэйвена оказала большое влияние на поколение биологов и способствовала взрывному росту исследований взаимодействия растений и насекомых и химической экологии. Теория ускользания и коэволюции излучения призвана объяснить, почему мы видим такое огромное биологическое разнообразие на Земле. После того, как организм сбегает, он распространяется на несколько видов и распространяется географически. Свидетельства утечки и коэволюции излучения можно увидеть через эффект звездообразования у растений и травоядных клад. При анализе кладов ассоциаций хищник-жертва, хотя он варьируется, эффект звездообразования является хорошим индикатором того, что может иметь место коэволюция побега и излучения. В конце концов, этот цикл должен подойти к концу, потому что адаптации, которые влекут за собой затраты (распределение ресурсов, уязвимость для других хищников), которые в какой-то момент перевешивают их выгоды.
Коэволюция побега и излучение может поддерживать параллельный кладогенез, где растения и травоядные филогении могут совпадать с предковыми насекомыми, эксплуатирующими предковые растения. Это важно, поскольку позволяет исследователям выдвигать гипотезы о взаимоотношениях между предковыми организмами. К сожалению, до сих пор не было никаких известных примеров, конкретно связанных с побегом и излучательной коэволюцией, которые использовались бы для гипотезы о родственных отношениях.
Часто организм, который «сбежал», постоянно подвергается избирательному давлению, потому что хищник, от которого он сбежал, эволюционирует, чтобы создать в ответ новую адаптацию, заставляя процесс продолжаться. Эти «наступательные» черты, развитые хищниками, весьма разнообразны. Например, травоядные животные могут развить адаптацию, которая позволяет улучшить детоксикацию, что позволяет преодолеть защитные силы растений, тем самым вызывая побег и коэволюцию излучения. Часто термин «эволюционная гонка вооружений» используется, чтобы проиллюстрировать идею о том, что непрерывная эволюция необходима для поддержания той же относительной приспособленности, пока два вида эволюционируют вместе. Эта идея также связана с гипотезой Красной Королевы. Противодействие адаптации двух организмов посредством бегства и коэволюции излучения является главной движущей силой разнообразия.
Коэволюция побега и излучения производит гораздо больше биологических вариаций, чем другие эволюционные механизмы. Например, совместное видообразование важно для разнообразия среди видов, которые разделяют симбиотические отношения, однако это не создает почти такого разнообразия по сравнению с взаимными эволюционными изменениями из-за естественного отбора. Свидетельства быстрой диверсификации после новой адаптации показаны на примере эволюции полимерных и латексных трубок каналов у 16 различных линий растений. Растения со смоляными или латексными каналами могут легко защитить себя от травоядных насекомых. При сравнении линий растений, несущих каналы, с линиями растений, несущих каналы, становится очевидным, что растения, несущие каналы, гораздо более разнообразны, поддерживая побеги и излучая совместную эволюцию.
Классическая модель бабочки Эрлиха и Рэйвена Самыми популярными примерами побега и радиационной коэволюции являются ассоциации растений и травоядных. Самый классический пример - бабочки и растения, описанные в оригинальной статье Эрлиха и Рэйвена «Бабочки и растения: исследование коэволюции». Эрлих и Рэйвен обнаружили в 1964 году, что растения-хозяева для бабочек обладают широким спектром химической защиты, что позволяет им избегать травоядности. Бабочки, которые разработали новые механизмы нейтрализации токсинов против химической защиты растений-хозяев, смогли использовать ресурсы растения-хозяина. Процесс пошаговой адаптации и контрадаптации бабочек и растений-хозяев является непрерывным и создает огромное разнообразие.
Тропические деревья также могут убегать и защищаться. Было предсказано, что деревья, растущие при ярком освещении, будут иметь небольшую химическую защиту, но быстрое синхронное разрастание листьев и низкую питательную ценность листьев во время роста. Виды, растущие при слабом освещении, имеют высокий уровень различной химической защиты, низкую питательную ценность и асинхронное разрастание листьев. В зависимости от уровня освещения, в котором росли деревья, влиял тип защиты, которую они получали: химическая или за счет расширения листьев. Деревья, подвергавшиеся меньшему воздействию света, вырабатывали различные химические вещества, чтобы защитить себя от травоядных животных, но не использовали свет. Это исследование было значительным, потому что оно иллюстрирует разделение защитных механизмов и их связь с организмом, который убегает и излучает другие виды. Развитие новых защитных механизмов не обязательно означает, что для вида растений возможен побег, если травоядные приспосабливаются быстрее.
Молочнок обыкновенный имеет латексные трубки для отпугивания травоядных . 91>У молочая есть заполненные латексом каналы, которые отпугивают насекомых-травоядных. Латекс токсичен для мелких травоядных, поскольку нарушает уровень натрия и калия. Это позволило молочаям «ускользнуть» и стать чрезвычайно разнообразными. Существует более 100 различных видов молочая, что показывает, насколько разнообразно это растение, причем коэволюция побега и излучения играет очень большую роль в создании такого большого числа видов.Ключевые адаптации - это адаптации, которые позволяют группе организмов диверсифицироваться. Daphnia lumholtzi - это водяная блоха, которая может образовывать жесткие шипы на голове в ответ на химические вещества, выделяемые в присутствии рыбы. Эти фенотипически пластичные черты служат индуцированной защитой от этих хищников. Исследование показало, что Daphnia pulicaria конкурентно превосходит D. lumholtzi при отсутствии хищников. Однако в присутствии хищных рыб инвазивные виды сформировали свою защиту и стали доминирующими водяными блохами в регионе. Это переключение доминирования предполагает, что индуцированная защита от хищничества рыб может представлять собой ключевую адаптацию для успеха инвазии D. lumholtzi. Защитная черта, которая квалифицируется как ключевая адаптация, скорее всего, является примером коэволюции побега и излучения.
Теория может применяться на микроскопическом уровне, например, к бактерии - фаг отношения. Бактерии смогли разнообразиться и ускользнуть благодаря устойчивости к фагам. Разнообразие среди хозяев и паразитов различается по диапазону инфекции и устойчивости. Значение этого исследования для людей - его важность для понимания эволюции инфекционных организмов и предотвращения заболеваний.
