På bare 15 år på øya har geckos tilpasset til fôring på større bytte • Sergey Lysenkov • Vitenskapsnyheter om "Elementer" • Evolusjon, Zoologi

På bare 15 år med livet på øyene har geckos tilpasset seg til å føde større byttedyr.

Fig. 1. Den barefoten gecko Gymnodactylus amarali. Foto © Guilherme Santoro fra populær synopsis til diskutert artikkel på magasinet nettsiden vitenskap

Studien av øgler i Brasil på øyene som ble dannet under oppbyggingen av reservoaret viste at prosessene som er forutsagt i dette tilfellet av evolusjonær økologi, kan forekomme veldig raskt. På bare noen få år ble noen arter av firbenene utryddet, og en av de gjenværende, barefootede geckoene Gymnodactylus amaralikommer ut fra under pressen av konkurrenter, begynte å inkludere i hans kosthold større byttedyr. Samtidig har den relative størrelsen på øya-geckoshode økt, noe som kan forklares ved valg for en mer effektiv jakt på store termitter. Disse endringene skjedde uavhengig av hverandre i alle studerte øyer, isolert fra hverandre.

Selv om evolusjonen har vært forbundet med mange med langsomme endringer som varer tusenvis og millioner av år, har mange eksempler på rask utvikling blitt kjent for biologer både i eksperiment og natur. Oppdelingen i såkalt økologisk og evolusjonær tid har gått ned i historien. Tidligere trodde biologer at det til tider målt etter år, og til og med århundre, kan vi forsømme mulige evolusjonære reaksjoner av organismer på miljøendringer."Økologisk tid", der befolkningen faktisk holdt seg uendret, tilpasset seg nye forhold uten deltakelse av naturlig utvelgelse, var imot en lengre "evolusjonstid" hvor befolkningen ikke kunne betraktes som uendret.

Spesielt de klassiske modellene som beskriver forholdet mellom befolkninger – predasjon eller konkurranse – tar ikke hensyn til mulig felles utvikling. Nå betraktes rask utvikling som en av måtene for å tilpasse befolkningene til stadig skiftende forhold (se Evolusjonære og økologiske prosesser kan forekomme like raskt og påvirke hverandre, "Elements", 02/08/2011). Om hvordan veiledende for disse tilfellene med direkte observasjon av evolusjonen er at selv nå oppfatter kreasjonister mikroevolusjon – endringer i organismer som ikke går utover de spesifikke grensene (forstå dem ganske mye, men dette er, som de sier, en helt annen historie).

En slik rask utvikling utløses ofte av menneskeskapte miljøendringer. Her kan vi huske det første tilfellet av direkte observasjon av virkningen av naturlig utvalg.På slutten av 1800-tallet publiserte engelsk evolusjonærbiolog Raphael Weldon (W. F. R. Weldon) resultatene av hans mange års forskning på krabber. Carcinus maenas i havnen i Plymouth. Han fant ut at etter gjennomføringen av bryggen begynte gjennomsnittsbredden på krabbehodet gradvis å senke seg. Det viste seg at havnen begynte å sippe på grunn av bryggen, og slammet steg konstant inn i vannsøylen med propellene på skipene. "Wide" krabber lider mer av forurensning av gyllene med silt. På grunn av dette ble deres dødelighet høyere enn de "smale" som førte til en gradvis endring i morfologien i denne befolkningen (se J. A. Harris, 1911. Måling av naturlig utvalg).

I evolusjonær økologi er prosesser som forekommer med dyrearter som faller fra store landmasser til øyer, godt studert. Isolering og reduksjon av tilgjengelig territorium medfører utryddelse av en del av arten, men samtidig øker økologiske nisjer på grunn av tap av konkurrenter. Men disse konklusjonene er hovedsakelig basert på en sammenligning av moderne faunaer, uten å observere dynamikken i prosessen.

Den amerikansk-brasilianske gruppen av forskere, som inkluderer Thomas Schöner (Thomas W. Schoener) – forfatteren av artikkelen diskutert i ovennevnte nyheter av Alexey Gilyarov – klarte å se den første fasen av endring i gokos morfologi forårsaket av dannelsen av øyer på stedet for et tidligere enkelt territorium.I 1996 ble det bygget en dam i den brasilianske staten Goiás for vannkraftverket Serra da Mesa. Fra 1996 til 1998 ble 170.000 hektar sør-amerikansk savannas serrado, en av verdens biodiversitetssenter, oversvømmet. De tidligere høydene ble til 290 øyer, hvor deler av det opprinnelige økosystemet ble bevart. Som forventet ble mange arter av dem utdødt – særlig store øgler som krevde et stort territorium. Femten år senere, i 2011, var den vanligste typen øgler på de nylig dannede øyene termitevannet naken gås. Gymnodactylus amarali (Figur 1). På det, forskerne og stoppet oppmerksomheten deres, samler data om kosthold og størrelse.

Ifølge forfatterens hypotesen, etter å ha slettet konkurransen, burde disse firbenene ha utvidet matvaren på grunn av større termitter, noe som burde ha ført til en økning i hodestørrelsen. Forfattere fant det lite sannsynlig å bytte til annen mat i disse spesialiserte dyrene (alle typer barnefotene lever nesten utelukkende på termitter), men inkludering av større bytte i rasjonen burde vært støttet av valg, da dette bidrar til rask produksjon av nødvendige næringsstoffer og energi.En økning i hodet, og ikke hele kroppen, vil øke energiforbruket uten en betydelig økning i behovene – ellers kan det ikke være noen gevinst fra forbruket av store insekter. I tillegg er fire av de seks utdøde arter av øgler på øyene (men bevart på Storlandet) som matet på termitter, større enn Gymnodactylus amarali, og derfor forbrukes større termitter. Således, etter at de er forsvunnet, bør store termitter være blitt mer tilgjengelige. (To mer utdødte arter fôret på edderkopper og ortopeter.)

I 2011 samlet forfatterne geckos på fem øyer (en av dem var periodisk knyttet til Storlandet, mens resten endelig mistet kontakten i 1998) og de fem nærmeste punktene på reservoarets kyst (figur 2).

Fig. 2. Til venstre: Reservoaret til Serra da Mesa ligger i nordlige Goias. høyre: steder for fangst av geckos på reservoarets kyst (M1-M5) og på øyene (I34, I35, I37, I38, IX). Island IX var periodisk forbundet med Big Earth når vannet i reservoaret falt. Kart over flere materialer til artikkelen som diskuteres i PNAS

Innholdet i magene til de fangede firbenene ble undersøkt i detalj ved å bestemme størrelsen på alle termittene som ble spist av dem.Som et mål på bredden til den økologiske nisjen når det gjelder produksjon, brukte forfatterne den inverse Simpson diversitetsindeksen (Inverse Simpson-indeksen):

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

her pjeg – andelen av hver av n størrelse klasser av spist termitter. Denne indeksen varierer fra 1 til n, og jo mer det er, jo mer variert kostholdet med geckos. Analysen inkluderte data fra bare tre øyer og tre poeng på fastlandet, siden for få termitter ble funnet i magene av øgler fanget på de andre fire stedene.

Som det viste seg, i øypopulasjoner, er gjennomsnittlig utvalg av dietter faktisk litt høyere enn for fastlandshizards: 3,74 vs 2,38. Men om denne forskjellen er signifikant er et åpent spørsmål: i dette tilfellet er det noe "statistisk slyness" i artikkelen. Er forskjellen signifikant eller ikke (se statistisk betydning)? Forfatterne hevder det som ja, citerer rer en verdi på 3,3%. Husk det i dette tilfellet r-value (r-value) er sannsynligheten for en tilfeldig forekomst (på grunn av en mislykket prøvetaking av geckos) av de samme eller enda større forskjellene i gjennomsnittsverdiene, forutsatt at bredden av nisjene på øyene og på fastlandet faktisk er den samme (dette kan skje fordiat gjennomsnittsverdiene i flere prøver fra samme gruppe vil sannsynligvis variere – for eksempel vil gjennomsnittlig høyde på flere prøver av klassekamerater variere fra prøve til prøve). I biologi (så vel som i de fleste andre vitenskaper som bruker matematisk statistikk) anses en indikasjon på den faktiske eksistensen av forskjeller mellom to sett med verdier (som undersøkes på grunnlag av en prøve av data fra hvert sett) r-verdier mindre enn 5%.

Men i dette tilfellet brukte forfatterne et ensidig kriterium som beregner denne sannsynligheten, basert på antagelsen om at forskjellen, hvis noen, bare er i en av partene. Slike kriterier bør ikke benyttes, med mindre bevisst Forvent ikke avvik i en av partene (tilstrekkelige eksempler er ganske vanskelig å gi, men for eksempel, hvis du sammenligner veksten av unge menn og voksne, så kan du ikke vente på at den avtar med alderen). Og selv om forfatterne ikke forutsier en mulig reduksjon i bredden av dietten på øyene (og slik forklarer de valget av et ensidigt kriterium – til tross for at de i alle andre tilfeller bruker bilaterale), kan denne muligheten ikke umiddelbart avvises (for mer om enkelt- og bilaterale kriterier, se En-tailed vs to-tailed P-verdier).Tilsynelatende valgte de dette kriteriet, fordi et mer egnet tosidig kriterium gir r– en verdi på 6,6%, som ligger over det kritiske nivået av betydning.

Jeg vil likevel nevne flere argumenter til forsvar for forfatterens godkjenning av artikkelen. Fra tabellen i artikkelen er det klart at den minste gjennomsnittlige breddegraden av nisje på øyene er større enn de største offshore-populasjonene (3.160 versus 2.917). I tillegg "Gud elsker 0,06 nesten like mye som 0,05" (et godt kjent sitat som beskriver konvensjonaliteten til det valgte kritiske nivået, fra R. Rosnow, R. Rosenthal, 1989. psykologisk vitenskap), og nå er det en tendens til å bruke en jevnere skala av betydning, i stedet for en streng separasjon langs grensen på 5%. Ikke minst, skyldes det faktum at mange forskere som ikke forstår grunnleggende statistikk, prøver å få det verdsatte med krok eller med skurk "p <5% "(dette kalles p-hacking, se Data mudring). I dette tilfellet indikerer 6,6% en såkalt« marginell betydning ». Merk at grunnleggeren av biologisk statistikk, Ronald Fisher, selv ringte for jevn skala.

Heldigvis er resten av artikkelenes resultater bedre jordet. Som det viste seg, med de samme dimensjonene (målt som lengden fra nesespissen til cloaca – halen, som for variabel,tradisjonelt ikke tatt i betraktning ved måling av lizards lengde) økekekosene forbruket større termitter (figur 3, A), og hodene deres var relativt større (figur 3, B, hodestørrelsen ble bestemt som avstanden fra nesenes spiss til trommehinnen). Merk at fra grafen på fig. 3, kan det ses at økekekoser i gjennomsnitt overskrider den gjennomsnittlige størrelsen på spiste termitter ofte fra kystnære – som igjen taler for det faktum at de virkelig har utvidet kostholdet. I tillegg, som det viste seg, er størrelsen på hodet til enkelte individer av lizards positivt korrelert med den gjennomsnittlige størrelsen på termitter i dietten.

Fig. 3. Avhengighet av gjennomsnittlig lengde av spiste termitter (En) og hodelengde (den) på kroppslengde (SVL) i geckos på øyer (hvite prikker) og på fastlandet (sorte prikker). hver poenget betegner en person. Alle verdier er i millimeter. Figur fra diskutert artikkel i PNAS

Enda tydeligere er resultatene ikke for enkeltpersoner, men for avviket i forholdet mellom hodelengde og kroppslengde fra middelverdien for individuelle populasjoner (figur 4): Det er klart at dette forholdet er lavere i alle kystpopulasjoner enn i alle øyepopulasjoner. I dette tilfellet er nærmest kystbefolkningen øya IX,som periodisk forbinder med Storlandet, og derfor kan geckosene på den kollidere med konkurrenter og krysses med representanter for kystbefolkningen.

Fig. 4. Den gjennomsnittlige avviket i forholdet mellom hodelengde og kroppslengde fra total gjennomsnitt (oppnådd for alle studerte individer) i geckos for alle studerte populasjoner fra øyer (svarte kolonner) og fra fastlandet (grå kolonner). Figur fra diskutert artikkel i PNAS

Således førte isolasjon tilsynelatende til utvidelse av størrelsesområdet forbruket av geckos. Dette forårsaket deres evolusjonære respons i form av en forandring i morfologi – en økning i den relative størrelsen på hodet – som gjorde det mulig for dem å effektivt forbruke de store termitter som ble tilgjengelige. Det er viktig at mens de ikke miste muligheten til å spise små. Og selv om økekeker bør foretrekke å mate på stor byttedyr (denne preferansen vil igjen bli støttet av valg, da det øker effektiviteten av jakt), kan kostholdet i kort tid, som reflekterer innholdet i magen, individualiseres for enkeltpersoner. Dette kan ses fra fig.3, A: små øgler ikke byttes på store termitter (kanskje fordi de ikke kan gjøre det effektivt), mens de store spiser termitter av alle størrelser.

Hva kan være alternative forklaringer for de observerte endringene? For det første kan det antas at forskjellene i hodestørrelsen var i øgler før dannelsen av reservoaret. Dette er imidlertid lite sannsynlig: på den tiden tilhørte de en enkelt stor befolkning. I tillegg viste ikke undersøkelsen av eksempler på fremtidige øyer og fastlandet fra 1996 til 1998 noen betydelige forskjeller (r = 0,68). For det andre kan seksuell utvelgelse spille en rolle her: På grunn av økt befolkningstetthet på øyene økte konkurransen mellom menn for kvinner, noe som kunne føre til en økning i hodestørrelsen. Imidlertid ble det ikke identifisert noen sammenheng mellom de studerte egenskapene med sex i dette arbeidet.

Så i arbeidet som diskuteres, er et annet eksempel på rask utvikling gitt: på bare 15 år har øgler på øyene tilpasset seg konkurrenternes forsvunnelse i å spise termitter. Dessuten skjedde disse endringene parallelt på forskjellige øyer: da de dannet, mistet øgler på dem kontakt med befolkninger isolert på andre øyer.Tilfeller av parallell evolusjon – uavhengig oppkjøp av tilhørende grupper av lignende egenskaper – tyder på at i mange tilfeller evolusjonsveier kan være forutsigbare. Dette resultatet er også i strid med de tidligere etablerte (men ikke alltid strengt begrunnede) ideene om den grunnleggende uforutsigbarheten av resultatene av naturlig utvalg (se nyhetene Cichlider – en levende modell for uavhengig parallell evolusjon, Elements, 14. november 2012 og utviklingen av maur på "himmelske øyene" Arizona viste seg delvis forutsigbar, Elements, 09/16/2015).

Men hvis de studerte geckoene kunne tilpasse seg forandring på så kort tid, hvorfor ble andre ødemarkarter utryddet? På grunn av utilstrekkelig tilpasningshastighet eller noe annet? Studien av slike tilfeller er nødvendig for en mer fullstendig forståelse av hvordan menneskelig aktivitet vil påvirke biosfæren. I tillegg vil det tillate bedre forståelse av evolusjonsloven og test hypoteser om hvordan befolkningene vil reagere på bestemte påvirkninger – for det er det ikke nødvendig å vente på millioner av år.

kilde: Mariana Eloy de Amorima, Thomas W. Schoener, Guilherme Ramalho Chagas Cataldi Santoro, Anna Carolina Ramalho Lins, Jonah Piovia-Scott, Reuber Albuquerque Brandão.Lizards på morfologi og diett PNAS. 2017. V. 114. P. 8812-8816. DOI: 10,1073 / pnas.1709080114.

Sergey Lysenkov


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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