معلومة

لماذا لا يبدو أن معظم الحيوانات تتطور أبدًا عبر آلاف السنين؟

لماذا لا يبدو أن معظم الحيوانات تتطور أبدًا عبر آلاف السنين؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

غالبًا ما يقول الناس ، بما في ذلك أولئك الذين لديهم معرفة واسعة في علم الأحياء ، أن نوعًا معينًا من الحيوانات سوف يتطور بطريقة أو بأخرى:

  1. من البيئات المتغيرة.

  2. الطفرات.

  3. ربما حتى الهندسة الوراثية من الحيوانات البشرية.

يكمن سؤالي في حقيقة أنه ، بصرف النظر عن الخيار الأخير ، لماذا لم تتغير أي اختلافات في ترميز الحيوانات (باستثناء البشر) أو التشكل أو الذكاء أو الحمض النووي أو السلوك أو أي عادات على مدى آلاف أو (ربما ملايين) السنين ؟

كان للصرصور نفس السلوك الذي كان عليه اليوم منذ أكثر من 10 ملايين سنة ، ولم يكن هناك أي تقدم في الأنواع على الإطلاق.

إنه يجعلك تتساءل عن التطور ، لأنه لماذا لا يوجد لدى الحيوانات الأخرى (مثل الصراصير) أي تغييرات على مدى أكثر من 10 مليون سنة ، ومع ذلك ، فإن البشر ، مثلي ومثلك إلى حد ما ، لديهم ، في فترة زمنية نسبية مماثلة للفترة الجيولوجية المرتبطة أعلاه ، تطورت من رمي الرمح لأشباه البشر إلى شخص ذكي بما يكفي حتى للتفكير في هذا السؤال.

إذا كان البشر المعاصرون نتيجة طفرات في الجينات ، فلماذا لم يكن هناك نوع واحد على مدى مئات الملايين من السنين لائق بما فيه الكفاية ، أو متقدمًا عقليًا كما لدينا ، أو حتى بأدنى حد؟


لماذا لا يبدو أن معظم الحيوانات تتطور أبدًا على مدى آلاف السنين؟

لا ينبغي تجاهل كلمة "يبدو" في سؤالك. يبدو أنك تفترض أن الصراصير (أو معظم الحيوانات كما تقول) لم تتغير كثيرًا في العشرات أو مئات الآلاف من السنين. لكن ماذا تعرف عن ذلك (لا توجد إهانة هنا)؟ هل قمت بالفعل بمراجعة العديد من أنواع الأبحاث التي تقدر معدل تطور السلالات المختلفة المختارة عشوائيًا في الـ 500000 عام الماضية؟ أعتقد أنك تفترض أن الأنواع الأخرى تطورت بشكل أبطأ من البشر بدلاً من معرفتها. وبالتأكيد ستولي أهمية أكبر لتطور الجين FoxP2 (المتدخل في اللغة) أكثر من الجين الذي يسمح للصراصير بالحصول على حاسة شم أفضل. هذه وجهة نظر متحيزة لما هو معدل التطور. سيكون من الحكمة أكثر اعتبار معدل التطور شيئًا مثل عدد الطفرات الناشئة حديثًا التي نجحت في الاستقرار في السكان. شاهد معدل تطور هالدين ووحدة داروين. من فضلك لا تخطئ في الاعتقاد بأن كونك ذكيًا (أو معقدًا) هو نوع من هدف التطور وأن الأشخاص غير الأذكياء (أو المعقدون) "أقل تطورًا" أو أنهم تطوروا بشكل أبطأ.

يبدو أنك تريد أيضًا الإشارة إلى تطور الحمض النووي وتطور العادات. أعتقد أنك قد تكون ممتنًا لتطور المعرفة والثقافة البشرية. لكن من الواضح أن هذا شيء لا علاقة له بالتطور الجيني بل هو بالأحرى مسألة قدرة معرفية. لا يمكنك مقارنة التغيير في ثقافة وتقاليد الحشرات والبشر لأن الحشرات ليس لها تقاليد في الغالب.

الآن ، من الواضح أن هذا صحيح أن السلالات المختلفة تتطور بمعدلات مختلفة. تؤثر العديد من الأشياء على هذه المعدلات مثل حجم السكان ، ومعدل الطفرة ، ووقت التوليد ، وضغط الاختيار (الذي قد يعتمد في حد ذاته على البنية الاجتماعية أو معدل التغير البيئي على سبيل المثال). في هذه المصطلحات ، أفضل أن أؤمن بالإنسان العاقل باعتباره سلالة يجب أن يكون لها معدل تطوري بطيء نوعًا ما.

الإنسان العاقل هو نوع حديث. وغالبًا ما يرتبط الانتواع باختلاف النمط الظاهري ، مع المنافسة المتخصصة والتكامل المتخصص ، وبالتالي بمعدل مرتفع من التطور. بهذه المصطلحات ، أعتقد أن البشر هم سلالة ذات معدل تطوري مرتفع.


بصرف النظر عن الخيار الأخير ، لماذا لم تتغير أي اختلافات في توصيف الحيوانات (باستثناء البشر) ، أو التشكل ، أو الذكاء ، أو الحمض النووي ، أو السلوك ، أو أي عادات على مدى آلاف أو (ربما ملايين) السنين؟

ما الدليل الذي يقودك إلى هذا الاستنتاج؟ للخيول ، على سبيل المثال. (من مقال Talkorigins):

أول خيل كان Hyracotherium ، وهو حيوان غابة صغير من أوائل العصر الأيوسيني. هذا الحيوان الصغير (10-20 بوصة عند الكتف) لا يشبه الحصان على الإطلاق. كان له مظهر "الكلب" مع ظهر مقوس وعنق قصير وخطم قصير وأرجل قصيرة وذيل طويل. أوراق الشجر ناعمة إلى حد ما ، وربما اندفعت من غابة إلى غابة مثل غزال المنتجق الحديث ، فقط غبي ، أبطأ ، وليست رشيقة. كان هذا الخيول الصغير الشهير معروفًا سابقًا بالاسم الجميل "Eohippus" ، بمعنى "حصان الفجر". بعض Hyracotherium السمات التي يجب ملاحظتها: كانت الأرجل مرنة وقابلة للدوران مع وجود جميع العظام الرئيسية وغير متماسكة. 4 أصابع على كل قدم أمامية ، و 3 أصابع على قدميه الخلفيتين. ولا تزال آثار أصابع القدم الأول (والثاني ، خلف) موجودة. مثل أقدام الكلب المبطنة ، باستثناء وجود "حوافر" صغيرة على كل إصبع بدلاً من المخالب. دماغ صغير مع فصوص أمامية صغيرة بشكل خاص. أسنان متوجة منخفضة مع 3 قواطع ، 1 كلاب ، 4 ضواحك مميزة و 3 "طحن" الأضراس في كل جانب من كل فك (هذه هي "الصيغة البدائية للثدييات" للأسنان) كانت الأضراس متصلة قليلاً في قمم منخفضة. أسنان نموذجية لمتصفح آكل اللحوم.

إذن من ذلك ، استنتجت أن الحمض النووي والتشكيل والذكاء للخيول لم يتغير على الإطلاق منذ 50 مليون سنة؟


هذا سؤال مخادع. أولاً ، يميل التطور إلى أن يكون بطيئًا ، على الرغم من وجود أمثلة حديثة للتطور السريع جدًا أيضًا. لذلك بالنسبة لمعظم العمليات التطورية ، نحن لسنا حاضرين لفترة طويلة بما يكفي لرؤيتها تحدث أو رؤية النتيجة. لذلك من الصعب أيضًا أن نقول إنه لم يحدث أي تطور - انظر إلى مثال الصرصور. كيف تعرف أن هذه الحيوانات هي نفسها منذ 10 مليون سنة مضت؟ وحتى لو كان الأمر كذلك ، فقد يعني ذلك أيضًا أن هذه الحيوانات تناسب مكانتها بشكل جيد جدًا ، بحيث لا يوجد الكثير من الضغط لمزيد من التكيف.

يمكن أن يتغير هذا بسرعة كبيرة كأمثلة من العث (هنا تقرير في بي بي سي ، هذا هو المنشور الأصلي). مثال آخر على التطور السريع (للحيوانات الأكبر حجمًا) هو البلطي في بحيرة فيكتوريا ، والذي تطور جديدًا بعد آخر مرة جفت فيها البحيرة تمامًا منذ ما يقرب من 12.000 عام. بعد ذلك ، تم تطوير ما يقدر بنحو 300 نوع مستوطن (انظر هنا) والتي تم تقليلها بعد ذلك بسبب التلوث ومشاكل بيئية أخرى. تتطور الأنواع المتبقية مرة أخرى لتحتل المنافذ الحرة (انظر هنا).

في حالة الإنسان ، نحن محظوظون جدًا ، لأنه لم يظهر أي حيوان ذكي آخر حتى الآن. كانوا سيقاتلون من أجل نفس المكانة البيولوجية ومساحة المعيشة مع موت نوع واحد في النهاية. حدث هذا ، على سبيل المثال ، لجميع الأنواع الأخرى من الإنسان (الماهر ، المنتصب ، الإنسان البدائي). كنوع ، نحن صغار جدًا (حوالي 200.000 سنة) ، لذلك هناك شيء ما يحدث. وهناك تحويل جيني بين البشر ، ولكن ليس بنفس القدر ، بحيث لا يمكننا عبور بعضنا البعض بعد الآن. ومع وجود 7 مليارات منا الآن ، ليس من السهل حدوث الطفرات بمعدل تكاثرنا.


ردًا على هذا الجزء:

إذا كان البشر المعاصرون نتيجة طفرات في الجينات ، فكيف لم يكن أي نوع على مدى مئات الملايين من السنين لائقًا بما فيه الكفاية ، أو متقدمًا عقليًا مثلنا ، أو حتى بأي شكل من الأشكال؟

كل الحيوانات نكون نتيجة التطور الذي يشمل الطفرات.

الآن ، ما يجب أن تفهمه هو أنه يجب اختيار التغييرات التطورية ، ولكن يجب أيضًا أن تكون مفيدة على الفور للكائن الحي إذا كانت تكلف أكثر.

هناك ميل طويل المدى في نسبنا نحو زيادة أحجام الدماغ. الحيوانات -> الثدييات -> الرئيسيات -> البشر. لا يجب أن يحدث هذا التطور طويل الأمد في المقام الأول. في العصر الجوراسي ، كانت أنجح مجموعة من الحيوانات هي الديناصورات ، والتي كانت بشكل عام ذات أدمغة صغيرة.

بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب أدمغتنا سعرات حرارية أكثر بكثير من دماغ الشمبانزي على سبيل المثال. حتى لو كان لديك سلالة تميل على مدى الأجيال نحو أحجام دماغية أكبر ، فستحتاج أيضًا إلى أن تكون قادرًا على البحث أو البحث عن المزيد من الطعام للتعويض عن احتياجات السعرات الحرارية المتزايدة. إذا لم يكن قادرًا على القيام بذلك ، فسيكون الدماغ الأكبر في الواقع خاصية سلبية عميقة ، استنزاف غير مفيد للطاقة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن فوائد زيادة الذكاء ظرفي للغاية. ضع في اعتبارك ما إذا كنت قد أعطيت الفهد كل القوة العقلية للإنسان. قد يفهم بعد ذلك أنه إذا حفر حفرة ووضع عشبًا مزيفًا فوقه ، فقد يصطاد بظباء بجهد أقل من الاضطرار إلى مطاردته ومطاردته. جهد أقل يعني إنفاق سعرات حرارية أقل ، وفي النهاية فإن معظم لياقة الكائن الحي لها علاقة بكمية الطاقة التي ينفقها في محاولة الحصول على الطاقة (السعرات الحرارية).

ولكن في ظل غياب الإبهام واليدين المتعارضتين مع الأصابع ، فمن غير المرجح أن يتم إنجاز مثل هذا الشيء. أيضًا ، تكون مثل هذه المهام أكثر فاعلية عندما تقوم بها مجموعة ، لكن العديد من الحيوانات لا تنسق على مستوى المجموعة على نطاق واسع كما يفعل البشر. إذن ما لدينا هو 3 على الأقل ولكن ربما هناك العديد من الأشياء التي يجب أن تجتمع معًا في نفس النوع حتى يرتقيوا إلى قمة السلسلة الغذائية كما فعلنا:

  • الأطراف الجذابة (أي الإبهام المتعاكس والأصابع المنفصلة)
  • تضاعف حجم الأدمغة ثلاث مرات (نسبة إلى الأنواع الأخرى من القردة)
  • سلوك التنسيق الجماعي الواسع (القبائل)

كما يمكنك أن تتخيل ، فإن نوعًا ما يطور ذكائنا ويستخدمه للسيطرة على النظام البيئي المحلي على نطاق واسع كما نفعل هو أمر نادر.


التطور هو عملية مستمرة. ليس لها هدف أو اتجاه محدد مسبقًا ؛ لا يتوقف أبدا. لا شيء يتوقف أبدًا لأن كل شيء يتحرك باستمرار ويتغير باستمرار.

هل الإنسان أكثر ذكاء الآن مما كان عليه قبل بضعة آلاف من السنين؟ هل فهم البشر للعوالم الهائلة والنومينية الآن أفضل من الناس الذين شكلوا الأوبنشاد ، والبراهمانا ، والفيدا منذ 2500 عام تقريبًا ، والتي سبقتها مئات إن لم يكن آلاف السنين من النقل الشفهي (الأساطير) من جيل إلى جيل؟


لماذا نتقدم في العمر؟ مقارنة 46 نوعا

لماذا نتقدم في العمر هو سؤال تطوري صعب. توجد مجموعة كاملة من الحمض النووي في كل خلية من خلايانا ، بعد كل شيء ، مما يسمح لمعظمها بالتكاثر مرارًا وتكرارًا. لماذا لا تتجدد جميع الأنسجة إلى الأبد؟ ألن يكون ذلك مفيدًا من الناحية التطورية؟

منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، توصل علماء الأحياء التطورية إلى بعض التفسيرات ، وكلها تتلخص في هذا: مع تقدمنا ​​في السن ، تنخفض خصوبتنا وتزداد احتمالية موتنا - عن طريق اصطدام الحافلات ، قتال السيف ، المرض ، أيا كان. هذا المزيج يعني أن الأسس الجينية للشيخوخة ، مهما كانت ، لا تكشف عن نفسها إلا بعد أن نتكاثر. لاستخدام لغة علم الأحياء التطوري ، فهم لا يخضعون لضغط انتقائي. وهذا يعني أن الشيخوخة ، كما كتب دبليو دي هاميلتون في عام 1966 ، "نتيجة حتمية للتطور".

اليوم في Nature ، نشر عالم الأحياء التطورية أوين جونز وزملاؤه مقارنة هي الأولى من نوعها لأنماط شيخوخة البشر و 45 نوعًا آخر. بالنسبة للأشخاص (بمن فيهم أنا) الذين يميلون إلى أن يكون لديهم وجهة نظر تركز على الناس في علم الأحياء ، فإن الورقة عبارة عن رحلة مجنونة وممتعة. من المؤكد أن بعض الأنواع تشبهنا ، حيث تتضاءل الخصوبة وتتزايد معدلات الوفيات بمرور الوقت. لكن الكثير من الأنواع تظهر أنماطًا مختلفة - غريب مختلف. بعض الكائنات الحية هي عكس البشر ، حيث تزداد احتمالية تكاثرها وتقل احتمالية موتها مع مرور كل عام. يظهر البعض الآخر ارتفاعًا حادًا في كل من الخصوبة والوفيات في سن الشيخوخة. لا يزال البعض الآخر لا يظهر أي تغيير في الخصوبة أو الوفيات على مدار حياتهم بأكملها.

سيكون هذا التنوع مفاجئًا لمعظم الأشخاص الذين يعملون في مجال الديموغرافيا البشرية. "لدينا قصر نظر بعض الشيء. يقول جونز ، الأستاذ المساعد في علم الأحياء بجامعة جنوب الدنمارك ، "نعتقد أن كل شيء يجب أن يتصرف بنفس الطريقة التي نتصرف بها". "ولكن إذا ذهبت وتحدثت إلى شخص يعمل على صيد الأسماك أو التماسيح ، فستجد أنه لن يفاجأ على الأرجح."

الشيء الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لجونز ليس فقط التنوع الكبير عبر شجرة الحياة ، ولكن الأنماط المخبأة بداخلها. وجدت دراسته ، على سبيل المثال ، أن معظم الفقاريات تظهر أنماطًا متشابهة ، في حين أن النباتات أكثر تنوعًا. "عليك بعد ذلك أن تسأل نفسك ، لماذا تبدو هذه الأنماط كما هي؟" هو يقول. "ربما تطرح هذه المقالة أسئلة أكثر مما تجيب".

لم تتطلب هذه المقارنة الشاملة معدات عالية التقنية بشكل خاص ، ربما كان من الممكن إجراؤها قبل عقد من الزمن ، إن لم يكن من قبل. لكن لم يفعلها أحد. يتمثل أحد التحديات في أنه يتطلب الغوص العميق في الأدبيات المنشورة من أجل أ) العثور على البيانات الأولية حول كل هذه الأنواع ، و (ب) الاتصال بالباحثين الذين أجروا العمل الميداني لمعرفة ما إذا كانوا على استعداد لذلك. أنشرها.

بعد تجميع كل تلك البيانات ظهرت مشكلة توحيدها. يمكن أن تختلف معدلات الوفيات والخصوبة للعديد من الكائنات الحية حسب الحجم. والأكثر من ذلك ، بالنسبة لبعض الأنواع - مثل أشجار المانغروف البيضاء والضفدع ذو الأرجل الحمراء وسرطان البحر الناسك - تأتي هذه البيانات من مراحل محددة من التطور وليس عبر العمر الافتراضي بأكمله. تجاوز جونز هذه العقبات من خلال تحديد أرقام "الوفيات النسبية" و "الخصوبة النسبية" لكل نوع ، محسوبة بقسمة معدل الخصوبة أو الوفيات في عمر معين على متوسط ​​المعدل عبر عمر الكائن الحي بالكامل. يتيح ذلك إجراء مقارنة سهلة بين الأنواع ، فقط من خلال النظر إلى أشكال المنحنيات.

يقول ديفيد ريزنيك ، أستاذ علم الأحياء المتميز في جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: "هذا ما يزعجك كثيرًا في هذا الأمر". "لقد توصلوا إلى طريقة لوضع كل شيء على نفس المقياس ، حتى تتمكن من إدراك الأنماط التي لم يتم النظر إليها من قبل."

تظهر الدراسة ، على سبيل المثال ، أن معظم الثدييات ، والأهم من ذلك ، الأنواع التي يميل العلماء إلى استخدامها في المختبر ، مثل C. ايليجانس و ذبابة الفاكهة، لها أشكال مثلنا. لكن البعض الآخر غريب ، على الأقل من وجهة نظر تتمحور حول الإنسان. إليك عينة:


1. أن تكون تخصصًا في علم الأحياء يمثل تحديًا.

غالبًا ما أقضي عدة ليالٍ في المكتبة في أسبوع معين. أنا وزملائي المتخصصين في علم الأحياء عادةً ما نكون الطلاب المجهدين الذين ستشاهدهم في المكتبة في الساعة 3 صباحًا ، كتابة تقارير المعمل ، أو دراسة أكوام من البطاقات التعليمية البالية ، أو رسم ملاحظات مفصلة بشكل مرعب للتشريح ، أو البكاء على الكيمياء العامة أو كتاب OChem المدرسي. تتطلب العديد من دورات علم الأحياء من الطالب حفظ أجزاء كبيرة من المعلومات ويستغرق الأمر الكثير من الدراسة للتأكد من أن أدمغتنا تقوم بالفعل بترميز ما نتوقع أن نعرفه. إذا كان تخصصي في علم الأحياء أمرًا سهلاً بالنسبة لي ، فلن أجده مفيدًا ولن أحصل على شهادة في هذا المجال. ومع ذلك ، فهو تحدٍ وأجده ثريًا للغاية ومغامراً يستحق أي آلام أو اضطرابات أو قلة النوم. إذا لم يتحداني ، فلن يغيرني. في نهاية اليوم ، علم الأحياء هو المجال الذي أحب أن أكون خبيرًا فيه!


هل هناك بعض الحيوانات التي توقفت عن التطور؟

تبدو بعض الحيوانات الحديثة مثل أسلافها المنقرضة منذ زمن طويل. هل هذه "الأحافير الحية" حقاً لم تتغير منذ ملايين السنين؟

نادرًا ما يُرى القرش العفريت ، ولكن عندما يظهر فإنه يتصدر عناوين الصحف.

هذا جزئيًا بسبب مظهره غير العادي. يمنحها لحمها الوردي مظهر الجلد ، ويبرز من رأسها أنف مسطح يشبه الخنجر. لا عجب أن يطلق عليه "أجنبي من العمق".

لكن القرش العفريت يستحضر خيالنا أيضًا بسبب تاريخه الخاص. يبدو أن العائلة التي تنتمي إليها ، Mitsukurinidae ، قد تغيرت بالكاد خلال 125 مليون سنة. وهذا يعني أن القرش العفريت هو "متحجر حي" ، وهو حيوان لم يتغير على ما يبدو لفترة طويلة من الزمن.

ستبدو الحفرية الحية تمامًا مثل حيوان متحجر منذ ملايين السنين. يبدو أن هذا يعني أنه ، بالنسبة لهذه الأنواع القليلة ، توقف التطور تمامًا - كما لو أنها تطورت إلى ذروة الكمال لدرجة أنها لا تحتاج إلى تحسين أكثر من ذلك. لكن المظاهر قد تكون خادعة ، وهناك الكثير لهؤلاء الناجين المتطرفين أكثر مما تراه العين.

مصطلح "الأحفورة الحية" صاغه تشارلز داروين في حول أصل الأنواع في عام 1859 ، الكتاب الذي أوضح فيه لأول مرة نظرية التطور. ناقش داروين في أحد الأقسام خلد الماء وسمك الرئة ، وهما نوعان حديثان ينتميان إلى سلالة قديمة ، ولا يزالان يتمتعان ببعض السمات الرئيسية لأسلافهما المتحجرات.

تنتمي السمكة إلى مجموعة كان يُعتقد أنها انقرضت منذ 65 مليون سنة

كتب داروين أن: "هذه الأشكال الشاذة يمكن أن تسمى تقريبًا حفريات حية تحملتها حتى يومنا هذا ، من كونها سكنت في منطقة محصورة ، ومن تعرضها بالتالي لمنافسة أقل حدة."

في ذلك الوقت ، لم تكن أشهر الحفريات الحية قد اكتُشفت بعد. سيحدث ذلك في عام 1938 في جنوب إفريقيا. أدركت أمينة التاريخ الطبيعي تدعى مارجوري كورتيناي لاتيمر أن السمكة التي كانت تفحصها لا ينبغي أن تكون موجودة.

تنتمي السمكة إلى مجموعة كان يُعتقد أنها انقرضت منذ 65 مليون عام ، خلال نفس الكارثة التي قضت على الديناصورات. لقد كان كولاكانث.

تعود جذور السيلاكانث إلى 390 مليون سنة. إنها سمكة كبيرة تعيش في القاع يمكن أن تنمو بطول يصل إلى مترين. تبدو زعانفها اللحمية الشبيهة بأطرافها والحراشف المرقطة كما لو كانت مرقطة بنقاط من الطلاء الأبيض.

اعتقد الجميع أنها ماتت مع الديناصورات

هناك نوعان معروفان: الكولاكانث الأفريقي والكولكانث الإندونيسي. معًا هم الناجون الوحيدون من الأسماك ذات الفصوص الزعانف ، وهي مجموعة كانت تهيمن على المحيطات ذات يوم.

يقول عالم الحفريات ريتشارد فورتي: "إن اكتشاف الكولاكانث أعطى مصطلح" الأحافير الحية "قدرًا كبيرًا من العملة". "لقد كان اكتشافًا مثيرًا ، حيث اعتقد الجميع أنه مات مع الديناصورات".

لكن الأهمية الحقيقية للكولاكانث تكمن فيما يمكن أن تخبرنا به عن تطور الحيوانات البرية.

منذ حوالي 400 مليون سنة ، بدأت بعض الأسماك تمشي على اليابسة مستخدمة زعانفها كأرجل. أدى هؤلاء المستكشفون إلى ظهور جميع الحيوانات البرية ذات الأطراف الأربعة ، من السحالي والضفادع إلى الطيور والدببة.

لم تكن أسماك السيلاكانث التي عاشت قبل 400 مليون سنة مطابقة للأسماك التي كانت تعيش عليها في عام 2015

في عام 2013 ، قام العلماء بتسلسل جينوم الكولاكانث الأفريقي. ووجدوا أنه أقرب الأقارب الأحياء لتلك الحيوانات البرية الأولى.

لكن هذا لا يجعلها أحفورة حية حقيقية. فحصت دراسة ثانية ، نُشرت أيضًا في عام 2013 ، حفريات السيلكانث والحمض النووي. ووجدت أن النوعين الأحياء يختلفان اختلافًا كبيرًا عن أسلافهما في عصر الديناصورات ، سواء في جيناتهم أو في تصميم أجسامهم.

يقول كريس أميميا ومارك روبنسون من معهد بينارويا للأبحاث في سياتل بواشنطن ، اللذان عملا في مشروع جينوم الكولاكانث: "تشير عبارة [الأحفورة الحية] إلى أن التطور لم يؤثر على الكائن الحي خلال هذه النطاقات الزمنية الطويلة". "من الواضح أن هذا ليس صحيحًا بالنسبة لأسماك السيلكانث."

بكل بساطة ، تغيرت هياكلهم العظمية. تحولت الزعنفة الظهرية الثانية من شوكية إلى مفصصة ، وفقدت العظام حول حافة الفم وحول قشورها. لم تكن أسماك السيلاكانث التي عاشت قبل 400 مليون سنة مطابقة للأسماك التي كانت تعيش عليها في عام 2015. فهل هناك حيوانات أخرى لم تغير أجسامها حقًا؟

يبدو الروبيان الشرغوف أكثر من عصور ما قبل التاريخ من السيلاكانث. كل واحدة لها درع يشبه الترتر. هذا يحمي بطنًا طويلًا يشبه الذيل وينتهي في اثنين من الزوائد الرفيعة الطويلة التي تشبه الهوائيات.

يبدو أن مفتاح بقاء الروبيان الشرغوف قد يكون كيفية تكاثره

تم العثور على روبيان الشرغوف في مناطق بعيدة مثل الصين واسكتلندا ، وقد نجا لمدة 300 مليون سنة. هذا يعني أنهم نجوا من الانقراض البرمي ، المعروف غالبًا باسم الموت العظيم ، والذي قضى تقريبًا على كل أنواع الحيوانات الأخرى.

بالنظر إلى ذلك ، قد تعتقد أن الروبيان الشرغوف قد تطور جميعًا. لكن علم الوراثة يقول خلاف ذلك. وفقًا لتحليل عام 2013 ، تطور وتنوع الجمبري الشرغوف بشكل كبير على مدى ملايين السنين. يقول قائد الدراسة Africa G & oacutemez من جامعة هال في المملكة المتحدة: "هناك دليل واضح على التطور".

في الواقع ، يبدو أن مفتاح بقاء الروبيان الشرغوف يكمن في كيفية تكاثره. يمكن أن يتكاثر الجمبري الشرغوف الفردي بدون شريك ، لأن كلاهما من الذكور والإناث.

الروبيان الشرغوف هو خنثى ذاتية الإخصاب. لديهم فصوص منتجة للحيوانات المنوية في المبايض ، حتى يتمكنوا من تخصيب بويضاتهم.

قبل 20000 عام ، كانت شمال أوروبا مغطاة بغطاء جليدي

يقول G & Oacutemez: "قد تسمح الخنوثة للكائنات الحية باستعمار الموائل بشكل أفضل". "أنت تحتاج فقط إلى بيضة واحدة ، لذلك فهي تمنحهم ميزة في المناطق التي حدث فيها تغيير موطن حديث."

كان من الممكن أن يساعدهم ذلك في نهاية العصر الجليدي الأخير. يقول G & oacutemez: "قبل 20000 عام ، كان شمال أوروبا مغطى بغطاء جليدي". عندما ذاب الجليد ، كشف عن سهول فيضانات وأنهار وبرك جديدة. "إذا كنت خنثى يمكنك استعمار ذلك بسرعة نسبيًا."

هم أيضا يتطورون. وجدت G & oacutemez أن روبيان الشرغوف في الصحراء يتكاثر بشكل أسرع من نظيره في أوروبا ، ربما حتى يتمكنوا من الانتهاء قبل أن تجف البركة في الحرارة. ما هو أكثر من ذلك ، "يبدو أن بعض الأنواع الأسترالية قد تطورت لتحمل ملوحة أعلى في مياه البحر ، في حين أن ذلك من شأنه أن يقتل على الفور بعض الأنواع الأوروبية" ، كما يقول G & Oacutemez.

لذلك يبدو أنه تم تضليلنا للاعتقاد بأن هذه الحيوانات لم تتغير. إنها طبيعتنا جزئيًا. يقول G & oacutemez إن البشر حيوانات بصرية ، وجيدون في التعرف على الأشكال. من الصعب أن ننظر إلى ما هو أبعد من ذلك ونرى أنه قد يكون هناك شيء مختلف يحدث "تحت الغطاء".

لماذا يطلقون على الأرض اسم الحفريات الحية؟

بعض الأحافير الحية المفترضة ليست قديمة كما كنا نعتقد سابقًا. على سبيل المثال ، يقال إن نباتات السيكاد عاشت جنبًا إلى جنب مع الديناصورات. لا شك أن بعض السيكاسيات فعلت ذلك ، لكن الحمض النووي للسيكاد الحديث يظهر أنها تطورت فقط منذ 12 مليون سنة.

"لقد كانوا يتطورون بلا توقف وينتقلون ويشعون ، فلماذا يطلق عليهم على الأرض الحفريات الحية؟" يسأل G & oacutemez.

ومع ذلك ، فإن المظهر العام لكل أحفورة حية ظل كما هو إلى حد ما. لذا ، بينما هم يتطورون بشكل واضح ، ربما يفعلون ذلك ببطء أكثر من أي شيء آخر.

على الرغم من أنه قد يبدو أن هذه الأنواع قد أصيبت بالركود ، إلا أنها تتغير. يقول ديفيد بولي من جامعة إنديانا في بلومنجتون: "الحقيقة الرياضية وراء التطور هي أنه يجب أن تكون هناك آلية لإبقائك كما هو".

هناك حقًا شيء مميز حول الحفريات الحية

دائمًا ما تتغير الجينات ويتم تعديلها حسب الجنس ، لكن هذا لا يعني بالضرورة حدوث تغييرات كبيرة في الحيوانات التي تحملها. يقول فورتي: "لا يتحرك التطور حتمًا إلى الأمام نحو التشكل الجديد والتصميمات الجديدة".

نظرًا لأن معظم الأنواع تتغير بالفعل ، فهناك حقًا شيء مميز حول الحفريات الحية. يقول بولي: "إن بقائهم على حالهم تقريبًا يعني أن هناك شيئًا نشطًا للغاية يبقيهم على هذا النحو". "السؤال المثير للاهتمام هو ماذا."

إذن ما هو موضوع السيلكانث وأسماك القرش الشبح والتواتارا؟ سمح شيء ما لأجسادهم بالبقاء دون تغيير لمئات الملايين من السنين.

قد يكون ذلك بسبب تواجدهم في الأماكن المناسبة في الأوقات المناسبة.

يمكن للحيوانات البقاء على قيد الحياة فقط إذا كان لديهم مكان للعيش فيه. تدمر الانقراضات الجماعية العديد من هذه الموائل ، ولكن ليس جميعها. يقول فورتي: "إذا كان الموطن الذي عاشت فيه هذه الكائنات قد مر بإحدى هذه الأزمات ، فقد انتقلت عبر الكائنات الحية نفسها". "ثم أصبحوا أحرارًا في التطور بعد الأزمة ، وبالتالي لم يتم كسر الخط."

يمكن أن تعيش الصراصير في أماكن كثيرة

يمكن أن تختفي الموائل ببطء أيضًا. يقول بولي: "في الماضي الجيولوجي ، كانت هناك بيئات معينة كانت منتشرة وشائعة". "مع وصولنا إلى الحاضر الجيولوجي ، أصبحوا أقل شيوعًا ، وهناك بيئات جديدة." وهذا يفسر سبب اضطرار العديد من الأنواع للتغيير.

لقد نجا البعض من خلال القدرة على التكيف. على سبيل المثال ، يمكن أن تعيش الصراصير في العديد من الأماكن ، مثل الشقوق أو الثقوب أو الصخور أو المصارف. يقول فورتي: "يمكنهم العيش على أي شيء تقريبًا" ، وربما يفسر ذلك سبب بقائهم لفترة طويلة.

بالنسبة للأنواع الأقل قابلية للتكيف ، فإن الأمر يتعلق باختيار المكان الصحيح تمامًا.

خذ الحيوانات المعروفة باسم لينغولا، والتي توجد في قاع البحر ، بالقرب من ساحل المحيط الهندي. تبدو مثل بلح البحر ، لكنها في الواقع تنتمي إلى مجموعة قديمة تسمى ذراعي الأرجل. يقول فورتي إن أسلافهم الأحفوريين عاشوا في موطن المد والجزر ، المنطقة الواقعة بين المد المنخفض والعالي.

استعان بعض هؤلاء الناجين بهذه الأحداث لأنهم عاشوا في المكان المناسب

خلال حدث الانقراض البرمي ، أصبحت البحار مستنزفة من الأكسجين. وهذا يعني أن الكائنات التي تعيش في أعماق البحار كانت معرضة للخطر بشكل خاص ، مما يساعد في تفسير سبب القضاء على حوالي 95٪ من الأنواع البحرية. وفي الوقت نفسه ، قُتلت الحيوانات البرية بأعداد مماثلة بسبب مناخ أكثر جفافاً واتساع رقعة الصحاري.

لكن لينغولاجاء أسلافه سالمين. في منطقة المد والجزر ، كان يتم إعادة تدوير المياه باستمرار ، لذا لم يكن نقص الأكسجين مشكلة. يقول فورتي: "بعض هؤلاء الناجين استعانوا بهذه الأحداث لأنهم عاشوا في المكان المناسب".

إلى جانب المكان الذي يعيش فيه ، يمكن لسمات الأنواع أن تساعده على البقاء.

يقول فورتي: "حقيقة أن طعم سمك السيلكانث مثير للاشمئزاز كان من الممكن أن يساعدهم على البقاء على قيد الحياة". تبدو كما لو كانت مغطاة بالمخاط ، ويقال إنها طعم شمعي وتجعل من يأكلها يمرض بطونهم.

سرطانات حدوة الحصان هي أيضا ناجية كبيرة. تظهر النسخ الأقدم في سجل الحفريات منذ ما يقرب من نصف مليار سنة. تمتلك الأسلحة الحديثة سلاحًا سريًا ملونًا بشكل خاص.

يتخثر دمهم الأزرق اللامع عند مواجهة البكتيريا السيئة ، مما يمنع العدوى من الانتقال إلى أبعد من ذلك. يتم حصاد مئات الآلاف من سرطان حدوة الحصان كل عام من قبل المجتمع الطبي ، لأن المادة الكيميائية الحاسمة في دمائهم يمكن أن تكشف عن التلوث في أي محلول قد يتلامس مع الدم.

الحقيقة هي أنه لا يوجد حرفياً شيء اسمه "أحفورة حية". كل الأنواع تتطور ، حتى لو لم يكن ذلك واضحًا.

هناك نوع آخر تم اقتراحه ليكون أحفورة حية

تعتقد شركة G & oacutemez أنه يجب أن نتقاعد من المصطلح تمامًا. "لم يقصد داروين أبدًا أن يتم استخدامه على محمل الجد. المصطلح مفرط في التبسيط ويقود الناس إلى الاعتقاد بأن بعض الأشياء لم تتطور ، وهو أمر خاطئ للغاية."

يفضل فورتي تسمية مخلوقات مثل السيلكانث "الناجين المتطرفين من سلالة". إنها أكثر دقة ، لكنها ليست جذابة.

أخيرًا ، هناك نوع آخر تم اقتراحه ليكون أحفورة حية. هذا النوع هو الجنس البشري. هل صحيح ، كما قال بعض الناس ، أن البشر توقفوا عن التطور؟

الفكرة هي أن التطورات التكنولوجية والطبية قد أزال الضغط علينا للتطور. يمكن للمجتمعات الحديثة أن تبقي حتى الأضعف على قيد الحياة ، من خلال بناء الملاجئ وتطوير اللقاحات ضد الأمراض الفتاكة. نتيجة لذلك ، أصبحت بيئتنا الآن أسهل بكثير للبقاء فيها ، لذلك ربما نتطور ثقافيًا فقط ، كما اقترح ديفيد أتينبورو في راديو تايمز مقابلة في عام 2013.

حتى خلال العشرة آلاف سنة الماضية ، تغير البشر

ومع ذلك ، فإن علم الوراثة لا يدعم هذا. منذ حوالي 40000 عام ، انفجر عدد السكان وتسارع التطور. في عام 2007 ، درس جون هوكس من جامعة ويسكونسن ماديسون وزملاؤه الحمض النووي من 270 فردًا ووجدوا أن التطور البشري "تسارع مؤخرًا بمقدار 100 ضعف".

وبالمثل ، قدرت دراسة أجريت عام 2014 أن أحدث سلف مشترك لجميع البشر الأحياء عاش منذ حوالي 239000 عام. هذا أحدث بكثير من بعض التقديرات ، ويشير مرة أخرى إلى أن البشر يتطورون بسرعة.

حتى خلال العشرة آلاف سنة الماضية ، تغير البشر. يعد وجود العيون الزرقاء ، وقدرة بعض البالغين على شرب حليب الحيوان الذي يحتوي على اللاكتوز ، مثالين على الابتكارات الحديثة.

من الصعب أن نقول ما حدث في المئات من السنين الماضية ، عندما كان التقدم التكنولوجي أسرع ، لأنها فترة قصيرة من الزمن. ولكن إذا علمتنا الحفريات الحية الأخرى أي شيء ، فهو أنه يجب أن يكون من المستحيل على البشر التوقف عن التطور.


لماذا لا يبدو أن معظم الحيوانات تتطور أبدًا عبر آلاف السنين؟ - مادة الاحياء

الحيوانات التي لا تستطيع التكيف مع البيئات المتغيرة في خطر. الصورة: بريان ديوي

إذا لم نقم بتقليل انبعاثات الكربون لدينا وبدلاً من ذلك سمحنا بارتفاع درجات الحرارة العالمية بمقدار 4.5 درجة مئوية ، فقد ينقرض ما يصل إلى نصف الحيوانات والنباتات في بعض المناطق الأكثر تنوعًا بيولوجيًا في العالم بحلول عام 2100 ، وفقًا لدراسة جديدة. في الواقع ، حتى لو تمكنا من الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى هدف اتفاقية باريس للمناخ وهو 2 درجة مئوية ، فإن مناطق مثل الأمازون وجالاباغوس قد تفقد ربع أنواعها ، كما يقول الباحثون ، الذين درسوا آثار المناخ. تغيير على 80.000 نبات وحيوان في 35 منطقة. وجدت دراسة أخرى أن الانقراضات المحلية (عندما تنقرض الأنواع في منطقة معينة ، ولكنها لا تزال موجودة في مكان آخر) تحدث بالفعل في 47 في المائة من 976 نوعًا تمت دراستها ، في كل نوع من الموائل والمنطقة المناخية.

مع ارتفاع درجات الحرارة ، وتغير أنماط هطول الأمطار ، وأصبح الطقس أقل قابلية للتنبؤ به وأكثر تطرفاً ، حددت دراسة أجريت عام 2016 أن تغير المناخ بالفعل يعطل الكائنات الحية والنظم البيئية على الأرض وفي الماء بشكل كبير. لا تقوم الحيوانات فقط بتغيير مداها وتغيير توقيت مراحل الحياة الرئيسية - إنها تظهر أيضًا اختلافات في نسب جنسها ، وتحملها للحرارة ، وفي أجسامها. قد تساعد بعض هذه التغييرات الأنواع على التكيف ، بينما يمكن للآخرين تسريع زوالها.

تحرك أو تكيف أو مت

يمكن للحيوانات أن تتفاعل مع تغير المناخ بثلاث طرق فقط: يمكن أن تتحرك أو تتكيف أو تموت.

تنتقل العديد من الحيوانات إلى ارتفاعات وخطوط عرض أعلى هربًا من درجات الحرارة المرتفعة ، لكن تغير المناخ قد يحدث بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا تتمكن معظم الأنواع من تجاوزه. على أي حال ، فإن الانتقال ليس دائمًا حلًا بسيطًا - فدخول منطقة جديدة قد يعني مواجهة المزيد من المنافسة على الطعام ، أو التفاعل مع أنواع غير مألوفة. توجد بعض الحيوانات ، مثل البيكا الأمريكية التي تشبه الهامستر ، في أقصى مدى لها. تحتاج Pikas إلى ظروف رطبة باردة في جبال الألب Sierra Nevadas و Western Rockies ، لكن الموائل الصخرية التي تتطلبها تزداد سخونة وجفافًا وأقل ثلجيًا. لأنهم يعيشون بالفعل في أعالي الجبال ، عندما تصبح تضاريسهم صالحة للسكن ، لم يعد هناك مكان يذهبون إليه. قد تتعرض الحيوانات الأخرى التي تحاول الانتقال إلى مناخ أكثر برودة للطوق بسبب الطرق السريعة أو غيرها من الهياكل التي من صنع الإنسان.

بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن تجاوز بعض تأثيرات ارتفاع درجات الحرارة. تأخذ فراشات العاهل إشاراتها من طول النهار ودرجة الحرارة لتطير جنوبًا من كندا إلى الشتاء في المكسيك. في الآونة الأخيرة ، تأخرت هجرة الفراشات الجنوبية لمدة تصل إلى ستة أسابيع لأن درجات الحرارة الأعلى من المعتاد تفشل في جعلها تطير جنوبا. وجد العلماء أيضًا أن بداية درجات الحرارة المنخفضة في المكسيك تحفز الفراشات على العودة شمالًا لوضع بيضها في الربيع.

فراشات العاهل في المكسيك. الصورة: بابلو لوتود

As temperatures warm, their migrations could fall out of sync with the bloom time of the nectar-producing plants they rely on for food. Logging where they overwinter in Mexico and the dwindling of the milkweed habitat, where they breed and their larvae feed, due to drought, heat and herbicides are additional factors in the monarch’s decline. Its numbers have decreased by 95 percent in the last two decades.

As temperatures rise in the Arctic and sea ice melts, polar bears are also losing their food source they are often unable to find the sea ice they use to hunt seals from, and rest and breed on. Puffins in the Gulf of Maine normally eat white hake and herring, but as oceans warm, those fish are moving farther north. The puffins are trying to feed their young on butterfish instead, but baby puffins are unable to swallow the larger fish, so many are starving to death.

Some Species are Adapting

Some animals, however, seem to be adapting to changing conditions. As spring arrives earlier, insects emerge earlier. Some migrating birds are laying their eggs earlier to match insect availability so their young will have food. Over the past 65 years, the date when female butterflies in southern Australia emerge from their cocoons has shifted 1.6 days earlier per decade as temperatures there have warmed 0.14˚C per decade.

Coral reefs, which are actually colonies of individual animals called polyps, have experienced extensive bleaching as the oceans warm—when overheated, they expel the colorful symbiotic algae that live within them. Scientists studying corals around American Samoa found that many corals in pools of warmer water had not bleached.

A coral reef in American Samoa. Photo: NOAA

When they exposed these corals to even higher temperatures in the lab, they found that just 20 percent of them expelled their algae, whereas 55 percent of corals from cooler pools also exposed to the high heat expelled theirs. And when corals from a cool pool were moved into a hot pool for a year, their heat tolerance improved—only 32.5 percent now ejected their algae. They adapted without any genetic change.

This coral research illustrates the difference between evolution through natural selection over the course of many generations, and adaptation through phenotypic plasticity—the ability of an organism to change its developmental, behavioral and physical features during its lifetime in response to changes in the environment. (“Plasticity” here means flexible or malleable. It has nothing to do with the hydrocarbon-based products that are clogging our landfills and oceans.) The corals living in the hot pools had evolved over many generations as natural selection favored survival of the most heat-tolerant corals and enabled them to reproduce. But the corals from the cool pool exposed to the hotter water were also able to adapt because they had phenotypic plasticity.

How Does Phenotypic Plasticity Work?

When some animals (and plants) encounter the impacts of climate change in their environment, they respond by changing behavior and moving to a cooler area, modifying their physical bodies to better deal with the heat, or altering the timing of certain activities to match changes in the seasons. These “plastic” changes occur because some genes can produce more than one effect when exposed to different environments.

Organic compounds, called methyl groups, attach to DNA and determine gene expression. Photo: Christoph Bock

Epigenetics—how environmental factors cause genes to be switched on or off—bring about phenotypic plasticity mainly through producing organic compounds that attach to DNA or modifying the proteins that DNA is wound around. This determines whether and how a gene will be expressed, but it does ليس alter the DNA sequence itself in any way. In some cases, these changes can be passed along to the next generation, but epigenetic changes can also be reversed if the environmental stresses are eliminated.

Scientists don’t know whether all species have the capacity for epigenetic responses. For those that do, epigenetic changes could buy them time to evolve genetic adaptations to changing environmental conditions. And over the long term, phenotypic plasticity could become an evolutionary adaptation if the individuals with the genetic capacity for phenotypic plasticity are better suited to the new environment and survive to reproduce more.

“Like any trait, phenotypic plasticity can undergo natural selection,” emailed Dustin Rubinstein, associate professor in Columbia University’s Department of Ecology, Evolution and Environmental Biology. “This means that when there is a benefit to having a plastic response to the environment, this can be favored by natural selection … Some traits (like behaviors) may be more likely to be plastic than others.”

For species that take a long time to mature and reproduce infrequently, epigenetics may give them the flexibility to be able to adapt to rapidly changing conditions. Species with shorter life spans reproduce more frequently, and the rapid succession of generations helps them evolve genetic adaptations through natural selection much more quickly.

Examples of Epigenetic Changes

Guinea pigs from South America normally mate at a temperature of about 5˚C. After keeping the males at 30˚C for two months, scientists conducting one study found evidence of epigenetic changes on at least ten genes linked to modifying body temperature. The guinea pigs’ offspring also showed epigenetic changes, but these were different from those of their fathers. It seems that that the fathers produced their own epigenetic changes in response to the heat, but passed along to their young a different set of “preparedness” changes.

Illustration of a common skate, Woods Hole, MA.
Photo: David Starr Jordan

A population of winter skate fish from the southern Gulf of St. Lawrence have a much smaller body size than other populations of winter skate along the Atlantic coast. Scientists found that these skates had adapted to the gulf’s 10˚C warmer water temperatures by reducing their body size by 45 percent compared with other populations. (Since oxygen content decreases when oceans warm, it is difficult for bigger fish to get enough oxygen.) The scientists detected 3,653 changes in gene expression that reflected changes in body size and some life history and physiology traits. Despite these epigenetic changes, the DNA of these winter skates—which have lived in the southern Gulf of St. Lawrence for 7,000 years—was identical to that of another Atlantic skate population.

When Phenotypic Plasticity is Not Protective

“It is important to not confuse species responses and adaptation as an indicator that everything will be okay,” said ecologist Brett Scheffers, from the University of Florida.

A prime example is the green sea turtle, whose sex is determined by the temperature of the sand around its egg as it develops. Warmer incubation temperatures produce more females.

A green sea turtle hatchling, probably a female. Photo: GreensMPs

Scientists examined turtles around the Great Barrier Reef, a large and important turtle breeding area in the Pacific. They found that turtles from the cooler southern nesting beaches were 65 to 69 percent female, while those from the warmer northern nesting beaches were 87 percent female. In juvenile turtles, females now outnumber males by about 116 to 1. Turtles are so sensitive that if temperatures rise a few degrees Celsius more, certain areas could end up producing only females, eventually resulting in local extinctions.

Meadow voles born in autumn are born with a thicker coat than those born in spring, thanks to environmental cues the mother relays through her hormones while the pup is in the womb. These predictive adaptive responses, believed to be controlled by epigenetics, guide the animal’s metabolism and physiology to enable it to adapt to the environment it will supposedly be born into. But if it’s suited to life in a certain kind of environment, it could end up being maladapted when conditions change—for instance, if winters become warmer.

The brown butterfly from Africa. Photo: Charlesjsharp

Phenotypic plasticity can even limit adaptive evolution. A butterfly from Malawi speeds up its growth and reproduction and lives a short life when it is born at a warm, wet time of year if born in a cool dry season, it leads an inactive long life with delayed reproduction. While the butterfly has a lot of variety in gene expression, scientists have found very little actual gene variation for this plasticity. The butterflies adapted to very specific, predictable and consistent environmental cues. Natural selection furthered these carefully tuned reactions because any deviation from these precise responses would have been maladaptive. Consequently, over time, natural selection eliminated the genetic variation that would have allowed for more plasticity. So, paradoxically, phenotypic plasticity in seasonal habitats may produce species that are specialists in their particular environments, but are then more vulnerable to climate change.

It’s also believed that species in regions with a very consistent climate will have a harder time adapting to climate change. For example, because the tropics have had little climatic variability over thousands of years, it’s thought that tropical species have less diversity in their genes to deal with changing conditions.

Evolution to the Rescue?

Scott Mills, a professor of wildlife biology at the University of Montana, has been researching global patterns of coat color changes in eight species of hares, weasels and foxes. He has found that individuals who turn white in the winter are more common at higher latitudes, but for some animals, the mismatch of their white coats with less snowfall has led to a reduction in their range.

“We know that whether or not an animal is brown in the winter or white in the winter has a very strong genetic component,” said Mills. “And the coat color change trait doesn’t have much plasticity. There doesn’t seem to be any obvious capacity for them to have behavioral plasticity either—to behave so as to reduce mismatch or reduce being killed by the mismatch.” As snowfall decreases, there will be more and more mismatches, so if these species are to survive, they will have to evolve.

Mills’ research identified some populations of these animals with individuals that turn white and others that stay brown in winter. Because these groups have that genetic variability, they have the best chance to adapt, since evolution operates the fastest when there’s ample variation within a population for natural selection to act upon.

Both phenotypic plasticity and evolutionary change are more likely to occur in larger populations of animals and those connected to other populations. A large, diverse group will have more individuals with genes that allow for phenotypic plasticity, which can ultimately be favored by natural selection. In addition, “generalist” species—those that can live in environments with a wide variety of conditions—usually have more variation in their traits that can be inherited.

“One of the biggest discoveries over the last 20 years in biology,” said Mills, “is that meaningful evolutionary changes can happen fast. Evolution isn’t just for fossils—evolution can happen on ecological time scales in five to 10 generations. That’s led to more anticipation that evolutionary change might be able to play a role in rescuing species…With the right work and focus, this can become another tool in the conservation tool kit.”

What Needs to be Done

Human beings rely on biodiversity—the variety of life on Earth—and functioning ecosystems for food, clean water and our health. If other species are unable to adapt to climate change, the consequences for humans could be dire. Society needs to implement strategies to help wildlife adapt to the impacts of climate. This means identifying and protecting zones where species exhibit genetic variability and preserving natural marine and land-based ecosystems.

Wildlife overpass in Singapore. Photo: Benjamin P. Y-H. لي

It means purposefully increasing connectivity between natural areas, and providing stretches of land that animals can migrate along and to. These measures would enable species to travel to cooler areas and allow for larger, more connected populations that can promote the genetic diversity needed for phenotypic plasticity and adaptive evolution.

The Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) just released four reports on biodiversity. Written by more than 550 experts from 100 countries, the reports found that biodiversity is declining in every region of the world, endangering “economies, livelihoods, food security and the quality of life everywhere.” In the words of IPBES chair Robert Watson: “The time for action was yesterday or the day before.”


The four principles of Karl Ernst von Baer

In 1828, von Baer reported, “I have two small embryos preserved in alcohol, that I forgot to label. At present I am unable to determine the genus to which they belong. They may be lizards, small birds, or even mammals.” Figure 1.5 allows us to appreciate his quandary. All vertebrate embryos (fish, reptiles, amphibians, birds, and mammals) begin with a basically similar structure. From his detailed study of chick development and his comparison of chick embryos with the embryos of other vertebrates, von Baer derived four generalizations (now often referred to as “von Baer's laws”), stated here with some vertebrate examples:

Figure 1.5

The similarities and differences between different vertebrate embryos as they proceed through development. They each begin with a basically similar structure, although they acquire this structure at different ages and sizes. As they develop, they become (more. )

The general features of a large group of animals appear earlier in development than do the specialized features of a smaller group. All developing vertebrates appear very similar shortly after gastrulation. It is only later in development that the special features of class, order, and finally species emerge. All vertebrate embryos have gill arches, notochords, spinal cords, and primitive kidneys.

Less general characters are developed from the more general, until finally the most specialized appear. All vertebrates initially have the same type of skin. Only later does the skin develop fish scales, reptilian scales, bird feathers, or the hair, claws, and nails of mammals. Similarly, the early development of the limb is essentially the same in all vertebrates. Only later do the differences between legs, wings, and arms become apparent.

The embryo of a given species, instead of passing through the adult stages of lower animals, departs more and more from them. ¶ The visceral clefts of embryonic birds and mammals do not resemble the gill slits of adult fish in detail. Rather, they resemble the visceral clefts of الخلايا الجنينية fish and other الخلايا الجنينية vertebrates. Whereas fish preserve and elaborate these clefts into true gill slits, mammals convert them into structures such as the eustachian tubes (between the ear and mouth).

Therefore, the early embryo of a higher animal is never like a lower animal, but only like its early embryo. Human embryos never pass through a stage equivalent to an adult fish or bird. Rather, human embryos initially share characteristics in common with fish and avian embryos. Later, the mammalian and other embryos diverge, none of them passing through the stages of the others.

Von Baer also recognized that there is a common pattern to all vertebrate development: the three germ layers give rise to different organs, and this derivation of the organs is constant whether the organism is a fish, a frog, or a chick.

WEBSITE

1.1 The reception of von Baer's principles. The acceptance of von Baer's principles and their interpretation over the past hundred years has varied enormously. Recent evidence suggests that one important researcher in the 1800s even fabricated data when his own theory went against these postulates. http://www.devbio.com/chap01/link0101.shtml


The Most Popular Textbook Example of Punctuated Evolution Has Been Debunked by Researchers

The picture shows the seven species of bryozoans that were used in the debunking.The white line is only 500 micrometers in lenght. Copyright: JoAnn Sanner, The University of Chicago
The most popular textbook example of

Researchers at the University of Oslo have debunked a textbook example about how evolution proceeds during speciation. Renowned paleontologist Stephen Jay Gould fronted the old theory.

Evolutionary biologists have for a long time disagreed on the rate of evolution when new species emerge. Are new species the result of gradual changes – as Charles Darwin suggested – or is evolution speeding up for short periods of time when new species evolve?

World renowned paleontologist Stephen Jay Gould (1941-2002) formulated the theory of punctuated equilibrium together with Niles Eldredge (1943-) in 1972. The theory states that species remain more or less unaltered during their existence, with major evolutionary change happening during rapid events of speciation. As evidence for this view, Gould pointed to the fossil record.

Fossils can tell scientists about what life on Earth looked like in the past. The picture shows two million year old fossils of marine organisms found on an expedition to New Zealand. Credit: Kjetil Lysne Voje/UiO

According to Gould, the fossil record typically show that species do not change significantly after they emerge, and that major changes occurred when new species appeared.

Stephen Jay Gould was one of the twentieth century’s most famous evolutionary biologists and a bestselling popular science writer. Some even claimed that Gould was the foremost biologist of his time – perhaps the greatest since Charles Darwin himself – so his words have carried a lot of weight to this day.

In a new paper from researchers at the University of Oslo, the authors claim to have found several methodological problems in the most famous and well-trusted example supporting the theory of punctuated equilibrium.

“We find no evidence for punctuated evolution in our reanalysis of the most recognized dataset that Gould used to support his theory,” says Kjetil Lysne Voje at UiO’s Center for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) at the Department of Biosciences.

Textbook example is rejected

Fossils of the bryozoan genus Metrarabdotos – a group of aquatic invertebrates thoroughly investigated by the excellent paleobiologist Alan Cheetham – have been the prime example of punctuated evolution.

Gould called Metrarabdotos “the most brilliantly persuasive, and most meticulously documented, example ever presented for predominant (in this case, exclusive) punctuated equilibrium in a full lineage” (Gould 2002, page 827).

Researcher Kjetil Lysne Voje led the new study on evolution of species within the bryozoan genus Metrarabdotos. Credit: Unni Vik/UiO

“We detected some critical methodological issues in the original work on Metrarabdotos. When we take the methodological issues into account, we do not find any evidence of punctuated evolution in our reanalysis of the Metrarabdotos data,” says Kjetil Lysne Voje.

Bryozoans are so small that scientists have to use an electron microscope to study them in detail, but they form colonies that can be quite large (up to 1 meter). Most bryozoans live in the sea, but there are also many species in fresh water. The bryozoan genus Metrarabdotos has been used as a textbook example in evolutionary biology and paleontology, showing how evolution speeds up when new species form compared to a much slower evolution of already established species.

“But our new results show nothing else than a gradual evolution of the bryozoan species both before, during and after the formation of new species,” emphasizes Voje.

لماذا هذا مهم؟

The idea of ​​fast-track evolution during speciation has been controversial. Critics of the theory of punctuated equilibrium found it difficult to believe that the evolutionary processes leading to new species should be markedly different from the processes that cause already existing species to change.

“Species are continuously evolving and our results support the hypothesis that evolution does not “behave” differently when new species emerge,” says Voje.

The paper with the new results was published in the May issue of The American Naturalist. The authors of the study are Kjetil Lysne Voje, Emanuela Di Martino and Arthur Porto.

Reference: “Revisiting a Landmark Study System: No Evidence for a Punctuated Mode of Evolution in Metrarabdotos” by Kjetil Lysne Voje, Emanuela Di Martino and Arthur Porto, 17 March 2020, The American Naturalist.
DOI: 10.1086/707664


بيولوجيا حجم البايت

Some microbes are evil minions of Hell (but not all)

Quite a few people think that microbes are evil, disease causing minions of Hell that should be eradicated. Supermarkets are handing out sanitary wipes: wipe the handlebar if you want to live, never mind that 90% of the food in the supermarket is worse for you than anything you may catch off that cart handle. Almost every public space looks like the secret basement level of the CDC, with alcoholic hand sanitizers and posters portraying the horrors of aerosol-borne infections. Microbes are the invisible enemy: you can’t see them, but they are deadly. You can sure kill them with copious amounts of ethanol.

Actually, only a minority of microbes are pathogens. Some eukaryotes are parasitic and disease causing. There is Athlete’s foot (caused by a fungus) amoebal dysentery and other unpleasant experiences. But most are not. Also, most bacteria that live in us or on us are symbiotic and like us for our throwaway proteins, carbohydrates, nice 36.6C temperature, high humidity (armpit or mouth) and other goodies. Yes, some are pathogenic, and some do seem like evil little minions of the Devil. Those have ingenious mechanism which infect, wreak havoc, sometimes kill, and move on. But for every plague bacillus or burger bug out there, there are millions of other kinds of bacteria that really don’t do much, good or bad.

About archaea

There is one group of microbes that have no known pathogens: Archaea. Archaea are… different. An archaeon is as different from a bacterium as either is from a human. Superficially, bacteria and archaea look the same. Both are unicellular. Both do not have well-formed cellular organelles on the level that eukaryotes have. For those two reasons, archaea were thought, for a very long time, to be a type of bacteria. Today, virtually all microbiologists classify archaea in a domain of their own. Archaeal cell membranes are made up of their own unique type of building-blocks (lipids), the type which bacteria do not have, and neither do eukaryotes. Their cell wall is different than bacteria. Many live in extreme conditions: ocean smokers, geysers, hyper-saline lakes, the frozen Tundra, termite guts, cow stomachs and Charlie Sheen’s pants. Actually, the latter may be a bit too extreme even for archaea. Looking at phylogenetic marker genes, such as small subunit ribosomal RNA, (SSUrRNA) archaea indeed cluster as a domain unto themselves.

But of the hundreds of disease-causing microbes or pathogens that we know of, none are archaea. Which is odd. Plenty of disease causing eukaryotes and bacteria, but no archaea? لماذا هذا؟ In a new paper published in Bioessays, Erin Gill and Fiona Brinkman try to answer this question.

First, Gill and Brinkman examined the most trivial hypothesis: we may just not have discovered archaeal pathogens yet. Their statistical analysis shows that this is possible, but unlikely. Here is the way the authors explain this: about 0.36% of known bacterial species cause disease (585 out of about 151,000 known cultured and uncultured species, a very low-bound estimate). Assuming that the diversity in archaea is about the same, we should have identified a few (the authors estimate .0036 x 4,508 species of archaea = 16) archaeal species which cause disease. This somewhat back-of-the-envelope calculation is a bit rough and laden with assumptions: one, that the diversity among known archaea is the same as among known bacteria. It was recently discovered that there is a huge marine diversity of mesophilic archaea for which we only have metagenomic (fragmented DNA sequence) data. Also, there may be many diseases we know nothing about, simply because our census of life on earth is far less than complete. Some of these archaea (and more of these bacteria) may be pathogens, only many have not been identified as such. Finally, historically, with bacteria, we were biased towards looking for pathogens. Bacteriology started as a medical discipline, and to this day many microbiology departments reside in universities’ medical schools. On the other hand, archaea were studied mostly by environmental microbiologists, who are not looking for pathogens necessarily, but are more interested in biogeochemical cycles and the diversity of life. But its claim does cause us to raise an eyebrow: not even واحد known archaeal pathogen? OK that’s odd. Quite worth looking into. Although the number of archaea we can examine may be too small.

So what exactly is going on?

Bacteria don’t kill people. Bacteriophages kill people?

A clue may lie in how virulence genes are arranged in the bacterial genome. Virulence genes are genes that code for proteins that let bacteria invade our body, cause disease and evading the immune system and drugs. Many of these genes are recognized as mobile: they can easily jump together from a disease causing strain to a benign strain, causing the latter to now become virulent. In many cases they can jump between different species. The vector that carries those genes is typically a bacterial virus, or bacteriophage. When a virus invades bacteria, it can uptake some of its DNA and incorporate it into its own genome. This DNA may later be deposited in another bacterium, turning a benign strain into a virulent one. The process of moving DNA between bacteria with a virus is called transduction, and viruses may also leave very specific “fingerprints” in transduced DNA.

Generalized transduction. Source: Indian River State College

One might say that pathogenic bacteria are actually a vehicle to help bacteriophages proliferate. Better yet, bacteriophages and bacteria both can be viewed as vehicles to help virulence genes proliferate.

However, as far as we know, bacteriophages do not invade archaea. Archaea do have their own viruses, but those are different from bacteriophages. Archaea are a separate domain of life, and whatever parasitises one domain would be ill fit to parasitise another. After all, viruses that invade eukaryotes are also quite different from bacteriophages. (As an aside, this is what makes bacteriophages such an attractive idea as an anti-bacterial treatment method: after all, if we can inundate the human body with viruses that only infect bacteria, moreover only specific disease-causing bacteria leaving those that we need unharmed, that would make for a great silver bullet. But bacteriophage treatment is a matter for another post.) The differences are in shape, biochemistry and in genomes. There is little to no similarity in the genomic sequences of archaeal viruses and bacteriophages. No bacteriophages are known to infect archaea and vice-versa. That said, we know precious little about the diversity of bacteriophages, and close to nothing about archaeal viruses.

We do know that archaea have a very different cell-wall biochemistry than bacteria, and lack the receptor proteins which bacteriophages use to infect bacteria. So bacteriophages cannot infect archaea, cannot transmit virulence genes, and cannot transmit virulence. Gill and Brinkman present virulence from the bacteriophage’s (or rather the bacteriophage’s genes) point of view: both bacteria and their hosts are vehicles for propagating bacteriophage genes. A rather complex evolutionary mechanism.

But why haven’t archaea developed virulence of their own, independently of bacteria? Wouldn’t archaeal viruses develop a similar mechanisms? The authors claim the reason is that virulence evolution is a rare event. They argue that the evolution of virulence, at least the virus-transmitted secondary type is a multi-step process, and is therefore rare. My take on this argument: yes, it might be true for phage-transmitted virulence, but both bacteria and eukarya have evolved virulence mechanisms independent of viruses, encompassing many diverse mechanism that appear to have evolved independently. Hence, virulence itself is not so rare, even if the gene-island type may be.

All-in-all a thought provoking paper, which was very exciting to read. The authors qualify their hypothesis heavily, knowing that with bacterial, archaeal and their viruses, there are unknown unknowns, as the following bit of poetry illustrates:

The Unknown
كما نعرف،
There are known knowns.
There are things we know we know.
We also know
There are known unknowns.
That is to say
We know there are some things
We do not know.
But there are also unknown unknowns,
The ones we don’t know
We don’t know.

—Donald Rumsfeld, Feb. 12, 2002, Department of Defense news briefing

Gill, E., & Brinkman, F. (2011). The proportional lack of archaeal pathogens: Do viruses/phages hold the key? BioEssays, 33 (4), 248-254 DOI: 10.1002/bies.201000091


Evolution During the Triassic Period

Confusing matters somewhat, the archosaurs of the middle to late Triassic period didn't only give rise to dinosaurs. Isolated populations of these "ruling reptiles" also spawned the very first pterosaurs and crocodiles. For as much as 20 million years, in fact, the part of the Pangean supercontinent corresponding to modern-day South America was thick with two-legged archosaurs, two-legged dinosaurs, and even two-legged crocodiles—and even experienced paleontologists sometimes have trouble distinguishing between the fossil specimens of these three families!

Experts are unsure whether the archosaurs from which the dinosaurs descended coexisted with the therapsids (mammal-like reptiles) of the late Permian period, or whether they appeared on the scene after the Permian/Triassic Extinction Event 250 million years ago, a geologic upheaval that killed about three-quarters of all land-dwelling animals on earth. From the perspective of dinosaur evolution, though, this may be a distinction without a difference. What's clear is that dinosaurs gained the upper hand by the start of the Jurassic period. (By the way, you may be surprised to learn that therapsids spawned the first mammals around the same time, the late Triassic period, as archosaurs spawned the first dinosaurs.)


Why do we love pets? An expert explains.

Ours is a pet-loving culture. Researchers spend a lot of time exploring what has become known as “human-animal interactions,” and the pet industry spends a lot of money promoting what it prefers to call the “human-animal bond.” But that concept might have been laughable a century ago, when animals served a more utilitarian role in our lives. And it was “deeply unfashionable” among scholars as recently as the 1980s, as John Bradshaw writes in his new book, “The Animals Among Us: How Pets Make Us Human.”

Bradshaw, an honorary research fellow at the University of Bristol in England, would know. He was trained as a biologist — one who began by studying animals, not people, and not their relationship. But he says his work on dog and cat behavior led him to conclude that he would never fully understand those topics without also considering how humans think about their animals. In 1990, he and a small group of other researchers who studied pet ownership coined a term for their field: anthrozoology. Today, university students at a few dozen U.S. universities study the topic he helped pioneer.

In his latest book, Bradshaw argues that our fascination with pets is not because they’re useful, nor even because they’re cute, and certainly not because they’ll make us live longer. Instead, he writes, pet-keeping is an intrinsic part of human nature, one rooted deeply in our own species’ evolution. I spoke with him recently about his conclusions.

This interview has been edited for length and clarity.

I receive loads of press releases and read lots of headlines about how pets make us healthy. But the science is quite a bit more fuzzy, right?

There is evidence that interacting with pets does reduce people’s stress, provided the pet is behaving properly. Good interactions do have quite a profound effect, causing changes in oxytocin and in beta endorphins. Those are actual changes going on in the body of somebody who is stroking a friendly dog. So that’s the upside. The downside is that pets, real pets that actually live with people, cause stress and expense and all sorts of other things that can cause arguments within the family. And if you take humanity as a whole, I suspect that those two things kind of balance out. For every paper that says that pets make you live longer or that they make people healthier, many other reports — particularly those that come from medical professionals, who don’t really have a stake in the field — that find no effect or actually negative effects. The reporting bias is in favor of the good ones, so the study that showed that cat owners were usually more depressed than people who don’t have any pets didn’t rate any headlines. So pet-keeping as a habit, averaged out, is probably not having any major effect on health in either direction. If the dog gets people out and about and likes energetic exercise, then there are probably health benefits. But they’re not just going to come as part of the package.

Why is there such a mismatch in public perception about pets as a panacea and the evidence for it?

I think it’s about a puzzling and unusually unique effect pets give to people, which is what I call the trustworthiness effect, which hasn’t received a huge amount of attention in the press, but it has been replicated in studies in several different countries. People with animals, or as simply described as having a friendly dog with them, instantly become more trustworthy in the eyes of the person who’s encountering that person or having that person described to them. I think it actually explains quite a lot — people are believed when they tell nice stories about animals. Whether that applies to news reports as well, I’m just guessing, but I think it’s a reasonable explanation. I think it also explains a lot of the effects of animal-assisted therapy. The magic is actually in making the person with the animal much more approachable. In a senior residence, it’s not simply the seniors who find the visitor a good person to talk to, but the staff finds the visits beneficial as well. It makes the whole place seem a bit more homely. The dog, or whatever animal, is changing people’s perception of the person doing the therapy. This is the trustworthiness factor, and it explains quite a lot of our biases.

What’s the harm if people have mistaken beliefs about pets? Lots of animals need homes.

I’ve spent a lot of my career pursuing the idea of better welfare for household pets, and I can see some potential risks. The one that we’re seeing most is people bypassing the idea that you have to know about these animals. Fifty or 100 years ago, the knowledge of how to look after animals was passed from person to person. Now we are much more insular. And the idea that simply getting a pet is going to make you happy and de-stress you is not going to work if you don’t do the homework about what the animal needs. One trend which I have particular concern about is for flat-faced dogs. People don’t really understand that having a dog that looks very cute is also likely to have breathing difficulties, eye problems and other health issues. I find that quite distressing. We have a lot of knowledge now about how dogs think and how they feel, and yet that knowledge is still not getting through to a particular kind of owner who is just obeying the fashion and their gut instincts. They’re told that this is going to be a really good experience for them, and maybe it is, but it probably won’t be that great an experience for the dog.

Why do we keep getting pets?

Pet-keeping is a human universal, and it’s something that’s been going on for tens of thousands of years. So why do people want to do something which seems completely unproductive?

One answer is that there is this satisfaction — stroking a dog or a cat causes hormones to be released and makes the person doing it feel good. I think you can trace that back to our very ancient history as hairy primates. Grooming one another is the main glue that holds most primate societies together. Now we’ve got other ways of socializing, but somewhere deep in our brains is a need to do this grooming of something that’s hairy, and we can satisfy that by stroking a dog or combing the cat.

We also have to explain why it’s persisted when we’d have more money if we didn’t have pets. I think it used to be adaptive — people who were seen to be good with animals were more accepted by other people in their tribe, and there may have even been some selection for brides and grooms based on affinity with animals. Second, domestication of animals has been a very important aspect of the emergence of what we call civilization. But it’s actually intrinsically improbable, because to domesticate an animal you have to change its genetics. Even nowadays that takes many generations. I think the only way you can account for the separation of domestic animals from their wild ancestors, and the only way they stopped interbreeding, is because the domestic animals, the ones that were slightly tamer, were people’s pets and so were physically and emotionally and culturally separated. So we had the emergence of a domestic dog, which is useful, a domestic cat, which can be useful because it hunts around houses, and goats and sheep that you can herd and milk. Pet-keeping became an advantage, because the societies that were good at it and wanted to do it domesticated animals before other neighboring societies and groups of people.

These days , we spend lots of money to keep pets alive, we send them to spas and we buy them furniture. How did things go from pet-keeping to pet indulgence?


شاهد الفيديو: HOME, Dokumentarni Film Sa Prevodom (كانون الثاني 2023).