معلومة

5.10: أنواع الانتواع - علم الأحياء

5.10: أنواع الانتواع - علم الأحياء


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.

أهداف التعلم

  • التفريق بين أنواع الانتواع

التعريف البيولوجي للأنواع ، الذي يعمل من أجل كائنات التكاثر الجنسي ، هو مجموعة من الأفراد المتكاثرون بالفعل أو المحتمل تهجينهم. هناك استثناءات لهذه القاعدة. العديد من الأنواع متشابهة بدرجة كافية لدرجة أن النسل الهجين ممكن وقد يحدث غالبًا في الطبيعة ، ولكن بالنسبة لغالبية الأنواع ، تنطبق هذه القاعدة بشكل عام. في الواقع ، يشير وجود أنواع هجينة في الطبيعة بين الأنواع المتشابهة إلى أنها قد تكون قد انحدرت من نوع واحد متزاوج ، وقد لا تكتمل عملية الانتواع بعد.

بالنظر إلى التنوع الاستثنائي للحياة على هذا الكوكب ، يجب أن تكون هناك آليات لذلك انتواع: تكوين نوعين من نوع أصلي واحد. تصور داروين هذه العملية كحدث متفرع ورسم العملية في الرسم التوضيحي الوحيد الموجود في حول أصل الأنواع (الشكل 1 أ). قارن هذا الرسم التوضيحي بالرسم التخطيطي لتطور الأفيال (الشكل 1 ب) ، والذي يوضح أنه مع تغير نوع واحد بمرور الوقت ، فإنه يتفرع ليشكل أكثر من نوع جديد واحد ، بشكل متكرر ، طالما بقي السكان على قيد الحياة أو حتى ينقرض الكائن الحي.

لكي يحدث الانتواع ، يجب تكوين مجموعتين جديدتين من مجتمع أصلي واحد ويجب أن تتطور بطريقة تجعل من المستحيل على الأفراد من المجموعتين الجديدتين التزاوج. اقترح علماء الأحياء آليات يمكن من خلالها حدوث ذلك والتي تقع في فئتين عريضتين. انتواع تماثلية (allo- = "أخرى" ؛ -باتريك = "الوطن") الفصل الجغرافي للسكان عن الأنواع الأم والتطور اللاحق. انتواع متعايش (سيم- = "نفس" ؛ -باتريك = "الوطن") يشمل انتواع يحدث داخل نوع أصلي يبقى في مكان واحد.

يعتقد علماء الأحياء في أحداث الانتواع على أنها انقسام نوع أسلاف واحد إلى نوعين متحدرين. لا يوجد سبب لعدم وجود أكثر من نوعين في وقت واحد باستثناء أنه أقل احتمالية ويمكن تصور أحداث متعددة على أنها انقسامات فردية تحدث في وقت قريب.

الأنواع التماثلية

يحتوي السكان المستمرون جغرافيًا على مجموعة جينات متجانسة نسبيًا. تدفق الجينات ، حركة الأليلات عبر نطاق الأنواع ، مجاني نسبيًا لأن الأفراد يمكنهم التحرك ثم التزاوج مع الأفراد في موقعهم الجديد. وبالتالي ، فإن تواتر الأليل في أحد طرفي التوزيع سيكون مماثلاً لتكرار الأليل في الطرف الآخر. عندما تصبح المجموعات السكانية غير متصلة جغرافيًا ، يتم منع هذا التدفق الحر للأليلات. عندما يستمر هذا الفصل لفترة من الزمن ، يمكن للمجموعتين أن تتطور على طول مسارات مختلفة. وبالتالي ، فإن ترددات أليلها في العديد من المواضع الجينية تصبح تدريجياً مختلفة أكثر فأكثر مع ظهور الأليلات الجديدة بشكل مستقل عن طريق الطفرة في كل مجموعة. عادةً ما تختلف الظروف البيئية ، مثل المناخ والموارد والحيوانات المفترسة والمنافسين للمجموعتين ، مما يتسبب في تفضيل الانتقاء الطبيعي للتكيفات المتباينة في كل مجموعة.

يمكن أن يحدث عزل السكان المؤدي إلى الانتواع الوباطي بعدة طرق: نهر يشكل فرعًا جديدًا ، أو تآكل يشكل واديًا جديدًا ، أو مجموعة من الكائنات الحية تنتقل إلى موقع جديد دون القدرة على العودة ، أو البذور تطفو فوق المحيط جزيرة. تعتمد طبيعة الفصل الجغرافي الضروري لعزل السكان كليًا على بيولوجيا الكائن الحي وإمكانية انتشاره. إذا استقرت مجموعتان من الحشرات الطائرة في وديان قريبة منفصلة ، فمن المحتمل أن الأفراد من كل مجموعة سوف يطيرون ذهابًا وإيابًا باستمرار تدفق الجينات. ومع ذلك ، إذا انقسمت مجموعتان من القوارض عن طريق تكوين بحيرة جديدة ، فلن يكون من المحتمل استمرار تدفق الجينات ؛ لذلك ، من المرجح أن تكون الأنواع.

يقوم علماء الأحياء بتجميع العمليات التماثلية في فئتين: التشتت والتناوب. تشتيت انتشار هو عندما ينتقل عدد قليل من أعضاء نوع ما إلى منطقة جغرافية جديدة ، و التناوب هو عندما تنشأ حالة طبيعية لتقسيم الكائنات الحية جسديًا.

لقد وثق العلماء العديد من حالات الانتواع الخيفي التي تحدث. على سبيل المثال ، على طول الساحل الغربي للولايات المتحدة ، يوجد نوعان فرعيان منفصلان من البوم المرقط. البومة الشمالية المرقطة لها اختلافات وراثية وظاهرة عن قريبها القريب: البومة المكسيكية المرقطة ، التي تعيش في الجنوب (الشكل 2).

بالإضافة إلى ذلك ، وجد العلماء أنه كلما زادت المسافة بين مجموعتين كانتا ذات مرة من نفس النوع ، زاد احتمال حدوث الانتواع. يبدو هذا منطقيًا لأنه مع زيادة المسافة ، من المحتمل أن يكون للعوامل البيئية المختلفة قواسم مشتركة أقل من المواقع القريبة. تأمل البومتين: في الشمال يكون المناخ أكثر برودة منه في الجنوب. تختلف أنواع الكائنات الحية في كل نظام بيئي ، كما تختلف سلوكياتهم وعاداتهم ؛ كما تختلف عادات الصيد واختيارات الفرائس للبوم الجنوبي عن البوم الشمالي. يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى تطور الاختلافات في البوم ، ومن المحتمل أن يحدث الانتواع.

الإشعاع التكيفي

في بعض الحالات ، تنتشر مجموعة من نوع واحد في جميع أنحاء المنطقة ، ويجد كل منها مكانًا متميزًا أو موطنًا منعزلاً. بمرور الوقت ، تؤدي المتطلبات المتنوعة لأساليب حياتهم الجديدة إلى أحداث انتواع متعددة تنشأ من نوع واحد. هذا يسمي الإشعاع التكيفي لأن العديد من التعديلات تتطور من نقطة أصل واحدة ؛ وبالتالي ، مما تسبب في إشعاع الأنواع إلى عدة أنواع جديدة. توفر أرخبيل الجزر مثل جزر هاواي سياقًا مثاليًا لأحداث الإشعاع التكيفي لأن المياه تحيط بكل جزيرة مما يؤدي إلى العزلة الجغرافية للعديد من الكائنات الحية. يوضح زاحف العسل في هاواي أحد الأمثلة على الإشعاع التكيفي. من نوع واحد ، يسمى الأنواع المؤسس ، تطورت العديد من الأنواع ، بما في ذلك الأنواع الستة الموضحة في الشكل 3.

لاحظ الاختلافات في مناقير الأنواع في الشكل 3. أدى التطور استجابة للانتقاء الطبيعي بناءً على مصادر غذائية محددة في كل موطن جديد إلى تطور منقار مختلف يناسب مصدر الغذاء المحدد. يمتلك الطائر الذي يأكل البذور منقارًا أقوى وأكثر سمكًا وهو مناسب لكسر المكسرات الصلبة. الطيور الآكلة للرحيق لها مناقير طويلة لتغطس في الأزهار لتصل إلى الرحيق. الطيور الآكلة للحشرات لها مناقير مثل السيوف ، وهي مناسبة لطعن الحشرات وطعنها. عصافير داروين هي مثال آخر للإشعاع التكيفي في الأرخبيل.

انقر من خلال هذا الموقع التفاعلي لترى كيف تطورت طيور الجزيرة بزيادات تطورية من 5 ملايين سنة مضت إلى اليوم.

الأنواع المتعاطفة

هل يمكن أن يحدث الاختلاف في حالة عدم وجود حواجز مادية لفصل الأفراد الذين يستمرون في العيش والتكاثر في نفس الموطن؟ الجواب نعم. تسمى عملية الانتواع داخل نفس المكان بالانتواع المتكافئ. البادئة "sym" تعني نفس ، لذا فإن كلمة "sympatric" تعني "نفس الوطن" على عكس "allopatric" التي تعني "الوطن الآخر". تم اقتراح ودراسة عدد من آليات الانتواع المتماثل.

يمكن أن يبدأ أحد أشكال الانتواع الودي بخطأ صبغي خطير أثناء انقسام الخلية. في حدث الانقسام الخلوي الطبيعي ، تتكاثر الكروموسومات ، وتتزاوج ، ثم تنفصل بحيث تحتوي كل خلية جديدة على نفس عدد الكروموسومات. ومع ذلك ، في بعض الأحيان تنفصل الأزواج ويكون المنتج الخلوي النهائي يحتوي على عدد كبير جدًا أو قليل جدًا من الكروموسومات الفردية في حالة تسمى اختلال الصيغة الصبغية (الشكل 4).

سؤال الممارسة

في الشكل 4 ، الذي من المرجح أن يبقى على قيد الحياة ، نسل به 2ن+1 كروموسومات أو ذرية بها 2ن-1 كروموسومات؟

[صفوف منطقة الممارسة = "2 ″] [/ منطقة الممارسة]
[تكشف-الإجابة q = ”462162 ″] إظهار الإجابة [/ تكشف-الإجابة]
[hidden-answer a = "462162 ″] يكون فقدان المادة الوراثية مميتًا دائمًا ، لذا فإن النسل الذي لديه 2نتزداد احتمالية بقاء كروموسومات +1 على قيد الحياة. [/ hidden-answer]

تعد تعدد الصبغيات حالة تحتوي فيها الخلية أو الكائن الحي على مجموعة أو مجموعات إضافية من الكروموسومات. حدد العلماء نوعين رئيسيين من تعدد الصبغيات التي يمكن أن تؤدي إلى العزلة الإنجابية للفرد في حالة تعدد الصبغيات. العزلة الإنجابية هي عدم القدرة على التزاوج. في بعض الحالات ، سيكون لدى الفرد متعدد الصيغ الصبغية مجموعتان كاملتان أو أكثر من الكروموسومات من الأنواع الخاصة به في حالة تسمى تعدد الصبغيات (الشكل 5). البادئة "auto-" تعني "الذات" ، لذا فإن المصطلح يعني عدة كروموسومات من نوع واحد. ينتج تعدد الصبغيات عن خطأ في الانقسام الاختزالي حيث تنتقل جميع الكروموسومات إلى خلية واحدة بدلاً من الانفصال.

على سبيل المثال ، إذا كان أحد الأنواع النباتية مع 2ن = 6 ينتج الأمشاج ذات الصبغة الذاتية التي تكون أيضًا ثنائية الصبغيات (2ن = 6 ، متى يجب أن تكون ن = 3) ، تحتوي الأمشاج الآن على ضعف عدد الكروموسومات كما ينبغي. ستكون هذه الأمشاج الجديدة غير متوافقة مع الأمشاج الطبيعية التي تنتجها هذه الأنواع النباتية. ومع ذلك ، يمكنهم إما التلقيح الذاتي أو التكاثر باستخدام نباتات ذاتية الصبغ أخرى ذات الأمشاج التي لها نفس العدد ثنائي الصيغة الصبغية. بهذه الطريقة ، يمكن أن يحدث الانتواع الودي بسرعة من خلال تكوين ذرية بـ 4ن يسمى رباعي الصيغة الصبغية. سيتمكن هؤلاء الأفراد على الفور من التكاثر فقط مع من هم من هذا النوع الجديد وليس مع الأنواع الموروثة من الأجداد.

الشكل الآخر من تعدد الصبغيات يحدث عندما يتكاثر أفراد من نوعين مختلفين لتشكيل ذرية قابلة للحياة تسمى متعدد الصيغ الصبغية. البادئة "allo-" تعني "آخر" (استدعاء من allopatric): لذلك ، يحدث تعدد الصبغيات عندما تتحد الأمشاج من نوعين مختلفين. يوضح الشكل 6 إحدى الطرق الممكنة التي يمكن أن يتشكل بها متعدد الصيغ الصبغية. لاحظ كيف يستغرق الأمر جيلين ، أو عمليتين تناسليتين ، قبل النتائج الهجينة الخصبة القابلة للحياة.

الأشكال المزروعة من نباتات القمح والقطن والتبغ كلها متعددة الصبغات. على الرغم من أن تعدد الصبغيات يحدث أحيانًا في الحيوانات ، إلا أنه يحدث بشكل شائع في النباتات. (من غير المحتمل أن تعيش الحيوانات التي لديها أي من أنواع الانحرافات الصبغية الموصوفة هنا وتنتج نسلًا طبيعيًا.) اكتشف العلماء أن أكثر من نصف جميع أنواع النباتات التي تمت دراستها تتعلق بأنواع تطورت من خلال تعدد الصبغيات. مع هذا المعدل المرتفع من تعدد الصبغيات في النباتات ، يفترض بعض العلماء أن هذه الآلية تحدث على أنها تكيف أكثر من كونها خطأ.

العزلة الإنجابية

بالنظر إلى الوقت الكافي ، سيؤثر الاختلاف الوراثي والنمط الظاهري بين السكان على السمات التي تؤثر على التكاثر: إذا تم الجمع بين أفراد المجموعتين معًا ، فسيكون التزاوج أقل احتمالًا ، ولكن إذا حدث التزاوج ، فسيكون النسل غير قابل للحياة أو عقيمًا. قد تؤثر أنواع كثيرة من الشخصيات المتباينة على العزلة الإنجابية، القدرة على التزاوج بين المجموعتين.

يمكن أن يحدث العزل الإنجابي بعدة طرق. ينظمها العلماء في مجموعتين: حواجز ما قبل اللواقح وحواجز ما بعد اللاقحة. تذكر أن البيضة الملقحة هي بويضة مخصبة: الخلية الأولى في تطور كائن حي يتكاثر جنسيًا. لذلك ، أ حاجز بريزوجوتيك هي آلية تمنع حدوث التكاثر ؛ وهذا يشمل الحواجز التي تمنع الإخصاب عندما تحاول الكائنات الحية التكاثر. أ حاجز postzygotic يحدث بعد تكوين اللاقحة. وهذا يشمل الكائنات الحية التي لا تنجو من المرحلة الجنينية وتلك التي تولد عقيمة.

تمنع بعض أنواع حواجز ما قبل الالتصاق التكاثر تمامًا. تتكاثر العديد من الكائنات الحية فقط في أوقات معينة من العام ، وغالبًا ما تتكاثر سنويًا فقط. تسمى الاختلافات في جداول التربية العزلة الزمنية، يمكن أن يكون بمثابة شكل من أشكال العزلة الإنجابية. على سبيل المثال ، يعيش نوعان من الضفادع في نفس المنطقة ، لكن أحدهما يتكاثر من يناير إلى مارس ، بينما يتكاثر الآخر من مارس إلى مايو (الشكل 7).

في بعض الحالات ، تنتقل مجموعات من الأنواع أو تنتقل إلى موطن جديد وتعيش في مكان لم يعد يتداخل مع المجموعات الأخرى من نفس النوع. هذا الوضع يسمى عزل الموائل. يتوقف التكاثر مع الأنواع الأم ، وتوجد مجموعة جديدة أصبحت الآن مستقلة من الناحية التناسلية والوراثية. على سبيل المثال ، لم يعد بإمكان مجموعة الكريكيت التي تم تقسيمها بعد الفيضان التفاعل مع بعضها البعض. بمرور الوقت ، من المرجح أن تؤدي قوى الانتقاء الطبيعي والطفرة والانحراف الجيني إلى اختلاف المجموعتين (الشكل 8).

العزلة السلوكية يحدث عندما يمنع وجود أو عدم وجود سلوك معين حدوث التكاثر. على سبيل المثال ، يستخدم ذكور اليراعات أنماطًا معينة من الضوء لجذب الإناث. تعرض أنواع مختلفة من اليراعات أضواءها بشكل مختلف. إذا حاول ذكر أحد الأنواع جذب أنثى من نوع آخر ، فلن تتعرف على نمط الضوء ولن تتزاوج مع الذكر.

تعمل حواجز ما قبل التزاوج الأخرى عندما تمنع الاختلافات في خلايا الأمشاج (البويضات والحيوانات المنوية) حدوث الإخصاب ؛ هذا يسمى الحاجز المشيجي. وبالمثل ، في بعض الحالات ، تحاول الكائنات الحية ذات الصلة الوثيقة التزاوج ، لكن هياكلها التناسلية ببساطة لا تتلاءم معًا. على سبيل المثال ، الذكور من الأنواع المختلفة لها أشكال مختلفة من الأعضاء التناسلية. إذا حاول أحد الأنواع التزاوج مع أنثى من نوع آخر ، فإن أجزاء جسمه ببساطة لا تتوافق مع بعضها. (الشكل 9).

في النباتات ، تهدف بعض الهياكل إلى جذب نوع واحد من الملقحات في وقت واحد لمنع الملقحات المختلفة من الوصول إلى حبوب اللقاح. يمكن أن يتنوع النفق الذي يجب أن يصل الحيوان من خلاله إلى الرحيق بشكل كبير في الطول والقطر ، مما يمنع النبات من التلقيح الخلطي بأنواع مختلفة (الشكل 10).

عندما يحدث الإخصاب وتتشكل الزيجوت ، يمكن أن تمنع حواجز ما بعد الزيجوت التكاثر. لا يمكن للأفراد الهجين في كثير من الحالات أن يتشكلوا بشكل طبيعي في الرحم ولا ينجون ببساطة بعد المراحل الجنينية. هذا يسمي الثبات الهجين لأن الكائنات المهجنة ببساطة غير قابلة للحياة. في حالة أخرى بعد الزيجوت ، يؤدي التكاثر إلى ولادة ونمو هجين عقيم وغير قادر على إنجاب نسل من تلقاء نفسه ؛ وهذا ما يسمى بالعقم الهجين.

تأثير الموئل على الانتواع

قد يحدث الانتواع الودي أيضًا بطرق أخرى غير تعدد الصبغيات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نوعًا من الأسماك يعيش في بحيرة. مع نمو السكان ، تزداد المنافسة على الغذاء أيضًا. تحت الضغط للعثور على الطعام ، افترض أن مجموعة من هذه الأسماك لديها المرونة الجينية لاكتشاف وتغذية مورد آخر لم تستخدمه الأسماك الأخرى. ماذا لو تم العثور على مصدر الغذاء الجديد هذا على عمق مختلف من البحيرة؟ بمرور الوقت ، سيتفاعل أولئك الذين يتغذون على مصدر الغذاء الثاني مع بعضهم البعض أكثر من الأسماك الأخرى ؛ لذلك ، سوف يتكاثرون معًا أيضًا. من المحتمل أن يتصرف نسل هذه الأسماك مثل والديهم: التغذية والعيش في نفس المنطقة والابتعاد عن السكان الأصليين. إذا استمرت هذه المجموعة من الأسماك في البقاء منفصلة عن المجموعة الأولى ، فقد يحدث في النهاية انتواع متماثل مع تراكم المزيد من الاختلافات الجينية بينهما.

هذا السيناريو يحدث في الطبيعة ، كما يفعل الآخرون الذين يؤديون إلى العزلة الإنجابية. أحد هذه الأماكن هو بحيرة فيكتوريا في إفريقيا ، المشهورة بانتواعها المتماثل من أسماك البلطي. وجد الباحثون المئات من أحداث التماثل الودي في هذه الأسماك ، والتي لم تحدث فقط بأعداد كبيرة ، ولكن أيضًا خلال فترة زمنية قصيرة. يوضح الشكل 11 هذا النوع من الانتواع بين مجموعة أسماك البلطي في نيكاراغوا. في هذه المنطقة ، يعيش نوعان من البلطي في نفس الموقع الجغرافي ، لكنهما أصبحا لهما أشكال مختلفة تسمح لهما بتناول مصادر غذائية مختلفة.


التطور التكيفي والانتواع المتفجر: نموذج سمكة البلطي

يعد الإشعاع المذهل لـ 2000 نوع من أسماك البلطي في شرق إفريقيا نظامًا نموذجيًا مثاليًا ومختبرًا طبيعيًا لدراسة العمليات التطورية.

ربما يرجع الانتواع المتفجر من البلطي إلى مجموعة من القوى ، بما في ذلك الانتقاء الطبيعي للسمات البيئية ، والانتقاء الجنسي على أنماط ألوان الذكور ، وربما الصراعات الجينية على نسبة الجنس.

تعد المناهج الجينومية بتوحيد الدراسات النظرية والتجريبية من خلال تحديد الجينات المسؤولة عن الاختلافات التكيفية.

تم تطوير مجموعة من الموارد الجينومية للبلطي ، بما في ذلك الخرائط الجينية والفيزيائية ، والمصفوفات الدقيقة للتسلسلات المعبر عنها.

رسم الخرائط الكمية هو تحديد الأساس الجيني للاختلافات في شكل الفك والأسنان بين الأنواع.

البرتقالي البقعة ، وهو تعدد الأشكال اللوني غير النوعي المرتبط بالجنس والذي يظهر في عدة نماذج من الانتواع ، يرجع إلى جين واحد مهيمن في قشريات بحيرة ملاوي.

يرجع الاختلاف الملحوظ في حساسية الطيف البصري بين الأنواع إلى الاختلافات في التعبير عن جينات opsin.

أصبح تطوير أنظمة نموذجية جديدة لدراسة التطور والانتواع عمليًا الآن ، وسيوفر نافذة أخرى على وظيفة جينات الفقاريات.


تكوين أنواع جديدة

على الرغم من أن جميع أشكال الحياة على الأرض تشترك في العديد من أوجه التشابه الجينية ، إلا أن كائنات معينة فقط تجمع المعلومات الجينية عن طريق التكاثر الجنسي ولديها ذرية يمكنها التكاثر بنجاح. يطلق العلماء على هذه الكائنات أعضاء من نفس النوع البيولوجي.

مفاهيم الأنواع

اتضح أن العلماء لا يتفقون دائمًا على تعريف النوع. يشار إلى الأفكار المختلفة حول ما يشكل نوعًا ما وما لا يشكله مفاهيم الأنواع. هناك حوالي ستة وعشرون نوعًا مختلفًا من المفاهيم ، لكن أربعة منها هي الأكثر قبولًا. ال مفهوم الأنواع البيولوجية تنص على أنه إذا كان هناك كائنان قادران على التكاثر بنجاح وإنتاج ذرية خصبة قابلة للحياة ، فإنهما من نفس النوع. عندما تتوقف مجموعات الكائنات الحية عن التكاثر بنجاح (تسمى العزلة الإنجابية) ثم يتم اعتبارهم أنواعًا منفصلة. يعمل مفهوم الأنواع البيولوجية جيدًا للعلماء الذين يدرسون الكائنات الحية التي لها أنماط تكاثر منتظمة ، مثل الحشرات أو الثدييات. ال مفهوم الأنواع المورفولوجية تنص على أنه إذا كان هناك كائنان متشابهان شكليًا بدرجة كافية ، فإنهما من نفس النوع. لا توجد مبادئ توجيهية حول مدى تشابه التهم بما يكفي ، لذا فإن الأمر متروك للباحث لاتخاذ القرار. يعمل هذا المفهوم جيدًا مع الكائنات الحية التي لا تتكاثر بانتظام (مثل الفطريات) أو التي لم تعد حية. ال مفهوم الأنواع الجينية تنص على أنه إذا كان هناك كائنان متشابهان وراثيًا بدرجة كافية ، فإنهما من نفس النوع. مرة أخرى ، لا توجد قاعدة حول مدى التشابه الجيني الذي يجب أن يكونوا عليه ، لذلك يحدد كل تخصص حدوده الخاصة.يعمل هذا المفهوم جيدًا مع الكائنات الدقيقة جدًا ، والتي لديها استراتيجيات تكاثر غير معتادة ، وغير متمايزة شكليًا (مثل البكتيريا). ال مفهوم الأنواع التطورية ينص على أنه إذا كان هناك كائنان ومساران تطوريان # 8217 متشابهان بدرجة كافية ، فهما من نفس النوع. يعمل هذا المفهوم جيدًا مع الكائنات الحية التي ماتت منذ فترة طويلة لأن الأحافير لا يمكن أن تتكاثر ، وغالبًا ما تفتقر إلى انطباعات الأنسجة الرخوة ، وعادةً لا تحتوي على ما يكفي ترك الحمض النووي للعمل معه.

الأنواع والقدرة على التكاثر

النوع هو مجموعة من الكائنات الحية الفردية هجن وتنتج خصبة, قابل للحياة النسل. وفقًا لهذا التعريف ، يتم تمييز أحد الأنواع عن الآخر عندما لا يكون من الممكن ، في الطبيعة ، للتزاوج بين الأفراد من كل نوع إنتاج ذرية خصبة.

يشترك أعضاء من نفس النوع في الخصائص الخارجية والداخلية التي تتطور من الحمض النووي الخاص بهم. كلما كانت العلاقة الوثيقة التي يتشاركها كائنان ، زاد عدد القواسم المشتركة بينهما ، تمامًا مثل الناس وعائلاتهم. من المرجح أن يكون الحمض النووي للناس أشبه بالحمض النووي للأب أو الأم من الحمض النووي لابن عمهم أو أجدادهم. تمتلك الكائنات الحية من نفس النوع أعلى مستوى من محاذاة الحمض النووي وبالتالي تشترك في الخصائص والسلوكيات التي تؤدي إلى التكاثر الناجح.

يمكن أن يكون مظهر الأنواع مضللاً في الإشارة إلى القدرة أو عدم القدرة على التزاوج. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الكلاب الأليفة (كانيس الذئبة المألوفة) عرض الاختلافات المظهرية ، مثل الحجم والبناء والغطاء ، يمكن لمعظم الكلاب أن تتزاوج وتنتج كلابًا قابلة للحياة يمكن أن تنضج وتتكاثر جنسيًا (الشكل 5).

الشكل 5: (أ) كلب البودل و (ب) الذليل الذليل يمكن أن يتكاثر لإنتاج سلالة تعرف باسم (ج) كوكابو. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة Sally Eller ، Tom Reese Credit b: تعديل العمل بواسطة Jeremy McWilliams Credit c: تعديل العمل بواسطة Kathleen Conklin. & # 8220 هذه الصورة & # 8221 بواسطة OpenStax مرخصة بموجب CC BY 4.0)

في حالات أخرى ، قد يظهر الأفراد متشابهين على الرغم من أنهم ليسوا أعضاء في نفس النوع. على سبيل المثال ، على الرغم من النسور الصلعاء (Haliaeetus leucocephalus) ونسور الأسماك الأفريقية (Haliaeetus vocifer) عبارة عن طيور ونسور ، كل منها ينتمي إلى مجموعة أنواع منفصلة (الشكل 6). إذا تدخل البشر بشكل مصطنع وقاموا بتخصيب بويضة نسر أصلع بالحيوانات المنوية لنسر سمكة أفريقي وفقس كتكوت ، فإن هذا النسل ، يسمى هجين (صليب بين نوعين) ، من المحتمل أن يكون عقيم- غير قادر على التكاثر بنجاح بعد بلوغه مرحلة النضج. قد يكون للأنواع المختلفة جينات مختلفة نشطة في التطور ، لذلك قد لا يكون من الممكن تطوير ذرية قابلة للحياة بمجموعتين مختلفتين من الاتجاهات. وبالتالي ، على الرغم من حدوث التهجين ، لا يزال النوعان منفصلين.

الشكل 6: (أ) نسر السمكة الأفريقي مشابه في المظهر للنسر الأصلع (ب) ، لكن الطائرين ينتميان إلى أنواع مختلفة. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة Nigel Wedge Credit b: تعديل العمل بواسطة US Fish and Wildlife Service. & # 8220 هذه الصورة & # 8221 بواسطة OpenStax مرخصة بموجب CC BY 4.0)

سكان الأنواع يتشاركون أ تجمع الجينات: مجموعة من جميع متغيرات الجينات في الأنواع. مرة أخرى ، يجب أن يكون أساس أي تغييرات في مجموعة أو مجموعة من الكائنات جينيًا لأن هذه هي الطريقة الوحيدة لمشاركة السمات ونقلها. عندما تحدث الاختلافات داخل أحد الأنواع ، فلا يمكن نقلها إلا إلى الجيل التالي عبر مسارين رئيسيين: عديم الجنس التكاثر أو جنسي التكاثر. سيتم تمرير التغيير لاجنسيًا ببساطة إذا امتلكت خلية التكاثر الصفة المتغيرة. لكي تنتقل السمة المتغيرة عن طريق التكاثر الجنسي ، يجب أن تمتلك الأمشاج ، مثل الحيوانات المنوية أو خلية البويضة ، الصفة المتغيرة. بعبارة أخرى ، يمكن للكائنات التي تتكاثر جنسيًا أن تتعرض للعديد من التغيرات الجينية في خلايا أجسامها ، ولكن إذا لم تحدث هذه التغييرات في الحيوانات المنوية أو خلية البويضة ، فلن تصل السمة المتغيرة إلى الجيل التالي أبدًا. فقط وراثي الصفات يمكن أن تتطور. لذلك ، يلعب التكاثر دورًا رئيسيًا في أن يتجذر التغيير الجيني في مجموعة أو نوع. باختصار ، يجب أن تكون الكائنات الحية قادرة على التكاثر مع بعضها البعض لتمرير سمات جديدة إلى الأبناء.

الانتواع

التعريف البيولوجي للأنواع ، الذي يعمل من أجل كائنات التكاثر الجنسي ، هو مجموعة من الأفراد المتكاثرون بالفعل أو المحتمل تهجينهم. هناك استثناءات لهذه القاعدة. العديد من الأنواع متشابهة بدرجة كافية لدرجة أن النسل الهجين ممكن وقد يحدث غالبًا في الطبيعة ، ولكن بالنسبة لغالبية الأنواع ، فإن هذه القاعدة تنطبق بشكل عام. في الواقع ، يشير وجود أنواع هجينة في الطبيعة بين الأنواع المتشابهة إلى أنها قد تكون قد انحدرت من نوع واحد متزاوج ، وقد لا تكتمل عملية الانتواع بعد.

بالنظر إلى التنوع الاستثنائي للحياة على هذا الكوكب ، يجب أن تكون هناك آليات لذلك انتواع: تكوين نوعين من نوع أصلي واحد. تصور داروين هذه العملية كحدث متفرع ورسم العملية في الرسم التوضيحي الوحيد الموجود في على ال أصل الأنواع (الشكل 7 أ). قارن هذا الرسم التوضيحي بالرسم التخطيطي لتطور الأفيال (الشكل 7 ب) ، والذي يوضح أنه مع تغير نوع واحد بمرور الوقت ، فإنه يتفرع ليشكل أكثر من نوع جديد واحد ، بشكل متكرر ، طالما بقي السكان على قيد الحياة أو حتى ينقرض الكائن الحي.

الشكل 7: الرسم التوضيحي الوحيد في داروين & # 8217s حول أصل الأنواع هو (أ) رسم تخطيطي يظهر أحداث الانتواع التي تؤدي إلى التنوع البيولوجي. يوضح الرسم التخطيطي أوجه التشابه مع مخططات النشوء والتطور المرسومة اليوم لتوضيح العلاقات بين الأنواع. (ب) تطورت الأفيال الحديثة من Palaeomastodon ، وهو نوع عاش في مصر منذ 35-50 مليون سنة. (الائتمان: & # 8220 هذه الصورة & # 8221 بواسطة OpenStax مرخصة بموجب CC BY 4.0)

لكي يحدث الانتواع ، يجب تكوين مجموعتين جديدتين من مجتمع أصلي واحد ويجب أن تتطور بطريقة تجعل من المستحيل على الأفراد من المجموعتين الجديدتين التزاوج. اقترح علماء الأحياء آليات يمكن من خلالها حدوث ذلك والتي تقع في فئتين عريضتين. خيفي انتواع (allo- = & # 8220other & # 8221 -patric = & # 8220homeland & # 8221) يتضمن الفصل الجغرافي للسكان عن الأنواع الأم والتطور اللاحق. متواطن انتواع (sym- = & # 8220same & # 8221 -patric = & # 8220homeland & # 8221) ينطوي على انتواع يحدث داخل الأنواع الأم المتبقية في مكان واحد.

يعتقد علماء الأحياء في أحداث الانتواع على أنها انقسام نوع أسلاف واحد إلى نوعين متحدرين. لا يوجد سبب لعدم وجود أكثر من نوعين في وقت واحد باستثناء أنه أقل احتمالية ويمكن تصور أحداث متعددة على أنها انقسامات فردية تحدث في وقت قريب.

الأنواع التماثلية

يحتوي السكان المستمرون جغرافيًا على مجموعة جينات متجانسة نسبيًا. انسياب الجينات، حركة الأليلات عبر نطاق الأنواع ، مجانية نسبيًا لأن الأفراد يمكن أن يتحركوا ثم يتزاوجوا مع الأفراد في موقعهم الجديد. وبالتالي ، فإن تواتر الأليل في أحد طرفي التوزيع سيكون مماثلاً لتكرار الأليل في الطرف الآخر. عندما تصبح المجموعات السكانية غير متصلة جغرافيًا ، يتم منع هذا التدفق الحر للأليلات. عندما يستمر هذا الفصل لفترة من الزمن ، يمكن للمجموعتين أن تتطور على طول مسارات مختلفة. وبالتالي ، فإن ترددات أليلها في العديد من المواضع الجينية تصبح تدريجياً مختلفة أكثر فأكثر مع ظهور الأليلات الجديدة بشكل مستقل عن طريق الطفرة في كل مجموعة. عادةً ما تختلف الظروف البيئية ، مثل المناخ والموارد والحيوانات المفترسة والمنافسين للمجموعتين ، مما يتسبب في تفضيل الانتقاء الطبيعي للتكيفات المتباينة في كل مجموعة.

يمكن أن يحدث عزل السكان المؤدي إلى الانتواع الوباطي بعدة طرق: نهر يشكل فرعًا جديدًا ، أو تآكل يشكل واديًا جديدًا ، أو مجموعة من الكائنات الحية تنتقل إلى موقع جديد دون القدرة على العودة ، أو البذور تطفو فوق المحيط جزيرة. تعتمد طبيعة الفصل الجغرافي الضروري لعزل السكان كليًا على بيولوجيا الكائن الحي وإمكانية انتشاره. إذا استقرت مجموعتان من الحشرات الطائرة في وديان قريبة منفصلة ، فمن المحتمل أن الأفراد من كل مجموعة سوف يطيرون ذهابًا وإيابًا باستمرار تدفق الجينات. ومع ذلك ، إذا انقسمت مجموعتان من القوارض عن طريق تكوين بحيرة جديدة ، فلن يكون من المحتمل استمرار تدفق الجينات ، وبالتالي سيكون التكاثر أكثر احتمالًا.

يقوم علماء الأحياء بتجميع العمليات التماثلية في فئتين: تشتيت انتشار و التناوب. يحدث التشتت عندما ينتقل عدد قليل من أعضاء نوع ما إلى منطقة جغرافية جديدة ، ويحدث العكس عندما تنشأ حالة طبيعية لتقسيم الكائنات جسديًا.

لقد وثق العلماء العديد من حالات الانتواع الخيفي التي تحدث. على سبيل المثال ، على طول الساحل الغربي للولايات المتحدة ، يوجد نوعان فرعيان منفصلان من البوم المرقط. البومة الشمالية المرقطة لها اختلافات وراثية وظاهرة عن قريبها القريب: البومة المكسيكية المرقطة ، التي تعيش في الجنوب (الشكل 8).

الشكل 8: البومة الشمالية المرقطة والبومة المكسيكية المرقطة تسكنان مواقع منفصلة جغرافيًا ذات مناخات وأنظمة بيئية مختلفة. البومة هي مثال على الانتواع الخيفي. (الائتمان & # 8220n Northern spotted owl & # 8221: تعديل العمل بواسطة John and Karen Hollingsworth Credit & # 8220Mexican Spotted owl & # 8221: تعديل العمل بواسطة Bill Radke. & # 8220 spotted owls & # 8221 by OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

بالإضافة إلى ذلك ، وجد العلماء أنه كلما زادت المسافة بين مجموعتين كانتا ذات مرة من نفس النوع ، زاد احتمال حدوث الانتواع. يبدو هذا منطقيًا لأنه مع زيادة المسافة ، من المحتمل أن يكون للعوامل البيئية المختلفة قواسم مشتركة أقل من المواقع القريبة. تأمل البومتين: في الشمال ، المناخ أكثر برودة من الجنوب ، تختلف أنواع الكائنات الحية في كل نظام بيئي ، كما تختلف سلوكياتهم وعاداتهم أيضًا ، تختلف عادات الصيد وخيارات الفرائس للبوم الجنوبي عن البوم الشمالي. يمكن أن تؤدي هذه الاختلافات إلى تطور الاختلافات في البوم ، ومن المحتمل أن يحدث الانتواع.

الإشعاع التكيفي

في بعض الحالات ، تنتشر مجموعة من نوع واحد في جميع أنحاء المنطقة ، ويجد كل منها مكانًا متميزًا أو موطنًا منعزلاً. بمرور الوقت ، تؤدي المتطلبات المتنوعة لأساليب حياتهم الجديدة إلى أحداث انتواع متعددة تنشأ من نوع واحد. هذا يسمي الإشعاع التكيفي لأن العديد من التكيفات تتطور من نقطة أصل واحدة ، مما يتسبب في إشعاع الأنواع إلى عدة أنواع جديدة. توفر أرخبيل الجزر مثل جزر هاواي سياقًا مثاليًا لأحداث الإشعاع التكيفي لأن المياه تحيط بكل جزيرة مما يؤدي إلى العزلة الجغرافية للعديد من الكائنات الحية. يوضح زاحف العسل في هاواي أحد الأمثلة على الإشعاع التكيفي. من نوع واحد ، يسمى الأنواع المؤسس ، تطورت أنواع عديدة ، بما في ذلك الأنواع الستة الموضحة في الشكل 9.

الشكل 9: طيور زاحف العسل توضح الإشعاع التكيفي. من نوع أصلي واحد من الطيور ، نشأ العديد من الطيور الأخرى ، ولكل منها خصائصه المميزة. (الائتمان: & # 8220honeycreepers & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

لاحظ الاختلافات في مناقير الأنواع. أدى التطور استجابةً للانتقاء الطبيعي بناءً على مصادر غذائية محددة في كل موطن جديد إلى تطور منقار مختلف يناسب مصدر الغذاء المحدد. يمتلك الطائر الذي يأكل البذور منقارًا أقوى وأكثر سمكًا وهو مناسب لكسر المكسرات الصلبة. الطيور الآكلة للرحيق لها مناقير طويلة لتغطس في الأزهار لتصل إلى الرحيق. الطيور الآكلة للحشرات لها مناقير مثل السيوف ، وهي مناسبة لطعن الحشرات وطعنها. عصافير داروين هي مثال آخر للإشعاع التكيفي في الأرخبيل.

الأنواع المتعاطفة

هل يمكن أن يحدث الاختلاف في حالة عدم وجود حواجز مادية لفصل الأفراد الذين يستمرون في العيش والتكاثر في نفس الموطن؟ الجواب نعم. تسمى عملية الانتواع داخل نفس المساحة الانتواع المتماثل ، وتعني البادئة "sym" نفس الشيء ، لذا فإن كلمة "sympatric" تعني "نفس الوطن" على عكس "الوباتريك" التي تعني "الوطن الآخر". تم اقتراح ودراسة عدد من آليات الانتواع المتماثل.

يمكن أن يبدأ أحد أشكال الانتواع الودي بخطأ صبغي خطير أثناء انقسام الخلية. في حدث الانقسام الخلوي الطبيعي ، تتكاثر الكروموسومات ، وتتزاوج ، ثم تنفصل بحيث تحتوي كل خلية جديدة على نفس عدد الكروموسومات. ومع ذلك ، في بعض الأحيان تنفصل الأزواج ويكون المنتج الخلوي النهائي يحتوي على عدد كبير جدًا أو قليل جدًا من الكروموسومات الفردية في حالة تسمى اختلال الصيغة الصبغية (الشكل 10).

الشكل 10: ينتج اختلال الصيغة الصبغية عندما تحتوي الأمشاج على عدد كبير جدًا أو قليل جدًا من الكروموسومات بسبب عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي. في المثال الموضح هنا ، سيكون للنسل الناتج 2n + 1 أو 2n-1 كروموسومات (الائتمان: & # 8220Aneuploidy & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

تعدد الصبغيات هي حالة تحتوي فيها الخلية أو الكائن الحي على مجموعة أو مجموعات إضافية من الكروموسومات. حدد العلماء نوعين رئيسيين من تعدد الصبغيات التي يمكن أن تؤدي إلى العزلة الإنجابية للفرد في حالة تعدد الصبغيات. العزلة الإنجابية هي عدم القدرة على التزاوج. في بعض الحالات ، سيكون لدى الفرد متعدد الصيغ الصبغية مجموعتان كاملتان أو أكثر من الكروموسومات من الأنواع الخاصة به في حالة تسمى تعدد الصبغيات (الشكل 11). البادئة "auto-" تعني "الذات" ، لذا فإن المصطلح يعني عدة كروموسومات من نوع واحد. ينتج تعدد الصبغيات عن خطأ في الانقسام الاختزالي حيث تنتقل جميع الكروموسومات إلى خلية واحدة بدلاً من الانفصال.

الشكل 11: نتائج الصبغ الذاتي عندما لا يتبع الانقسام الخلوي الانقسام الخلوي. (الائتمان: & # 8220Autopolyploidy & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

على سبيل المثال ، إذا كان أحد الأنواع النباتية مع 2ن = 6 ينتج الأمشاج ذات الصبغة الذاتية التي تكون أيضًا ثنائية الصبغيات (2ن = 6 ، متى يجب أن تكون ن = 3) ، تحتوي الأمشاج الآن على ضعف عدد الكروموسومات كما ينبغي. ستكون هذه الأمشاج الجديدة غير متوافقة مع الأمشاج الطبيعية التي تنتجها هذه الأنواع النباتية. ومع ذلك ، يمكنهم إما التلقيح الذاتي أو التكاثر باستخدام نباتات ذاتية الصبغ أخرى ذات الأمشاج التي لها نفس العدد ثنائي الصيغة الصبغية. بهذه الطريقة ، يمكن أن يحدث الانتواع الودي بسرعة من خلال تكوين ذرية بـ 4ن يسمى رباعي الصيغة الصبغية. سيتمكن هؤلاء الأفراد على الفور من التكاثر فقط مع من هم من هذا النوع الجديد وليس مع الأنواع الموروثة من الأجداد.

الشكل الآخر من تعدد الصبغيات يحدث عندما يتكاثر أفراد من نوعين مختلفين لتشكيل ذرية قابلة للحياة تسمى متعدد الصيغ الصبغية. البادئة "allo-" تعني "آخر" (استدعاء من allopatric): لذلك ، يحدث تعدد الصبغيات عندما تتحد الأمشاج من نوعين مختلفين. يوضح الشكل 12 إحدى الطرق الممكنة التي يمكن أن يتشكل بها متعدد الصيغ الصبغية. لاحظ كيف يستغرق الأمر جيلين ، أو عمليتين تناسليتين ، قبل النتائج الهجينة الخصبة القابلة للحياة.

الشكل 12: ينتج الالوبليويد عندما يتزاوج نوعان لإنتاج ذرية قابلة للحياة. في المثال الموضح ، تندمج الأمشاج الطبيعي من أحد الأنواع مع أمشاج متعدد الصبغيات من نوع آخر. تزاوجان ضروريان لإنتاج ذرية قابلة للحياة. (الائتمان: & # 8220Alloploidy & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

الأشكال المزروعة من نباتات القمح والقطن والتبغ كلها متعددة الصبغات. على الرغم من أن تعدد الصبغيات يحدث أحيانًا في الحيوانات ، إلا أنه يحدث بشكل شائع في النباتات. (من غير المحتمل أن تعيش الحيوانات التي لديها أي من أنواع الانحرافات الصبغية الموصوفة هنا وتنتج نسلًا طبيعيًا.) اكتشف العلماء أن أكثر من نصف جميع أنواع النباتات التي تمت دراستها تتعلق بأنواع تطورت من خلال تعدد الصبغيات. مع هذا المعدل المرتفع من تعدد الصبغيات في النباتات ، يفترض بعض العلماء أن هذه الآلية تحدث على أنها تكيف أكثر من كونها خطأ.

العزلة الإنجابية

بالنظر إلى الوقت الكافي ، سيؤثر الاختلاف الوراثي والنمط الظاهري بين السكان على السمات التي تؤثر على التكاثر: إذا تم الجمع بين أفراد المجموعتين معًا ، فسيكون التزاوج أقل احتمالًا ، ولكن إذا حدث التزاوج ، فسيكون النسل غير قابل للحياة أو عقيمًا. قد تؤثر أنواع كثيرة من الشخصيات المتباينة على العزلة الإنجابية ، والقدرة على التزاوج بين المجموعتين.

العزلة الإنجابية يمكن أن تحدث بعدة طرق. ينظمهم العلماء في مجموعتين: حواجز ما قبل الوجود و حواجز ما بعد الزيجوت. أذكر أن أ اللاقحة هي بويضة مخصبة: الخلية الأولى في تطور كائن حي يتكاثر جنسيا. لذلك ، فإن حاجز ما قبل اللاقحة هو آلية تمنع التكاثر وهذا يشمل الحواجز التي تمنع الإخصاب عندما تحاول الكائنات التكاثر. يحدث حاجز ما بعد الزيجوت بعد تكوين البيضة الملقحة ، وهذا يشمل الكائنات الحية التي لا تنجو من المرحلة الجنينية وتلك التي تولد عقيمة.

تمنع بعض أنواع حواجز ما قبل الالتصاق التكاثر تمامًا. تتكاثر العديد من الكائنات الحية فقط في أوقات معينة من العام ، وغالبًا ما تتكاثر سنويًا فقط. تسمى الاختلافات في جداول التربية العزلة الزمنية، يمكن أن يكون بمثابة شكل من أشكال العزلة الإنجابية. على سبيل المثال ، يعيش نوعان من الضفادع في نفس المنطقة ، لكن أحدهما يتكاثر من يناير إلى مارس ، بينما يتكاثر الآخر من مارس إلى مايو (الشكل 13).

الشكل 13: يُظهر هذان النوعان من الضفادع ذات الصلة عزلة تكاثرية زمنية. (أ) تتكاثر رنا الشفق في وقت سابق من العام عن (ب) رنا بويلي. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة Mark R.

في بعض الحالات ، تنتقل مجموعات من الأنواع أو تنتقل إلى موطن جديد وتعيش في مكان لم يعد يتداخل مع المجموعات الأخرى من نفس النوع. هذا الوضع يسمى عزل الموائل. يتوقف التكاثر مع الأنواع الأم ، وتوجد مجموعة جديدة أصبحت الآن مستقلة من الناحية التناسلية والوراثية. على سبيل المثال ، لم يعد بإمكان مجموعة الكريكيت التي تم تقسيمها بعد الفيضان التفاعل مع بعضها البعض. بمرور الوقت ، من المرجح أن تؤدي قوى الانتقاء الطبيعي والطفرة والانحراف الجيني إلى اختلاف المجموعتين.

العزلة السلوكية يحدث عندما يمنع وجود أو عدم وجود سلوك معين حدوث التكاثر. على سبيل المثال ، يستخدم ذكور اليراعات أنماطًا معينة من الضوء لجذب الإناث. تعرض أنواع مختلفة من اليراعات أضواءها بشكل مختلف. إذا حاول ذكر أحد الأنواع جذب أنثى من نوع آخر ، فلن تتعرف على نمط الضوء ولن تتزاوج مع الذكر.

تعمل حواجز ما قبل التزاوج الأخرى عندما تمنع الاختلافات في خلايا الأمشاج (البويضات والحيوانات المنوية) حدوث الإخصاب وهذا ما يسمى بـ الحاجز المشيجي. وبالمثل ، في بعض الحالات ، تحاول الكائنات الحية ذات الصلة الوثيقة التزاوج ، لكن هياكلها التناسلية ببساطة لا تتلاءم معًا. على سبيل المثال ، الذكور من الأنواع المختلفة لها أشكال مختلفة من الأعضاء التناسلية. إذا حاول أحد الأنواع التزاوج مع أنثى من نوع آخر ، فإن أجزاء جسمه ببساطة لا تتوافق مع بعضها. (الشكل 14).

الشكل 14: يختلف شكل العضو التناسلي الذكري بين الأنواع الذكرية ، ولا يتوافق إلا مع أنثى هذا النوع. عدم توافق الأعضاء التناسلية يبقي الأنواع معزولة تكاثريًا. (الائتمان: & # 8220Damselfly الجهاز التناسلي & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

في النباتات ، تهدف بعض الهياكل إلى جذب نوع واحد من الملقحات في وقت واحد لمنع الملقحات المختلفة من الوصول إلى حبوب اللقاح. يمكن أن يتنوع النفق الذي يجب أن يصل الحيوان من خلاله إلى الرحيق بشكل كبير من حيث الطول والقطر ، مما يمنع النبات من التلقيح الخلطي بأنواع مختلفة (الشكل 15).

الشكل 15: تطورت بعض الأزهار لجذب بعض الملقحات. (أ) يتم تكييف زهرة قفاز الثعلب العريضة للتلقيح بواسطة النحل ، بينما (ب) الزهرة الزاحفة الطويلة على شكل أنبوب تتكيف مع التلقيح بواسطة الطيور الطنانة. (الائتمان: & # 8220pollenation & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

عندما يحدث الإخصاب وتتشكل الزيجوت ، يمكن أن تمنع حواجز ما بعد الزيجوت التكاثر. لا يمكن للأفراد الهجين في كثير من الحالات أن يتشكلوا بشكل طبيعي في الرحم ولا ينجون ببساطة بعد المراحل الجنينية. هذا يسمي الثبات الهجين لأن الكائنات المهجنة ببساطة غير قابلة للحياة. في حالة أخرى بعد الزيجوت ، يؤدي التكاثر إلى ولادة ونمو هجين عقيم وغير قادر على إنجاب نسل خاص به ، وهذا ما يسمى العقم الهجين.

تأثير الموئل على الانتواع

قد يحدث الانتواع الودي أيضًا بطرق أخرى غير تعدد الصبغيات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نوعًا من الأسماك يعيش في بحيرة. مع نمو السكان ، تزداد المنافسة على الغذاء أيضًا. تحت الضغط للعثور على الطعام ، افترض أن مجموعة من هذه الأسماك لديها المرونة الجينية لاكتشاف وتغذية مورد آخر لم تستخدمه الأسماك الأخرى. ماذا لو تم العثور على مصدر الغذاء الجديد هذا على عمق مختلف من البحيرة؟ بمرور الوقت ، سيتفاعل أولئك الذين يتغذون على مصدر الغذاء الثاني مع بعضهم البعض أكثر من الأسماك الأخرى ، وبالتالي فإنهم سوف يتكاثرون معًا أيضًا. من المحتمل أن يتصرف نسل هذه الأسماك كآباء لهم: يتغذون ويعيشون في نفس المنطقة ويبقيهم منفصلين عن السكان الأصليين. إذا استمرت هذه المجموعة من الأسماك في البقاء منفصلة عن المجموعة الأولى ، فقد يحدث في النهاية انتواع متماثل مع تراكم المزيد من الاختلافات الجينية بينهما.

هذا السيناريو يحدث في الطبيعة ، كما يفعل الآخرون الذين يؤديون إلى العزلة الإنجابية. أحد هذه الأماكن هو بحيرة فيكتوريا في إفريقيا ، المشهورة بانتواعها المتماثل من أسماك البلطي. وجد الباحثون المئات من أحداث التماثل الودي في هذه الأسماك ، والتي لم تحدث فقط بأعداد كبيرة ، ولكن أيضًا خلال فترة زمنية قصيرة. يوضح الشكل 16 هذا النوع من الانتواع بين مجموعة أسماك البلطي في نيكاراغوا. في هذه المنطقة ، يعيش نوعان من البلطي في نفس الموقع الجغرافي ، لكنهما أصبحا لهما أشكال مختلفة تسمح لهما بتناول مصادر غذائية مختلفة.

الشكل 16: سمك البلطي من بحيرة أبوييك ، نيكاراغوا ، يظهر دليلاً على انتواع متماثل. يبلغ عمر بحيرة Apoyeque ، وهي بحيرة فوهة بركان ، 1800 عام ، لكن الأدلة الجينية تشير إلى أن البحيرة كانت مأهولة منذ 100 عام فقط بمجموعة واحدة من أسماك البلطي. ومع ذلك ، توجد الآن مجموعتان من المجموعات السكانية ذات الأشكال والأنظمة الغذائية المتميزة في البحيرة ، ويعتقد العلماء أن هذه المجموعات قد تكون في مرحلة مبكرة من الانتواع. (الائتمان: & # 8220Cichlid fish & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

ملخص

يحدث الانتواع على طول مسارين رئيسيين: الفصل الجغرافي (الانتواع الوباطي) ومن خلال الآليات التي تحدث داخل الموائل المشتركة (الانتواع المتماثل). كلا المسارين يعزل السكان بشكل تناسلي في شكل ما. تعمل آليات العزلة الإنجابية كحواجز بين الأنواع وثيقة الصلة ، مما يمكنها من التشعب والوجود كأنواع مستقلة وراثيًا. تمنع حواجز ما قبل الزيجوت التكاثر قبل تكوين البيضة الملقحة ، بينما تمنع حواجز ما بعد الزيجوت التكاثر بعد حدوث الإخصاب. لكي يتطور نوع جديد ، يجب أن يتسبب شيء ما في اختراق حواجز التكاثر. يمكن أن يحدث الانتواع الودي من خلال أخطاء في الانقسام الاختزالي تشكل أمشاجًا مع صبغيات إضافية (تعدد الصبغيات). يحدث تعدد الصبغيات داخل نوع واحد ، بينما يحدث تعدد الصبغيات بين الأنواع وثيقة الصلة.


انتواع أنواع الكبريت التفاعلية وتفاعلاتها مع عوامل الألكلة: هل لدينا أي دليل حول ما هو موجود داخل الخلية؟

تاكاكي أكيكي ، قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي 980-8575 ، اليابان ، وبيتر ناجي ، قسم المناعة الجزيئية والسموم ، المعهد الوطني للأورام ، راث جيورجي أوتكا 7-9 ، بودابست 1122 ، هنغاريا. البريد الإلكتروني: [email protected] [email protected]

قسم المناعة الجزيئية وعلم السموم ، المعهد الوطني للأورام ، بودابست ، المجر

تاكاكي أكيكي ، قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي 980-8575 ، اليابان ، وبيتر ناجي ، قسم المناعة الجزيئية والسموم ، المعهد الوطني للأورام ، راث جيورجي أوتكا 7-9 ، بودابست 1122 ، هنغاريا. البريد الإلكتروني: [email protected] [email protected]

قسم المناعة الجزيئية وعلم السموم ، المعهد الوطني للأورام ، بودابست ، المجر

ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي في هذه الدراسة. ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف

قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي ، اليابان

ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي في هذه الدراسة. ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف

العلوم السريرية والتجريبية ، كلية الطب ، مستشفى جامعة ساوثهامبتون NHS Foundation Trust ، جامعة ساوثهامبتون ، ساوثهامبتون ، المملكة المتحدة

ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي في هذه الدراسة. ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف

قسم الكيمياء ، جامعة جونز هوبكنز ، بالتيمور ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي في هذه الدراسة. ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف

قسم المناعة الجزيئية وعلم السموم ، المعهد الوطني للأورام ، بودابست ، المجر

ساهم هؤلاء المؤلفون بالتساوي في هذه الدراسة. ابحث عن المزيد من الأوراق البحثية لهذا المؤلف

العلوم السريرية والتجريبية ، كلية الطب ، مستشفى جامعة ساوثهامبتون NHS Foundation Trust ، جامعة ساوثهامبتون ، ساوثهامبتون ، المملكة المتحدة

قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية ، معهد علوم المواد ، معهد البيولوجيا الجزيئية ، جامعة أوريغون ، يوجين ، أوريغون ، الولايات المتحدة الأمريكية

العلوم السريرية والتجريبية ، كلية الطب ، مستشفى جامعة ساوثهامبتون NHS Foundation Trust ، جامعة ساوثهامبتون ، ساوثهامبتون ، المملكة المتحدة

قسم الكيمياء ، جامعة جونز هوبكنز ، بالتيمور ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم علم الأمراض والطب المخبري ، روبرت لارنر ، دكتوراه في الطب ، كلية الطب ، جامعة فيرمونت ، برلنغتون ، فاتو ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية ، معهد علوم المواد ، معهد البيولوجيا الجزيئية ، جامعة أوريغون ، يوجين ، أوريغون ، الولايات المتحدة الأمريكية

العلوم السريرية والتجريبية ، كلية الطب ، مستشفى جامعة ساوثهامبتون NHS Foundation Trust ، جامعة ساوثهامبتون ، ساوثهامبتون ، المملكة المتحدة

قسم الكيمياء ، جامعة ولاية سونوما ، رونيرت بارك ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي ، اليابان

تاكاكي أكيكي ، قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي 980-8575 ، اليابان ، وبيتر ناجي ، قسم المناعة الجزيئية والسموم ، المعهد الوطني للأورام ، راث جيورجي أوتكا 7-9 ، بودابست 1122 ، هنغاريا. البريد الإلكتروني: [email protected] [email protected]

قسم المناعة الجزيئية وعلم السموم ، المعهد الوطني للأورام ، بودابست ، المجر

تاكاكي أكيكي ، قسم الطب البيئي والسموم الجزيئية ، كلية الطب بجامعة توهوكو ، سينداي 980-8575 ، اليابان ، وبيتر ناجي ، قسم المناعة الجزيئية والسموم ، المعهد الوطني للأورام ، راث جيورجي أوتكا 7-9 ، بودابست 1122 ، هنغاريا. البريد الإلكتروني: [email protected] [email protected]

الملخص

الخلفية والغرض

تمثل تعديلات ما بعد الترجمة لبقايا السيستين جانبًا رئيسيًا من بيولوجيا الأكسدة والاختزال ، ويعد اكتشافها الموثوق به أمرًا أساسيًا في توفير رؤى ميكانيكية. إن الطابع غير المستقر لهذه التعديلات والأكسدة الناتجة عن تحلل الخلايا تجعل البروتوكولات الحديثة الحالية تعتمد على الاستقرار القائم على الألكلة لمشتقات السيستين القابلة للتغير قبل تمزق الخلية / الأنسجة. الافتراض غير المختبَر في هذه الإجراءات هو أنه بالنسبة لجميع مشتقات السيستين ، تكون معدلات الألكلة أسرع من التبادل الديناميكي. ومع ذلك ، عندما لا يكون التحويل البيني لمشتقات السيستين محددًا للمعدل ، فإن وضع العلامات المحبة للكهرباء يكون تحت تحكم كيرتن-هاميت ، وبالتالي ، قد لا يمثل الخليط المؤلكل النهائي الانتواع الذي كان سائدًا قبل الألكلة.

المنهج التجريبي

تم استخدام المحاليل المائية المخزنة لأنواع polysulfide غير العضوية والعضوية والسيستين و GSH و GAPDH. كشفت التجارب الإضافية في البلازما والمصل البشري أن أحادي البروموبيمان يمكنه استخلاص الكبريتيد من تجمع الكبريت الداخلي عن طريق تغيير توازن الأنواع ، مما يشير إلى ضرورة توخي الحذر عند تفسير النتائج التجريبية باستخدام هذه الأداة.

النتائج الرئيسية

في معظم الحالات ، اعتمد انتواع مشتقات polysulfide / thiol المؤلكلة على الظروف التجريبية. أدت الألكلة إلى اضطراب تكوّن الكبريت بطريقة تعتمد على التركيز والوقت ، كما أدت عوامل الألكلة القوية إلى تشقق سلاسل الكبريت المتعددة. علاوة على ذلك ، فإن وضع العلامات على أحماض السلفينيك بالديميدون قد أثر أيضًا على انتواع السيستين ، مما يشير إلى أن جزءًا من المجموعة الذاتية من المنتجات التي كان يُعتقد سابقًا أنها تمثل أنواع حمض السلفنيك قد يمثل polysulfides.

الاستنتاجات والآثار

نسلط الضوء على التحذيرات المنهجية التي يحتمل أن تنشأ عن هذه المزالق وخلصنا إلى أن استراتيجيات الاشتقاق الحالية غالبًا ما تفشل في التقاط الأنواع الفسيولوجية لأنواع الكبريت بشكل مناسب.

المقالات المرتبطة

هذه المقالة جزء من قسم تحت عنوان حول البيولوجيا الكيميائية لأنواع الكبريت التفاعلية. لعرض المقالات الأخرى في هذا القسم ، قم بزيارة http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/bph.v176.4/issuetoc

الجدول S1 معلمات MRM لمختلف المشتقات لكل / polysufide

الشكل S1 آثار ظروف الألكلة على انتواع polysulfide كما تم الكشف عنها بواسطة UHPLC-MS / MS. أ) طرق التحضير: 1) 0.0017 جم Na2س4 تمت إضافته إلى 900 ميكرولتر مع 100 ميكرولتر من محلول IAM. 2 أ) 0.0021 جم Na2س4 يضاف إلى 900 ميكرولتر من الماء ، ثم يضاف 100 ميكرولتر IAM بعد إذابة 2 ب) 0.0020 جم Na2س4 يضاف إلى 900 ميكرولتر من الماء مع 100 ميكرولتر IAM 3) 0.0017 جم Na2س4 يضاف إلى 1000 ميكرولتر من الماء ، ثم يضاف 100 ميكرولتر من المحلول إلى 800 ميكرولتر مع 100 ميكرولتر IAM. تم تخفيف المحاليل 1 و 2 أ و 2 ب 10 مرات في ماء شديد النقاء قبل التحليل. في جميع الظروف الأربعة ، يكون نمط الانتواع المرصود هو S.1 & GT S2 & GT S3 & GT S5 & GT S4 & GT S6. ب) طرق التحضير: 1) 0.0023 جم Na2س4 تمت إضافته إلى 900 ميكرولتر مع محلول 100 ميكرولتر NEM. 2 أ) 0.0018 جم Na2س4 تمت إضافة 900 ميكرولتر من الماء ، ثم تمت إضافة 100 ميكرولتر NEM بعد إذابة 2 ب) 0.0017 جم Na2س4 يضاف إلى 900 ميكرولتر من الماء مع 100 ميكرولتر NEM 3) 0.0022 جم Na2س4 تمت إضافة 1000 ميكرولتر من الماء ، ثم تمت إضافة 100 ميكرولتر من المحلول إلى 800 ميكرولتر من المخزن المؤقت مع 100 ميكرولتر NEM. تم تخفيف المحاليل 1 و 2 أ و 2 ب 10 مرات في ماء شديد النقاء قبل التحليل. باستخدام نفس طرق التحضير كما هو الحال مع IAM في الحالة 1) فقط S2 و S.1 تم الكشف عنها مع S.2 كونها أكثر وفرة. يُظهر الشرطان 2 أ) و 2 ب) نفس نمط S.2 & GT S1 & GT S3. الشرط 3) يظهر S.1 الأكثر وفرة مع S فقط2 ولم يتم الكشف عن عديد كبريتيدات أعلى سلسلة.

الشكل S2 مخططات الكروماتوجرام التمثيلية (UHPLC-MS / MS) لـ NEM و IAM polysulfides المشتقة (باستخدام Na2س4) مفصولة باستخدام عمود Modus Aqua UHPLC (انظر المواد والطرق 1.2.2). يتم عرض polysulfides المشتقة من NEM بترتيب زيادة الكبريت من S.1 إلى S.4 ووقت الشطف من الأسفل إلى الأعلى ، يتم عرض polysulfides المشتقة IAM بالمثل من أجل زيادة الكبريت من S1 إلى S.7 ووقت الشطف من الأسفل إلى الأعلى.

الشكل S3 الاختلافات في أنواع عديد الكبريتيد باستخدام ثلاثة أملاح مختلفة للكبريتيد مع ثلاثة شروط تحضير مختلفة. نيم: أ) نا2س2، ب) نا2س3 و ج) نا2س4. IAM: D) نا2س2، ه) نا2س3 و) نا2س4. الشرط 1: نا2سx مذاب في NEM أو IAM التي تحتوي على المخزن المؤقت. الشرط 2: نا2سx يذوب أولاً في ماء فائق النقاء ، ثم يخفف في محلول يحتوي على NEM أو IAM. الشرط 3: نا2سx يذوب في ماء فائق النقاء ، ثم يخفف في المخزن المؤقت ، ثم يخفف في NEM أو IAM المحتوي على عازلة. تم وصف الإجراءات والشروط التجريبية المحددة في المخطط S1. بشكل عام ، لوحظت سلاسل أقصر من polysulfide وكان الانتواع أكثر تأثرًا بظروف التحضير مع NEM مقارنةً بـ IAM. تتوافق هذه الملاحظات مع الشكل S1.

الشكل S4 تأثير NEM على سلاسل polysulfide غير العضوية carboxamidomethylated كما تم الكشف عنها بواسطة أنواع Polysulfide UHPLC-MS / MS A قبل إضافة NEM إلى رباعي كبريتيد مشتق من IAM. الشروط: تمت إضافة 0.0019 جم من رباعي كبريتيد الصوديوم إلى 9 مل ماء + 1 مل 100 ملي مولار IAM ، ثم تم تحضين المحلول عند درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق. لم يغير تمديد وقت الحضانة لألكلة IAM إلى 60 دقيقة نتيجة النتائج. يتم توفير المخططات اللونية الأربعة الأولى للمقارنة بالشكل S4B. كميات IAM-S1-IAM ، IAM-S2-IAM و IAM-S3-IAM تظهر على أنها وفرة نسبية مقارنة بـ IAM-S1-IAM (الشكل S2A) تم تعيينه على أنه 100٪. كميات IAM-S1-NEM ، IAM-S2-NEM ، IAM-S3-NEM و NEM-S1تظهر -NEM على أنها وفرة نسبية مقارنة بـ IAM-S2-NEM (الشكل S4B) تم تعيينه على أنه 100٪. ب): تم اكتشاف أنواع polysulfide عند إضافة NEM إلى tetrasulfide المشتق من IAM. تم تسجيل الأطياف بعد 10 دقائق من الحضانة لمحاليل مشابهة للشكل S4A مع NEM. لاحظ ظهور الأنواع المؤلكلة IAM-NEM المختلطة و NEM-S1-NEM إشارة. كميات IAM-S1-IAM ، IAM-S2-IAM و IAM-S3-IAM تظهر على أنها وفرة نسبية مقارنة بـ IAM-S1-IAM (الشكل S4A) تم تعيينه بنسبة 100٪. كميات IAM-S1-NEM ، IAM-S2-NEM ، IAM-S3-NEM و NEM-S1تظهر -NEM على أنها وفرة نسبية مقارنة بـ IAM-S2-NEM (الشكل S4B) تم تعيينه على أنه 100٪. الشروط: تمت إضافة 0.0019 جم من رباعي كبريتيد الصوديوم إلى 9 مل ماء + 1 مل 100 ملي مولار IAM ، ثم تم تحضين المحلول عند درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق ، متبوعًا بإضافة 100 ميكرولتر من هذا الخليط إلى 800 ميكرولتر من الماء + 100 ميكرولتر 10 مم نيم. تم تحضين المحلول عند درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) لمدة 10 دقائق أخرى قبل تحليله.

الشكل S5 لا يُظهر الاعتماد الزمني لاستقرار Cys أو GSH persulfide و trisulfide ، المؤلكلة بـ 0.1-10 ملي مولار HPE-IAM A) بيرسلفيد و B) تريسولفيد معقدات السيستين ، أي تغيير كبير أو انخفاض بطيء بمرور الوقت ، على التوالي C) بيرسلفيد و د) لا تُظهر مقاربات ثلاثي كبريتيد لـ GSH أيضًا أي تغيير كبير أو انخفاض بطيء بمرور الوقت ، على التوالي. تم تحقيق الكميات من بيرسلفيد وثلاثي كبريتيد HPE-IAM- مشتقات باستخدام المعايير الداخلية المسمى بالنظائر كما هو مفصل في المواد والطرق. تمثل نقاط البيانات متوسط ​​n = 3 تجارب مستقلة مع أشرطة الخطأ المقابلة التي توضح الانحراف المعياري. الشروط: تم علاج 100 ميكرومتر من السيستين / الجلوتاثيون بـ 300 ميكرومتر من الصوديوم2س2 لمدة 5 دقائق ثم حضنت بـ 0.1-10 ملي مولار من HPE – IAM في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة و 60 دقيقة و 3 ساعات و 6 ساعات. تم تحضير العينات في محلول HEPES / KOH 30 ملي مولار (الرقم الهيدروجيني = 7.5).

الشكل S6 الاعتماد الزمني لاستقرار أنواع السيستين والجلوتاثيون بيرسلفيد ، مؤلكل بـ 0.5-10 ملي NEM. انخفضت تركيزات الكبريتيد Cys-بيرسلفيد NEM-alkylated بسرعة نسبيًا ، ولكن أظهر GSH- بيرسلفيد NEM-alkylated استقرارًا متزايدًا. تم تحقيق الكميات لمشتقات Cys و GSH بيرسلفيد NEM باستخدام المعايير الداخلية المسمى بالنظائر كما هو مفصل في المواد والطرق. تمثل نقاط البيانات متوسط ​​n = 3 تجارب مستقلة مع أشرطة الخطأ المقابلة التي توضح الانحراف المعياري. الشروط: تم علاج 100 ميكرومتر من السيستين / الجلوتاثيون بـ 300 ميكرومتر من الصوديوم2س2، في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق ، ثم تحضينها بـ 0.5-10 ملي NEM في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة و 60 دقيقة و 3 ساعات و 6 ساعات. تم تحضير العينات في محلول HEPES / KOH 30 ملي مولار (الرقم الهيدروجيني = 7.5).

الشكل S7 القياس الكمي لأنواع Cys و GSH وأنواع polysulfide غير العضوية المشتقة مع 0.1-10 ملي مولار برميل. أنواع الأنواع المشتقة من الثيول والبركبريتيد وثلاثي كبريتيد MBB المشتقة من A) السيستين أو B) GSH كدالة لتركيز MBB. تم إجراء تحديد كمية مشتقات MBB باستخدام معايير داخلية مصنفة بالنظائر كما هو مفصل في المواد والطرق. تمثل نقاط البيانات متوسط ​​n = 3 تجارب مستقلة مع أشرطة الخطأ المقابلة التي توضح الانحراف المعياري. الشروط: تم علاج 100 ميكرومتر من السيستين / الجلوتاثيون بـ 300 ميكرومتر من الصوديوم2س2، في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق ، ثم تحضينها بـ 0.1-10 ملي برميل في درجة حرارة الغرفة لمدة 3 ساعات. تم تحضير العينات في محلول HEPES / KOH 30 ملي مولار (الرقم الهيدروجيني = 7.5).

الشكل S8 لا يُظهر الاعتماد الزمني لاستقرار أنواع السيستين والجلوتاثيون بيرسلفيد ، المؤلكلة مع 0.5-10 ملي مولار من بيرسلفيد مقارنات A) السيستين أو C) GSH أي انخفاض كبير بمرور الوقت ، ولكن ب) Cys-trisulfide و D) تنخفض تركيزات GSH-trisulfide بشكل ملحوظ في النافذة الزمنية المطبقة. تم تحديد كمية أنواع الكبريت باستخدام المعايير الداخلية الموصوفة بالنظائر كما هو مفصل في المواد والطرق. تمثل نقاط البيانات متوسط ​​n = 3 تجارب مستقلة مع أشرطة الخطأ المقابلة التي توضح الانحراف المعياري. الشروط: تم علاج 100 ميكرومتر من السيستين / الجلوتاثيون بـ 300 ميكرومتر من الصوديوم2س2، في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق ، ثم تحضينها بـ 0.1-10 ملي برميل في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة و 60 دقيقة و 3 ساعات و 6 ساعات. تم تحضير العينات في محلول HEPES / KOH 30 ملي مولار (الرقم الهيدروجيني = 7.5).

مخطط S1 سير العمل التجريبي لتجارب تحضير polysulfide إضافية (الشكل 3E و 3 F ، والشكلان التكميليان S2 و S3) Na2سx، س = 2 ، 3 أو 4 ، كان المخزن المؤقت المستخدم هو 7.4 فوسفات الأمونيوم. أجريت جميع التجارب في درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية) وتكررت ثلاث مرات. تم السماح لمحاليل polysulfide بالتفاعل مع NEM لمدة 10 دقائق و IAM لمدة 30 دقيقة لضمان اكتمال الألكلة (وعلى افتراض أن NEM يتفاعل بشكل أسرع مع polysulfides من IAM).

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


تحدث العزلة الزمنية عندما لا تتكاثر الأنواع التي يمكن أن تتزاوج لأن الأنواع المختلفة تتكاثر في أوقات مختلفة. يمكن أن يحدث هذا الاختلاف الزمني في أوقات مختلفة من اليوم ، أو في أوقات مختلفة من العام ، أو في أي وقت بينهما. على سبيل المثال ، تنضج صراصير الحقل Gryllus pennsylvanicus و G. veleti جنسيًا في مواسم مختلفة ، أحدهما في الربيع والآخر في الخريف.

تشير العزلة السلوكية إلى حقيقة أن العديد من الأنواع تؤدي طقوس تزاوج مختلفة. هذا حاجز مشترك بين الحيوانات. على سبيل المثال ، تتزاوج أنواع معينة من الصراصير فقط مع الذكور الذين ينتجون أغنية تزاوج معينة. قد تشمل طقوس الأنواع الأخرى رقصة التزاوج أو انبعاث رائحة. يتم تجاهل هذه القرائن من قبل الأنواع غير المعتادة على الطقوس.


التطور: مراقبة حدوث الأنواع | ملاحظات

رأينا أن أصغر الاختلافات يمكن أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة عندما نظرنا إلى التنوع الواسع في الكلاب. لكن على الرغم من اختلافاتهم ، لا تزال جميع سلالات الكلاب من نفس الأنواع مثل بعضها البعض وأسلافهم. كيف تنقسم الأنواع؟ ما الذي يسبب الانتواع؟ وما الدليل الذي لدينا على أن هذا النوع قد حدث في أي وقت مضى؟

غالبًا ما يتراجع منتقدو التطور إلى القول المأثور بأنه لم ير أحد قط نوعًا واحدًا ينقسم إلى قسمين. في حين أن هذا من الواضح أنه رجل قش ، لأن حدوث معظم الأنواع يستغرق وقتًا أطول بكثير من عمرنا ، إلا أنه ليس صحيحًا أيضًا. نحن لديك نرى الأنواع تنقسم ، وما زلنا نرى الأنواع تتباعد كل يوم.

على سبيل المثال ، كان هناك نوعان جديدان من جنس لحية الماعز الأمريكية (أو الجنس الملقح تراغوبوجون) التي ظهرت إلى الوجود في القرن الماضي. في أوائل القرن العشرين ، ظهرت ثلاثة أنواع من هذه الأزهار البرية - نبات السالسيفي الغربي (T. dubius) ، والمرج salsify (T. pratensis) ونبات المحار (T. بوريفوليوس) - تم تقديمها إلى الولايات المتحدة من أوروبا. مع توسع أعدادها ، تفاعلت الأنواع ، وغالبًا ما أنتجت أنواعًا هجينة معقمة. ولكن بحلول الخمسينيات من القرن الماضي ، أدرك العلماء وجود نوعين مختلفين من زراعة لحية الماعز. بينما بدوا وكأنهم هجينة ، لم يكونوا عقيمين. كانوا قادرين تمامًا على التكاثر بنوعهم الخاص ولكن ليس مع أي من الأنواع الثلاثة الأصلية - التعريف الكلاسيكي للأنواع الجديدة.

كيف حدث هذا؟ اتضح أن النباتات الأبوية ارتكبت أخطاء عندما خلقت الأمشاج (تشبه الحيوانات المنوية والبويضات). بدلاً من صنع الأمشاج بنسخة واحدة فقط من كل كروموسوم ، قاموا بإنشاء أمشاج تحتوي على نسختين أو أكثر ، وهي حالة تسمى تعدد الصبغيات. اثنين من الأمشاج متعددة الصيغ الصبغية من أنواع مختلفة ، كل منها يحتوي على ضعف المعلومات الجينية التي كان من المفترض أن يكون لديها ، ودمجت ، وخلقت رباعي الصبغيات: مخلوق يحتوي على 4 مجموعات من الكروموسومات. بسبب الاختلاف في عدد الكروموسومات ، لم يستطع رباعي النواة أن يتزاوج مع أي من النوعين الأم ، لكن لم يتم منعه من التكاثر مع الحوادث الزميلة.

تم توثيق هذه العملية ، المعروفة باسم الأنواع المختلطة ، عدة مرات في مصانع مختلفة. لكن النباتات ليست هي الوحيدة التي تختص من خلال التهجين: Heliconius الفراشات أيضًا انقسمت بطريقة مماثلة.

لا يتطلب الأمر كتلة من الطفرات المتراكمة عبر الأجيال لتكوين نوع مختلف - كل ما يتطلبه الأمر هو حدث ما يعزل بشكل تناسلي مجموعة من الأفراد عن مجموعة أخرى. يمكن أن يحدث هذا بسرعة كبيرة ، في مثل هذه الحالات من تعدد الصبغيات. يمكن أن تكون طفرة واحدة كافية. أو يمكن أن يحدث بوتيرة أبطأ بكثير. هذا هو الانتواع المعروف عن التطور - التغيرات التدريجية بمرور الوقت التي تفصل بين الأنواع.

لكن لمجرد أننا لا نستطيع رؤية جميع أحداث الأنواع من البداية إلى النهاية لا يعني أننا لا نستطيع ذلك ارى تقسيم الأنواع. إذا كانت نظرية التطور صحيحة ، فإننا نتوقع أن نجد أنواعًا في مراحل مختلفة من الانفصال في جميع أنحاء العالم. سيكون هناك أنواع بدأت للتو في الانقسام ، تظهر العزلة الإنجابية ، وتلك التي قد لا تزال تبدو وكأنها نوع واحد ولكنها لم تتزاوج منذ آلاف السنين. في الواقع ، هذا هو بالضبط ما نجده.

يرقة التفاح تطير ، راغوليتيس بومونيلا هو مثال رئيسي للأنواع التي بدأت للتو في التباعد. موطن هذه الذباب هو الولايات المتحدة ، وحتى اكتشاف الأمريكتين من قبل الأوروبيين ، كان يتغذى فقط على الزعرور. ولكن مع وصول أشخاص جدد ، جاء مصدر جديد محتمل للغذاء إلى موطنه: التفاح. في البداية ، تجاهل الذباب الحلوى اللذيذة. لكن مع مرور الوقت ، أدركت بعض الذباب أن بإمكانها أكل التفاح أيضًا ، وبدأت في تبديل الأشجار. في حين أن هذا وحده لا يفسر سبب تكاثر الذباب ، إلا أن هناك غرابة غريبة في بيولوجيتها: تتزاوج ذبابة التفاح على الشجرة التي ولدت عليها. عندما قفز عدد قليل من الذباب على الأشجار ، انفصلوا عن بقية أنواعهم ، على الرغم من أنهم كانوا على بعد أمتار قليلة. عندما ألقى علماء الوراثة نظرة فاحصة في أواخر القرن العشرين ، وجدوا أن النوعين - النوع الذي يتغذى على التفاح وتلك التي تتغذى على الزعرور - لهما ترددات أليل مختلفة. في الواقع ، مباشرة تحت أنوفنا ، راغوليتيس بومونيلا بدأت رحلة الانتواع الطويلة.

كما نتوقع ، فإن الحيوانات الأخرى تتقدم كثيرًا في هذه العملية - على الرغم من أننا لا ندرك ذلك دائمًا حتى ننظر إلى جيناتها.

Orcas (Orcinus orca) ، والمعروفة باسم الحيتان القاتلة ، تبدو جميعها متشابهة إلى حد ما. إنها دلافين كبيرة ذات بقع سوداء وبيضاء تصطاد في مجموعات وتؤدي حيلًا رائعة في Sea World. ولكن لعدة عقود حتى الآن ، اعتقد علماء الثدييات البحرية أن هناك المزيد من القصة. كشفت الدراسات السلوكية أن مجموعات مختلفة من حيتان الأوركا لها سمات سلوكية مختلفة. يتغذون على حيوانات مختلفة ، ويتصرفون بشكل مختلف ، بل ويتحدثون بشكل مختلف. ولكن بدون طريقة لمتابعة الحيتان تحت الماء لمعرفة من يتزاوجون معه ، لم يتمكن العلماء من التأكد مما إذا كانت ثقافات الحيتان المختلفة مجرد مراوغات تنتقل من جيل إلى جيل أو تلميح إلى أكثر من ذلك بكثير.

الآن ، قام علماء الوراثة بما لم يستطع الباحثون السلوكيون القيام به. نظروا في كيفية تكاثر الحيتان. عندما نظروا إلى جينوم الميتوكوندريا بأكمله من 139 حوتًا مختلفًا في جميع أنحاء العالم ، وجدوا اختلافات كبيرة. تشير هذه البيانات إلى وجود ثلاثة أنواع مختلفة على الأقل من الحيتان القاتلة. أشار التحليل الوراثي إلى أن الأنواع المختلفة من orca قد تم فصلها لمدة 150.000 إلى 700.000 سنة.

لماذا انقسمت الأوركا؟ الحقيقة هي أننا لا نعرف. ربما كان أحد الآثار الجانبية لتعديلات البحث عن مصادر الفرائس المختلفة ، أو ربما كان هناك نوع من العوائق المادية بين المجموعات التي اختفت منذ ذلك الحين. كل ما نعرفه هو أنه بينما كنا مشغولين برسم جدران الكهوف ، تسبب شيء ما في انقسام مجموعات من الأوركا ، وخلق أنواع متعددة.

هناك العديد من الأسباب المختلفة لتباعد الأنواع. الأسهل والأكثر وضوحًا هو نوع من الحاجز المادي - ظاهرة تسمى الانتواع الوباطي. إذا نظرت إلى أنواع الأسماك في خليج المكسيك وقبالة ساحل كاليفورنيا ، ستجد أن هناك الكثير من أوجه التشابه بينها. في الواقع ، تبدو بعض الأنواع متطابقة تقريبًا. نظر العلماء في جيناتهم ، والأنواع الموجودة على جانبي هذا الجسر البري الرفيع ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببعضها البعض أكثر من ارتباطها بالأنواع الأخرى ، حتى الأنواع الموجودة في منطقتها. ما حدث هو أنه منذ زمن بعيد ، انفصلت قارات أمريكا الشمالية والجنوبية ، وارتبطت المحيطات. عندما اندمجت كتلتي اليابسة ، تم عزل مجموعات الأنواع على كلا الجانبين. بمرور الوقت ، تباعدت هذه الأسماك بما يكفي لتكون أنواعًا منفصلة.

يمكن أن تنقسم الأنواع بدون حدود واضحة أيضًا. عندما تتباعد الأنواع مثل ذبابة يرقة التفاح - بدون حاجز مادي كامل - يطلق عليها الأنواع المتعاطفة. يمكن أن يحدث الانتواع الودي لجميع أنواع الأسباب. كل ما يتطلبه الأمر هو شيء يجعل مجموعة ما تمارس الجنس مع مجموعة أخرى أقل.

لنوع واحد من صائد الذباب Monarch (Monarcha castaneiventris) ، كان كل شيء عن المظهر. تعيش هذه الحشرات الصغيرة في جزر سليمان ، شرق بابوا غينيا الجديدة. في مرحلة ما ، طورت مجموعة صغيرة منهم طفرة حمض أميني واحدة في الجين لبروتين يسمى الميلانين ، والذي يملي نمط لون الطائر. بعض صائد الذباب أسود ، والبعض الآخر ذو بطون بلون الكستناء. على الرغم من أن المجموعتين قادرتان تمامًا على إنتاج نسل قابل للحياة ، إلا أنهما لا يختلطان في البرية. وجد الباحثون أن الطيور ترى المجموعة الأخرى بالفعل كأنواع مختلفة. الذكور ، الذين هم مناطقيين بشدة ، لا يتفاعلون عندما يدخل ذكر ذو لون مختلف إلى أرضهم. مثل ذباب يرقة التفاح ، لم يعد صائدو الذباب يتزاوجون ، وبالتالي اتخذوا الخطوة الأولى نحو أن يصبحوا نوعين مختلفين.

قد تبدو هذه تغييرات طفيفة ، لكن تذكر ، كما تعلمنا مع الكلاب ، يمكن أن تضيف تغييرات طفيفة. نظرًا لأنهم لا يتزاوجون ، فإن هذه المجموعات المختلفة ستراكم المزيد من الاختلافات بمرور الوقت. كما يفعلون ، سيبدؤون في الظهور بشكل أقل تماثلًا. ستكون الحيوانات الناتجة مثل الأنواع التي نراها بوضوح اليوم. ربما يتكيف البعض مع أسلوب حياة مختلف تمامًا عن الأنواع الشقيقة - فقد تتباعد حيتان الأوركا ، على سبيل المثال ، بشكل كبير لأن التغييرات الصغيرة تسمح لهم بأن يكونوا أكثر ملاءمة لأنواع فرائسهم الفريدة. قد يظل الآخرون متشابهين إلى حد ما ، حتى يصعب التمييز بينهم ، مثل الأنواع المختلفة من السناجب اليوم.

النقطة المهمة هي أن جميع أنواع المخلوقات ، من أصغر الحشرات إلى أكبر الثدييات ، تخضع لأنواع جديدة في الوقت الحالي. لقد شاهدنا الأنواع تنقسم ، وما زلنا نراها تتباعد. الانتواع يحدث في كل مكان حولنا. لم يحدث التطور في الماضي فقط بل إنه يحدث الآن ، وسيستمر لفترة طويلة بعد أن نتوقف عن البحث عنه.


الانتواع

لدى علماء الأحياء تقليد طويل في مناقشة كيفية تحديد الأنواع. تم تأطير التعريفات الأبرز والأكثر صلة بالنسبة لنا حول:

  • قدرة فردين على إنجاب ذرية خصبة قابلة للحياة بنجاح (مفهوم الأنواع البيولوجية)
  • ما إذا كان الأفراد متشابهين (مفهوم الأنواع المورفولوجية)
  • مدى ارتباط الأفراد ارتباطًا وثيقًا بالتطوري (مفهوم الأنواع النشوء والتطور)، و
  • ما إذا كان الاستخدام الفردي أو يمكن استخدام نفس مجموعة الموارد البيولوجية بمعنى آخر ، سواء كانت تشغل نفس & # 8220niche & # 8221 (مفهوم الأنواع البيئية).

يعتمد مفهوم الأنواع الأكثر فائدة على الظروف والبيانات المتاحة. على سبيل المثال ، في الشكل أدناه ، الفروع التي لا تصل إلى أعلى الرسم البياني تمثل الأنواع المنقرضة (أو الأصناف). لم تعد حيوانات المستودونات تعيش ، لذلك يصبح من المستحيل معرفة ما إذا كانت حيوانات المستودونات من مجموعات سكانية مختلفة قادرة على التزاوج (مفهوم الأنواع البيولوجية). يمكننا أن ننظر إلى أشكالها من خلال مقارنة الأسنان ، والعظام ، والمسارات ، وأحيانًا الفراء ، وهذا يعطينا فكرة أساسية عما إذا كانت المستودونات من نفس النوع (مفهوم الأنواع المورفولوجية) ، ولكن ليس لدينا الكثير من الحفريات الكاملة يفحص. لقد تركنا مع مجموعة من الأدلة الأحفورية والحمض النووي التي تسمح لنا ببناء نسالة ، مما يوضح لنا أن مجموعة العوامل (التشكل الأحفوري ، ومقارنة الحمض النووي ، والموقع الجغرافي) يمكن دمجها باستخدام خوارزمية رياضية تجمع الأنواع على أساس نسالة (مفهوم الأنواع النشوء والتطور). تعد مفاهيم الأنواع المورفولوجية والتطورية أكثر فائدة أيضًا في تحليل الكائنات الحية التي تتكاثر لاجنسيًا ، مثل البكتيريا ، حيث لا يكون مفهوم الأنواع البيولوجية مناسبًا على الإطلاق نظرًا لعدم وجود تهجين! يُعد مفهوم الأنواع البيئية مفيدًا في تحليل الحالات التي يكون فيها الأفراد في بيئة المختبر أو حديقة الحيوان قادرين جسديًا على التزاوج ، لكنهم لن يواجهوا بعضهم البعض في البرية أبدًا لأنهم يشغلون أماكن بيئية مختلفة. & # 8217ll نراجع مثالًا مثيرًا للاهتمام لهذا في الفصل.

الرسم التوضيحي الوحيد في داروين & # 8217s حول أصل الأنواع هو (أ) رسم تخطيطي يظهر أحداث الانتواع التي تؤدي إلى التنوع البيولوجي. يوضح الرسم التخطيطي أوجه التشابه مع مخططات النشوء والتطور المرسومة اليوم لتوضيح العلاقات بين الأنواع. (ب) تطورت الأفيال الحديثة من Palaeomastodon ، وهو نوع عاش في مصر منذ 35-50 مليون سنة. (المصدر: OpenStax Biology)

إليك مقطع فيديو قصير وممتع يتناقض مع مفاهيم الأنواع المورفولوجية والبيولوجية:

الانتواع هو عملية

يحدث الانتواع ، أو العملية التي تؤدي إلى أنواع جديدة ، عندما ينقسم السكان الأسلاف إلى نوعين أو أكثر من الأنواع السليلة المتميزة وراثيًا وغير قادرة على التزاوج (وفقًا لمفهوم الأنواع البيولوجية). الانتواع هو كل شيء انسياب الجينات & # 8211 أو عدمه. كلما قل تدفق الجينات ، زاد احتمال حدوث الأنواع. هناك آليتان مختلفتان للانتواع ، تعتمدان على الآلية التي تمنع تدفق الجينات: الانتواع الخيفي والانتواع المتماثل.
انتواع تماثلية يمكن أن يحدث عندما يتم عزل مجموعتين جسديًا عن بعضهما البعض (allopatry) ، مما يؤدي إلى عدم وجود تدفق الجينات. في الشكل أدناه ، تحدث العزلة الجغرافية عندما يتم تقسيم مجموعة الخنافس بواسطة جسم مائي يمنع التزاوج بين المجموعتين. تحدث تغييرات صغيرة في كل مجموعة معزولة بمرور الوقت ، وإذا حدثت تغييرات تمنع الإنتاج الناجح للنسل الخصب ، فعند إزالة العزل & # 8216barrier & # 8217 ، لم يعد بإمكان المجموعتين التزاوج.

ما كان ذات يوم عبارة عن مجموعة سكانية مستمرة ينقسم إلى مجموعتين أو أكثر من المجموعات السكانية الأصغر. يمكن أن يحدث هذا عندما تغير الأنهار مسارها ، أو ترتفع الجبال ، أو تنجرف القارات ، أو تهاجر الكائنات الحية. الحاجز الجغرافي ليس بالضرورة حاجزًا ماديًا يفصل بين مجموعتين أو أكثر من الكائنات الحية - قد يكون مجرد موطن غير مواتٍ بين المجموعتين هو الذي يمنعهم من التزاوج مع بعضهم البعض (متحف علم الحفريات بجامعة كاليفورنيا & # 8217s فهم التطور (http) : //evolution.berkeley.edu)

انتواع متعايش يحدث عندما تصبح مجموعتان في نفس الموقع غير قادرين على التزاوج بسبب العزلة الإنجابية، مما يقلل من تدفق الجينات بين السكان وبالتالي يزيد من احتمال حدوث الانتواع. يمكن أن تكون آليات العزل الإنجابية ما قبل اللاقحة أو ما بعد اللاقحة، وهي طريقة غنية بالمصطلحات اللغوية قبل أو بعد اتحد الحيوانات المنوية والبويضة لتشكيل الزيجوت. العزلة الإنجابية ما قبل اللاقحة يمكن أن تشمل:

  • الاختلافات السلوكية في أغنية التزاوج أو الرقص ، مما يعني أن الأفراد لا يتعرفون على بعضهم البعض كأصحاب محتملين
  • الاختلافات في متى وأين يحاول الأفراد التزاوج ، مما يعني أن الأفراد لا يلتقون أبدًا ببعضهم البعض للتزاوج
  • أو عدم توافق الحيوانات المنوية مع البويضة ، مما يعني أن الأفراد قد يحاولون التزاوج ، لكن لا يمكن للحيوانات المنوية أن تخصب البويضة.

العزلة الإنجابية بعد اللاقحة يمكن أن تشمل:

  • فشل النمو والإجهاض التلقائي ، مما يعني أن الجنين لا يتطور بشكل صحيح وبالتالي فهو غير قابل للعيش (غير قادر على العيش)
  • نمو وتطور نسل بالغ قابل للحياة (حي) مكتمل التكوين يكون نفسه عقيمًا (عقيمًا) ، مما يعني أن النسل غير قادر على التكاثر.

شاهد فيديو Crash Course Biology هذا للحصول على نظرة عامة مدتها 10 دقائق عن الانتواع الذي يصيب جميع النقاط البارزة.

تطور آليات العزلة الإنجابية ما قبل اللاقحة
عندما يحدث التزاوج بين نوعين مختلفين (أو مجموعتين مختلفتين في عملية التحول إلى نوعين مختلفين) ، فإن النسل الناتج يسمى & # 8220 هجين. & # 8221 من الناحية البيولوجية ، يعني الهجين شيئًا من مصدرين مختلفين في هذه الحالة ، نوعان مختلفان. أحد الأسئلة المثيرة للاهتمام هو كيف يمكن لآليات عزل ما قبل اللاقحة أن تتطور أثناء الانتواع الودي. كما هو الحال مع كل التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي ، فإن العنصر الأساسي الذي يجب التركيز عليه هو اللياقة البيولوجية. إذا كانت السلالة الهجينة أقل ملاءمة من الناحية البيولوجية (لها نجاح إنجابي أقل) من السلالة غير الهجينة (السلالة التي تنتج عن التزاوج داخل المجموعة السكانية) ، فهذا يعني أن والدي النسل الهجين كان لهما صفات قللت من لياقتهم البدنية بسبب تزاوجهم. مع فرد من السكان الآخرين. ونتيجة لذلك ، فإن أي سمة يقلل سيتم اختيار التهجين عبر السكان ل في هاتين المجموعتين المختلفتين ، وأي سمة أخرى يروّج سيتم اختيار التهجين عبر السكان ضد في هاتين المجموعتين المختلفتين. بعبارة أخرى ، حواجز ما قبل اللاقحة للتكاثر هي تكيفات تقلل من احتمالية التكاثر بين الأنواع ، وتنشأ عندما يكون النسل الهجين أقل لياقة بيولوجية.


يشهد العلماء تطورًا مستمرًا ، وإنشاء أنواع جديدة في أنبوب اختبار

ليس كل يوم أن ترى التطور يحدث أمام عينيك. اخدش أنه حتى وقت قريب جدًا ، لم يكن الأمر كذلك أي اليوم ، منذ عملية الانتواع & # 8212 التي ينقسم فيها نوع واحد إلى نوعين مختلفين & # 8212 تحدث ببطء شديد بحيث لا يمكن ملاحظتها مباشرة.

لقد تغير ذلك الآن بفضل قطعة بحث رائدة تمكن العلماء من خلالها من مراقبة الأنواع التي تحدث في بيئة معملية ، حيث ينقسم فيروس واحد إلى نوعين جديدين على مدار شهر واحد.

"تاريخيًا ، أدى عدم القدرة على الملاحظة المباشرة لعملية [الانتواع] إلى تشكك بعض الأفراد في دور التطور في تكوين العديد من الأنواع التي تعيش اليوم ،" جوستين ماير ، الأستاذ المساعد في علم الأحياء بجامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، لـ Digital Trends. غالبًا ما يكون عدم القدرة على إظهار الانتواع في العمل سببًا يستشهد به الخلقيون لسبب خطأ نظرية داروين وعدم حدوث التطور. من خلال هذه الدراسة ، أحدثنا فجوة كبيرة في حجتهم. والأهم من ذلك أننا قدمنا ​​نظامًا تجريبيًا جديدًا حيث يمكن ملاحظة الانتواع أثناء العمل ودراسته بشكل مباشر ".

سيُستخدم النظام الذي ابتكره البروفيسور ماير وزملاؤه لاختبار العديد من النظريات القديمة ودفع دراسة الأنواع إلى الأمام.

قال ماير إنه أصبح مهتمًا بالانتواع لأول مرة عندما التحق بدورة تدريبية حول هذا الموضوع كطالب جامعي في عام 2002 ، قام بتدريسها عالم الأحياء التطوري البروفيسور ريتشارد هاريسون.

وتابع قائلاً: "خلال الفصل تعلمنا الكثير من البيانات التي تدعم الانتواع الودي ، ومع ذلك ، كانت هناك دائمًا شكوك ولا توجد طريقة لإقناع المشككين بأن الانتواع الودي أمر ممكن". "لقد أصبحت مهتمًا بهذه المشكلة لأنها تبدو وكأنها تعالج سؤالًا أساسيًا حول التطور. هل الانتواع خاصية جوهرية للحياة ، أم أنها تتطلب عاملًا خارجيًا مثل الجغرافيا لتحفيز الفصل؟ "

كان ماير مفتونًا بمسألة ما إذا كان من الممكن مراقبة الأنواع مباشرة أم لا.

قال "لم أتوصل إلى الحل إلا بعد سنوات عديدة عندما طورت نظام لامدا لعاثيات البكتيريا". "تطورت Lambda بسرعة في ظروف المختبر ، لذا يمكنني مشاهدة تطورها أثناء العمل. تتزاوج جسيمات لامدا أو تعيد تجميع الحمض النووي الخاص بها مع بعضها البعض ، لذلك يمكنني اختبار آثار إعادة التركيب على تنوعها. مع وجود هذا النظام في متناول اليد ، أجرينا التجربة وبالتأكيد ، شهدنا انتواعًا في التباين ، والأهم من ذلك ، في التعاطف ".

ما يعنيه هذا ، كما قال ماير ، هو أنه في ظل الظروف المناسبة ، سينقسم السكان بشكل طبيعي إلى نوعين جديدين دون أي محرك خارجي & # 8212 مما يجعله خاصية تلقائية طبيعية لبيولوجيتهم.

ماير لديه كل الأسباب ليكون سعيدًا ، على الرغم من أنه أشار إلى أنه حلو ومر إلى حد ما منذ وفاة البروفيسور هاريسون ، الرجل الذي ألهمه ، في وقت سابق من هذا العام عن عمر يناهز 70 عامًا.

قال لنا: "لم أكن لأتابع هذا المشروع أبدًا لو لم يكن معلمًا رائعًا". "أنا حزين للغاية لأنه لم يكن على قيد الحياة لرؤية هذا العمل منشورًا ، على الرغم من أنه كان لدي فرصة لمشاركة النتائج الأولية قبل بضع سنوات. إنه لأمر مدهش التأثير الذي يمكن أن يحدثه المعلمون الجيدون في حياة المرء ". الآن هذه هي المشاعر التي يمكن أن يتفق معها الجميع.

لمزيد من المعلومات حول العمل الذي قام به ماير وزملاؤه في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو وجامعة ولاية ميشيغان ، راجع بحثهم المنشور في علم، بعنوان "الانتواع البيئي لبكتيريا لامدا في allopatry والتعاطف."


الانتواع

يقدم هذا الفيديو القصير طرقًا عديدة لتعريف النوع والغموض الكامن في محاولة القيام بذلك. لا تركز طلابك على الأنواع المختلفة لتعريفات الأنواع المعروضة في الفيديو. بدلاً من ذلك ، استخدم ورقة العمل القصيرة لتركيز انتباههم على "الفكرة الكبيرة": أنه لا يوجد تعريف واحد مثالي للأنواع.

اعرض الفيديو على الفصل بأكمله واطلب من الطلاب ملء ورقة العمل المرتبطة. يمكنك مناقشة أسئلة ورقة العمل كصف بدلاً من طباعة أوراق العمل الفردية.

الوصول إلى الإنترنت وجهاز العرض ومكبرات الصوت

نفس الأنواع أم أنواع مختلفة؟

يقرأ الطلاب بطاقات تصف أزواجًا من الكائنات الحية ، ثم يضعونها على طول سلسلة متصلة من الأنواع ، تتراوح من "بالتأكيد نفس النوع" إلى "أنواع مختلفة بالتأكيد". تتضمن البطاقات معلومات حول موطن الكائنات الحية ، والصفات الوراثية ، واختلافات الحمض النووي ، والقدرة على التزاوج. لا توجد طريقة معينة لبناء سلسلة متصلة أو إجابة "صحيحة". بدلاً من ذلك ، هذا النشاط هو تمرين في وزن الأدلة والاعتراف بأن الانتواع هو عملية.

اطلب من الطلاب العمل بشكل فردي أو في أزواج لبناء التواصل. استخلاص المعلومات كصف. يتضمن دليل المعلم "مفتاح الإجابة" والملاحظات وأسئلة المناقشة.

  • تتمثل إحدى طرق تعريف الأنواع في المجموعة التي تضم أفرادًا قادرين على التكاثر مع بعضهم البعض.
  • الانتواع هو عملية.
  • يمكن أن ينتج الانتواع من الانتقاء الطبيعي الذي يعمل على سمات وراثية متعددة بمرور الوقت.

صفحات الطلاب (pdf) و [مدش]
عمل نسخة واحدة لكل طالب أو زوج. قص البطاقات في الصفحتين 2-3 (يمكن إعادة استخدام البطاقات)

حواجز الإنجاب

يوضح هذا العرض التقديمي خمسة حواجز مختلفة يمكن أن تمنع السكان من التزاوج. اعرض عرض الشرائح على الفصل وناقشه. بدلاً من التركيز على أنواع الحواجز الإنجابية ، لفت انتباه الطلاب إلى كيفية قيام كل حاجز بتقليل اختلاط الأليل ، وكيف يمكن للانتقاء الطبيعي تشكيل سمات كل مجموعة بشكل مختلف.

  • يبدأ الانتواع عندما تؤدي الحواجز التي تحول دون التكاثر داخل مجتمع ما إلى مجموعتين معزولتين تناسليًا لم تعد أليلاتها مختلطة.
  • قد تكتسب المجموعات المعزولة تكاثريًا الأليلات أو تفقدها بشكل مستقل من خلال الطفرات والانتقاء الطبيعي.
  • بمرور الوقت ، أصبحت المجموعات السكانية المعزولة تكاثريًا مختلفة بشكل متزايد في حمضها النووي وصفاتها.

الوصول إلى الإنترنت وجهاز العرض

هل الذباب من التفاح وفاكهة الزعرور يصبحان نوعين مختلفين؟

الزعرور إلى التفاح

يقدم هذا الفيديو القصير قصة الزعرور وذبابة التفاح ، ويضع ما يلي مضيف جديد ، أنواع جديدة؟ نشاط. من خلال دراسة الحالة هذه ، سيقوم الطلاب بفحص ما إذا كانت مجموعة الذباب التي تعيش على التفاح أصبحت نوعًا جديدًا أم لا. اعرض الفيديو على الفصل بأكمله مباشرة قبل مضيف جديد ، أنواع جديدة؟ نشاط. راجع النقاط الرئيسية في الفيديو وتابع.

  • توجد فرص لمراقبة حدوث الأنواع في الوقت الفعلي.
  • تختلف الأنواع عن بعضها البعض عبر سمات وراثية متعددة.

الوصول إلى الإنترنت وجهاز العرض ومكبرات الصوت

مضيف جديد ، أنواع جديدة؟

يفحص الطلاب عدة أسطر من الأدلة لتحديد ما إذا كانت مجموعة الذباب التي انتقلت إلى التفاح تتمايز إلى نوع جديد أم لا ، ثم يكتبون حجة مع الأدلة الداعمة.

يتضمن هذا النشاط عدة خطوات موضحة بمزيد من التفصيل في دليل المعلم:

  1. يقوم الطلاب بتقييم واحد من ثلاثة أسطر من الأدلة في مجموعات صغيرة ، وملء ورقة عمل ومنظم التحديد لسلسلة الأدلة الخاصة بهم.
  2. تقوم المجموعات الصغيرة بإبلاغ الفصل الدراسي ، ويضيف الطلاب معلومات من المجموعات إلى منظم التحديد الذي بدأوه.
  3. يأخذ الطلاب في الاعتبار جميع الأدلة المقدمة ، ويكتبون حجة تتضمن الإدعاء والأدلة والاستدلال ، باستخدام منظم التخصيص المكتمل للحصول على الدعم.

كما تم تضمين مفاتيح الإجابة والأفكار الإضافية في دليل المدرس

  • السكان هو مجموعة من الأفراد الذين يعيشون في نفس المنطقة والتي تختلط الأليلات الخاصة بها من خلال التكاثر.
  • يبدأ الانتواع عندما تؤدي الحواجز التي تحول دون التكاثر داخل مجتمع ما إلى مجموعتين معزولتين تناسليًا لم تعد أليلاتها مختلطة.
  • الانتواع هو العملية التي من خلالها تتشكل الأنواع الجديدة. يمثل حدث الانتواع نقطة فرعية ، حيث ينقسم أحد النسب الجينية إلى قسمين.
  • تساهم العوائق التي تحول دون التكاثر ، واختيار السمات الوراثية المختلفة ، وانخفاض القدرة على تكوين نسل هجين ، وتقليل اختلاط الأليل في التكاثر.

يستخدم الطلاب البيانات لتقرير ما إذا كان إدخال عامل بيئي جديد (السبب) يقود السكان إلى التنويع إلى أنواع منفصلة (التأثير) أم لا.

يقوم الطلاب بتحليل البيانات من الدراسات الفعلية وإنشاء ادعاء بناءً على تلك البيانات.

النُسخ وكاميرا المستندات (اختياري)

عمل نسخة واحدة لكل طالب:
منظم المواصفات (ملف pdf قابل للتعبئة)
ملاحظة: إذا استخدم الطلاب ملف pdf إلكترونيًا ، فيمكنهم استخدام أداة التمييز لتمييز إجاباتهم على أسئلة "مراعاة الدليل".

قسم الفصل إلى ثلاث "مجموعات خبراء". قم بعمل نسخ كافية لضمان نسخة واحدة لكل عضو في المجموعة:
تفضيل الفاكهة (pdf قابل للتعبئة)
توقيت دورة الحياة (pdf قابل للتعبئة)
الأليلات (pdf قابل للتعبئة)

وحدة وتنوع الحياة

يلخص هذا الفيديو المفاهيم الأساسية من الانتواع ، ويصف كيف أدت نفس العمليات المنفذة على مدى فترات طويلة جدًا من الزمن إلى تنويع الحياة من أسلاف مشتركين.

مشروع إلى الفصل وناقش.

  • أدى التفرع المستمر والتطور المستقل للأنساب الجينية الجديدة إلى تنوع الحياة.
  • بعد الابتعاد عن سلف مشترك ، قد تتراكم الأنساب المتطورة بشكل مستقل العديد من التغييرات في السمات من خلال الانتقاء الطبيعي الذي يعمل على مدار عدة أجيال.
  • الاختلافات تتراكم مع مرور الوقت.
  • إن الزمن التطوري هائل.
  • إذا أعطيت الوقت الكافي ، يمكن أن تحدث العديد من التغييرات.

الوصول إلى الإنترنت وجهاز العرض ومكبرات الصوت

قبل الانتقال.

قبل الانتقال ، تأكد من فهم طلابك لما يلي:

  • تختلف الأنواع عن بعضها البعض عبر سمات وراثية متعددة.
  • تؤدي الطفرة ، وخلط الأليل ، والانتقاء الطبيعي التي تعمل على سمات متعددة على مدى أجيال عديدة في مجموعات معزولة تكاثريًا إلى الاختلاف في خصائص الكائنات الحية.

التقييم النهائي

يطلب هذا التقييم النهائي للوحدة من الطلاب شرح كيف يتسبب التطور في اكتساب الأنواع أو فقدانها للسمات بمرور الوقت.

يستخدم التقييم النهائي عناصر ACORNS المصممة ليتم تحليلها باستخدام EvoGrader. لمزيد من المعلومات حول EvoGrader ، قم بزيارة http://www.evograder.org

لمزيد من المعلومات حول الأفكار الساذجة والقائمة على العلم التي يحللها EvoGrader ، راجع الجدولين 1 و 2 من المقالة التالية: href المقدر للوقت ">


نموذج ديناميكي حراري بسيط لفك اقتران مكوك البروتون بدون مساعدة والتنبؤ بالنشاط من الانتواع المحسوب ، ودهون الدهون ، والهندسة الجزيئية

نموذج ميكانيكي لفك اقتران الفسفرة المؤكسدة بواسطة الأحماض الضعيفة المحبة للدهون (أي. مكوكات البروتونات) لأغراض التنبؤ بالنشاط النسبي للأجانب الحيوية لهيكل متنوع على نطاق واسع ولتوجيه تصميم المشتقات المحسنة. يعتمد النموذج على المقدمات الديناميكية الحرارية التي لم تتم صياغتها في مكان آخر والتي تسمح بحساب ظروف الحالة المستقرة ومعدل تبديد الطاقة على أساس سلوك التفكك الحمضي والنفاذية ، المقدرة لاحقًا من سلوك التقسيم والاعتبارات الهندسية. علاوة على ذلك ، يُقترح تعزيز نفاذية أي من الأنواع المحايدة أو المتأينة بشكل فعال في ظل ظروف التوزيع الجزيئي غير المتماثل. أخيرًا ، تم تطوير اعتبارات خاصة لاستيعاب المركبات متعددة البروتينات. أسفرت المقارنة بين النشاط المتوقع والمُقاس لمجموعة اختبارات متنوعة من 48 مركبًا من أصل طبيعي تغطي نطاقًا واسعًا من النشاط عن مقياس سبيرمان بمقدار 0.90. تم استخدام النموذج لتحديد مبدئيًا العديد من مكوكات البروتونات الجديدة ، بالإضافة إلى توضيح الهياكل الأساسية التي تساعد بشكل خاص على نشاط مكوك البروتون الذي يمكن من خلاله تصميم مشتقات محسنة. تمت صياغة مبادئ التصميم واقترحت أمثلة للمشتقات التي يُتوقع أن تكون نشطة بتركيزات تتراوح بين 10 و 7 م. من بين هذه المركبات ثنائية البروتونية التي يُتوقع أن تنقل بروتونين في كل دورة تكرار واقترحت استغلال آلية مكوك البروتون إلى أقصى حد. يشجع هذا العمل على تصميم أجهزة الفصل النشطة للغاية ، والتي يسهل استقلابها في نفس الوقت للتطبيقات العلاجية ، أي التنشيط غير المباشر لـ AMP-kinase ، وكذلك للتطبيقات الصناعية المختلفة التي يكون فيها انخفاض الثبات أمرًا مرغوبًا فيه.

يسلط الضوء

► تم تطوير نموذج فسيولوجي للفصل بواسطة مكوكات البروتونات. ► يسمح بالتنبؤ بالنشاط من الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي يمكن تقديرها بسهولة. ► إنه يميز بشكل فعال بين العناصر النشطة من المركبات ذات الصلة مع نشاط ضئيل أو معدوم. تم استخدام النموذج لفحص مكتبة من المركبات التي تحدث بشكل طبيعي في السيليكو. ► تم استخدام النموذج لصياغة مبادئ التصميم للنشاط الأمثل.


شاهد الفيديو: الغضاريف. الأحياء. التشريح وعلم وظائف الأعضاء (شهر فبراير 2023).