معلومة

8.3 أ: عمليات وأنماط التطور - علم الأحياء


لا يمكن أن يحدث الانتقاء الطبيعي إلا في وجود الاختلاف الجيني ؛ تحدد الظروف البيئية السمات التي يتم اختيارها.

أهداف التعلم

  • اشرح لماذا لا يمكن التصرف على أساس الاختلاف الوراثي إلا عن طريق الانتقاء الطبيعي

النقاط الرئيسية

  • الاختلاف الجيني داخل السكان هو نتيجة للطفرات والتكاثر الجنسي.
  • قد تكون الطفرة محايدة أو تقلل من لياقة الكائن الحي أو تزيد من لياقة الكائن الحي.
  • التكيف هو سمة موروثة تزيد من بقاء ومعدل تكاثر الكائن الحي في بيئته الحالية.
  • يصف التطور المتباين العملية التي يتطور فيها نوعان في اتجاهات مختلفة من نقطة مشتركة.
  • التطور المتقارب هو العملية التي تتطور فيها السمات المتشابهة بشكل مستقل في الأنواع التي لا تشترك في سلالة مشتركة حديثة.

الشروط الاساسية

  • التكيف: تعديل شيء أو أجزائه بما يجعله أكثر ملاءمة للوجود في ظل ظروف بيئته الحالية
  • تطور متباين: العملية التي تتحول من خلالها الأنواع التي لها سمات متشابهة إلى مجموعات تختلف اختلافًا هائلاً عن بعضها البعض عبر أجيال عديدة
  • تطور متقاربة: سمة من سمات التطور تكتسب فيها الأنواع التي ليست من أصل حديث مشابه خصائص مماثلة بسبب الانتقاء الطبيعي

تفاوت

لا يمكن أن يحدث الانتقاء الطبيعي إلا إذا كان هناك تباين أو اختلافات بين الأفراد في مجموعة سكانية. الأهم من ذلك ، يجب أن يكون لهذه الاختلافات بعض الأسس الجينية ؛ خلاف ذلك ، لن يؤدي التحديد إلى التغيير في الجيل القادم. هذا أمر بالغ الأهمية لأن الاختلاف بين الأفراد يمكن أن يكون ناتجًا عن أسباب غير وراثية ، مثل أن يكون الفرد أطول بسبب التغذية الأفضل بدلاً من الجينات المختلفة.

يأتي التنوع الجيني داخل السكان من آليتين رئيسيتين: الطفرة والتكاثر الجنسي. الطفرة ، تغيير في تسلسل الحمض النووي ، هي المصدر النهائي للأليلات الجديدة ، أو الاختلاف الجيني الجديد في أي مجموعة. يمكن أن يكون للتغييرات الجينية التي تسببها الطفرة واحدة من ثلاث نتائج:

  • لن يكون للعديد من الطفرات أي تأثير على ملاءمة النمط الظاهري ؛ هذه تسمى الطفرات المحايدة.
  • قد تؤثر الطفرة على النمط الظاهري للكائن الحي بطريقة تجعله أقل لياقة (احتمالية أقل للبقاء على قيد الحياة أو نسل أقل).
  • قد ينتج عن الطفرة نمط ظاهري له تأثير مفيد على اللياقة. سيكون للطفرات المختلفة مجموعة من التأثيرات على ملاءمة الكائن الحي الذي يعبر عنها في نمطه الظاهري ، من تأثير صغير إلى تأثير كبير.

يؤدي التكاثر الجنسي أيضًا إلى التنوع الجيني: عندما يتكاثر الوالدان ، تتجمع مجموعات فريدة من الأليلات لإنتاج أنماط وراثية فريدة وبالتالي أنماط ظاهرية في كل من النسل. ومع ذلك ، لا يمكن أن يؤدي التكاثر الجنسي إلى جينات جديدة ، ولكنه يوفر مزيجًا جديدًا من الجينات في فرد معين.

الاقتباسات

السمة الموروثة التي تساعد على بقاء وتكاثر الكائن الحي في بيئته الحالية تسمى التكيف. يصف العلماء مجموعات من الكائنات الحية تتكيف مع بيئتها عندما يحدث تغيير في نطاق التباين الجيني بمرور الوقت مما يزيد أو يحافظ على "لياقة" السكان لبيئتهم. أقدام خلد الماء مكففة هي تكيف للسباحة. الفراء الكثيف لنمور الثلج هو تكيف للعيش في البرد. سرعة الفهود السريعة هي تكيف للقبض على الفريسة.

يعتمد ما إذا كانت السمة مواتية أم لا على الظروف البيئية في ذلك الوقت. لا يتم اختيار نفس السمات دائمًا لأن الظروف البيئية يمكن أن تتغير. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نوعًا من النباتات نمت في مناخ رطب ولم تكن بحاجة إلى الحفاظ على المياه. تم اختيار الأوراق الكبيرة لأنها سمحت للنبات بالحصول على المزيد من الطاقة من الشمس. تتطلب الأوراق الكبيرة مزيدًا من الماء للحفاظ عليها أكثر من الأوراق الصغيرة ، وتوفر البيئة الرطبة ظروفًا مواتية لدعم الأوراق الكبيرة. بعد آلاف السنين ، تغير المناخ ولم تعد المنطقة تحتوي على مياه زائدة. تحول اتجاه الانتقاء الطبيعي بحيث تم اختيار النباتات ذات الأوراق الصغيرة لأن هؤلاء السكان كانوا قادرين على الحفاظ على المياه للبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية الجديدة.

أدى تطور الأنواع إلى تباين هائل في الشكل والوظيفة. في بعض الأحيان ، يؤدي التطور إلى ظهور مجموعات من الكائنات الحية تختلف اختلافًا هائلاً عن بعضها البعض. عندما يتطور نوعان في اتجاهات مختلفة من نقطة مشتركة ، فإن هذا يسمى التطور المتباين. يمكن رؤية هذا التطور المتباين في أشكال الأعضاء التناسلية للنباتات المزهرة التي تشترك في نفس التشريح الأساسي ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تبدو مختلفة تمامًا نتيجة الاختيار في بيئات مادية مختلفة والتكيف مع أنواع مختلفة من الملقحات.

نباتات مزدهرة: تطورت النباتات المزهرة من سلف مشترك. لاحظ أن (أ) النجم المتوهج الكثيف (Liatrus spicata) و (ب) الصنوبريات الأرجواني (إشنسا بوربوريا) يختلفان في المظهر ، ومع ذلك يشتركان في شكل أساسي مماثل.

في حالات أخرى ، تتطور أنماط ظاهرية مماثلة بشكل مستقل في الأنواع ذات الصلة البعيدة. على سبيل المثال ، تطورت الرحلة في كل من الخفافيش والحشرات ؛ كلاهما لهما هياكل نشير إليها بالأجنحة ، وهي تكيفات مع الطيران. ومع ذلك ، فقد تطورت أجنحة الخفافيش والحشرات من هياكل أصلية مختلفة تمامًا. تسمى هذه الظاهرة التطور المتقارب ، حيث تتطور الصفات المتشابهة بشكل مستقل في الأنواع التي لا تشترك في سلالة مشتركة حديثة. جاء النوعان لنفس الوظيفة ، وهما الطيران ، لكنهما قاما بذلك بشكل منفصل عن بعضهما البعض.

تحدث هذه التغييرات الجسدية على مدى فترات زمنية هائلة وتساعد في تفسير كيفية حدوث التطور. يعمل الانتقاء الطبيعي على الكائنات الحية الفردية ، والتي بدورها يمكن أن تشكل نوعًا كاملاً. على الرغم من أن الانتقاء الطبيعي قد يعمل في جيل واحد على الفرد ، إلا أنه قد يستغرق آلاف أو حتى ملايين السنين حتى يتطور النمط الجيني لنوع بأكمله. لقد تغيرت الحياة على الأرض واستمرت في التغير على مدى هذه الفترات الزمنية الطويلة.


بكالوريوس العلوم

أفضل برنامج بكالوريوس عبر الإنترنت و # 039s في البلاد

- تقرير أخبار الولايات المتحدة والعالم ، 2021

حقائق سريعة

كلية العلوم


مقدمة

كان الانتواع الودي أمرًا رائعًا ومثيرًا للجدل لأن تطور مجموعتين من الجينات المتميزة يعوقه التكاثر الجنسي ، والذي يميل إلى تجانس التنوع الجيني بين الأفراد. ومع ذلك ، لا يوجد تخطيط بسيط بين النمط المكاني للتعاطف (حرفيًا ، التواجد في نفس المكان) وعمليات تدفق الجينات وإعادة التركيب. نتيجة لذلك ، قد يبدو أن الباحثين الذين يستخدمون تعريفًا جغرافيًا حيويًا للانتواع المتماثل قد توصلوا إلى استنتاجات مختلفة عن تلك التي تستخدم العمليات الجينية السكانية لتحديد الانتواع المتماثل. بالإضافة إلى ذلك ، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن تصنيف الانتواع على أنه تباين أو متماثل أو متماثل هو تقسيم فرعي مصطنع لسلسلة متصلة ويفتقد العديد من الفروق الدقيقة المحتملة المهمة (Endler، 1977 Rice & Hostert، 1993 Schluter، 2001 Gavrilets، 2003 Coyne & Orr ، 2004 شيه وآخرون.، 2007). تقديراً لهذا ، ولتجنب المزيد من الالتباس الناشئ عن الاستخدام المختلف للمصطلحات ، فقد دافعنا وآخرون عن البحث الذي يركز على النمذجة وتقدير المعلمات المهمة لوصف عملية الاختلاف ، بدلاً من تقييم معايير تصنيف الأنماط الجغرافية (Kirkpatrick & Ravigné ، 2002 ديكمان وآخرون.، 2004 Bolnick & Fitzpatrick، 2007 Butlin وآخرون.، 2008 فيتزباتريك وآخرون., 2008 ).

مطرقة وآخرون. (2009) تعزيز وجهة نظر مختلفة. على الرغم من اتفاقهم على أن التصنيف التقليدي يعتمد على "الفئات المنفصلة بشكل مصطنع" وأن التعريفات الأكثر دقة غالبًا ما تشير إلى معايير تجريبية سخيفة ، إلا أنهم يدعون إلى الاحتفاظ بإطار جغرافي تم اختياره بحيث يكون "الانتواع المتماثل أكثر شيوعًا مما يُفترض عمومًا". يفضل Coyne & Orr (2004) أيضًا التصنيف الجغرافي (وإن كان بتركيز مختلف) ، مدعيا أن الوضع الجغرافي للانتواع يمكن تحديده ومفيد لأن العلاقة بين الجغرافيا وتدفق الجينات لها آثار واضحة على طبيعة وقوة العمليات التي تساهم في الاختلاف. هنا ، نستعرض بإيجاز بعض التعميمات الرئيسية التي يمكن استخلاصها من عقود من البحث حول الأنماط الجغرافية للانتواع. ثم نناقش الحجج المؤيدة للاستمرار في تصنيف الانتواع على أنه تباين أو متماثل أو متماثل. ننتهي بالقول إن الدراسات التي ناقشها ماليت وآخرون. قد يكون من الأفضل تقديرها على أنها تحليلات تفصيلية للاختلاف مع تدفق الجينات بدلاً من كونها حالات تجتاز أو تفشل مجموعة من المعايير لـ "التعاطف" أو "الانتواع المتعايش".


الكلية: علم البيئة + علم الأحياء التطوري

يركز بحثي على تطور السلوك الحيواني والتفاعل بين سلوك الحيوان وبيولوجيا الحفظ.

تعمل مجموعتي المختبرية على تأثيرات المجموعات السكانية المجزأة والمتفرقة في التطور وعلم الوراثة والبيئة. في الوقت الحالي ، ندرس وبائيات الطاعون في التجمعات الطبيعية لكلاب البراري ذات الذيل الأسود والقوارض الصغيرة الأخرى في مروج العشب القصيرة في شمال وسط كولورادو ، وهي جزء من مشروع Laramie Foothills Chronic Waste Disease ، حيث ندرس علم الوراثة من CWD في غزال البغل فيما يتعلق بعلم الأوبئة المكانية وعلم الوراثة http://www.nrel.colostate.edu/projects/modelingCWD/.

تدرس مجموعتي البحثية كيف يصنع الناس معنى لمفاهيم العلوم الطبيعية من خلال القراءة والكتابة والتحدث. نستخدم نظريات الخطاب والاتصال لفهم كيفية تحديد الطلاب الجامعيين للمفاهيم الخاطئة وحلها. تركز معظم أبحاثي على الكتابة للتعلم والكتابة للتواصل أثناء أنشطة المجموعة التعاونية القائمة على حل المشكلات.

يركز العمل في مختبري على الحواجز التناسلية بين الأنواع النباتية الأعلى ، ولا سيما بين أنواع الطماطم البرية. نحن ندرس الطبيعة الجزيئية والخلوية للحواجز التناسلية بين الأنواع (IRB).

يسعى Funk Lab جاهدًا لفهم الآليات التطورية والبيئية التي تولد التنوع البيولوجي وتحافظ عليه باستخدام الجينوميات السكانية والتلاعب التجريبي والدراسات الميدانية والتحليل الحسابي. هدفنا ليس فقط اختبار النظرية التطورية والبيئية الأساسية ، ولكن أيضًا إبلاغ قرارات السياسة والإدارة التي ستحدد في النهاية مصير التنوع البيولوجي.

يركز بحثي على الدراسة التجريبية للتكيف في المجموعات الطبيعية. أنا مهتم بشكل خاص بكيفية حل المفاضلات أثناء عملية التطور التكيفي في تاريخ الحياة والسمات السلوكية والفسيولوجية. نحن نستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات الميدانية والمخبرية لاختبار النظرية وتطويرها مع السعي أيضًا لفهم التاريخ الطبيعي للكائنات التي ندرسها.

يركز بحثي على النباتات بهدف فهم الأنماط والعمليات البيئية من الورقة إلى مستوى النظام البيئي. يتم إجراء البحث في المقام الأول في المجال باستخدام النهج المقارن والتلاعب التجريبي للمحركات البيئية الرئيسية. تشمل مجالات الاهتمام: البيئة الفسيولوجية للنبات ، وبيئة النظم الإيكولوجية ، وتغير المناخ ، والبحوث البيئية طويلة الأجل ، وتأثيرات الحرائق والحيوانات العشبية على النباتات والنظم البيئية.

عالم بيئة مع موعد مشترك مع مدرسة الاستدامة البيئية العالمية. تشمل الدورات التي يتم تدريسها ، BZ120 ، BZ220 ، BZ346 ، BZ348 ، LIFE103 ، LIFE320 ، ECOL505 ، GES101 ، GES520 ، NSCI660.

أنا مهتم بالبيئة التطورية للتفاعلات بين الطفيليات والمضيف. أقوم بدراسة تأثير الطفيليات على سلوك الحيوان ، وكذلك تأثير الطفيليات على الطفيليات الأخرى في المجتمعات. في الوقت الحالي ، أنا مفتون بشكل خاص بالحمى السلوكية ، وتكاليف اللياقة البدنية والفوائد المرتبطة بتغيير درجة حرارة الجسم.

أنا مهتم بثلاثة أسئلة أساسية في علم الأحياء التطوري: (1) كيف تتطور الجينوم ، خاصة تلك الموجودة في أقصى حجم الجينوم؟ (2) كيف تعمل العناصر القابلة للنقل على تشكيل بيولوجيا الجينوم وتطوره؟ (3) كيف يؤثر حجم الجينوم على النمط الظاهري والمسارات التطورية للأنساب؟

أقوم بدمج اهتماماتي في البيئة السلوكية والمعرفية لفهم أداء الأفراد والمجموعات الاجتماعية. يتضمن بحثي عملاً تجريبيًا في السلوك وعلم وظائف الأعضاء تكمله مناهج تعتمد على النمذجة الفردية.

أنا عالم بيئة تطورية مهتم باستخدام نهج متعدد التخصصات للتحقيق في كيفية تقارب التباين البيئي والعمليات التطورية للتأثير على أنماط التباين الديموغرافي والجيني والجيني في المجموعات السكانية الطبيعية ، وخاصة تلك المتعلقة بالحفظ.

في مختبر Pilon-Smits ، نحن مهتمون بالعمليات التي تتراكم بها النباتات وتزيل سموم الملوثات البيئية ، وكذلك بالجوانب البيئية والتطورية لتراكم السيلينيوم المفرط. ندرس هذه العمليات من المستوى الجزيئي إلى الميدان. تشمل مناهجنا علم الجينوم ، وعلم الوراثة ، والتكنولوجيا الحيوية ، والكيمياء الحيوية ، وعلم وظائف الأعضاء للنبات بالكامل ، والدراسات البيئية. تهدف هذه الدراسات إلى اكتساب المعرفة حول العمليات البيولوجية الأساسية ، ولكن لها تطبيقات لاستخدام النباتات لتنظيف البيئة أو كأطعمة مدعمة.

تسترشد اهتماماتي البحثية بالدراسة الواسعة لكيفية تقييد العمليات والأنماط البيئية ببنية الموائل والتنوع البيئي على مستويات متعددة في النظم الإيكولوجية المائية. توفر نتائجنا أساسًا للتنبؤ بسمات المجتمع المائي على المقاييس الجغرافية والاستجابات البيئية لتغيرات استخدام الأراضي والتغيرات المناخية الإقليمية.

يركز بحثي على الجينوميات البيئية والتطورية في عالم متغير. أنا مدير مشارك لمشروع Bird Genoscape ، وهو جهد كبير متعدد المؤسسات لاستخدام الأساليب الجينية لتسهيل الحفاظ على الطيور المهاجرة. كجزء من هذا الجهد ، نتناول أسئلة مثل: 1) كيف ترتبط مجموعات سكانية متميزة وراثيًا عبر مناطق التكاثر والمهاجرة والشتاء ، 2) ما هو دور الهجرة في توليد تنوع الطيور؟ و 3) ما هي المجموعات السكانية التي سيتعين عليها التكيف أكثر لمواكبة تغير المناخ؟

يتكون برنامج البحث الخاص بي من مكونين مترابطين: نسالة وتصنيف عائلة النباتات المزهرة Celastraceae (عائلة شجرة المغزل) ، والجوانب المفاهيمية لعلم الوراثة الجزيئي. تستخدم علم الوراثة الجزيئي البيانات الجينومية (عادةً تسلسل الحمض النووي) لإعادة بناء العلاقات التطورية بين الأنواع. يلعب هذا المجال دورًا مركزيًا متزايدًا في علم الأحياء ، من استنتاج تنوع العائلات متعددة الجينات ، إلى تتبع الأنواع الغازية ، والحفاظ على الأنواع المحمية ، كدليل في التحقيقات الجنائية ، ومكافحة الإرهاب البيولوجي.

يبحث بحثي في ​​القوى التطورية التي تخلق التنوع في حجم الجينوم وهيكله ووظيفته. أنا مهتم بشكل خاص بتطور ما يسمى بـ "الجينومات المقيمة" الموجودة داخل خلايا كائن حي آخر ، بما في ذلك خلايا الميتوكوندريا والبلاستيدات في حقيقيات النوى والبكتيريا التكافلية الداخلية في العديد من الحشرات. يركز الكثير من عملي الحالي على كيفية تطور هذه الجينومات المقيمة مع الجينوم المضيف.

يركز بحثي على فهم عواقب التغيرات العالمية التي يسببها الإنسان ، ولا سيما آثار التغيرات المناخية ، والغزوات البيولوجية ، والتغذيات (على سبيل المثال ، زيادة ترسب N) ، وأنظمة الاضطراب المتغيرة للتنوع البيولوجي وهيكل ووظيفة النظام الإيكولوجي. في هذا السياق ، يعالج بحثي أسئلة حول الأدوار الوظيفية للأنواع في النظم البيئية ، وأسباب وتأثيرات الخسارة والتنوع الجيني وتنوع الأنواع ، والعوامل التي تؤثر على تعايش الأنواع وأنماط وفرة الأنواع ، والقوة النسبية لقاع- أعلى (الموارد) مقابل أعلى لأسفل (المستهلكون) في هيكلة المجتمعات. يستخدم بحثي مزيجًا من الأساليب التجريبية (المراقبة والتجريبية والمقارنة والتركيبية) ويستخدم الأراضي العشبية التي يهيمن عليها C4 كنظم نموذجية قابلة للتتبع وديناميكية تجريبية.

يركز اهتمامي على الأهمية البيئية لشكل النبات وهيكله. تشمل موضوعات الدراسة في مختبري ما يلي: أنماط تطور البراعم ، والتفرع ، ووضع الأوراق في بيئات مختلفة ، النمو المعياري والنسلي ، والحفاظ على البيولوجيا السكانية للنباتات النادرة.

أنا أدرس كيف يتم تنظيم وظيفة النظم البيئية من خلال التفاعلات بين البشر والنباتات والتربة وميكروبات التربة.

يركز بحثي على بيئة التربة وكيف يؤثر التنوع البيولوجي للافقاريات في التربة على عمليات النظام البيئي. يقيس البحث التجريبي في الميدان والمختبر العوامل التي تؤثر على أنماط توزيع حيوانات التربة على المستويات الصغيرة إلى العالمية وتأثيرها على الروابط الموجودة فوق الأرض. يتمثل أحد الجوانب الرئيسية في فهم كيفية مساهمة التنوع البيولوجي للتربة في استدامة النظم البيئية للتربة على المدى الطويل.


جينات اللون والتغير التطوري

في دراسات التباين في تلوين الحيوانات ، كان هناك تركيز مبكر على فهم عواقب تغييرات تسلسل الترميز ، كما هو الحال في MC1R الجين الذي ينظم إنتاج الميلانين ، ولكن التقدم في علم الوراثة اللوني يركز على التغييرات التنظيمية التي يمكن أن تكمن وراء الخيار المشترك للجينات في وظائف جديدة. على سبيل المثال ، إن إنزيم الكيتوليز الذي تطور لتعديل أصباغ الكاروتين في شبكية عين الطيور مهد الطريق للتعبير عن الصبغات الحمراء في الفواتير والريش (17) وبالمثل ، فإن عامل النسخ ALX3 قد حان لتنظيم التعبير عن تمايز الخلايا الصباغية في القوارض المخططة (18).

تقدم الجينات الكامنة وراء اختلاف اللون نظرة ثاقبة حول إمكانية التنبؤ بالتطور. تظهر الأنماط الظاهرية المتقاربة بشكل شائع بالتوازي مع التوصيف الدقيق للأنماط الظاهرية اللونية التي كشفت عن تغييرات مستقلة في الآليات الوراثية المماثلة ، مما يؤدي إلى تشابه النمط الظاهري بين الأنواع (19). على سبيل المثال ، يمكن التحكم في التغيرات في التصبغ من ضعيف إلى شديد الميلاني من خلال التغيرات الجينية الموازية في الأنساب شديدة التباين ، كما هو الحال في Kit ligand في تصبغ أبو شوكة وجلد الإنسان Oca2 في تصبغ الثعابين وسمك الكهف والبشر و MC1R في العديد من الطيور والثدييات (19). كان هناك تحيز تطوري تجاه الاستخدام المتكرر لنفس الجينات ربما لأن هذه الطفرات تمثل طفرات ذات تأثيرات تعدد الاتجاهات (19).

التقارب وثيق الصلة أيضًا بالعمليات الجينية والتنموية التي تحيز أو تقيد أو تسهل التنويع التطوري. الاختيار الاصطناعي في بيسيكلس تُظهر الفراشات كيف يتم تقييد بعض سمات نمط الجناح ، بينما يمكن تحديد أنماط أخرى في اتجاهات غير مستكشفة في التجمعات الطبيعية (20). في HeIiconius الفراشات ، خلط عناصر المحسن من خلال التقديم وإعادة التركيب يمكن أن ينتج تنوعًا ظاهريًا على نطاق زمني قصير ، دون طفرات جديدة (21).

غالبًا ما ترتبط الأنماط الظاهرية للألوان المنفصلة بالاختلافات في السمات المورفولوجية والفسيولوجية والسلوكية. إذا كان الاختيار يفضل مجموعات سمات محددة ، فيمكنه إنشاء ارتباطات جينية تمثل قممًا تكيفية بديلة (22, 23). في بعض الحالات ، يمكن أن يؤدي هذا إلى تطور التحكم في الموقع الفردي للسمات المتكيفة ، أو "الجينات الفائقة" (24) ، وهناك أمثلة مذهلة على التقليد (25) والتلوين المختار جنسيًا (26) تتضمن عناصر مرتبطة بانقلابات الكروموسومات. لذلك يمكن للآليات الجينية لتنوع اللون أن تقدم رؤى حول التطور التكيفي لبنية الجينوم.

ستثبت الرؤى الجينومية قيمة في التحقيقات في الآليات التي تشير الصفات الملونة بصدق إلى الجودة الفردية (27, 28). من المقبول على نطاق واسع أن الزخرفة الجنسية يمكن أن تكشف عن الجودة ، بسبب التحديات المرتبطة بإنتاج أو تحمل مثل هذه السمات (29, 30) ، لكننا ما زلنا جاهلين إلى حد كبير بالآليات التي تكمن وراء تفاعلات البيئة الجينية التي تسبب إشارات تعتمد على الحالة. قد تقدم الدراسات اللاجينية على مقياس الجينوم نظرة ثاقبة لهذا السؤال.

تقدمت المعرفة بالآليات الجينية الكامنة وراء تكوين ونقل الأصباغ ، مثل الميلانين والكاروتينات ، بشكل كبير في السنوات الـ 15 الماضية (23) ، ولكن تبقى الأسئلة المعلقة حول التلوين الهيكلي. يعد فهم التحكم الجيني في الحجم والتشتت بالشكل أمرًا مهمًا لأن هذه الخصائص تتحكم في النهاية في الهياكل البصرية. يمكن أن يكون تقدير علم الوراثة لإنتاج الألوان ذات البنية النانوية مهمًا أيضًا لتطبيقات التكنولوجيا الحيوية - على سبيل المثال ، إنشاء أجهزة الاستشعار وآليات الإبلاغ.


يوازي ITSNTS

وبالتالي تقدم ITSNTS بديلاً عن الحظ والمبدأ البشري (2) لترشيد مدة الحياة الطويلة على هذا الكوكب ، وإعادة صياغة "الفوائد العارضة" كتكيفات تعزز المثابرة للعمليات ، وليس لتجميعات الأشياء. يربط تطور العملية عن طريق إعادة الإنتاج التفاضلي بـ ENS من خلال التكاثر التفاضلي للكائنات الفردية المنفذة للعملية ، ومعالجة أوجه القصور في الادعاءات حول Holobionts وخصائص الوظيفة إلى النظم الإيكولوجية غير الميكروبية (انظر أدناه). ومع ذلك ، فإن للنظرية أوجه تشابه ، بعضها ظاهر فقط ولكن بعضها وثيق الصلة بمجالات أخرى من النظرية والفلسفة البيولوجية.

اختيار المجموعة.

قد يُنظر إلى اختيار المجموعة - كما هو الحال في النماذج الشائعة لتطور الإيثار داخل الأنواع (على سبيل المثال ، انظر المرجع 32) - على أنه وثيق الصلة بتطور التجمعات الميكروبية. على سبيل المثال ، تعديل طفيف لنموذجنا لا يزال متسقًا مع ENS القياسي من شأنه أن يسمح للمجموعات التي تحتوي على المزيد من الأنواع X بإنتاج المزيد من الأفراد بشكل عام (من أي نوع). وبالتالي ، فإن تواتر X من الأفراد في البرك سيرتفع ، وكذلك تواتر المجتمعات التي تهيمن عليها الأنواع X التي تشكلت منها. لكن هذا سيكون تأثيرًا مباشرًا لتكوين المجموعة على تكاثر الأفراد داخل المجموعات ، وليس على التكاثر التفاضلي للمجموعات كمجموعات (33). من خلال وصفة ليوانتين ، أو "مبدأ ويليام" ، يمكن للأخير فقط أن يولد تكيفات على مستوى المجموعة (19). التعاون بين الأنواع ، سواء تم اعتباره نوعًا من الإيثار أم لا ، يعتبر مجرد "فائدة عرضية" لانتقاء المجموعة من هذا النوع.

التعايش الداخلي وفرضية الملكة السوداء.

تم تطوير فرضية الملكة السوداء لاستيعاب الاكتشافات الشائعة المتزايدة للمجتمعات الميكروبية الطبيعية التي يتم فيها توزيع الجينات الضرورية للحياة بين السلالات الخلوية ، بحيث يعتمد بعضها على المستقلبات المتسربة للآخرين ، والتي يُنظر إليها على أنها نتيجة لعملية تحديد ذاتي مدفوعة عن طريق الاختيار لحجم الجينوم المصغر (34). يبدو هذا أكثر إثارة للدهشة عندما يتضمن سلالات خلوية منفصلة بدلاً من التعايش الداخلي والأنساب النووية في خلية واحدة ، لكن الإستراتيجية التطورية هي نفسها: يظل المسار الكيميائي الحيوي قيد التشغيل بينما يتم توزيع الجينات التي تضمنه بين السلالات الجينية التي أصبحت ملزمة من الآن فصاعدًا تتطور معا. يقسم المغنون الأجزاء ، لكن الأغنية تستمر (35).

مع الأنساب الخلوية المستقلة ، يمكن للمرء أن يتحدث عن "الجينوم الشامل للسكان" ، الذي يشتمل على جميع الجينات الموجودة في جميع السلالات في موقع معين ، وكما يقول فولمر وآخرون. (36) يقترح: ... النظر بجدية في السكان كوحدات فعالة يتم فيها اختيار الجينات ... بدلاً من الكائنات الحية الفردية فقط. على غرار الطريقة التي دعا بها ريتشارد دوكينز إلى التفكير في الكائن الحي على أنه مجموعة من الجينات المقبولة عمومًا ، ولكن الأنانية ، ربما ينبغي أن نفكر في الأنساب والسكان على أنها مجموعات من الجينات ، أي عموم الجينومات ، بدلاً من الخلايا الفردية.

المشكلة هنا ، مرة أخرى ، هي أنه طالما أن الأنساب والمجموعات تتصرف كما في نموذجنا مع الحجم الكبير ص و ن، وصفة Lewontin لا تنطبق. ITSNTS يفعل.

الأنواع والرموز والجينات.

في مقال عن الأنواع والرموز ، استخدم ويتزل (37) مقالًا لجيرترود شتاين "الوردة هي وردة هي وردة هي وردة" كمثال. إذا تم أخذ "الكلمة" كنوع ، فهناك ثلاث كلمات في هذه الجملة ، بينما هناك 10 كلمات مميزة كرموز. مهما كانت العمليات البيولوجية ، فهي ليست نفس نوع الأشياء مثل الأشياء (الجينات ، الخلايا ، الكائنات الحية ، الأنواع ) التي تنفذها. يبدو أن الاختلاف الفلسفي بين الأنواع والرموز.

دوكينز (38) ، في شرحه الشعبي للنظرية الناشئة (الجين الأناني) ، كان أيضًا قد وضع في الاعتبار شيء من هذا القبيل. جيناته "الملفات الخالدة" هي أنواع إعلامية وتجسيداتها في الحمض النووي هي رموز. على نفس المنوال وبشكل صريح ، كتب هيج (39) عن طريقة التفكير هذه: ... كانت الجينات المادية أشياء مادية لكن الجينات المعلوماتية كانت التسلسلات المجردة التي كانت الجينات المادية لها مركبات مؤقتة. تم التعرف على الجينات المادية مع الجينات الرموز والجينات المعلوماتية مع الجينات أنواع ... تكمن الاستمرارية في التمثيل العودي للنمط الخالد بواسطة الصور الرمزية المؤقتة (التركيز لنا).

بالنسبة لـ ITSNTS أيضًا ، فإن استمرارية العملية "تكمن في التمثيل العودي للنمط الخالد بواسطة الصور الرمزية سريعة الزوال (التي تنفذ بشكل جماعي الأصناف)" (39). يمكن القول على عكس الجينات ، أن النمط كنوع لا يجب أن يتم تمثيله في مكان واحد في وقت واحد: التصنيف الذي يطبقه (المطربون) يعرفون فقط أجزائهم الخاصة ويمكن ، في حالة شيء مثل دورة النيتروجين ، أن يكون على أجزاء متقابلة العالم في قرون مختلفة (29).

على الرغم من أن التركيز هنا ينصب على العمليات على مستوى المجتمع ، فمن الممكن أيضًا تطبيق هذا المنطق على التطور النمائي داخل النسب على المستويات العضوية والخلوية والجزيئية. يجادل فاغنر (40) ، على سبيل المثال ، بأن "الاستمرارية التاريخية لشبكات تنظيم الجينات بدلاً من التعبير عن الجينات المتماثلة الفردية هو الذي يقوم عليه تماثل الشخصيات المورفولوجية." بمعنى ما ، العمليات التنموية الموجودة مسبقًا (الشبكات التنظيمية) هي الأنواع التي يتم الحفاظ عليها (المستمرة من خلال) ENS. تقوم هذه العمليات بتجنيد الجينات ، وليس دائمًا نفس الجينات ، اللازمة لتنفيذها (كرموز) ، تمامًا كما تجند الدورات الكيميائية الجيولوجية الأصناف الميكروبية.

الميمات.

هناك أوجه تشابه واضحة بين ITSNTS ومفهوم اختيار meme ، وقد تأخذ الاعتراضات عليها شكلاً مشابهًا (4 ، 41). قام دينيت (42) مؤخرًا بمراجعة ودحض بعض هذه الاعتراضات في حالة نظرية الميم. إنه يرفض بشكل قاطع الشكوى القائلة بأن الميمات ليست "حقيقية". نحن نجرؤ على أن هذه الشكوى وجودية ، وتتعلق بالأنواع المختلفة من الأشياء التي يتم صنع الأنواع والرموز الخاصة بها. يبدو أنه لا جدال في أن شيئًا مثل ITSNS يحدث في حالة الكلمات المثالية. لا يتم إعادة إنتاج الكلمات كعلامات رمزية ، ولكن من خلال التحدث أو الكتابة (في الواقع بشكل ملحوظ ، من خلال العديد من الوسائط) يتم إعادة إنتاجها ، ونتيجة لذلك تستمر الكلمات الفردية كأنواع ممثلة. نقترح أن ITSNTS يمكنها بالمثل رفض القلق الواقعي: العمليات التي تنفذها الكائنات الحية حقيقية (أو غير واقعية) مثل الكلمات التي يتحدث بها الناس.

عبّر غودفري سميث (4) عن مصدر قلق ثانٍ بشأن الميمات ، حيث كتب: "بقدر ما تذهب النظرية ، فإن العمل الأخير يؤسس روابط جوهرية بين الآليات الثقافية والبيولوجية [ENS]. إنه يعطينا تفسيرات "كيف يمكن" الحفاظ على السلوكيات المختلفة. إن تطبيقه التجريبي - قدرته على إعطائنا "كيف" تفسيرات فعلية - هو مسألة أخرى ".

في الواقع ، حتى المتشككين في ميم يقبلون أنه يمكن تخيل عملية انتقائية متماسكة. يبدو الوضع مع ITSNTS مشابهًا. من الأسهل القول بأن المثابرة هدف مشروع لـ ENS ، من حيث المبدأ ، من إظهار أن هذا مهم في الممارسة. وكان الأول هو الغرض الأولي لـ ITNTS: إضفاء الشرعية على مناقشات الاختيار والتكيف والوظيفة لأنشطة المجتمع التي تبدو غير قابلة للتفسير بالنسبة لـ ENS ، طالما أن هذا يركز على التكاثر التفاضلي للأشياء (1 ، 2). سواء أكان هذا الاختيار والوظيفة والتكيف سيثبت أهميته في شرح ما نراه في العالم أم لا ، فهو أمر منفصل ، إن لم يكن غير مثير للاهتمام. وبالمثل ، قد يفصل المرء عن صياغة داروين للمبدأ القائل بأن تكرار أفعال الانتقاء وتضخيم المتغيرات سينتج تعقيدًا [وهو ما يسميه Sober (43) بداهة] من الادعاء القابل للاختبار تجريبياً بأن هذه العملية تشرح التكيف البيولوجي والتنوع بشكل عام ، أو حتى أي شيء آخر. حالة خاصة منها. لكن ITSNTS توفر آلية محددة (مذكورة في الشكل 1) لما قد يبدو لولا ذلك مجرد ضرورة منطقية.

بالنسبة للمجال الثقافي ، يصر غودفري سميث (4) على أن الوسائل التي يتم من خلالها إعادة إنتاج الميمات يجب أن تحاكي التكاثر العضوي (لا يستلزم الكثير من التأثيرات الخارجية أو ، على وجه الخصوص ، الكثير من الآباء) ليكون ENS هو النموذج القابل للتطبيق. التقليد المباشر سيفعل ذلك بالنسبة له [كما هو الحال بالنسبة للناقد سبيربر (41)] ، في حين أن الخلطات الأكثر انتشارًا من التعلم الجماعي والإبداع الفردي لن تفعل ذلك. لتطور المجتمعات الميكروبية ، يخفف ITSNTS من فهمنا لما يتطلبه ENS ، مما يسمح بإعادة الإنتاج للوقوف في التكاثر ، وقد يكون هذا الاسترخاء منطقيًا أيضًا في السياق الثقافي ، بشرط أن تظل هناك علاقة سببية بين خصائص السكان بمرور الوقت ، كما هو مذكور أدناه (44 ، 45).

التحولات الرئيسية في التطور.

هناك مشكلة طويلة الأمد مع شكليات ماينارد سميث وزاثمااري "التحولات الكبرى في التطور" ، على سبيل المثال نسختها لعام 1995 (46) ، وهي أن الانتقال من "الأفراد المنعزلين إلى المستعمرات (الطبقات غير الإنجابية)" يتبعه "المجتمعات الرئيسية إلى المجتمعات البشرية (اللغة) "، ويبدو أن هذه تختلف في النوع. الأولى (والعديد من قبلها) هي "التحولات في الفردية" ، وهي خطوات متتالية في التسلسل الهرمي للحياة حيث يتم دمج الوحدات ذات المستوى الأدنى في مجموعات ذات مستوى أعلى. اللغات ، ومع ذلك ، لا تتكون من الأفراد الذين يتحدثون بها ، على الرغم من أن كل منها يؤثر على ENS للآخر. يوفر تفكير ITSNTS طريقة ، مماثلة للتطور المشترك للثقافة الجينية (47) ، لفهم العملية التطورية التفاعلية التي ليست متداخلة ، واحدة داخل أخرى ، ولكنها تشمل مجالات منفصلة وإن كانت متفاعلة.

علم الوجود العملية.

يجادل Dupré (48) بأن الكثير من البيولوجيا المعاصرة تحتضن بشكل عام "الشيء" (أو "الجوهر") ميكانيكي واختزالي الأنطولوجيا. وفقًا لمثل هذه الميتافيزيقا ، فإن ما يحمله الكون هو كيانات مادية ، بينما العمليات ثانوية: فقط ما يحدث للأشياء أو تؤديها. على العكس من ذلك ، يرى علماء الأنطولوجيا العملية أن العمليات أولية ، والأشياء هي مظاهرها. بالنسبة لـ ITSNTS ، قد يعني هذا ، في الواقع ، أن الأصناف والمجتمعات التي تشكلها هي تكيفات للعمليات التي تنفذها ، وليس العكس. وبالطبع نحن ، كأفراد متعددي الخلايا ، عمليات: القليل من خلايانا "هي نفسها" تلك التي ولدنا بها ، ويتم الحفاظ على هويتنا طوال حياتنا من خلال استمرار العمليات التنموية والتجديدية ، وليس الذرات أو الخلايا في أجسامنا عند الولادة. يقدم Dupré حالة مماثلة للأنواع الجنسية (وليس اللاجنسي) ، ويربط ذلك بالفكرة المقبولة على نطاق واسع بأن هذه الأنواع هي أفراد بيولوجيون مكانيون مستمرون ، وليست فئات محددة الجوهر. يمكن أن تكون العمليات أفرادًا ، على الرغم من أن ليس كل الظواهر التي نسميها العمليات (التعرية ، والتضخم ، والتطور نفسه) تتمتع بالتماسك الضروري. يتصور ITSNTS أن بعض العمليات على مستوى المجتمع (والتي قد يسميها دوبريه "مستقرة") لديها التماسك الضروري. سيكون من السهل نسبيًا تقييد بعض العمليات الفردية (تفاعل الحبار مع الضمة) ، بينما ستكون العمليات الأخرى (العديد من الدورات البيوجيوكيميائية أو التفاعلات الأيضية في أمعائنا) مترابطة بشكل كبير.

ITSNTS والمخصصات البناء.

هناك أوجه تشابه واضحة بشكل خاص مع صياغات نظرية البناء المتخصص (49 ، 50) ، التي تؤخذ كعملية تطورية تقوم فيها "الكائنات الحية ، من خلال عملية التمثيل الغذائي الخاصة بها ، وأنشطتها ، وخياراتها ، بتعديل خصائصها و / أو منافذ بعضها البعض" (50) ) بطريقة تؤثر على المزيد من متلازمة الانف الفارغ. من خلال إعطاء الأولوية للعمليات كوحدات اختيار ، وقبول خصائص التكيف التي عززت استمرار العملية التفاضلية ، والسماح بإعادة الإنتاج لتتأقلم مع التكاثر ، قد تقدم ITSNTS مقاومة إضافية لوجهة النظر المتشككة بأن بناء الموضع ليس أكثر من "أنماط ظاهرية ممتدة" "(51). في الواقع ، يرى Haig (52) أن هذه العناصر مميزة بشكل مفيد ، حيث كتب أنه "يتم تقديم" النمط الظاهري الممتد "و" البناء المتخصص "أحيانًا على أنهما تسميات بديلة لمفهوم واحد ، لكنني أفضل تقسيم العمل الذي يكون فيه الأول يشير المصطلح إلى الاختلافات قيد الاختيار والأخير إلى الأجزاء المتطورة من البيئة. من هذا المنظور ، فإن الأجسام والجينومات هي منافذ مبنية تختار من بين الاختلافات الجينية ". وبالمثل يعترف ITSNTS بأن "التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي يحول ما يتم اختياره (النمط الظاهري) إلى ذلك الذي يختار (البيئة)" (52) ، لكنه يرى هذا التحويل أيضًا ، كجزء من عملية أكبر ، يمكن اختياره من بين بدائل الثبات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العمليات مثل أنماط التفاعل ليست ملتزمة بأي نوع واحد من تنفيذ المواد: يمكن تحقيق "النمط الخالد" نفسه في "صور رمزية سريعة الزوال" مميزة بشكل أساسي. Thus, we might allow bridging of awkward transitions in retelling the history of life, such as that between unicells and multicellular organisms, the RNA and DNA-protein worlds, and indeed prebiotic nucleic acid-independent chemical processes and the RNA world (53, 54).


Speciation and Patterns of Diversity

تم الاستشهاد بهذا الكتاب من قبل المنشورات التالية. يتم إنشاء هذه القائمة بناءً على البيانات المقدمة من CrossRef.
  • الناشر: مطبعة جامعة كامبريدج
  • تاريخ النشر على الإنترنت: يونيو 2012
  • Print publication year: 2009
  • Online ISBN: 9780511815683
  • DOI: https://doi.org/10.1017/CBO9780511815683
  • Subjects: Life Sciences, Evolutionary Biology, Ecology and Conservation
  • Series: Ecological Reviews

أرسل بريدًا إلكترونيًا إلى أمين المكتبة أو المسؤول للتوصية بإضافة هذا الكتاب إلى مجموعة مؤسستك & # x27s.

شرح الكتاب

Bringing together the viewpoints of leading ecologists concerned with the processes that generate patterns of diversity, and evolutionary biologists who focus on mechanisms of speciation, this book opens up discussion in order to broaden understanding of how speciation affects patterns of biological diversity, especially the uneven distribution of diversity across time, space and taxa studied by macroecologists. The contributors discuss questions such as: Are species equivalent units, providing meaningful measures of diversity? To what extent do mechanisms of speciation affect the functional nature and distribution of species diversity? How can speciation rates be measured using molecular phylogenies or data from the fossil record? What are the factors that explain variation in rates? Written for graduate students and academic researchers, the book promotes a more complete understanding of the interaction between mechanisms and rates of speciation and these patterns in biological diversity.

المراجعات

'The volume has the potential to stimulate large numbers of interdisciplinary collaborations and new research projects.'


Gene Flow

Another important evolutionary force is gene flow , or the flow of alleles in and out of a population resulting from the migration of individuals or gametes ([Figure 3]). في حين أن بعض المجموعات السكانية مستقرة إلى حد ما ، فإن البعض الآخر يعاني من مزيد من التدفق. Many plants, for example, send their seeds far and wide, by wind or in the guts of animals these seeds may introduce alleles common in the source population to a new population in which they are rare.

Figure 3: Gene flow can occur when an individual travels from one geographic location to another and joins a different population of the species. In the example shown here, the brown allele is introduced into the green population.


الموجودات

International scientific collaboration is increasing in volume in all research fields over time (16). De Solla Price (3) in 1986 asserted that since the turn of the century, “the proportion of multiauthor papers has accelerated steadily and powerfully.” This study shows that the average FCP of the studied disciplines has increased from 1997 to 2012, tremendously. In fact, the absolute values of FCP for all fields of science show growing trends in Fig. S1. We have standardized the results of the studies performed in different time periods (14, 16, and this work), as explained in المواد والأساليب, to create a comparable framework for detecting the evolution of different patterns of international scientific collaboration across scientific fields. Detailed results can be found in Tables S1 and S2. Specifically, the findings of this study are explained below.

Evolution of absolute trends of international research collaboration across scientific fields (based on the fraction of papers with international institutional coauthorships ذ محور). ال x axis has the years of similar studies performed on this topic the lines of research fields are based on observed data.

Fraction of papers with international institutional coauthorships (FCP) per research field أنا at the year ر, considering different studies over time

Standardization of FCP by ض [2] per year, considering different studies


Defining Evolution

The word "evolution" can evoke a variety of meanings, especially for students and members of the general public. For some, evolution is equated with natural selection. Others think that evolution addresses the origin of life. Still others impose a distinction between micro-evolution and macro-evolution. Part of the issue stems from an unclear understanding of what evolution is in a scientific sense.

There are three important concepts within evolutionary biology:

  1. the definition of evolution (common ancestry and descent with modification)
  2. the processes of evolutionary change (for example, natural selection and genetic drift)
  3. The patterns of evolutionary relationships (depicted as phylogenetic trees or cladograms).

Common ancestry forms the core of evolutionary biology. The processes and patterns represent the frontiers of evolutionary biology, where current research yields new discoveries and increases our understanding of the how descent with modification occurs, how species change over time, and how new species form. Evolution happens. The relative importance of various processes and the inference of patterns of evolutionary change are hypotheses that evolutionary biologists test. For example, scientists continue to explore when and why feathers evolved and how birds gained flight. Scientists, however, do not doubt that species have changed over time, that is, descended with modifications from previous species, and that all known organisms share common ancestry.

Evolution (common ancestry) provides an excellent framework for making and testing predictions - for instance, why humans have 46 chromosomes, while all of our closest relatives, the other great apes, have 48. By collecting evidence from the physical appearance of chromosomes as well as the sequence of DNA, biologists found support for the hypothesis that during the course of evolution, human chromosome 2 formed through the fusion of two pre-existing chromosomes, thereby reducing the total number of chromosomes.

To learn more about the facts of evolution check out Understanding Evolution.


شاهد الفيديو: نظرية التطور - كيفية عمل الإنتقاء الطبيعي الجين الأناني و الإيثار (ديسمبر 2021).