„Art“ definieren (Sind Arten eine emergente Eigenschaft oder ein Ensemble quantitativer Unterschiede?)

Vermischung
Die Definition von Arten nach dem Kriterium der Nicht-Vermehrungsfähigkeit ist problematisch:

  • Das Konzept verliert seine Bedeutung in der phylogenetischen Perspektive, da eng verwandte Arten in der Vergangenheit während des Artbildungsereignisses (einem "Ereignis", das oft Hunderte oder Tausende von Generationen dauerte) untereinander brüten konnten.
  • Problematisch ist die Definition bei einfacheren Lebensformen, wie Bakterien, die genetisches Material austauschen, oder Viren, bei denen sich verschiedene Arten derselben Familie nur quantitativ unterscheiden können (z. B. HIV vs. SIV).

(Eine hervorragende Darstellung dieser Ansicht über die Schwierigkeit / Unmöglichkeit der Definition von Arten wird in dieser Antwort sowie in der Antwort von @SPr unten präsentiert.)

Entstehung
Auf der anderen Seite lassen sich Arten nicht auf die bloße Akkumulation genetischer Variationen reduzieren. Aus einer allgemeineren Perspektive betrachtet (z. B. hier ) sind Arten ein Beispiel für ein emergentes Phänomen (die gleiche Unfähigkeit, sich zu kreuzen, ist eher ein qualitativer als ein quantitativer Unterschied.) Wir sollten daher in der Lage sein, eine kritische Grenze zwischen dem zu definieren, was gleich ist Spezies und nicht, obwohl diese Grenze nicht notwendigerweise im Zeitbereich liegt. Unfähigkeit sich zu kreuzen ist eine vage Definition, da es sehr unterschiedliche Gründe haben kann: phisiologische, genetische, assortative Paarung usw.

Operative Konzepte
In einigen Bereichen könnten wir uns dafür entscheiden, Arten auf der Grundlage von Bequemlichkeitskriterien zu definieren. Betrachtet man beispielsweise eine ökologische Gemeinschaft, so kann man als Arten die Organismen definieren, die sich nicht kreuzen können, aber auch solche, die nicht den gleichen Lebensraum teilen. Während eine solche operative Definition für praktische Studien gut funktionieren kann, ist sie nicht einzigartig und kann sich von einer Studie zur anderen ändern.

Sind Arten eine emergente Eigenschaft oder ein Ensemble quantitativer Unterschiede? Können wir eine belastbare Definition von Art/Speziation geben? Können wir einen Anwendungsbereich einer solchen Definition definieren? (z. B. Definition der Lebensformen, für die Arten definiert werden können)

Hintergrund
Als ich von emergenten Eigenschaften spreche, habe ich versucht, einige technische Aspekte zu überspringen, die mich zu dieser Frage geführt haben, weshalb dieser Teil meiner Frage vielleicht etwas vage erscheint. Deshalb möchte ich hier weitere Details hinzufügen.

Phil Anderson in seinem Artikel Gebrochene Symmetrie, emergente Eigenschaften, dissipative Strukturen, Leben: Sind sie verwandt? formuliert Emergenz mathematisch streng als eine Art Phasenübergang in einem Nichtgleichgewichtssystem . Phasenübergänge sind durch Summenbrechung gekennzeichnet , dh Auftreten einer völlig neuen Eigenschaft in einem System. Was ich zuvor als Robustheit bezeichnet habe, heißt in Andersons Sprache Phasenstarrheit .

Die Frage ist also: ob Speziation eine Art solcher Phasenübergang ist (wie z. B. in dem bereits zitierten Artikel von Melamede behauptet) ODER ob es sich lediglich um eine inkrementelle Akkumulation von Änderungen handelt. (Allerdings ist es unwahrscheinlich, dass eine Frage in einer solchen Formulierung weder in physikalischen noch in biologischen Gemeinschaften beantwortet wird.)

Für mehr Kontext: In seinem Artikel kritisiert Anderson die Schule von Ilya Prigogine in einigen technischen Punkten, aber es sind Prigogine und seine Mitarbeiter, die der Ursprung dieser Denkweise sind. Insbesondere haben sie mehrere Veröffentlichungen zum Thema solcher disspativer Strukturen und allgemeiner zur Nichtgleichgewichtsthermodynamik. Viele ihrer Artikel sind durch googeln verfügbar.

Update
Nach einigen Diskussionen in den Kommentaren: Der springende Punkt bei der Frage ist, ob (oder in welchem ​​Umfang) Speziation durch abrupte oder inkrementelle Änderungen erfolgt.

  • Organismen, die sich durch abrupten Erwerb unterscheiden, wie das Vorhandensein einer Kernmembran oder eines zusätzlichen Chromosoms, werden eindeutig verschiedenen Arten zugeordnet (und können keine lebensfähigen Nachkommen züchten oder reproduzieren).
  • Andererseits scheinen die zweideutigsten Fälle diejenigen zu sein, in denen sich die "Spezies" nur durch inkrementelle Änderungen unterscheiden (wie z. B. die Anzahl der Nukleotidsubstitutionen/-insertionen/-deletionen).

Ringarten könnten ein möglicher Testfall sein: Wenn sich die Arten am Anfang und am Ende des Rings nicht fortpflanzen können, unterscheiden sie sich dann immer nur durch inkrementelle Veränderungen? Wenn sich eine Art durch eine Reihe von Chromosomen unterscheiden würde, wäre sie wahrscheinlich nicht in der Lage, sich mit einer der anderen zu vermehren.

Update 2
Hier ist eine nützliche Antwort : Arten können aus vielen verschiedenen Blickwinkeln definiert werden.

Ew „nah verwandte Arten konnten sich früher untereinander vermehren“, so ist es auch in der Gegenwart. Siehe zum Beispiel die Entwicklung des "Coywolf" im östlichen Nordamerika: en.wikipedia.org/wiki/Coywolf
@jamesqf sicher, Pferd und Esel können sich fortpflanzen, aber zwei Hunderassen können dies manchmal nicht. Dies unterstreicht die Unzulänglichkeit dieser Definition. Aber der Punkt, den ich machte, war unterschiedlich - wenn Sie einen Vorschlag für eine präzisere Formulierung haben, höre ich zu.
@Vadim oft ist der Unterschied zu Hunden eher körperlich als "kann nicht". Stellen Sie sich einen weiblichen Chihuahua vor, der versucht, sich mit einer männlichen Deutschen Dogge zu paaren, oder umgekehrt . Ich glaube nicht, dass die Genitalien passen würden, und die Welpen in erster Linie auch nicht.
@bob1 kann es physisch nicht :) Der Punkt ist, dass sich zwei beliebige nächste Verwandte an einem "Punkt" kreuzen könnten. Es ist das Schimpansen-Girilla-Mensch-Problem – wer von den dreien ist der nächste Verwandte?
@Vadim mein Punkt war, dass sie es können, wenn Sie das Sperma von einem nehmen und es verwenden, um das andere zu befruchten, es ist nur so, dass sie es nicht tun (nicht aus Mangel an Versuchen, wie mir gesagt wird), weil die Dinge nicht passen oder können ' t erreichen ... Sie sind definitiv keine separaten Arten. Pferd und Esel können sich kreuzen, aber die Nachkommen sind normalerweise unfruchtbar - Maultier bzw. Maultier, also eindeutig getrennte Arten. Aber die Grenzen zwischen anderen Organismen sind nicht so klar.
@bob1: Ja, fast jeder betrachtet Hunderassen als Varietäten einer einzigen Art, aber die "passt nicht"-Probleme sorgen dafür, dass einige Rassenpaarungen keine Nachkommen hervorbringen, die ohne menschliche Hilfe lebensfähig sind. (In der Tat habe ich gelesen, dass einige Showrassen wie Bulldoggen menschliche Hilfe benötigen.) OTOH, Hunde, Wölfe und Kojoten werden als unterschiedliche Arten angesehen, können sich jedoch kreuzen und lebensfähige Nachkommen hervorbringen.
@bob1 Mein Verständnis ist, dass Pferd und Esel eine unterschiedliche Anzahl von Chromosomen haben, während sich Hunde durch eine Reihe von Punktmutationen (Nukleotidsubstitutionen / -insertionen / -deletionen) unterscheiden. Um das Hauptthema noch einmal aufzugreifen: Dies ist ein Beispiel für abrupte vs. inkrementelle Änderungen. Sind bekannte Ringarten in dieser Hinsicht mehr als Hunde?
Ein weiteres Beispiel für verschiedene Arten, die sich frei kreuzen, sind Forellen. Besonders im US Great Basin, wo das trockenere Klima nach dem Pleistozän viele isolierte Bach-/Seesysteme geschaffen hat, die oft ihre eigenen Forellenarten entwickelt haben. Dann wurden östliche Bach- und Regenbogenforellen eingeführt und frei mit den einheimischen Arten und miteinander gezüchtet, wodurch lebensfähige Hybriden wie die Tigerforelle produziert wurden: ndow.org/Species/Fish/Tiger_Trout
@jamesqf nach welchen Kriterien werden diese "Arten" dann als unterschiedliche Arten beurteilt?
@Vadim: 1) Taxonomen und Menschen, die neue Arten entdecken (oder entdeckt haben wollen), geben ihnen Namen. Siehe in diesem Zusammenhang die Argumente zwischen „Lumpern“ (die denken, dass die geringfügigen Unterschiede zwischen einigen dieser Arten besser Varietäten genannt werden sollten) und „Splitter“ (die denken, dass geringfügige Unterschiede es rechtfertigen, sie als neue Arten zu bezeichnen). 2) In den USA die EPA, der Forstdienst, verschiedene Umweltgruppen usw., die die „Splitter“-Seite des Arguments als Rechtfertigung für Maßnahmen zum Schutz der angeblichen Arten verwenden.

Antworten (1)

Können wir eine robuste Definition von Arten geben ?

  • NEIN.

Arten entwickeln sich ständig weiter, divergieren, konvergieren, kreuzen und mischen und mischen und tauschen und verbreiten Gene. Zu einem bestimmten Zeitpunkt einen Rahmen um eine Population oder Abstammungslinie zu ziehen und zu sagen, „alle darin enthaltenen sind Mitglieder dieser und jener Art“, verkennt, dass dies nur für diesen bestimmten Fall und willkürlich funktionieren würdeSo; Es ist offensichtlich zwecklos, eine solide Mikrotaxonomie zu haben, die auf alle Tiere, Mikroben, Pflanzen oder Viren verallgemeinerbar wäre. Welcher Konsens es für (zB) Käfer geben könnte, ist ein schlechter Maßstab für die Beurteilung, ob zwei gleiche Bakterien als Spezies in einen Topf geworfen werden sollten. Außerdem sind Leben, Gene, Individuen und Populationen im Laufe der Zeit dynamisch, so dass jede Box, die wir ziehen, per Definition angepasst werden muss, und Sie können sehen, dass diese Anpassung in vielerlei Hinsicht willkürlich sein muss. Dies ist ein altes Problem, und es ist eher philosophisch und immer umstritten, als etwas, das von der empirischen Wissenschaft triumphal gelöst werden muss. Aus Nicholsons 1872 A manual of zoology (vor zwei Jahrhunderten):

"Kein Begriff ist schwieriger zu definieren als "Art", und an keinem Punkt sind Zoologen geteilter als darüber, was unter diesem Wort zu verstehen ist."

Und um alles zu wiederholen, was gesagt wurde ... von Piglucci (2003) Bioessays :

„Erstens ist das Artenproblem nicht in erster Linie ein empirisches, sondern voller philosophischer Fragen, die empirische Beweise erfordern – aber nicht durch sie gelöst werden können.“

Was auch einige wichtige biologische Definitionen zusammenfasst, von denen einige nicht übereinstimmen :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und auch ein paar philosophische Fragen , die es wert sind, bei der Diskussion des Artenproblems berücksichtigt zu werden:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das soll nicht heißen, dass es keine Konventionen gibt oder dass es an einer funktionierenden und spezifischen Definition einer Art auf dem jeweiligen Gebiet mangelt; Es gibt jedoch keine übergreifende Definition, die robust gilt, daher die Antwort ganz oben!

Suchen Sie auch in dieser SE nach ähnlichen Fragen und Antworten. Ich finde keine Duplikate, aber einige ähnliche .
Danke für die Antwort. Es bietet viele nützliche Einblicke. Was ich jedoch wirklich verstehen möchte, ist, wann sich quantitative Unterschiede zwischen zwei Organismen in qualitative verwandeln ... oder ob eine solche Transformation nie stattfindet und die Unterschiede immer quantitativ sind.
@Vadim Können Sie sich keine Arten vorstellen, die qualitative Unterschiede aufweisen? Auch Individuen der gleichen Art können qualitative Unterschiede aufweisen. Vielleicht haben Sie eine andere Vorstellung davon, was das bedeutet?
@BryanKrause Guter Punkt. Vielleicht ist es genauer zu fragen, welche Qualität Organismen dazu bringt, zur gleichen Art zu gehören oder nicht. Ich denke, nicht züchten zu können, ist eine falsche Eigenschaft, aber die Idee ist richtig: Die Qualität ist entweder da oder nicht. Wenn wir zeigen können, dass eine solche Qualität nicht existieren kann, ist dies an sich schon eine starke Behauptung.
@Vadim Ich denke, die Antwort von SPr und einige andere Fragen und Antworten hier machen ziemlich deutlich, dass es keine einheitliche Definition gibt und keine vereinbart werden kann.
Remis Antwort hier ist ausgezeichnet: biology.stackexchange.com/a/39669/27148
@BryanKrause die verlinkte Antwort ist in der Tat sehr vollständig. Es spricht jedoch nur einen Gedankengang an - den, den ich im ersten Teil meiner Frage umrissen habe. Und diese Denkweise steht anscheinend im Widerspruch zu unserer Vorstellung von der Entstehung des Lebens, die eine Reihe abrupter qualitativer Veränderungen impliziert.
@Vadim Was hat "Entstehung des Lebens" mit "Arten" zu tun? Wer ist das „Wir“, das abrupte qualitative Veränderungen impliziert? Ich denke, Remis Antwort dort macht deutlich, dass "Spezies" nur eine Klassifizierung ist, die wir der Einfachheit halber ziehen, wenn wir es wirklich mit "Abstammung" zu tun haben, die nur mit (relativ) willkürlichen Mitteln getrennt werden kann.
@BryanKrause Ich habe in meiner Frage Phil Anderson und Ilya Prigogine zitiert. Obwohl keiner von ihnen Arten erwähnt haben mag, basiert diese spezifische Frage auf dem zitierten Artikel von Melamede, in dem Speziation als einer der abrupten Übergänge zwischen der Entstehung von Zellen und der Evolution von Körpersystemen aufgeführt wird.
@Vadim Ich kann nicht auf diesen Artikel zugreifen und sehe kein Zitat daraus. Ich vermute, dass etwas in den Details verloren geht. Ich würde Speziation nicht als "abrupt" bezeichnen, außer in besonderen Fällen oder unter Verwendung spezieller Artendefinitionen (oder vielleicht einer geologischen Bedeutung von "abrupt").
@BryanKrause Ich nehme an, dass es durch Googeln zum Download gefunden werden kann - (aber ich würde keinen Link zum Herunterladen von urheberrechtlich geschütztem Material posten). Jedenfalls verstehe ich Ihren Standpunkt und stimme ihm tendenziell zu ... aber es scheint mir immer noch eine Grauzone zu sein.
@Vadim Hab ein bisschen weiter gegraben und den Artikel gefunden. Also, okay, das scheint mir viel Wortsalat und nicht viel Substanz zu sein, zumindest mit einem beiläufigen Blick. Der Autor scheint auch die Wörter "Spezies", die sich auf biologische Arten beziehen, und "Spezies" im Zusammenhang mit "chemischen Arten" zu vermischen, dem allgemeineren "Art / Sort", das wenig mit dem Konzept in der Biologie zu tun hat. Ich würde nicht empfehlen, es zu ernst zu nehmen. Auf jeden Fall sehe ich keinen Hinweis auf etwas "Abruptes". Wenn ein bestimmtes Zitat relevant ist, sollten Sie es in Ihre Frage aufnehmen.
@Vadim - Sehen Sie sich Ringarten als Beispiel für die Schwierigkeiten bei der Bestimmung an, was eine Art ist und wo. Das Problem ist, dass Sie es auf rechnerische Weise angehen, wo die Dinge genaue Definitionen haben. Arten haben genau aus den Gründen, die S Pr skizziert hat, keine genauen Definitionen. Biologie ist chaotisch! Ein Beispiel für die Schwierigkeit ist die Krebsforschung, bei der sich Zelllinien im Labor weiterentwickeln, sodass Ergebnisse aus einem Labor in einem anderen nicht reproduzierbar sind, obwohl beide an derselben Zelllinie arbeiten.
@ bob1 Ich suche keine genaue universelle Definition von Arten. Der Punkt der Frage ist, ob Arten das Ergebnis kleiner inkrementeller Änderungen oder eines abrupten Sprungs sind - wie das Erscheinen einer Zellmembran. Je nachdem, aus welcher Ecke man schaut (Taxonomie oder Abiogenese), fällt die Antwort (aus meiner Sicht) unterschiedlich aus.
@Vadim - beides ist die Antwort. Abrupte Sprünge sind unter manchen Umständen zu sehen, unter anderen inkrementell.
@Vadim Sie sagen meiner Ansicht nach, die Artendefinition hängt davon ab, ob man sie aus taxonomischer oder abiogenetischer Sicht betrachtet . Ich denke, wir würden dir alle widersprechen. Die Definition von Arten hat genau die gleichen Probleme, unabhängig davon, ob Sie glauben, dass irgendwann (i) das Leben entwickelt wurde, um sich zu entwickeln, (ii) geschaffen und anschließend entwickelt wurde oder (iii) sich aus anorganischem Material entwickelt hat. Evolution existiert und das macht die Festlegung von Artengrenzen willkürlich , da sich alle Lebewesen, Populationen und Abstammungslinien im Laufe der Zeit in ständigem Wandel befinden. Das ist es. Sehen Sie, ob es abrupt ist oder nicht, ist irrelevant.
@SPr Vielleicht ist abiogenic ein zu allgemeines Wort für die von mir geäußerte Ansicht, aber ich denke, ich habe die beiden widersprüchlichen Standpunkte in meiner Frage klar genug beschrieben. Wir haben guten Grund zu der Annahme, dass es einen abrupten Übergang gibt zwischen Lebendigkeit oder Nichtleben, Zellorganismus oder Nichtzellularität, Zellkern oder Nichtzelligkeit usw. Jede Einteilung in Arten, die nicht in der Evolution begründet ist, ist in der Tat willkürlich. Und ich sehe kein Problem darin, dass Populationen und Abstammungslinien im Fluss sind – also ändern sich die Arten, manche verschwinden, manche teilen sich in weitere Arten auf.
„Art“ definieren (Sind Arten eine emergente Eigenschaft oder ein Ensemble quantitativer Unterschiede?)
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