So wie ich es verstehe, müssen sich verschiedene Tiermerkmale allmählich entwickeln, aber was passiert mit den Arten, die "weder hier noch dort" sind?
Anders ausgedrückt: Wenn sich eine Art aus einer anderen entwickelt hat, dann weil sie irgendwie besser ist, oder? Warum gibt es also Beispiele dafür, dass die ursprüngliche Art nicht ausgestorben ist?
Welche Faktoren bestimmen das Wetter einiger Arten?
Die Antwort eines Mathematikers / Computerprogrammierers hier:
Es gibt ein Kontinuum verschiedener Tiere – eigentlich ist es ziemlich fair zu sagen, dass jedes Tier einen anderen Platz in diesem Kontinuum einnimmt. Sie sind einfach nicht gleichmäßig über das Kontinuum verteilt; Sie gruppieren sich um Formen, die am wahrscheinlichsten überleben und sich vermehren, und die Pfade mit der niedrigsten Energie zwischen ihnen.
Dies liegt daran, dass die Evolution im Grunde ein stochastischer Optimierungsalgorithmus ist, einer, der den "besten" Satz von Parametern zum Maximieren einer Funktion findet, indem er einen anfänglichen Satz von Eingabewerten zufällig stört. Tatsächlich basieren einige der besten heutigen Optimierungsalgorithmen auf Ideen, die direkt aus der Evolution stammen und als „evolutionäre Algorithmen“ bezeichnet werden.
In der Mathematik konvergieren diese Algorithmen, wenn sie genügend Zeit haben, alle auf eine optimale Lösung und sonst nichts. Warum ist das in der Natur nicht so? Denn in der Mathematik bleibt die "Fitnessfunktion", für die wir optimieren, für ein gegebenes Problem so lange gleich, wie der Algorithmus läuft. Es stellt das spezifische Problem dar, das wir zu lösen versuchen. In der Natur gibt es keine äußere Kraft, die eine Fitnessfunktion auferlegt; Das Überleben eines Organismus hängt von Millionen von Faktoren in seiner Umgebung ab, die sich im Laufe der Zeit ändern, von denen viele vom Überleben und den Eigenschaften des anderen abhängenOrganismen in seiner Umgebung (Konkurrenz, Symbiose, Räuber-Beute-Beziehungen usw.) Dies ist ein chaotisches System, das so komplex ist, dass es leicht Milliarden von Jahren dauern könnte, ohne einen stabilen Zustand zu erreichen, und selbst wenn dies der Fall wäre, externe Veränderungen (wie die ein seltsamer Asteroideneinschlag, um ein extremes Beispiel zu nennen) würde immer noch kommen, um die Dinge aufzurütteln.
Ein weiterer Grund für die Häufung liegt darin, dass viele „Zwischenzustände“ im genetischen Raum eine Fitness von Null haben – das sind die Zustände zwischen Arten, die sich nicht kreuzen können oder die sterile Nachkommen haben. Darauf basiert die Kategorisierung „Spezies“, und obwohl sie nicht exakt ist, gilt dennoch allgemein, dass je unterschiedlicher zwei Lebewesen sind, desto unwahrscheinlicher ist es, dass sie lebensfähige Nachkommen haben. Dies macht es wahrscheinlicher, dass die Evolution die Räume in der Nähe bereits erfolgreicher Organismen erforscht, und weniger wahrscheinlich radikal neue Dinge durch Hybridisierung hervorbringt.
Kurze Antwort
Warum gibt es eher Arten als ein langes Kontinuum?
Drei wichtige Gründe, die mir einfallen, sind Geschlecht, uneinheitliche Anpassungslandschaft und Abstammung.
Lange Antwort
Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage beantworten werde, also lassen Sie es mich wissen, wenn ich Ihren Punkt verfehle oder wenn ich helfen kann!
Zunächst möchten Sie vielleicht diese Antwort zu den semantischen Schwierigkeiten hinter dem Artbegriff lesen
Welche Faktoren bestimmen, ob manche Arten "kleben"?
Natürliche Selektion ist nichts anderes als unterschiedliche Fitness (Fitness ist ein Maß sowohl für den Fortpflanzungserfolg als auch für das Überleben) unter den Genotypen innerhalb einer Population. Personen mit größerer Fitness werden mehr Nachkommen hinterlassen, und daher nehmen die Gene dieser Personen in der Bevölkerung an Häufigkeit zu. Es gibt nur wenige allgemeine Aussagen darüber, welche phänotypischen Merkmale in einer bestimmten Population von Vorteil sind. Zum Beispiel ist „weißes Fell“ eine sehr gute Eigenschaft für einen Eisbären, wäre aber für einen Mehlwurm höchst schädlich.
Es gibt jedoch eine sogenannte Artenauswahl , bei der es zumindest für eine bestimmte Abstammungslinie möglich ist, spezifische Merkmale zu identifizieren, die entweder die Aussterberate zu verringern oder die Artbildungsrate zu erhöhen scheinen. Dies ist zum Beispiel bei Polyploidie bei Angiospermen der Fall ( Whitton und Otto, 2000 )
Wenn sich eine Spezies aus einer anderen entwickelt hat, dann weil sie irgendwie besser ist, richtig?
Wenn Sie verschiedene existierende Arten beobachten, können Sie nicht sagen, dass sich irgendeine dieser Arten aus einer anderen entwickelt hat, die Sie heute beobachten können. Die richtige Sichtweise auf zwei Arten ist, dass sie in einer bestimmten Vergangenheit einen gemeinsamen Vorfahren haben. Wenn Sie sich also eine Katze und eine Blaumeise ansehen , können Sie nicht sagen, dass sich eine Art aus der anderen entwickelt hat, sondern Sie können nur sagen, dass diese beiden Arten einen gemeinsamen Vorfahren haben (genau wie jedes andere Artenpaar), der weder eine Katze noch eine war Blaumeise. Das Beispiel ist offensichtlich, weil Katzen und Blaumeisen "nicht so eng verwandt" sind (alles ist relativ), aber die gleiche Logik gilt für jedes Artenpaar.
Warum gibt es eher Arten als ein langes Kontinuum?
Sex
Der einfachste und offensichtlichste Grund, warum es Arten gibt, bei denen Individuen untereinander ähnlicher sind als Individuen anderer Arten, liegt an der Definition (die gebräuchlichste Definition, weil es verschiedene Definitionen gibt!) selbst einer Art. Eine Art ist eine Gruppe von Individuen, die sich kreuzen können . Siehe dies für weitere Informationen über das Konzept der Arten.
Nehmen Sie zwei ursprünglich verschiedene Gruppen von Individuen und lassen Sie sie sich kreuzen. Ihre Eigenschaften werden sich vermischen und Sie werden nicht in der Lage sein, zwei verschiedene Gruppen voneinander zu unterscheiden. Alle Individuen innerhalb der neuen gemischten Gruppe sind eine Mischung aus den Individuen der beiden vorherigen Gruppen (unter bestimmten Umständen wurde dieser Vorgang manchmal als "umgekehrte Speziation" bezeichnet). Wenn Sie jetzt eine einzelne Gruppe von Individuen nehmen. Sie teilen sie in zwei Gruppen auf, in dem Sinne, dass Sie Individuen aus Gruppe 1 nicht erlauben, sich mit Individuen aus Gruppe 2 zu paaren. Sie werden sehen, dass die Individuen von Gruppe 1 nach einiger Evolutionszeit dazu neigen, Individuen von viel mehr zu ähneln Gruppe 1 (seine eigene Gruppe) als an Individuen der Gruppe 2. Wenn Sie lange genug warten, damit diese beiden Gruppen von Individuen so unterschiedlich werden, dass sieSpeziation (Sie können sich den Wiki-Artikel für "Speziation" ansehen) aufgetreten und daher haben Sie zwei neue Arten anstelle einer Ahnenart.
Warum neigen die beiden Gruppen dazu, im Laufe der Zeit zu divergieren?
Sie fragen sich vielleicht: "Aber warum neigen die beiden Gruppen dazu, sich im Laufe der Zeit zu unterscheiden?". Es gibt mehrere Prozesse, die diese Divergenz erklären:
Wenn Sie mit diesen Konzepten nicht sehr vertraut sind, empfehle ich Ihnen, einen Blick auf Understanding Evolution (UC Berkeley) zu werfen .
Adaptive Landschaft
Beachten Sie auch, dass es andere Gründe gibt, dieses Muster zu erklären. Ein weiterer Grund ist, "weil die adaptive Landschaft keine flache Funktion ist". Für den Laien bedeutet dies, dass es einige Kombinationen von Eigenschaften gibt, die nicht wirklich vorteilhaft sein können.
Abstammung
Auch sind einzelne Phänotypen nicht unabhängig voneinander und das nicht nur aus ökologischen Gründen, sondern auch wegen der gemeinsamen Abstammung. Wenn Sie zwei Familien betrachten, werden Sie leicht ein Nein akzeptieren, um ein Kontinuum von Phänotypen zu sehen, sondern zwei unterschiedliche Gruppen (vielleicht ist in einer Familie lockiges Haar verbreitet, während in der anderen alle glattes Haar haben).
Ihnen passiert nichts. Organismen existieren. Sie brüten mit anderen Organismen, die genetisch kompatibel sind. Wir Menschen versuchen vielleicht, sie nach bestimmten Merkmalen zu kategorisieren, aber unsere Etiketten sind nur Etiketten, die Biologie wird nicht von ihnen bestimmt.
Im Laufe der Zeit sehen wir vielleicht, dass eine Population früher ein Merkmal hatte und seine Nachkommen es nicht mehr haben, sie sehen anders aus. Nichts Weltbewegendes ist passiert, keine helle Linie wurde überschritten, es gab nur eine Änderung der Allelfrequenzen.
Wenn sich eine Spezies aus einer anderen entwickelt hat, dann weil sie irgendwie besser ist, richtig?
Nein. Das ist einfach falsch von Ihrer Seite.
Es ist einfach anders. Vielleicht hat es sich geändert, damit seine Eigenschaften besser zur aktuellen Umgebung passen, oder vielleicht war die Änderung eine zufällige Drift. Sie können eine Art nicht einfach als "besser" als eine andere kategorisieren.
Wenn sowohl neue als auch alte Arten noch existieren, liegt dies typischerweise daran, dass die Evolution die neue in einen anderen Lebensraum oder eine andere Rolle gedrängt hat.
Als hypothetisches Beispiel Rifffische vs. Tiefseefische und ihre relative Größe. Nehmen wir an, Tiefseefische haben sich zu Rifffischen entwickelt, aber wir haben immer noch Tiefseefische. Es gab also Tiefseefische, die etwas kleiner waren als der Rest der Tiefseefische, und dies verschaffte ihnen Zugang zu einem neuen Versteck vor Haien, flachen Gewässern in der Nähe von Riffen. Im Laufe der Zeit übt dies einen evolutionären Druck auf die Fische aus, zu schrumpfen, um sich besser im Riff zu verstecken. Diese „weder hier noch dort“ Fische haben möglicherweise einen gewissen Nutzen aus der Nähe des Riffs gezogen, aber die kleineren Fische haben sogar noch mehr Nutzen und schließlich überflügelte die mittlere Spezies. Umgekehrt für den Tiefwasserfisch gegenüber dieser mittleren Art. Im tiefen Wasser war es nicht so gut, also wurde es auch dort übertroffen. Dies setzt sich fort, bis die Evolution sie in zwei neue Arten getrennt hat.
bearbeiten:
Welche Faktoren bestimmen, ob manche Arten "kleben"?
Die Evolution optimiert sich für die aktuelle Umgebung, solange diese Umgebung stabil ist und die Art gut dazu passt, gibt es wenig Druck, sich zu ändern. Wenn sich die Umwelt ändert, passt sich eine Art daran an. Hier ist Umwelt alles, was für die Art relevant ist: Raubtiere, Nahrungsverfügbarkeit, Wetter, alles, was ihr Leben beeinflusst.
Organismen auf der Erde haben sich nicht in einer homogenen Umgebung entwickelt. Ein kritischer Teil der Artbildung (wenn Sie von einer einzigen Art zu zwei oder mehr übergehen) ist eine Fortpflanzungsbarriere.
Dies kann eine buchstäbliche physische Barriere sein – eine Bergkette taucht zwischen zwei Populationen auf, ein Tal inmitten von Lebensräumen überschwemmt und isoliert die beiden Hälften der Population, eine kleine Gruppe wird durch eine Katastrophe auf eine abgelegene Insel geworfen und kann nicht entkommen usw.
Es kann auch eine genetische Barriere sein: Stellen Sie sich eine Vogelart vor, bei der Männchen mit ihren hellblauen Hauben um Partner konkurrieren und seltene Mutationen gelegentlich zu Männchen mit roten Hauben führen, die sich überhaupt nicht paaren können. Wenn sich einige weibliche Vögel einige Generationen lang mit unerwünschten Männchen mit roten Hauben paaren, können sich zwei parallele Subpopulationen entwickeln: Vögel, die rote Hauben bevorzugen, und Vögel, die blaue Hauben bevorzugen. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass sich diese Populationen kreuzen.
Es kann kompliziertere Wege geben, eine Barriere zu errichten. Beispielsweise kann eine Population von Blütenpflanzen, die sich zuvor willkürlich kreuzen konnten, feststellen, dass das Ökosystem eine Krise durchgemacht hat und die bestäubenden Insekten jetzt anspruchsvoll geworden sind und nur bestimmte Blumen besuchen und andere nicht. Ein weiteres Beispiel: Während der Mensch derzeit eine einzige Spezies ist, ist es aufgrund der Kultur (z. B. der Sprache) bei bestimmten menschlichen Subpopulationen (z. B. europäischen Nationen) viel wahrscheinlicher, dass sie sich in sich selbst vermehren als untereinander.
Unabhängig davon, wie die Barriere zustande kommt, sobald eine Barriere eine Art in Subpopulationen trennen kann, wird die Artbildungsmaschinerie in Gang gesetzt. Alle Arten entwickeln sich im Laufe der Zeit auf unterschiedliche Weise, insbesondere wenn ihre Umgebung keine sehr lange Geschichte ungewöhnlicher Stabilität aufweist. Während sich die Populationen weiterentwickeln, versuchen sie, einigermaßen kohärent zu bleiben – die Veränderungen neigen dazu, so zu sein, dass sie es immer noch jedem in der Population ermöglichen, sich miteinander zu paaren; andernfalls würden sie Fitnesskosten auferlegen.
Wenn jedoch zwei Subpopulationen keinen Kontakt haben, gibt es nichts, was die Kompatibilität zwischen ihnen erzwingt. Während die Evolution ihre Arbeit verrichtet, können diese daher wild voneinander abweichen. Erinnern Sie sich an das Beispiel der Vogelarten, bei denen Männchen mit blauem Kamm Fortpflanzungserfolg haben. Die Farbe an sich ist nicht besonders wichtig, wichtig ist aber, dass die Männchen alle den gleichen Farbkamm haben und die Weibchen die gleiche Farbe bevorzugen. Während sich diese Vögel entwickeln, kann die Kammfarbe langsam in den Farbton abweichen.
Nehmen wir nun an, Sie nehmen diese Vögel und lassen einige von ihnen auf einem Kontinent und eine andere Gruppe auf einem anderen Kontinent frei. Auch hier ändert sich mit der Zeit die Wappenfarbe. Nichts hindert jedoch daran, dass sich die Farbe in Kontinent A zu Rot ändert, während sich die Farbe in Kontinent B zu Grün ändert. Es hat schließlich keinen Vorteil, mit einer Population kompatibel zu sein, mit der man keinen Kontakt hat.
Das obige Beispiel ist weitgehend verhaltensorientiert, es sind jedoch auch nicht verhaltensbezogene Beispiele möglich. Ein sehr grundlegender Prozess ist die Befruchtung: Eier haben eine ECM, die aus Proteinen besteht, die einzigartig für diese Art sind, während Spermien Enzyme haben, um die Hülle ihrer eigenen Art zu verdauen. Aus diesem Grund ist eine artenübergreifende Befruchtung sehr schwierig. Auch hier können sich, sobald Sie eine Art Barriere zwischen zwei Populationen errichtet haben, die Systeme von Hüllproteinen und Enzymen in den Gameten beider Populationen auf unterschiedliche Weise entwickeln - sie entwickeln sich in kleinen Schritten, so dass das Interaktionspartnerprotein immer mithalten kann, aber Die Kompatibilität mit der isolierten Population wird nicht ausgewählt, und wenn die isolierten Gruppen nach sehr langer Zeit wieder vereint werden, können ihre Gameten möglicherweise nicht mehr in der Lage sein, sich gegenseitig zu befruchten.
Ich werde Sie in die Phänomene einführen, die Ringspezies genannt werden
Beispiele sind Möwen, Ensatina-Salamander, Hausmaus usw
Eine Ringart ist eine Reihe benachbarter Populationen, die sich miteinander kreuzen können. Sag Bevölkerung A, B, C, D, E.
A can interbreed with B
B can interbreed with A and C
C can interbreed with B an D
D can interbreed with E
Alles sehr gut. Klingt nach einer normalen Art. Aber hier ist der seltsame Teil. Die am weitesten voneinander entfernten Populationen können sich nicht kreuzen. dh Population A kann sich nicht mit Population E kreuzen.
A und E sind per Definition unterschiedliche Spezies. Und doch sind Population A und E miteinander verbunden, Gene können über benachbarte Populationen zwischen A und E fließen.
Was höchstwahrscheinlich passiert, ist, dass es eine allmähliche Veränderung der Genvariation zwischen den Populationen gibt, so dass es eine allmählich zunehmende Barriere zwischen einer erfolgreichen Hybridisierung gibt. Diese Barriere nimmt zu, bis die terminalen Enden des Rings nicht mehr hybridisieren können.
Wenn außerdem eine Zwischenpopulation innerhalb des Rings aussterben und den Ring brechen würde, würden die beiden Enden des Rings zu zwei getrennten Arten.
Eine Ringart ist eine Momentaufnahme einer Art, die nur ein lokales Aussterbeereignis davon entfernt ist, zwei Arten zu werden.
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