Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В эволюционной биологии , гонки вооружений эволюционной борьба между конкурирующими наборами взаимодействующими эволюционируют гены , признаков или видов, которые развиваются приспособления и встречные приспособления друг против друга, напоминающие гонки вооружений . Их часто называют примерами положительных отзывов . [1] Совместно развивающиеся наборы генов могут быть у разных видов , например, в эволюционной гонке вооружений между хищником и его жертвой (Vermeij, 1987) или паразитом.и его хозяин. В качестве альтернативы, гонка вооружений может происходить между представителями одного и того же вида, как в модели коммуникации манипуляции / сопротивления продажам (Dawkins & Krebs, 1979), или как в безудержной эволюции или эффектах Красной Королевы . Одним из примеров эволюционной гонки вооружений является сексуальный конфликт между полами, часто описываемый термином « бегство по рыбам» . Тьерри Лоде [2] подчеркивал роль таких антагонистических взаимодействий в эволюции, ведущих к смещениям характера и антагонистической коэволюции .

Симметричные и асимметричные гонки вооружений [ править ]

Гонки вооружений можно разделить на симметричные и асимметричные. В симметричной гонке вооружений давление отбора действует на участников в том же направлении. Примером этого являются деревья, которые становятся выше в результате конкуренции за свет, где селективным преимуществом для любого вида является увеличенная высота. Асимметричная гонка вооружений включает в себя противоположное давление отбора, например, в случае гепардов и газелей, где гепарды эволюционируют, чтобы лучше охотиться и убивать, в то время как газели эволюционируют не для охоты и убийства, а для уклонения от захвата. [3]

Хост – паразит динамический [ править ]

Селективное давление между двумя видами может включать коэволюцию паразита и хозяина . Эта антагонистическая взаимосвязь приводит к тому, что патоген должен иметь лучшие вирулентные аллели для заражения организма, а хозяин - иметь лучшие устойчивые аллели, чтобы выжить при паразитизме. Как следствие, частоты аллелей меняются во времени в зависимости от размера вирулентных и устойчивых популяций (колебания давления генетического отбора) и времени генерации (скорости мутаций), когда некоторые генотипы предпочтительно отбираются благодаря индивидуальному приросту приспособленности. Накопление генетических изменений в обеих популяциях объясняет постоянную адаптацию, позволяющую снизить затраты на приспособленность и избежать вымирания в соответствии с гипотезой Красной Королевы, предложенной Ли Ван Валеном.в 1973 г. [4]

Примеры [ править ]

Фитофтороз / картофель взаимодействие Bintje [ править ]

Картофель Бинтье

Bintje картофеля происходит от скрещивания между Munstersen и Fransen сортов картофеля. Он был создан в Нидерландах и сейчас в основном выращивается на севере Франции и Бельгии. Оомицет Phytophthora infestans несет ответственность за бактериальный ожог картофеля, особенно во время голода в Европе в 1840 году. Зооспоры(подвижные споры, характеристики оомицетов) высвобождаются зооспорангиями, полученными из мицелия и принесенными дождем или ветром, прежде чем инфицировать клубни и листья. Черный цвет появляется на растении из-за инфекции его клеточной системы, необходимой для размножения заразной популяции оомицетов. Паразит содержит вирулентно-авирулентные аллельные комбинации в нескольких микросателлитных локусах, аналогично хозяин содержит несколько генов мультилокусной устойчивости (или R-ген ). Это взаимодействие называется отношениями между генами и, как правило, широко распространено при болезнях растений. Выражение генетических паттернов у этих двух видов представляет собой комбинацию характеристик устойчивости и вирулентности, обеспечивающую наилучшую выживаемость. [5]

Летучие мыши и мотыльки [ править ]

Спектрограммы из Pipistrellus Pipistrellus летучих мышей вокализации во время добычи подхода. Запись занимает в общей сложности 1,1 секунды; нижняя основная частота ок. 45 кГц (типично для обыкновенного пипистреля). Примерно за 150 миллисекунд до окончательного контакта время и продолжительность звонков становятся намного короче (« кормление гудением »).
Соответствующий аудиофайл:

Летучие мыши эволюционировали, чтобы использовать эхолокацию, чтобы обнаруживать и ловить свою добычу. Бабочки , в свою очередь, эволюционировали, чтобы обнаруживать эхолокационные крики охотящихся летучих мышей и вызывать маневры уклонения в полете [6] [7] или отвечать своими собственными ультразвуковыми щелчками, чтобы сбить с толку эхолокацию летучих мышей. [8] Arctiidae , подсемейство совок однозначно реагирует на летучей мыши эхолокации в трех превалирующих гипотез: испуга, гидролокатора глушения, и акустические aposematic обороны. [9] Все эти различия зависят от конкретных условий окружающей среды и типа эхолокационного сигнала; однако эти гипотезы не исключают друг друга и могут использоваться одним и тем же мотыльком для защиты. [9]

Исследования симпатрии показали, что различные защитные механизмы напрямую реагируют на эхолокацию летучих мышей . В местах с пространственной или временной изоляцией между летучими мышами и их добычей механизм слуха видов бабочек имеет тенденцию к регрессу. Fullard et al. (2004) сравнили адвентивные и эндемичные виды ночной бабочки в среде обитания без летучих мышей с ультразвуком и обнаружили, что все адвентивные виды реагировали на ультразвук, замедляя время полета, в то время как только один из эндемичных видов реагировал на ультразвуковой сигнал, что указывает на потеря слуха со временем у эндемичного населения. [6] Однако степень потери или регресса зависит от продолжительности эволюционного периода и от того, развили ли виды бабочек вторичное использование слуха. [10]

Известно, что некоторые летучие мыши используют щелчки на частотах выше или ниже диапазона слуха бабочек. [8] Это известно как гипотеза аллотонической частоты. В нем утверждается, что слуховые системы бабочек заставили их хищников летучих мышей использовать более или менее частотную эхолокацию, чтобы обойти слух бабочки. [11] Летучие мыши Barbastelle эволюционировали, чтобы использовать более тихий режим эхолокации, кричащий с пониженной громкостью и еще больше уменьшающий громкость щелчков, когда они приближаются к добычей мотылька. [8] Меньшая громкость щелчков снижает эффективную дальность охоты, но приводит к значительно большему количеству пойманных бабочек, чем у других, более громких видов летучих мышей. [8] [12]Мотыльки дополнительно развили способность различать высокие и низкие показатели эхолокации, что указывает на то, обнаружила ли летучая мышь только что их присутствие или активно преследует их. [8] Это позволяет им решить, стоят ли защитные ультразвуковые щелчки затрат времени и энергии. [13]

Шершавый тритон и обычная подвязочная змея [ править ]

Шершавый тритон

У тритонов с грубой кожей есть кожные железы, которые содержат мощный нервный яд, тетродотоксин , как адаптацию против хищников . На большей части ареала тритона обыкновенная подвязочная змеяустойчив к токсину. Хотя в принципе токсин связывается с белком трубчатой ​​формы, который действует как натриевой канал в нервных клетках змеи, мутация в нескольких популяциях змей настраивает белок таким образом, чтобы препятствовать или предотвращать связывание токсина, обеспечивая устойчивость. В свою очередь, сопротивление создает давление отбора, которое благоприятствует тритонам, производящим больше токсина. Это, в свою очередь, оказывает давление отбора в пользу змей с мутациями, обеспечивающими еще большую сопротивляемость. Эта эволюционная гонка вооружений привела к тому, что тритоны вырабатывают токсины в количестве, намного превышающем тот, который необходим для убийства любого другого хищника. [14] [15] [16]

В популяциях, где живут вместе подвязочные змеи и тритоны, у обоих видов наблюдаются более высокие уровни тетродотоксина и устойчивость к нему соответственно. Если виды разделены, уровни токсинов и сопротивляемость ниже. [17] Хотя изолированные подвязочные змеи имеют более низкую сопротивляемость, они все же демонстрируют способность противостоять низким уровням токсина, что указывает на предрасположенность к устойчивости к тетродотоксинам. [18] [19] Более низкие уровни устойчивости в разделенных популяциях предполагают стоимость пригодности как продукции токсина, так и устойчивости. Змеи с высоким уровнем устойчивости к тетродотоксинам ползают медленнее, чем изолированные популяции змей, что делает их более уязвимыми для хищников. [17]Та же картина наблюдается в изолированных популяциях тритонов, у которых меньше токсинов в коже. [20] Есть географические горячие точки, где уровни тетродотоксина и резистентности чрезвычайно высоки, что свидетельствует о тесном взаимодействии между тритонами и змеями. [17]

Хищник и двустворчатая добыча с твердым панцирем [ править ]

В прыщ хищники использовали свою собственную оболочку , чтобы открыть оболочку свою добычу, часто нарушая обе оболочки хищника и жертвы в процессе. Это привело к тому, что приспособленность жертвы с большим панцирем была выше, а затем стала более отобранной для будущих поколений, однако популяция хищника была выбрана для тех, кто был более эффективен в открытии добычи с более крупной панцирем. [21] Этот пример является прекрасным примером асимметричной гонки вооружений, потому что в то время как жертва развивает физическую черту, хищники приспосабливаются совершенно по-другому.

Пойменные гадюки и отдельные виды лягушек [ править ]

Пойменные гадюки едят три типа лягушек: одну нетоксичную, одну выделяющую слизь при поедании хищником, и высокотоксичных лягушек, однако змеи также обнаружили, что если они ждут, чтобы съесть свою токсичную добычу, их эффективность снижается. В этом конкретном случае асимметрия позволила змеям преодолеть химическую защиту ядовитых лягушек после их смерти. [22]Результаты исследования показали, что змея привыкла к различиям между лягушками по времени удержания и высвобождения, всегда удерживая нетоксичных, но всегда высвобождая высокотоксичных лягушек, а лягушки выделяют слизь где-то посередине. Змеи также будут проводить больше времени между выпусками высокотоксичных лягушек, чем короткое время между выпусками лягушек, выделяющих слизь. Следовательно, у змей есть гораздо большее преимущество в том, что они могут справиться с различными защитными механизмами лягушек, в то время как лягушки могут в конечном итоге увеличить эффективность своего яда, зная, что змеи также приспособятся к этому изменению, например, змеи, имеющие яд. для начальной атаки. [22]Коэволюция по-прежнему очень асимметрична из-за преимущества хищников над своей добычей. [22]

Интродуцированные виды [ править ]

Тростниковые жабы пережили массовый взрыв населения в Австралии из-за отсутствия конкуренции.

Если вид ранее не подвергался гонке вооружений, он может оказаться в крайне невыгодном положении и столкнуться с исчезновением задолго до того, как сможет надеяться адаптироваться к новому хищнику, конкуренту и т. Д. Это не должно казаться удивительным, поскольку один вид может были в эволюционной борьбе миллионы лет, в то время как другой, возможно, никогда не сталкивался с таким давлением. Это обычная проблема в изолированных экосистемах, таких как Австралия или Гавайские острова . В Австралии многие инвазивные виды , такие как тростниковые жабы и кролики , быстро распространились из-за отсутствия конкуренции и отсутствия адаптации к буфотенину тростниковой жабы со стороны потенциальных хищников.Интродуцированные виды являются основной причиной того, что некоторые аборигенные виды оказываются под угрозой исчезновения или даже исчезают , как это было в случае с додо . [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Адаптация против хищников
  • Паразит - взаимодействие с хозяином
  • Конфликт между родителями и потомками
  • Устойчивость к противомикробным препаратам

Ссылки [ править ]

  1. ^ Докинз, Р. 1996. Слепой часовщик Нью-Йорк: WW Norton. Примечание. Эта книга также была издана издательством Penguin в 1991 году. Хотя текст идентичен, номера страниц различаются.
  2. ^ Тьерри Лоде " Парень полов из животных " Редакторы Одиль Жакоб, Парижский ISBN  2-7381-1901-8 ;
  3. ^ да Круз, Жоао Филипе; Гаспар, Елена; Каладо, Гонсало (29 ноября 2011 г.). «Поворот игры: токсичность в ассоциации хищник-жертва голожаберных губок». Химиоэкология . 22 (1): 47–53. DOI : 10.1007 / s00049-011-0097-Z . S2CID 17819241 . 
  4. ^ Ван Вален, Ли (1973). Новый эволюционный закон, Evolutionary Theory 1, 1¬30
  5. ^ Flier, WG; Turkensteen, LJ; ван ден Бош, GBM; Vereijken, PFG; Малдер, А. (2001). «Дифференциальное взаимодействие Phytophthora infestans на клубнях сортов картофеля с разной устойчивостью к фитофторозу» . Патология растений . 50 (3): 292–301. DOI : 10.1046 / j.1365-3059.2001.00574.x . ISSN 0032-0862 . 
  6. ^ а б Фуллард, JH; Рэтклифф, Дж. М.; Саутар, АР (2004). «Исчезновение акустической реакции испуга у бабочек, обитающих в среде обитания без летучих мышей» . Журнал эволюционной биологии . 17 (4): 856–861. DOI : 10.1111 / j.1420-9101.2004.00722.x . PMID 15271085 . S2CID 1054325 .  
  7. ^ Миллер, Ли А .; Сурликке, Аннемари (июль 2001 г.). «Как некоторые насекомые обнаруживают и избегают поедания летучих мышей: тактика и противодействие добыче и хищнику» (PDF) . Биология . 51 (7): 570–581. DOI : 10,1641 / 0006-3568 (2001) 051 [0570: HSIDAA] 2.0.CO; 2 . С эволюционной точки зрения насекомые ответили на избирательное давление летучих мышей новыми механизмами уклонения [...]
  8. ^ a b c d e Палмер, Джейсон (19 августа 2010 г.). «Раскрыта гонка вооружений летучих мышей и мотыльков» . BBC News .
  9. ^ а б Ягер, DD (2012). «Обнаружение хищников и уклонение от них летающими насекомыми». Текущее мнение в нейробиологии . 22 (2): 201–207. DOI : 10.1016 / j.conb.2011.12.011 . PMID 22226428 . 
  10. ^ Muma, KE; Фуллард, Дж. Х. (2004). «Сохранение и регресс слуха у исключительно дневных бабочек, Trichodezia albovittata (Geometridae) и Lycomorpha pholus (Arctiidae)». Экологическая энтомология . 29 (6): 718–726. DOI : 10.1111 / j.0307-6946.2004.00655.x . S2CID 83732973 . 
  11. Перейти ↑ Waters, DA (2003). «Летучие мыши и мотыльки: чему еще учиться?» . Физиологическая энтомология . 28 (4): 237–250. DOI : 10.1111 / j.1365-3032.2003.00355.x . S2CID 86269745 . 
  12. ^ Goerlitz, Holger R .; тер Хофстеде, Ханна М .; Зил, Мэтт РК; Джонс, Гарет; Холдерид, Марк В. (2010). «Летучая мышь-соколист использует скрытую эхолокацию, чтобы противостоять слуху мотылька» . Текущая биология . 20 (17): 1568–1572. DOI : 10.1016 / j.cub.2010.07.046 . PMID 20727755 . 
  13. ^ Рэтклифф, Джон М .; Фуллард, Джеймс Н .; Артур, Бенджамин Дж .; Хой, Рональд Р. (2010). «Адаптивная оценка слухового риска у тигровой бабочки, преследуемой летучими мышами» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 278 (1704): 364–370. DOI : 10.1098 / rspb.2010.1488 . PMC 3013417 . PMID 20719772 .  
  14. ^ Фельдман, CR; Броди, ЭД; Броди, ЭД; Пфрендер, МЭ (2009). «Эволюционное происхождение полезных аллелей во время многократной адаптации подвязки змей к смертоносным пред» . PNAS . 106 (32): 13415–13420. Bibcode : 2009PNAS..10613415F . DOI : 10.1073 / pnas.0901224106 . PMC 2726340 . PMID 19666534 .  
  15. ^ Ханифин, Чарльз Т. (2010). «Химическая и эволюционная экология токсичности тетродотоксина (ТТХ) у наземных позвоночных» . Морские препараты . 8 (3): 577–593. DOI : 10.3390 / md8030577 . PMC 2857372 . PMID 20411116 .  
  16. ^ Фельдман, CR; Броди, ЭД; Броди, ЭД; Пфрендер, МЭ (2010). «Генетическая архитектура кормовой адаптации: устойчивость подвязочной змеи (Thamnophis) к жертве, несущей тетродотоксин» . Труды Королевского общества B: биологические науки . 277 (1698): 3317–3325. DOI : 10.1098 / rspb.2010.0748 . PMC 2981930 . PMID 20522513 .  
  17. ^ a b c Brodie, E .; Броди, ЭД; Риденхур, Б. (2003). «Эволюционная реакция хищников на опасную добычу: горячие точки и холодные пятна в географической мозаике совместной эволюции подвязочных змей и тритонов». Эволюция . 56 (10): 2067–82. DOI : 10.1554 / 0014-3820 (2002) 056 [2067: teropt] 2.0.co; 2 . PMID 12449493 . 
  18. ^ Броди, Эдмунд Д .; Броди, Эдмунд Д. Младший; Мотычак, Джеффри Э. (2002). «Восстановление подвязочных змей ( Thamnophis sirtalis ) от воздействия тетродотоксина. Hpet». Журнал герпетологии . 36 (1): 95–98. DOI : 10.2307 / 1565808 . JSTOR 1565808 . 
  19. ^ Броди, Эдмунд Д .; Фельдман, Крис Р .; Ханифин, Чарльз Т .; Motychak, Jeffrey E .; Mulcahy, Daniel G .; Уильямс, Бекки Л .; Броди, Эдмунд Д. младший (2005). «Параллельные гонки вооружений между подвязками и тритонами с участием тетродотоксина как фенотипического интерфейса коэволюции». Журнал химической экологии . 31 (2): 343–356. DOI : 10.1007 / s10886-005-1345-х . PMID 15856788 . S2CID 16542226 .  
  20. ^ Броди, Эдмунд Д .; Броди, Эдмунд Д. мл. (1991). «Эволюционная реакция хищников на опасную добычу: снижение токсичности тритонов и устойчивости подвязочных змей в островных популяциях». Эволюция . 45 (1): 221–224. DOI : 10.2307 / 2409496 . JSTOR 2409496 . PMID 28564068 .  
  21. ↑ Дитл, Грегори П. (3 ноября 2003 г.). «Коэволюция морского брюхоногого хищника и его опасной двустворчатой ​​добычи» . Биологический журнал Линнеевского общества . 80 (3): 409–436. DOI : 10.1046 / j.1095-8312.2003.00255.x .
  22. ^ a b c Филлипс, Бен; Сияй, Ричард (декабрь 2007 г.). «Когда ужин опасен: ядовитые лягушки вызывают видоспецифические реакции от универсального змеиного хищника». Американский натуралист . 170 (6): 936–942. DOI : 10.1086 / 522845 . PMID 18171175 . 

Общий

  • Докинз, Ричард и Кребс, Джон Р. (1979). Гонки вооружений между видами и внутри них. Труды Лондонского королевского общества , B 205 : 489-511.
  • Коннер, мы; Коркоран, AJ (2012). «Звуковые стратегии: 65-миллионная битва между летучими мышами и насекомыми». Ежегодный обзор энтомологии . 57 : 21–39. DOI : 10.1146 / annurev-ento-121510-133537 . PMID  21888517 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Вечная гонка вооружений природы (документальный фильм PBS)