În doar 15 ani de viață pe insule, geckii s-au adaptat hrănirii pe o pradă mai mare • Serghei Lysenkov • Știință științifică despre "Elemente" • Evoluția, Zoologia

În doar 15 ani de viață pe insule, geckii s-au adaptat să hrănească o pradă mai mare.

Fig. 1. Gecko-goană Gymnodactylus amarali. Foto © Guilherme Santoro de la sinopsis popular la articolul discutat pe site-ul revistei știință

Studiul șopârlelor din Brazilia pe insulele formate în timpul creării rezervorului a arătat că procesele prezise în acest caz de ecologia evolutivă pot apărea foarte rapid. În doar câțiva ani, unele specii de șopârle au dispărut și unul din gecko-ul rămas Gymnodactylus amaralicare a ieșit din presa concurenților, a început să includă în dieta sa o pradă mai mare. În același timp, mărimea relativă a capului insulelor gecko a crescut, ceea ce poate fi explicat prin selecție pentru o vânătoare mai eficientă pentru termite mari. Aceste schimbări au apărut independent unul de celălalt în toate populațiile studiate ale insulelor izolate unele de altele.

Deși evoluția a fost asociată cu multe schimbări lente, care durează de mii și milioane de ani, în ultimele decenii multe exemple de evoluție rapidă au devenit cunoscute biologilor, atât în ​​experiment, cât și în natură. Împărțirea în așa-numitele timpuri ecologice și evolutive a căzut în istorie. Anterior, biologii au crezut că, uneori, măsurători de ani și chiar de secole, putem neglija reacția evolutivă posibilă a organismelor la schimbările de mediu."Timpul ecologic", în care populația a rămas neschimbată, adaptându-se la noi condiții fără participarea selecției naturale, se opunea unui "timp evolutiv" mai lung în care populația nu putea fi considerată neschimbată.

În special, modelele clasice care descriu relația dintre populație – dărâmare sau concurență – nu iau în considerare o posibilă evoluție comună. Acum, evoluția rapidă este considerată ca una dintre modalitățile de adaptare a populațiilor la condiții care se schimbă în mod constant (vezi procesele evolutive și ecologice pot apărea la fel de repede și se influențează reciproc, Elements ", 02/08/2011). Cât de sugestiv pentru aceste cazuri de observare directă a evoluției este faptul că chiar și acum creaționiștii recunosc microevoluția – schimbări în organisme care nu depășesc limitele specifice (înțelegându-le destul de mult, dar acest lucru, după cum se spune, este o poveste complet diferită).

Adesea, o astfel de evoluție rapidă este declanșată de schimbările antropice de mediu. Aici putem aminti primul caz de observație directă a acțiunii selecției naturale.La sfârșitul secolului al XIX-lea, biologul evanghelic evoluționar Raphael Weldon (W. F. R. Weldon) a publicat rezultatele anilor de cercetări efectuate asupra crabilor. Carcinus maenas în portul Plymouth. El a aflat că, după construirea digului, lățimea medie a capului de crabi a început să scadă treptat. Sa dovedit că portul a început să se înmoaie din cauza digului, iar nămolul se ridică constant în coloana de apă cu elicele navelor. Crabii "largi" suferă mai mult ca urmare a poluării ghiarelor cu nămol. Din acest motiv, mortalitatea lor a devenit mai mare decât cea a celor "înguste", ceea ce a dus la o schimbare treptată a morfologiei acestei populații (vezi J. A. Harris, 1911. Măsurarea selecției naturale).

În ecologia evoluționistă, procesele care apar cu specii de animale care cad de la masivele terestre mari la insule sunt bine studiate. Izolarea și reducerea teritoriului disponibil provoacă dispariția unei părți a speciilor, dar în același timp nișe ecologice sunt extinse din cauza pierderii concurenților. Dar aceste concluzii se bazează în principal pe o comparație a faunelor moderne, fără a se ține seama de dinamica procesului.

Grupul de oameni de știință americano-brazilieni, care include Thomas Schöner (Thomas W. Schoener) – autorul articolului discutat în știrile sus-menționate de Alexey Gilyarov – a reușit să vadă stadiul inițial al schimbării morfologiei gecko-urilor cauzate de formarea insulelor pe locul unui singur teritoriu anterior.În 1996, a fost construit un baraj în statul brazilian Goiás pentru stația hidroelectrică Serra da Mesa. Din 1996 până în 1998, au fost inundate 170 000 de hectare de savană serrado din America de Sud, unul din centrele mondiale de biodiversitate. Înaltele înălțimi s-au transformat în 290 de insule, pe care se păstrau părți ale ecosistemului original. După cum era de așteptat, multe specii dintre ele au dispărut – în special, șopârle mari care necesită un teritoriu mare. Cincisprezece ani mai târziu, în 2011, cel mai comun tip de șopârle de pe insulele nou formate a fost gâsca gotică care consuma termite. Gymnodactylus amarali (Figura 1). Pe aceasta, cercetatorii si-au oprit atentia, colectand date despre dieta si marimea sa.

Conform ipotezei autorilor, după slăbirea competiției, aceste șopârle ar fi trebuit să extindă gama de alimente datorită termitelor mai mari, ceea ce ar fi trebuit să ducă la o creștere a dimensiunii capului lor. Autorii au descoperit că este puțin probabil să treacă la alte alimente din aceste animale specializate (toate tipurile de geck-uri goale se alimentează aproape exclusiv pe termite), dar includerea unei pradă mai mare în rație ar fi trebuit susținută prin selecție, deoarece aceasta ajută la obținerea rapidă a nutrienților și a energiei necesare.O creștere a capului, și nu a întregului corp, ar duce la creșterea consumului de energie fără o creștere semnificativă a nevoilor – altfel nu ar putea exista câștiguri din consumul de insecte mari. În plus, patru dintre cele șase care au dispărut pe insule (dar păstrate pe Marea Tereză) specii de șopârle care au hrănit cu termite au fost mai mari decât Gymnodactylus amarali, și, prin urmare, a consumat termite mai mari. Astfel, după dispariția lor, termenii mari ar fi trebuit să devină mai accesibili. (Două specii mai dispărute au fost hrănite pe păianjeni și ortoptere.)

În 2011, autorii au colectat geckos pe cinci insule (una dintre ele fiind conectată periodic la Marea Țară, restul în cele din urmă a pierdut contactul în 1998) și cele cinci cele mai apropiate puncte de pe coasta rezervorului (Figura 2).

Fig. 2. În stânga: rezervorul din Serra da Mesa este situat în nordul orașului Goias. dreapta: locuri pentru prinderea geckosului pe coasta rezervorului (M1-M5) și pe insule (I34, I35, I37, I38, IX). Insula IX a fost conectată periodic la Marele Pământ atunci când nivelul apei din rezervor a scăzut. Harta materialelor suplimentare la articolul în discuție în PNAS

Conținutul stomacurilor șopârlelor capturate a fost investigat în detaliu prin determinarea dimensiunii tuturor termitelor consumate de ele.Ca măsură a lățimii nișelor ecologice în termeni de producție, autorii au folosit indicele invers Simpson de diversitate (indicele Invers Simpson):

\ \ B \ dfrac % {\ sum \ limits_ {i = 1} ^ n p_i ^ 2}. \]

aici peu – cota fiecăreia dintre acestea n clase de dimensiuni ale termitelor mancate. Acest indice variază de la 1 la n, și cu cât este mai mult, cu atât dieta getică este mai diversă. Analiza a inclus date de la doar trei insule și trei puncte de pe continent, deoarece s-au găsit puține termite în stomacurile de șopârle capturate în celelalte patru locuri.

După cum sa dovedit, la populațiile insulare, varietatea medie a dietelor este într-adevăr puțin mai mare decât cea a șopârlelor continentale: 3,74 față de 2,38. Cu toate acestea, dacă această diferență este semnificativă, este o întrebare deschisă: în acest caz, există o anumită "caracteristică statistică" în articol. Diferența este semnificativă sau nu (vezi semnificația statistică)? Autorii sustin ca da, citand reste o valoare de 3,3%. Amintiți-vă că în acest caz r-value (r-value) este probabilitatea unei întâmplări aleatorii (datorită unei eșantionări nereușite a geckosilor) de aceleași diferențe sau chiar mai mari în valorile medii, cu condiția ca lățimea nișelor de pe insule și de pe continent să fie de fapt aceeașică este posibil ca valorile medii din mai multe probe din același grup să difere – de exemplu, înălțimea medie a mai multor eșantioane de colegi va varia de la eșantion la eșantion). În biologie (precum și în majoritatea celorlalte științe care aplică statistici matematice), se consideră că există o diferență între două seturi de valori (care sunt investigate pe baza unui eșantion de date din fiecare set) r-valuează mai puțin de 5%.

Dar în acest caz, autorii au aplicat un criteriu unilateral care calculează această probabilitate, pe baza presupunerii că diferența, dacă există, este numai în una dintre părți. Aceste criterii nu ar trebui să fie aplicate, decât dacă cu bună știință nu așteptați abateri în una dintre părți (exemple adecvate sunt destul de greu de dat, dar, de exemplu, dacă comparați creșterea tinerilor și a adulților, atunci nu puteți aștepta să scadă cu vârsta). Deși autorii nu au anticipat o posibilă scădere a lărgirii dietei pe insule (și astfel explică alegerea unui criteriu unilateral – în ciuda faptului că în toate celelalte cazuri le utilizează bilateral), această posibilitate nu poate fi respinsă imediat (mai mult pe criterii unice și bilaterale, a se vedea One-tailed versus P-values).Aparent, ei au ales acest criteriu, deoarece oferă un criteriu mai favorabil pe ambele părți r– o valoare de 6,6%, care depășește nivelul critic de semnificație.

Voi cita, totuși, câteva argumente în apărarea declarației autorilor articolului. Din tabelul dat în articol, este clar că cea mai mică latitudine medie a nișei de pe insule este mai mare decât cea mai mare populație offshore (3.160 față de 2.917). În plus, "Dumnezeu iubește 0,06 aproape la fel de mult ca 0,05" (o citație binecunoscută care descrie convenționalitatea nivelului critic ales, de la R. Rosnow, R. Rosenthal, 1989. știința psihologică), iar acum există o tendință de a utiliza o scală mai ușoară de semnificație, mai degrabă decât o separare strictă de-a lungul graniței de 5%. Nu în ultimul rând, acest lucru se datorează faptului că mulți cercetători care nu înțeleg elementele de bază ale statisticilor încearcă să-l prețuiască prin cârlig sau prin escroc ".p <5% "(acest lucru se numește p-hacking, a se vedea Dragul de date). În acest caz, 6,6% indică o așa-numită" semnificație marginală ". netedă.

Din fericire, restul rezultatelor articolului sunt mai bine fundamentate. După cum sa dovedit, cu aceleași dimensiuni (măsurate ca lungimea de la vârful nasului la cloaca – coada, ca fiind prea variabilă,(fig.3, A), iar capetele lor erau relativ mai mari (fig.3, B, dimensiunea capului a fost determinată ca distanța de la vârful nasului la timpan). Rețineți că din graficul din fig. 3, se poate observa că în geckosurile insulare, dimensiunea medie a termitelor mancate depășește adesea cea a celor de pe coastă – ceea ce din nou vorbește în favoarea faptului că și-au extins într-adevăr dieta. În plus, după cum sa dovedit, mărimea capului unor persoane de șopârlă corelează în mod pozitiv cu dimensiunea medie a termitelor din dieta lor.

Fig. 3. Dependența lungimii medii a termitelor consumate (A) și lungimea capului () pe lungimea corpului (SVL) în geci pe insule (puncte albe) și pe continent (puncte negre). fiecare punctul denotă o persoană. Toate valorile sunt în milimetri. Figura din articolul discutat în PNAS

Chiar mai evidente sunt rezultatele nu pentru indivizi, ci pentru abaterea raportului dintre lungimea capului și lungimea corpului față de valoarea medie pentru populațiile individuale (figura 4): este clar că acest raport este mai mic în toate populațiile de coastă decât în ​​toate populațiile insulare. În acest caz, cel mai apropiat de populația de coastă este insula IX,care se conectează periodic cu Marea Țară și, în consecință, geckii de pe aceasta ar putea intra în coliziune cu concurenții și se vor intersecta cu reprezentanți ai populației de coastă.

Fig. 4. Abaterea medie a raportului dintre lungimea capului și lungimea corpului față de media totală (obținută pentru toți indivizii studiați) în geci pentru toate populațiile studiate din insule (coloane neagră) și de pe continent (gri coloane). Figura din articolul discutat în PNAS

Astfel, izolarea, aparent, a condus într-adevăr la extinderea gamei de dimensiuni consumate de geckos. Aceasta a determinat răspunsul lor evolutiv sub forma unei modificări a morfologiei – o creștere a dimensiunii relative a capului – ceea ce le-a permis să consumă mai eficient marii termeni care au devenit disponibili. Este important ca, în timp ce ei să nu piardă capacitatea de a mânca pe cei mici. Și, deși geckos de insulă ar prefera să se hrănească cu o pradă mare (această preferință va fi din nou susținută prin selecție, deoarece crește eficiența vânătorii), dieta pentru un timp scurt, care reflectă conținutul stomacului, poate fi individualizată pentru indivizi. Acest lucru poate fi văzut din Fig.3, A: șopârlele mici nu pradă termite mari (poate pentru că nu o pot face eficient), în timp ce cele mari consumă termite de toate dimensiunile.

Care ar putea fi explicații alternative pentru schimbările observate? În primul rând, se poate presupune că diferențele de mărime a capului au fost în șopârle înainte de formarea rezervorului. Cu toate acestea, acest lucru este puțin probabil: în acel moment au aparținut unei singure populații mari. În plus, studiul exemplarelor capturate pe insulele viitoare și pe continent în perioada 1996-1998 nu a evidențiat diferențe semnificative (r = 0,68). În al doilea rând, selecția sexuală ar putea juca un rol: din cauza creșterii densității populației de pe insule, concurența bărbaților pentru femei a crescut, ceea ce ar putea duce la o creștere a dimensiunii capului. Cu toate acestea, în această lucrare nu a fost identificată nicio legătură a trasaturilor studiate cu sexul.

Deci, în lucrarea discutată, se dă un alt exemplu de evoluție rapidă: în doar 15 ani, șopârlele de pe insule s-au adaptat la dispariția concurenților în ceea ce privește consumul de termite. Mai mult, aceste schimbări s-au produs în paralel pe diferite insule: în timp ce se formează, șopârlele de pe ele au pierdut contactul cu populațiile izolate pe alte insule.Cazurile de evoluție paralelă – achiziția independentă de către grupuri similare de trăsături similare – sugerează că, în multe cazuri, căile evolutive pot fi previzibile. Acest rezultat este de asemenea în contradicție cu ideile stabilite anterior (deși nu întotdeauna strict justificate) cu privire la imprevizibilitatea fundamentală a rezultatelor selecției naturale (a se vedea știrile Cichlide – un model viu al evoluției independente paralele, Elemente, 14 noiembrie 2012 și evoluția furnicilor pe "insulele celeste" Arizona sa dovedit a fi parțial previzibilă, Elements, 16/16/2015).

Cu toate acestea, în cazul în care geckos studiat s-ar putea adapta la schimbarea într-un timp atât de scurt, de ce alte specie șopârlă a dispărut? Datorită vitezei de adaptare insuficiente sau altceva? Studiul unor astfel de cazuri este necesar pentru o înțelegere mai completă a modului în care activitatea umană va afecta biosfera. În plus, va permite o mai bună înțelegere a legilor evoluției și testarea ipotezelor privind modul în care populațiile vor răspunde anumitor influențe – pentru că, așa cum se dovedește, nu este necesar să așteptăm milioane de ani.

Sursa: Mariana Eloy de Amorima, Thomas W. Schoener, Guilherme Ramalho Chagas Cataldi Santoro, Anna Carolina Ramalho Lins, Jonah Piovia-Scott, Reuber Albuquerque Brandão.Șobolani privind morfologia și dieta PNAS. 2017. V. 114. P. 8812-8816. DOI: 10.1073 / pnas.1709080114.

Serghei Lysenkov


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: