Изолирующие механизмы

Чарлз Дарвин доказал, что виды организмов сформировались в процессе эволюции. Он пытался понять каким же образом появляются новые виды. И установил, что окружающая среда – основной фактор, который влияет на различия между популяциями близких видов.

Виды непрерывно приспосабливаются к условиям существования, и организация любого вида постоянно совершенствуется».

Каждый живой организм адаптируется к тем условиям окружающей среды в которых он находиться.

То есть все виды отличаются специфическими признаками, которые определяют их приспособленность к конкретным условиям обитания.

И именно условия окружающей среды способствуют тому, что виды приобретают новые свойства, которые изолируют их друг от друга.

Из-за неодинаковых условий среды ареала у особей популяции возникают свои приспособления, которые действуют как изолирующие механизмы.

Такой процесс можно назвать микроэвалюцией.

Микроэвалюция – это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях вида, приводящих к изменениям генофондов этих популяций и образованию новых видов.

Такие изменения могут произойти из-за: мутации, переноса генов и дрейфа генов. Эти изменения приводят к расхождению признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции внутри вида. Таким образом виды становятся изолированы друг от друга. И это в конечном итоге приводит к видообразованию… Но об этом позже.

А сейчас давайте рассмотрим какими же бывают изолирующие механизмы.  

Изоляция бывает: географической, временной, репродуктивной, пространственной, поведенческой, молекулярной и экологической.

Рассмотрим географическую изоляцию.

Она может возникнуть в результате расширения зоны обитания вида. В таком случае особи популяции попадают в иные по сравнению с другими условия.

И в результате различных географических барьеров свободное скрещивание между особями, оказавшимися в новых условиях и теми, что остались на прежнем месте, затрудняется.

Благодаря действию естественного отбора со временем генофонд популяции может поменяться, что приведёт к возникновению нового подвида.

Географическая изоляция может возникнуть так же из-за хозяйственной деятельности человека.

Так в начале двадцатого века ареал соболя был сплошным и занимал значительную часть Евразии. А к 20м-30м годам из-за чрезмерного промысла соболя, его ареал приобрёл мозаичную структуру. Таким образом расстояние между популяциями одного вида увеличилось. Что препятствовало свободному скрещиванию.

А популяции медновского голубого песца, которая обитает на Командорских островах и популяция обыкновенного песца на Камчатке, разделены незамерзающим проливом. Который препятствует встрече особей этих популяций. И поэтому они развиваются обособленно друг от друга.  

На острове Кильдине, в озере Могильном, которое расположено на берегу Кильдинского пролива между посёлком Восточный Кильдин и мысом Могильным. обитает Кильдская треска. По сравнению с океанической она отличается очень малыми размерами. Такой подвид сформировался в новых условиях. В связи с поднятием острова Кильдина залив моря оказался изолированным от моря и стал озером.

Особенность этого озера в том, что в его верхнем горизонте (3-5 метров) вода почти пресная, тогда как в нижних слоях вода морская.

Причина такой многослойности — просачивание морской воды через перемычку — вал в южной части озера шириной около 70 метров и высотой 5 с половиной метров. За тысячелетие существования озера в нём установился баланс между пресной и солёной морской водой, вследствие чего в разных слоях развивались одновременно и морские, и пресноводные организмы.

Таким образом слои воды разной степени солёности выступают как своеобразные изоляционные барьеры. 

Временная изоляция

Она возникает, когда сроки размножения животных и цветения растений двух близких подвидов не совпадают. В таком случае особи не скрещиваются. 

Например, виды плодовых мушек дразофила псевдообскура и дрозофила персимилис обитают на одной и той же территории в западной части Северной Америки. Однако скрещивания между ними не происходит. Потому что размножаются они в разное время суток.

У первого вида половая активность наблюдается по вечерам, а у второго — по утрам.

Временная изоляция также наблюдается и у представителей рода чайки. Так, например, у серебристых чаек максимум кладок приходится на последнюю треть апреля, а у восточной клуши - не раньше середины мая.

Ещё одним примером временной изоляции служат популяции чётных и нечётных лет у тихоокеанского лосося.

Цикл развития этого вида проходит в несколько стадий и длится около двух лет.

Процесс размножения тихоокеанского лосося происходит только раз в жизни, так как после нереста рыба погибает. И естественно, что популяции чётного года (половозрелые особи) не спариваются с популяцией нечётного года.

Репродуктивная изоляция возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строении половых органов, различий в поведении и несовместимости генетического материала.

Изолирующие механизмы препятствуют развитию организма из зиготы, образовавшейся в результате слияния половых клеток самца и самки разных видов. Гибриды, возникшие таким образом, обычно быстро погибают или остаются бесплодными.

Например, стерильный гибрид – мул (помесь осла с кобылой) и лошак (помесь жеребца и ослицы).

Репродуктивная изоляция была обнаружена между двумя популяциями рыб – нерок семейства лососёвых.

В 1937 году нерка была переселена в озеро Вашингтон (в США). Нерестилась она во впадающей в озеро реке.  Где через какое-то время образовалась крупная речная популяция.

Через несколько лет было обнаружено, что часть особей озера стала нереститься не в реке, а в самом озере.

В 1992 г. было установлено, что "речные" и "озёрные" формы уже представляют собой две частично изолированные популяции, немного отличающиеся морфологически.

Таким образом репродуктивная изоляция, считающаяся одним из главных критериев вида.  Возникновение репродуктивной изоляции ─ ключевой этап видообразовании.

Пространственная изоляция

Например, два вида фруктовых мушек, которые обитают на Гавайских островах разобщены в пространстве. Оба вида питается соком одного и того же древесного растения.

Но один вид питается соком, стекающим по стволам и ветвям в верхних ярусах дерева, а второй — лужицами сока на лесной подстилке.

Скрещивания между этими видами практически никогда не происходит из-за их пространственной разобщённости.

Таким образом из-за разной экологической специализации возникают различия между популяциями.

Пространственная изоляция наблюдается и у близких видов синиц, которые обитают в Европейской части России. Их изоляция обусловлена различиями в местах кормёжки, и местах обитания. 

Таким образом экологические различия отражаются и в ряде небольших деталей внешнего строения, в том числе в изменениях длины и толщины клюва.

Поведенческая изоляция связана с отличием в поведении среди животных.

Интересный пример поведенческой изоляции демонстрируют различные виды светлячков.

Светляки обладают способностью светиться в темноте.

У каждого из видов наблюдается определённая световая траектория и типы испускаемых световых сигналов.  

Выделяют четыре основных типа световых сигналов: непрерывное свечение, прерывающееся свечение, пульсация и вспышки.

А траектории испускаемых сигналов могут быть зигзагообразными, прямыми или в форме петли. При спаривании особи одного вида находят друг друга, ориентируясь строго на тип светового сигнала.

Каким же образом происходит это свечение? Дело в том, что у светлячков имеются специальные органы свечения, расположенные на последних брюшных сегментах.

Эти органы представлены фотогенными клетками, под которыми находятся клетки-отражатели света, заполненные кристаллами мочевой кислоты. Здесь и происходят химические реакции, благодаря которым образуется свет.

Свет образуется при окислении светоизлучающего пигмента ─ люциферина. При помощи фермента – белка – люциферазы.

Различия в окраски свечения у разных видов светлячков обусловлены различием в строении фермента люциферазы.

Температура и рН среды оказывают существенное влияние на окраску свечения. И возможно именно эти факторы повлияли на изменения строения фермента люциферазы.

Итак, этот пример показывает, что изоляция между популяциями может закрепляться путём формирования определённых типов поведения. В данном случае путём ответной реакции на сигналы того или иного типа.

Молекулярная изоляция

Молекулярная изоляция необходима для некоторых водных организмов с наружным оплодотворением. Ведь половые продукты самца и самки выделяются во внешнюю среду, где и происходит оплодотворение. И поэтому очень важно, чтобы сперматозоид оплодотворил яйцеклетку своего вида.

В таком случае изолирующие механизмы срабатывают на молекулярном уровне.

Так, например, у морских звёзд и некоторых видов моллюсков.  У каждого из видов есть свои определённые белковые молекулы, которые связывают сперматозоид и яйцеклетку. Эти молекулы находиться на поверхности яйцеклеток и реагируют лишь на сперматозоиды «своего» вида.

Белковые молекулы в данном случае выступают как изолирующие факторы, которые исключают возможность слияния половых клеток разных видов.  

Экологическая изоляция

Этот вид изоляции возникает между животными, которые обитают на одной и той же географической области, но условия обитания у них оказываются различными.

Например, животные, которые обитают на берегу моря в зоне прилива и отлива…

Хорошо изолированы от других видов, живущих на расстоянии всего лишь нескольких метров от них, но ниже зоны отлива.

Случаи экологической изоляции, связанные с различиями в пище, местообитании или географическом распространении, среди птиц достаточно обыкновенны.

Например, на островах Кергелен гнездятся два вида крачек.

Кергеленская крачка — гнездиться в октябре и ноябре, a Антарктическая крачка — на тех же самых гнездовьях в январе и феврале.

Эти два вида отличаются также по питанию: кергеленская крачка держится у болот в глубине острова, кормятся насекомыми на земле и рыбой пресноводных водоёмов на островах.

А Антарктическая крачка — питается исключительно рыбой и морскими беспозвоночными.