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5.3: Rekonnexion und Speziationsraten - Biologie

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Fähigkeiten zum Entwickeln

  • Beschreiben Sie Wege der Artenentwicklung in Hybridzonen
  • Erklären Sie die beiden wichtigsten Theorien zur Artbildungsrate

Die Artbildung findet über einen evolutionären Zeitraum statt. Wenn also eine neue Art entsteht, gibt es eine Übergangszeit, während der die eng verwandten Arten weiterhin interagieren.

Wiederverbindung

Nach der Artbildung können zwei Arten rekombinieren oder sogar auf unbestimmte Zeit weiter interagieren. Einzelne Organismen paaren sich mit jedem in der Nähe befindlichen Individuum, mit dem sie sich fortpflanzen können. Ein Gebiet, in dem zwei eng verwandte Arten weiterhin interagieren und sich reproduzieren und Hybriden bilden, wird als Hybridzone bezeichnet. Im Laufe der Zeit kann sich die Hybridzone je nach Fitness der Hybriden und den Fortpflanzungsbarrieren ändern (Abbildung (PageIndex{1})). Wenn die Hybriden weniger fit sind als die Eltern, tritt eine Verstärkung der Artbildung auf und die Arten divergieren weiter, bis sie sich nicht mehr paaren und lebensfähige Nachkommen produzieren können. Wenn die Fortpflanzungsbarrieren schwächer werden, kommt es zur Verschmelzung und die beiden Arten werden eins. Die Barrieren bleiben gleich, wenn Hybriden fit und reproduktiv sind: Stabilität kann eintreten und die Hybridisierung geht weiter.

Kunstverbindung

Wenn zwei Arten eine unterschiedliche Ernährung zu sich nehmen, aber eine der Nahrungsquellen eliminiert wird und beide Arten gezwungen sind, die gleichen Lebensmittel zu sich zu nehmen, welche Veränderung in der Hybridzone ist dann am wahrscheinlichsten?

Hybriden können entweder weniger fit als die Eltern, fitter oder ungefähr gleich sein. Normalerweise neigen Hybriden dazu, weniger fit zu sein; Daher nimmt diese Reproduktion mit der Zeit ab, was die beiden Arten dazu bringt, sich in einem als Verstärkung bezeichneten Prozess weiter auseinanderzuentwickeln. Dieser Begriff wird verwendet, weil der geringe Erfolg der Hybriden die ursprüngliche Artbildung verstärkt. Wenn die Hybriden genauso fit oder fitter sind als die Eltern, können die beiden Arten wieder zu einer Art verschmelzen ([link]). Wissenschaftler haben auch beobachtet, dass manchmal zwei Arten getrennt bleiben, aber auch weiterhin interagieren, um einige Hybrid-Individuen zu produzieren; dies wird als Stabilität eingestuft, da keine echte Nettoveränderung stattfindet.

Variierende Speziationsraten

Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen die Artbildung und dokumentieren sowohl Beobachtungen von lebenden Organismen als auch solche, die im Fossilienbestand gefunden wurden. Während ihre Ideen Gestalt annehmen und die Forschung neue Details über die Entwicklung des Lebens enthüllt, entwickeln sie Modelle, die helfen, die Artbildungsraten zu erklären. Hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit der die Artbildung auftritt, werden derzeit zwei Muster beobachtet: das Modell der allmählichen Artbildung und das Modell des unterbrochenen Gleichgewichts.

Im Modell der graduellen Artbildung divergieren die Arten im Laufe der Zeit in kleinen Schritten. Im punktierten Gleichgewichtsmodell verändert sich eine neue Art schnell gegenüber der Elternart und bleibt danach für lange Zeiträume weitgehend unverändert (Abbildung (PageIndex{2})). Dieses Modell der frühen Veränderung wird als punktiertes Gleichgewicht bezeichnet, weil es mit einer punktierten oder periodischen Veränderung beginnt und danach im Gleichgewicht bleibt. Das punktierte Gleichgewicht suggeriert zwar ein schnelleres Tempo, schließt jedoch nicht notwendigerweise einen Gradualismus aus.

Kunstverbindung

Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten in einer kleinen Population auf, die eine schnelle Veränderung ihrer Umgebung erfährt.
  2. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten bei einer großen Bevölkerung auf, die in einem stabilen Klima lebt.
  3. Eine allmähliche Artbildung tritt am wahrscheinlichsten bei Arten auf, die in einem stabilen Klima leben.
  4. Allmähliche Artbildung und unterbrochenes Gleichgewicht führen beide zur Divergenz der Arten.

Der primäre Einflussfaktor auf Veränderungen der Artbildungsrate sind die Umweltbedingungen. Unter bestimmten Bedingungen erfolgt die Selektion schnell oder radikal. Stellen Sie sich eine Schneckenart vor, die seit vielen Jahrtausenden mit derselben Grundform lebt. Schichten ihrer Fossilien würden lange Zeit ähnlich aussehen. Bei einer Umweltveränderung – etwa einem Absinken des Wasserspiegels – wird eine kleine Anzahl von Organismen in kurzer Zeit vom Rest getrennt und bilden im Wesentlichen eine große und eine winzige Population. Die winzige Bevölkerung sieht sich neuen Umweltbedingungen gegenüber. Da sein Genpool schnell so klein wurde, wird jede Variation, die auftaucht und hilft, die neuen Bedingungen zu überleben, zur vorherrschenden Form.

Link zum Lernen

Besuchen Sie diese Website, um die Artbildungsgeschichte der Schnecken fortzusetzen.

Zusammenfassung

Artbildung ist keine genaue Unterteilung: Überschneidungen zwischen eng verwandten Arten können in Gebieten auftreten, die als Hybridzonen bezeichnet werden. Organismen vermehren sich mit anderen ähnlichen Organismen. Die Fitness dieser Hybridnachkommen kann den Evolutionsweg der beiden Arten beeinflussen. Wissenschaftler schlagen zwei Modelle für die Artbildungsrate vor: Ein Modell veranschaulicht, wie sich eine Art im Laufe der Zeit langsam verändern kann; das andere Modell zeigt, wie schnell ein Wechsel von einer Elterngeneration zu einer neuen Art erfolgen kann. Beide Modelle folgen weiterhin den Mustern der natürlichen Selektion.

Kunstverbindungen

[link] Wenn zwei Arten eine unterschiedliche Ernährung einnehmen, aber eine der Nahrungsquellen eliminiert wird und beide Arten gezwungen werden, die gleichen Lebensmittel zu essen, welche Veränderung in der Hybridzone wird dann am wahrscheinlichsten auftreten?

[link] Eine Fusion tritt am wahrscheinlichsten auf, weil die beiden Arten stärker interagieren und ähnliche Merkmale bei der Nahrungsaufnahme ausgewählt werden.

[link] Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten in einer kleinen Population auf, die eine schnelle Veränderung ihrer Umgebung erfährt.
  2. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten bei einer großen Bevölkerung auf, die in einem stabilen Klima lebt.
  3. Eine allmähliche Artbildung tritt am wahrscheinlichsten bei Arten auf, die in einem stabilen Klima leben.
  4. Allmähliche Artbildung und unterbrochenes Gleichgewicht führen beide zur Entwicklung neuer Arten.

[link] Antwort B

Rezensionsfragen

Welcher Begriff wird verwendet, um die anhaltende Divergenz der Arten aufgrund der geringen Fitness von Hybridnachkommen zu beschreiben?

  1. Verstärkung
  2. Verschmelzung
  3. Stabilität
  4. unterbrochenen Gleichgewichts

EIN

Welche Komponenten der Artbildung sind am wenigsten wahrscheinlich Teil des unterbrochenen Gleichgewichts?

  1. eine Aufteilung der Bevölkerung
  2. eine Änderung der Umgebungsbedingungen
  3. andauernder Genfluss unter allen Individuen
  4. eine große Anzahl von Mutationen findet gleichzeitig statt

C

Freie Antwort

Was haben beide Artbildungsmodelle gemeinsam?

Beide Modelle entsprechen weiterhin den Regeln der natürlichen Selektion und den Einflüssen von Genfluss, genetischer Drift und Mutation.

Beschreiben Sie eine Situation, in der die Hybridreproduktion dazu führen würde, dass zwei Arten zu einer verschmelzen.

Wenn die Hybridnachkommen genauso fit oder fitter sind als die Eltern, würde sich die Fortpflanzung wahrscheinlich zwischen beiden Arten und den Hybriden fortsetzen und schließlich alle Organismen unter den Dach einer Art bringen.

Glossar

Modell der schrittweisen Artbildung
Modell, das zeigt, wie sich die Arten im Laufe der Zeit in kleinen Schritten allmählich unterscheiden
Hybridzone
Gebiet, in dem zwei eng verwandte Arten weiterhin interagieren und sich reproduzieren und Hybriden bilden
unterbrochenen Gleichgewichts
Modell für die schnelle Artbildung, die auftreten kann, wenn ein Ereignis dazu führt, dass ein kleiner Teil einer Population vom Rest der Population abgeschnitten wird
Verstärkung
Fortgesetzte Divergenz der Artbildung zwischen zwei verwandten Arten aufgrund der geringen Eignung der Hybriden zwischen ihnen

Nach der Artbildung können zwei Arten rekombinieren oder sogar auf unbestimmte Zeit weiter interagieren. Einzelne Organismen paaren sich mit jedem in der Nähe befindlichen Individuum, mit dem sie sich fortpflanzen können. Ein Gebiet, in dem zwei eng verwandte Arten weiterhin interagieren und sich reproduzieren und Hybriden bilden, bezeichnen wir als Hybridzone . Im Laufe der Zeit kann sich die Hybridzone je nach Fitness der Hybriden und den Fortpflanzungsbarrieren ändern (Abbildung). Wenn die Hybriden weniger fit sind als die Eltern, tritt eine Verstärkung der Artbildung auf und die Arten divergieren weiter, bis sie sich nicht mehr paaren und lebensfähige Nachkommen produzieren können. Wenn die Fortpflanzungsbarrieren schwächer werden, kommt es zur Verschmelzung und die beiden Arten werden eins. Die Barrieren bleiben gleich, wenn Hybriden fit und reproduktiv sind: Stabilität kann eintreten und die Hybridisierung geht weiter.

Nachdem die Artbildung stattgefunden hat, können die beiden getrennten, aber eng verwandten Arten in einem Gebiet, das als Hybridzone bezeichnet wird, weiterhin Nachkommen produzieren. Abhängig von den Fortpflanzungsbarrieren und der relativen Fitness der Hybriden kann es zu einer Verstärkung, Fusion oder Stabilität kommen.

Wenn zwei Arten eine unterschiedliche Ernährung zu sich nehmen, aber eine der Nahrungsquellen eliminiert wird und beide Arten gezwungen sind, die gleichen Lebensmittel zu essen, welche Veränderung in der Hybridzone ist dann am wahrscheinlichsten?

Hybriden können entweder weniger fit als die Eltern, fitter oder ungefähr gleich sein. Normalerweise neigen Hybriden dazu, weniger fit zu sein, daher nimmt eine solche Reproduktion mit der Zeit ab, was dazu führt, dass die beiden Arten in einem Prozess, den wir Verstärkung nennen, weiter auseinander gehen. Wissenschaftler verwenden diesen Begriff, weil der geringe Erfolg der Hybriden die ursprüngliche Artbildung verstärkt. Wenn die Hybriden genauso fit oder fitter sind als die Eltern, können die beiden Arten wieder zu einer Art verschmelzen (Abbildung). Wissenschaftler haben auch beobachtet, dass manchmal zwei Arten getrennt bleiben, aber auch weiterhin interagieren, um einige Individuen hervorzubringen. Wissenschaftler klassifizieren dies als Stabilität, da keine wirkliche Nettoveränderung stattfindet.


Variierende Speziationsraten

Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen die Artbildung und dokumentieren sowohl Beobachtungen von lebenden Organismen als auch solche, die im Fossilienbestand gefunden wurden. Während ihre Ideen Gestalt annehmen und die Forschung neue Details über die Entwicklung des Lebens enthüllt, entwickeln sie Modelle, die helfen, die Artbildungsraten zu erklären. Hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit der die Artbildung auftritt, werden derzeit zwei Muster beobachtet: das Modell der allmählichen Artbildung und das Modell des unterbrochenen Gleichgewichts.

Im Modell der graduellen Artbildung divergieren die Arten im Laufe der Zeit in kleinen Schritten. Im punktierten Gleichgewichtsmodell ändert sich eine neue Art schnell von der Elternart und bleibt dann für lange Zeiträume weitgehend unverändert (Abbildung). Dieses Modell der frühen Veränderung wird als punktiertes Gleichgewicht bezeichnet, weil es mit einer punktierten oder periodischen Veränderung beginnt und danach im Gleichgewicht bleibt. Das punktierte Gleichgewicht suggeriert zwar ein schnelleres Tempo, schließt jedoch nicht notwendigerweise einen Gradualismus aus.


Rolle von Prokaryoten in Ökosystemen

Prokaryoten sind allgegenwärtig: Es gibt keine Nische oder kein Ökosystem, in dem sie nicht vorkommen. Prokaryoten spielen viele Rollen in der Umgebung, die sie besetzen. Ihre Rolle im Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf ist für das Leben auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus legt der aktuelle wissenschaftliche Konsens nahe, dass metabolisch interaktive prokaryontische Gemeinschaften die Grundlage für die Entstehung eukaryontischer Zellen gewesen sein könnten.

Prokaryonten und der Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff ist einer der wichtigsten Makronährstoffe und Prokaryonten spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf ((Abbildung)). Der Kohlenstoffkreislauf verfolgt die Bewegung des Kohlenstoffs von anorganischen zu organischen Verbindungen und wieder zurück. Kohlenstoff wird durch die wichtigsten Reservoirs der Erde zirkuliert: Land, Atmosphäre, Gewässer, Sedimente und Gesteine ​​sowie Biomasse. In gewisser Weise spiegelt der Kohlenstoffkreislauf die Rolle der „vier Elemente“ wider, die zuerst vom antiken griechischen Philosophen Empedokles vorgeschlagen wurden: Feuer, Wasser, Erde und Luft. Kohlendioxid wird durch Landpflanzen und marine Prokaryoten aus der Atmosphäre entfernt und durch die Atmung chemoorganotropher Organismen, einschließlich Prokaryoten, Pilzen und Tieren, in die Atmosphäre zurückgeführt. Obwohl sich der größte Kohlenstoffspeicher in terrestrischen Ökosystemen in Gesteinen und Sedimenten befindet, ist dieser Kohlenstoff nicht ohne weiteres verfügbar.

Die Teilnehmer am Kohlenstoffkreislauf teilen sich grob in Erzeuger, Verbraucher und Zersetzer organischer Kohlenstoffverbindungen auf. Die Primärproduzenten von organischen Kohlenstoffverbindungen aus CO2 sind Landpflanzen und photosynthetische Bakterien. In lebenden Landpflanzen findet sich eine große Menge an verfügbarem Kohlenstoff. Eine verwandte Quelle für Kohlenstoffverbindungen ist Humus, das ist eine Mischung aus organischen Materialien aus abgestorbenen Pflanzen und Prokaryoten, die der Zersetzung widerstanden haben. (Der Begriff “humus” ist übrigens die Wurzel des Wortes “human.”. Verbraucher wie Tiere und andere Heterotrophe verwenden organische Verbindungen, die von Produzenten erzeugt werden und geben Kohlendioxid in die Atmosphäre ab. Andere Bakterien und Pilze, zusammenfassend genannt Zersetzer , den Abbau (Zersetzung) von Pflanzen und Tieren und deren organischen Verbindungen durchführen. Das meiste Kohlendioxid in der Atmosphäre stammt aus der Atmung von Mikroorganismen, die tote Tiere, Pflanzen und Humus zersetzen.

In wässrigen Umgebungen und ihren anoxischen Sedimenten findet ein weiterer Kohlenstoffkreislauf statt. In diesem Fall basiert der Kreislauf auf Ein-Kohlenstoff-Verbindungen. In anoxischen Sedimenten produzieren Prokaryoten, meist Archaeen, Methan (CH4). Dieses Methan bewegt sich in die Zone über dem Sediment, die sauerstoffreicher ist und Bakterien namens Methan-Oxidationsmittel die Methan zu Kohlendioxid oxidieren, das dann in die Atmosphäre zurückkehrt.

Prokaryonten und der Stickstoffkreislauf

Stickstoff ist ein sehr wichtiges Element für das Leben, da er ein Hauptbestandteil von Proteinen und Nukleinsäuren ist. Es ist ein Makronährstoff und wird in der Natur durch viele Prozesse, von denen viele nur von Prokaryonten durchgeführt werden, aus organischen Verbindungen zu Ammoniak, Ammoniumionen, Nitrat, Nitrit und Stickstoffgas recycelt. Wie in (Abbildung) dargestellt, sind Prokaryonten der Schlüssel zum Stickstoffkreislauf. Der größte verfügbare Stickstoffpool im terrestrischen Ökosystem ist gasförmiger Stickstoff (N2) aus der Luft, aber dieser Stickstoff ist für Pflanzen, die Primärproduzenten sind, nicht nutzbar. Gasförmiger Stickstoff wird in leichter verfügbare Formen wie Ammoniak (NH .) umgewandelt oder „fixiert“.3), durch den Prozess der Stickstofffixierung. Zu den stickstofffixierenden Bakterien gehören Azotobacter im Boden und den allgegenwärtigen photosynthetischen Cyanobakterien. Einige stickstofffixierende Bakterien, wie Rhizobium, leben in symbiotischen Beziehungen in den Wurzeln von Hülsenfrüchten. Eine weitere Ammoniakquelle ist die Ammonifikation, der Prozess, bei dem Ammoniak bei der Zersetzung stickstoffhaltiger organischer Verbindungen freigesetzt wird. Das Ammoniumion wird von verschiedenen Bakterienarten in einem Prozess, der Nitrifikation genannt wird, nach und nach oxidiert. Der Nitrifikationsprozess beginnt mit der Umwandlung von Ammonium zu Nitrit (NO2 – ) und fährt mit der Umwandlung von Nitrit in Nitrat fort. Die Nitrifikation in Böden erfolgt durch Bakterien der Gattungen Nitrosomas, Nitrobacter, und
Nitrospira
. Der meiste Stickstoff im Boden liegt in Form von Ammonium (NH .) vor4 + ) oder Nitrat (NO3 –). Ammoniak und Nitrat können von Pflanzen verwendet oder in andere Formen umgewandelt werden.

In die Atmosphäre freigesetztes Ammoniak macht jedoch nur 15 Prozent des gesamten freigesetzten Stickstoffs aus, der Rest ist als N2 und N2O (Lachgas). Ammoniak wird von einigen Prokaryoten anaerob abgebaut, wobei N2 als Endprodukt. Denitrifizierende Bakterien kehren den Nitrifikationsprozess um und reduzieren das Nitrat aus dem Boden zu gasförmigen Verbindungen wie N2O, NEIN und N2.


95 Wiederverbindungs- und Speziationsraten

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Beschreiben Sie Wege der Artenentwicklung in Hybridzonen
  • Erklären Sie die beiden wichtigsten Theorien zur Artbildungsrate

Die Artbildung findet über einen evolutionären Zeitraum statt. Wenn also eine neue Art entsteht, gibt es eine Übergangszeit, während der die eng verwandten Arten weiterhin interagieren.

Wiederverbindung

Nach der Artbildung können zwei Arten rekombinieren oder sogar auf unbestimmte Zeit weiter interagieren. Einzelne Organismen paaren sich mit jedem in der Nähe befindlichen Individuum, mit dem sie sich fortpflanzen können. Ein Gebiet, in dem zwei eng verwandte Arten weiterhin interagieren und sich reproduzieren und Hybriden bilden, bezeichnen wir als Hybridzone . Im Laufe der Zeit kann sich die Hybridzone je nach Fitness der Hybriden und den Fortpflanzungsbarrieren ändern ((Abbildung)). Wenn die Hybriden weniger fit sind als die Eltern, tritt eine Verstärkung der Artbildung auf und die Arten divergieren weiter, bis sie sich nicht mehr paaren und lebensfähige Nachkommen produzieren können. Wenn die Fortpflanzungsbarrieren schwächer werden, kommt es zur Verschmelzung und die beiden Arten werden eins. Die Barrieren bleiben gleich, wenn Hybriden fit und reproduktiv sind: Stabilität kann eintreten und die Hybridisierung geht weiter.


Wenn zwei Arten eine unterschiedliche Ernährung zu sich nehmen, aber eine der Nahrungsquellen eliminiert wird und beide Arten gezwungen sind, die gleichen Lebensmittel zu sich zu nehmen, welche Veränderung in der Hybridzone ist dann am wahrscheinlichsten?

Hybriden können entweder weniger fit als die Eltern, fitter oder ungefähr gleich sein. Normalerweise neigen Hybriden dazu, weniger fit zu sein, daher nimmt eine solche Reproduktion mit der Zeit ab, was dazu führt, dass die beiden Arten in einem Prozess, den wir Verstärkung nennen, weiter auseinander gehen. Wissenschaftler verwenden diesen Begriff, weil der geringe Erfolg der Hybriden die ursprüngliche Artbildung verstärkt. Wenn die Hybriden genauso fit oder fitter sind als die Eltern, können die beiden Arten wieder zu einer Art verschmelzen ((Abbildung)). Wissenschaftler haben auch beobachtet, dass manchmal zwei Arten getrennt bleiben, aber auch weiterhin interagieren, um einige Individuen hervorzubringen. Wissenschaftler klassifizieren dies als Stabilität, da keine wirkliche Nettoveränderung stattfindet.

Variierende Speziationsraten

Wissenschaftler auf der ganzen Welt untersuchen die Artbildung und dokumentieren sowohl Beobachtungen von lebenden Organismen als auch solche, die im Fossilienbestand gefunden wurden. Während ihre Ideen Gestalt annehmen und die Forschung neue Details über die Entwicklung des Lebens enthüllt, entwickeln sie Modelle, um die Artenbildungsraten zu erklären. In Bezug darauf, wie schnell Artbildung auftritt, können wir zwei aktuelle Muster beobachten: das Modell der allmählichen Artbildung und das Modell des unterbrochenen Gleichgewichts.

Im Modell der graduellen Artbildung divergieren die Arten im Laufe der Zeit in kleinen Schritten. Im punktierten Gleichgewichtsmodell ändert sich eine neue Art schnell von der Elternart und bleibt dann für lange Zeiträume weitgehend unverändert ((Abbildung)). Wir nennen dieses Modell der frühen Veränderung punktiertes Gleichgewicht, weil es mit einer punktierten oder periodischen Veränderung beginnt und danach im Gleichgewicht bleibt. Das unterbrochene Gleichgewicht suggeriert zwar ein schnelleres Tempo, schließt jedoch nicht unbedingt einen Gradualismus aus.


Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten in einer kleinen Population auf, die eine schnelle Veränderung ihrer Umgebung erfährt.
  2. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten bei einer großen Bevölkerung auf, die in einem stabilen Klima lebt.
  3. Eine allmähliche Artbildung tritt am wahrscheinlichsten bei Arten auf, die in einem stabilen Klima leben.
  4. Allmähliche Artbildung und unterbrochenes Gleichgewicht führen beide zur Divergenz der Arten.

Der primäre Einflussfaktor auf Veränderungen der Artbildungsrate sind die Umweltbedingungen. Unter bestimmten Bedingungen erfolgt die Selektion schnell oder radikal. Stellen Sie sich eine Schneckenart vor, die seit vielen Jahrtausenden mit derselben Grundform lebt. Schichten ihrer Fossilien würden lange Zeit ähnlich aussehen. Bei einer Umweltveränderung – etwa einem Absinken des Wasserspiegels – werden in kurzer Zeit einige wenige Organismen vom Rest getrennt und bilden im Wesentlichen eine große und eine winzige Population. Die winzige Bevölkerung sieht sich neuen Umweltbedingungen gegenüber. Da sein Genpool schnell so klein wurde, wird jede Variation, die auftaucht und hilft, die neuen Bedingungen zu überleben, zur vorherrschenden Form.

Besuchen Sie diese Website, um die Artbildungsgeschichte der Schnecken fortzusetzen.

Abschnittszusammenfassung

Artbildung ist keine genaue Unterteilung: Überschneidungen zwischen eng verwandten Arten können in Gebieten auftreten, die als Hybridzonen bezeichnet werden. Organismen vermehren sich mit anderen ähnlichen Organismen. Die Fitness dieser Hybridnachkommen kann den Evolutionspfad der beiden Arten beeinflussen. Wissenschaftler schlagen zwei Modelle für die Artbildungsrate vor: Ein Modell veranschaulicht, wie sich eine Art im Laufe der Zeit langsam verändern kann. Das andere Modell zeigt, wie schnell ein Wechsel von einer Elterngeneration zu einer neuen Art erfolgen kann. Beide Modelle folgen weiterhin natürlichen Selektionsmustern.

Fragen zur visuellen Verbindung

(Abbildung) Wenn zwei Arten eine unterschiedliche Ernährung zu sich nehmen, aber eine der Nahrungsquellen eliminiert wird und beide Arten gezwungen werden, die gleichen Lebensmittel zu essen, welche Veränderung in der Hybridzone ist dann am wahrscheinlichsten?

(Abbildung) Die Verschmelzung tritt am wahrscheinlichsten auf, weil die beiden Arten stärker interagieren und ähnliche Merkmale bei der Nahrungsaufnahme ausgewählt werden.

(Abbildung) Welche der folgenden Aussagen ist falsch?

  1. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten in einer kleinen Population auf, die eine schnelle Veränderung ihrer Umgebung erfährt.
  2. Ein unterbrochenes Gleichgewicht tritt am wahrscheinlichsten bei einer großen Bevölkerung auf, die in einem stabilen Klima lebt.
  3. Eine allmähliche Artbildung tritt am wahrscheinlichsten bei Arten auf, die in einem stabilen Klima leben.
  4. Allmähliche Artbildung und unterbrochenes Gleichgewicht führen beide zur Entwicklung neuer Arten.

Rezensionsfragen

Welcher Begriff wird verwendet, um die anhaltende Divergenz der Arten aufgrund der geringen Fitness von Hybridnachkommen zu beschreiben?

Welche Komponenten der Artbildung sind am wenigsten wahrscheinlich Teil des unterbrochenen Gleichgewichts?

  1. eine Aufteilung der Bevölkerung
  2. eine Änderung der Umgebungsbedingungen
  3. andauernder Genfluss unter allen Individuen
  4. eine große Anzahl von Mutationen findet gleichzeitig statt

Fragen zum kritischen Denken

Was haben beide Artbildungsmodelle gemeinsam?

Beide Modelle entsprechen weiterhin den Regeln der natürlichen Selektion und den Einflüssen von Genfluss, genetischer Drift und Mutation.

Beschreiben Sie eine Situation, in der die Hybridreproduktion dazu führen würde, dass zwei Arten zu einer verschmelzen.

Wenn die Hybridnachkommen genauso fit oder fitter sind als die Eltern, würde sich die Fortpflanzung wahrscheinlich zwischen beiden Arten und den Hybriden fortsetzen und schließlich alle Organismen unter den Dach einer Art bringen.

Glossar


5.3: Rekonnexion und Speziationsraten - Biologie

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Der Prozess der Artbildung ist ein Übergang über einen langen Zeitraum der Evolution, während dem die beiden Arten weiterhin interagieren.

Zum Beispiel können nach der Isolierung dieser beiden Seefischpopulationen die Fortpflanzungsbarrieren geschwächt werden und der Genfluss kann wieder auftreten, wodurch die beiden Populationen wieder zu einer verschmelzen.

Wenn die Nachkommen weniger fit sind als die Eltern, werden die beiden Populationen weiter auseinandergehen, ein Prozess, der als Verstärkung bezeichnet wird. Sind die Nachkommen jedoch fitter als die Eltern, werden sie weiter produziert, ein Prozess namens Stabilität.

Diese Mechanismen beeinflussen zusammen mit den Umweltbedingungen die Geschwindigkeiten, mit denen Speziation auftritt.

Einige Arten entwickeln sich in kleinen allmählichen Schritten, wie diese beiden Fischpopulationen, entwickeln langsam unterschiedliche kryptische Muster oder schnell und bleiben über lange Zeiträume unverändert.

30.3: Speziationsraten

Überblick

Die Speziation findet normalerweise über einen langen evolutionären Zeitraum statt, in dem die Spezies isoliert sein oder weiter interagieren kann. Wenn sich zwei aufstrebende Arten zu kreuzen beginnen, können die Fortpflanzungsbarrieren schwach sein und der Genfluss kann wieder auftreten. An diesem Punkt kann die Selektion von Hybriden über die beiden Populationen entweder die neu gemischte Gruppe zu einer einzigen Population stabilisieren oder die Unterscheidung zwischen ihnen als neue Arten verstärken. Die Speziation kann allmählich oder schnell erfolgen und wird in einigen Fällen zwischen langen Zeiträumen ohne Veränderung unterbrochen, gefolgt von schnellen Artenbildungsraten.

Wiederverbindung von Populationen

In Fällen von Artbildung, bei denen zwei oder mehr Populationen seit einiger Zeit isoliert sind, können sie sich wieder verbinden. Zum Beispiel können in langen Dürreperioden oder dem Klimawandel große Seen in viele kleinere Seen aufgeteilt werden, wodurch die Bewohner isoliert werden. Die enorme Artenvielfalt der afrikanischen Buntbarsche wurde zum Teil durch Perioden solcher Populationszersplitterung angeheizt. Als sich die Bedingungen änderten und zerstückelte Seen wieder verschmolzen, kamen isolierte Populationen wieder in Kontakt.

Wenn eine Wiederverbindung auftritt und die präzygotischen Fortpflanzungsbarrieren schwach sind, können sich Individuen aus den beiden verschiedenen Populationen mit der Fortpflanzung beginnen. Ist die Fitness der Hybridnachkommen im Vergleich zu den Eltern höher oder unverändert, können sich die Populationen integrieren und verschmelzen. Dieser Vorgang wird als Stabilität bezeichnet. Wenn jedoch die Hybridnachkommen weniger fit sind als nicht gemischte Nachkommen aus den Elternpopulationen oder die präzygotischen Reproduktionsbarrieren mit der Zeit verstärkt werden, werden die beiden Populationen auch im Sympatrie- und als Verstärkungsprozess bekannten Prozess weiter auseinander gehen. Bei den Buntbarschen sind auf diese Weise wahrscheinlich viele neue Linien und Arten entstanden.

Evolutions- und Speziationsraten

Arten können sich je nach Generationszeit, Stärke des Selektionsdrucks und spezifischen Umweltbedingungen unterschiedlich schnell entwickeln. Normalerweise geschieht die Veränderung langsam, wobei Veränderungen im Laufe der Zeit in kleinen Schritten auftreten, bis eine neue Art auftaucht, die sich nicht mehr mit anderen Arten kreuzt. Dieses Konzept wird als phyletischer Gradualismus bezeichnet. Wenn beispielsweise Vögel mit etwas längeren Schnäbeln tiefer in Bäume graben können, um Larven zu suchen, kann die gesamte Population im Laufe der Zeit zu längeren Schnäbeln neigen und sich schließlich von ihren kurzschnabeligen Verwandten unterscheiden.

Es ist jedoch auch möglich, dass sich Arten relativ schnell ändern. Dies knüpft an die Theorie des unterbrochenen Gleichgewichts an, die besagt, dass Arten schnelle evolutionäre Veränderungen durchlaufen können, gefolgt von langen Perioden, in denen sie relativ unverändert bleiben. Die Theorie wird durch die Beobachtung gestützt, dass sich einige fossile Abstammungslinien über lange Zeiträume nur wenig zu ändern scheinen und sich dann im Fossilienbestand rasch ändern.

Die Schmetterlingsgattung Heliconius zeigt eine starke Selektion, um das Farbmuster aufgrund der Selektion auf Mimikry zu erhalten, und dies hält die Arten im Allgemeinen sogar in Sympatrie mit eng verwandten Schwesterarten stabil. Im Falle einer Mutation oder Hybridisierung kann jedoch eine schnelle Speziation auftreten, die einen neuen &ldquofit&rdquo-Phänotyp erzeugt. Die allgemeine Evolution und Artbildung kann auf verschiedene Weise und in unterschiedlichen Zeitskalen erfolgen.

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Systemanforderungen und Ressourcen

PyRate ist in Python 2.7 geschrieben (unter Verwendung der Numpy und Scipy Bibliotheken Python Software Foundation. Python-Sprachreferenz, Version 2.7. Verfügbar unter http://www.python.org) und wurde auf verschiedenen UNIX-Betriebssystemen getestet. Das Programm unterstützt die Multithread-Likelihood-Berechnung und die Parallelisierung der MCMC-Läufe. Die pyrat_Dienstprogramme.r Skript ist in R geschrieben und läuft plattformübergreifend mit dem Paket „fitdistrplus“ (Delignette-Müller et al. 2013 ).


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Biotic Immigration Events (BIMEs) record the large-scale dispersal of taxa from one biogeographic area to another and have significantly impacted biodiversity throughout geologic time. BIMEs associated with biodiversity increases have been linked to ecologic and evolutionary processes including niche partitioning, species packing, and higher speciation rates. Yet substantial biodiversity decline has also been documented following BIMEs due to elevated extinction and/or reduced speciation rates. In this review, we develop a conceptual model for biodiversity accumulation that links BIMEs and geographic isolation with local (α) diversity, regional (β) diversity, and global (γ) diversity metrics. Within the model, BIME intervals are characterized by colonization of existing species within new geographic regions and a lack of successful speciation events. Thus, there is no change in γ-diversity, and α-diversity increases at the cost of β-diversity. An interval of regional isolation follows in which lineage splitting results in successful speciation events and diversity increases across all three metrics. Alternation of these two regimes can result in substantial biodiversity accumulation.

We tested this conceptual model using a series of case studies from the paleontological record. We primarily focus on two intervals during the Middle through Late Ordovician Period (470–458 Ma): the globally pervasive BIMEs during the Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE) and a regional BIME, the Richmondian Invasion. We further test the conceptual model by examining the Great Devonian Interchange, Neogene mollusk migrations and diversification, and the Great American Biotic Interchange. Paleontological data accord well with model predictions.

Constraining the mechanisms of biodiversity accumulation provides context for conservation biology. Because α-, β-, and γ-diversity are semi-independent, different techniques should be considered for sustaining various diversity partitions. Maintaining natural migration routes and population sizes among isolated regions are vital to preserving both extant biodiversity and biogeographic pathways requisite for future diversity generation.


Mitgliedschaften

South African National Biodiversity Institute, Kirstenbosch Research Centre, Private Bag X7, Claremont, Cape Town, 7735, Republic of South Africa

Department of Biology, Memorial University, St. John's, Newfoundland, A1B 3X9, Canada

Flinders University, GPO Box 2100, Adelaide, South Australia, 5001

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