Znajdź zawartość

Nie dalej jak pół roku temu pisaliśmy w KopalniWiedzy o psach żyjących w moskiewskim metrze. Badający je naukowiec, dr Andriej Pojarkow z Instytutu Ekologii i Ewolucji im. Sewercowa, opublikował w ostatnich dniach nowe dane na temat tych niezwykłych zwierząt. Wynika z nich, że psy mieszkające w stolicy Rosji wykształciły złożone stado, wyraźnie ewoluujące w stronę cech charakterystycznych dla wilków. W swoich poprzednich pracach dr Pojarkow opisywał m.in. zdolność badanych przez siebie zwierząt do korzystania z metra oraz ich doskonałą orientację w miejskiej dżungli. Z najnowszych obserwacji wynika, że w stadzie tym doszło także do wyraźnego podziału na role. Badane przez siebie zwierzęta dr Pojarkow podzielił na cztery grupy. Pierwszą z nich są strażnicy, zdobywający pożywienie dzięki przymilaniu się do ochroniarzy metra. Kolejną są poszukiwacze, stosunkowo często wychodzący na powierzchnię i żywiący się głównie resztkami znalezionymi w śmietnikach. W stadzie istnieją także psy zdziczałe, najbardziej podobne do wilków, polujące nocą m.in. na myszy, koty i szczury. Prawdopodobnie najciekawszą grupą są jednak psy-żebracy. Nie tylko doskonale radzą sobie one z podróżami metrem (zachowanie to opisywaliśmy w poprzednim artykule), lecz teraz okazuje się, że są one także mistrzami w wyłudzaniu pożywienia od pasażerów metra. Osiągają swój cel nie tylko dzięki odpowiedniemu podejściu do ludzi, lecz najprawdopodobniej także dzięki... umiejętności wypatrzenia osób podatnych na ich błagania. Oprócz nietypowych zachowań rosyjski badacz zaobserwował także zmiany w wyglądzie zwierząt żyjących w podziemnym labiryncie od kilku pokoleń. U osobników tych doszło do zaniku cętek (jest to adaptacja do kamuflażu), a przyjacielska postawa wobec ludzi ustąpiła miejsca czujności i podejrzliwości, charakterystycznej bardziej dla wilków niż dla psów. W połączeniu z wytwarzaniem zupełnie nowej struktury społecznej oznacza to, że moskiewskie psy mogą być na najlepszej drodze do specjacji, czyli wytworzenia nowego gatunku. Czy tak się stanie, dowiemy się jednak najwcześniej za kilkadziesiąt lat.

Jak dokładnie i z jakich przyczyn w ewolucji działa specjacja - czyli wykształcanie się nowych gatunków - wciąż jest przedmiotem badań naukowców biologów. Z oczywistych powodów nie możemy tego zjawiska zaobserwować bezpośrednio, w całej rozciągłości, musimy się opierać w dużej mierze na teoriach i na ekstrapolacjach dostępnych danych. Uczeni z Uniwersytetu Wschodniej Anglii zainteresowali się ewolucją tropikalnych, kolorowych rybek z rodzaju hypoplectrus, po angielsku nazywanych hamletami. Rybki te powszechne są na całych Karaibach, zamieszkują okolice raf koralowych. Jest ich aż jedenaście gatunków, żyjących na różnych, swoistych dla siebie obszarach, różnią się ubarwieniem. Do tej pory sądzono, że różne gatunki hamleta wyewoluowały z powodu fizycznej separacji poszczególnych populacji, jaka nastąpiła w przeszłości. Spadek poziomu mórz - jak dotąd sądzono - spowodował rozdzielenie populacji hypoplectrusa żyjących na różnych terenach. Ryby, żyjąc osobno i nie mieszając się ze sobą mogły wyewoluować w oddzielne, różniące się gatunki. Po ponownym podniesieniu się poziomu mórz gatunki mogły się mieszać, ale już nie krzyżować. Celem sprawdzenia takiej hipotezy postanowiono dokładnie przebadać strefy zamieszkane przez różne gatunki hamleta - część bowiem występuje na dużych obszarach, część na niewielkich, miejsca ich występowania często się pokrywają i przenikają. Skrupulatnym wynotowaniem miejsc występowania wszystkich gatunków zajęli się nurkowie - wolontariusze z projektu REEF. Szczegółowo przebadali oni i nanieśli na mapy rozmieszczenie poszczególnych gatunków. Okazało się, że nawet najbardziej rozpowszechnione gatunki nie są znajdowane w niektórych miejscach. Każdy gatunek posiada miejsce, w którym występuje szczególnie często, przy czym takie miejsce może być więcej niż jedno, mogą się one ponadto pokrywać ze strefami innych gatunków lub na nie zachodzić. Szczegółowa analiza danych nie potwierdziła wpływu ewentualnej fizycznej separacji w przeszłości na powstanie nowych gatunków. Badanie dowiodło natomiast istotnego wpływu czynników środowiskowych na specjację - takich jak rywalizacja o pożywienie lub kryjówki. Zróżnicowanie wymagań pod tym względem pozwala różnym gatunkom współżyć, zajmując podobny obszar. Nasze odkrycia sugerują, że zjawiska ekologiczne mogą lepiej tłumaczyć ewolucję hypoplectrusów niż rozdzielenie geograficzne - podsumował badania dr Ben Holt ze School of Biological Sciences na Uniwersytecie Wschodniej Anglii.

Od czasów Darwina nasze rozumienie ewolucji - nomen omen - ewoluowało w miarę, jak nowe narzędzia badawcze i nowe odkrycia odsłaniały tajemnice formowania się nowych gatunków. Choć sama idea ewolucji i doboru naturalnego się nie zmienia, zmienia się nasze pojęcie o mechanizmach jej działania. Presja środowiska, konkurencja, izolacja populacji - wiadomo, że to one są odpowiedzialne za specjację, czyli pojawianie się nowych gatunków. Ale w jakim stopniu? Być może stanęliśmy na progu odkrycia, które zmieni naukę o ewolucji najbardziej od czasu odkrycia kodu genetycznego. Nowe odkrycia zawdzięczamy światowej klasy zespołowi herpetologów ze Szkoły Nauk Biologicznych Uniwersytetu w Bangor, kierowanemu przez profesora Rogera Thorpe'a. Rzucają one zaskakujące światło na naszą wiedzę o mechanizmach bioróżnorodności. Polem badań była Martynika, wyspa w archipelagu Antyli Małych. Powstała ona z połączenia wielu mniejszych obszarów lądowych, które stanowiąc dawniej oddzielone od siebie wyspy, w późniejszych epokach geologicznych połączyły się w jedno. Gatunki zwierząt, które ewoluowały początkowo oddzielnie, dzięki temu zostały zetknięte ze sobą, konkurując w jednym środowisku. To wyjątkowe warunki, pozwalające przeprowadzać unikalne badania nad ewolucją. Zespół herpetologów pod kierunkiem prof. Thorpe'a poddał analizie genetycznej powszechnie występujące tam gatunki jaszczurek. Wyniki pokazały, że różne gatunki, które ewoluowały oddzielone od siebie przez sześć do ośmiu milionów lat, mogą swobodnie krzyżować się ze sobą. W świetle dotychczasowych poglądów na specjację - czyli tworzenie się nowych gatunków - nie powinny. Czyli: pora zmienić nasze poglądy. Co więcej, badaczy zaskoczyło, że jaszczurki oryginalnie pochodzące z tych samych wysp, ale żyjące w różnych środowiskach, krzyżują się znacznie rzadziej, niż jaszczurki pochodzące z różnych habitatów - miejsc zamieszkiwania - ale żyjące w podobnych warunkach. Sam profesor Thorpe wyjaśnia: sugeruje to, że izolacja populacji wcale nie jest kluczowym czynnikiem specjacji, jak sądziliśmy i może być znacznie mniej istotna, niż do tej pory uważano. W grę wchodzą jeszcze inne czynniki, jak warunki środowiska i w takim świetle zdecydowanie zyskują na znaczeniu jako czynnik kreowania bioróżnorodności. Następnym etapem dla nauki będzie zrozumienie sposobu, w jaki proces specjacji kontrolowany jest przez poszczególne geny. W ten sam sposób, w jaki badania genetyczne prowadzą do lepszego zrozumienia chorób trapiących ludzi, zrozumienie jak konkretne geny wpływają na powstawanie nowych gatunków pozwoli nam zrozumieć, jak pojawia się bioróżnorodność i jaki wpływ na nią mają zmiany klimatyczne - kontynuuje autor badań. Warto zauważyć, że to kolejne w ostatnim czasie doniesienie, podważające znaczenie izolacji dla powstawania nowych gatunków. Podobne wyniki uzyskano bowiem niedawno podczas badań zamieszkujących karaibską rafę koralową tropikalnych rybek z rodzaju hypoplectrus. A wyniki badań prof. Rogera Thorpe'a i jego zespołu badawczego z Uniwersytetu w Bangor (Bangor University's School of Biological Sciences) zostały opublikowane w periodyku PLoS Genetics i szeroko omówione przez najważniejsze pisma naukowe, w tym Science i Nature.

Dwie oddzielone od siebie niedawno populacje ptaków z południowej Kalifornii wydzielają inny zapach. Biolodzy sądzą, że woń może się przyczyniać do reprodukcyjnej izolacji i towarzyszy powstawaniu nowych gatunków. Naukowcy z Indiana University badali związki organiczne z gruczołów kuprowych junko zwyczajnych (Junco hyemalis). Dr Danielle Whittaker podkreśla, że w naszej wiedzy na temat roli zapachu w zachowaniu ptaków istnieje wiele luk. Tymczasem różnice w woni mogą oddziaływać na zachowania seksualne, opiekę nad młodymi, a nawet sprzyjać tworzeniu się gatunków, czyli specjacji. Akademicy analizowali skład tłustej wydzieliny, pozwalającej zabezpieczyć pióra przed zamakaniem i stanowiącej źródło prowitaminy D. Wyizolowano 19 lotnych związków. Naukowcy stwierdzili, że każdy junko odznaczał się unikatowym profilem zapachowym. Inną woń wydzielały samice, a inną samce, podobnie zresztą jak przedstawiciele różnych populacji. To najbardziej wszechstronne studium tego rodzaju. O ile wiemy, to również pierwszy raz, kiedy na poziomie populacji przyglądano się z tak bliska związkom chemicznym u jakiegokolwiek ptaka. Whittaker i in. łapali młode junko zwyczajne z dwóch populacji – jedna z nich zamieszkuje okolice kampusu Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (dzielnicę La Jolla), druga osiedliła się 68 km na wschód w górach Laguna Mountains. Następnie młode przeniesiono do ptaszarni w Bloomington, gdzie wychowywały się w identycznych warunkach. Za pomocą chromatografii gazowej ze spektrometrią mas akademicy zidentyfikowali 19 lotnych związków. Poszczególne osobniki cały czas wytwarzały w miarę stałe ich ilości. Wykryto znaczne różnice między samcami i samicami oraz między junko z San Diego i z gór. Odmienność zapachowa utrzymała się, mimo że ptaki wyhodowano w takich samych warunkach. Oznacza to, że woń ma raczej podłoże genetyczne, a nie środowiskowe czy rozwojowe. Dziewiętnastoskładnikowy zestaw zapachów jest najprawdopodobniej charakterystyczny wyłącznie dla junko, jednak na razie jest to na tyle nowa dziedzina badań, że dotąd sporządzono profile zapachowe zaledwie kilku gatunków ptaków. Co ciekawe, wcześniej zakładano, że zapach odgrywa niewielką, jeśli nie żadną rolę w zachowaniu ptaków. Ich opuszka węchowa jest bowiem mała w zestawieniu z rozmiarami całego mózgu, w dodatku nie dysponują one narządem Jacobsona, zwanym też narządem przylemieszowym bądź lemieszowo-nosowym, który zawiera receptory feromonów. Potem jednak okazało się, że petrele są w stanie rozpoznać drugiego osobnika wyłącznie po zapachu. To skłoniło ornitologów do zrewidowania wiedzy dot. innych gatunków ptaków.

Specjaliści zajmujący się ochroną ptaków często przestrzegają, by unikać dokarmiania ptaków w czasie jesieni i zimy. Zwykle zalecenia takie uzasadnia się troską o to, by zwierzęta odleciały w porę na swoje zimowiska. Okazuje się jednak, że konsekwencje dokarmiania mogą być znacznie poważniejsze, włącznie z... wywołaniem specjacji, czyli powstawaniem nowych gatunków. Odkrycia dokonano podczas badania migracji kapturek (Sylvia atricapilla) - pospolitych ptaków występujących w niemal całej Europie oraz północnej Afryce. Zwierzęta te odlatują na zimę w dwóch kierunkach: na północny zachód, w kierunku Wielkiej Brytanii, oraz na południowy zachód, w stronę Hiszpanii. Jak wykazał zespół dr. Martina Schaefera z Uniwersytetu we Freiburgu, w ostatnim czasie losy obu tych populacji stały się tak bardzo odmienne, że w najbliższym czasie może dojść do ich rozdzielenia na dwa osobne gatunki. Źródłem zaobserwowanych różnic są róznice w stylu życia. Migracja w kierunku Zjednoczonego Królestwa jest dla kapturek znacznie łatwiejsza z co najmniej dwóch powodów: krótszego dystansu do przebycia oraz dokarmiania przez ludzi. Osobniki odlatujące do Hiszpanii nie mogą liczyć na wsparcie, przez co muszą się żywić znalezionymi po drodze owocami. Nie bez znaczenia jest także znacznie większy dystans, który są one zmuszone pokonać przed nadejściem zimy. Jak się okazuje, zaobserwowane różnice w zachowaniu znacząco wpływają na zachowania ptaków. Według szacunków dr. Schaefera, w czasie życia zaledwie 30 pokoleń populacje kapturek stały się sobie na tyle obce, że wyraźnie unikają wchodzenia w kontakty płciowe, mimo iż okres rozrodu przypada u nich na miesiące letnie, kiedy obie grupy występują na tym samym obszarze. Zmianie uległa także budowa ciała ptaków. Osobniki migrujące na północny zachód wykształcają na przykład bardziej zaokrąglone skrzydła, które poprawiają zdolność do manewrowania, lecz wymagają większej ilości energii, by utrzymać zwierzę w powietrzu. Ewolucyjnej przemianie uległy także dzioby - stały się one węższe i dzięki temu lżejsze, lecz znacznie gorzej radzą sobie z miażdżeniem twardych skórek owoców. Dokonane odkrycie jest nie tylko kolejnym dowodem na możliwość stosunkowo szybkiego zajścia specjacji. Tym razem wykazano także, jak wielki wpływ na to zjawisko może odgrywać interakcja człowieka z elementami środowiska. Dokładniejsze zrozumienie tego zjawiska pozwoli na lepszą ochronę gatunków, które mogą ucierpieć ze względu na niekorzystny wpływ gospodarki człowieka.

Na łamach czasopisma American Naturalist opublikowano interesujące doniesienie o odkryciu dwóch populacji ptaków, u których drobna różnica w jednym z genów może w najbliższym czasie doprowadzić do rozdziału na dwa osobne gatunki. Odkrycia dokonali badacze z Syracuse University. Uchwycenie "w biegu" procesu specjacji, czyli powstawania nowych gatunków, to prawdziwa rzadkość. Tym razem jednak udało się nie tylko odkryć dwie populacje należące (jeszcze) do tego samego gatunku, które najwyraźniej unikają krzyżowania się ze sobą, lecz także ustalono dokładną przyczynę tego zjawiska. Do odkrycia doszło poczas obserwacji jednego z gatunków ptaków należących do rodziny monarkowatych (Monarchidae). Jak zaobserwowali autorzy studium, osobniki z poszczególnych grup znacząco różniły się wyglądem - część z nich była upierzona całkowicie na czarno, druga zaś posiadała brzuchy w kolorze orzechowym. Różnica ta, z pozoru błaha, może już niedługo doprowadzić do pełnego rozdzielenia się linii rozwojowych obu populacji. Pierwszą wskazówką sugerującą, że wśród monarkowatych może dojść do specjacji, był brak zaobserwowanych przypadków kopulacji pomiędzy ptakami z poszczególnych grup. Taki dowód (a raczej poszlaka) był jednak zbyt słaby, aby potwierdzić postawioną hipotezę. Uznano w związku z tym, że lepszą wskazówką będzie ustalenie, czy samce z obu populacji postrzegają się wzajemnie jako konkurentów. Na terenie zamieszkiwanym przez ptaki rozstawiono modele osobników należacych do poszczególnych populacji. Założenie eksperymentu było proste: jeżeli samce będą atakowały "przybyszów" ubarwionych inaczej niż one same, będzie to oznaczało, że interpretowały ich obecność jako naruszenie własnego terytorium i przejaw próby rywalizowania o możliwość rozrodu. Brak agresji miałby z kolei oznaczać, że "obce" figurki nie są postrzegane jako zagrożenie. Wyniki eksperymentu pokazały, że samce atakowały wyłącznie modele imitujące osobniki z ich własnej populacji. Zdaniem autorów oznacza to, że różnice w ubarwieniu są na tyle duże, że samice z jednej populacji nie są atrakcyjne dla samców z drugiej. To z kolei oznacza, że najprawdopodobniej nie dochodzi między nimi do krzyżowania, a to może z kolei oznaczać dalsze pogłębianie się różnic i zbliżającą się specjację. Na podstawie dalszych badań stwierdzono, że cechą odpowiedzialną za różnicę w wyglądzie ptaków jest mutacja w genie kodującym receptor melanokortyny, czyli hormonu stymulującego produkcję melaniny - ciemnego pigmentu odpowiedzialnego za ciemne zabarwienie piór. Zmiana ta była niezwykle drobna i obejmowała zaledwie jeden aminokwas w cząsteczce receptora, lecz wystarczyła do upośledzenia funkcjonowania tej proteiny. Odkrycie dokonane przez badaczy z Syracuse University jest kolejnym dowodem na potwierdzenie prawdziwości teorii ewolucji. Wyniki przeprowadzonego eksperymentu pokazują dobitnie, że przyczyną specjacji mogą być błahe z pozoru mutacje, dostatecznie drobne, by doszło do nich w czasie życia jednego pokolenia. Trudno o bardziej przekonujący dowód na poparcie teorii Darwina...

Choć wielu z nas nie docenia Bałtyku i woli spędzać czas nad cieplejszymi akwenami, "polskie" morze jest wyjątkowo interesujące dla biologów. Powód jest prosty: jest ono najmłodszym morzem świata, stanowi więc idealne miejsce do obserwacji procesu ewolucji. Ta ostatnia tymczasem, jak się okazuje, zachodzi niespodziewanie szybko. Odkrycia dokonali uczeni z uniwersytetów w Göteborgu i Sztokholmie. Podczas badania nowego gatunku wodorostów, odkrytego 4 lata temu, zaobserwowali oni, że proces jego odróżniania od ewolucyjnego poprzednika jest zadziwiająco szybki w stosunku do oczekiwań. Opisywany glon, nazwany Fucus radicans, wywodzi się od morszczynu pęcherzykowatego. Choć odkryto go bardzo niedawno, okazuje się, iż jest on niezwykle pospolitym składnikiem ekosystemu Zatoki Botnickiej. Nie byłoby w tym jednak nic dziwnego, gdyby nie fakt, że gatunek ten rozwinął się... maksymalnie 2500, a być może nawet zaledwie 400 lat temu. Tak szybka kolonizacja środowiska przez zupełnie nowy gatunek jest zjawiskiem wyjątkowo rzadkim. Ricardo Pereyra, pracownik Wydzału Ekologii Morza należącego do Uniwersytetu w Göteborgu i jednocześnie jeden z autorów odkrycia, tłumaczy, że zrozumienie dziejów nowoodkrytego gatunku jest istotnym zadaniem z punktu widzenia biologii. Jak wyjaśnia badacz, Fucus radicans jest bardzo pospolity w bałtyckiej Zatoce Botnickiej, więc chcemy zrozumieć jego znaczenie dla ekosystemu.