Случай спещерна риба - Студиопедия
Аз съм геолог по образование и съм специализирал в пещери повече от 40 години. Въпреки че не съм биолог, аз съм запознат с пещерния живот и прекрасните адаптации, които различни форми на пещерни същества са развили в напълно тъмна среда. Това познаване на пещерната среда повлия на мисленето ми по темата за еволюцията.
Много животински видове са станали „адаптирани към пещерата“; те са загубили очите си и са ослепели, а също така са загубили пигмента в кожата си и са станали бели (фиг. 6.4). Това явление се нарича "регресивна еволюция", тъй като животът в тъмна пещерна среда е накарал тези животни да регресират и да загубят някои телесни характеристики или да го благоприятстват. Животните, които са загубили напълно пигментацията и очите си, се наричат троглобионтиили пещерни обитатели. Обратно, животни, които рядко посещават пещери, се наричат троглоксени, а животни, които често живеят в зоната на здрача и са частично адаптирани към пещерите (например имат малки очи), се наричат троглофили. Типичните адаптирани към пещерата троглобионти включват червеи, стоножки, паяци, щурци, скариди, раци (Фигура 6.4A), риби (Фигура 6.4B) и дори земноводни (Фигура 6.4C). Не са известни обаче троглобионтни влечуги или бозайници. Механизмът, довел до регресивна еволюция, е обект на противоречия след откриването на слепите пещерни животни и все още се обсъжда. Регресивната еволюция в никакъв случай не е уникална за пещерите (например във външния свят птиците са загубили способността си да летят), но в тази среда е особено изразена.
Пещерната среда е полезна, когато се опитваме да оценим някои от основните допускания на теорията на еволюцията. Причината за това е, че пещерите са прости, изолирани светове, където факториселективната селекция остава относително постоянна (без светлина, малко хранителни вещества, постоянна температура, висока влажност и относителна влажност). Ето някои забележителни характеристики на живота, адаптиран към пещерите:
1) Във всички известни случаи видовете, адаптирани към пещерите, са свързани с видове от повърхността;
2) Времето, необходимо за пълно адаптиране и появата на нов вид, може да бъде изненадващо кратко в някои случаи;
3) Ходът на регресивната еволюция на живите същества в напълно тъмни пещери почти напълно съвпада с това, което се наблюдава при дълбоководни създания, където няма светлина (например бели безоки акули), и при същества, копаещи дупки под земята в тъмното (например бели къртици). Тоест, адаптирането към тъмна среда, където и да се случи, води до загуба на пигментация на кожата и очите, както и придобиване на органи с повишена чувствителност, като удължени, свръхчувствителни антени, които компенсират слепотата.
Въпреки че има редица различни създания, адаптирани към пещери, ние ще съсредоточим нашата дискусия върху пещерните риби. Нека да видим какво се случва с даден вид риба от поток на повърхността, докато се адаптира към пещерите. Когато риба катоAmblyopsisрегресира, това се случва на етапи (Фигура 6.5). СемействоAmblyopsidaeсе състои от 6 вида в 4 рода и целият обхват на адаптация към пещерата е представен от това едно малко семейство.[233]Chologaster cornutusе вид амблиопсид от външния свят. Той е добре пигментиран и има надлъжна ивица от всяка страна на тялото си. Очите му са нормални. КогатоAmblyopsisколонизира тъмната област на пещерата, оптичните коликули в мозъка се свиват допълнително и очите се свиват, както в случая с троглофилаChologaster agassizi. След това, при три адаптирани към пещерата вида троглобионти (подземни,spelaeusиrosae), зрителната система дегенерира, докато броят на сетивните туберкули се увеличава. Загубата на пигментация на кожата съвпада с дегенерация на зрението. Видовата последователностAmblyopsis,, показана на Фигура 6.5, изразява степента на регресивна еволюция спрямо продължителността на времето, през което поколениятаAmblyopsisса живели в пещерната среда.Typhlichthys, най-младият от трите троглобита, обикновено не е оцветен, но е в състояние да пигментира повторно, ако бъде изложен на светлина в продължение на няколко месеца.Amblyopsis rosaeе напълно адаптиран към пещера и ако бъде изваден от пещера, няма да възвърне нито едно от първоначалните си свойства.
Последователността на адаптация, показана на фигура 6.5, документира прогресивната промяна в генната структура и еволюцията от един вид към друг. Следователно, ако „според вида си“ в Битие 1 се отнася до индивидуални творчески дейности, такива дейности трябва да са създали род, семейство или по-високи нива от видовете, тъй като в противен случай адаптираните към пещерите видове не винаги биха корелирали с повърхностни двойници. За мен тази поредица от адаптирани към пещерата видове ебезспорнодоказателство, че видоветенаистинаеволюират в други видове под правилния селективен натиск (в този случай пълна тъмнина). В противен случай защо би имало преход на видове от повърхностни (троглоксени) към мрачни (троглофили), а след това към обитателите на напълно тъмна зона от пещери (троглобионти), с всяка стъпка от които се проявява нарастваща адаптация към тъмнината?
Фигура 6.5. Представители на семействоAmblyopsidae.[234]
Друго важнохарактеристика на регресивната еволюция е, че в малки популации тя може да се случи много бързо. Например популациите на сладководни мексикански пещерни рибиAstyanax mexicanusбиха могли да постигнат пълно адаптиране към пещерата на пигментацията и очите за 10 000 години или по-малко.[235] Освен това беше установено, че този процес на силна и бърза регресивна еволюция на видаmexicanusсе случва не веднъж, а няколко пъти независимо, когато популациите от повърхностните потоци се изолират в различни пещери. Въпреки че е по-вероятно малка, изолирана популация да промени своя генетичен състав по-бързо от голяма, стабилна популация, все пак може да се зададе въпросът: как могат видовете да се развиват толкова бързо, ако видообразуването зависи от чисто случайни мутации? Биоспелеологът Дейвид Кълвър в своята книга Cave Life казва за традиционните еволюционни обяснения на този проблем: „Този случай е трудно да се обясни както със селекционистки, така и с неутралистки хипотези. Ако регресивната еволюция е резултат от натрупване на селективно неутрални мутации, процесът отнема твърде много време. Всеки процес, който изисква повече от 104-105 поколения, не може да обясни регресивната еволюция.”[236] Кълвър заключава, че поради фактора време трябва да се появят много мутации в регресивната еволюция.
Естественият подбор е често срещан механизъм, който през последните 50 години беше наречен двигател на регресивната еволюция. Мутация, която намалява безполезна структура, като например око в напълно тъмна среда, ще има селективно предимство, защото пести енергия. Въпреки това, тази "енергоспестяваща" хипотеза не се приема от всички биоспелеолози, тъй като никога не са представени емпирични доказателства, че премахването на такива структури катопигментацията или очите имат истинско енергийно предимство.
Най-важният въпрос, който може да бъде зададен относно регресивната еволюция и нейните последици за теорията на еволюцията е: могат ли генетичните промени в организмитеда бъдат причинени от самата среда? Изглежда, че пещерните рибиAmblyopsisиAstyanax, както и други организми, живеещи в пълна тъмнина, са загубили пигментацията и очите си катодиректен отговорна липсата на светлина. Но цялата тази линия от въпроси намирисва на ламаркизъм - тоест наследяването на придобити характеристики, когато използването или неизползването на орган от животно засяга развитието на този орган в потомците на това животно. Ламаркизмът не беше на почит през по-голямата част от 20 век, но в края на 19 и началото на 20 век. регресивната еволюция, наблюдавана в пещерната биота, всъщност изиграва важна роля за появата на неоламаркистките идеи.
Интригуващата тема за регресивната еволюция повдига много въпроси за еволюцията като цяло. Ако загубата на очи от пещерна риба е свързана с множество мутации, тогава трябва ли те да се появят едновременно, за да продължи макроеволюцията на вида? Дали някои гени се „прилепват“ към други и по този начин причиняват мутации относително бързо? Или „скачащите гени“ заемат или напускат регулаторни хромозомни позиции, отговорни за еволюционните скокове? Дали ламаркизмът е механизъм, способен да насочва еволюцията на генетично ниво; тоест дали околната среда изпраща обратно сигнала, необходим за генетична промяна? Науката молекулярна биология търси отговори на тези и други въпроси по тази тема и може би бъдещи пробиви в тази област най-накрая ще определяткакработи еволюцията и дали изобщо работи.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: