1.17: Пол, еволюція та концепція біологічних видів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7074

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

F **ig. 1 Населення бавовняної трави в Піренейських горах.**

Стать, еволюція та види

Хоча для багатьох організмівсекс має вирішальне значення для здатності до розмноження, секс є важливим поняттям для біології з більшої кількості причин, ніж це. Секс має вирішальне значення для двох інших дуже значущих біологічних тем: процесу еволюції та концепції видів, двох речей, які насправді взаємопов'язані. Еволюція описує зміни в часі. Що це таке, що змінюється? Це не індивідуальний організм, зміни якого описуються як «розвиток». Що еволюціонує - це групи організмів, тобто популяції (рис. 1). Популяції зазвичай описуються як група організмів одного виду. Критерієм, який об'єднує особин в групу, звану видом, є здатність до схрещування, тобто види - це групи організмів, об'єднаних тим, що вони потенційно можуть схрещуватися, і єдиний спосіб схрещуватися - через секс. Секс - це процес, який з'єднує особин разом у щось, що називається авидом, групою схрещуються організмів. Вважається, що види, тобто групи схрещування, є біологічною сутністю, яка розвивається. Крім того, секс має важливе значення для процесу еволюції Дарвіна, оскільки:

секс може бути важливим процесом, який породжує зміни в популяції, а варіація є важливою для еволюційного процесу, забезпечуючи «сировину», на яку може діяти процес природного відбору.
секс забезпечує механізм поширення певних особливостей всередині популяції, дозволяючи сприятливим характеристикам поширюватися.

Слід зазначити, що секс, безумовно, не потрібен для процесу еволюції. Існує ряд груп (наприклад, бактерії), які легко еволюціонують і не мають статевого процесу (хоча бактерії DO мають процеси, які дозволяють характеристикам поширюватися всередині популяції, це не стать) (рис. 2).

Ілюстрація червоних бактерій позначає кожну з частин, внутрішні та зовнішні, такі як батоги (джгутик), волосяний пилус, що росте з поверхні, капсула, клітинна стінка, плазматична мембрана, нуклеоїд, рибосоми та цитоплазма — Малюнок 2 Бактерії та археї не мають статі, але у них є інші методи обміну генетичним матеріалом, і вони, безумовно, еволюціонують.

Більше того, групи, які не займаються сексом, не можуть бути віднесені до категорії, що мають види (хоча часто вони є!) тому що секс - це те, що окреслює «групу схрещування», що є критерієм, який зазвичай використовується для визначення видів. Таким чином, хоча стать та види є важливими для еволюції, вони не є важливими для еволюції. Як зазначалося раніше, кілька розглянутих тут груп (наприклад, динофлагелати) не мають сексу, але різноманітність груп чітко вказує на те, що еволюція була і, мабуть, все ще діє.

Навіть у групах, які вважаються статевими, наприклад, квітучих рослин, існують групи, які не беруть участі в сексі. Кульбаби виробляють насіння, але роблять це таким чином, що не передбачає сексу. Такі групи можна вважати еволюційними «тупиками», але, як зазначалося вище, секс не є важливим для процесу еволюції.

Процес сексу є важливим для практики групування та іменування, розглянутих у розділі 2. Щоб боротися з різноманітністю, біологи групують організми, які філогенетично пов'язані (відображається в тому, що організми всередині групи «схожі»). Існують різні рівні спорідненості, які відповідають різним «рівням» у біологічній класифікації: філум, клас, порядок, сім'я, рід, вид, сорт. За винятком видового рівня (а можливо, навіть немає!) , всі ці рівні не визначені, наприклад, немає правила про те, що становить сім'ю, про те, як мають бути схожі організми, щоб об'єднати їх у сімейне угруповання. Як наслідок, безумовно, можуть бути деякі працівники, які візьмуть групу, наприклад, горохову сім'ю, і кажуть, що її слід розглядати як три сім'ї, складаючи три групи, кожна з яких є більш однорідною, ніж група, якщо розглядати як єдину сім'ю. Рівень виду унікальний тим, що має критерії, які визначають, хто повинен бути в якійсь конкретній групі.

Однак, незважаючи на те, що існує конкретне визначення виду, тобто схрещувальної групи, це не означає, що вона легко застосовуєтьсяабо що при його застосуванні найменування грунтується на визначенні. Не так просто розрізнити, хто з ким розмножується, і це особливо стосується рослин і грибів. Дослідження для визначення шлюбної поведінки вимагають багато часу, і переважна більшість видів (навіть у групах тварин) не перевірялася, щоб перевірити, чи насправді те, що називається видом, є групою схрещування. І багато, багато груп, які, як відомо, безстатеві (всі прокаріоти, більшість динофлагелатів, багато грибів, деякі квітучі рослини) згруповані в сутності, які називаються «видами». Таким чином, на кожному таксономічному рівні працівники все ще покладаються на суб'єктивність, щоб розмежувати ступінь таксономічних груп; і можна знайти як «люмперів» (людей, які, як правило, об'єднуються групами і мають менше груп з більшою варіацією в кожній), так і «розгалужувачі» (люди, які, як правило, розділяють групи і мають більше груп з меншою кількістю варіації в кожному).

Крупним планом жовта квітка, з тонкими і довгими пелюстками, які закінчуються декількома відступами по краях — Малюнок 3 «квітка» (насправді скупчення багатьох квітів) кульбаби, безстатевого «виду».

Розглянемо ще раз приклад безстатевих кульбаб (рис. 3). Суб'єкт Taraxacum officinale є безстатевим і, як правило, вважається видом, представленим його латинським біном. Але чи варто його дійсно вважати видом? Деякі працівники вважають T. officinale зібранням кількох сотень «мікровидів», кожен з яких є клональною популяцією.

Для статевих популяцій, хто розмножується з ким контролюється цілим рядом параметрів, специфічних для розглянутого виду. У сукупності ці фактори описують «систему розмноження», і виявляється, що квітучі рослини пропонують багату різноманітність систем розмноження. «Закрита» система розмноження - це та, де перехрещування (розмноження з іншою особиною) малоймовірно. «Відкрита» система розведення - це та, яка заохочує перехід. Можна подумати, що квітучі рослини, переважна більшість з яких виробляють двостатеві квіти з чоловічою та жіночою частинами в безпосередній близькості, мали б замкнуті системи розмноження. Але є ряд процесів, які можуть зробити їх систему розмноження більш відкритою.

будучи дводомними, мають одностатеві квіти на рослині, які несуть або чоловічі, або жіночі квіти, але не обидва (рис. 4). Близько 5% квітучих рослин є дводомними, включаючи осику, канабіс і падуб.

Рослини падуба, довгі стебла з насиченим зеленим листям, що ростуть з нього кожні пару дюймів, є також крупним планом на маленьких чотирьох пелюстках білі квіти, і квіти з чотирма тичинками — Малюнок 4 Рослини і квіти падуба: зверху чоловіча рослина і крупним планом квітки, не вистачає жіночих частин. На дні жіноча рослина з квітками, позбавленими функціональних чоловічих частин.

будучи однодомними, мають одностатеві квіти, але і чоловічі, і жіночі квіти знаходяться на одній рослині, наприклад кукурудза, рогіз і більшість видів кабачків.
мають двостатеві квіти з частинами, які дозрівають в різний час, наприклад, мають квіти, де спочатку пилок дозріває і поширюється, а потім рильця виробляються і здатні отримувати пилок.
маючи системи несумісності, які заважають пилку проростати та/або рости на рильцях тієї ж рослини і тому не в змозі запліднити власні квіти
неможливість формувати насіння, якщо статевий процес не буде здійснений

Показово, що кожна з цих ознак не є «всім або нічого» - є рослини, які, як правило, одностатеві, але можуть мати кілька квіток другої статі; є рослини, які в основному мають одностатеві квіти, але мають кілька двостатевих; є рослини, які мають окремий час дозрівання для самця і жіночі частини квітки, але мають кілька квітів, так що на будь-якій одній рослині можуть одночасно бути як функціональні чоловічі, так і жіночі частини; є рослини, які мають квіти, де пилок може рости, але не так швидко, як не самопилок; є рослини, які будуть виробляти насіння без статі, але тільки якщо сексу не відбулося (наприклад, запилення не відбулося); є рослини, які майже завжди виробляють насіння безстатевим шляхом, але іноді проходять статевий процес; є рослини, які виробляють клітини матері мегаспор, які піддаються мейозу, щоб зробити гаплоїдні мегаспори, які потім зливаються один з одним, утворюючи диплоїдна клітина, яка поводиться як зигота!

Селекційні системи важливі, оскільки вони впливають на еволюцію рослин, закономірності мінливості та реальність речей, які ми ідентифікуємо як «види».