Chuỗi phản ứng của sự suy đoán • Alexander Markov • Tin tức khoa học về "Yếu tố" • Tiến hóa, Sinh học

Chuỗi phản ứng suy đoán

Ruồi Rhagoletis loài táo gai giao phối độc quyền trên táo gai. Cách đây 150 năm, các loài "quả táo" chỉ giao phối trên cây táo. Ảnh từ www.msu.edu

Các nhà sinh vật học Mỹ đã nhận được xác nhận sinh động của lý thuyết rằng sự phát triển của đa dạng sinh học có thể là một quá trình tự xúc tác (tự tăng tốc). Ruồi Rhagoletis pomonella, trong 150 năm, ấu trùng sống trong các loại trái cây táo gai, trước các nhà khoa học và người làm vườn, đã "tách rời" khỏi bản thân một loài mới đã trở thành một loại sâu hại nguy hiểm của cây táo. Khi nó bật ra, nó đã trở thành một kích thích cho sự suy đoán trong những người cưỡi ngựa ký sinh trên những con ruồi này. Về phần mình, người lái kích thích sự hình thành loài ở ruồi, buộc chúng phải chuyển sang cây mới.

Các nhà sinh vật học từ lâu đã tin rằng sự suy đoán có thể là một quá trình tự tăng tốc. Sự xuất hiện của các loài mới tạo ra các hốc tiềm năng mới có thể được làm chủ bởi “thế hệ” tiếp theo của các loài mới. Ví dụ, sự xuất hiện của các loài động vật ăn cỏ mới có thể kích thích sự suy đoán trong những kẻ săn mồi; Một động vật ăn thịt mới, cho một phần của nó, tạo ra một véc tơ mới của lựa chọn cho con mồi của nó, mà cũng có thể dẫn đến sự suy đoán.

Lý thuyết này có khá nhiều bằng chứng thực tế, mặc dù phần lớn là gián tiếp. Ví dụ, tỷ lệ các loài đặc hữu trên các đảo khác nhau của quần đảo Hawaii có tương quan thuận với tổng số loài trên đảo này (xem Brent C. Emerson, Niclas Kolm. Đa dạng loài có thể dẫn đến sự suy đoán, PDF, 165 Kb). Điều này có nghĩa là sự tăng trưởng của đa dạng loài kích thích sự suy đoán thêm (vì số lượng loài đặc hữu phản ánh tỷ lệ suy đoán trên đảo). Một vài trường hợp gọi là “cla-clagenogenesis”, hoặc đa dạng hóa phối hợp, đã được tìm thấy trong các sinh vật cộng sinh hoặc ký sinh trùng và ký chủ (một ví dụ được mô tả trong ghi chú. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp đa dạng hóa phối hợp, không thể chứng minh nghiêm ngặt rằng sự suy đoán là đối xứng, nghĩa là nó diễn ra mà không có sự tách biệt của các quần thể ban đầu bởi bất kỳ rào cản vật lý nào.

Trong số phát hành mới nhất của tạp chí Khoa học Các nhà sinh vật học người Mỹ dường như đã báo cáo trường hợp đầu tiên được chứng minh bằng văn bản về sự điều phối nội tiết được điều phối một cách nhanh chóng Rhagoletis pomonella và người lái Diachasma alloeum, ấu trùng trong đó là ký sinh trùng trong ấu trùng ruồi.

Ruồi Rhagoletis pomonella sống ở miền đông nước Mỹ. Trước sự ra đời của người châu Âu, ấu trùng của những con ruồi này chỉ phát triển trong các loại trái cây táo gai. Điều kiện tiên quyết để tách Rhagoletis pomonella hai loài xuất hiện trong thế kỷ XVII, khi thực dân châu Âu mang cây táo đến thế giới mới. Việc đề cập đến đầu tiên của cây táo Mỹ có từ năm 1647. Hai thế kỷ sau, vào năm 1864, những người làm vườn lần đầu tiên nhận thấy một con giun trắng mới, đột nhiên bắt đầu nuốt các loại cây trồng của họ.

Ấu trùng Rhagoletis pomonella trong một quả táo. Ảnh từ bài viết: Martin G. Kelly. Khi Worm Turns: Speciation và Apple Maggot Fly

Giun hóa ra là ấu trùng bay Rhagoletis pomonella, cho đến nay đã đặt trứng chỉ trên trái cây táo gai.

Trong hơn một thế kỷ rưỡi kể từ khi, các loại táo gai và táo đã trở nên khác biệt về hành vi, sở thích và di truyền của họ, ngày nay chúng có thể được coi là hai loài khác nhau. Họ gần như không giao phối với nhau (mức độ lai không vượt quá 4-6%); các loài táo gần như độc quyền trên quả táo, và các loài táo gai trên cây táo gai. Rõ ràng, đó là cách giao phối này trên cây "thức ăn gia súc" của ông đã thúc đẩy sự suy đoán nhanh chóng.Một côn trùng có thói quen như vậy (và phải nói rằng rất nhiều loài côn trùng ăn cỏ thích giao phối trên cây lương thực của chúng) cho sự suy đoán có thể là một thay đổi di truyền khá nhỏ, dẫn đến sự thay đổi về sở thích khứu giác. Về nguyên tắc, đối với sự xuất hiện của một loài "táo", một phụ nữ đột biến là đủ, thích mùi táo hơn mùi táo gai, và nó truyền tính năng này cho con của nó (sự thật cơ bản về ruồi Rhagoletis pomonella xem ấn phẩm: Martin G. Kelly. Khi con sâu biến: sự suy đoán và ruồi giấm táo).

Sau đó, côn trùng học đã phát hiện thêm hai loài. Rhagoletis, giống đó trên quả việt quất và quả tuyết. Bên ngoài, tất cả bốn loài thực tế không thể phân biệt được với nhau. Về mặt di truyền, chúng cũng rất gần, mặc dù có một số khác biệt.

Trên ruồi Rhagoletis người kỵ binh ký sinh Diachasma alloeum, đẻ trứng trong ấu trùng của ruồi. Ấu trùng của ruồi phát triển trong ấu trùng ruồi và cuối cùng giết chết nó (để biết thêm về những người đi, xem bài viết Lá Riders hiệu quả hơn trên rệp vừng khi chúng có chuyên môn thực phẩm khác nhau, Elements, ngày 25 tháng 9 năm 2008).

Rider nam Diachasma alloeum trên một quả táo bị nhiễm giun bay Rhagoletis pomonella. Ảnh từ www.nd.edu

Các nhà nghiên cứu đã quyết định kiểm tra xem sự xuất hiện của một loại ruồi mới cũng dẫn đến sự xuất hiện của một loại người mới. Phân tích cũng bao gồm các tay đua ký sinh trên quả việt quất và ruồi tuyết.

Các thí nghiệm trước đó cho thấy cả đực và cái của cả bốn loài ruồi đều bị thu hút bởi mùi của trái cây của chúng, trong khi mùi của 3 loại cây khác tác động lên chúng như chất đuổi.

Và những gì về các tay đua? Hóa ra là những tay đua có ấu trùng phát triển ở từng loài trong số bốn loài ruồi, quan sát chính xác sở thích mùi giống nhau. Bây giờ nó là cần thiết để kiểm tra xem các tay đua, giống như nạn nhân của họ, có thói quen giao phối gần các loại trái cây của "của họ" thực vật. Điều này cũng đã được xác nhận trong các quan sát thực địa.

Các tác giả cũng tiến hành phân tích di truyền của bốn nhóm người và tìm thấy những khác biệt nhỏ giữa chúng với tần suất xuất hiện của một số alen, và trong một số trường hợp, alen thường được tìm thấy ở một trong bốn dạng, không được tìm thấy ở những người khác. Điều này cho thấy sự vắng mặt của trao đổi gen đáng kể (lai tạo) giữa bốn loại kỵ binh.

Phân tích di truyền đưa ra một kết quả quan trọng khác: ông đã chỉ ra rằng sự đa dạng của những con ngựa không thể đến trực tiếp từ giống táo gai. Nhiều khả năng nó bắt nguồn từ giống blueberry, với một hỗn hợp nhỏ các gen táo gai. Nói cách khác, sự đa dạng hóa trong trường hợp này không được phối hợp chặt chẽ. Táo như một môi trường sống mới được phát triển bởi ruồi táo gai, tuy nhiên, ruồi táo (cũng là môi trường sống mới) đã được “làm chủ” chứ không phải bởi táo gai, nhưng bởi những tay đua blueberry, có thể chỉ với một số hỗn hợp của các gen cưỡi ngựa táo gai thu được như là kết quả của lai.

Các loại ruồi Rhagoletis khác nhau, ngoài đặc điểm di truyền và hành vi giao phối, cũng bởi thời gian nở từ nhộng. Các điều khoản này được tính thời gian đến thời điểm trưởng thành của quả. Với một cái nhìn tuyết, các nhà nghiên cứu vẫn chưa tìm ra (không trích xuất tài liệu với số lượng đủ), và cho ba loại khác, hình ảnh hóa ra là như sau. Quả việt quất chín đầu tiên ở phía đông của Hoa Kỳ, tiếp theo là táo và táo gai cuối cùng. Theo đó, từ nhộng đầu tiên xuất hiện là ruồi blueberry, sau đó quả táo bay, và cuối cùng là cây táo gai.

Các tác giả phát hiện ra rằng ba giống ngựa kỵ binh Diachasma alloeum có chính xác sự khác biệt trong thời gian xuất cảnh từ nhộng, như trong chủ sở hữu của họ. Người chơi Blueberry đầu tiên nở, sau đó là quả táo và quả táo gai là quả cuối cùng xuất hiện. Rõ ràng là những khác biệt này là di truyền. Các tác giả thậm chí còn tìm ra mối tương quan giữa một số dấu hiệu di truyền (microsatellites) mà chúng nghiên cứu và thời gian nở của người đi đường. Nói cách khác, mặc dù các gen trực tiếp điều chỉnh thời gian giải phóng từ nhộng vẫn chưa được phát hiện, nó đã gần như đã biết nơi để tìm chúng: bên cạnh những marker có trạng thái allelic tương quan với thời gian phát hành. Cũng cần lưu ý rằng sự khác biệt trong thời gian xuất hiện của nhộng tự động dẫn đến sự suy giảm khả năng lai giống giữa các giống khác nhau (các loài mới sinh) của những người kỵ sĩ, những người sống ở tuổi trưởng thành chỉ trong một thời gian ngắn – khoảng hai tuần.

Nói chung, dữ liệu thu được thuyết phục cho thấy rằng sự suy đoán trong ruồi Rhagoletis trở thành một động lực cho sự suy đoán trong ký sinh trùng của chúng – những tay đua Diachasma. Điều thú vị nhất là kết nối giữa sự suy đoán trong ruồi và tay đua có thể lẫn nhau.Có mọi lý do để tin rằng sự chuyển đổi của nạn nhân sang các nhà máy thức ăn gia súc mới được kích thích bởi ký sinh trùng. Chuyển sang một nhà máy mới, nạn nhân trong nhiều trường hợp một phần hoặc hoàn toàn loại bỏ các ký sinh trùng “quen thuộc” để tìm nó trên cây thức ăn gia súc cũ. Sau khi chuyển từ táo gai sang táo, ruồi thực sự đã đạt được một lợi thế về vấn đề này. Mặc dù các tay đua nhanh chóng theo họ đến một nhà máy thức ăn gia súc mới, tuy nhiên, tỷ lệ nhiễm ấu trùng của ruồi trong ấu trùng ruồi táo vẫn thấp hơn 70% so với cây táo gai. Điều này một phần là do quả táo lớn hơn quả táo gai và dễ dàng giấu trong quả trứng trứng dài. Thật thú vị, táo là môi trường sống ít thuận lợi cho ấu trùng ruồi. Rhagoletishơn trái táo gai. Trong táo gai, ấu trùng xuất hiện từ một nửa số trứng đẻ bay, và trong quả táo – chỉ từ một phần tư.

Sự khác biệt đã thống nhất trong thời gian xuất phát từ nhộng ở ba loài ruồi và ba giống (loài mới sinh) của người đi đường. Dọc theo trục ngang: thời gian trong ngày kể từ thời điểm lấy ra các pupae từ tủ lạnh ("cuối mùa đông") để nở một côn trùng trưởng thành. Trục tung: tỷ lệ côn trùng nở. Biểu tượng màu đen – ruồi, người da trắng – người đi. Hình vuông – côn trùng "blueberry", cốc – "Apple", hình tam giác – "táo gai". Hình từ bài viết được đề cậpKhoa học

Do đó, trong quá trình chuyển đổi từ táo gai sang táo, không chỉ có lợi thế, mà còn có những nhược điểm. Điều này có thể được coi là một lập luận gián tiếp ủng hộ thực tế rằng ký sinh trùng là một yếu tố quan trọng góp phần vào sự hình thành của ruồi. Nếu nó không phải là cho các ký sinh trùng từ đó táo cung cấp cho bảo vệ tốt nhất, lựa chọn tự nhiên sẽ không hỗ trợ việc chuyển đổi của ruồi để ít trái cây phù hợp cho họ.

Do đó, có thể là sự suy đoán có thể tuân theo nguyên lý của một chu kỳ tự phân tích: sự suy đoán của các nạn nhân kích thích sự phát hiện của ký sinh trùng và ngược lại. Các tác giả kết luận bài báo với một cụm từ có nghĩa đen: “Cho rằng có lẽ hơn một nửa số động vật là ký sinh trùng theo nghĩa rộng, và có nhiều côn trùng ăn cỏ hơn bất kỳ dạng sống nào khác, và 20% tất cả côn trùng có thể là những người đi ký sinh, cần phải nhận ra rằng trong tự nhiên có một thế giới hoàn toàn có khả năng cho sự suy đoán độc lập. "

Điều này tôi muốn thêmrằng người tham gia thứ ba trong chuỗi dinh dưỡng này, nhà máy thức ăn gia súc, về mặt lý thuyết cũng có thể tham gia vào chu trình autocatalytic phối hợp điều tra. Rõ ràng, trong một số trường hợp, việc chọn lọc tự nhiên có thể hỗ trợ những thay đổi trong thực vật giúp chúng thoát khỏi sâu bệnh và đồng thời tạo ra các điều kiện tiên quyết cho sự suy đoán (một ví dụ điển hình về sự thay đổi di truyền với “hiệu ứng kép” là sự dịch chuyển thời gian ra hoa). Một trong những lý do chính cho sự đa dạng tuyệt vời của cuộc sống, có lẽ, chính nó.

Nguồn: Andrew A. Forbes, Thomas H. Q. Powell, Lukasz L. Stelinski, James J. Smith, Jeffrey L. Feder. Thứ tự Sympatric Speciation Across Trophic Levels // Khoa học. 2009. V. 323. P. 776-779.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: