Sopeutumislevittäytyminen | Nopea evolutiivinen säteily
Adaptiivinen säteily on nopeaa evolutiivista säteilyä. Se tarkoittaa lajien lukumäärän ja monimuotoisuuden lisääntymistä kussakin linjassa. Se tuottaa enemmän uusia lajeja, ja nämä lajit elävät laajemmassa valikoimassa elinympäristöjä.
Joissakin määritelmissä se ilmaistaan yhden klaadin kannalta: "Adaptiivinen säteily on uusien taksonien nopea lisääntyminen yhdestä esi-isäryhmästä". Kaikkein silmiinpistävimmissä tapauksissa, kuten triaskaudella maapallon historian suurimman sukupuuttoon kuolemisen jälkeen, monet sukulinjat kokivat kuitenkin nopean säteilyn samanaikaisesti. Tämä liittynee ekologisten markkinarakojen saatavuuteen ja suhteellisen vähäiseen kilpailuun.
Ediacaran eliöstö oli varhaisen metazoan säteilyn tulos. Kaikista suurin säteily tapahtui kambrikauden alkupuolella, jolloin suurin osa eläinheimoistamme kehittyi: katso Luettelo eläinheimoista.
Kun kilpailu vähenee, ryhmät monipuolistuvat täyttääkseen käytettävissä olevat elinympäristöt ja markkinaraot. Tämä on luonnonvalinnan ohjaama evoluutioprosessi.
Termin otti käyttöön ja siitä keskusteli George Gaylord Simpson, paleontologi, joka vaikutti nykyaikaiseen evoluutiosynteesiin. Muut eivät halua käyttää termiä. Robert L Carroll käyttää mieluummin termiä suuret evoluution siirtymät, vaikka käy ilmi, että kaikkia tai useimpia näistä voitaisiin kuvata myös sopeutuviksi säteilyiksi. Toiset käyttävät termejä kuten makroevoluutio tai jopa megaevoluutio, ikään kuin prosessit eroaisivat lajitason alapuolella tapahtuvista prosesseista. Evoluutioteoriaan kuuluu, että kaikki prosessit tapahtuvat populaatiotasolla. Kaikki ovat kuitenkin yhtä mieltä siitä, että evoluution nopeus muuttuu, mitattiinpa sitä miten tahansa.
Lintujen nokkien ja ruokintamenetelmien kehittyminen johti lintulajien määrän suureen kasvuun. Eläviä lintulajeja on ainakin 9 000, mikä on paljon enemmän kuin nisäkkäillä.
Muutosnopeuden mittaaminen
Ajoitusta koskevat tiedot ovat puutteellisia, koska fossiilirekisterissä on aukkoja, usein juuri niissä ratkaisevissa alkuvaiheissa, jolloin lajin määrä on vähäinen ja maantieteellinen levinneisyys on hyvin rajoitettu. "Todellisuudessa lähes jokaisessa sukupuussa on pitkiä ajanjaksoja, joiden fossiiliset tiedot ovat tuntemattomia".p297 Nämä aukot vaikuttavat tietämykseemme ajoituksesta sekä kehon muodon ja toiminnan muutoksista.
Kun lyhyessä ajassa ilmestyy useita selvästi uusia linjoja, on kuitenkin järkevää sanoa, että muutosvauhti on ollut yllättävän nopea. Esimerkkinä voidaan mainita uusien matelijaryhmien ilmaantuminen ylemmän triaskauden aikana. Käyttämällä termiä "matelija" laajasti, ryhmiin kuuluvat dinosaurukset, pterosaurukset, Chelonia (kilpikonnat), krokodylomorfit (varhaiset Crocodilia), fytosaurukset ja hieman aikaisemmin (keskitriaskaudella) ihtyosaurukset.
Nämä säteet syntyivät paleotsooisen aikakauden päättäneen suuren permikautis-triaskaalisen sukupuuttoon kuolemisen jälkeen. Triaskaudella itsessään oli useita pienempiä (mutta silti merkittäviä) sukupuuttoja. Valitettavasti triaskausi on koko mesotsooisen kauden huonoin fossiilirekisteri.
Aiheuttaa
Innovaatio
Uuden ominaisuuden kehittyminen voi antaa ryhmälle mahdollisuuden monipuolistua, koska se mahdollistaa uudet elintavat. Räikeimpänä esimerkkinä tästä on kleidomainen muna, joka kehittyi varhaisissa amnioteissa ja mahdollisti selkärankaisten pääsyn maalle. Cleidoisen munan on täytynyt kehittyä viimeisimmän devonikauden tai varhaisen hiilikauden aikana. Sammakkoeläimet, jotka haarautuivat ennen tätä tapahtumaa, munivat edelleen veteen, joten niiden mahdollisuudet hyödyntää maaympäristöjä ovat rajalliset.
Esimerkki vaatimattomammasta innovaatiosta on nisäkkäiden hampaiden neljännen hampaan evoluutio. Tämä ominaisuus mahdollistaa sen, että ravinnoksi kelpaavien elintarvikkeiden valikoima kasvaa huomattavasti. Tämän ominaisuuden kehittyminen on siis lisännyt nisäkkäiden käytettävissä olevien ekologisten markkinarakojen määrää. Ominaisuus on syntynyt useita kertoja eri ryhmissä kainotsooisen kauden aikana, ja joka kerta sitä on seurannut välittömästi sopeutuva säteily. Lintujen kohdalla lennon kehittyminen avasi uusia mahdollisuuksia, ja ainakin kaksi valtavaa sopeutumissädettä tapahtui (toinen ennen ja toinen jälkeen K/T-sukupuutostapahtuman). Vielä silmiinpistävämpää oli hyönteisten lentokyvyn kehittyminen, joka johti valtavaan säteilyyn mesotsooisella kaudella. Sitten nämä hyönteisryhmät kehittivät tapoja syödä kukkivia kasveja. Niitä on nyt huomattavasti enemmän kuin kaikkia muita eläinlajeja.
Mahdollisuus
Sopeutumissäteilyä tapahtuu usein silloin, kun organismit tulevat ympäristöihin, joissa on tyhjiä markkinarakoja, kuten vastaperustettuun järveen tai eristettyyn saariketjuun. Kolonisoiva(t) populaatio(t) voi(vat) monipuolistua nopeasti ja hyödyntää kaikkia mahdollisia markkinarakoja. Mahdollisuuksia tarjoutuu, kun aiemmin erillään olleiden alueiden välille muodostuu maasiltoja ja kun lajit pääsevät uuteen paikkaan maailmassa.
Victoriajärvessä, joka on äskettäin Afrikan repeämälaaksoon muodostunut eristynyt järvi, yli 300 särkikalalajia on syntynyt yhdestä kantalajista vain 15 000 vuoden aikana.
Tyhjät saaret
Havaijinsaarilla on noin 17 000 kilometrin (6 500 neliömetrin) alueella (2 ) maailman monipuolisin kokoelma drosofilidikärpäsiä, jotka elävät sademetsistä vuoristoniittyihin. Havaijilaisia drosofilidilajeja tunnetaan noin 800.
Tutkimukset osoittavat, että lajeja siirtyy selvästi vanhemmilta saarilta uusille saarille. On myös tapauksia, joissa lajit siirtyvät takaisin vanhemmille saarille ja jättävät saaria väliin, mutta nämä ovat paljon harvinaisempia. Kalium/argon-radioaktiivisen ajanmäärityksen mukaan nykyiset saaret ovat peräisin 0,4 miljoonaa vuotta sitten (mya) (Mauna Kea) ja 10 miljoonaa vuotta sitten (Necker). Havaijin saariston vanhin vielä merenpinnan yläpuolella oleva osa on Kure-atoll, joka voidaan ajoittaa 30 mya:n ikäiseksi. Itse saaristo, joka on syntynyt Tyynenmeren laattojen liikkuessa kuuman pisteen yli, on ollut olemassa paljon kauemmin, ainakin liitukaudella. Havaijin saaret ja entiset saaret, jotka ovat nyt meren alla, muodostavat Havaijin ja Keisarin saarien ketjun, ja monet vedenalaisista vuorista ovat guyotteja.
Kaikki Havaijin kotoperäiset drosofilidilajit ovat ilmeisesti peräisin yhdestä esi-isälajista, joka asutteli saaret noin 20 miljoonaa vuotta sitten. Tätä seuranneen sopeutumissäteilyn taustalla oli kilpailun puute ja monenlaiset vapaat markkinaraot. Vaikka yksittäinen tiineenä oleva naaras olisi voinut asuttaa saaren, on todennäköisempää, että kyseessä on ollut saman lajin ryhmä.
Havaijin saaristossa on muitakin eläimiä ja kasveja, jotka ovat kokeneet samanlaisia, joskin vähemmän näyttäviä sopeutumissäteitä.
Joukkosukupuutot
Sopeutumissäteilyä seuraa yleisesti massasukupuutto. Uhanalaisten sukupuuttoon kuolemisen jälkeen monet markkinaraot jäävät tyhjiksi. Klassinen esimerkki tästä on ei-avianisten dinosaurusten korvautuminen nisäkkäillä paleoseenikaudella liitukauden lopulla.
1. Laji A vaeltaa mantereelta ensimmäiselle saarelle. 2. Mantereesta eristettynä laji A kehittyy lajiksi B. 3. Laji B vaeltaa toiselle saarelle. 4. Laji B kehittyy lajiksi C. 5. Laji C asuttaa uudelleen ensimmäiset saaret, mutta ei nyt pysty lisääntymään lajin B kanssa. 6. Laji C kehittyy lajiksi C. Laji C siirtyy kolmannelle saarelle. 7. Laji C kehittyy lajiksi D. 8. Laji D vaeltaa ensimmäiselle ja toiselle saarelle. 9. Laji D kehittyy lajiksi E. Tämä prosessi voi jatkua loputtomiin, kunnes saavutetaan suuri monimuotoisuus.
Suuri säteily
- Kambriumin räjähdys: tunnetuin kaikista sopeutuvista säteilyistä. Useimmat suvut ilmestyivät Kambriumin aikana tai juuri ennen sitä.
- Lentäminen: kaikki lentävät eläimet ovat erittäin menestyksekkäitä.
- Hyönteisten lentäminen: Pterygota: suurin osa elävistä lajeista on lentäviä hyönteisiä.
- Lintujen lento: lintujen alkuperä: suurin määrä maaselkärankaisia.
- Dinosaurusten ylemmän triaskauden säteily.
- Kukkivien kasvien säteily ylemmän liitukauden aikana.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on adaptiivinen säteily?
V: Adaptiivinen säteily on nopea evoluutioprosessi, joka lisää lajien lukumäärää ja monimuotoisuutta kussakin sukulinjassa ja tuottaa enemmän uusia lajeja, jotka elävät laajemmissa elinympäristöissä.
K: Miten adaptiivinen säteily toimii?
V: Sopeutuva säteily toimii siten, että ryhmät monipuolistuvat täyttääkseen käytettävissä olevat elinympäristöt ja kapeikot, mikä on luonnonvalinnan ohjaama evoluutioprosessi.
K: Kuka otti käyttöön termin "sopeutuva säteily"?
V: Termin otti käyttöön ja siitä keskusteli George Gaylord Simpson, paleontologi, joka vaikutti nykyaikaiseen evoluutiosynteesiin.
K: Käytetäänkö sopeutuvasta säteilystä muuta terminologiaa?
V: Robert L Carroll käyttää mieluummin termiä suuret evolutiiviset siirtymät, vaikka onkin käynyt ilmi, että kaikkia tai suurinta osaa niistä voitaisiin kuvailla myös sopeutuvaksi säteilyksi. Toiset käyttävät termejä kuten makroevoluutio tai jopa megaevoluutio, ikään kuin prosessit eroaisivat lajitason alapuolella tapahtuvista prosesseista.
Kysymys: Tapahtuuko sopeutuvaa säteilyä populaatiotasolla?
V: Kyllä, evoluutioteoriaan kuuluu, että kaikki prosessit tapahtuvat populaatiotasolla.
K: Mikä oli yksi esimerkki varhaisesta metazoan säteilystä?
V: Ediacaran eliöstö oli esimerkki varhaisesta metazoan säteilystä.
K: Milloin suurimmat eläinheimot kehittyivät?
V: Suurimmat eläinkunnat kehittyivät kambrikaudella, jolloin useimmat eläinkunnat säteilivät nopeasti samanaikaisesti ekologisten markkinarakojen saatavuuden ja suhteellisen vähäisen kilpailun vuoksi.
