Illustration: Chelsea Beck (Gizmodo)
Giz AsksIn dette Gizmodo-serien, kan vi stille spørgsmål om alt fra rum til skod og få svar fra en række eksperter.
Bjørne. Æsler. Fedt, venlige hunde. Disse dyr—dyr, der generelt har været omkring for en meget lang tid, længe nok til at føle sig som en fast del af landskabet. Det er nemt at glemme, at disse væsener ikke var der altid, og ikke altid ser ud som de gør nu. Om menneske—i modsætning til den geologiske tid, former synes mere eller mindre fast; seksuelle skikke og nationale holdninger i retning af fascisme kan ændre sig i løbet af ens levetid, men zebraer bo mere eller mindre det samme. At tage den lange udsigt, er det dog værd at spekulerer på, hvilke af disse dyr, som vi kender dem nu, har været rundt i den mindste mængde tid?
Til denne uges Social Spørger, nåede vi ud til en række evolutionære biologer for deres bud på, hvad den nyeste dyr. Det viser sig, at artsdannelse er svært at udpege—det er svært at sige, nogle gange, uanset om du beskæftiger sig med en hel ny art, eller bare en gammel arter med en underlig nye ting. Men, som mindst én af vores eksperter påpegede, at klimaændringer er hurtigere evolution op med alarmerende hast—så hvem ved, måske alle former for nye dyr vil være roaming (og/eller terroriserer) gaderne, kommer 2030.
Leif Andersson
Professor, Genomik, Uppsala Universitet, og en af verdens mest anerkendte forskere i den genomiske og molekylære studier af husdyrs
Dette er et spørgsmål, der ikke har svaret, for to hovedårsager: Artsdannelse er en gradvis proces, og der reelt ikke er nogen skarp grænse, hvor to populationer har afveget i den udstrækning, at de er to forskellige arter. For eksempel, tidligere i år, at mine kolleger og jeg offentliggjort et papir om den Store fugl slægt, som startede, da en Stor kaktus finch udvidet med en Mellemlang jorden finch i 1981, på den lille ø Daphne major i Galapagos-øgruppen. Siden da slægt har ikke blandet med andre arter, og har opført sig som en art. Men den slægt kan bryde ned, hvis ugunstige miljømæssige forhold ikke opstår.
Som sagt, er mange arter af dyr (hvis vi medtager alle hvirvelløse dyr) er stadig ukendte for videnskaben, så vi har ingen idé, hvis nye arter, der er ved at opstå blandt de grupper af dyr, der er dårligt undersøgt.
Axel Meyer
Professor, Biology, University of Konstanz, bedst kendt for sit arbejde på de økologiske og seksuel selektion i artsdannelse, blandt andre ting
I Lake Victoria, mere end 500 nye endemiske arter af fisk, der opstod i mindre end 15.000 år, og i nogle af de krater søer i Nicaragua, der er mindre end 2000 år gammel, finder vi endemiske arter, som vi har anslået til kun et par hundrede generationer gammel. De er absolut verdensrekorder i form af hastighed for artsdannelse.
“Der er sandsynligvis tusinder af arter, der har afveget fra hinanden i de sidste par hundrede eller et par tusinde år.”
Kevin Omland
Professor, Biologisk institut, University of Maryland Baltimore County
Mange mennesker tror, at mennesker, som de seneste arter. Eller de tror måske, at mennesker er den mest udviklede arter, eller arter, der har gennemgået den mest hurtige udvikling. Intet af dette er sandt. Men der er flere nyttige måder at tænke om menneskelige evolution, der kan hjælpe med at belyse disse begreber.
Det første, vi ved, at vi er meget tæt knyttet til chimpanser. Måske har vi udviklet sig fra chimpanser meget for nylig? Men, for startere, vi ikke udvikle sig fra chimpanser. Vi delte en fælles forfader med chimpanser. Chimpanser er vores fætre og kusiner ikke our stor, stor, …oldeforældre. Ok—så siger alle vores genomer er noget i retning af 99% identisk med chimpanser; måske, at opdele sket for ganske nylig. Men den bedste tyder på, vores to slægter speciated fra hinanden omkring syv millioner år siden, hvilket er ret lang tid siden evolutionært.
For det andet, hvad hvis vi spørger, når de fossile beviser tyder på, at vi udviklet vores nuværende form. Antropologer, der anvendes til at argumentere for, at Homo sapiens først vises i de fossile record for 200.000 år siden i det Østlige Afrika. Men sidste år fandt forskerne menneskelige fossiler i Marokko, der går helt tilbage til 300.000 år siden. Men en sådan dating kun fremhæver et lille antal af skelet morfologiske forskelle. Vel at vi er mere end bare knogler. Vi er som en art, der involverer mindst millioner af forskellige karakteristika ved vores morfologi, fysiologi og genomer. I sidste ende, er der ingen måde at sige, hvor vi er i dag spor tilbage til en enkelt punkt i tid—de forskellige dele af vores arvemasse har egenskaber, der spores tusinder af år, millioner af år, og milliarder af år. Selv om vi var med på sidelinjen at se, præcis hvad der skete, ville der ikke være nogen måde at sige, hvornår en art slutter, og en anden art begynder.
Tilpasning og artsdannelse er igangværende processer, der sker i slægterne over hele planeten hele tiden. Der er sandsynligvis tusinder af arter, der har afveget fra hinanden i de sidste par hundrede eller et par tusinde år. Der er nogle kendte eksempler i nyere “adaptive stråling”, der illustrerer, hvor hurtigt disse processer kan forekomme. En af de mest berømte eksempler på de seneste artsdannelse indebærer cichlid fisk af Afrika ‘ s Lake Malawi. Omkring 1.000 forskellige arter har udviklet sig bare i de sidste 1 million år eller så. Men der er mange andre lignende sager, herunder Darwins finker på Galapagos-Øerne, fårekyllinger på Hawaii og lemurer på Madagaskar. Min hustru undersøgelser flyve artsdannelse og hendes arbejde fokuserer på de seneste forskelle i de fluer, der lever af forskellige former for holly træer i det østlige Usa. Det ville være svært at fortolke gennem alle disse eksempler, og komme op med et par arter, som man kunne argumentere for, repræsenterer den seneste divergens.
Den nederste linje er, at vi alle fætre og kusiner. Hver enkelt art på planeten spor tilbage til en fælles forfader, der først har udviklet sig på Jorden for omkring 3-4 milliarder år siden! Siden den tid, livet har udviklet sig og divergerende i millioner af forskellige arter. Hver af disse arter har de seneste mange tilpasninger i deres genomer, især tilpasninger til vira og bakterier. Udviklingen stopper aldrig.
Tanker om, hvorvidt fætre er ældre eller yngre end hver anden er ikke så afgørende et spørgsmål. Alle arter på planeten er medlemmer af den nuværende generation af liv på Jorden.
Hver eneste af disse “bevarede” arter aktier en meget lille planet. Med undtagelse af et par astronauter på den Internationale rumstation, som Carl Sagan elegant påpeget, vi er alle på fast på dette meget små sten på nogle ubestemmelige arm af en meget almindelig galaxy. Vi er nødt til at tage vare på vores planet, og alle vores fætre og kusiner.
Matthew Knope
Lektor i Biologi og leder af Knope Evolutionære Lab på University of Hawaii, Hilo
Vores mest veldokumenterede eksempel i naturen er de tre strittende hundestejle (Gasterosteus spp.). Disse er små fisk, der har gentagne gange og uafhængigt speciated væk fra deres marine forfædre i søer og floder i Nordamerika og Europa, da smeltning af de store gletsjere i den Pleistocæne istid ~18.000 år siden skabt disse nye ferskvand levesteder.
En anden virkelig fantastiske ting om den hurtige udvikling af disse nye arter af sticklebacks er, at du se de samme underskrifter af naturlig udvælgelse, hver gang de selvstændigt udvikle sig til at leve i ferskvand. Når de kolonisere og tilpasse sig til disse nye ferskvand levesteder de gentagne gange konvergere på samme evolutionære ændringer i kropsform, skelet rustning, fodring linjer, pigmentering, regulering af intern salt, livshistorie strategier, og parring præferencer. Den anden helt fantastisk ting, vi ved, er, at denne gentagne uafhængig udvikling for at tilpasse sig disse lignende levesteder er også set i udviklingen af deres genomer. Der er, vi ser de samme ændringer i den samme sæt af genetiske loci (både dem, som koder for proteiner, og disse loci, der regulerer ekspressionen af disse gener), hver gang der er en artsdannelse event, fra marine forfædre til den nyligt udviklet ferskvand efterkommer arter!
“Hvad dyrene reagerer, evolutionært, at de ændringer, der opstår på grund af eller hurtige globale ændringer? Hvad dyrene laver noget nyt, som de aldrig har gjort før, eller har en form, som de aldrig har haft før?”
Alex Gunderson
Assisterende Professor i Økologi og Evolutionær Biologi og Leder af Gunderson Lab, Tulane University
Mit felt af undersøgelse er, hvordan udviklingen og menneskeskabte globale forandringer interagere med hinanden, så når jeg hører et spørgsmål som dette, hvad der popper ind i mit hoved er: hvordan dyr reagerer, evolutionært, at de ændringer, der opstår på grund af eller hurtige globale ændringer? Hvad dyrene laver noget nyt, som de aldrig har gjort før, eller har en form, som de aldrig har haft før?
Og i den forstand, at der er en masse nye dyr, og mange af dem ser anderledes ud end de gjorde, før vi begyndte hurtigt at ændre miljøet omkring dem. Når man ser på, for eksempel, myrer, der bor i urbane miljøer,—de ofte tåle højere varme end de gør i deres naturlige miljø. Ideen er, at byrum, på grund af alle de konkrete ting som, at det i gennemsnit er varmere, og disse dyr har udviklet sig, deres physiologies har udviklet sig til at tolerere disse højere temperaturer.
Et andet eksempel fra byområder ville være Anolis firben, som er en gruppe, at jeg studerer. Nogle af mine kolleger har fundet, at firben, der er flyttet ind i urbane miljøer, der lever på disse flade, glatte overflader, som er meget anderledes end de træer, som de levede på før. De er under udvikling: deres lemmer-form er i forandring, og de er udviklingen længere lemmer, der giver dem mulighed for at køre hurtigere på flade overflader, og de sidder med større tå-puder, som giver dem mulighed for at sortere i at holde fast på de glatte overflader bedre. Disse er de forandringer, der sker på den for i årtier.
Roger Butlin
Professor, Evolutionary Biology, University of Sheffield
Alle dyr, der er under udvikling hele tiden. Dette fortsatte forandringer, der gør det umuligt spørgsmål at svare på! Kunne du omformulere det til: hvilke arter der har adskilt de fleste for nylig i to nye arter? Men det er også svært—der er mange arter, hvor nogle grupper har udviklet sig til at være forskellige fra andre, og disse kan have været en del af den måde til at være nye arter.
Ofte det er sket for nylig, i de sidste hundreder eller tusinder af år. Ferskvand populationer af sticklebacks er et velkendt eksempel. De kystnære snegle, der studerer jeg er en anden, med klart forskellige former i forskellige habitater på den svenske kyst, selv om øerne, de bor på, har først for nylig er dukket op fra havet. En ny art af Darwins finke i Galapagos-øerne siges at have vist sig, som et resultat af hybridisering, blot et par generationer siden. Dette kan være den nyeste sag, vi kender.
“Dette spørgsmål illustrerer en fælles misforståelser om evolution. Alle organismer har udviklet sig, og fortsætte med at udvikle sig.”
Charles F. Aquadro
Professor i Befolkningen, Genetik og biologi og leder af Center for Komparative og Befolkning Genomics ved Cornell University
Dette spørgsmål illustrerer en fælles misforståelser om evolution. Alle organismer har udviklet sig, og fortsætte med at udvikle sig. Nogle mennesker mener, at mennesker toppen af udviklingen, men i virkeligheden, organismer med en kort generation gange (bakterier, mange insekter, osv.—typisk er små organismer) har faktisk haft større mulighed for at udvikle sig, end mennesker har på grund af det større antal af generationer (og dermed muligheder for naturlig udvælgelse) i korte generation af organismer i forhold til lange generation af organismer som mennesker.
I betragtning af, at vi alle har udviklet sig fra en fjern fælles forfader for milliarder af år siden, som betyder, at den tid, i år tilbage til det fælles forfader, er faktisk de samme for alle organismer. Nogle mennesker mener også, at fordi vi ikke kan se, at organismer ændrer sig (for eksempel, hvad de ser ud på ydersiden—ansigtstræk eller hvad), at disse organismer har stoppet udviklingen (tror hestesko krabber). Men i virkeligheden, den miljø er altid under forandring (ikke bare det abiotiske miljø, men det biotiske miljø, herunder patogener og parasitter), og disse sidstnævnte biotiske faktorer giver i mange henseender nogle af de mest kraftfulde og aldrig slutter pres for organismer at udvikle sig.
Mennesker er et godt eksempel. Patogener, såsom influenza er en konstant evolutionære pres, som mennesker må reagere immunologically. Mere indlysende, men en smule mere fjern eksempler, omfatter udviklingen af laktose tolerance (valgt af domesticering af kvæg osv.) og den selektion for seglcelle hæmoglobin varianter hos mennesker, der lever i områder af verden med vedvarende malaria.
Stephen Palumbi
Professor, Marine Biologi, Stanford University og medforfatter af Den Ekstreme Liv på Havet, blandt andre bøger
En masse af arter, der “optræder” tidligere til hinanden, end de gør til os—de kaldes kryptisk arter, og de er gode arter, af de vigtigste definitioner, at de ikke krydses med selv de mest lignende arter omkring dem. Dette er dybest set betyder, at de arter, der ikke selv kan fortælle hinanden fra hinanden ganske godt, så de ikke krydses. Men de er ikke let at skelne os fra deres søster arter af enhver, men den mest detaljerede kig. Og fordi de er så ens på så mange måder, de kan ikke rigtig findes i de fossile record, og datoen for ‘udseende’ er ofte kun er anslået af genetik.
Min favorit eksempel lige nu er en gruppe af storslåede bordplade koraller i Stillehavet. De er en del af en art komplekse, at alle er vant til at blive kaldt Acropora hyacinthus. Men der er mindst seks kryptisk arter i dette kompleks—op til fire af dem, der bor sammen på koralrev, som i Amerikansk Samoa, Cook-Øerne, Palau, GBR, osv. Grunden til at dette er min favorit, er, at en af disse arter har udviklet sig træk, at vi er at finde meget nyttig lige nu: de er bestandige mod varme bølger forårsaget af klimaændringer fejer hen over troperne og drab koraller engros.
Denne art, er det stadig kun er navngivet af en bogstavbetegnelse Han (til forskel fra Ha, Hb, Hc, Hd, Hf) er den mest varmebestandig af koncernen, associerede virksomheder med de mest varmebestandig symbionter, og lever i den varmeste mikroklimaer. Da vi flyttede det til en nærliggende koralrev og steg det i coral planteskoler, nubbins udføres bedre og overlevede hedebølger mere. Denne art kompleks er mere klar til de kommende klimaændringer, end vi ville vide, om vi troede, at alle koraller med det samme latinske navn (Acropora hyacinthus) alle var de samme.
Tim Barraclough
Professor, Evolutionary Biology, Imperial College London, der arbejder på udviklingen af arter mangfoldighed
Mennesker er ved at opdage nye arter hele tiden, men de fleste af dem har været omkring en lang tid. Enten er vi kun lige fundet dem, eller vi kun lige indset, at de er forskellige nok fra beslægtede dyr til at retfærdiggøre den navn af nye arter. Spørgsmålet om, hvilke dyrearter dannet for nylig er ret svært at besvare, fordi processen med at divergens i særskilte arter—kaldet artsdannelse—finder sted over lange perioder, og det er derfor svært at kategorisk sige, på hvilket tidspunkt der er en overgang fra “to populationer af samme art” til “to arter”. Vi kan dog vurdere divergens tid mellem de forskellige arter ved hjælp af molekylære ur fremgangsmåder: tendensen til, at en DNA-sekvens, der forskelle til at ophobe sig på et nogenlunde konstant rate over tid.
Forbehold ud af den måde, kan vi forsøge at besvare spørgsmålet. En af de mest fantastiske og hurtige stråling af dyrearter, der er cichlid fisk fra Lake Victoria, hvor mere end 500 arter, der stammer fra en fælles forfader mellem 100.000 til 400.000 år siden. Vi kan ikke nemt dato oprindelsen af hver art, fordi der ikke har været tid nok til at samle DNA-sekvens, der forskelle, men med et par forudsætninger kan det beregnes, at omkring 5% af de arter, der ville være mindre end 2000 år gammel og den yngste arter vil være omkring 150 år gamle. Desværre, som cichlide arter, der er ingen, der ved.
Et alternativt sted at kigge er for arter, der er forbundet med den menneskelige levesteder. For eksempel, kroppen lus (Pediculus humanus humanus) afviger fra hoved lus (Pediculus humanus capitis) omkring 100.000 år siden ind i en livsstil, der er forbundet med oprindelsen af tøj. De er i øjeblikket klassificeret som sub-arter, snarere end en fuld arter. Arter også om tilpasning til den menneskelige ændrede levesteder, som byer eller landbrugsjord. For eksempel er der to former for malaria-transmission myg Anopheles gambiae har tilpasset ris uafskallet felter versus vandpytter i Vest Afrika, og både af dem er stærkt forbundet med mennesker. Disse er for nylig blevet omklassificeret som Anopholes coluzzii og Anopholes gambiae. Deres afhængighed af høje tætheder af mennesker ville argumentere for, at divergens måske 5000 år siden, men forskellene tid estimeres ud fra DNA-sekvens data er omkring 60.000 år. Enten måde, at denne divergens er meget ny i forhold til de fleste andre arter. Andre tilfælde, såsom den foreslåede nye arter af Culex myg, der er tilpasset til livet i London Underground-systemet forbliver tvetydige, da disse kan være ældre og har koloniseret fra andre levesteder (fx huler).
Artsdannelse er i gang, og arter, der er i færd med at danne vil kun blive utvetydigt separat efter længere tid er forløbet, end vi kan observere direkte. Der er mange tilfælde af dyrearter tilpasse sig til konsekvenserne af mennesker på globalt levesteder og miljø. Om disse populationer er der stadig og afvige i fuld arter vil til dels afhænge af, hvor længe vores egne fodspor varer på planeten.
“Organismer udvikler sig gradvist, og så er det måske ikke så let at finde, når en dyreart nået sin nuværende form.’”
Nick Barton
Professor i Evolutionær Biologi og leder af forskerskolen på Institut for Videnskab og Teknologi i Østrig
Godt, dette er ikke så let at svare på: organismer udvikler sig gradvist, og så er det måske ikke så let at finde, når en dyreart nået sin “nuværende form.” Også, beviser kun kunne komme fra fossiler, der er spredt fordelt. For eksempel, selv om der er enighed om, at “anatomisk moderne mennesker” opstod for omkring 200.000 år siden, dette begreb er svært at definere—træk såsom store hjerner, anvendelsen af værktøjet, og bipedalism udviklet sig på forskellige tidspunkter på tværs af flere taxa. Det måske tydeligste eksempel kunne være husdyr, såsom hunde: morfologisk, hunde vise så meget mangfoldighed, som er typisk for pattedyr slægter (beslægtede grupper af arter), og de fleste af denne mangfoldighed er opstået fra organiseret udvalg af pedigree yngler i det 19 århundrede.
Sean Mullen
Lektor, Biologi, Boston University, hvis forskning er rettet mod at forstå oprindelsen og vedligeholdelse af mangfoldighed på alle niveauer af biologisk organisation
Dette er et ret svært spørgsmål at besvare, af flere grunde. Først og fremmest, dyreart, der er i konstant udvikling, herunder mennesker. For det andet, at vores viden om biodiversiteten er meget ufuldstændig, så ville det være umuligt at sige, om en art er “den yngste” eller “nyeste”. For det tredje, definitioner af, hvad der er arter varierer betydeligt blandt forskere og på tværs af forskellige grupper af organismer… yderligere mudding farvande.
Hvad vi kender, som evolutionære biologer, er, at der er iboende træk af organismer, der øger deres sandsynlighed for at en hurtig artsdannelse. Disse omfatter ting som hurtigt generation gange, høj mutation, priser osv. Hertil kommer, at vi ofte ser de højeste satser for artsdannelse og forskelle mellem forskellige grupper af organismer, der har udviklet sig vigtigste evolutionære innovationer, der giver dem mulighed for at kolonisere hidtil uudnyttede økologiske nicher. For eksempel, Afrikanske rift søen cichlid fisk, Darwins finker, eller neotropical Adelpha sommerfugle.
Den ene ting, jeg virkelig godt kan lide ved dette spørgsmål, dog, er, at hvis du spurgte 100 evolutionære biologer, du vil sandsynligvis få 100 forskellige og lige så dejlige svar!
“Der er mange tilfælde af dyrearter tilpasse sig til konsekvenserne af mennesker på globalt levesteder og miljø. Om disse populationer er der stadig og afvige i fuld arter vil til dels afhænge af, hvor længe vores egne fodspor varer på planeten.”
Har du et spørgsmål til Giz Spørger? E-mail til os på tipbox@gizmodo.com.
Dele Denne Historie