Экологическое наследство
Экологическое наследование происходит, когда организмы обитают в измененной среде, созданной предыдущим поколением; впервые он был описан Одлинг-Сми (1988). [ 1 ] и Одлинг-Сми и др. (1996) [ 2 ] как следствие строительства ниши . Стандартная эволюционная теория фокусируется на влиянии естественного отбора и генетической наследственности на биологическую эволюцию, когда особи, которые выживают и размножаются, также передают гены своему потомству. [ 3 ] Если потомство не живет в измененной среде, созданной их родителями, то деятельность родителей по созданию ниш не влияет на селективное давление их потомства ( см. Пауки-сферы в разделе «Генетическое наследование против экологического наследования» ниже). [ 3 ] Однако когда построение ниши затрагивает несколько поколений (т. е. родителей и потомков), экологическая наследственность действует по системе наследования, отличной от генетической наследственности.
Поскольку экологическое наследование является результатом экосистемной инженерии [ 4 ] [ 5 ] и построение ниш , приспособленность нескольких видов и их последующие поколения испытывают давление отбора, зависящее от измененной среды, которую они унаследовали. [ 6 ] [ 3 ] Организмы в последующих поколениях столкнутся с экологической наследственностью, поскольку на них влияет новая селективная среда, созданная предшествующим построением ниши . [ 3 ] В макроэволюционном масштабе экологическая наследственность определяется как «сохранение изменений окружающей среды видом на протяжении нескольких поколений, влияющих на эволюцию того или иного вида». [ 7 ] Экологическое наследование также определяется как «... накопление изменений окружающей среды, таких как измененные состояния почвы, атмосферы или океана, которые предыдущие поколения вызвали в результате своей деятельности по созданию ниш и которые влияют на развитие потомственных организмов». [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]
С построением ниш и экологическим наследованием связаны факторы и особенности организма и окружающей среды соответственно, где особенность организма является синонимом адаптации, если естественный отбор благоприятствовал этому в ответ на фактор окружающей среды. [ 9 ] Например, особенность окружающей среды могла повысить приспособленность особи, позволив ей более эффективно добывать пищевой ресурс или уклоняться от хищника. В этом контексте естественный отбор способствует установлению соответствия между признаками и факторами, определяемому как синергия. [ 3 ] [ 9 ] Экологическое наследование происходит, когда организм испытывает измененные отношения фактор-особенность под воздействием избранного давления, исходящего от родителей или поколений предков. [ 3 ] Ричард Левонтин подчеркивает, как, изменяя доступность биотических и абиотических ресурсов, организмы, создающие ниши, могут заставить организмы коэволюционировать с окружающей средой. [ 10 ]
Примеры
[ редактировать ]В книге «Происхождение видов » Чарльз Дарвин описал способы, с помощью которых организмы изменяют давление отбора , изменяя местную среду (т. е. среду обитания, в которой они живут), что влияет на их приспособленность . [ 11 ] Например, влияние экологического наследования на долгосрочную эволюционную динамику оказывают последующие поколения дождевых червей , которые зарываются в почву. [ 6 ] Роя норы, дождевые черви изменяют структуру почвы и обогащают ее питательными веществами, смешивая разлагающееся органическое вещество с неорганическим содержанием почвы. [ 6 ] Закапывание нор делает воду легко доступной и поглощаемой дождевыми червями в почве, и, следовательно, черви сохранили свои наследственные пресноводные почки, а не развили наземную анатомию. [ 6 ]
Экологическое наследование имеет важные последствия для макроэволюции. [ 12 ] [ 13 ] Предковые виды могут изменять окружающую среду посредством создания своих ниш, что может иметь последствия для других видов, иногда миллионы лет спустя. [ 13 ] [ 14 ] Например, цианобактерии производили кислород как побочный продукт фотосинтеза (см. «Великое событие оксигенации» ), что резко изменило состав атмосферы и океанов Земли, что имело огромные макроэволюционные последствия.
Экологическое наследование, экосистемная инженерия и строительство ниш
[ редактировать ]Почти все виды участвуют в экосистемной инженерии , которая происходит, когда доступность ресурса изменяется организмами, которые создают, изменяют или разрушают среду обитания. [ 15 ] [ 16 ] Создание ниши происходит, когда взаимодействие и отношения между видом и окружающей средой изменяют нишу и селективное давление вида. [ 7 ] Организмы изменяют свою местную окружающую среду или среду обитания, перемещаясь в другое место или физически изменяя избранную среду; когда эти модификации изменяют отбор последующих поколений, происходит экологическое наследование. [ 7 ] Таким образом, создание ниш фокусируется на эволюционном воздействии видов и их местной среды. [ 7 ] Экосистемная инженерия описывается как следствие создания ниши. [ 17 ] но неясно, всегда ли деятельность по проектированию экосистем влияет на отбор. [ 7 ] Экологическое наследование было названо «персистором», который может влиять на эволюцию, когда устойчивость экологического наследования превышает время существования «репликатора» - термин, который Ричард Докинз использовал для обозначения гена. [ 18 ] [ 19 ]
Генетическая наследственность против экологической наследственности
[ редактировать ]Генетическая наследственность зависит от процессов размножения, при которых гены передаются между поколениями, от родителей к потомству. [ 6 ] Экологическое наследование принимает форму биотически модифицированного давления отбора , которое может передаваться организмами одного поколения в любой момент жизни организмам последующих поколений и может рассматриваться как последующие поколения популяции, наследующие тип территории или собственности. [ 3 ] Экологическое наследование зависит не от репликации факторов окружающей среды, а, скорее, от устойчивости факторов окружающей среды, которые влияют на селективное давление последующих поколений. [ 3 ] Например, особенность построения паутины пауками-кругопрядами сформировалась в результате естественного отбора и передается последующим поколениям посредством генетического наследования; паутина не является формой экологического наследования, поскольку она слишком преходяща и не влияет на эволюцию популяций пауков из нескольких поколений посредством строительства ниш . [ 3 ] Если же физические характеристики измененной среды, созданной одним поколением, продолжают существовать для потомков, то построение ниши затрагивает более одного поколения и происходит экологическое наследование, как в описанном выше примере с дождевыми червями. [ 3 ]
При генетическом наследовании потомки наследуют гены (под действием естественного отбора) от своих родителей, которые содержат информацию в нуклеотидных последовательностях ДНК , используемых для выражения фенотипов ; при экологическом наследовании информация не передается одинаковым образом, а вместо этого характеристики измененной среды влияют на фенотипическое выражение потомков. [ 20 ] Механизмы генетического и экологического наследования также различны; тогда как генетическое наследование зависит от размножения (например, полового и бесполого), при котором гены передаются в одном направлении от родителя к потомству у одного и того же вида, измененная среда и ее селективное давление, вызванное экологической наследственностью, могут передаваться от одного вида к любому другому. виды внутри и между поколениями. [ 3 ]
Современный синтез
[ редактировать ]Экологическое наследование считается формой создания среды обитания, которая считается новым способом расширения естественного отбора как способа влияния организмов на свою собственную эволюцию. [ 8 ] [ 21 ] Два предположения в рамках современного синтеза заключаются в следующем: (1) только гены наследуются от одного поколения к другому и (2) микроэволюционные процессы, включающие отбор, дрейф, мутации и поток генов, влияют на закономерности макроэволюции. [ 8 ] Однако с начала двадцатого века биологи-эволюционисты модифицировали « Современный синтез» , включив в него способы, которыми организмы изменяют окружающую среду и заселяют их последующие поколения. [ 8 ] Эта новая интерпретация современного синтеза называется расширенным эволюционным синтезом и описывает, как экологическое наследование влияет на эволюцию в микро- и макроэволюционном масштабе, поскольку организмы изменяют свою среду неслучайным образом, создавая селективное давление на последующие поколения. [ 8 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Одлинг-Сми, FJ (1988). Фенотипы, создающие нишу. В HC Плоткин (ред.), Роль поведения в эволюции (стр. 73–132). Массачусетский технологический институт Пресс.
- ^ Одлинг-Сми, Ф. Джон; Лаланд, Кевин Н.; Фельдман, Маркус В. (1996). «Строительство ниши» . Американский натуралист . 147 (4): 641–648. дои : 10.1086/285870 . ISSN 0003-0147 . JSTOR 2463239 . S2CID 222326061 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л ОДЛИНГ-СМИ, Ф. ДЖОН; ЛАЛАНД, КЕВИН Н.; ФЕЛЬДМАН, МАРКУС В. (2003). Строительство ниши: забытый процесс эволюции (MPB-37) . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-04437-8 . JSTOR j.ctt24hqpd .
- ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (октябрь 1997 г.). «Положительные и отрицательные эффекты организмов как инженеров физических экосистем» . Экология . 78 (7): 1946–1957. doi : 10.1890/0012-9658(1997)078[1946:PANEOO]2.0.CO;2 . ISSN 0012-9658 .
- ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994), «Организмы как инженеры экосистем» , Управление экосистемами , Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York, стр. 130–147, doi : 10.1007/978-1-4612-4018-1_14 , ISBN 978-0-387-94667-2 , получено 10 мая 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Даншен, Этьен; Шармантье, Энн; Шампанское, Фрэнсис А.; Месуди, Алекс; Пужоль, Бенуа; Бланше, Саймон (июль 2011 г.). «За пределами ДНК: интеграция инклюзивного наследования в расширенную теорию эволюции» . Обзоры природы Генетика . 12 (7): 475–486. дои : 10.1038/nrg3028 . ISSN 1471-0056 . ПМИД 21681209 . S2CID 8837202 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Эрвин, Д. (июнь 2008 г.). «Макроэволюция экосистемной инженерии, создание ниш и разнообразие» . Тенденции в экологии и эволюции . 23 (6): 304–310. дои : 10.1016/j.tree.2008.01.013 . ПМИД 18457902 .
- ^ Jump up to: а б с д и Лаланд, Кевин Н.; Уллер, Тобиас; Фельдман, Маркус В.; Стерельный, Ким; Мюллер, Герд Б.; Мочек, Армин; Яблонка, Ева; Одлинг-Сми, Джон (22 августа 2015 г.). «Расширенный эволюционный синтез: его структура, предположения и предсказания» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 282 (1813): 20151019. doi : 10.1098/rspb.2015.1019 . ISSN 0962-8452 . ПМЦ 4632619 . ПМИД 26246559 .
- ^ Jump up to: а б Бок, Уолтер Дж. (1980). «Определение и признание биологической адаптации» . Американский зоолог . 20 (1): 217–227. дои : 10.1093/icb/20.1.217 . ISSN 0003-1569 . JSTOR 3882363 .
- ^ Левонтин, Ричард К. (1983). «Ген, организм и окружающая среда». В Бендалле, Д.С. (ред.). Эволюция от молекул к людям . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521289337 .
- ^ Дарвин, Чарльз (13 ноября 2008 г.), «гибридизм» , «Происхождение видов » , Oxford University Press, doi : 10.1093/owc/9780199219223.003.0010 , ISBN 978-0-19-921922-3 , получено 10 мая 2023 г.
- ^ Одлинг-Сми, Ф. Джон (2003). Строительство ниши . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-04437-8 .
- ^ Jump up to: а б Эрвин, Дуглас Х. (2008). «Макроэволюция экосистемной инженерии, строительства ниш и разнообразия». Тенденции Эколь Эвол . 23 (6): 304–310. дои : 10.1016/j.tree.2008.01.013 . ПМИД 18457902 .
- ^ Эрвин, Дуглас Х.; Валентин, Джеймс В. (2013). Кембрийский взрыв: реконструкция биоразнообразия животных . Гринвуд-Виллидж, Колорадо: Робертс и компания. ISBN 978-1-936221-03-5 .
- ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1997). «Положительные и отрицательные эффекты организмов как инженеров физических экосистем» . Экология . 78 (7): 1946–1957. дои : 10.2307/2265935 . ISSN 0012-9658 . JSTOR 2265935 .
- ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994), «Организмы как инженеры экосистем» , Управление экосистемами , Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer New York, стр. 130–147, doi : 10.1007/978-1-4612-4018-1_14 , ISBN 978-0-387-94667-2 , получено 28 марта 2023 г.
- ^ Одлинг-Сми, Ф. Джон (2003). Создание ниши: забытый процесс эволюции . Кевин Н. Лаланд, Маркус В. Фельдман. Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-1-4008-4726-6 . OCLC 827947192 .
- ^ Тернер, Дж. Скотт (1 июня 2004 г.). «Расширенные фенотипы и расширенные организмы» . Биология и философия . 19 (3): 327–352. дои : 10.1023/B:BIPH.0000036115.65522.a1 . ISSN 1572-8404 . S2CID 10994912 .
- ^ Докинз, Ричард (1 июня 2004 г.). «Расширенный фенотип, но не слишком расширенный. Ответ Лаланду, Тернеру и Яблоньке» . Биология и философия . 19 (3): 377–396. дои : 10.1023/B:BIPH.0000036180.14904.96 . ISSN 1572-8404 . S2CID 85750258 .
- ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х., ред. (1995). Связь видов и экосистем . дои : 10.1007/978-1-4615-1773-3 . ISBN 978-1-4613-5714-8 . S2CID 9103443 .
- ^ Левонтин, Ричард К. (1974). Генетическая основа эволюционных изменений . Издательство Колумбийского университета. ISBN 0-231-03392-3 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Одлинг-Сми, Ф. Джон (2010). «Нишевое наследство». В Пильуччи, Массимо; Мюллер, Герд Б. (ред.). Эволюция: расширенный синтез . МТИ Пресс. дои : 10.7551/mitpress/9780262513678.001.0001 . ISBN 978-0262513678 . Рассматривает экологическое наследование в более широком контексте наследования ниш.
- Одлинг-Сми, Ф. Джон; Лаланд, Кевин Н. (2011). «Экологическое наследство и культурное наследие: что это такое и чем они отличаются?». Биологическая теория . 6 (3): 220–230. дои : 10.1007/s13752-012-0030-x . S2CID 85409192 . Сравнивает экологическое и культурное наследие.