Множественность путей повышения приспособленности Кафедра биологической

способов.

Задачи лекции.
Попытаемся ответить на вопрос, в чем причина возможности выработки

разных способов адаптации к факторам среды и разных способов повышения приспособленности.

Множественность путей повышения приспособленности

только при сравнении особей одного вида относительно друг друга;

2) Не

может рассматриваться в отрыве от конкретных экологических условий

Множественность путей повышения приспособленности

в Америке, 1864 г. - первые упоминания о мухах-вредителях на

яблоне, 2009 г. - сильные различия по поведению, брачным предпочтениям и генетике; уровень гибридизации не превышает 4–6%.

Согласованные различия в сроках выхода из куколки у трех видов мух и трех пород (зарождающихся видов) наездников. По горизонтальной оси: время в днях от момента вынимания куколок из холодильника («конца зимы») до вылупления взрослого насекомого. По вертикальной оси: доля вылупившихся насекомых. Черные значки — мухи, белые — наездники. Квадраты — «черничные» насекомые, кружки — «яблочные», треугольники — «боярышниковые».
Источник: Andrew A. Forbes, Thomas H. Q. Powell, Lukasz L. Stelinski, James J. Smith, Jeffrey L. Feder. Sequential Sympatric Speciation Across Trophic Levels // Science. 2009. V. 323. P. 776–779.

на боярышнике составляет 50%, а на яблоне 75%









Зараженность мух наездниками

на яблоне на 70% меньше.

которые приводят к появлению разных способов адаптации к среде (разных

способов повышения приспособленности), могут быть разными для разных уровней организации биологических систем.

Мы можем условно выделить такие уровни организации:

Экосистемный (уровень межвидовых взаимодействий).

2. Видовой:

1) популяционный (взаимодействия между особями);

2) организменный:
а) взаимодействия органов и систем органов;
б) клеточный (биохимический).

дрозофилы
Current model of the pteridine and ommochrome pathways. Genes (pink)

encode transport proteins (orange) and enzymes (green rectangles). Enzymes catalyze specific reactions (green arrows) that convert chemical precursors into pigments. Pigment colors are shown in parentheses; underlining denotes pigments visible only under UV light.
Источник: Genotype to Phenotype: Investigating Eye Color Mutations Using Chromatography By Tara C. Thiemann, Truman State University

процессов
Источник http://www.xumuk.ru

http://www.xumuk.ru

пестицидам
Множественность путей повышения приспособленности – организменный уровень – разные гены

и органы

организменный уровень – разные гены и органы
Источник: Fang Zhu, Hemant

Gujar, Jennifer R. Gordon, Kenneth F. Haynes, Michael F. Potter & Subba R. Palli, 2013. Bed bugs evolved unique adaptive strategy to resist pyrethroid insecticides. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 1456 | DOI: 10.1038/srep01456

популяциях и лабораторных линиях
Множественность путей повышения приспособленности – организменный уровень

– разные гены и органы

Источник: Fang Zhu, Hemant Gujar, Jennifer R. Gordon, Kenneth F. Haynes, Michael F. Potter & Subba R. Palli, 2013. Bed bugs evolved unique adaptive strategy to resist pyrethroid insecticides. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 1456 | DOI: 10.1038/srep01456

линии NY-1
Множественность путей повышения приспособленности – организменный уровень – разные

гены и органы

Источник: Fang Zhu, Hemant Gujar, Jennifer R. Gordon, Kenneth F. Haynes, Michael F. Potter & Subba R. Palli, 2013. Bed bugs evolved unique adaptive strategy to resist pyrethroid insecticides. SCIENTIFIC REPORTS | 3 : 1456 | DOI: 10.1038/srep01456

биологически важных функций

приспособленности – организменный уровень

Сент-Килда
Связь генотипа с размером рогов у диких соэйских баранов (все

особи на фотографиях — взрослые самцы). Гомозиготы Ho+/Ho+ (a) и гетерозиготы
Ho+/HoP (b) почти всегда имеют большие рога, тогда как среди гомозигот HoP/HoP примерно поровну особей с большими рогами (c) и с рудиментарными (d). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Источник: Susan E. Johnston, Jacob Gratten, Camillo Berenos, Jill G. Pilkington, Tim H. L Cutton-Brock, Josephine M. Pemberton & Jon Slate. Life history trade-offs at a single locus maintain sexually selected genetic variation // Nature. 2013. V. 502. P. 93–95.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

Сент-Килда
Источник: Susan E. Johnston, Jacob Gratten, Camillo Berenos, Jill G.

Pilkington, Tim H. lCutton-Brock, Josephine M. Pemberton & Jon Slate. Life history trade-ofs at a single locus maintain sexually selected genetic variation // Nature. 2013. V. 502. P. 93–95.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

Figure 2 | Annual fitness variation and RXFP2 genotype. a, Reproductive success in adult males (n5640). b, Survival in all males (n51,243). c, Overall fitness in all males (n51,204).

популяционный уровень
Личинки и имаго ивовой расы не могут питаться листьями

березы. В эксперименте при принудительном питании листьями березы гибель составляла 100%. В тоже время, березовая раса способна питаться листьями ивы. Обмен между ивовой и березовой расами составляет от 5,0 до 0,3%. Жуки ивовой расы несколько более гигрофильны и несколько более термофильны.

популяционный уровень

hypoleuca)
Pied flycatcher
Ficedula hypoleuca
Collared flycatcher
Ficedula albicollis
There are correlation between general environmental

conditions and a population phenotypic structure in the pied flycatcher => there are selective mechanisms maintaining polymorphism in breeding plumage coloration in pied flycatcher males

- winners,

Removal experiments  previous breeding experience: experienced males –

winners,

Aviary tests.

Who are better?!

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

приспособленности – популяционный уровень

ambient temperatures (aviary tests)
Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

путей повышения приспособленности – популяционный уровень

Т. А., Бушуев А. В. Влияние весенних температур на интенсивность

рекламного поведения и уровень базального метаболизма ярких и криптически окрашенных самцов мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca) // Зоологический журнал. ‒ 2014. ‒ T. 93, № 10. ‒ C. 15.
Ilyina T. A., Ivankina E. V. Seasonal Variation of Singing Activity and Relative Effect of the Advertising Behaviour of Males With Different Plumage Colour in the Pied Flycatcher Ficedula hypoleuca // Acta Ornithologica. ‒ 2001. ‒ T. 36, № 1. ‒ C. 85-89.

Интенсивность рекламного поведения у свободноживущих контрастно окрашенных самцов относительно мало подвержена влиянию температуры окружающей среды, тогда как бурые самцы заметно уменьшают рекламную активность при снижении температуры воздуха.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

от температуры окружающей среды в период размножения, тогда как BMR

бурых самцов зависит от нее: такие особи способны увеличивать BMR при низких температурах и снижать его при более высоких температурах окружающей среды.

Керимов А. Б., Гриньков В. Г., Иванкина Е. В., Ильина Т. А., Бушуев А. В. Влияние весенних температур на интенсивность рекламного поведения и уровень базального метаболизма ярких и криптически окрашенных самцов мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca) // Зоологический журнал. ‒ 2014. ‒ T. 93, № 10. ‒ C. 15.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

coloured pied flycatcher males in the reproductive part of the

population, depending on the air temperature in spring

Керимов А. Б., Гриньков В. Г., Иванкина Е. В., Ильина Т. А., Бушуев А. В. Влияние весенних температур на интенсивность рекламного поведения и уровень базального метаболизма ярких и криптически окрашенных самцов мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca) // Зоологический журнал. ‒ 2014. ‒ T. 93, № 10. ‒ C. 15.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

hypoleuca)
Pied flycatcher
Ficedula hypoleuca
Collared flycatcher
Ficedula albicollis
There are correlation between general environmental

conditions and a population phenotypic structure in the pied flycatcher => there are selective mechanisms maintaining polymorphism in breeding plumage coloration in pied flycatcher males

Ivankina, V.G. Grinkov, and A.B. Kerimov, 2001. Male colour type

and lifetime breeding success in the pied flycatcher ficedula hypoleuca. Acta Ornithologica, 36(1):91–96.

Множественность путей повышения приспособленности – популяционный уровень

повышения приспособленности – популяционный уровень

популяционный уровень

приспособленности особей разных видов в рамках определенных экосистем обусловлены теми

же причинами, которые приводят к разным способам повышения приспособленности на уровне организма или популяций (сложность организации, модульность организации, полифункциональность, множественное обеспечение функций).

На этом уровне добавляются межвидовые взаимодействия как таковые, которые могут меняться в ходе эволюции видов.

Brodie III. Phenotypic mismatches reveal escape from arms-race coevolution //

PLoS Biology. 11 March 2008. V. 6. No. 3.

Множественность путей повышения приспособленности – экосистемный (уровень межвидовых взаимодействий)

Коэволюция обыкновенной подвязочной змеи (Thamnophis sirtalis) и желтобрюхого тритона (Taricha granulosa) на западном побережье Северной Америки

Между ядовитыми североамериканскими тритонами и неядовитыми подвязочными змеями, которые ими питаются, идет эволюционная борьба по типу гонки вооружений. Во многих популяциях тритоны столь ядовиты, что ими не может питаться ни один местный хищник, кроме подвязочных змей, устойчивых к содержащемуся в коже тритонов яду — тетродотоксину. Естественный отбор, поощряя увеличение ядовитости у тритонов, у змей, в свою очередь, поощряет увеличение устойчивости к яду. Но в некоторых популяциях змеи одерживают над тритонами локальные победы, становясь настолько устойчивыми к яду, что любые возможные у местных тритонов степени ядовитости оказываются для змей неопасными. В таких районах гонка прекращается, и тритоны, живущие рядом с наиболее устойчивыми к яду змеями, могут быть не более ядовитыми, чем тритоны, живущие рядом с менее устойчивыми змеями — которые пока не одержали победу в эволюционной гонке и, с большим успехом поедая менее ядовитых особей, подстегивают увеличение ядовитости у своих жертв

в Америке, 1864 г. - первые упоминания о мухах-вредителях на

яблоне, 2009 г. - сильные различия по поведению, брачным предпочтениям и генетике; уровень гибридизации не превышает 4–6%.

Согласованные различия в сроках выхода из куколки у трех видов мух и трех пород (зарождающихся видов) наездников. По горизонтальной оси: время в днях от момента вынимания куколок из холодильника («конца зимы») до вылупления взрослого насекомого. По вертикальной оси: доля вылупившихся насекомых. Черные значки — мухи, белые — наездники. Квадраты — «черничные» насекомые, кружки — «яблочные», треугольники — «боярышниковые».
Источник: Andrew A. Forbes, Thomas H. Q. Powell, Lukasz L. Stelinski, James J. Smith, Jeffrey L. Feder. Sequential Sympatric Speciation Across Trophic Levels // Science. 2009. V. 323. P. 776–779.

Эмбриональная смертность мух на боярышнике составляет 50%, а на яблоне 75%



Зараженность мух наездниками на яблоне на 70% меньше.

которые приводят к появлению разных способов адаптации к среде (разных

способов повышения приспособленности), могут быть разными для разных уровней организации биологических систем.

В целом, появление разных способов адаптации к среде (разных способов повышения приспособленности) особей определяется:

Сложностью строения;
Модульностью организации;
Полифункциональностью большинства элементов биологических систем;
Множественностью обеспечения наиболее важных функций;
Сложностью экологических связей между особями как внутри вида, так и между видами;
Разной эволюционной судьбой популяций и видов.