Кіріспе

Эволюциялық биологияда симпатрикалық түрлену – тірі қалған ата-баба түрінен жаңа түрдің эволюциясы, олар екеуі де бір географиялық аймақта мекендеуін жалғастырады. Эволюциялық биология мен биогеографияда симпатрикалық және симпатрия – ареалдары үстігіше келіп, кем дегенде кейбір жерлерде бірге кездесетін организмдерді атау үшін қолданылатын терминдер. Егер бұл организмдер тығыз туыс болса (мысалы, бауырлас түрлер), мұндай таралу симпатрикалық түрленудің нәтижесі болуы мүмкін. Этимологиялық тұрғыдан симпатрия сөзі алынған. Симпатрикалық түрлену – түрленудің үш дәстүрлі географиялық режимінің бірі. Аллопатрикалық түрлену – бір түрдің екі немесе одан көп популяциясының географиялық оқшаулануынан туындаған түрлердің эволюциясы. Бұл жағдайда гендер ағынының болмауы дивергенцияға (таралуға) ықпал етеді. Парапатрикалық түрлену – географиялық жағынан жақын орналасқан популяциялардың ерекше түрлерге эволюциясы. Бұл жағдайда екі топтың араласуы шектелгеніне қарамастан, дивергенция (таралу) жүзеге асады. Симпатрикалық түрленуде араласуға географиялық кедергі жоқ. Бұл санаттар – әртүрлі топтардың нөлден (симпатрикалық) толық (аллопатрикалық) кеңістіктік бөлінуіне дейінгі үздіксіздіктің ерекше жағдайлары. Дегенмен, бактерияларда осыған ұқсас процесс ("белгілі экологиялық нишаларды иеленетін жаңа бактериялық түрлердің пайда болуы" деп анықталған) жиірек кездесуі мүмкін, себебі бактериялар жыныстық көбеюдің біртектілендіру әсерімен шектелмейді және көлденең гендер алмасу арқылы салыстырмалы түрде күрт және жылдам генетикалық өзгеріске ұшырайды.

Дәлел

Симпатрикалық түрлену оқиғалары өсімдіктерде жиі кездеседі, олар көптеген гомологты хромосома жиынтықтарын жинауға бейім, нәтижесінде полиплоидия пайда болады. Полиплоидты ұрпақтар ата-ана өсімдіктерімен бір ортада тіршілік етеді (сондықтан симпатрия), бірақ көбейтуге қабілетсіз. Симпатриялық түрленудің баламалы механизмдері үшін бірнеше модельдер ұсынылған. Ең танымал модель, бұзылушы таңдауға негізделген, алғаш рет 1966 жылы Джон Мейнард Смит ұсынған. Мейнард Смит гомозиготты жеке тұлғалар белгілі бір экологиялық жағдайларда, белгілі бір қасиет бойынша гетерозиготты аллельдерге қарағанда жоғары тіршілікке ие болуы мүмкін екенін болжады. Осылайша, табиғи іріктеу механизмі бойынша гомозиготылық гетерозиготылыққа қарағанда басымдыққа ие болып, ақырында түрленуге әкеледі. Симпатриялық дивергенция жыныстық қақтығыстар нәтижесінде де пайда болуы мүмкін. Бұзылу көп гендік белгілерде де жүзеге асуы мүмкін. Орталық жер қыран (Geospiza fortis) Санта-Крус аралындағы популяциясында гендік қордың айырмашылығын көрсетеді. Мүсіндеу морфологиясы екі түрлі өлшем стандартына сәйкес келеді, ал аралық белгілеріне ие жеке тұлғаларға қарсы іріктеу жүргізіледі. Кейбір қасиеттер (сиқырлы қасиеттер деп аталады), мысалы, мүсіндеу морфологиясы, жұптасу сигналдарына да әсер ететіндіктен, түрленуді қозғауы мүмкін. Бұл жағдайда, әртүрлі мүсіндеу фенотиптері әртүрлі құс үндеріне әкелуі мүмкін, бұл гендік қорлар арасындағы алмасуға кедергі жасайды. Осыған ұқсас жүйе жылқының ілгегі балдырмаларында да байқалады, онда эхолокация шақыру жиілігі сиқырлы қасиет болып көрінеді. Бұл балдырмаларда шақырудың тұрақты жиілік компоненті олжаның мөлшерін анықтау ғана емес, сонымен қатар әлеуметтік коммуникацияның кейбір аспектілерінде де маңызды рөл атқарады. Үлкен құлақты жылқының ілгегі балдырмасы (Rhinolophus philippinensis) бойынша жүргізілген зерттеулер симпатрикалық морфтар арасындағы шақыру жиілігінің күрт өзгеруі көбейту оқшауланумен байланысты екенін көрсетті. Симпатриялық түрленудің тағы бір жақсы зерттелген жағдайы - жәндіктердің бірнеше түрлі қонақ өсімдіктерімен қоректенуі. Бұл жағдайда жәндіктер әртүрлі өсімдіктердің қорғаныс механизмдерін жеңу үшін күресіп, маманданған. (Drès and Mallet, 2002) Алма құрты Rhagoletis pomonella қазіргі уақытта симпатриялық немесе, дәлірек айтқанда, гетеропатрикалық (қараңыз, гетеропатрия) түрленуден өтуі мүмкін. Бұл түрдің алмамен қоректенетін түрі 1800-1850 жылдар аралығында, яғни Солтүстік Америкаға алма алғаш рет енгізілгеннен кейін, көк шыршамен қоректенетін түрінен спонтанды түрде пайда болған сияқты. Алма жейтін түр қазір көк шыршамен қоректенбейді, ал көк шырша жейтін түр алмамен қоректенбейді. Бұл жаңа түрдің пайда болуына алғашқы қадам болуы мүмкін. Кейбір паразиттік құмырсқалар симпатриялық түрлену арқылы дамыған болуы мүмкін. Крейтерлік көлдер мен аралдар сияқты оқшауланған және салыстырмалы түрде біртекті орталар симпатриялық түрленуді көрсетуге ең қолайлы географиялық жағдайлардың бірі болып табылады. Мысалы, Никарагуа кратерлік көліндегі цихлидтер балықтарына сипатталған тоғыз түр және симпатриялық түрлену арқылы дамыған ондаған сипатталмаған түрлер кіреді. Монострома латиссимум, теңіздің жасыл балдыры, сондай-ақ Оңтүстік-Батыс Жапон аралдарында симпатриялық түрленуді көрсетеді. Панмиктикалық болғанымен, ядролық интронға негізделген молекулалық филогенетика халықтың таңғажайып әртараптануын көрсетті. Африкалық цихлидтер де симпатриялық түрленудің кейбір дәлелдерін ұсынады. Олар Африканың Ұлы көлдерінде кең түрлілікке ие. Көптеген зерттеулер жыныстық іріктеуді көбейту оқшаулануын сақтаудың бір жолы деп көрсетеді. Әйелдердің еркектердің түсіне қатысты таңдауы африкалық цихлидтердегі жыныстық іріктеудің ең көп зерттелген механизмдерінің бірі болып табылады. Әйелдердің таңдауы цихлидтерде бар, өйткені әйелдер ұрпақ тәрбиелеуде көп жұмыс істейді, ал еркектер ұрпаққа аз энергия жұмсайды. Олар еркектерді таңдағанда, өзіне ұқсас немесе ең жарқын түстерді таңдайды, сезімталдыққа сүйенеді. Бұл көлдердегі симпатриялық түрленуді сақтауға көмектеседі. Цихлидтер акустикалық көбейту коммуникациясын да қолданады. Аталық цихлид әйелге ритуалдық көрсету ретінде дірілдейді, бұл белгілі бір сандағы импульстар мен импульс кезеңін тудырады. Әйелдердің жақсы гендерді және сезімталдықты таңдауы осы жағдайда шешуші факторлардың бірі болып табылады, ол өз түріндегі және ұрпақтың тіршілікке жарамдылығын арттыратын шақыруларды таңдайды. Аталықтар арасындағы бәсекелестік - ішкі жыныстық іріктеудің бір түрі және африкалық цихлидтерде түрленуге де әсер етеді. Аталықтар арасындағы ритуалдық күрестер қай аталықтардың жұптасуда сәтті болатынын анықтайды. Бұл симпатриялық түрлену үшін маңызды, өйткені ұқсас аталықтары бар түрлер бір әйелге бәсекелесуі мүмкін. Бір фенотипке артықшалық болуы мүмкін, бұл бір түрдің екінші түрге енуіне мүмкіндік береді. Зерттеулер бұл әсерді генетикалық жақын түрлерде, өзара шағылысу қабілетіне ие және фенотиптік түс айырмашылықтарын көрсететін түрлерде көрсетеді. Экологиялық сипаттамалық орын ауыстыру симпатриялық түрленудің тағы бір механизмі болып табылады. Әр көлде түрлердің қоныстануына болатын әртүрлі нишалар бар. Мысалы, әртүрлі диета және судың тереңдігі бір көлдегі түрлер арасындағы оқшаулануды сақтауға көмектеседі. Аллохрония симпатриялық түрленудің болғанын растайтын эмпирикалық дәлелдер ұсынады, өйткені көптеген жақында дивергенцияланған (сіңір түрлер) аллохрондық түрлердің мысалдары бар. Аллохронияға байланысты жүріп жатқан симпатриялық дивергенцияның мысалы теңіз жәндігі Clunio marinus болуы мүмкін. Жануарларда симпатриялық түрленудің сирек мысалы - Солтүстік-Шығыс Тынық мұхитындағы "тұрғын" және "көшпелі" касаткалардың дивергенциясы. Тұрғын және көшпелі касаткалар бір су айдынында тіршілік етеді, бірақ бір-бірінен аулақ болады және шағылыспайды. Екі түр де әртүрлі олжа түрлерін аулайды және әртүрлі диета, дауыс мінез-құлқы және әлеуметтік құрылымға ие. Түрлер арасындағы кейбір айырмашылықтар микроортаның контрастынан да туындауы мүмкін. Шамамен 200 000 жыл бұрын болған популяциялық тартылыс сол кездегі популяция мөлшерін және гендердің вариациясын күрт азайтты, бұл кейін бірнеше экотиптердің пайда болуына әкелді. Еуропалық тышқан (Mustela putorius) Еуропалық күзенге (Mustela lutreola) ұқсас сирек қара фенотипті көрсетті, ол орман бұлақтарының ерекшеліктеріне тікелей байланысты.

Дау

Біршама уақыт бойы симпатриялық түрленудің мүмкін екенін дәлелдеу қиын болды, себебі оның қалай жүзеге асатынын тікелей бақылауға болмады. 1940-50 жылдардағы Майрдің ғылыми өркендеу кезеңінен бері, гендер ағыны деп аталатын шағылысу кезінде түрленудің қалай болатынын түсіндіретін механизмдер ұсынылды. Ал жақында ғана симпатриялық дивергенцияның нақты мысалдары тәжірибелік жолмен зерттелді. Қазіргі талқылау симпатриялық түрленудің табиғатта қаншалықты жиі кездесетіні және тіршілік әртүрлілігінің қанша пайызы оған байланысты екеніне қатысты жүрді.

Тарих

Неміс эволюциялық биологы Эрнст Майр 1940 жылдары түрленудің географиялық, демек репродуктивтік оқшаулаусыз жүзеге аспайтынын айтты. Бұл гипотеза симпатриялық түрлену мүмкіндігі төңірегінде көптеген пікір таластарын тудырды. Майрдің гипотезасы танымал болды және сол себепті зор ықпалға ие болды, бірақ қазіргі таңда кеңінен күмәндануда. 1966 жылы Джон Мейнард Смит симпатриялық түрленудің қалай жүруі мүмкін екені туралы ең көп таралған гипотезаны алғаш ұсынды. Ол бөлшектендіруші таңдау (дизраптивті селекция) идеясын келтірді. Оның ойынша, егер екі экологиялық нишаны бір түр мекендесе, екі ниша арасындағы әртүрлі таңдаулар репродуктивтік оқшаулануға алып келуі мүмкін. Ерекше нишаларда мүмкіндігінше жоғары тіршілікке бейімделу арқылы, екі түр бір аймақта қалып, тіпті кездейсоқ жұптасқанның өзінде де бір түрден пайда болуы мүмкін. Симпатриялық түрлену гипотезасын қолдаудың қиындығы сол, әрқашан аллопатриялық сценарийді құрастыруға болады, оларды жоққа шығару қиын, бірақ қазіргі заманғы молекулалық генетикалық техникалар осы теорияны қолдауға мүмкіндік береді.

Гетеропатриялық түрлену

Гетеропатриялық түрлену – бір түрдің әртүрлі экотиптері немесе расалары географиялық тұрғыдан бірге өмір сүргенде, бірақ біртекті немесе гетерогенді ортада әртүрлі экологиялық нишаларды пайдаланғанда болатын симпатриялық түрленудің ерекше жағдайы. Осылайша, бұл популяция ішіндегі дамитын топтар арасындағы гендер ағынына географиялық емес, мінез-құлықтық тосқауыл қоятын симпатриялық түрленудің нақтылануы. Джон Мейнард Смиттың симпатриялық түрлену туралы маңызды еңбегінде, мінез-құлықтық бөлінудің гетерогенді (немесе жапсырмалы) ландшафтта симпатриялық түрленуді ынталандыру механизмі ретіндегі рөлі атап көрсетілген. Осы мінез-құлықтық және географиялық айырмашылықтың маңыздылығын мойындаған Уэйн Гетц пен Вейхо Кайтала, Майнард Смиттың симпатриялық түрленуге жағдай жасайтын факторларға жасаған талдауына толықтыру ретінде гетеропатрия терминін енгізді. Кейбір эволюциялық биологтар симпатриялық түрленуді әлі де күмәнді деп қараса да, теориялық және эмпирикалық зерттеулер оны белгілі бір экожүйелердегі тіршілік әртүрлілігінің мүмкін түсіндірмесі ретінде қолдайды. Бәсекелестік және симпатриялық экологиялық варианттардың нишалық бөлінуі, олар таңдамалы жұптасу арқылы жеке расаларға, содан кейін түрлерге айналады деген пікірлер айтылады. Таңдамалы жұптасу, егер жұптасу нишалық қалаумен байланысты болса, оңайрақ жүзеге асады, мысалы, алма құрты *Rhagoletis pomonella* дараларында әртүрлі расалардың ұшқындары ұшқыш иістерді пайдаланып, қайың мен алманы ажыратады және туған жемістерде жұптасқан серіктерін іздейді. Гетеропатрия термині симпатриялық түрлену мәселесін жеке тұлғалар мен популяциялардың ландшафтты пайдалану жойымен байланысты масштабтау мәселесіне дейін төмендету арқылы семантикалық тұрғыдан шешеді. Популяциялық тұрғыдан қарағанда, процесс симпатриялық сипатқа ие, бірақ жеке тұлғаның көзқарасынан алғанда, аралықтағы қанағаттандырмайтын нишалар арқылы ұшуға кеткен уақыт ескерілгенде, процесс аллопатриялық болып көрінеді.