Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Түрлілік градиенттерінің себептік түсіндірмесін ұсынатын гипотеза Эффективті эволюциялық уақыт гипотезасы түрлердің әртүрлілігіндағы градиенттерді, әсіресе ендік градиенттерді түсіндіруге тырысады. Ол бастапқыда "уақыт гипотезасы" деп аталды.
Hypothesis offering a causal explanation of diversity gradients
The hypothesis of effective evolutionary time attempts to explain gradients, in particular latitudinal gradients, in species diversity. It was originally named "time hypothesis".
Өмірбаян
Төменгі (жылы) ендіктерде жоғары (салқын) ендіктерге қарағанда түрлер едәуір көп. Бұл көптеген жануарлар мен өсімдіктер топтары үшін көрсетілді, бірақ ерекшеліктер бар (түрлердің әртүрлілігі бойынша ендік градиенттерді қараңыз). Ерекшеліктің мысалы - теңіз сүтқоректілерінің гельминттері, олар солтүстік жылы теңіздерде ең көп әртүрлілікке ие, мүмкін тропикалық теңіздерде қожайынның шағын тығыздығының арқасында бай гельминт фаунасының эволюциясына жол бермеген, немесе олар жылы теңіздерде пайда болғандықтан және онда түрлену үшін көбірек уақыт болғандықтан. Түрлердің әртүрлілігі қоршаған ортаның температурасымен және жалпы қоршаған ортаның энергиясымен жақсы байланысты екені айқын болды. Бұл зерттеулер эволюциялық уақыт туралы гипотезаның негізі болып табылады. Түрлер температурасы жоғары жерлерде тез жинақталады. Физиологиялық жылдамдыққа байланысты мутациялар жылдамдығы мен іріктеу жылдамдығы жоғары, ал іріктеу жылдамдығын анықтайтын генерация уақыты жоғары температурада ең аз. Бұл түрлердің тез жиналуына әкеледі, олар тропиктерде мол бос орынға сіңіріледі. Бос орын барлық кеңдіктерде бар, сондықтан мұндай орын санының айырмашылығы түрлердің байлығын шектейтін фактор бола алмайды. Гипотезада уақыт факторы да қамтылған: эволюциялық тарихы бұзылмаған ұзақ уақытқа созылған мекендер эволюциялық тарихындағы бұзылуларға ұшыраған мекендерге қарағанда көп санды болады. Эффективті эволюциялық уақыт гипотезасы әртүрлілік градиенттерінің себептік түсіндірмесін ұсынады, дегенмен көптеген басқа факторлар да оларға ықпал етіп, оларды өзгерте алады.
Low (warm) latitudes contain significantly more species than high (cold) latitudes. This has been shown for many animal and plant groups, although exceptions exist (see latitudinal gradients in species diversity). An example of an exception is helminths of marine mammals, which have the greatest diversity in northern temperate seas, possibly because of small population densities of hosts in tropical seas that prevented the evolution of a rich helminth fauna, or because they originated in temperate seas and had more time for speciations there. It has become more and more apparent that species diversity is best correlated with environmental temperature and more generally environmental energy. These findings are the basis of the hypothesis of effective evolutionary time. Species have accumulated fastest in areas where temperatures are highest. Mutation rates and speed of selection due to faster physiological rates are highest, and generation times which also determine speed of selection, are smallest at high temperatures. This leads to a faster accumulation of species, which are absorbed into the abundantly available vacant niches, in the tropics. Vacant niches are available at all latitudes, and differences in the number of such niches can therefore not be the limiting factor for species richness. The hypothesis also incorporates a time factor: habitats with a long undisturbed evolutionary history will have greater diversity than habitats exposed to disturbances in evolutionary history. The hypothesis of effective evolutionary time offers a causal explanation of diversity gradients, although it is recognized that many other factors can also contribute to and modulate them.
Тарихи аспектілері
Гипотезаның кейбір аспектілері бұрынғы зерттеулерге негізделген. Бернхард Ренш, мысалы, эволюциялық жылдамдықтар температураға да байланысты екенін айтты: поикилотермдерде, бірақ кейде гомоиотермдерде (гомоиотермиялық) ұрпақ саны жоғары температурада көп болады, сондықтан селекцияның тиімділігі жоғары болады. Рикклефс бұл гипотезаны "эволюциялық жылдамдық гипотезасы" немесе "ар түрлендірудің жоғары жылдамдығы" деп атайды. Кредалық дәуірдегі Foraminifera тұқымдастары мен Пермдегі Brachiopoda тұқымдастарының эволюциялық жылдамдығы жоғары кеңдіктегіге қарағанда төменгі кеңдіктегіге қарағанда жоғары. Мутация деңгейі жоғары температурада жоғары болатыны Николай Тимофеев Рессовскийдің классикалық зерттеулерінен бері белгілі. (1935), бірақ кейінірек жүргізілген зерттеулер аз. Сонымен қатар, бұл зерттеулер эволюциялық проблемаларға қолданылған жоқ. Эффективті эволюциялық уақыт гипотезасы осы бұрынғы тәсілдерден төмендегідей ерекшеленеді. Оның пікірінше, түрлердің әртүрлілігі температураға тәуелді процестердің тікелей салдары болып табылады және уақыт экожүйелері аз-кем бірдей жағдайларда өмір сүрген. Жаңа түрлерді сіңіре алатын бос орын барлық ендіктерде болғандықтан, төменгі ендіктерде түрлердің көп жиналуы болып табылады. Осылайша, кейбір құлдыраулар мен платолар тоқтатқан теңіз бентостарының әртүрлілігі кембрийден соңғыға дейін көтерілді және қанығу деңгейіне жеткеніне ешқандай дәлел жоқ. Құстар мен көбелектердің уақыт бірлігіне шаққандағы әртараптану деңгейі тропиктерге қарай артады. Аллен және басқалар. орта температурасы мен Солтүстік және Орталық Америка ағаштарының, қосмекенділердің, балықтардың, прособранхиялардың және балық паразиттерінің түрлерінің байлығы арасындағы жалпы байланысты тапты. Олар түрлердің байлығын зат алмасудың биохимиялық кинетикасынан болжауға болатынын көрсетті және эволюциялық жылдамдықтар ұрпақ уақыттарымен және мутация жылдамдықтарымен анықталады деген қорытындыға келді, бұл екеуі де температурамен бірдей Болцман қатынасы бар зат алмасу жылдамдықтарымен байланысты. Олар бұл нәтижелер Род ұсынған ендік градиенттер механизмін қолдайды деген қорытындыға келді. Гиллоли және басқалар. (2002) жалпы модельді сипаттады, ол сондай-ақ аллометрияның бірінші принциптері мен биохимиялық кинетикаға негізделген, ол дене мөлшері мен температурасының функциясы ретінде ұрпақ уақытын болжайды. Эмпирикалық зерттеулер болжамды растайды: барлық зерттелген жағдайларда (құстар, балықтар, қосмекенділер, су жәндіктері, зоопланктон) ұрпақ құру уақыты температурамен теріс байланысты. Браун және басқалар. (2004) зерттеулер осы тұжырымдарды жалпы метаболистік экология теориясына дейін дамытты. Бейнелесен дәлелдер жоғары температурада мутация деңгейінің артуына нұсқайды, ал энергия түрлену гипотезасы құмырсқалардың түрге байлығын болжаудың ең жақсы көрсеткіші болып табылады. Ақырында, Chowdhury экожүйелік моделін пайдалана отырып, компьютерлік симуляция нәтижелер бос орын саны көп болған кезде эмпирикалық деректерге барынша сәйкес келетінін көрсетті. Род осы және басқа да мысалдарды егжей-тегжейлі талқылайды. Wright және басқалардың зерттеулері ерекше маңызды. (2006) гипотезаны тексеру үшін арнайы жасалған. Бұл зерттеу тропикалық ағаш өсімдіктерінің молекулалық алмасу жылдамдығы орташа климаттық түрлерге қарағанда екі есе жоғары екенін және тропикалық шағын популяцияларда тиімді генетикалық дрейф айырмашылықтарға себеп бола алмайтынын көрсетті, бұл жерде тек мутация жылдамдығына тікелей температура әсері ғана түсіндіріледі. Гиллман және басқалар. (2009) 10 топқа және 29 туысқа жататын 260 сүтқоректі түрін зерттеді және цитохром В геніндегі алмасу жылдамдығы суық кеңістіктердегі және биіктіктердегі түрлермен салыстырғанда жылы кеңістіктердегі және биіктіктердегі түрлерде айтарлықтай жылдам екенін анықтады. Деректерді сыни түрде қарастыру нәтижесінде бұл жағдайдың гендердiң ауысуы немесе дене массасының өзгеруiмен байланысты емес екенi анықталды. Жалғыз мүмкіндіктер - қызыл патшайымның әсері немесе жылу градиенттерінің тікелей әсері (оның ішінде мүмкін, торпор / гибернация айырмашылығының әсері). Род (1992, 1978) "сүтқоректілердің әртүрлілігі өсімдіктердің әртүрлілігімен және иерархияда төменгі деңгейдегі поикилотермиялық жануарлармен анықталуы мүмкін" деп атап көрсеткен, яғни Қызыл патшайым әсерімен. Ол сондай-ақ сәулеленудің әсері, соның ішінде жарық сүт...
Some aspects of the hypothesis are based on earlier studies. Bernhard Rensch, for example, stated that evolutionary rates also depend on temperature: numbers of generation in poikilotherms, but sometimes also in homoiotherms (homoiothermic), are greater at higher temperatures and the effectiveness of selection is therefore greater. Ricklefs refers to this hypothesis as "hypothesis of evolutionary speed" or "higher speciation rates". Genera of Foraminifera in the Cretaceous and families of Brachiopoda in the Permian have greater evolutionary rates at low than at high latitudes. That mutation rates are greater at high temperatures has been known since the classical investigations of Nikolay Timofeev Ressovsky et al. (1935), although few later studies have been conducted. Also, these findings were not applied to evolutionary problems. The hypothesis of effective evolutionary time differs from these earlier approaches as follows. It proposes that species diversity is a direct consequence of temperature dependent processes and the time ecosystems have existed under more or less equal conditions. Since vacant niches into which new species can be absorbed are available at all latitudes, the consequence is accumulation of more species at low latitudes. Thus, diversity of marine benthos, interrupted by some collapses and plateaus, has risen from the Cambrian to the Recent, and there is no evidence that saturation has been reached. Rates of diversification per time unit for birds and butterflies increase towards the tropics. Allen et al. found a general correlation between environmental temperature and species richness for North and Central American trees, for amphibians, fish, Prosobranchia and fish parasites. They showed that species richness can be predicted from the biochemical kinetics of metabolism, and concluded that evolutionary rates are determined by generation times and mutation rates both correlated with metabolic rates which have the same Boltzmann relation with temperature. They further concluded that these findings support the mechanisms for latitudinal gradients proposed by Rohde. Gillooly et al. (2002) described a general model also based on first principles of allometry and biochemical kinetics which makes predictions about generation times as a function of body size and temperature. Empirical findings support the predictions: in all cases that were investigated (birds, fish, amphibians, aquatic insects, zooplankton) generation times are negatively correlated with temperature. Brown et al. (2004) further developed these findings to a general metabolic theory of ecology. Indirect evidence points to increased mutation rates at higher temperatures, and the energy speciation hypothesis is the best predictor for species richness of ants. Finally, computer simulations using the Chowdhury ecosystem model have shown that results correspond most closely to empirical data when the number of vacant niches is kept large. Rohde gives detailed discussions of these and other examples. Of particular importance is the study by Wright et al. (2006) which was specifically designed to test the hypothesis. It showed that molecular substitution rates of tropical woody plants are more than twice as large as those of temperate species, and that more effective genetic drift in smaller tropical populations cannot be responsible for the differences, leaving only direct temperature effects on mutation rates as an explanation. Gillman et al. (2009) examined 260 mammal species of 10 orders and 29 families and found that substitution rates in the cytochrome B gene were substantially faster in species at warm latitudes and elevations, compared with those from cold latitudes and elevations. A critical examination of the data showed that this cannot be attributed to gene drift or body mass differentials. The only possibilities left are a Red Queen effect or direct effects of thermal gradients (including possibly an effect of torpor/hibernation differentials). Rohde (1992, 1978) had already pointed out that “it may well be that mammalian diversity is entirely determined by the diversity of plants and poikilothermic animals further down in the hierarchy”, i. e., by a Red Queen effect. He also pointed out that exposure to irradiation including light is known to cause mutations in mammals, and that some homoiothermic animals have shorter generation times in the tropics, which either separately or jointly may explain the effect found by Gillman et al. Gillman et al. (2010) extended their earlier study on plants by determining whether the effect is also found within highly conserved DNA. They examined the 18S ribosomal gene in the same 45 pairs of plants. And indeed, the rate of evolution was 51% faster in the tropical than their temperate sister species. Furthermore, the substitution rate in 18S correlated positively with that in the more variable ITS. These result lend further very strong support to the hypothesis. Wright et al. (2010) tested the hypothesis on 188 species of amphibians belonging to 18 families, using mitochondrial RNA genes 12S and 16S, and found substantially faster substitution rates for species living in warmer habitats at both lower latitudes and lower elevations. Thus, the hypothesis has now been confirmed for several genes and for plants and animals. Vázquez, D. P. and Stevens, R. D. (2004) conducted a metanalysis of previous studies and found no evidence that niches are generally narrower in the tropics than at high latitudes. This can be explained only by the assumption that niche space was not and is not saturated, having the capacity to absorb new species without affecting the niche width of species already present, as predicted by the hypothesis.
Тереңдік градиенттері
Терең теңіздегі түрлердің әртүрлілігі соңғы кезге дейін едәуір төмен бағаланды (мысалы, Бриггс 1994: теңіздегі жалпы әртүрлілік 200 000-нан аз). Біздің біліміміз әлі де өте бөлшектік болса да, кейбір соңғы зерттеулер түрлердің саны әлдеқайда көп екенін көрсетеді (мысалы, Grassle және Maciolek 1992: 10 миллион макроомыртқасыздар терең теңіздің жұмсақ түбіндегі шөгінділерде). Бұл фактілерді тексеру мүмкін екенін қосымша зерттеулер көрсетуі керек. Терең теңіздегі бай әртүрлілікті тиімді эволюциялық уақыт гипотезасымен түсіндіруге болады: температура төмен болғанымен, жағдайлар ұзақ уақыт бойы шамамен бірдей болды, әрине, жер бетіндегі сулардың көпшілігіне немесе бәріне қарағанда әлдеқайда үлкен.
Species diversity in the deepsea has been largely underestimated until recently (e. g., Briggs 1994: total marine diversity less than 200,000 species). Although our knowledge is still very fragmentary, some recent studies appear to suggest much greater species numbers (e. g., Grassle and Maciolek 1992: 10 million macroinvertebrates in soft bottom sediments of the deepsea). Further studies must show whether this can be verified. A rich diversity in the deepsea can be explained by the hypothesis of effective evolutionary time: although temperatures are low, conditions have been more or less equal over large time spans, certainly much larger than in most or all surface waters.