Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Түрленудің эволюциялық механизмі Репродуктивті оқшаулау механизмдері - түрлену үшін маңызды эволюциялық механизмдер, мінез-құлықтар және физиологиялық процестер жиынтығы. Олар әртүрлі түрлердің мүшелерінің ұрпақ алуына кедергі жасайды немесе кез келген ұрпақтың құнарсыз болуын қамтамасыз етеді. Бұл кедергілер туысқан түрлер арасындағы гендер ағынын азайту арқылы түрлердің тұтастығын сақтайды. Репродуктивті оқшаулау механизмдері бірнеше жолмен жіктеледі. Зоолог Эрнст Майр репродуктивті оқшаулану механизмдерін екі кең санатқа бөліп көрсетті: ұрықтандырудан бұрын (немесе жануарлар жағдайында жұптасудан бұрын) әрекет ететіндер үшін презиготикалық және одан кейін әрекет ететіндер үшін постзиготикалық. Механизмдер генетикалық түрде бақыланады және географиялық таралуы бір-біріне жанасатын (симпатрикалық түрлендіру) немесе бөлек (аллопатрикалық түрлендіру) түрлерде пайда болуы мүмкін.
Evolutionary mechanism for speciation
The mechanisms of reproductive isolation are a collection of evolutionary mechanisms, behaviors and physiological processes critical for speciation. They prevent members of different species from producing offspring, or ensure that any offspring are sterile. These barriers maintain the integrity of a species by reducing gene flow between related species. The mechanisms of reproductive isolation have been classified in a number of ways. Zoologist Ernst Mayr classified the mechanisms of reproductive isolation in two broad categories: pre zygotic for those that act before fertilization (or before mating in the case of animals) and post zygotic for those that act after it. The mechanisms are genetically controlled and can appear in species whose geographic distributions overlap (sympatric speciation) or are separate (allopatric speciation).
Циготаға дейінгі оқшаулау
Презиготалық оқшаулау механизмдері популяцияның табиғи іріктеуі тұрғысынан қарағанда ең экономикалық болып табылады, өйткені ресурстар әлсіз, өмір сүруге жарамсыз немесе құнарсыз ұрпақ өндіруге жұмсалмайды. Бұл механизмдерге ұрықтандыруға физиологиялық немесе жүйелік кедергілер жатады.
Pre zygotic isolation mechanisms are the most economic in terms of the natural selection of a population, as resources are not wasted on the production of a descendant that is weak, non viable or sterile. These mechanisms include physiological or systemic barriers to fertilization.
Уақытша немесе тіршілік ортасының оқшаулануы
Тұқым қуалайтын жеке жануарлардың кездесуіне кедергі келтіретін кез келген факторлар түрлердің мүшелерін репродуктивті жағынан оқшаулайды. Бұл оқшаулануға себеп болатын кедергілердің түрлеріне мыналар жатады: әртүрлі мекендер, физикалық кедергілер және жыныстық жетілу немесе гүлдену уақытындағы айырмашылық. Экологиялық немесе тіршілік ортасының айырмашылығының мысалы, мүмкін жұптардың кездесуіне кедергі келтіретін Gasterosteidae (sticklebacks) отбасының екі балық түрінде кездеседі. Бір түрі жыл бойы тұщы суда, негізінен, шағын өзендерде тіршілік етеді. Ал қалғандары қыста теңізде өмір сүреді, бірақ көктем мен жаз айларында өзен сағаларына көшіп барып, көбейеді. Екі популяцияның мүшелері тұздың әртүрлі концентрациясына бейімделуіне байланысты репродуктивті түрде оқшауланған. Жұптау билері, еркектердің әйелдерді тарту үшін әндері немесе жұптардың өзара күтуі - бұл танысу мен репродуктивті оқшаулануды қамтамасыз ететін әдеттегі құдалық мінез-құлықтың мысалдары. Себебі, әр кезеңнің өзіндік ерекшелігі әркімнің мінез-құлқына байланысты. Еркек тек қана аналық белгілі бір реакцияларды көрсеткенде, көрменің екінші кезеңіне көшуі мүмкін. Ол үшінші сатыға тек әйел екінші негізгі мінез-құлықты көрсеткен кезде ғана өтеді. Екі жыныстың да мінез-құлқы өзара байланысты, уақытында синхронды және ақыр соңында жұптасуға немесе гаметаларды қоршаған ортаға босатуға әкеледі. Тұқым қуалауға физиологиялық тұрғыдан бейімделмеген жануарлардың ешқайсысы да осы талапты мінез-құлық тізбесін толықтай орындай алмайды. Шын мәнінде, екі түрдің құдалану үлгілеріндегі ең кішкентай айырмашылық жұптасудың алдын алуға жеткілікті (мысалы, белгілі бір ән үлгісі Chorthippus тұқымдасының шегірткелерінің ерекше түрлерінде оқшаулау механизмі ретінде әрекет етеді). Тіпті түрлер арасындағы морфологиялық айырмашылықтар аз болған жағдайда да, мінез-құлық айырмашылығы жұптасудың алдын алуға жеткілікті болуы мүмкін. Мысалы, морфологиялық ұқсастығы бойынша қос түрлер болып саналатын Drosophila melanogaster және D. simulans, тіпті олар зертханада бірге сақталса да, жұптаспайды. Drosophila ananassae және D. pallidosa - Меланезиядан шыққан екі туыс түр. Табиғи жағдайда олардың будандары сирек кездеседі, бірақ зертханада құнарлы ұрпақ алу мүмкін. Олардың жыныстық қатынасын зерттеулер еркектер екі түрдің де әйелдеріне сүйенетінін, ал әйелдер өз түрлерінің еркектерімен жұптасуды жақсы көретінін көрсетеді. Екі түрдің де ІІ хромосомасында әйелдердің селекциялық мінез-құлқына әсер ететін басқа да реттеуші аймақ табылған. Бұл қосылыстар бір түрдің, бір немесе басқа жыныстың адамдарын анықтауға қызмет етеді. Ұшпалы феромондардың буланған молекулалары кең таралған химиялық сигнал ретінде қызмет ете алады. Басқа жағдайларда феромондарды тек жақын қашықтықтан немесе жанасу арқылы ғана анықтауға болады. Drosophila melanogaster тобының түрлерінде әйелдер феромондары әр түрлі қосылыстардың қоспасы болып табылады, әр жыныста кездесетін қосылыстардың түрінде және/немесе мөлшерінде айқын диморфизм бар. Сонымен қатар, туысқан түрлер арасындағы құраушы қосылыстардың саны мен сапасы әртүрлі, феромондар әр түрдің жеке тұлғаларын ажыратуға қызмет етеді деп болжанады. Жыныстық оқшаулаудағы феромонның рөлінің мысалы Ostrinia тұқымдасындағы "макурт бұрғылаушыларда" кездеседі. Еуропада кез-келген уақытта екі туыс түрлер кездеседі. Екі түрдің де аналықтары екі изомері бар ұшқыш қосылысты құрайтын феромондарды өндіреді, E және Z; бір түрдің аналықтары өндіретін қосылыстың 99% -ы E изомер түрінде, ал екінші түрдің аналықтары 99% -ы Z изомерін өндіреді. Құралды өндіруді тек бір локус басқарады, ал түр аралық гибрид екі изомердің тең қоспасын береді. Ал аталықтардың өзінде өз түрлерінің аналықтарының шығаратын изомерін ғана байқайды, сондықтан гибридтеу мүмкін болса да, аз. Еркектердің иісін сезінуін изомерлерді өндіруге арналған геннен бөлек бір ген басқарады, гетерозиготты еркектер иіс түріне де орташа жауап береді. Бұл жағдайда тек 2 "локус" генетикалық жағынан өте ұқсас түрлердің арасында этиологиялық оқшаулау әсерін тудырады.
Any of the factors that prevent potentially fertile individuals from meeting will reproductively isolate the members of distinct species. The types of barriers that can cause this isolation include: different habitats, physical barriers, and a difference in the time of sexual maturity or flowering. An example of the ecological or habitat differences that impede the meeting of potential pairs occurs in two fish species of the family Gasterosteidae (sticklebacks). One species lives all year round in fresh water, mainly in small streams. The other species lives in the sea during winter, but in spring and summer individuals migrate to river estuaries to reproduce. The members of the two populations are reproductively isolated due to their adaptations to distinct salt concentrations. Mating dances, the songs of males to attract females or the mutual grooming of pairs, are all examples of typical courtship behavior that allows both recognition and reproductive isolation. This is because each of the stages of courtship depend on the behavior of the partner. The male will only move onto the second stage of the exhibition if the female shows certain responses in her behavior. He will only pass onto the third stage when she displays a second key behavior. The behaviors of both interlink, are synchronized in time and lead finally to copulation or the liberation of gametes into the environment. No animal that is not physiologically suitable for fertilization can complete this demanding chain of behavior. In fact, the smallest difference in the courting patterns of two species is enough to prevent mating (for example, a specific song pattern acts as an isolation mechanism in distinct species of grasshopper of the genus Chorthippus). Even where there are minimal morphological differences between species, differences in behavior can be enough to prevent mating. For example, Drosophila melanogaster and D. simulans which are considered twin species due to their morphological similarity, do not mate even if they are kept together in a laboratory. Drosophila ananassae and D. pallidosa are twin species from Melanesia. In the wild they rarely produce hybrids, although in the laboratory it is possible to produce fertile offspring. Studies of their sexual behavior show that the males court the females of both species but the females show a marked preference for mating with males of their own species. A different regulator region has been found on Chromosome II of both species that affects the selection behavior of the females. These compounds serve to identify individuals of the same species and of the same or different sex. Evaporated molecules of volatile pheromones can serve as a wide reaching chemical signal. In other cases, pheromones may be detected only at a short distance or by contact. In species of the melanogaster group of Drosophila, the pheromones of the females are mixtures of different compounds, there is a clear dimorphism in the type and/or quantity of compounds present for each sex. In addition, there are differences in the quantity and quality of constituent compounds between related species, it is assumed that the pheromones serve to distinguish between individuals of each species. An example of the role of pheromones in sexual isolation is found in 'corn borers' in the genus Ostrinia. There are two twin species in Europe that occasionally cross. The females of both species produce pheromones that contain a volatile compound which has two isomers, E and Z; 99% of the compound produced by the females of one species is in the E isomer form, while the females of the other produce 99% isomer Z. The production of the compound is controlled by just one locus and the interspecific hybrid produces an equal mix of the two isomers. The males, for their part, almost exclusively detect the isomer emitted by the females of their species, such that the hybridization although possible is scarce. The perception of the males is controlled by one gene, distinct from the one for the production of isomers, the heterozygous males show a moderate response to the odour of either type. In this case, just 2 'loci' produce the effect of ethological isolation between species that are genetically very similar.
Механикалық оқшаулау
Егер жыныстық мүшелері сәйкес келмейтін болса, жұптар сәтті жұптаса алмайды. Түрлердің репродуктивті оқшаулануы мен олардың жыныс мүшелерінің формасы арасындағы байланысты алғаш рет 1844 жылы француз энтомологы Леон Дюфур белгіледі. Жәндіктердің қатты қабықтары құлып пен кілттің әрекетіне ұқсас, өйткені олар тек бір-біріне толықтай ұқсас құрылымдары бар, яғни бір түрдің аталықтары мен аналықтары (коспецификтер деп аталады) арасындағы жұптасуға мүмкіндік береді. Эволюция нәтижесінде жыныстық мүшелердің дамуы болды. Олардың ерекшеліктері әртүрлі және күрделі, бұл түрлер арасындағы механикалық оқшаулануға әкеледі. Жыныстық мүшелердің белгілі бір ерекшеліктері оларды жиі оқшаулау механизмдеріне айналдырады. Алайда көптеген зерттеулер анатомиялық жағынан өте әртүрлі мүшелердің функционалдық жағынан үйлесімді бола алатынын көрсетеді. Механикалық оқшаулау өсімдіктерде де кездеседі және бұл гүлдердің морфофизиологиялық сипаттамаларының жиынтығы арқылы (опырастыру синдромы деп аталады) белгілі бір тозаңдаушының түрін тартуда әр түрдің бейімделуі мен эволюциясына байланысты, сондықтан тозаңның басқа түрлерге тасымалдануы болмайды.
Mating pairs may not be able to couple successfully if their genitals are not compatible. The relationship between the reproductive isolation of species and the form of their genital organs was signaled for the first time in 1844 by the French entomologist Léon Dufour. Insects' rigid carapaces act in a manner analogous to a lock and key, as they will only allow mating between individuals with complementary structures, that is, males and females of the same species (termed co specifics). Evolution has led to the development of genital organs with increasingly complex and divergent characteristics, which will cause mechanical isolation between species. Certain characteristics of the genital organs will often have converted them into mechanisms of isolation. However, numerous studies show that organs that are anatomically very different can be functionally compatible, indicating that other factors also determine the form of these complicated structures. Mechanical isolation also occurs in plants and this is related to the adaptation and coevolution of each species in the attraction of a certain type of pollinator (where pollination is zoophilic) through a collection of morphophysiological characteristics of the flowers (called pollination syndrome), in such a way that the transport of pollen to other species does not occur.
Гаметтік оқшаулау
Көптеген коралл түрлерінің теңіз рифтерінде синхронды ұрықтануы ондаған түрдің жүздеген адамдарының гаметалары бір уақытта бір суда босаған кезде түрлер аралық гибридтеу болуы мүмкін дегенді білдіреді. Түрлер арасындағы барлық ықтимал айқасулардың шамамен үштен бірі үйлесімді, яғни гаметалар бірігіп, жеке будандарға әкеледі. Бұл гибридтік процесс коралл түрлерінің эволюциясында маңызды рөл атқарады. Алайда, ықтимал қиылысулардың қалған үштен екісі үйлесімсіз. Strongylocentrotus тұқымдасына жататын теңіз қағыштарында бір түрдің жұмыртқаларын 100% -ға ұрықтандыруға мүмкіндік беретін сперматоциттер концентрациясы басқа түрлердің жұмыртқаларының тек 1,5% -ын ғана ұрықтандыруға қабілетті екендігі байқалады. Гибридті ұрпақтарды тудыруға қабілетсіздік, гаметалар бір уақытта және бір жерде кездесетініне қарамастан, гаметалық үйлесімсіздік деп аталатын құбылысқа байланысты, ол теңіз омыртқасыздарының арасында жиі кездеседі және оның физиологиялық себептері толық түсініксіз. Кейбір Drosophila айқастарында ұрықтандырудан кейін әйелдің аналық безінің ісінуі байқалды. Бұл басқа түрдің сперматозоидтарымен жұмыртқаның ұрықтануына жол бермейді. Өсімдіктерде бір түрдің тозаң түйіршіктері стигмада өсіп, басқа түрлердің стиліне сәйкес өсе алады. Алайда, ұрық түтіктерінің өсуі стерильді және жұмыртқалар арасындағы бір нүктеде тоқтап қалуы мүмкін, сондықтан ұрықтандыру орын алмайды. Репродуктивті оқшаулаудың бұл механизмі ангиоспермаларда жиі кездеседі және кросс-қатыспаушылық немесе үйлеспеушілік деп аталады. Өзін-өзі үйлеспеушілік пен өзара үйлеспеушілік құбылысы арасында байланыс бар. Жалпы алғанда, өзін-өзі үйлесімді (SC) түрдің жеке тұлғаларымен өзін-өзі үйлесімсіз (SI) түрдің жеке тұлғаларының араласқанда будандас ұрпақ пайда болады. Екінші жағынан, өзара қиылысу (SI x SC) ұрпақ тудырмайды, өйткені тозаң түтіктері жұмыртқаларға жетпейді. Бұл екі SC немесе екі SI түрін қиыстыру кезінде де кездесетін біржақты үйлеспеушілік деп аталады.
The synchronous spawning of many species of coral in marine reefs means that inter species hybridization can take place as the gametes of hundreds of individuals of tens of species are liberated into the same water at the same time. Approximately a third of all the possible crosses between species are compatible, in the sense that the gametes will fuse and lead to individual hybrids. This hybridization apparently plays a fundamental role in the evolution of coral species. However, the other two thirds of possible crosses are incompatible. It has been observed that in sea urchins of the genus Strongylocentrotus the concentration of spermatocytes that allow 100% fertilization of the ovules of the same species is only able to fertilize 1.5% of the ovules of other species. This inability to produce hybrid offspring, despite the fact that the gametes are found at the same time and in the same place, is due to a phenomenon known as gamete incompatibility, which is often found between marine invertebrates, and whose physiological causes are not fully understood. In some Drosophila crosses, the swelling of the female's vagina has been noted following insemination. This has the effect of consequently preventing the fertilization of the ovule by sperm of a different species. In plants the pollen grains of a species can germinate in the stigma and grow in the style of other species. However, the growth of the pollen tubes may be detained at some point between the stigma and the ovules, in such a way that fertilization does not take place. This mechanism of reproductive isolation is common in the angiosperms and is called cross incompatibility or incongruence. A relationship exists between self incompatibility and the phenomenon of cross incompatibility. In general crosses between individuals of a self compatible species (SC) with individuals of a self incompatible (SI) species give hybrid offspring. On the other hand, a reciprocal cross (SI x SC) will not produce offspring, because the pollen tubes will not reach the ovules. This is known as unilateral incompatibility, which also occurs when two SC or two SI species are crossed.
Циготадан кейінгі оқшаулау
Ауыстырудан кейін популяцияаралық сәтті өтетін араласқандарды болдырмайтын бірқатар механизмдер төменде қарастырылады.
A number of mechanisms which act after fertilization preventing successful inter population crossing are discussed below.
Гибридтердің зиготалық өлім-жітімі мен өмір сүру қабілетінің төмендеуі
Өсімдіктерде де, жануарларда да жиі кездесетін үйлеспеушілік түрі жұмыртқа немесе жұмыртқа ұрығы ұрықтанған кезде, бірақ зигота дамымайды немесе ол дамып, нәтижесінде жеке адамның өмір сүру мүмкіндігі төмендейді. Осыған ұқсас нәтижелер Culex туысының масаларында байқалады, бірақ өзара айқасулар арасында айырмашылықтар байқалады, олардан жасуша ядросының гендері арасындағы өзара әрекеттесуде (еке ата-анадан мұрагерлік) цитоплазмалық органелдің гендерінде бірдей әсер болады деп тұжырымдалады, олар тек аналық ата-бабадан жұмыртқаның цитоплазмасы арқылы мұрагерлікте болады. Эндоспермнің жетіспеушілігі және оның кейіннен түсіп кетуі көптеген интерплоидтық айқасуларда (яғни, интра немесе интерспецификалық плеидияның белгілі бір дәрежесі бар популяциялар арасындағы) және плоидияның бірдей деңгейі бар түрлердің кейбір айқастарында байқалды. Эндосперманың ыдырауы және гибридтік эмбрионның одан кейінгі түсік алуы - агиоспермдерде кездесетін ұрықтанғаннан кейінгі ең көп таралған репродуктивті оқшаулау механизмдерінің бірі.
A type of incompatibility that is found as often in plants as in animals occurs when the egg or ovule is fertilized but the zygote does not develop, or it develops and the resulting individual has a reduced viability. Similar results are observed in mosquitoes of the genus Culex, but the differences are seen between reciprocal crosses, from which it is concluded that the same effect occurs in the interaction between the genes of the cell nucleus (inherited from both parents) as occurs in the genes of the cytoplasmic organelles which are inherited solely from the female progenitor through the cytoplasm of the ovule. The failure of endosperm development and its subsequent abortion has been observed in many interploidal crosses (that is, those between populations with a particular degree of intra or interspecific ploidy), and in certain crosses in species with the same level of ploidy. The collapse of the endosperm, and the subsequent abortion of the hybrid embryo is one of the most common post fertilization reproductive isolation mechanism found in angiosperms.
Гибридтік стерильділік
Гибридтің өмір сүру қабілеті қалыпты болуы мүмкін, бірақ көбінде көбею жағынан кемшіліктері бар немесе тұқымсыз. Мұны қашар мен басқа да көптеген танымал будандар көрсетеді. Бұл жағдайларда стерильділік екі түрдің гендерінің өзара әрекеттесуінен, ата-ана түріндегі хромосомалардың санының әртүрлі болуынан туындайтын хромосомалық тепе-теңдіктің бұзылуынан немесе жоғарыда сипатталған Кулекс жағдайындағыдай ядролық цитоплазмалық өзара әрекеттесулерден туындайды. Өсімдіктердегі будандардың түраралық тұқымсыздығы бірнеше себептерге ие. Бұл генетикалық, геномға байланысты немесе ядролық және цитоплазмалық факторлардың өзара әрекеттесуі болуы мүмкін, бұл тиісті бөлімде талқыланады. Дегенмен, өсімдіктерде гибридтеу жануарлардағы жағдайдан айырмашылығы жаңа түрлерді құруға ынталандыру болып табылады. Гибрид тұқымсыз болса да, ол өсімдіктік көбею немесе апомиксис немесе тұқым өндіру арқылы жыныстық емес көбею арқылы жабайы табиғатта көбейе алады. Шынында да, түр аралық будандастыру полиплоидиямен байланысты болуы мүмкін және осылайша, аллополиплоидтар деп аталатын жаңа түрлердің пайда болуы. Мысалы, Rosa canina - бірнеше гибридтердің нәтижесі. Қарапайым бидай (Triticum aestivum) - үш түрлі түрдің геномдарын қамтитын аллогексаплоид (алты хромосомалық жиынтықты аллополиплоид).
A hybrid may have normal viability but is typically deficient in terms of reproduction or is sterile. This is demonstrated by the mule and in many other well known hybrids. In all of these cases sterility is due to the interaction between the genes of the two species involved; to chromosomal imbalances due to the different number of chromosomes in the parent species; or to nucleus cytoplasmic interactions such as in the case of Culex described above. Interspecific sterility of hybrids in plants has multiple possible causes. These may be genetic, related to the genomes, or the interaction between nuclear and cytoplasmic factors, as will be discussed in the corresponding section. Nevertheless, in plants, hybridization is a stimulus for the creation of new species – the contrary to the situation in animals. Although the hybrid may be sterile, it can continue to multiply in the wild by asexual reproduction, whether vegetative propagation or apomixis or the production of seeds. Indeed, interspecific hybridization can be associated with polyploidia and, in this way, the origin of new species that are called allopolyploids. Rosa canina, for example, is the result of multiple hybridizations. The common wheat (Triticum aestivum) is an allohexaploid (allopolyploid with six chromosome sets) that contains the genomes of three different species.
Көп механизмдер
Жалпы алғанда, түрлерді бөліп тұратын кедергілер бір ғана механизмнен тұрмайды. Дрозофиланың екі туысы - D. pseudoobscura және D. persimilis - тіршілік ортасы бойынша (персимилис әдетте суық аймақтарда, биіктікте өмір сүреді), жұптасу маусымының уақыты бойынша (персимилис әдетте таңертең, ал псевдообскура түнде белсендірек болады) және жұптасу кезінде мінез-құлық бойынша (екі түрдің де әйелдері өз түрлерінің еркектерін артық көреді) бір-бірінен оқшауланған. Осылайша, осы түрлердің таралуы Америка Құрама Штаттарының батысындағы кең аймақтарда бір-бірімен жапса да, бұл оқшаулау механизмдері түрлерді бөлек ұстау үшін жеткілікті. Осылайша, басқа түрлер арасында тек бірнеше құнарлы аналық табылды. Алайда, екі түрдің арасында будандар пайда болған кезде, гибридті аталар ұрықсыз болғандықтан, екеуінің арасындағы гендер ағыны кедергіге ұшырайды. Сонымен қатар, тұқымсыз аталықтардың зор күш-қуатымен салыстырғанда, гибридті аналықтардың аналық түрлермен кері қиылысуының ұрпақтары әлсіз және өмір сүруге жарамсыз. Бұл соңғы механизм екі түрдің генетикалық алмасуын одан да шектейді. Имейтін жануарларда бұл Y хромосомасындағы еркектікті анықтайтын гендердің жоғары мутациялану деңгейіне байланысты деген дәлелдер бар. Халдайн ережесі тек қана жынысты анықтайтын гендер будандасқан геномға енгізілген кезде ерлер жынысы әйелге қарағанда сезімтал екендігін көрсетеді. Бірақ гетерозиготалық жынысы әйел организмдер де бар: құстар мен көбелектерде, және бұл организмдерде заң сақталады. Сондықтан бұл жыныстық дамуға байланысты проблема емес, жыныстық хромосомалармен де байланысты емес. Халдейн гибридтік жеке дамудың тұрақтылығы әр ата-ана түрінің толық гендік толықтығын талап етеді деп ұсынды, сондықтан гетерозиготалық жыныстың гибриді тепе-теңдіксіз (яғни ата-ана түрлерінің әрқайсысынан кем дегенде бір хромосома жетіспейді). Мысалы, D. melanogaster аналықтарын D. simulans еркекпен қиыстыру арқылы алынған гибрид еркек, ол өмір сүруге жарамсыз, D. simulans-тың X хромосомасы жоқ.
In general, the barriers that separate species do not consist of just one mechanism. The twin species of Drosophila, D. pseudoobscura and D. persimilis, are isolated from each other by habitat (persimilis generally lives in colder regions at higher altitudes), by the timing of the mating season (persimilis is generally more active in the morning and pseudoobscura at night) and by behavior during mating (the females of both species prefer the males of their respective species). In this way, although the distribution of these species overlaps in wide areas of the west of the United States of America, these isolation mechanisms are sufficient to keep the species separated. Such that, only a few fertile females have been found amongst the other species among the thousands that have been analyzed. However, when hybrids are produced between both species, the gene flow between the two will continue to be impeded as the hybrid males are sterile. Also, and in contrast with the great vigor shown by the sterile males, the descendants of the backcrosses of the hybrid females with the parent species are weak and notoriously non viable. This last mechanism restricts even more the genetic interchange between the two species of fly in the wild. In mammals, at least, there is growing evidence to suggest that this is due to high rates of mutation of the genes determining masculinity in the Y chromosome. It has been suggested that Haldane's rule simply reflects the fact that the male sex is more sensitive than the female when the sex determining genes are included in a hybrid genome. But there are also organisms in which the heterozygous sex is the female: birds and butterflies and the law is followed in these organisms. Therefore, it is not a problem related to sexual development, nor with the sex chromosomes. Haldane proposed that the stability of hybrid individual development requires the full gene complement of each parent species, so that the hybrid of the heterozygous sex is unbalanced (i. e. missing at least one chromosome from each of the parental species). For example, the hybrid male obtained by crossing D. melanogaster females with D. simulans males, which is non viable, lacks the X chromosome of D. simulans.
Жануарларда жыныстық қатынастан кейінгі немесе ұрықтандыру механизмдері
Түрлер арасындағы репродуктивті оқшаулану белгілі бір жағдайларда ұрықтандырудан және зиготаның пайда болуынан кейін ұзақ уақыт бойы пайда болады, мысалы, екі туысты түрлерде Drosophila pavani және D. gaucha. Екі түрдің будандары өмір сүретін гаметалар, жұмыртқалар мен сперматозоидтар шығаратын тұқымсыз емес. Алайда, олар ұрпақ жасай алмайды, өйткені гибрид еркектің жыныс мүшелері әйелдердің жыныс рецепторларында тіршілік етпейді, олар гибридтер немесе ата-аналық желілер. Сол сияқты, аталық түрдің аталықтарының ұрықтары гибридті аналықтардың ұрпақ түзу жолдарына түспейді. Зиготаның ересекке айналуы - гендер мен қоршаған орта арасындағы өзара әрекеттесудің күрделі және нәзік процесі, ол дәл жүргізілуі керек, ал егер әдеттегі процесте қажетті геннің болмауынан немесе басқасының болуынан туындаған өзгерістер болса, ол гибридтің өмір сүру қабілетінен немесе оның тұқымсыздығынан туындаған қалыпты дамуды тоқтата алады. Бір түрдің хромосомалары мен гендерінің жартысы бір түрден, ал қалған жартысы екінші түрден келетінін естен шығармаған жөн. Егер екі түрдің гендері бір-бірінен айырмашылығы болса, онда екі түрдің де гендері будандастықта бір-бірімен үйлесімді әрекет етуі мүмкін емес. Осы тұрғыдан қарағанда, бұрын сипатталған жағдайға қарағанда, копуляциялық оқшаулаудан кейін оқшаулауды жүзеге асыру үшін бірнеше ген ғана қажет. Көптеген түрлерде, егер жыныстық қатынасқа дейінгі репродуктивті оқшаулау болмаса, гибридтер пайда болады, бірақ олар тек бір жынысты болады. Бұл Drosophila simulans және Drosophila melanogaster аталықтарының әйелдері арасындағы будандастыру жағдайында: будандастырылған әйелдер дамуының ерте кезеңінде өледі, сондықтан ұрпақ арасында тек еркектер ғана көрінеді. Алайда, D. simulans популяциясы ересек гибридті әйелдердің дамуына мүмкіндік беретін гендермен тіркелді, яғни әйелдердің өмір сүру қабілеті "құтқарылды". Бұл түрлену гендерінің қалыпты қызметі - гибридтің өсуіне мүмкіндік беретін гендердің экспрессиясын "тұздыру" деп есептеледі. Сонымен қатар, реттеуші гендер де болады. Д. симуланның ІІ хромосомасында орналасқан басқа ген - "Shfr" - әйел будандарының дамуына мүмкіндік береді, оның белсенділігі дамуы болатын температураға байланысты. Осы топтың түрлерінің жекелеген популяцияларында басқа да ұқсас гендер табылған. Қысқаша айтқанда, гибридтердің өмір сүру қабілетінің жоқтығы арқылы араласқан тиімді посткопуляциялық оқшаулау кедергісі үшін бірнеше ген ғана қажет. Изоляция генін анықтау сияқты оның қызметін де білу маңызды. Х хромосомамен байланысты және D. melanogaster мен D. simulans арасындағы еркек будандарының өмір сүру қабілетіне қатысы бар Hmr гені - миб протоонкогендер отбасының гендері, ол транскрипциялық реттегіш үшін кодталады. Бұл геннің екі нұсқасы әр түрде жақсы жұмыс істейді, бірақ гибридте олар әр түрдің әр түрлі генетикалық фонға байланысты дұрыс жұмыс істемейді. Екі түрдің аллельдік тізбесін зерттеу бағытты ауыстырулардың синонимдік алмастыруларға қарағанда көп кездесетінін көрсетеді, бұл геннің күшті табиғи іріктеуге ұшырағанын көрсетеді. Добжанский-Мюллер моделі түрлер арасындағы репродуктивті үйлеспеушілікке тиісті түрлердің гендерінің өзара әрекеттесуі себеп болады деп болжайды. Жақында Lhr D. simulans-та функционалдық жағынан бөлініп, Hmr-мен өзара әрекеттесетіндігі дәлелденді, ал ол өз кезегінде D. melanogaster-та функционалдық жағынан бөлініп, еркек будандарының өлімін тудырады. Lhr геномның гетерохроматикалық аймағында орналасқан және оның реті оң таңдау механизмдеріне сәйкес осы екі түрдің арасында бөлініп кетті. Жауапсыз қалған маңызды сұрақ - анықталған гендер гибридтік өмір сүру қабілетінің жоқтығын қолдайтын түрлендіруді бастаған ескі гендерге сәйкес келеді ме, әлде олар түрлендіруден кейін мутация арқылы пайда болған, әртүрлі популяцияларда ортақ емес және бастапқы өмір сүру қабілетінің жоқтығы гендерінің әсерін басады деген заманауи гендер ме? OdsH (Одиссейдің қысқартуы) генінің әсерінен Drosophila simulans және Маврикийде ғана кездесетін және жақын арада пайда болған туысқан D. mauritiana түрлерінің гибридтері ішінара тұқымсыз болады. Бұл ген екі түрде де монофильді болып көрінеді және табиғи іріктеудің әсерінен де пайда болады. Бұл ген түрленудің бастапқы кезеңдерінде араласады деп есептеледі, ал екі түрді ажырататын басқа гендер полифилияны көрсетеді. Одш - Drosophila геномдарының қайталануы нәтижесінде пайда болған және D. mauritania-да өте жоғары жылдамдықпен дамыған, ал оның парал�...
Reproductive isolation between species appears, in certain cases, a long time after fertilization and the formation of the zygote, as happens – for example – in the twin species Drosophila pavani and D. gaucha. The hybrids between both species are not sterile, in the sense that they produce viable gametes, ovules and spermatozoa. However, they cannot produce offspring as the sperm of the hybrid male do not survive in the semen receptors of the females, be they hybrids or from the parent lines. In the same way, the sperm of the males of the two parent species do not survive in the reproductive tract of the hybrid female. The development of a zygote into an adult is a complex and delicate process of interactions between genes and the environment that must be carried out precisely, and if there is any alteration in the usual process, caused by the absence of a necessary gene or the presence of a different one, it can arrest the normal development causing the non viability of the hybrid or its sterility. It should be borne in mind that half of the chromosomes and genes of a hybrid are from one species and the other half come from the other. If the two species are genetically different, there is little possibility that the genes from both will act harmoniously in the hybrid. From this perspective, only a few genes would be required in order to bring about post copulatory isolation, as opposed to the situation described previously for pre copulatory isolation. In many species where pre copulatory reproductive isolation does not exist, hybrids are produced but they are of only one sex. This is the case for the hybridization between females of Drosophila simulans and Drosophila melanogaster males: the hybridized females die early in their development so that only males are seen among the offspring. However, populations of D. simulans have been recorded with genes that permit the development of adult hybrid females, that is, the viability of the females is "rescued". It is assumed that the normal activity of these speciation genes is to "inhibit" the expression of the genes that allow the growth of the hybrid. There will also be regulator genes. A different gene, also located on Chromosome II of D. simulans is "Shfr" that also allows the development of female hybrids, its activity being dependent on the temperature at which development occurs. Other similar genes have been located in distinct populations of species of this group. In short, only a few genes are needed for an effective post copulatory isolation barrier mediated through the non viability of the hybrids. As important as identifying an isolation gene is knowing its function. The Hmr gene, linked to the X chromosome and implicated in the viability of male hybrids between D. melanogaster and D. simulans, is a gene from the proto oncogene family myb, that codes for a transcriptional regulator. Two variants of this gene function perfectly well in each separate species, but in the hybrid they do not function correctly, possibly due to the different genetic background of each species. Examination of the allele sequence of the two species shows that change of direction substitutions are more abundant than synonymous substitutions, suggesting that this gene has been subject to intense natural selection. The Dobzhansky–Muller model proposes that reproductive incompatibilities between species are caused by the interaction of the genes of the respective species. It has been demonstrated recently that Lhr has functionally diverged in D. simulans and will interact with Hmr which, in turn, has functionally diverged in D. melanogaster to cause the lethality of the male hybrids. Lhr is located in a heterochromatic region of the genome and its sequence has diverged between these two species in a manner consistent with the mechanisms of positive selection. An important unanswered question is whether the genes detected correspond to old genes that initiated the speciation favoring hybrid non viability, or are modern genes that have appeared post speciation by mutation, that are not shared by the different populations and that suppress the effect of the primitive non viability genes. The OdsH (abbreviation of Odysseus) gene causes partial sterility in the hybrid between Drosophila simulans and a related species, D. mauritiana, which is only encountered on Mauritius, and is of recent origin. This gene shows monophyly in both species and also has been subject to natural selection. It is thought that it is a gene that intervenes in the initial stages of speciation, while other genes that differentiate the two species show polyphyly. Odsh originated by duplication in the genome of Drosophila and has evolved at very high rates in D. mauritania, while its paralogue, unc 4, is nearly identical between the species of the group melanogaster. Seemingly, all these cases illustrate the manner in which speciation mechanisms originated in nature, therefore they are collectively known as "speciation genes", or possibly, gene sequences with a normal function within the populations of a species that diverge rapidly in response to positive selection thereby forming reproductive isolation barriers with other species. In general, all these genes have functions in the transcriptional regulation of other genes. The Nup96 gene is another example of the evolution of the genes implicated in post copulatory isolation. It regulates the production of one of the approximately 30 proteins required to form a nuclear pore. In each of the simulans groups of Drosophila the protein from this gene interacts with the protein from another, as yet undiscovered, gene on the X chromosome in order to form a functioning pore. However, in a hybrid the pore that is formed is defective and causes sterility. The differences in the sequences of Nup96 have been subject to adaptive selection, similar to the other examples of speciation genes described above. Post copulatory isolation can also arise between chromosomally differentiated populations due to chromosomal translocations and inversions. If, for example, a reciprocal translocation is fixed in a population, the hybrid produced between this population and one that does not carry the translocation will not have a complete meiosis. This will result in the production of unequal gametes containing unequal numbers of chromosomes with a reduced fertility. In certain cases, complete translocations exist that involve more than two chromosomes, so that the meiosis of the hybrids is irregular and their fertility is zero or nearly zero. Inversions can also give rise to abnormal gametes in heterozygous individuals but this effect has little importance compared to translocations. In such cases, selection gives rise to population specific isolating mechanisms to prevent either fertilization by interspecific gametes or the development of hybrid embryos. Because many sexually reproducing species of plants are exposed to a variety of interspecific gametes, natural selection has given rise to a variety of mechanisms to prevent the production of hybrids. These mechanisms can act at different stages in the developmental process and are typically divided into two categories, pre fertilization and post fertilization, indicating at which point the barrier acts to prevent either zygote formation or development. In the case of angiosperms and other pollinated species, pre fertilization mechanisms can be further subdivided into two more categories, pre pollination and post pollination, the difference between the two being whether or not a pollen tube is formed. (Typically when pollen encounters a receptive stigma, a series of changes occur which ultimately lead to the growth of a pollen tube down the style, allowing for the formation of the zygote.) Empirical investigation has demonstrated that these barriers act at many different developmental stages and species can have none, one, or many barriers to hybridization with interspecifics.
Алдын ала ұрықтандыру механизмдерінің мысалдары
Ұрықтандыру алдындағы оқшаулау механизмін жақсы құжатталған мысал Луизиананың ирис түрлерін зерттеуден алынған. Бұл ирис түрлері түр аралық және түрдегіше тозаң жүктемелерімен ұрықтандырылды және гибридті ұрпақтың табыстылығын өлшеу арқылы түр аралық және түрдегіше тозаң арасындағы тозаң түтігінің өсуіндегі айырмашылықтар түр аралық тозаңның ұрықтану деңгейінің төмендеуіне әкелгені дәлелденді. Бұл репродуктивті процестегі белгілі бір нүктеге гибридтердің пайда болуын болдырмау үшін арнайы оқшаулау механизмімен қалай әсер етілгенін көрсетеді. Өсімдіктердегі ұрықтанғанға дейінгі оқшаулау механизмінен басқа жақсы құжатталған мысал 2 желмен тозаңданатын қайың түрін зерттеуден алынған. Бұл түрлерді зерттеудің нәтижесінде, аралас құрттар мен құрттар арасындағы құрттар әлі де 98% құрттармен ұрықталады, бұл мұндай кедергілердің тиімділігін көрсетеді. Бұл мысалда тозаң түтігінің үйлеспеушілігі мен баяу генеративті митоздың тозаңданғаннан кейінгі оқшаулау механизміне қатысы бар.
A well documented example of a pre fertilization isolating mechanism comes from study of Louisiana iris species. These iris species were fertilized with interspecific and conspecific pollen loads and it was demonstrated by measure of hybrid progeny success that differences in pollen tube growth between interspecific and conspecific pollen led to a lower fertilization rate by interspecific pollen. This demonstrates how a specific point in the reproductive process is manipulated by a particular isolating mechanism to prevent hybrids. Another well documented example of a pre fertilization isolating mechanism in plants comes from study of the 2 wind pollinated birch species. Study of these species led to the discovery that mixed conspecific and interspecific pollen loads still result in 98% conspecific fertilization rates, highlighting the effectiveness of such barriers. In this example, pollen tube incompatibility and slower generative mitosis have been implicated in the post pollination isolation mechanism.
Ұрықтандырудан кейінгі механизмдердің мысалдары
Паспалумның диплоидты және тетраплоидты түрлерінің арасындағы айқасулар гибридті түзілудің алдын алатын ұрықтандырудан кейінгі механизмнің дәлелін береді, бұл кезде тетраплоидты түрлердің тозаңы диплоидты түрдің әйелін ұрықтандыру үшін пайдаланылады. Ұрықтандыру белгілері, тіпті эндоспермнің пайда болуы да байқалды, бірақ кейіннен бұл эндосперм құлдырады. Бұл ертегі ұрықтандырудан кейінгі оқшаулау механизмін көрсетеді, онда гибридті ертегі эмбрион анықталады және іріктеп түсік жасатылады. Бұл процесс даму кезінде, гибридтік тұқымдар іріктеп алып тасталатын кезеңде де орын алуы мүмкін.
Crosses between diploid and tetraploid species of Paspalum provide evidence of a post fertilization mechanism preventing hybrid formation when pollen from tetraploid species was used to fertilize a female of a diploid species. There were signs of fertilization and even endosperm formation but subsequently this endosperm collapsed. This demonstrates evidence of an early post fertilization isolating mechanism, in which the hybrid early embryo is detected and selectively aborted. This process can also occur later during development in which developed, hybrid seeds are selectively aborted.
Гибридтік некроздың әсері
Өсімдіктердің будандары гибридтік некроз деп аталатын аутоиммундық синдромнан жиі зардап шегеді. Гибридтерде ата-аналардың бірі қосқан белгілі бір ген өнімдері жат және патогенді деп дұрыс танылмайды және осылайша бүкіл өсімдіктегі жасушалардың өлімін тудырады. Кем дегенде бір жағдайда өсімдіктердегі ең өзгермелі гендер отбасында кодталған патоген рецепторы гибридтік некрозға жауапты деп анықталды.
Plant hybrids often suffer from an autoimmune syndrome known as hybrid necrosis. In the hybrids, specific gene products contributed by one of the parents may be inappropriately recognized as foreign and pathogenic, and thus trigger pervasive cell death throughout the plant. In at least one case, a pathogen receptor, encoded by the most variable gene family in plants, was identified as being responsible for hybrid necrosis.
Ашытқыдағы хромосомалық қайта орналасу
Saccharomyces cerevisiae сыра ашытқысында хромосомалық қайта реттеу әртүрлі штаммдарды репродуктивті түрде оқшаулаудың негізгі механизмі болып табылады. Хоу және басқалар. репродуктивті оқшаулаудың постзиготалық әсер ететінін және хромосомалық қайта орналасуларға байланысты болатынын көрсетті. Бұл авторлар S288c эталондық штаммымен әртүрлі нишалардан алынған 60 табиғи изоляттарды кесіп, ұрпақ өмір сүру қабілеті төмендеуімен репродуктивті изоляцияның 16 жағдайын анықтады және изоляттардың үлкен бөлігінде өзара хромосомалық транслокацияларды анықтады. цитоплазмада сперматогенезді өзгертіп, стерильділікке әкеледі. Бір қызығы, үйлесімсіздік немесе оқшаулану intraspecific деңгейінде де пайда болуы мүмкін. Д. simulans популяциялары зерттелді, олар айқас бағытына сәйкес гибридтік тұқымсыздықты көрсетеді. Стерильділікті анықтайтын фактор Wolbachia микроорганизмінің болуы немесе болмауы және популяцияның осы микроорганизмдерге төзімділігі немесе сезімталдығы болып табылды. Бұл популяцияаралық үйлесімсіздікті микроорганизмді өлтіру үшін арнайы антибиотикпен зертханада жоюға болады. Осыған ұқсас жағдайлар көптеген жәндіктерде белгілі, өйткені олардың 15% -ы осы симбионтпен жұқтырады. Кейбір жағдайларда түрлену процесі осы бактериялардың үйлеспеушілігіне байланысты орын алған деген болжам бар. Nasonia giraulti және N. longicornis екі құрт түрі Wolbachia екі түрлі штаммын алып жүреді. Инфекция жұқтырған популяция мен инфекциядан азат популяция арасындағы айқасулар жартылай түрлердің арасындағы толықтай репродуктивті оқшаулануды тудырады. Алайда, егер екі түрдің де бактериясы болмаса немесе екеуін де антибиотиктермен емдесе, онда өсімдіктің көбеюіне кедергі болмайды. Wolbachia сонымен қатар, аранайының (Tetranychus urticae) популяцияларында, Drosophila recens және D. subquinaria арасында және Diabrotica (қазқайың) мен Gryllus (крикет) түрлерінің арасында будандардың әлсіздігіне байланысты үйлесімсіздікті тудырады.
In brewers' yeast Saccharomyces cerevisiae, chromosomal rearrangements are a major mechanism to reproductively isolate different strains. Hou et al. showed that reproductive isolation acts postzygotically and could be attributed to chromosomal rearrangements. These authors crossed 60 natural isolates sampled from diverse niches with the reference strain S288c and identified 16 cases of reproductive isolation with reduced offspring viabilities, and identified reciprocal chromosomal translocations in a large fraction of isolates. in the cytoplasm which alters spermatogenesis leading to sterility. It is interesting that incompatibility or isolation can also arise at an intraspecific level. Populations of D. simulans have been studied that show hybrid sterility according to the direction of the cross. The factor determining sterility has been found to be the presence or absence of a microorganism Wolbachia and the populations tolerance or susceptibility to these organisms. This inter population incompatibility can be eliminated in the laboratory through the administration of a specific antibiotic to kill the microorganism. Similar situations are known in a number of insects, as around 15% of species show infections caused by this symbiont. It has been suggested that, in some cases, the speciation process has taken place because of the incompatibility caused by this bacteria. Two wasp species Nasonia giraulti and N. longicornis carry two different strains of Wolbachia. Crosses between an infected population and one free from infection produces a nearly total reproductive isolation between the semi species. However, if both species are free from the bacteria or both are treated with antibiotics there is no reproductive barrier. Wolbachia also induces incompatibility due to the weakness of the hybrids in populations of spider mites (Tetranychus urticae), between Drosophila recens and D. subquinaria and between species of Diabrotica (beetle) and Gryllus (cricket).