Pokračování - Ekologie úvod – část II Základní ekologické pojmy •Evoluce versus ekologie •Historie biologické evoluce – Charles Darwin •Adaptace, valence, ekologická nika •Divergence versus konvergence •Procesy speciace • Ekologie versus Evoluce • • Zjednodušená historie biologické evoluce Velké vymírání v průběhu posledních 500 MIL (upraveno podle UNEP, 1995) •Doposud bylo paleontology identifikováno 5 velkých katastrof, kterými byly ukončeno velké geologické periody: • 1)Ordovik – 440 MIL, vyhynulo 80 až 85% druhů 2) 2)Devon – 365 MIL, vyhynulo 80 až 85% druhů 3) 3) Perm – 225 MIL, vyhynulo 95% druhů 4) 4)Trias – 210 MIL, vyhynulo 70 až 75% druhů 5) 5)Křída – 65 MIL, vyhynulo 70 až 75% druhů 6) 6) 6) Geologické procesy a biologická evoluce Charles Darwin (1809 – 1882) Charles Darwin, 1849 Darwinova pracovna v Down House v Kentu, Anglie H.M.S. Beagle 5 letá cesta kolem světa lodi H.M.S. Beagle Fenotypická plasticita Přírodní výběr - Darwinova teorie, 1859 Jedinci, kteří tvoří jednu populaci nejsou stejní (velikost, reakce na teplotu, fyziologie atd. - heterogenita) Některé z těchto vlastností jsou dědičné, takže favorizované formy se přenášejí do další generace. Každá populace je schopna vyprodukovat nadmíru potomstva, avšak jedinci se prakticky reprodukují v menší míře než jsou reálně schopni. Různí jedinci po sobě zanechávají různé množství potomků. Počet potomků, které jedinec po sobě zanechává může záviset na interakcích mezi jeho vlastnostmi a prostředím. Darwinův model přírodního výběru pOu , jsou Organismy mají potenciál k exponenciálnímu růstu Přírodní populace tento potenciál ale nerealizují, jsou stabilní Přírodní zdroje jsou limitované Boj o přežití mezi jedinci v populaci Poznatek 1 Poznatek 2 Poznatek 3 Poznatek 4 Důsledek 1 Poznatek 5 Důsledek 2 Důsledek 3 Mezi jedinci v populaci jsou variace Tyto variace jsou dědičné Tyto rozmanité organismy se nestejně rozmnožují a přežívají Přírodní výběr působící přes mnoho generací vede ke vzniku adaptací a nových druhů Adaptace k prostředí Dědičný charakter: morfologický fyziologický behaviorální Pomáhá jakýmkoliv způsobem při přežívání a reprodukci ! Je výsledkem přírodního výběru ! Reakce organismu na změnu faktoru prostředí Tolerance vůči faktorům prostředí Ekologická valence a ekologická nika •Prostředí organismu – habitat – specifické charakteristiky: • terestrické • vodní – mořské • sladkovodní • •Pro každý druh a pro každý ekologický faktor definujeme rozsah environmentálního faktoru: • rozsah tolerance • rozsah optima • ekologická valence druhu • •Limitující faktor ! • •Změny faktorů – odpověď organismu na změnu – neevoluční změny: • • fyziologické změny – aklimatizace • behaviorální změny – u mobilních druhů • fenotypická plasticita – environmentálně indukovaná fenotypická variace • • • Rozsah tolerance vůči faktorům prostředí Tolerance k faktorům prostředí Preference optimálních podmínek Aklimatizace druhu na nové podmínky Rozsah tolerance různých druhů organismů • Ekologická nika a valence organismu/druhu Překryv nik dvou různých druhů Vícerozměrné pojetí ekologické niky Multidimensionální ekologická nika Fundamentální versus realizovaná nika Kompetice mezi druhy vede ke zmenšení nik • Koexistence podobných druhů antarktických tuleňů Adaptace versus specializace Specializované potravní niky ptáků Gradient prostředí Specializace organismů a gradient prostředí Evoluční divergence ptáků specializovaných na různé ekologické niky Morfologické adaptace - přizpůsobení ústního ústrojí živočichů a)Bodavě savé u komára b) b)Kousací u sarančete c) c)Zobák semenožravého ptáka d) d)Zobák pro filtraci vody e) e)Zobák dravce f) f)Chrup přežvýkavce g) g)Chrup šelmy Adaptace na úrovni zažívacího traktu obratlovců a)Nepřežvýkavý herbivor – dlouhé tenké střevo a dobře vyvinuté slepé střevo b) b)Přežvýkavec – žaludek se skládá ze čtyř částí (bachor, čepec, kniha, slez) c) c)Zažívací trakt ptáka – má vole d) d)Masožravý savec – jícen, žaludek, tenké střevo, malé slepé střevo, tlusté střevo Fenotypická plasticita Specializace versus speciace Darwinovy pěnkavy na Galapágách Divergence versus konvergence DIVERGENCE Selekce na příkladu zbarvení plžů a)Frekvence distribuce zbarvení před selekčním tlakem b) b)Stabilizují efekt eliminuje světlé a tmavé varianty c) c)Směrová selekce vede k posunu průměru jedním směrem d) d)Disruptivní selekce eliminuje „průměrné“ varianty fenotypu a může vést až ke vzniku dvou druhů Rekonstrukce dělení starého superkontinentu Gondwany •Historické vlivy: • •Pohyby zemských hmot – výskyt organismů byl během evoluce ovlivněn •pohybem kontinentů – Wegener (1915) – kontinentální drift. • •Během tohoto pohybu – výrazné klimatické změny. • •Zásadní vliv na rozšíření organismů na povrchu země. • •● poloha jižního pólu Evoluce velkých nelétavých ptáků a kontinentální drift Příklad divergence •Míra příbuznosti zjišťována metodou hybridizace DNA • •První divergencí je odlišení tinamy • •Následující divergence odpovídají rozpadu Gondwany a následnému kontinetálnímu driftu • •Průrva mezi Austrálií a ostatními jižními kontinenty • •Vstup Atlantiku mezi Afriku a Jižní Ameriku • •Záliv Tasmánského moře (80MIL) • •Předchůdci Kiwi se dostali na Nový Zéland (40MIL) • Model evoluce 13 druhů darwinových pěnkav na ostrovech Galapágy •Kolonizace proběhla ve třech krocích: • 1)Druh imigrující z Jižní Ameriky dosáhl Galapágy a kolonizoval ostrov San Cristobal 2) 2)Po stabilizaci populace se tento druh šířil na další ostrovy a adaptoval se na nové podmínky a změnil se geneticky 3) 3)Po dostatečné době isolace se původní populace dostaly do kontaktu již jako nové druhy , které se vzájemně nekříží Adaptivní radiace 10 druhů darwinových pěnkav Evoluční strom havajských druhů rodu Drosofila •Nejstarší druhy – D. primaeva (1) a D. attigua (2) jsou pouze na ostrově Kauai • •Další druhy jsou umístěny nad ostrovy • •Na Nithau a Kahoolawe se žádná Drosofila nevyskytuje • •První kolonizátoři dosáhli Havajské ostrovy zřejmě před 40 MIL Allopatrická (geografická) speciace Speciace v důsledku geografické izolace – příklad divergence Proces allopatrické speciace: geografické barevné variace mloků rodu Ensatina •Populace mloků rodu Ensatina z geografické oblasti Central Valey v Kalifornii • • • • •Rozrůzněné populace původního druhu E. e. eschscholtzii žijící v oblasti jsou isolovány geografickou barierou • • • • •Druhy E.e. eschscholtzii a E.e. klauberi lze již považovat za samostatné druhy, které se nekříží KONVERGENCE Příklad konvergentního vývoje tvaru těla u velkých mořských masožravců •Shodu mezi povahou organismů a jejich prostředím můžeme vnímat jako podobnost tvaru a chování organismů, které žijí v podobném prostředí, ale patří k rozdílným evolučním liniím. • •Struktury zcela odlišného evolučního původu zde plní obdobné role – jsou tedy analogické, na rozdíl od struktur homologických, kdy dochází ke vzniku odpovídajících struktur ze společného předka. • •Hovoříme tedy o konvergentní evoluci. Konvergence a paralely •Klasickým příkladem paralelní evoluce je evoluční radiace placentárních savců a vačnatců. • •Australští vačnatci dospěli na tento kontinent v křídě ( cca před 90 MIL), kdy jediní v této bodě přítomni savci byli podivní vejcorodí savci z řádu ptakořitých (dnes pouze ježury a ptakopysci). • •Došlo k evolučnímu rozrůznění a tento proces v mnoha směrech stejný jako u jiných savců na jiných kontinentech. • •Dokonalá shoda jak v podobě organismů a jejich způsobu života je tak mimořádně nápadná. • •Jsou to tzv. ekologicky ekvivalentní druhy. Děkuji za pozornost