Corsa agli armamenti evolutiva - Evolutionary arms race

Nella biologia evolutiva , una corsa agli armamenti evolutiva è una lotta tra insiemi in competizione di geni , tratti o specie in co-evoluzione , che sviluppano adattamenti e controadattamenti l'uno contro l'altro, simili a una corsa agli armamenti . Questi sono spesso descritti come esempi di feedback positivi . I set di geni co-evoluzione possono essere in specie diverse , come in una corsa agli armamenti evolutiva tra una specie predatrice e la sua preda (Vermeij, 1987), o un parassita e il suo ospite. In alternativa, la corsa agli armamenti può avvenire tra membri della stessa specie, come nel modello di comunicazione di resistenza alla manipolazione/vendita (Dawkins & Krebs, 1979) o come nell'evoluzione incontrollata o negli effetti della Regina Rossa . Un esempio di una corsa agli armamenti evolutiva è nel conflitto sessuale tra i sessi, spesso descritto con il termine Fisherian runaway . Thierry Lodé ha sottolineato il ruolo di tali interazioni antagoniste nell'evoluzione che portano a spostamenti caratteriali e coevoluzione antagonista .

Corse agli armamenti simmetriche contro asimmetriche

Le corse agli armamenti possono essere classificate come simmetriche o asimmetriche. In una corsa agli armamenti simmetrica, la pressione selettiva agisce sui partecipanti nella stessa direzione. Un esempio di ciò sono gli alberi che crescono più alti a causa della competizione per la luce, dove il vantaggio selettivo per entrambe le specie è l'aumento dell'altezza. Una corsa agli armamenti asimmetrica comporta pressioni selettive contrastanti, come nel caso di ghepardi e gazzelle, in cui i ghepardi si evolvono per essere più bravi a cacciare e uccidere mentre le gazzelle si evolvono non per cacciare e uccidere, ma piuttosto per sfuggire alla cattura.

Dinamica ospite-parassita

La pressione selettiva tra due specie può includere la coevoluzione ospite-parassita . Questa relazione antagonistica porta alla necessità che l'agente patogeno abbia i migliori alleli virulenti per infettare l'organismo e che l'ospite abbia i migliori alleli resistenti per sopravvivere al parassitismo. Di conseguenza, le frequenze alleliche variano nel tempo a seconda delle dimensioni delle popolazioni virulente e resistenti (fluttuazione della pressione di selezione genetica) e del tempo di generazione (tasso di mutazione) dove alcuni genotipi sono selezionati preferenzialmente grazie al guadagno di fitness individuale. L'accumulo di cambiamenti genetici in entrambe le popolazioni spiega un adattamento costante per avere costi di fitness inferiori ed evitare l'estinzione in accordo con l' ipotesi della Regina Rossa suggerita da Leigh Van Valen nel 1973.

Esempi

L' interazione Phytophthora infestans /patata Bintje

Patate Bintje

La patata Bintje deriva da un incrocio tra le varietà di patate Munstersen e Fransen . È stato creato nei Paesi Bassi e ora è coltivato principalmente nel nord della Francia e in Belgio. L'oomicete Phytophthora infestans è responsabile della peronospora della patata, in particolare durante la carestia europea del 1840. Le zoospore (spore mobili, caratteristiche degli oomiceti) vengono liberate da zoosporangi forniti da un micelio e portate dalla pioggia o dal vento prima di infettare tuberi e foglie. I colori neri appaiono sulla pianta a causa dell'infezione del suo sistema cellulare necessaria per la moltiplicazione della popolazione infettiva degli oomiceti. Il parassita contiene combinazioni alleliche virulente-avirulento in diversi loci microsatelliti, allo stesso modo l'ospite contiene diversi geni di resistenza multiloci (o gene R ). Tale interazione è chiamata relazione gene-per-gene ed è, in generale, diffusa nelle malattie delle piante. L'espressione dei modelli genetici nelle due specie è una combinazione di caratteristiche di resistenza e virulenza al fine di avere il miglior tasso di sopravvivenza.

Pipistrelli e falene

Spettrogramma delle vocalizzazioni di pipistrellus pipistrellus durante l'avvicinamento alla preda. La registrazione copre un totale di 1,1 secondi; frequenza principale inferiore ca. 45 kHz (tipico per una comune pipistrella). Circa 150 millisecondi prima del tempo di contatto finale tra e la durata delle chiamate stanno diventando molto più brevi (" feeding buzz ").
File audio corrispondente:

I pipistrelli si sono evoluti per utilizzare l'ecolocalizzazione per rilevare e catturare le loro prede. Le falene si sono a loro volta evolute per rilevare i richiami di ecolocalizzazione dei pipistrelli cacciatori ed evocare manovre di volo evasive o rispondere con i propri clic ultrasonici per confondere l'ecolocalizzazione del pipistrello. La sottofamiglia Arctiidae delle falene nottue risponde in modo univoco all'ecolocalizzazione dei pipistrelli in tre ipotesi prevalenti: startle, sonar jamming e difesa acustica aposematica. Tutte queste differenze dipendono da specifiche impostazioni ambientali e dal tipo di chiamata di ecolocalizzazione; tuttavia, queste ipotesi non si escludono a vicenda e possono essere utilizzate dalla stessa falena per difesa.

È stato dimostrato che i diversi meccanismi di difesa rispondono direttamente all'ecolocalizzazione dei pipistrelli attraverso studi sulla simpatria . In luoghi con isolamento spaziale o temporale tra i pipistrelli e le loro prede, il meccanismo uditivo delle specie di falena tende a regredire. Fullard et al. (2004) hanno confrontato le specie di falena noctiide avventizia ed endemica in un habitat libero dai pipistrelli con gli ultrasuoni e hanno scoperto che tutte le specie avventive hanno reagito agli ultrasuoni rallentando i loro tempi di volo, mentre solo una delle specie endemiche ha reagito al segnale degli ultrasuoni, indicando una perdita dell'udito nel tempo nella popolazione endemica. Tuttavia, il grado di perdita o regressione dipende dalla quantità di tempo evolutivo e dal fatto che la specie di falena abbia sviluppato o meno usi secondari per l'udito.

È noto che alcuni pipistrelli utilizzano clic a frequenze superiori o inferiori al raggio uditivo delle falene. Questa è nota come ipotesi della frequenza allotonica. Sostiene che i sistemi uditivi delle falene hanno spinto i loro predatori di pipistrelli a utilizzare l'ecolocalizzazione a frequenza più alta o più bassa per aggirare l'udito delle falene. I pipistrelli Barbastelle si sono evoluti per utilizzare una modalità di ecolocalizzazione più silenziosa, chiamando a un volume ridotto e riducendo ulteriormente il volume dei loro clic mentre si avvicinano alle prede delle falene. Il minor volume di clic riduce il raggio di caccia efficace, ma si traduce in un numero significativamente maggiore di falene catturate rispetto ad altre specie di pipistrelli più rumorosi. Le falene hanno ulteriormente evoluto la capacità di discriminare tra i tassi di clic dell'ecolocalizzazione alti e bassi, il che indica se il pipistrello ha appena rilevato la loro presenza o li sta inseguendo attivamente. Ciò consente loro di decidere se i clic ultrasonici difensivi valgono o meno il dispendio di tempo ed energia.

Il tritone dalla pelle ruvida e il comune serpente giarrettiera

Tritone dalla pelle ruvida

I tritoni dalla pelle ruvida hanno ghiandole della pelle che contengono un potente veleno per i nervi, la tetrodotossina , come adattamento anti-predatore . In gran parte della gamma del tritone, il serpente giarrettiera comune è resistente alla tossina. Mentre in linea di principio la tossina si lega a una proteina a forma di tubo che funge da canale del sodio nelle cellule nervose del serpente, una mutazione in diverse popolazioni di serpenti configura la proteina in modo tale da ostacolare o impedire il legame della tossina, conferendo resistenza. A sua volta, la resistenza crea una pressione selettiva che favorisce i tritoni che producono più tossine. Che a sua volta impone una pressione selettiva favorendo i serpenti con mutazioni che conferiscono una resistenza ancora maggiore. Questa corsa agli armamenti evolutiva ha portato i tritoni a produrre livelli di tossine di gran lunga superiori a quelli necessari per uccidere qualsiasi altro predatore.

Nelle popolazioni in cui convivono serpenti giarrettiera e tritoni, nelle due specie si osservano rispettivamente livelli più elevati di tetrodotossina e resistenza ad essa. Dove le specie sono separate, i livelli di tossine e la resistenza sono inferiori. Sebbene i serpenti giarrettiera isolati abbiano una resistenza inferiore, dimostrano comunque una capacità di resistere a bassi livelli della tossina, suggerendo una predisposizione ancestrale alla resistenza alla tetrodotossina. I livelli più bassi di resistenza nelle popolazioni separate suggeriscono un costo di fitness sia della produzione di tossine che della resistenza. I serpenti con alti livelli di resistenza alla tetrodotossina strisciano più lentamente rispetto alle popolazioni isolate di serpenti, rendendoli più vulnerabili alla predazione. Lo stesso modello si osserva in popolazioni isolate di tritoni, che hanno meno tossine nella loro pelle. Ci sono hotspot geografici in cui i livelli di tetrodotossina e di resistenza sono estremamente alti, mostrando una stretta interazione tra tritoni e serpenti.

Buccino predatore e preda bivalve dal guscio duro

I predatori di buccino usavano il proprio guscio per aprire il guscio della loro preda, spesso rompendo entrambi i gusci del predatore e della preda nel processo. Ciò ha portato all'idoneità della preda dal guscio più grande ad essere più alta e quindi più selezionata per generazioni, tuttavia, la popolazione del predatore selezionata per coloro che erano più efficienti nell'aprire la preda con il guscio più grande. Questo esempio è un eccellente esempio di corsa agli armamenti asimmetrica perché mentre la preda sta evolvendo un tratto fisico, i predatori si stanno adattando in un modo molto diverso.

Additivi della morte delle pianure alluvionali e specie separate di rane

Le vipere della morte delle pianure alluvionali mangiano tre tipi di rane: una non tossica, una che produce muco quando viene presa dal predatore e le rane altamente tossiche, tuttavia, i serpenti hanno anche scoperto che se aspettano di consumare la loro preda tossica, la potenza diminuisce. In questo caso specifico, l'asimmetria ha permesso ai serpenti di superare le difese chimiche delle rane tossiche dopo la loro morte. I risultati dello studio hanno mostrato che il serpente si è abituato alle differenze tra le rane per il loro tempo di presa e rilascio, tenendo sempre il non tossico, mentre rilascia sempre le rane altamente tossiche, con le rane che scaricano muco da qualche parte nel mezzo. I serpenti trascorrerebbero anche generosamente più tempo a bocca aperta tra il rilascio delle rane altamente tossiche rispetto al breve tempo a bocca aperta tra il rilascio delle rane che scaricano il muco. Pertanto, i serpenti hanno un vantaggio molto più elevato di essere in grado di far fronte ai diversi meccanismi difensivi delle rane, mentre le rane potrebbero eventualmente aumentare la potenza della loro tossicità sapendo che anche i serpenti si adatterebbero a quel cambiamento, come i serpenti che hanno il veleno. per l'attacco iniziale. La coevoluzione è ancora fortemente asimmetrica a causa del vantaggio che i predatori hanno sulle loro prede.

Specie introdotte

Cane Toads ha subito una massiccia esplosione demografica in Australia a causa della mancanza di concorrenza.

Quando una specie non è stata precedentemente soggetta a una corsa agli armamenti, può trovarsi in grave svantaggio e rischiare l' estinzione molto prima che possa sperare di adattarsi a un nuovo predatore, concorrente, ecc. Ciò non dovrebbe sembrare sorprendente, poiché una specie può sono stati in lotte evolutive per milioni di anni, mentre l'altro potrebbe non aver mai affrontato tali pressioni. Questo è un problema comune in ecosistemi isolati come l' Australia o le isole Hawaii . In Australia, molte specie invasive , come i rospi della canna e i conigli , si sono diffuse rapidamente a causa della mancanza di competizione e della mancanza di adattamenti alla bufotenina del rospo della canna da parte di potenziali predatori. Le specie introdotte sono una delle ragioni principali per cui alcune specie indigene sono in pericolo o addirittura estinte , come nel caso del dodo .

Guarda anche

Riferimenti

Generale

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