Desde
que Charles Darwin centrara su atención en el mundo insular tras su
viaje en el Beagle, donde destacó a las curiosas tortugas y simpáticos
pinzones de las Galápagos, las islas y archipiélagos que salpican
nuestros mares y océanos han sido considerados por los biólogos como
laboratorios naturales en los cuáles estudiar la evolución de las
especies. No es una afirmación casual, ya que estos remotos enclaves
suelen albergar una fauna y flora típica y exclusiva, de carácter
endémico, cuyo estudio puede ilustrarnos con varias notas acerca de cómo
se originan y cambian las especies a lo largo del tiempo; o sobre cómo
cambian sus poblaciones espacial y temporalmente, conquistando nuevos
ambientes y adquiriendo novedosas adaptaciones. Y de ello va la serie
“Evolución en islas”. En la entrada de hoy, nuestros docentes serán unas
bonitas palmeras originadas en un remoto paraíso australiano.
Un precioso lugar para estudiar la evolución de las especies es la isla de Lord Howe. Es la típica islita tropical de paradisíacas playas y hermoso paisaje. Está localizada en el mar de Tasmania, al noreste de Sidney (Australia) y a mitad de camino entre el continente australiano y Nueva Zelanda (ver aquí). Es una isla muy pequeñita, que apenas abarca entre 12 y 14.5 km2. De origen volcánico, se originó hace 6.4 – 6.9 millones de años y está presidida por dos abruptas y escabrosas montañas: Monte Gower (875 m) y Monte Lidgbird (777 m). Casi toda la isla, incluyendo los llanos y las montañas, es rica en vegetación. Existen bosques de palmeras, bosques dominados por un tipo de monocotiledónea arborescente llamada Pandanus, bosques de pluviselva tropical y en las mayores altitudes, frondosos bosques tapizados de musgo (ref. 5 y 6).
Es un bonito ecosistema cuya flora nativa aloja al menos 241 especies vegetales, de las que al menos un 44% son endémicas, es decir, que solo se encuentran en ese lugar del mundo y en ningún sitio más. Y antes de la llegada del ser humano, toda la avifauna eran 13 especies de aves exclusivas de dicha isla, también contamos con un eslizón, un gecko, un murciélago y un mundo de invertebrados que parece albergar un nivel de endemismo del 50% (ref. 4).
Sin embargo, el problema de las islas pequeñas es que por regla general serán expuestas al exterminio una vez son pisadas por el ser humano. En la isla de Lord Howe nuestra simiesca especie se ha cargado: dos plantas (Solanum bauerianum y Sicyos australis), dos aves terrestres con motivo de la caza (Porphyrio alba y Columba vitiensis godmanae) y un periquito que parecía “ocasionar daño a los campos de cultivo” (Cyanoramphus novaezelandiae subflavescens) (ref. 4).
Otro problema habitual en los ambientes insulares, es que una vez son colonizados por el hombre, suelen ser también pasto de las especies exóticas, es decir, de especies procedentes de otros lugares del mundo. Y el problema de las especies exóticas es que es habitual que se conviertan en especies invasoras: especies que se instalan con total éxito en ese nuevo ambiente, depredando, desplazando o transmitiendo peligrosas enfermedades a las especies nativas. La isla de Lord Howe no es una excepción, se han colado: 230 especies de plantas, 12 especies de vertebrados por medio del hombre (incluyendo ratas, gatos y cerdos, todos ellos muy peligrosos para cualquier especie insular), 10 especies adicionales de aves por medios propios (muchas procedentes de Europa como el mirlo común o el estornino pinto) así como 11 especies de invertebrados (entre ellos nuestro caracol de huerta, Helix aspersa, que ha tenido mucho éxito instalándose en los frondosos bosques de la isla) (ref. 4).
Y de entre todas las especies invasoras, nuestras ratas (digo “nuestras” porque arribaron como polizones desde nuestros barcos) son excelentes exterminadoras. Por lo pronto en Lord Howe se cargaron cinco especies de avecillas (Turdus poliocephalus vinitinctus, Gerygone insulares, Rhipidura cervina, Zosterops strenua y Aplonis fuscus hullianus) que incluyen un mirlo, una curruca y un estornino que solo existían en la isla de Lord Howe. También eliminaron un búho exclusivo de aquel lugar (Ninox novaezeelandiae undulatam). Por no salvarse, ni siquiera se escapan los insectos, sobre todo si no pueden volar. Así cayó el escarabajo terrestre Hybomorphus melanosomus y el insecto palo de Lord Howe, Dryococelus australis (Montrouzier), visto por última vez en 1920 (ref. 4).
Si bien, por una vez hubo buena fortuna: en el año 2003 el insecto palo volvió a redescubrirse. Pero no en la isla de Lord Howe, sino a 23 km al sureste de dicha isla, en una tenebrosa espira volcánica llamada Balls Pyramid. Por ahora el bicho está en «Peligro Crítico» según la IUCN, sus poblaciones deben de ser minúsculas y están bajo seria amenaza, porque una bella enredadera invasora, Ipomoea cairica, está poniendo en riesgo al arbusto Melaleuca howeana, la principal fuente de alimento del bicho. Los científicos son claros: ¡se debe de actuar ya! ¿Cómo? Manteniendo una población reproductora del insecto en cautividad, trasladando varios ejemplares a islotes libres de roedores y montando una campaña de exterminio de ratas en Lord Howe (ref. 1 y 5). Y al parecer el gobierno australiano ya ha puesto en marcha tal plan de protección (ver aquí). Espero que sean eficientes.
Problemas de conservación al margen, la isla resulta ser magnífica para estudiar la evolución de las especies. Pero antes de continuar puede ser interesante plantear una pregunta y/o problema que requiere de solución: ¿Cómo se origina una especie? ¿Y qué es eso que se llama especiación?
Ambas preguntas están interrelacionadas. La especiación es aquel proceso por el cuál se origina una nueva especie a partir de una especie precedente. Más complicado es explicar el cómo se origina una especie. Existen varios modelos y explicaciones, que en general proponen una norma a cumplir: una nueva especie se origina a partir de la ruptura de su especie antecesora, o dicho de otra forma, hay que romper una especie para generar nuevas especies.
¿De qué están formadas las especies para qué puedan romperse? Las especies están
Sucederá que como dicha población está aislada espacialmente no se mezcla con las demás, por lo que todos los cambios que sucedan en dicha población permanecerán en ella y sin transmitirse al resto de poblaciones. De igual modo, los cambios que sucedan en las otras poblaciones no pasarán a esta población aislada y no tendrá lugar la mezcla, por lo que aquellas poblaciones cambiarán por su cuenta y al margen de nuestra población aislada. Por ello, la población aislada por un lado y el resto de poblaciones por el otro lado, evolucionarán y cambiaran independientemente unos de otros. El quid de la cuestión reside en que, pasado el tiempo, los cambios acumulados serán tan sumamente grandes que la población aislada y el resto de poblaciones serán incapaces de reconocerse entre sí como miembros de la misma especie, por lo que será raro que hibriden; y aún en caso de hibridar, será muy posible que los híbridos sean poco o nada viables… Como resultado, tendremos que considerar a la población aislada como una nueva especie, o bien deberíamos de considerar a las otras poblaciones como una especie distinta a la de nuestra población aislada, o bien la población aislada por un lado y las otras poblaciones por el otro deberían ser consideradas especies distintas a la original.
El proceso descrito anteriormente es un tema muy viejo en Biología Evolutiva que recibe el nombre de especiación alopátrica. Es un fenómeno muy común y bien documentado en la naturaleza. Suele ser el sistema habitual por el que se generan las especies insulares y la causa de que en las islas existan tantos endemismos. También es un tema que en “La Ciencia y sus Demonios” hemos tratado varias veces. Por lo pronto hará menos de un mes, es el caso de la rana Litoria genimaculata de Queensland (Australia) (ver aquí); más alejados en el tiempo vimos el mismo fenómeno en la rana fresa envenenada (Dendrobates pumilio) de Centro- y Sudamérica (ver aquí) y en las ranas del género Epipedobates de la misma área del mundo (ver acá). Sin olvidar tampoco a un pajarillo como el mosquitero troquiloide, cuya gran expansión lleva a la separación de sus poblaciones en un fenómeno llamado especiación en anillo (ver aquí); o el gorrión de corona blanca, cuya notable separación y aislamiento espacial conlleva cambios culturales que está arrastrando a su vez al cambio evolutivo (ver acá).
Es un tema interesante, pero la isla de Lord Howe puede contar una historia diferente. En esta isla existen varias especies endémicas de palmeras, que solo y exclusivamente se hallan en dicha isla, no estando presentes en ningún otro lugar del mundo. Dos de ellas nos interesan especialmente, estas son la palmera rizada (Howea belmoreana) y la palmera kentia (Howea forsteriana), ambas extremadamente abundantes en la isla, comprendiendo más del 70% de la vegetación que allá podamos encontrar. Pero con la llegada del hombre dejaron de ser exclusivas de aquel pedrusco, porque aún siendo originales de allí, se han convertido en plantas muy apreciadas en jardinería. Por dar un dato, Howea forsteriana por sí sola y contando únicamente el mercado alemán mueve 7 millones de € (ref. 6).
Ambas palmeras son a varios niveles (ecología, fenología, fisiología) especies diferentes. Pero también son especies muy cercanas. Los estudios genéticos hablan de «especies hermanas», es decir, especies que comparten un ancestro común directo e inmediato. Yendo incluso más lejos, usando relojes moleculares (cuya base teórica está explicada aquí) que han sido calibrados de cuatro formas diferentes e independientes a Lord Howe, vienen a decir que ambas especies de palmeras comenzaron a separarse hace 0.5 – 1.9 millones de años ¡Mucho después de que la isla fuera formada! Ya que esta se originó hace 6.4 – 6.9 millones de años. Por lo tanto, tenemos dos especies de palmeras que se originaron en esa isla a partir de una palmera un poco más ancestral (ref. 6).
Ahora bien, el problema a plantear es el siguiente: como hemos visto anteriormente, para formar una especie es necesario romper una especie precedente, pero tenemos una isla más canija que Edward Elric, tan enana y diminuta que es imposible aislar espacialmente a las poblaciones de palmeras. Yendo más lejos, es relativamente habitual ver a Howea belmoreana y Howea forsteriana creciendo casi codo con codo en muchos lugares. Complicandolo todo aun más: estas palmeras tienen fecundación mediada por el viento. Luego, si es imposible el aislamiento espacial pero se necesita del aislamiento para formar una nueva especie… ¿Cómo demonios lograron nacer estas dos especies?
En realidad el problema no es tan difícil como parece, tan solo he hecho trampa omitiendo dos pistas fundamentales para hallar la solución al entuerto: la ecología de nuestras palmeras y un tipo de especiación distinto al que hemos visto.
Howea forsteriana es una planta especialmente abundante a baja altitud (aunque puede encontrarse hasta a 350 metros de altura), colonizadora de suelos de naturaleza sedimentaria y ricos en calcarenita con un pH elevado o básico; en estas condiciones la palmera kentia suele ser una planta dominante formadora de sus propios bosques. Por su parte, Howea belmoreana es una planta cuya abundancia se incrementa con la altitud y especialmente a más de 400 metros de altura, es colonizadora de suelos de naturaleza volcánica y ricos en basaltos con un pH neutro o ácido, bajo estas condiciones la palmera rizada crece como un componente más en bosques dominados otras plantas de porte arbóreo (ref. 2 y 6).
También son plantas que están reproductivamente aisladas ¡a pesar de que en algunos sitios viven muy cerca unas de otras! Esto lo consiguen floreciendo a destiempo, de modo que entre el máximo apogeo de la floración de Howea forsteriana y el de Howea belmoreana existe un lapso de seis semanas donde será muy raro que coincidan. También florecen de forma distinta, en Howea forsteriana las flores masculinas florecen antes que las femeninas; mientras que en Howea belmoreana ambos tipos de flores abren al unísono. Dadas estas diferencias, que llegue a darse hibridación es muy raro, de hecho, los híbridos son difíciles de encontrar tal y como ha sido verificado por estudios genéticos (ref. 2 y 6).
Por lo que tenemos dos especies muy cercanas genéticamente, pero que viven en medios muy diferentes y que además han inventado una forma de evitar a toda costa la hibridación. Para los científicos el panorama es claro como el agua: es un caso de especiación simpátrica o simpátrida. Es un tipo de especiación muy diferente a la especiación alopátrica. Mientras que la especiación alopátrica se basa en barreras geográficas y/o grandes distancias que separan espacialmente a las poblaciones de una especie, la especiación simpátrica es aquella que ocurre a nivel interno dentro de una misma población.
¿Cómo en el seno de una población puede originarse una nueva especie? Es una pregunta a considerar, dentro de una población el flujo genético es muy activo y mantiene homogénea a la población. En este caso es necesario romper el flujo genético a nivel interno. Una forma de conseguirlo es mediante mutaciones de gran calibre que permitan que los mutantes sean compatibles genéticamente entre sí pero incompatibles con los no mutantes de la población; esto ya lo vimos en el caso del origen de la ranita Hyla versicolor a partir de Hyla chrysoscelis (ver aquí) y en el germen de diversas especies de trigo (ver acá). También puede ser que la mutación no afecte a la compatibilidad genética pero sí al criterio de elección de pareja tal y como parece estar pasando con unas aves de las islas Salomón (ver acuyá).
Otra forma de empezar a romper el flujo genético para dar lugar a la especiación simpátrica es mediante la súper-especialización de algunos miembros de la población en otros tipos de entorno, de modo que las adaptaciones y modificaciones requeridas para prosperar inviten a generar barreras a nivel interno, cosa que sucede en el pez llamado espinoso (Gasterosteus aculeatus) (ver aquí), en los pinzones de las Galápagos (ver acá) y en ciertas moscas del género Rhagoletis (ver acuyá). También este es el caso de nuestras palmeras.
¿Qué escenario plantean los científicos para explicar el origen de estas palmeras? La primera fuente de información apunta a una investigación publicada en la prestigiosa revista Nature, encabezada por el Dr. Vincent Savolainen, profesor de Biología en la Division of Ecology & Evolution del Imperial College de Londres. Contando con su propio laboratorio y equipo de investigación, es un experto en la ecología, genética de poblaciones y filogenia de diversas especies; presentando un curriculum con varias publicaciones en Nature y unas cuantas más en PNAS, otra revista de gran importancia científica.
En el estudio mencionado, descartando posibilidades, se averigua que las palmeras Howea forsteriana y Howea belmoreana son plantas diploides donde ambas especies cuentan con 16 pares de cromosomas, por lo que al tener el mismo número de cromosomas, en este caso particular la duplicación genética (o poliploidía) queda descartada como mecanismo de origen de alguna de ellas (ref. 6).
Otro tipo de análisis se enfocó sobre los genes y conjuntos de genes que mayor nivel de diferenciación presentaban entre una planta y otra. En un escenario de especiación alopátrica tales diferencias genéticas suelen estar repartidas a lo largo y ancho de todo el genoma. No fue esto lo que halló el equipo del Dr. Savolainen, sino que descubrieron que las diferencias genéticas estaban concentradas en muy pocos elementos genéticos, panorama acorde a un escenario de especiación simpátrica donde la selección genética para adaptarse a un nuevo tipo de ambiente es fundamental, obligando a la selección de los elementos genéticos necesarios para conseguirlo (ref. 6).
Por lo que el modelo propuesto es el siguiente. Un millón de años después de la formación de la isla, hace 4.5 – 5.5 millones de años, los ancestros del género Howea arribaron a Lord Howe desde el cercano continente australiano. Fecha dada por los análisis genéticos, que también indican que estos ancestros eran palmeras próximas al género Laccospadix, un grupo de palmeras australianas. Así que durante los siguientes millones de años, los ancestros de Laccospadix-Howea originaron al género Laccospadix en el continente australiano y al género Howea en nuestra isla particular (ref. 6).
Sería mucho más recientemente, hace 0.5 – 1.9 millones de años, cuando comenzaría la escisión de la Howea original en Howea forsteriana y Howea belmoreana. Al parecer esta planta inicialmente invadió los suelos volcánicos de carácter neutro o ácido repartidos por la isla. Sin embargo, en esta isla hay muchos lugares donde se alternan los suelos volcánicos con los suelos sedimentarios de calcarenita. Como esta planta es polinizada gracias a la acción del viento la continua hibridación es inevitable, luego… ¿Cómo tendría lugar el inicio de la separación en especies distintas? Los autores aventuran una hipótesis sugerente: la colonización de los suelos de calcarenita supusieron un estrés para la planta, ya que no son suelos para los que estuviera originalmente adaptada. Dicho estrés conllevó, entre otras consecuencias, la modificación de la época de floración, siendo este el pistoletazo de salida para que las plantas de suelos volcánicos y de suelos sedimentarios empezaran a florecer a destiempo, iniciando con ello la escisión en especies distintas y los mecanismos precisos de adaptación a los suelos calcáreos (ref. 6 y 7). Esta hipótesis por ahora está apoyada por simulaciones matemáticas, que indicarían que empezando con una discrepancia en la época de floración bastarían 50.000 generaciones para separar a Howea en dos especies distintas (ref. 3).
Y aquí lo dejamos. A lo largo de esta entrada hemos visitado la preciosa isla de Lord Howe del mar de Tasmania, hemos visto la fragilidad que tienen los ecosistemas insulares, especialmente si son muy pequeños. Hemos repasado uno de los mecanismos más importantes y reconocidos que existen en el mundo natural para generar nuevas especies. Pero como no era suficiente, luego hemos visto otro mecanismo, la especiación simpátrida o simpátrica, que permite originar nuevas especies mediante la ruptura de una población sin necesidad de grandes barreras geográficas; mecanismo que luego hemos atestiguado con las preciosas palmeras del género Howea. Estas plantas ofrecen uno de los mejores escenarios para estudiar la especiación simpátrica que los biólogos podían encontrar; sin embargo es un hallazgo muy reciente. Tanto… ¡que son requeridos más estudios!
http://lacienciaysusdemonios.com/2012/09/13/evolucion-en-islas-3-palmeras-simpaticas-simpatricas-simpatridas
Un precioso lugar para estudiar la evolución de las especies es la isla de Lord Howe. Es la típica islita tropical de paradisíacas playas y hermoso paisaje. Está localizada en el mar de Tasmania, al noreste de Sidney (Australia) y a mitad de camino entre el continente australiano y Nueva Zelanda (ver aquí). Es una isla muy pequeñita, que apenas abarca entre 12 y 14.5 km2. De origen volcánico, se originó hace 6.4 – 6.9 millones de años y está presidida por dos abruptas y escabrosas montañas: Monte Gower (875 m) y Monte Lidgbird (777 m). Casi toda la isla, incluyendo los llanos y las montañas, es rica en vegetación. Existen bosques de palmeras, bosques dominados por un tipo de monocotiledónea arborescente llamada Pandanus, bosques de pluviselva tropical y en las mayores altitudes, frondosos bosques tapizados de musgo (ref. 5 y 6).
Es un bonito ecosistema cuya flora nativa aloja al menos 241 especies vegetales, de las que al menos un 44% son endémicas, es decir, que solo se encuentran en ese lugar del mundo y en ningún sitio más. Y antes de la llegada del ser humano, toda la avifauna eran 13 especies de aves exclusivas de dicha isla, también contamos con un eslizón, un gecko, un murciélago y un mundo de invertebrados que parece albergar un nivel de endemismo del 50% (ref. 4).
Sin embargo, el problema de las islas pequeñas es que por regla general serán expuestas al exterminio una vez son pisadas por el ser humano. En la isla de Lord Howe nuestra simiesca especie se ha cargado: dos plantas (Solanum bauerianum y Sicyos australis), dos aves terrestres con motivo de la caza (Porphyrio alba y Columba vitiensis godmanae) y un periquito que parecía “ocasionar daño a los campos de cultivo” (Cyanoramphus novaezelandiae subflavescens) (ref. 4).
Otro problema habitual en los ambientes insulares, es que una vez son colonizados por el hombre, suelen ser también pasto de las especies exóticas, es decir, de especies procedentes de otros lugares del mundo. Y el problema de las especies exóticas es que es habitual que se conviertan en especies invasoras: especies que se instalan con total éxito en ese nuevo ambiente, depredando, desplazando o transmitiendo peligrosas enfermedades a las especies nativas. La isla de Lord Howe no es una excepción, se han colado: 230 especies de plantas, 12 especies de vertebrados por medio del hombre (incluyendo ratas, gatos y cerdos, todos ellos muy peligrosos para cualquier especie insular), 10 especies adicionales de aves por medios propios (muchas procedentes de Europa como el mirlo común o el estornino pinto) así como 11 especies de invertebrados (entre ellos nuestro caracol de huerta, Helix aspersa, que ha tenido mucho éxito instalándose en los frondosos bosques de la isla) (ref. 4).
Y de entre todas las especies invasoras, nuestras ratas (digo “nuestras” porque arribaron como polizones desde nuestros barcos) son excelentes exterminadoras. Por lo pronto en Lord Howe se cargaron cinco especies de avecillas (Turdus poliocephalus vinitinctus, Gerygone insulares, Rhipidura cervina, Zosterops strenua y Aplonis fuscus hullianus) que incluyen un mirlo, una curruca y un estornino que solo existían en la isla de Lord Howe. También eliminaron un búho exclusivo de aquel lugar (Ninox novaezeelandiae undulatam). Por no salvarse, ni siquiera se escapan los insectos, sobre todo si no pueden volar. Así cayó el escarabajo terrestre Hybomorphus melanosomus y el insecto palo de Lord Howe, Dryococelus australis (Montrouzier), visto por última vez en 1920 (ref. 4).
Si bien, por una vez hubo buena fortuna: en el año 2003 el insecto palo volvió a redescubrirse. Pero no en la isla de Lord Howe, sino a 23 km al sureste de dicha isla, en una tenebrosa espira volcánica llamada Balls Pyramid. Por ahora el bicho está en «Peligro Crítico» según la IUCN, sus poblaciones deben de ser minúsculas y están bajo seria amenaza, porque una bella enredadera invasora, Ipomoea cairica, está poniendo en riesgo al arbusto Melaleuca howeana, la principal fuente de alimento del bicho. Los científicos son claros: ¡se debe de actuar ya! ¿Cómo? Manteniendo una población reproductora del insecto en cautividad, trasladando varios ejemplares a islotes libres de roedores y montando una campaña de exterminio de ratas en Lord Howe (ref. 1 y 5). Y al parecer el gobierno australiano ya ha puesto en marcha tal plan de protección (ver aquí). Espero que sean eficientes.
Problemas de conservación al margen, la isla resulta ser magnífica para estudiar la evolución de las especies. Pero antes de continuar puede ser interesante plantear una pregunta y/o problema que requiere de solución: ¿Cómo se origina una especie? ¿Y qué es eso que se llama especiación?
Ambas preguntas están interrelacionadas. La especiación es aquel proceso por el cuál se origina una nueva especie a partir de una especie precedente. Más complicado es explicar el cómo se origina una especie. Existen varios modelos y explicaciones, que en general proponen una norma a cumplir: una nueva especie se origina a partir de la ruptura de su especie antecesora, o dicho de otra forma, hay que romper una especie para generar nuevas especies.
¿De qué están formadas las especies para qué puedan romperse? Las especies están
Sucederá que como dicha población está aislada espacialmente no se mezcla con las demás, por lo que todos los cambios que sucedan en dicha población permanecerán en ella y sin transmitirse al resto de poblaciones. De igual modo, los cambios que sucedan en las otras poblaciones no pasarán a esta población aislada y no tendrá lugar la mezcla, por lo que aquellas poblaciones cambiarán por su cuenta y al margen de nuestra población aislada. Por ello, la población aislada por un lado y el resto de poblaciones por el otro lado, evolucionarán y cambiaran independientemente unos de otros. El quid de la cuestión reside en que, pasado el tiempo, los cambios acumulados serán tan sumamente grandes que la población aislada y el resto de poblaciones serán incapaces de reconocerse entre sí como miembros de la misma especie, por lo que será raro que hibriden; y aún en caso de hibridar, será muy posible que los híbridos sean poco o nada viables… Como resultado, tendremos que considerar a la población aislada como una nueva especie, o bien deberíamos de considerar a las otras poblaciones como una especie distinta a la de nuestra población aislada, o bien la población aislada por un lado y las otras poblaciones por el otro deberían ser consideradas especies distintas a la original.
El proceso descrito anteriormente es un tema muy viejo en Biología Evolutiva que recibe el nombre de especiación alopátrica. Es un fenómeno muy común y bien documentado en la naturaleza. Suele ser el sistema habitual por el que se generan las especies insulares y la causa de que en las islas existan tantos endemismos. También es un tema que en “La Ciencia y sus Demonios” hemos tratado varias veces. Por lo pronto hará menos de un mes, es el caso de la rana Litoria genimaculata de Queensland (Australia) (ver aquí); más alejados en el tiempo vimos el mismo fenómeno en la rana fresa envenenada (Dendrobates pumilio) de Centro- y Sudamérica (ver aquí) y en las ranas del género Epipedobates de la misma área del mundo (ver acá). Sin olvidar tampoco a un pajarillo como el mosquitero troquiloide, cuya gran expansión lleva a la separación de sus poblaciones en un fenómeno llamado especiación en anillo (ver aquí); o el gorrión de corona blanca, cuya notable separación y aislamiento espacial conlleva cambios culturales que está arrastrando a su vez al cambio evolutivo (ver acá).
Es un tema interesante, pero la isla de Lord Howe puede contar una historia diferente. En esta isla existen varias especies endémicas de palmeras, que solo y exclusivamente se hallan en dicha isla, no estando presentes en ningún otro lugar del mundo. Dos de ellas nos interesan especialmente, estas son la palmera rizada (Howea belmoreana) y la palmera kentia (Howea forsteriana), ambas extremadamente abundantes en la isla, comprendiendo más del 70% de la vegetación que allá podamos encontrar. Pero con la llegada del hombre dejaron de ser exclusivas de aquel pedrusco, porque aún siendo originales de allí, se han convertido en plantas muy apreciadas en jardinería. Por dar un dato, Howea forsteriana por sí sola y contando únicamente el mercado alemán mueve 7 millones de € (ref. 6).
Ambas palmeras son a varios niveles (ecología, fenología, fisiología) especies diferentes. Pero también son especies muy cercanas. Los estudios genéticos hablan de «especies hermanas», es decir, especies que comparten un ancestro común directo e inmediato. Yendo incluso más lejos, usando relojes moleculares (cuya base teórica está explicada aquí) que han sido calibrados de cuatro formas diferentes e independientes a Lord Howe, vienen a decir que ambas especies de palmeras comenzaron a separarse hace 0.5 – 1.9 millones de años ¡Mucho después de que la isla fuera formada! Ya que esta se originó hace 6.4 – 6.9 millones de años. Por lo tanto, tenemos dos especies de palmeras que se originaron en esa isla a partir de una palmera un poco más ancestral (ref. 6).
Ahora bien, el problema a plantear es el siguiente: como hemos visto anteriormente, para formar una especie es necesario romper una especie precedente, pero tenemos una isla más canija que Edward Elric, tan enana y diminuta que es imposible aislar espacialmente a las poblaciones de palmeras. Yendo más lejos, es relativamente habitual ver a Howea belmoreana y Howea forsteriana creciendo casi codo con codo en muchos lugares. Complicandolo todo aun más: estas palmeras tienen fecundación mediada por el viento. Luego, si es imposible el aislamiento espacial pero se necesita del aislamiento para formar una nueva especie… ¿Cómo demonios lograron nacer estas dos especies?
En realidad el problema no es tan difícil como parece, tan solo he hecho trampa omitiendo dos pistas fundamentales para hallar la solución al entuerto: la ecología de nuestras palmeras y un tipo de especiación distinto al que hemos visto.
Howea forsteriana es una planta especialmente abundante a baja altitud (aunque puede encontrarse hasta a 350 metros de altura), colonizadora de suelos de naturaleza sedimentaria y ricos en calcarenita con un pH elevado o básico; en estas condiciones la palmera kentia suele ser una planta dominante formadora de sus propios bosques. Por su parte, Howea belmoreana es una planta cuya abundancia se incrementa con la altitud y especialmente a más de 400 metros de altura, es colonizadora de suelos de naturaleza volcánica y ricos en basaltos con un pH neutro o ácido, bajo estas condiciones la palmera rizada crece como un componente más en bosques dominados otras plantas de porte arbóreo (ref. 2 y 6).
También son plantas que están reproductivamente aisladas ¡a pesar de que en algunos sitios viven muy cerca unas de otras! Esto lo consiguen floreciendo a destiempo, de modo que entre el máximo apogeo de la floración de Howea forsteriana y el de Howea belmoreana existe un lapso de seis semanas donde será muy raro que coincidan. También florecen de forma distinta, en Howea forsteriana las flores masculinas florecen antes que las femeninas; mientras que en Howea belmoreana ambos tipos de flores abren al unísono. Dadas estas diferencias, que llegue a darse hibridación es muy raro, de hecho, los híbridos son difíciles de encontrar tal y como ha sido verificado por estudios genéticos (ref. 2 y 6).
Por lo que tenemos dos especies muy cercanas genéticamente, pero que viven en medios muy diferentes y que además han inventado una forma de evitar a toda costa la hibridación. Para los científicos el panorama es claro como el agua: es un caso de especiación simpátrica o simpátrida. Es un tipo de especiación muy diferente a la especiación alopátrica. Mientras que la especiación alopátrica se basa en barreras geográficas y/o grandes distancias que separan espacialmente a las poblaciones de una especie, la especiación simpátrica es aquella que ocurre a nivel interno dentro de una misma población.
¿Cómo en el seno de una población puede originarse una nueva especie? Es una pregunta a considerar, dentro de una población el flujo genético es muy activo y mantiene homogénea a la población. En este caso es necesario romper el flujo genético a nivel interno. Una forma de conseguirlo es mediante mutaciones de gran calibre que permitan que los mutantes sean compatibles genéticamente entre sí pero incompatibles con los no mutantes de la población; esto ya lo vimos en el caso del origen de la ranita Hyla versicolor a partir de Hyla chrysoscelis (ver aquí) y en el germen de diversas especies de trigo (ver acá). También puede ser que la mutación no afecte a la compatibilidad genética pero sí al criterio de elección de pareja tal y como parece estar pasando con unas aves de las islas Salomón (ver acuyá).
Otra forma de empezar a romper el flujo genético para dar lugar a la especiación simpátrica es mediante la súper-especialización de algunos miembros de la población en otros tipos de entorno, de modo que las adaptaciones y modificaciones requeridas para prosperar inviten a generar barreras a nivel interno, cosa que sucede en el pez llamado espinoso (Gasterosteus aculeatus) (ver aquí), en los pinzones de las Galápagos (ver acá) y en ciertas moscas del género Rhagoletis (ver acuyá). También este es el caso de nuestras palmeras.
¿Qué escenario plantean los científicos para explicar el origen de estas palmeras? La primera fuente de información apunta a una investigación publicada en la prestigiosa revista Nature, encabezada por el Dr. Vincent Savolainen, profesor de Biología en la Division of Ecology & Evolution del Imperial College de Londres. Contando con su propio laboratorio y equipo de investigación, es un experto en la ecología, genética de poblaciones y filogenia de diversas especies; presentando un curriculum con varias publicaciones en Nature y unas cuantas más en PNAS, otra revista de gran importancia científica.
En el estudio mencionado, descartando posibilidades, se averigua que las palmeras Howea forsteriana y Howea belmoreana son plantas diploides donde ambas especies cuentan con 16 pares de cromosomas, por lo que al tener el mismo número de cromosomas, en este caso particular la duplicación genética (o poliploidía) queda descartada como mecanismo de origen de alguna de ellas (ref. 6).
Otro tipo de análisis se enfocó sobre los genes y conjuntos de genes que mayor nivel de diferenciación presentaban entre una planta y otra. En un escenario de especiación alopátrica tales diferencias genéticas suelen estar repartidas a lo largo y ancho de todo el genoma. No fue esto lo que halló el equipo del Dr. Savolainen, sino que descubrieron que las diferencias genéticas estaban concentradas en muy pocos elementos genéticos, panorama acorde a un escenario de especiación simpátrica donde la selección genética para adaptarse a un nuevo tipo de ambiente es fundamental, obligando a la selección de los elementos genéticos necesarios para conseguirlo (ref. 6).
Por lo que el modelo propuesto es el siguiente. Un millón de años después de la formación de la isla, hace 4.5 – 5.5 millones de años, los ancestros del género Howea arribaron a Lord Howe desde el cercano continente australiano. Fecha dada por los análisis genéticos, que también indican que estos ancestros eran palmeras próximas al género Laccospadix, un grupo de palmeras australianas. Así que durante los siguientes millones de años, los ancestros de Laccospadix-Howea originaron al género Laccospadix en el continente australiano y al género Howea en nuestra isla particular (ref. 6).
Sería mucho más recientemente, hace 0.5 – 1.9 millones de años, cuando comenzaría la escisión de la Howea original en Howea forsteriana y Howea belmoreana. Al parecer esta planta inicialmente invadió los suelos volcánicos de carácter neutro o ácido repartidos por la isla. Sin embargo, en esta isla hay muchos lugares donde se alternan los suelos volcánicos con los suelos sedimentarios de calcarenita. Como esta planta es polinizada gracias a la acción del viento la continua hibridación es inevitable, luego… ¿Cómo tendría lugar el inicio de la separación en especies distintas? Los autores aventuran una hipótesis sugerente: la colonización de los suelos de calcarenita supusieron un estrés para la planta, ya que no son suelos para los que estuviera originalmente adaptada. Dicho estrés conllevó, entre otras consecuencias, la modificación de la época de floración, siendo este el pistoletazo de salida para que las plantas de suelos volcánicos y de suelos sedimentarios empezaran a florecer a destiempo, iniciando con ello la escisión en especies distintas y los mecanismos precisos de adaptación a los suelos calcáreos (ref. 6 y 7). Esta hipótesis por ahora está apoyada por simulaciones matemáticas, que indicarían que empezando con una discrepancia en la época de floración bastarían 50.000 generaciones para separar a Howea en dos especies distintas (ref. 3).
Y aquí lo dejamos. A lo largo de esta entrada hemos visitado la preciosa isla de Lord Howe del mar de Tasmania, hemos visto la fragilidad que tienen los ecosistemas insulares, especialmente si son muy pequeños. Hemos repasado uno de los mecanismos más importantes y reconocidos que existen en el mundo natural para generar nuevas especies. Pero como no era suficiente, luego hemos visto otro mecanismo, la especiación simpátrida o simpátrica, que permite originar nuevas especies mediante la ruptura de una población sin necesidad de grandes barreras geográficas; mecanismo que luego hemos atestiguado con las preciosas palmeras del género Howea. Estas plantas ofrecen uno de los mejores escenarios para estudiar la especiación simpátrica que los biólogos podían encontrar; sin embargo es un hallazgo muy reciente. Tanto… ¡que son requeridos más estudios!
http://lacienciaysusdemonios.com/2012/09/13/evolucion-en-islas-3-palmeras-simpaticas-simpatricas-simpatridas
منذ
أنّ ركّز داروين إنتباهه على عالم الجُزُرْ، إثر رحلته الشهيرة على
السفينة بيجل The Voyage of the Beagle، حيث سلّط الضوء على السلاحف وطيور البرقش في أرخبيل غالاباغوس، اعتبُرِتْ الجُزُرْ في بحارنا ومحيطاتنا من قبل علماء الأحياء
بمثابة مختبرات طبيعية، يُدرس تطوّر الأنواع الحيّة فيها. وهذا ليس حالة
عارضة، حيث أضحت هذه الجزر موئلاً للحياة الحيوانية
والنباتيّة المستوطنة الحصريّة ببعضها، حيث تفيدنا دراستها بالإضاءة
على ملاحظات عدّة تقترب من كيفية إعطاء أصولها وتغيرات تلك الأنواع الحيّة
بمرور الزمن، أو كيف تتغيّر جماعاتها مكانيا وزمانيا، عبر الغزو لبيئات
جديدة وإكتساب تكيفات جديدة. وهنا، يتركّز جهد سلسلة " التطور في الجزر "
لإيضاحه.
وفي موضوعنا، هذا، سنتحرّى عن تطور نوع من النخيل، الذي تعود جذوره
الأبعد إلى الجنّة الأوستراليّة.
من الأمكنة الهامّة لدراسة تطور الأنواع الحيّة جزيرة لورد هاو.
من الأمكنة الهامّة لدراسة تطور الأنواع الحيّة جزيرة لورد هاو.
فهي جزيرة مداريّة تقليدية ذات شواطيء
رائعة ومشهد خلّاب. تقع الجزيرة في بحر تسمانيا، إلى الشمال الشرقيّ من
مدينة سيدني الأوستراليّة وبمنتصف الطريق بين القارة الأوستراليّة
ونيوزيلنده. هي جزيرة صغيرة جداً، فبالكاد تبلغ مساحتها بين 12 و 14.5
كيلومتر مربّع. هي من أصل بركانيّ، ويعود ظهورها للفترة الممتدة ما قبل 6.4 –
6.9 مليون عام، ويتصدرها جبلين وعرين وشديدي الإنحدار، هما مونت جوير (إرتفاعه 875 متر) ومونت ليدجبيرد (إرتفاعه 777 متر). الجزيرة
غنيّة بالخضرة سواء في جبالها أو سهولها. فيها أحراش مكوّنة من شجر
النخيل، يُهيمن عليها نوع أحادي الفلقة يسمى كاذي أو البندان Pandanus، أحراش إستوائيّة مطيرة وبغالبيّة مناطقها المرتفعة، نجد أحراش مرصّعة بالطحالب
الخضراء.
تشكّل الجزيرة نظاما بيئياً مميّزاً، حيث يبلغ عدد أنواعها الحيّة، على الأقلّ، 241 نوع نباتيّ، ومنها 44% متوطِّنة، وعندما نستخدم مصطلح متوطِّن / مستوطن، أي لا يعيش هذا النوع الحيّ إلا فيها ولا يعيش خارجها بأيّ مكان من العالم. وقبل وصول الكائن البشريّ إليها، بلغ عدد كل الأنواع الحيّة فيها من الطيور 13 نوع حصريّ بهذه الجزيرة، كذلك نتحدث عن الضبّ، أبو بريص، خفّاش وعالم من اللافقاريات بمستوى استيطاني بنسبة 50%.
تشكّل الجزيرة نظاما بيئياً مميّزاً، حيث يبلغ عدد أنواعها الحيّة، على الأقلّ، 241 نوع نباتيّ، ومنها 44% متوطِّنة، وعندما نستخدم مصطلح متوطِّن / مستوطن، أي لا يعيش هذا النوع الحيّ إلا فيها ولا يعيش خارجها بأيّ مكان من العالم. وقبل وصول الكائن البشريّ إليها، بلغ عدد كل الأنواع الحيّة فيها من الطيور 13 نوع حصريّ بهذه الجزيرة، كذلك نتحدث عن الضبّ، أبو بريص، خفّاش وعالم من اللافقاريات بمستوى استيطاني بنسبة 50%.
مع
هذا، فمشكلة الجزر الصغيرة، كقاعدة عامّة، أنها ستتعرّض للإبادة بمجرّد أن
يطأها الكائن البشريّ (الإنسان العاقل .. أو الإنسان البِلا عقل؟! فينيق ترجمة).
في هذه الجزيرة، تمثّل أثرنا السلبيّ على نوعي
نبات سولانوم باوريانوم Solanum bauerianum (من الفصيلة الباذنجانية) وسيكيوس أوستراليس Sicyos australis (ينتمي للفصيلة القرعية)، وعلى نوعي طيور بريين بسبب
الصيد الجائر، هما بورفيريو ألبوس Porphyrio albus وكولومبا فيتينيسيس غودماني Columba vitiensis godmanae وعلى نوع ببغاء،
والذي يبدو أنّه "حدث بسبب الأذى الذي ألحقه بنوع من الزراعات فقتلوه" وإسمه ببغاء لورد هاو.
مشكلة أخرى مألوفة في البيئات الجُزُريّة، وهو أنه وبمجرّد إستيطانها من قبل الإنسان، فمن المعتاد أن يجلب أنواع حيّة من أماكن أخرى من العالم معه. وتكمن المشكلة مع تلك الحيوانات الغريبة، بتحولها عادة لأنواع غازية، أنواع، تتثبَّت بنجاح باهر في البيئة الجديدة، تفترس، تنتقل وتنقل أخطاراً مرضيّة للأنواع المستوطنة المقيمة أصلاً. ولا تشكل جزيرة لورد هاواستثناءاً على هذا الصعيد، فقد سُجِّلَ وفود 230 نوع نباتيّ، 12 نوع فقاريّ بواسطة الإنسان (بما فيها جرذان، قطط وخنازير، وهذا كلّه شديد الخطر لأيّ نوع يعيش على الجزيرة بالاساس)، 10 أنواع إضافيّة من الطيور بطرق خاصة (أغلبها قادم من أوروبا كالشحرور والزرزور) وكذلك 11 نوع لافقاريّ (بينهم قواقع حديقتنا المسماة حلزون الحدائق والتي لاقت نجاحاً كبيراً بعيشها في الأحراش الكثيفة بالجزيرة).
مشكلة أخرى مألوفة في البيئات الجُزُريّة، وهو أنه وبمجرّد إستيطانها من قبل الإنسان، فمن المعتاد أن يجلب أنواع حيّة من أماكن أخرى من العالم معه. وتكمن المشكلة مع تلك الحيوانات الغريبة، بتحولها عادة لأنواع غازية، أنواع، تتثبَّت بنجاح باهر في البيئة الجديدة، تفترس، تنتقل وتنقل أخطاراً مرضيّة للأنواع المستوطنة المقيمة أصلاً. ولا تشكل جزيرة لورد هاواستثناءاً على هذا الصعيد، فقد سُجِّلَ وفود 230 نوع نباتيّ، 12 نوع فقاريّ بواسطة الإنسان (بما فيها جرذان، قطط وخنازير، وهذا كلّه شديد الخطر لأيّ نوع يعيش على الجزيرة بالاساس)، 10 أنواع إضافيّة من الطيور بطرق خاصة (أغلبها قادم من أوروبا كالشحرور والزرزور) وكذلك 11 نوع لافقاريّ (بينهم قواقع حديقتنا المسماة حلزون الحدائق والتي لاقت نجاحاً كبيراً بعيشها في الأحراش الكثيفة بالجزيرة).
ومن بين جميع الأنواع الحيّة الغازية، تشكّل
جرذاننا (التي قدمت للجزيرة خلسة عبر مراكبنا) كائنات إبادة ممتازة. فلقد
قضت على 5 أنواع حيّة من الطيور الصغيرة وبينها نوع شحرور وزرزور وغيرها قد تواجدت
حصرياً في هذه الجزيرة. كذلك تمكنت الجرذان من القضاء على نوع من البوم
المتوطِّن حصريا في الجزيرة. حتى
الحشرات لم تفلت منها، سيما الحشرات الغير قادرة على الطيران، وهكذا قضت
على نوع من الخنافس وعلى حشرة عيدان جزيرة لورد هاو والتي شُوهِدَتْ لآخر مرّة العام 1920!!!.
ولحسن الحظّ، وفي العام 2003، أُعيدَ إكتشاف حشرة عيدان جزيرة لورد هاو، لكن، مكان الإكتشاف ليس الجزيرة!! بل إلى الجنوب الشرقي منها وعلى مسافة 23 كيلومتر، في منطقة بركانيّة تسمى هرم بولز. لكنّها معرّضة لخطر جدّي وجماعاتها بتناقص مستمرّ، لوجود نوع غازي نباتيّ يسمى شبّ النهار والذي يضع شجيرة ميلالويكا الهاوايانية Melaleuca howeana بخطر شديد، وهي تشكّل مصدر الغذاء الرئيسيّ لهذه الحشرة. ورأي العلماء واضح هنا، يجب علينا التحرّك!! كيف يمكن الحفاظ على جماعة قادرة على التكاثر من تلك الحشرة؟ يجب توفير مناطق ضمن جزيرة لورد هاو محرّرة من الجرذان، وفعلاً قامت الحكومة الأوسترالية بوضع خطّة عمل لحماية هذا النوع، ونأمل أن تتسم بالفعالية وتحقق النجاح.
إذا وضعنا مشكلة الحفظ على الهامش، تُعتبر هذه الجزيرة موئلاً هامّاً لدراسة تطور الأنواع الحيّة. لكن، قبل أن نتابع، حريٌّ بنا طرح تساؤل و/ أو مشكلة تقتضي الحلّ:
كيف يُعطى الأصل للنوع الحيّ؟ وماذا تعني عملية الإنتواع Speciation أو نشوء الأنواع؟
هناك ارتباط بين التساؤلين.
ولحسن الحظّ، وفي العام 2003، أُعيدَ إكتشاف حشرة عيدان جزيرة لورد هاو، لكن، مكان الإكتشاف ليس الجزيرة!! بل إلى الجنوب الشرقي منها وعلى مسافة 23 كيلومتر، في منطقة بركانيّة تسمى هرم بولز. لكنّها معرّضة لخطر جدّي وجماعاتها بتناقص مستمرّ، لوجود نوع غازي نباتيّ يسمى شبّ النهار والذي يضع شجيرة ميلالويكا الهاوايانية Melaleuca howeana بخطر شديد، وهي تشكّل مصدر الغذاء الرئيسيّ لهذه الحشرة. ورأي العلماء واضح هنا، يجب علينا التحرّك!! كيف يمكن الحفاظ على جماعة قادرة على التكاثر من تلك الحشرة؟ يجب توفير مناطق ضمن جزيرة لورد هاو محرّرة من الجرذان، وفعلاً قامت الحكومة الأوسترالية بوضع خطّة عمل لحماية هذا النوع، ونأمل أن تتسم بالفعالية وتحقق النجاح.
إذا وضعنا مشكلة الحفظ على الهامش، تُعتبر هذه الجزيرة موئلاً هامّاً لدراسة تطور الأنواع الحيّة. لكن، قبل أن نتابع، حريٌّ بنا طرح تساؤل و/ أو مشكلة تقتضي الحلّ:
كيف يُعطى الأصل للنوع الحيّ؟ وماذا تعني عملية الإنتواع Speciation أو نشوء الأنواع؟
هناك ارتباط بين التساؤلين.
نشوء الأنواع، عبارة عن عملية يُعطى الأصل
لنوع حيّ إعتباراً من نوع حيّ سابق بواسطتها. تفسير كيفية ظهور
النوع الحيّ هو ذو تعقيد أكبر. يوجد العديد من النماذج والتفسيرات، والتي تقترح بالعموم
قاعدة إكمال، يُعطى الأصل لنوع حيّ جديد إعتباراً من إنقطاع نوعه السلف، أو
قوله بصيغة أخرى، يتوجب تشتيت نوع حيّ لتوليد أنواع جديدة.
مما تتشكّل الأنواع الحيّة، ولماذا يجري تشتتها؟
مما تتشكّل الأنواع الحيّة، ولماذا يجري تشتتها؟
تتشكّل الأنواع الحيّة من
جماعات، مجموعات من الأفراد لذات النوع الحيّ تعيش بذات المكان من العالم.
لكن، الجماعة ليست ذاتاً مُنعزلة، فعادة ما تستقبل الجماعة المهاجرين من
جماعات أخرى، كذلك، تُصدّر الجماعة المهاجرين إلى جماعات أخرى. تُولّد تلك
الحركات مسار جينيّ وراثيّ، يمزج الجماعات، فيحافظ على نوع من
الشبه والتعادل، بشكل ينقص او يزيد، دون السماح بظهور فروقات كبيرة بينها.
حسناً، ما الذي يحصل حال وجود حاجز يعزل جماعة محددة، على المستوى الجغرافي أو المكاني، ويمنعها من الإختلاط مع باقي الجماعات؟
ما يحصل، ببساطة، هو أن تلك الجماعة المنعزلة مكانياً، لن تختلط مع جماعات أخرى، وبالتالي، ستبقى كل التغيرات الحادثة فيها عندها ودون نقلها لباقي الجماعات. بصيغة مكافئة، لن تمرّ التغيرات الحادثة بجماعات أخرى لتصل لهذه الجماعة المنعزلة ولن يحصل امتزاج، ما يعني أن تلك الجماعات ستتغيّر من حسابها وبعيداً عن جماعتنا المنعزلة تلك. وهذا يعني أن الجماعة المنعزلة، من جانب، وباقي الجماعات، من جانب آخر، ستتطوّر وتتغيّر بشكل مستقل بعضها عن بعضها الآخر. وبمرور الزمن، تتراكم التغيرات وستكبر بين الجماعة المنعزلة وباقي الجماعات ولن تتمكّن تلك الجماعات من التعرُّف على الجماعة المنعزلة بوصف أفرادها أعضاء من ذات النوع الحيّ، ولهذا، من النادر حصول تهجين فيما بينها، ولهذا، حتى لو حصل تهجين بينهما، فالهجائن غير قابلة للحياة في الغالب الأعمّ من الحالات. وبالتالي، كنتيجة لهذا، سيتوجب علينا إعتبار الجماعة المنعزلة كنوع حيّ جديد، أو سيتوجب علينا إعتبار الجماعات الأخرى بمثابة نوع حيّ مختلف عن نوع جماعتنا المنعزلة، أو الجماعة المنعزلة، من جانب، والجماعات الأخرى، من جانب آخر، سيتوجب إعتبارها أنواع حيّة مختلفة عن النوع الأصليّ، الذي تطورت عنه عملياً.
يُعتبر ما ورد أعلاه موضوع قديم جداً في علم الأحياء التطوريّ والذي يسمى نشوء الأنواع الحيّة بالانعزال الجغرافيّ (إنتواع متباين الموطن). هي ظاهرة عامّة وموثّقة جيداً في الطبيعه.
ما يحصل، ببساطة، هو أن تلك الجماعة المنعزلة مكانياً، لن تختلط مع جماعات أخرى، وبالتالي، ستبقى كل التغيرات الحادثة فيها عندها ودون نقلها لباقي الجماعات. بصيغة مكافئة، لن تمرّ التغيرات الحادثة بجماعات أخرى لتصل لهذه الجماعة المنعزلة ولن يحصل امتزاج، ما يعني أن تلك الجماعات ستتغيّر من حسابها وبعيداً عن جماعتنا المنعزلة تلك. وهذا يعني أن الجماعة المنعزلة، من جانب، وباقي الجماعات، من جانب آخر، ستتطوّر وتتغيّر بشكل مستقل بعضها عن بعضها الآخر. وبمرور الزمن، تتراكم التغيرات وستكبر بين الجماعة المنعزلة وباقي الجماعات ولن تتمكّن تلك الجماعات من التعرُّف على الجماعة المنعزلة بوصف أفرادها أعضاء من ذات النوع الحيّ، ولهذا، من النادر حصول تهجين فيما بينها، ولهذا، حتى لو حصل تهجين بينهما، فالهجائن غير قابلة للحياة في الغالب الأعمّ من الحالات. وبالتالي، كنتيجة لهذا، سيتوجب علينا إعتبار الجماعة المنعزلة كنوع حيّ جديد، أو سيتوجب علينا إعتبار الجماعات الأخرى بمثابة نوع حيّ مختلف عن نوع جماعتنا المنعزلة، أو الجماعة المنعزلة، من جانب، والجماعات الأخرى، من جانب آخر، سيتوجب إعتبارها أنواع حيّة مختلفة عن النوع الأصليّ، الذي تطورت عنه عملياً.
يُعتبر ما ورد أعلاه موضوع قديم جداً في علم الأحياء التطوريّ والذي يسمى نشوء الأنواع الحيّة بالانعزال الجغرافيّ (إنتواع متباين الموطن). هي ظاهرة عامّة وموثّقة جيداً في الطبيعه.
من المألوف أن تشكل الجُزُر نظاماً
معتاداً لتوليد الأنواع الحيّة الجُزُريّة، ويعود السبب لوجود الكثير من الأنواع
المتوطِّنة فيها. وهذا الموضوع قد تطرقنا له سابقاً. ففي أقلّ من شهر قرأنا
عن حالة الضفدع ليتوريا غينيماكولاتا Litoria genimaculata، التي تنتمي إلى ضفادع الشجر الأوسترالية. وبوقت
سابق، رأينا ظاهرة ضفدع الفريز السام أوفاغا بوميلو Strawberry poison-dart frog في وسط وجنوب
أميركا وضفادع من الجنس إيبيبدوباتيس Epipedobates بذات المنطقة من العالم. دون نسيان
الطائر الصغير نقشارة مخضرة Greenish Warbler الذي قاد إنفصال جماعاته وإنتشارها
لنشوء ظاهرة مسماة نشوء الأنواع الحلقيّ (نوع حلقيّ)، أو عصفور الدوري ذو التاج الأبيض والذي أدّى إنفصاله الملحوظ
وإنعزاله الجغرافيّ لتحقيق تغيرات صوتيّة، قادت لتحقيق تغيُّر
تطوريّ بدورها.
إنّه موضوع شيِّق، لكن، نقرأ قصة أخرى مختلفة في جزيرة لورد هاو.
إنّه موضوع شيِّق، لكن، نقرأ قصة أخرى مختلفة في جزيرة لورد هاو.
ففي هذه الجزيرة، يوجد أنواع عديدة مُتوطِّنة من
أشجار النخيل، والتي توجد فقط بتلك الجزيرة وتغيب عن كل أمكنة
العالم الأخرى. يهمنا نوعين منها، هما النوع خزمة بلمور Howea belmoreana ونوع خزمة فورستري Howea forsteriana ويتوفران بكثافة في الجزيرة، بحيث يغطيا أكثر من 70%
من الخضرة فيها. ولكن، مُذ وصل الإنسان فقدت خصوصيتها وتحولت إلى نباتات
قيّمة في الحدائق. وبمعلومة تجاريّة حيث يُباع من نوع النخيل الخزمة الفورستري،
لوحده، في السوق الألمانيّ بحوالي 7 مليون يورو سنوياً.
يختلفُ نوعا النخيل وعلى مستويات عديدة (بيئياً، تطوريا، فيزيولوجياً) عن بعضهما. لكن بذات الوقت، لديهما قرابة لصيقة. تتحدث الدراسات الجينية الوراثيّة عن "نوعين شقيقين"، ما يعني، الكلام عن نوعين لديهما سلف مُشترك مُباشر وآني. بالذهاب أبعد من هذا، وباستعمال الساعات الجزيئيّة، والتي استعملت بأربع صيغ مستقلة ومختلفة في جزيرة لورد هاو، والتي تُخبرنا بأنّ نوعين النخيل قد انفصلا عن بعضهما منذ حوالي 0.5 – 1.9 مليون عام! أي بعد تشكّل الجزيرة بزمن طويل! حيث أن الجزيرة قد تشكلت بزمن يعود للفترة 6.4 – 6.9 مليون عام. بالتالي، لدينا نوعي نخيل قد تأصَّلا في هذه الجزيرة، اعتباراً من نوع نخيل أقدم منهما بقليل.
حسناً، الآن، تكمن مشكلة هذا الطرح بالآتي: كما قرأنا أعلاه، ليتكوّن نوع حيّ، من الضروري تشتيت نوع سابق، لكن، لدينا جزيرة صغيرة جداً ومن المستحيل تحقيق الإنعزال المكانيّ عن جماعات النخيل الأخرى. لنذهب بعيداً أكثر، من المألوف رؤية نوعي النخيل ينموان معاً تقريباً بكثير من الأماكن في الجزيرة. لنعقّد الموضوع أكثر، لدى أنواع النخيل ، تلك، نوع تلقيح بواسطة الرياح. بالتالي، فيما لو يستحيل خلق عزل جغرافيّ، والإنعزال ضروريّ لتكوين نوع حيّ جديد.
كيف ظهر النوعان إذاً؟؟!!!!
في الواقع، لا تتمتع هذه المشكلة بصعوبة كبيرة، كما قد يتداعى للذهن؛ فقد نَصَبْتُ فخّاً لكم، بحيث أخفيتُ مشهدين أساسيين
للعثور على حلّ اللغز، فعلم البيئة لنوعي نخيلنا ونوع من نشوء الأنواع مختلف
ولم نلاحظه سابقاً.
يتوفر نبات خزمة فورستري، بشكل خاص، بمناطق مُنخفضة الإرتفاع (رغم وصول بعض أشجاره لطول يبلغ 350 متر)، يستوطن أرض ذات طبيعة رسوبيّة غنيّة بالمواد الكلسيّة مع درجة حموضة (أسّ هيدروجينيّ) عالية أو أساسيّة، ففي هذه الشروط، من المألوف أن يُهيمن حضور نوع النخيل هذا في الاحراش.
يتوفر نبات خزمة فورستري، بشكل خاص، بمناطق مُنخفضة الإرتفاع (رغم وصول بعض أشجاره لطول يبلغ 350 متر)، يستوطن أرض ذات طبيعة رسوبيّة غنيّة بالمواد الكلسيّة مع درجة حموضة (أسّ هيدروجينيّ) عالية أو أساسيّة، ففي هذه الشروط، من المألوف أن يُهيمن حضور نوع النخيل هذا في الاحراش.
من جانبه النوع الآخر خزمة البلمور، فهو نوع نباتيّ يزداد توفُّره بمناطق يزيد إرتفاعها عن
400 متر، ويستوطن تربة ذات طبيعة بركانيّة وغنيّة بالبازلت مع
درجة حموضة محايدة أو حامضة، وفي ظل تلك الشروط، ينمو هذا النوع من
النخيل كمكوّن رئيسيّ في الاحراش المُوفِّّرة لهذه الشروط.
كذلك، هما نباتان منعزلان تكاثرياً!!
كذلك، هما نباتان منعزلان تكاثرياً!!
على الرغم من أنهما يعيشان ببعض المناطق سوياً!! ويحدث هذا بفضل فترة الإزهرار المختلفة زمنيا لديهما، بحيث توجد
فترة تفصل إزهرارهما تصل إلى 6 أسابيع، ما يجعل تصادف هذا الأمر بينهما نادر
جداً. كذلك، يُزهران بصيغة مختلفة، حيث تُزهر الأزهار الذكرية عند نوع الخزمة الفورستري قبل الأزهار الانثوية، بينما لدى نوع الخزمة البلمور، تُزهِرُ الزهرتان بذات الوقت. وفق هذه المعطيات، فمن النادر حصول تهجين
بين النوعين، وفي الواقع، من الصعب العثور على هجائن وهذا ما تحققوا
منه في الدراسات الجينيّة الوراثيّة.
إذاً، لدينا نوعين قريبين جينياً، لكن، يعيشان في بيئتين مختلفتين كثيراً؛ وقد إبتكرا صيغة يتفادون حصول عملية التهجين بينهما من خلالها. وبالنسبة للعلماء، فهذا الأمر بالغ الوضوح، إنه حالة نشوء أنواع تسمى إنتواع مستوطن Sympatric speciation وهو نوع من نشوء الأنواع المختلف جذرياً عن نشوء الأنواع بالانعزال الجغرافيّ سالف الذكر. ففي حين يتأسّس نشوء الأنواع بالإنعزال الجغرافي على وجود حواجز جغرافية و/ أو مسافات كبرى تفصل بين الجماعات لنوع حيّ واحد؛ فإنّ الإنتواع المستوطن يحصل على مستوى داخليّ ضمن ذات الجماعة.
كيف يمكن إعطاء الأصل لنوع حيّ جديد ضمن الجماعة الحيّة؟
إذاً، لدينا نوعين قريبين جينياً، لكن، يعيشان في بيئتين مختلفتين كثيراً؛ وقد إبتكرا صيغة يتفادون حصول عملية التهجين بينهما من خلالها. وبالنسبة للعلماء، فهذا الأمر بالغ الوضوح، إنه حالة نشوء أنواع تسمى إنتواع مستوطن Sympatric speciation وهو نوع من نشوء الأنواع المختلف جذرياً عن نشوء الأنواع بالانعزال الجغرافيّ سالف الذكر. ففي حين يتأسّس نشوء الأنواع بالإنعزال الجغرافي على وجود حواجز جغرافية و/ أو مسافات كبرى تفصل بين الجماعات لنوع حيّ واحد؛ فإنّ الإنتواع المستوطن يحصل على مستوى داخليّ ضمن ذات الجماعة.
كيف يمكن إعطاء الأصل لنوع حيّ جديد ضمن الجماعة الحيّة؟
سؤال يستحق التوقّف
عنده، فالمسار الجيني في الجماعة نشط جداً ويحافظ على التجانس في
الجماعة. في هذه الحالة، يتوجب تشتيت المسار الجينيّ على مستوى داخليّ. ويمكن
تحقيق هذا من خلال حدوث الطفرات الواسعة، التي تسمح بحدوث توافق بين المتطفرين
فيما بينهم وغير متوافقين مع غير المتطفرين بالجماعة الحيّة، وهذا ما
رأيناه في حالة أصل الضفدع ضفدع الشجر الرمادي Hyla versicolor إعتباراً من الضفدع هيلا كريسوسيليس Hyla chrysoscelis؛ وشاهدناه في أمشاج أنواع مختلفة من القمح. كذلك، قد لا تؤثر الطفرة في التوافقية الجينية، ولكن، تؤثر في معيار إختيار الشريك
كما هو حاصل مع طيور جُزُر سليمان.
توجد صيغة أخرى لتشتيت المسار الجيني وتحقيق الإنتواع المشتوطن، من خلال الإختصاصات الفائقة لبعض أعضاء الجماعة بأنماط أخرى في البيئة، بصيغة تحدث فيها تكيفات وتعديلات مطلوبة لتوليد حواجز على المستوى الداخليّ، وهذا شيء يحدث عند نوع سمك يسمى أبو شوكة ثلاثي الشوكات Gasterosteus aculeatus؛ وكذلك عند براقش غالاباغوس؛ وفي ذباب محدّد من الجنس ذبابة العنكبوت Rhagoletis. كذلك، هذا هو حال نوعي نخيلنا في الجزيرة.
ما هو السيناريو، الذي يطرحه العلماء، لتفسير أصل هذين النوعين من النخيل؟
يشكّل المصدر الأوّل للمعلومة هنا، هو بحث منشور في مجلة الطبيعة العريقة، من إعداد فنسنت سافولاينين الأخصائي في علم الأحياء بقسم البيئة
والتطور بمعهد إمبريال في لندن، والذي يُجري وفريقه العلميّ إختباراً في مخبره الخاص ذو صلة بعلم البيئة، علم وراثة الجماعات
والعلاقات التطوريّة فيما بينها على عدّة أنواع حيّة، ونشرت النتائج في
مقالات عديدة بمجلة الطبيعة وفي مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم الهامّة على الصعيد
العلميّ.
استبعدت في تلك الدراسة الإحتمالات، وتحققوا من أنّ نوعي النخيل ذوي مجموعة صبغية (كروموزومية) مضاعفة أو ثنائية، حيث يبلغ عدد الكروموزومات بكليهما 16 زوج، وبالتالي، لديهما ذات العدد من الكروموزومات، كحالة خاصة من التضاعف الجينيّ (أو متعددة الكروموزومات أو عديدة المجموعات الصبغية)، وتُستبعَدُ كآليّة تعطي الأصل لواحد منهما.
سيتركّز نمط تحليل آخر على الجينات ومجموعات الجينات بمستوى فروقات أكبر قد حضر عند نبات وآخر. ففي سيناريو نشوء الأنواع بالإنعزال الجغرافيّ، من المعتاد أن تتوزع تلك الفروقات الجينيّة على طول وعرض كامل الجينوم. ولم يكن هذا ما عثر عليه فريق البحث، فلقد اكتشفوا بأنّ الفروقات الجينيّة قد تركزت في عناصر جينيّة قليلة جداً، ويذكرنا هذا بما يحصل بنمط الإنتواع المستوطن، فالإنتقاء الجينيّ للتكيُّف مع بيئة جديدة أساسي، وهو ما يُجبر على إنتقاء العناصر الجينيّة الضروريّة لتحقيقه.
وبهذا، النموذج المُقترح هو:
استبعدت في تلك الدراسة الإحتمالات، وتحققوا من أنّ نوعي النخيل ذوي مجموعة صبغية (كروموزومية) مضاعفة أو ثنائية، حيث يبلغ عدد الكروموزومات بكليهما 16 زوج، وبالتالي، لديهما ذات العدد من الكروموزومات، كحالة خاصة من التضاعف الجينيّ (أو متعددة الكروموزومات أو عديدة المجموعات الصبغية)، وتُستبعَدُ كآليّة تعطي الأصل لواحد منهما.
سيتركّز نمط تحليل آخر على الجينات ومجموعات الجينات بمستوى فروقات أكبر قد حضر عند نبات وآخر. ففي سيناريو نشوء الأنواع بالإنعزال الجغرافيّ، من المعتاد أن تتوزع تلك الفروقات الجينيّة على طول وعرض كامل الجينوم. ولم يكن هذا ما عثر عليه فريق البحث، فلقد اكتشفوا بأنّ الفروقات الجينيّة قد تركزت في عناصر جينيّة قليلة جداً، ويذكرنا هذا بما يحصل بنمط الإنتواع المستوطن، فالإنتقاء الجينيّ للتكيُّف مع بيئة جديدة أساسي، وهو ما يُجبر على إنتقاء العناصر الجينيّة الضروريّة لتحقيقه.
وبهذا، النموذج المُقترح هو:
بعد مرور مليون
عام من تشكُّل الجزيرة، أي منذ حوالي 4.5 – 5.5 مليون عام، وصلت أسلاف النخيل
جنس هاو لجزيرة لورد هاو من القارة الأوستراليّة القريبة. وتحدد هذا التأريخ من خلال التحليل الجينيّ، والذي يُشير كذلك لأنّ أولئك
الأسلاف إنتموا إلى نخيل من الجنس لاكوسباديكس Laccospadix وهو يشكّل مجموعة من النخيل
الأوستراليّ. وفي الملايين اللاحقة من الأعوام، أعطت أسلاف لاكوسباديكس هاو الأصل للجنس لاكوسباديكس في القارة الأوستراليّة وللجنس هاو في
جزيرة لورد هاو.
وبزمن أحدث بكثير، منذ 0.5 – 1.9 مليون عام، عندما بدأ جنس النخيل هاو الأصليّ بإعطاء الأساس لنوعي النخيل الخزمة الفورستري والخزمة البلمور. يظهر أن هذا النبات قد غزا، بدايةً، مناطق التربة البركانيّة ذات الميزة الحيادية أو الحمضيّة المتوزعة في الجزيرة. مع هذا، توجد مناطق بهذه الجزيرة ذات تربة رسوبيّة كلسيّة. وعلى اعتبار أن هذا النبات يجري تلقيحه بواسطة الرياح، وبالتالي، حدوث التهجين المتواصل، هو أمر لا يمكن تفاديه، إذاً:
وبزمن أحدث بكثير، منذ 0.5 – 1.9 مليون عام، عندما بدأ جنس النخيل هاو الأصليّ بإعطاء الأساس لنوعي النخيل الخزمة الفورستري والخزمة البلمور. يظهر أن هذا النبات قد غزا، بدايةً، مناطق التربة البركانيّة ذات الميزة الحيادية أو الحمضيّة المتوزعة في الجزيرة. مع هذا، توجد مناطق بهذه الجزيرة ذات تربة رسوبيّة كلسيّة. وعلى اعتبار أن هذا النبات يجري تلقيحه بواسطة الرياح، وبالتالي، حدوث التهجين المتواصل، هو أمر لا يمكن تفاديه، إذاً:
كيف أمكن تحقُّق الإنفصال إلى نوعين مختلفين من
النخيل؟
اقترح الباحثون فرضيّة تقول، سبّبَ استيطان تربة كلسيّة الإجهاد
لهذا النبات، فهي تربة، لم يتكيف معها بالأصل. قاد هذا
الإجهاد إلى تبعات، من بينها، تعديل حقبة الإزهرار، وهذا، ما قاد لحدوث فارق
زمنيّ بين إزهرار النخيل الذي يعيش في التربة البركانيّة والنخيل الذي يعيش
بتربة رسوبية كلسيّة، وهنا، تكمن بداية نشوء نوعين مختلفين منه مع آليات
التكيُّف الدقيقة مع التربة الكلسيّة. هذه الفرضية، حالياً، مدعومة
بعمليّة مُحاكاة رياضياتيّة، والتي تُشير للبدء مع تباين بحقبة الإزهرار
يمتدّ إلى 50000 جيل، لتحقيق إنفصال جنس النخيل هاو إلى نوعين مختلفين.
وهنا نترككم. لقد زرنا جزيرة لورد هاو في بحر تاسمانيا، رأينا الضعف القائم بالأنظمة البيئية الجُزُرية، سيما فيما لو تكن الجزيرة صغيرة جداً. راجعنا واحدة من الآليّات المهمة والمعروفة القائمة في عالم الطبيعة لأجل توليد أنواع حيّة جديدة. لكن، باعتبارها غير كافية، رأينا لاحقاً آليّة أخرى أي نشوء الأنواع أو الإنتواع المُستوطِن، والتي تسمح بإعطاء أنواع حيّة جديدة من خلال تشتُّت جماعة حيّة دون الحاجة لوجود حواجز جغرافيّة، آليّة يشهد لها نوعي النخيل من الجنس هاو Howea.
وهنا نترككم. لقد زرنا جزيرة لورد هاو في بحر تاسمانيا، رأينا الضعف القائم بالأنظمة البيئية الجُزُرية، سيما فيما لو تكن الجزيرة صغيرة جداً. راجعنا واحدة من الآليّات المهمة والمعروفة القائمة في عالم الطبيعة لأجل توليد أنواع حيّة جديدة. لكن، باعتبارها غير كافية، رأينا لاحقاً آليّة أخرى أي نشوء الأنواع أو الإنتواع المُستوطِن، والتي تسمح بإعطاء أنواع حيّة جديدة من خلال تشتُّت جماعة حيّة دون الحاجة لوجود حواجز جغرافيّة، آليّة يشهد لها نوعي النخيل من الجنس هاو Howea.
توفّر هذه النباتات أحد أهم السيناريوهات
وأفضلها لدراسة الإنتواع المُستوطِن، الذي أمكن لعلماء الأحياء العثور
عليه، مع ذلك، فهي لُقية حديثة جداً .. وكما قلنا بأجزاء سابقة من هذه
السلسلة، دوماً هناك حاجة لإجراء المزيد من الدراسات.
وكما قالت ستّي (جدَّتي) العمر بيخلص والدراسة والبحث ما بيخلصو!!
قد يهمكم الإطلاع على مواضيع ذات صلة
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق