Местная адаптация - Local adaptation

В области популяционная биология, местная адаптация это когда численность населения организмов эволюционирует (адаптируется), чтобы быть более приспособленными к своей местной среде, чем другие представители того же вида. Местная адаптация требует, чтобы разные популяции одного и того же вида испытывали разные естественный отбор из-за различий в абиотической или биотической среде обитания популяций. Например, если вид обитает в широком диапазоне температур, популяции из теплых районов могут иметь лучшую устойчивость к жаре, чем популяции того же вида, которые живут в холодной части его географического ареала.

Говоря более формально, население считается адаптированным к местным условиям.[1] если организмы в этой популяции развили фенотипы, отличающиеся от фенотипов других популяций того же вида, и местные фенотипы более приспособлены в своей домашней среде по сравнению с особями, происходящими из других мест в ареале вида.[2][3] Иногда это называют «преимуществом домашнего сайта».[4] Более строгое определение адаптации к местным условиям требует «взаимного преимущества домашнего сайта», когда для пары популяций каждая из них выполняет другую на своем домашнем сайте.[5][2] Это определение требует, чтобы местная адаптация приводила к компромиссу пригодности, так что адаптация к одной среде происходит за счет более низкой производительности в другой среде.[3] До 2004 г. реципрокные трансплантаты иногда считали популяциями, адаптированными к местным условиям, если популяция демонстрировала наибольшую приспособленность на своем родном участке по сравнению с чужим (т. Е. Сравнивала одну и ту же популяцию на нескольких участках с несколькими популяциями на одном участке). От этого определения местной адаптации в значительной степени отказались после того, как Кавецки и Эберт убедительно доказали, что популяции могут быть адаптированы к некачественным сайтам, но все же будут иметь более высокую приспособленность, если их переместить в более благоприятные условия (правая панель рисунка).[3]

Тестирование на местную адаптацию

Тестирование на адаптацию к местным условиям требует измерения приспособленности организмов одной популяции как в их местной, так и в чужой среде. Это часто делается с помощью экспериментов по пересадке. Используя более строгое определение взаимного преимущества домашнего сайта, локальная адаптация часто проверяется с помощью эксперименты по взаимной трансплантации. При реципрокных трансплантатах организмы из одной популяции пересаживаются в другую популяцию и наоборот, и измеряется их приспособленность (см. Рисунок).[3] Если местные трансплантаты превосходят (то есть имеют более высокую приспособленность) иностранные трансплантаты на обоих участках, считается, что местное население адаптировано к местным условиям.[3] Если местная адаптация определяется просто как преимущество домашнего участка одной популяции (местные источники превосходят иностранные источники на общем участке), ее можно протестировать с помощью общих садовых экспериментов, когда несколько исходных популяций выращиваются на общем участке, при условии, что одна из исходных популяций является локальной для этого участка.

Эксперименты по пересадке чаще всего проводились с растениями или другими неподвижными организмами.[5]

Гипотетические результаты двух экспериментов с реципрокной трансплантацией, в которых организмы из site1 и site2 пересаживаются в оба сайта и сравниваются их характеристики. В обоих экспериментах (панели) местные источники превосходят зарубежные источники, указывая на то, что популяции адаптированы к местным условиям. На левой панели каждый источник также лучше всего работает на своем домашнем сайте. На правой панели site1 имеет более высокое качество, чем site2, поэтому обе группы лучше всего работают на site1, даже несмотря на то, что популяция из site2 локально адаптирована для своего сайта низкого качества.


Частота местной адаптации

Несколько метаанализов пытались количественно определить, насколько распространена местная адаптация, и в целом пришли к аналогичным выводам. Примерно 75% экспериментов по пересадке растений (в основном с растениями) обнаруживают, что местные популяции превосходят чужеродные популяции на общем участке, но менее 50% обнаруживают взаимное преимущество домашнего участка, которое определяет классическую местную адаптацию.[5][6] Экзотические растения приспосабливаются к месту своего инвазионного ареала так же часто и так же сильно, как местные растения приспосабливаются к местным условиям, что позволяет предположить, что местная адаптация может развиваться относительно быстро.[7][8] Тем не менее, биологи, вероятно, проверяют местную адаптацию там, где они ожидают ее найти. Таким образом, эти числа, скорее всего, отражают местную адаптацию между явно разными участками, а не вероятность того, что любые две случайно выбранные популяции внутри вида адаптированы к местным условиям.

Драйверы местной адаптации

Любой компонент окружающей среды может стимулировать локальную адаптацию, если он по-разному влияет на приспособленность на разных участках (создавая различающийся выбор между участками), и делает это достаточно последовательно, чтобы популяции могли развиваться в ответ. Основные примеры местной адаптации происходят от растений, которые адаптировались к разным высотам.[9] или терпеть тяжелые металлы в почвах.[10] Взаимодействия между видами (например, взаимодействия травоядных животных) также могут стимулировать местную адаптацию, хотя, по-видимому, не так важны, как абиотические факторы, по крайней мере, для растений в экосистемах умеренного пояса.[11] Многие примеры локальной адаптации существуют и в системах паразит-хозяин. Например, хозяин может быть устойчивым к патогену или паразиту, имеющемуся в местном масштабе, но особые хозяева из других мест, где этот патоген не многочисленны, могут не иметь такой адаптации.[12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уильямс, Джордж (1966). Адаптация и естественный отбор. Принстон: Издательство Принстонского университета.
  2. ^ а б Лейму, Роза (23 декабря 2008 г.). «Мета-анализ локальной адаптации растений». PLOS ONE. 3 (12): e4010. Bibcode:2008PLoSO ... 3,4010 л. Дои:10.1371 / journal.pone.0004010. ЧВК  2602971. PMID  19104660.
  3. ^ а б c d е Kawecki, Tadeusz J .; Эберт, Дитер (2004-12-01). «Концептуальные вопросы местной адаптации» (PDF). Письма об экологии. 7 (12): 1225–1241. Дои:10.1111 / j.1461-0248.2004.00684.x. ISSN  1461-0248.
  4. ^ Galloway, Laura F .; Фенстер, Чарльз Б. (2000). «Дифференциация населения однолетнего бобового растения: адаптация к местным условиям». Эволюция. 54 (4): 1173–1181. Дои:10.1111 / j.0014-3820.2000.tb00552.x. ISSN  1558-5646. PMID  11005286. S2CID  13652390.
  5. ^ а б c Херефорд, Джо (2009). «Количественное исследование местных адаптаций и компромиссов пригодности». Американский натуралист. 173 (5): 579–588. Дои:10.1086/597611. ISSN  0003-0147. PMID  19272016.
  6. ^ Лейму, Руза; Фишер, Маркус (2008). Баклинг, Ангус (ред.). «Мета-анализ локальной адаптации растений». PLOS ONE. 3 (12): e4010. Bibcode:2008PLoSO ... 3,4010 л. Дои:10.1371 / journal.pone.0004010. ISSN  1932-6203. ЧВК  2602971. PMID  19104660.
  7. ^ Oduor, Ayub M.O .; Лейму, Руза; Клеунен, Марк ван (2016). «Инвазивные виды растений приспосабливаются к местным условиям так же часто и по крайней мере так же сильно, как и местные виды растений». Журнал экологии. 104 (4): 957–968. Дои:10.1111/1365-2745.12578. ISSN  1365-2745.
  8. ^ Элизабет, Леже (2009). «Генетическая изменчивость и местная адаптация на краю вторжения Cheatgrass (Bromus tectorum) в западной Неваде». Молекулярная экология. 18 (21): 4366–4379. Дои:10.1111 / j.1365-294x.2009.04357.x. PMID  19769691. S2CID  13846376.
  9. ^ Клаузен, Дж (1949). «Экспериментальные исследования природы видов III. Экологическая реакция климатических рас ахиллеей. Йенс Клаузен, Дэвид Д. Кек, Уильям М. Хизи». Ежеквартальный обзор биологии. 24 (2): 144. Дои:10.1086/396966. ISSN  0033-5770.
  10. ^ Уилкокс Райт, Джессика; Стэнтон М; Шерсон Р. (2006). «Местная адаптация к серпентиновым и незмеиным почвам в Collinsia sparsiflora». Исследования эволюционной экологии. 8: 1–21.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  11. ^ Харгривз, Анна Л .; Germain, Rachel M .; Бонтрагер, Меган; Перси, Джошуа; Ангерт, Эми Л. (2020-03-01). «Локальная адаптация к биотическим взаимодействиям: метаанализ в разных широтах». Американский натуралист. 195 (3): 395–411. Дои:10.1086/707323. ISSN  0003-0147. PMID  32097037.
  12. ^ Кальц, О; Шикофф, JA (1998). «Локальная адаптация в системах паразит-хозяин». Наследственность. 81 (4): 361–370. Дои:10.1046 / j.1365-2540.1998.00435.x.