Specjacja to proces tworzenia się nowego gatunku, lub kilku, z pojedynczego gatunku macierzystego. Proces ten ma bardzo duże znaczenie w ewolucji.

Kształtowanie się nowych gatunków może być spowodowane np. ograniczonym przepływem genów. Dzieje się tak wówczas, gdy poszczególne populacje jednego gatunku nie mogą się ze sobą kojarzyć ze względu na ich rozdzielenie, tzw. mechanizm izolacji kojarzenia. Do takiego rozłączenia mogą doprowadzić zmiany w środowisku, w pewien sposób więżąc dany gatunek na szczytach gór czy w odosobnionych jeziorach. Innym sposobem rozdzielenia jest kolonizacja miejsca dotąd niezamieszkanego przez ten gatunek.

Gdy przedstawiciele jednego gatunku przemieszczają się w różne, oddalone od siebie miejsca, może dojść do specjacji allopatrycznej. Możliwa jest również specjacja sympatryczna, czyli wyodrębnienie się nowego gatunku na tym terenie zamieszkanym przez populację macierzystą. Przykładem na to są pielęgnice strzeliste (Cichlasoma zaliosum) i pielęgnice cytrynowe (Cichlasoma citrinellum) żyjące w wulkanicznym jeziorze w Nikaragui. Na podstawie porównania DNA mitochondrialnego, ora innych genów stwierdzono, że jeden z tych gatunków wyewoluował z drugiego. Różnił się on w takim stopniu, że umocnił się jako inny gatunek. Doprowadziło to do tego, że jeden z nich odżywia się przy samym dnie, drugi natomiast blisko powierzchni, a poza tym nie mogą się już ze sobą krzyżować.

Innym sposobem powstania nowego gatunku jest dobór rozrywający. Pewne skrajne fenotypy są bardziej faworyzowane w populacjach np. gdy dzięki nim organizmy mogą się lepiej przystosować do środowiska. Kiedy dwie populacje zaadoptują się do odmiennych obszarów, to po skrzyżowaniu ich ze sobą mogą powstać słabe mieszańce, które dobór naturalny będzie eliminował, na skutek tego będą się tworzyły mechanizmy zapobiegające parowaniu się pomiędzy tymi populacjami, co w rezultacie doprowadzi do powstania dwóch zupełnie różnych gatunków.

Ciekawym przykładem specjacji są badania przeprowadzone na kukurydzy. Według naukowców kukurydza, jaką znamy dzisiaj, wywodzi się od trawy Euchlaena luxurians popularnie występującej w Ameryce centralnej, o małych owocach. Po skrzyżowaniu jej z dzisiejszą kukurydzą okazało się, że wystarczy tylko kilka zmian w genach, żeby z gatunku wyjściowego otrzymać coś bardzo podobnego do dzisiejszej kukurydzy np. gen tb1 drastycznie zmienia rozgałęzianie się kłosów. Pokazuje to, iż niewiele zmian w genach może powodować znaczne zmiany morfologiczne.

Inne badania dotyczące specjacji u drożdży wykazały, że nowe gatunki u tych organizmów powstają poprzez homoplodialną hybrydyzację. Proces ten oznacza, że reprodukcyjnie izolowana hybryda ma podwojony materiał genetyczny rodzicielskiego gatunku. W skład tego procesu wchodzi podwajanie chromosomów, co może tłumaczyć, dlaczego genomy roślin są zazwyczaj znacznie większe niż zwierząt.

Kilka lat temu prowadzono badania nad izolacją rozrodczą dwóch gatunków bylin Mimulus lewisii i Mimulus cardinalis. Na podstawie analiz DNA stwierdzono, że grupy sprzężonych genów o znacznym efekcie kumulatywnym mogą odgrywać główną rolę w powstawaniu izolacji rozrodczej i specjacji. Dowody na wpływ takich genów uzyskano z analiz genów cech ilościowych (QTL) dotyczących preferencji zapylaczy. Ponadto porównanie genetycznej architektury kontrolującej rozbieżność roślinnych cech wskazuje, że dla badanych gatunków możliwa jest wspólna zależność tych cech. Izolacja rozrodcza pomiędzy tymi bylinami była również rezultatem barier postzygotycznych, prowadzących do izolacji na większą skalę. Co więcej, wykazano także, że adaptacja do środowiska może być przyczyną specjacji.

Podobne prace prowadzono na rybach z rodziny łososiowatych (Coregonus sp.). Badano normalne i karłowate osobniki. Postawiono hipotezę, że podstawy radiacji adaptacyjnej i izolacji rozrodczej mogą być rozumiane jako genetyczna architektura zachowania, psychologii, morfologii, które różnią ryby normalne od karłowatych. Naukowcom udało się znaleźć przynajmniej po jednym QTL dla każdej takiej cechy. Następnie sprawdzono czy któreś z nich odpowiadały na selekcję pośród naturalnie występujących gatunków. Okazało się, że kilka z nich równocześnie podlegało selekcji u różniących się gatunków dając dowód, że dywergencja naturalnej selekcji wpływa na genetyczną architekturę radiacji adaptacyjnej i ostatecznie propaguje ekologiczną specjację.

Samo pojęcie gatunku jest najczęściej definiowane jako możliwość do wzajemnego krzyżowania się podobnych gatunków dając płodne potomstwo. Kilka lat temu czescy uczeni odkryli gen, który jest odpowiedzialny za bezpłodność mieszańców. Koduje on białko, który powoduje zmniejszanie ekspresji genów, „wycisza” je. Bardzo trudno jest zajmować się genetyką specjacji ponieważ, ciężko jest krzyżować ze sobą różne gatunki, a następnie próbować ustalić geny odpowiedzialne za specjację na podstawie otrzymanych wyników. Amerykańscy uczeni natomiast, poszukiwali genów odpowiedzialnych za powstawanie pewnych hybryd po skrzyżowaniu dwóch podgatunków muszki owocowej. Samce powstałe w taki sposób były bezpłodne przez większość ich życia, lecz gdy były starsze zaczynały kopulować. Ich potomstwem jednak były wyłącznie samice. Na podstawie tego stwierdzono, że specjacja może być związana z genami zaburzającymi segregację. Wpływają one na zwiększenie częstości przekazywania potomstwu chromosomów, na których się one znajdują. W tym przypadku dotyczy to płci. Na podstawie tego powstała hipoteza mówiąca, że takie geny razem z innymi niwelującymi ich efekt borą udział w swego rodzaju wyścigu. Pierwsze z nich mogą szybko się zmieniać. Ich wzajemna walka doprowadza do dużych zmian pomiędzy populacjami, co może mieć swoje odbicie w specjacji. Niestety jednak, jak dotąd nie ma zbyt wielu dowodów potwierdzających tę hipotezę.

Z drugiej strony, w wielu artykułach pojawiają się tak zwane geny specjacji. Są to loci, w których alleliczna forma jednej populacji nie może być zintegrowana z genomem innej populacji, ze względu na obniżenie żywotności. Czyli inaczej mówiąc takie geny są różnie dostosowywane. Według niektórych, jest to błędne stwierdzenie ponieważ mimo, że różnica genetyczna jest przyczyną specjacji, nie ma genów bezpośrednio odpowiedzialnych za specjację. Zmiana genetyczna może doprowadzić do izolacji rozrodczej lub nie. Można jedynie stwierdzić, że taki proces miał miejsce dopiero, gdy już on nastąpi. Prowadzi to do założenia, że nie ma żadnych szczególnych genów, które powodowałyby specjację na dużą skalę. Odkryto jednakże pewien kompleks genów u muszki owocowej, który prowadzi do izolacji rozrodczej po jego uprzedniej modyfikacji. Nie można jednak doszukiwać się takiego samego działania podobnych kompleksów u innych muszek, owadów, czy innych zwierząt. Poza tym, nie można twierdzić, że jest on związany ze wszystkimi specjacjami muszki owocowej.

Specjacja jest bardzo skomplikowanym zagadnieniem, trudnym do badania. Bardzo często generalizuję się wyniki otrzymane z pracy badawczej. Problem polega na tym, że nie wiadomo na ile można uogólniać otrzymane wnioski. Natura nie pomaga stwierdzić, czy przypadkiem nie posunęliśmy się już za daleko w dedukcji. Dlatego też, pomysł genów powodujących specjację wydaje się nietrafiony, gdyż w proces specjacji zaangażowany jest cały genom, sposób jego ekspresji oraz wpływ środowiska.

Już od jakiegoś czasu człowiek próbuje poznać sposób, w jaki powstają nowe gatunki. Co roku dowiadujemy się o nowych odkryciach i hipotezach, jednak do całkowitego poznania mechanizmu tego procesu jest jeszcze bardzo daleko.

Bibliografia:

1. www.racjonalista.pl/index.php/s,38/t,6,380

2. www.biolog.pl/content-67.html

3. www.nature.com/scitable/topicpage/Hybrid-Incompatibility-and-Speciation-820?auTags=

4. www.biology-online.org/2/14_gene_pool.htm

5. www.digitaljournal.com/article/263378

6. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2607315/?tool=pubmed

7. www.mnscience.org/index.php?id=127

8. findarticles.com/p/articles/mi_m0DED/is_2_22/ai_79023130/

9. evolvethought.blogspot.com/2005/12/speciation-genes.html

10. Genes and speciation, Chung-I Wu, J . EVOL. B IOL. 14 (2001 ) 889-891

11. The Genetic Architecture of Ecological Speciation and the Association with Signatures of Selection in Natural Lake Whitefish (Coregonus sp. Salmonidae) Species Pairs, S. M. Rogers and L. Bernatchez, Oxford University Press 2007

12. The genic view of plant speciation: recent progress and emerging questions, Christian Lexer, Alex Widmer, The Royal Society 2008

Do pomiarów IQ stworzono wiele testów, ich nazwy wywodzą się od nazwisk ich twórców. Mamy zatem testy Cattell’a, Wisslera, Termana, Wechslera itp. Opierają się one na szeregu pytań i zadań, trwają przez określony z góry ustalony czas. Jednak bez względu na test, rozkład wyników jest zawsze podobny do krzywej dzwonowej (rozkładu normalnego) :

Rozkład normalny współczynnika IQ w społeczeństwie. Wysokość słupka dla danej wartości IQ odpowiada procentowej ilości ludzi o takim właśnie współczynniku. Można zauważyć, że zarówno skrajnie wysokich jak i skrajnie niskich wyników jest stosunkowo mało, lecz ilości są porównywalne. Kształt dzwonu przywodzi na myśl fenotyp o charakterze ciągłym, warunkowany przez wiele genów.

Prekursorem naukowych badań nad inteligencją był Sir Francis Galton (1883), bliski krewny Karola Darwina. Jak można się domyślić, podlegał silnym wpływom ewolucjonizmu, od którego zapożyczył pojęcia indywidualnej zmienności cech i przystosowania do wymagań środowiska. Był przekonany, że „geniusz” jest nabywany w drodze dziedziczenia, i próbował ten pogląd udowodnić w szeroko zakrojonych badaniach statystycznych (Galton, 1892).

Badając zjawisko dziedziczności uzdolnień, Galton zauważył przy tym i opisał zjawisko tzw. „regresji do średniej”. Polega ono na tym, że potomstwo osobników wysoce uzdolnionych jest przeciętnie mniej uzdolnione od swoich rodziców. Cecha jak gdyby „cofa się” w wyniku dziedziczenia, co uznano za przejaw degeneracji geniuszu w wyniku przekazywania go z pokolenia na pokolenie. Galton nie zauważył jednak zjawiska odwrotnego, czyli wzrostu przeciętnego poziomu uzdolnień potomstwa osób mniej zdolnych w stosunku do pokolenia rodzicielskiego. Stan tej rzeczy da się wyjaśnić na przykładzie. Spójrzmy na wykresy:

Standardowym przekonaniem dotyczącym ewentualnej dziedziczności inteligencji, jest to, że przekaz cech z pokolenia na pokolenie dokonuje się w linii prostej. Wynikałoby stąd, że mało inteligentni rodzice muszą mieć mało inteligentne dzieci, natomiast rodzice bardzo inteligentni – odwrotnie.

Na rys 2a. Przedstawiona jest taka silna determinacja cech potomstwa przez cechy rodziców. Jest to model błędny. Rys 2b. Przedstawia poprawny model, którego rozkład jest zbliżony do normalnego. Weźmy pierwszych 4 osobników, wszyscy należą do pierwszej grupy o inteligencji bardzo niskiej. Natomiast ich dzieci fenotypowo wykażą stosunek 1:2:1, czyli 1 dziecko na 4 będzie rzeczywiście bardzo mało inteligentne, ale 2 z pozostałych będzie miała już inteligencję nieco wyższą, ostatnie cechować się będzie inteligencję normalną. Analogiczne zjawisko da się zaobserwować w grupie osobników bardzo zdolnych, ale z tendencją do „regresji”.

Jak widać, skrajne wartości cech w następnym pokoleniu przekształcają się w wartości mniej skrajne. W podobny sposób można rozpisać stosunek fenotypowy potomstwa rodziców o przeciętnym IQ. Będzie to 1:6:10:6:1, ,czyli po jednym dziecku bardzo wysoko i bardzo mało inteligentnym, po 6 o IQ niskim i wysokim oraz najliczniejsza grupa dzieci – 10 – o ilorazie swoich rodziców, czyli przeciętnym.

Wiemy już, że IQ jest skorelowane z podłożem genetycznym, nie wiemy jednak w jakim stopniu, nie wiem też, czy występują inne czynniki wypływające na poziom inteligencji ludzkiej.

Otóż przeprowadzono badania nad bliźniętami jedno i dwujajowymi. Wyniki tych badań nie potwierdzają wyłączności genetyki na wpływ wartości IQ. Trzeba uwzględnić również środowisko, w którym dane osoby żyły. Fachowo środowisko to dzieli się na środowiska wspólne i specyficzne, i są to te, w których wzrastamy. Pierwsze oddziałuje w ten sam sposób na wszystkich członków rodziny, drugie wpływa jedynie na określoną jednostkę. Środowiskiem może być rodzina i panujące warunki materialne oraz dobrobyt, religia i wiara, szkoła i dalsze otoczenie.

We wspomnianym już wcześniej badaniu bliźniąt mierzono korelacje między zdolnościami werbalnymi i przestrzennymi . Kiedy zestawiono rezultaty, okazało się, że geny wywierają znaczący, acz nie jedyny wpływ na specyficzne zdolności poznawcze.

Powyższy rysunek przedstawia zbiorcze wyniki tych badań. We wszystkich grupach wiekowych wyniki bliźniąt jednojajowych są bardziej zbliżone do siebie niż wyniki tych drugich. W konsekwencji odkrycie to jest sprzeczne z utrwalonym przekonaniem, że wpływ czynników genetycznych maleje wraz z wiekiem.

Zależność wpływu środowiska na zdolności intelektualne człowieka.
Wykres przypomina funkcję hiperboliczną : na początku wzrost jest bardzo gwałtowny by potem silnie osłabnąć. Zdolności intelektualne każdego z nas są ograniczone, niezależnie od tego jak bardzo byśmy oddziaływali na otoczenie a ono na nas. Oznacza to, że nie można oczekiwać nieskończonej poprawy współczynnika inteligencji, polepszając w nieskończoność warunki środowiskowe.

Jako, że tematem tej pracy jest dziedziczenie ilorazu inteligencji a nie metody wychowania inteligentnego dziecka, powrócę jeszcze na chwilę do aspektu genetycznego. Najnowsze badania prezentują nam okazała mapę chromosomową, z zamarkowanymi genami odpowiedzialnymi prawdopodobnie za inteligencję:

Niebieskie markery wskazują na geny ściśle powiązane z dziedziczeniem inteligencji. Czerwonym kolorem zaznaczono te rejony, które mają ważne znaczenie w tym dziedziczeniu. Oznaczono również sugerowane rejony, mogące wykazywać powiązanie i które należy dokładniej zbadać.

Jak widać na powyższym rysunku oraz na podstawie wcześniejszych rozważań, można ustalić, że istnieje wiele markerów DNA, związanych z inteligencją, ulokowanych w różnych miejscach genotypu. Im większa liczba tych markerów, tym silniejszy efekt fenotypowy (rys 6.b)

Rys. 6 a i b (prawy). W modelu pojedynczego genu wyróżniamy 2 fenotypy, tylko zdrowi albo tylko osoby z zaburzeniami. Natomiast w modelu cech ilościowych występuje pełen gradient fenotypów, od osób posiadających wiele alleli obniżających osiągnięcia aż do osób nie posiadających ani jednego takiego allelu. W środowisku, które na co dzień obserwujemy, występuje zdecydowanie drugi z przedstawionych modeli.

Jako ciekawostkę podam fakt, że powstałą teoria tzw. imprintingu genomowego (inaczej teoria piętnowania genomowego), powiązanego z tym iż jeden z genów odpowiedzialnych za IQ przekazywany może być jedynie od jednego rodziców – od matki. Jest to gen EST0083 i znajduje się w genomie mitochondrialnym. Po ogłoszeniu tej teorii bardzo szybko wywiązała się dyskusja, jaki duży wpływ na na inteligencję przyszłych dzieci może mieć kobieta. Jak na razie jest to kwestia sporna i naukowcy są ostrożni wobec stawiania odważniejszych hipotez.

Podsumowując:

G – czynnik genetyczny(addytywny i nieaddytywny)

C – środowisko wspólne

E – środowisko specyficzne

B – błąd pomiaru

Wniosek nasuwa się sam: zarówno czynniki genetyczne jak i środowiskowe mają kluczowy wpływ na rozwój inteligencji człowieka i nie można tego faktu pomijać.

Bibliografia:

• David Plotz „Fabryka geniuszów. Niezwykła historia banku spermy Noblistów” Świat Książki, 2007
• Robert J. Sternberg,Elena Grigorenko „The general factor of intelligence: how general is it?” Tom 2001, books.google.pl
• http://www.molwick.com/en/intelligence/
• Artur Włodarski „Geny. Matczyne kontra ojcowskie” Gazeta Wyborcza, 15 marzec 1998
• Edward Nęcka, „Inteligencja: Geneza. Struktura. Funkcje” gdańskie Wydawnictwo Psychologiczne, 2003
• Robert Plomin i John C. DeFries „Genetyczne podłoże inteligencji”
• Danielle Posthuma, Eco J.C. de Geus „Progress in the Molecular – Genetic Study of Intelligence”, Current Directions in Psychological Science (Wiley-Blackwell) August 1, 2006