Parapatrisessa lajittelussa lajin kaksi alapopulaatiota kehittyvät lisääntymiseristettyinä toisistaan ja jatkavat geenien vaihtoa . Tällä lajittelutavalla on kolme erottavaa ominaisuutta: 1) pariutuminen ei ole satunnaista, 2) geenivirtaus on epätasaista ja 3) populaatiot esiintyvät joko jatkuvilla tai epäjatkuvilla maantieteellisillä alueilla. Tällainen jakelumalli voi johtua muun muassa epätasaisesta jakautumisesta, epätäydellisistä maantieteellisistä esteistä tai erilaisesta käyttäytymisestä. Parapatinen spesiaatio ennustaa, että kahden populaation rajapinnalla on usein hybridivyöhykkeitä.
Biogeografiassa termejä parapatric ja parapatria käytetään usein kuvaamaan suhteita organismien välillä , joiden levinneisyysalueet eivät ole olennaisesti päällekkäisiä, vaan ovat suoraan vierekkäin; he eivät tapaa toisiaan paitsi kapealla kosketusvyöhykkeellä. Parapatria on maantieteellinen jakauma, joka on vastakohta sympatialle (sama alue) ja allopatrialle tai peripatrialle (kaksi samanlaista tapausta eri alueilla).
Erilaisia parapatriaamisen "muotoja" on ehdotettu ja niitä käsitellään jäljempänä. Coyne ja Orr kirjassaan Speciation luokittelevat nämä muodot kolmeen ryhmään: kliiniset (ympäristön gradientit), "askeleet" (erilliset populaatiot) ja stasipatric speciaatio, mikä on linjassa suuren osan parapatista spesiaatiota käsittelevästä kirjallisuudesta. [yksi]
Charles Darwin oli ensimmäinen, joka ehdotti tätä lajittelumenetelmää. Ronald Fisher julkaisi vasta vuonna 1930 kirjan The Genetic Theory of Natural Selection , jossa hän hahmotteli kliinisen erittelyn sanallisen teoreettisen mallin . Vuonna 1981 Joseph Felsenstein ehdotti vaihtoehtoista "diskreetin populaation" mallia ("askelmalli"). Darwinin ajoista lähtien parapatisesta spesiaatiosta on tehty monia tutkimuksia, joiden päätelmien mukaan sen mekanismit ovat teoreettisesti uskottavia, "ja ne ovat varmasti tapahtuneet luonnossa". [yksi]
Matemaattiset mallit, laboratoriotutkimukset ja havaintotiedot vahvistavat parapatisen spesiaation olemassaolon luonnossa. Parapatrian ominaisuudet viittaavat osittaiseen ulkoiseen esteeseen eron aikana [2] ; Tämä johtaa vaikeuksiin sen määrittämisessä, tapahtuiko tämä lajittelutapa todella vai jokin vaihtoehtoinen tapa (erityisesti allopatinen spesiaatio ), joka voi selittää nämä tiedot. Tämä ongelma herättää vastaamattoman kysymyksen sen yleisestä esiintymistiheydestä luonnossa [1] .
Parapatrinen spesiaatio voidaan ymmärtää geenivirtauksen tasona populaatioiden välillä, missä allopatriassa (ja periferiassa), sympatriassa ja puolivälissä kahden parapatrian välillä. [3] Luontainen parapatria kattaa koko jatkumon; edustettuna . Jotkut biologit hylkäävät tämän määritelmän ja puoltavat termin "parapatric" luopumista, "koska monet erilaiset spatiaaliset jakaumat voivat johtaa geenivirran keskitasoihin" [4] . Toiset puolustavat tätä kantaa ja ehdottavat maantieteellisten luokittelujärjestelmien (maantieteellisten lajittelumenetelmien) hylkäämistä kokonaan [5] .
Luonnonvalinnan on osoitettu olevan tärkeä tekijä parapatisessa spesiaatiossa (muiden keinojen ohella) [6] ja valinnan voimakkuus hajoamisen aikana on usein tärkeä tekijä [7] . Parapatinen spesiaatio voi olla myös seurausta sosiaalisen valinnan aiheuttamasta lisääntymiseristyksestä: ihmiset ovat vuorovaikutuksessa altruistisesti [8] .
Parapatisen populaatiojakauman jatkuvan luonteen vuoksi populaatioraot menevät usein päällekkäin, mikä luo jatkumon lajin ekologiselle roolille ympäri ympäristögradienttia [9] . Kun taas allopatrisessa tai peripatrisessa spesiaatiossa – jossa maantieteellisesti eristetyt populaatiot voivat kehittyä lisääntymiskykyisesti eristyksissä (ilman ulkoista geenivirtaa) – parapatisen spesifikaation vähentynyt geenivirta johtaa usein kiilan muodostumiseen, jossa evoluutiopaineen muutos aiheuttaa muutoksen populaatioiden välisen geenipoolin alleelitaajuudet . Tämä ympäristön gradientti johtaa lopulta geneettisesti erilaisiin sukulaisiin.
Fischerin alkuperäinen kliinisen lajittelun käsite perustui (toisin kuin useimmat nykyaikaiset lajittelututkimukset) morfologisten lajien käsitteeseen [1] . Tällä tavoin tulkittu hänen verbaalinen teoreettinen mallinsa voi tehokkaasti tuottaa uudenlaista, joka on myöhemmin vahvistettu matemaattisesti [1] [10] . Muita matemaattisia malleja on kehitetty osoittamaan kliinisten erittelyjen mahdollisuus, ja ne perustuvat suurelta osin Coynen ja Orrin esittämiin "oletuksiin, jotka ovat joko rajoittavia tai biologisesti epärealistisia" [1] .
Caisse ja Antonovics kehittivät matemaattisen mallin kliiniselle spesiaatiolle, jotka löysivät todisteita siitä, että "geenivirran linkittämistä populaatioiden välillä voi esiintyä sekä geneettistä eroa että lisääntymisen eristäytymistä". [11] Tämä tutkimus tukee kliinistä eristämistä, joka on verrattavissa rengaslajeihin (käsitelty alla), paitsi että terminaaliset maantieteelliset päät eivät kohtaa muodostaen rengasta.
Doebeli ja Dieckmann kehittivät matemaattisen mallin, joka ehdotti, että ekologinen kontakti on tärkeä tekijä parapatisessa lajittelussa ja että vaikka geenivirta toimii esteenä paikallisväestön eroille, tuhoava valinta stimuloi assortatiivista parittelua; johtaa lopulta geenivirran täydelliseen vähenemiseen. Tämä malli muistuttaa vahvistusta, paitsi että siinä ei ole koskaan toissijaista kosketusta. Kirjoittajat päättelevät, että "paikallisesti paikallinen vuorovaikutus ympäristön gradienttien varrella voi edistää lajittelua taajuusriippuvaisen valinnan kautta ja johtaa maantieteellisiin erottelumalleihin nousevien lajien välillä" [9] . Eräs Polechován ja Bartonin tutkimus kuitenkin kiistää nämä havainnot [12] .
RengasnäkymätRengasmaisen lajin käsite liittyy erikoistapauksena allopatiseen lajitteluun [13] ; Coyne ja Orr kuitenkin väittävät, että Mayrin alkuperäinen käsite rengasmaisesta lajista ei kuvaa allopatista spesiaatiota, "mutta spesifioituminen tapahtuu geenivirran vaimentamisen kautta etäisyydellä". He väittävät, että rengaslajit ovat todiste parapatisesta lajittelusta epätavanomaisessa mielessä [1] . He päättelevät lisäksi, että:
Rengaslajit ovat kuitenkin vakuuttavampia kuin kliinisen eristyksen tapaukset, mikä osoittaa, että geenivirta estää lisääntymiseristyksen kehittymistä. Kliinisissä eristyneisissä olosuhteissa voidaan väittää, että lisääntymiseristys johtui ympäristöeroista, jotka kasvavat populaatioiden välisen etäisyyden kasvaessa. Samanlaista argumenttia ei voida esittää rengaslajeille, koska lisääntymiskyvyltään eristyneimmät populaatiot esiintyvät samassa elinympäristössä [1] .
Coyne ja Orr kutsuivat sitä "ponnahduskivi"-malliksi, ja se erottuu lajipopulaatioiden jakautumisesta. Erillisiin ryhmiin kuuluvat populaatiot mutatoituvat epäilemättä helpommin kuin kliinissä rajoitetumman geenivirran vuoksi [1] . Tämä mahdollistaa populaation kehittyvän lisääntymisen eristäytymisen, koska valinta tai ajautuminen ohittaa populaatioiden välisen geenivirran. Mitä pienempi diskreetti populaatio on, sitä suurempi on parapatisen erittelyn todennäköisyys [14] .
Useita matemaattisia malleja on kehitetty testaamaan, voiko tällaista parapatista spesiaatiota esiintyä, mikä tarjoaa teoreettisen mahdollisuuden ja tukee biologista uskottavuutta (riippuen mallin parametreista ja niiden sopivuudesta luontoon) [1] . Joseph Felsenstein kehitti ensimmäisenä toimivan mallin [1] . Myöhemmin Sergey Gavrilets ja hänen kollegansa kehittivät monia analyyttisiä ja dynaamisia malleja parapatisesta spesiaatiosta, mikä vaikutti merkittävästi lajittelun kvantitatiiviseen tutkimukseen. (Katso kohta Lisälukemista)
Para-alopatinen erittelyBartonin ja Hewittin 170 hybridivyöhykkeen tutkimuksessa kehittämät lisäkonseptit viittaavat siihen, että parapatinen spesiaatio voi johtua samoista komponenteista, jotka aiheuttavat allopatista spesiaatiota. Tätä kutsutaan para-alopatiseksi spesiaatioksi . Populaatiot alkavat erota parapatrisesti, muuttuen kokonaan vasta allopatryn jälkeen [15] .
Yksi parapatisen lajikkeen lajikkeista liittyy lajien kromosomaalisiin eroihin. Michael White kehitti stasipatrisen lajittelumallin tutkiessaan australialaista morabiiniheinäsirkkaa ( Vandiemenella ). Laajalle levinneiden lajien alapopulaatioiden kromosomirakenne muuttuu ei-dominoivaksi, mikä johtaa kiinnittymiseen. Myöhemmin alapopulaatiot laajenevat lajin laajemman alueen sisällä hybridisoituen ( jälkeläisten hedelmättömyyden tapauksessa ) kapeilla hybridivyöhykkeillä [16] . Futuima ja Maier väittävät, että tämä parapatisen erittelyn muoto on kestämätön ja että kromosomien uudelleenjärjestelyt eivät todennäköisesti aiheuta spesiaatiota [17] . Todisteet kuitenkin tukevat sitä, että kromosomien uudelleenjärjestelyt voivat johtaa lisääntymiseen eristäytymiseen, mutta tämä ei tarkoita spesiaatiotuloksia seurauksena [1] .
Laboratoriotutkimuksia, joissa on nimenomaisesti testattu parapatista spesiaatiota, on tehty hyvin vähän. Sympatrista lajittelua koskevat tutkimukset ovat kuitenkin usein tukeneet parapatriian olemassaoloa. Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että symptrisessä spesiaatiossa geenien virtaus populaation sisällä on rajoittamaton; katsoo, että parapatisessa lajittelussa geenivirtaa rajoitetaan, mikä mahdollistaa lisääntymiseristyksen helpomman kehittymisen [1] . Ödeen ja Florin suorittivat 63 laboratoriokoetta, jotka suoritettiin vuosina 1950-2000 (joista monet olivat aiemmin keskusteltuja Rice ja Hostert [18] ) koskien sympatrista ja parapatista lajittelua. He väittävät, että laboratoriotiedot ovat luotettavampia kuin usein oletetaan, ja mainitsevat laboratoriopopulaatioiden koon suurena haittapuolena [19] .
Parapatrista lajittelua on erittäin vaikea havaita luonnossa. Tämä johtuu yhdestä päätekijästä: parapatriy-mallit voidaan helposti selittää vaihtoehtoisella spesiaatiotavalla. Erityisesti läheisten lajien, joilla on yhteisiä rajoja, dokumentointi ei tarkoita, että parapatinen lajittelu olisi juuri tapa, jolla tämä maantieteellisen levinneisyysmalli loi [1] . Coyne ja Orr väittävät, että vakuuttavimmat todisteet parapatisesta lajittelusta ovat kahdessa muodossa. Tätä kuvaavat seuraavat kriteerit:
Esimerkki tästä on ohut taipunut ruoho , joka kasvaa käyttämättömästä kaivoksesta huuhtoutuneella korkealla kuparipitoisuudella saastuneella maaperällä. Lähistöllä on saastumatonta maaperää. Populaatiot kehittyvät lisääntymiseristyksenä kukinta-aikojen erojen vuoksi. Sama ilmiö havaittiin tuoksuvassa piikarissa lyijyn ja sinkin saastuttamassa maaperässä [20] [21] .
Kliinisiä ryhmiä mainitaan usein todisteena parapatisesta spesiaatiosta, ja lukuisia esimerkkejä on dokumentoitu todistamaan tämän ilmiön olemassaolo luonnossa; joista monet sisältävät hybridivyöhykkeitä. Nämä kliiniset kuviot voidaan kuitenkin usein selittää myös allopatrisella spesiaatiolla, jota seuraa sekundaarinen kontaktijakso, mikä vaikeuttaa tutkijoita niiden alkuperän määrittämisessä [1] [22] . Thomas Smith ja kollegat väittävät, että suuret ektonit ovat "lajittelukeskuksia" (tarkoittaa parapatista lajittelua) ja osallistuvat biologisen monimuotoisuuden luomiseen trooppisissa metsissä. Ne antavat morfologisia ja geneettisiä eroavaisuuksia Eurillas virens -lajeissa [23] . Jiggins ja Mallet tutkivat useita kirjallisuusdokumentteja, jotka dokumentoivat parapatisen lajittelun jokaisen vaiheen luonnossa, uskoen sen olevan mahdollista ja todennäköistä (tutkittujen lajien osalta) [24] .
Trooppisten luolakanojen ( Georissa saulae ) tutkimus on osoittanut, että luolassa asuva populaatio on peräisin maanpäällisestä populaatiosta, joka on todennäköisesti erikoistunut parapatriaan [25] .
Partula -suvun etanat Moorealla ovat muuttuneet parapatrisesti in situ yhden tai useamman kolonisaation jälkeen, ja joissakin lajeissa esiintyy rengaslajeja [26] .
Tennesseen avainsalamanterissa ( Gyrinophilus palleucus ) vaellusaikoja on käytetty päättelemään eroja geenivirrassa asuvien luola- ja pintapopulaatioiden välillä. Keskitetyn geenivirran ja keskimääräisen vaellusajan tulokset johtivat heterogeeniseen jakautumiseen ja jatkuvaan parapatiseen spesiaatioon populaatioiden välillä. [27]
Tutkijat, jotka tutkivat Ephedraa , joka on Pohjois-Amerikan sisaruslajeja , ovat havainneet todisteita parapatisista niche-eroista sisarlajien E. californica ja E. trifurca parilla . [28]
Eräs valkoihoisia kallioliskoja koskeva tutkimus ehdotti, että elinympäristön erot voivat olla tärkeämpiä lisääntymiseristyksen kehittymiselle kuin eristysaika. Darevskia rudis , Darevskia valentini ja Darevskia portschinskii risteytyvät keskenään hybridivyöhykkeessään; hybridisaatio on kuitenkin voimakkaampaa D. portschinskiin ja D. rudiksen välillä , jotka jakautuvat aikaisemmin mutta elävät samanlaisissa elinympäristöissä, kuin D. valentinin ja kahden muun lajin välillä, jotka jakautuvat myöhemmin mutta elävät ilmastollisesti erilaisissa elinympäristöissä [29] .
Meren eliötYleisesti uskotaan, että parapatinen lajittelu on paljon yleisempää valtamerilajeissa, koska täydellisten maantieteellisten esteiden todennäköisyys on alhainen (edellyttää allopatriaa) [30] . Lukuisat tutkimukset ovat vahvistaneet meren eliöiden parapatisen lajittelun. Bernd Kremer ja kollegat löysivät todisteita mormyridikalojen ( Pollimyrus castelnaui ) parapatisesta lajikkeesta [31] ; kun taas Rocha ja Bowen väittävät, että parapatinen lajittelu on koralliriuttakalojen päämuoto [32] . Todisteita parapatisen lajittelun kliinisestä mallista on löydetty Salpidaesta [30] . Nancy Knowlton löysi monia esimerkkejä parapatriasta laajassa tutkimuksessaan meren organismeista [33] .
Spesiaatioiden kvantitatiivinen tutkimus