Projekti / Programi
Evolucijske slepe ulice: Pasti ekstremnih fenotipov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.00 |
Naravoslovje |
Biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B005 |
Biomedicinske vede |
Zoologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Evolucija, diversifikacija, izumiranje, biodiverziteta, pajki
Raziskovalci (15)
Organizacije (2)
Povzetek
Evolucijske slepe ulice napovedujejo prenehanje evolucijskega napredovanja in diverzifikacije ali celo izumrtja zaradi določene organizmove lastnosti. Takšna značilnost lahko na začetku zagotovi prednosti za fitnes, vendar se te koristi dolgoročno izgubijo, lastnost pa postane draga. Organizemske lastnosti, za katere je bilo predlagano, da povzročajo evolucijske slepe ulice, se nanašajo na življenjske strategije (angl. life histories), sisteme parjenja, ekološke specializacije ali medvrstne interakcije, vendar pa literatura le redko vzpostavlja neposredne povezave med lastnostmi in izumrtjem linije. Namen našega raziskovalnega programa je oceniti, ali bi ekstremni fenotipi, kot na primer pretirane velikosti, spolno konfliktna vedenja ali ekološko prilagajanje ekstremnim okoljem, lahko predstavljali evolucijske slepe ulice.
Za tovrstne raziskave predstavljajo pajki idealno študijsko skupino. Nekateri pajki kažejo najbolj ekstremne vrednosti velikostnega spolnega dimorfizma (SSD, velike samice, majhni samci) med kopenskimi živalmi, z ustrezno velikanskimi mrežami in z navidezno kovariirajočimi spolno konfliktnimi paritvenimi rituali. Ti izredno dimorfni kladi pajkov so geografsko in ekološko razširjeni, vendar so relativno vrstno revni. Kombinacija njihove morfologije, mrežne arhitekture in biologije parjenja na eni strani ter njihove evolucijske zgodovine in nizke raznolikosti na drugi, bi lahko nakazovale na povezavo med ekstremnimi fenotipi in dolgoročnim evolucijskim upadom. Vendar ta povezava ni bila nikoli nedvoumno določena.
Raziskovali bomo potencialne povezave med ekstremnimi fenotipi nevretenčarjev (SSD, pretirana velikost mrež, spolno konfliktna vedenja) znotraj izbranih skupin in vrst pajkov ter evolucijskimi vzorci teh skupin. S kombinacijo mikro- in makroevolucijskih analiz bomo testirali, ali ekstremni fenotipi predstavljajo evolucijske slepe ulice. Predpostavljamo, da razvoj ekstremnih fenotipov sproži koristi le v kratkem (ekološkem) času, vendar prinaša dolgoročne (evolucijske) stroške.
Naš prvi delovni paket bo kvantificiral ekstremnost fenotipskih lastnosti in preveril, ali pretirane velikosti mrež in spolno konfliktna vedenja ko-variirajo z SSD. Pozitivna filogenetska korelacija teh fenotipov bi pomenila njihov usklajen razvoj. Drugi delovni paket bo eksperimentalno preizkusil napovedi modela diferencialnega ravnotežja SSD evolucije. Ta model napove obstoj kontekstualno značilnih gonilnikov variacije velikosti spolov, ki se odražajo v vrednostih SSD, ki so specifični za posamezne klade. Predvidevamo, da bodo imele velikanske samice večjo plodnost v primerjavi z manjšimi, tovrstne prednosti pa naj bi odtehtale fiziološke stroške gigantizma v kontekstu prehranjevanja (proizvodnja svile za gradnjo mrež). Po drugi strani pa bodo pred- in post-kopulacijski procesi spolnega odbiranja favorizirali srednje velike samce. Potencialna veljavnost modela bo okrepila stališče, da se SSD razvija kot odziv na spolno specifične, aditivne selektivne učinke ter da je SSD bolj ekstremen pri tistih vrstah, ki kažejo šibkejše medspolne genetske korelacije.
Tretji delovni paket bo opredelil dolgotrajne manifestacije ekstremnih fenotipov z namenom preverjanja napovedi, da lahko ekstremni fenotipi zmanjšujejo raznolikost in pospešijo izumrtje. Uporabili bomo filogenetske in primerjalne teste, s katerimi bomo ugotovili, kako bogastvo vrst v primerljivih kladih variira s fenotipsko "ekstremnostjo". Modelirali bomo globalno nagnjenost ekstremnih fenotipov k izumiranju v tropih v primerjavi z zmernimi območji, nato pa ovrednotili veljavnost teh modelov z resničnimi opažanji globalne raznolikosti ciljnih skupin. V primerjavi s sestrsko linijo ali z linijo s primerljivo evolucijsko zgodovino bi nesorazmerno vrstno obubožana linija, ki ima ekstremne fenotipe, pomenila, da je ta nabor fenotipov povezan z dolgoročnimi makroevolucijskimi tveganji, ki omejujejo diverzifikacijo in spodbujajo izumrtje.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen projekta, kot predvidevamo iz pričakovanih rezultatov, je v naši sposobnosti, da posplošimo, kako lahko evolucija znakov prinese koristi v ekološkem času od generacije do generacije, po drugi strani pa postavi stroške in pasti v evolucijskem času. Naš evolucijski raziskovalni program kaže novitete z združevanjem filogenetskih, primerjalno morfoloških, vedenjskih, fizioloških, ekoloških, molekularnih in kvantitativno genetskih pristopov, ki bodo podali splošen pregled na selekcijo za in proti ekstremnim fenotipom ter napovedali njihove dolgoročne evolucijske posledice. Kombinacija teh pristopov še nikoli ni bila uporabljena v kontekstu evolucije ekstremnih fenotipov pajkov. Študije evolucijskih slepih ulic pri pajkih so bile doslej omejene le na peščico kladov s socialnimi vrstami, torej so raziskovale samo redek fenomen socialnosti. Naša predlagana raziskava je zato pionirska, saj naj bi prepoznala ključne lastnosti, ki so odgovorne za evolucijsko hiranje in morebitno izumiranje tudi v skupinah s solitarnimi vrstami, med katere uvrščamo veliko večino več kot 46 tisoč poznanih vrst pajkov. Poleg tega je potencial lastnosti, da predstavljajo slepe ulice, slabo raziskan v katerikoli živalski skupini, zato naš projekt lahko zagotovi pomemben nov vpogled v prilagodljivost lastnosti na splošno. Pričakujemo, da bodo naši izdelki, od vrhunskih znanstvenih objav do javnega obveščanja, splošno zanimivi in ??pomembni za evolucijsko biologijo na eni strani in za popularno znanost na drugi. Ta projekt ima tudi močno komponento usposabljanja, s starostno in spolno uravnoteženo mešanico starejših raziskovalcev, zgodnjih znanstvenikov in podiplomskih študentov.
Pomen za razvoj Slovenije
The relevance of the project as envisioned from the expected results lies in our ability to generalize how trait evolution can potentially provide benefits in the ecological time from generation to generation, but also incur costs and pitfalls in the evolutionary time. Our evolutionary research agenda is novel in combining phylogenetic, comparative morphological, behavioral, physiological, ecological, molecular, and quantitative genetic approaches to generalize about selection for and against extreme phenotypes, and to scrutinize their long term evolutionary consequences. A combination of these approaches has never been applied in the context of extreme phenotypic evolution in spiders. Studies on evolutionary dead ends in spiders have so far been limited to the handful of social clades, focusing solely on the rare phenomenon of sociality. Our proposed study is therefore pioneering in identifying the key traits responsible for evolutionary cessation, and possibly extinction, also in the solitary groups to which the vast majority of the over 46 thousand spider species belong. Furthermore, the potential for traits to represent dead ends is poorly explored in any animal group, and thus our project may provide important new insights into trait adaptiveness in general. We expect that our products, from top-tier scientific papers to public outreach, will be broadly interesting and relevant for evolutionary biology on the one hand, and popularity of science on the other. This project also has a strong training component, with an age- and gender balanced blend of senior researchers, early career scientists, and graduate students.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
