Adaptive Radiation

Adaptive Strahlung ist schnell evolutionäre Strahlung. Es handelt sich um eine Zunahme der Anzahl und Vielfalt der Arten in jeder Abstammungslinie. Sie bringt mehr neue Arten hervor, und diese Arten leben in einem breiteren Spektrum von Lebensräumen.

Einige Definitionen formulieren es in einem einzigen Satz: "Adaptive Radiation ist die rasche Vermehrung neuer Taxa aus einer einzigen Ahnengruppe". In den auffälligsten Fällen jedoch, wie z.B. in der Trias nach dem größten Aussterbeereignis der Erdgeschichte, wurden viele Linien gleichzeitig schnell verstrahlt. Dies muss etwas mit der Verfügbarkeit von ökologischen Nischen und der relativen Abwesenheit von Konkurrenz zu tun haben.

Die Ediacaran-Biota waren das Ergebnis einer frühen Metazoenbestrahlung. Die stärkste Strahlung von allen fand früh im Kambrium statt, als sich die meisten unserer tierischen Phyla entwickelten: siehe Liste der tierischen Phyla.

In der relativen Abwesenheit von Konkurrenz diversifizieren sich die Gruppen, um verfügbare Lebensräume und Nischen zu füllen. Dies ist ein evolutionärer Prozess, der durch natürliche Auslese angetrieben wird.

Der Begriff wurde von George Gaylord Simpson, dem Paläontologen, der an der modernen evolutionären Synthese mitgewirkt hat, eingeführt und diskutiert. Andere ziehen es vor, den Begriff nicht zu verwenden. Robert L. Carroll zieht es vor, den Begriff der großen evolutionären Übergänge zu verwenden, obwohl sich herausstellt, dass alle oder die meisten dieser Übergänge auch als adaptive Radiationen bezeichnet werden könnten. Andere verwenden Begriffe wie Makroevolution oder sogar Megaevolution, als ob sich die Prozesse von denen unterscheiden würden, die unterhalb der Artebene ablaufen. Es ist Teil der Evolutionstheorie, dass alle Prozesse auf der Ebene von Populationen ablaufen. Alle sind sich jedoch einig, dass sich die Geschwindigkeit der Evolution ändert, wie auch immer sie gemessen wird.

Die Entwicklung von Vogelschnäbeln und Fütterungsmethoden führte zu einem starken Anstieg der Zahl der Vogelarten. Es gibt mindestens 9.000 lebende Vogelarten, weit mehr als Säugetiere.

Messung von Veränderungsraten

Die Aufzeichnungen über den zeitlichen Ablauf werden durch Lücken in den fossilen Aufzeichnungen erschwert, oft in den entscheidenden frühen Stadien, wenn die Zahl der Fossilien gering ist und die geographische Verbreitung stark eingeschränkt ist. "In Wirklichkeit gibt es innerhalb fast jeder Abstammungslinie lange Zeiträume, in denen die Fossilien unbekannt sind". ^p297 Diese Lücken beeinträchtigen unser Wissen über den Zeitpunkt und über Veränderungen der Körperform und -funktion.

Wenn jedoch innerhalb kurzer Zeit mehrere deutlich neue Linien erscheinen, scheint es vernünftig zu sagen, dass die Veränderungsrate überraschend schnell war. Ein Beispiel wäre das Auftreten neuer Reptiliengruppen in der Obertrias. Wenn man den Begriff "Reptil" weit auslegt, umfassen die Gruppen Dinosaurier, Pterosaurier, Chelonia (Schildkröten), Krokodylomorphen (frühe Krokodile), Phytosaurier und Ichthyosaurier etwas früher (Mitteltrias).

Diese Ausstrahlungen erfolgten nach dem großen Perm-Trias-Aussterbeereignis, das das Paläozoikum beendete. Die Trias selbst hatte mehrere kleinere (aber immer noch bedeutende) Auslöschungen. Leider gibt es in der Trias die wenigsten fossilen Funde aus dem gesamten Mesozoikum.

Ursachen

Innovation

Die Entwicklung eines neuen Merkmals kann eine Gruppe diversifizieren lassen, weil es neue Lebensformen ermöglicht. Ein auffallendstes Beispiel ist das Cleido-Ei, das sich in frühen Fruchtwasseramnioten entwickelte und es Wirbeltieren ermöglichte, in das Land einzudringen. Das cleidoische Ei muss im spätesten Devon oder frühen Karbon entwickelt worden sein. Amphibien, die sich vor diesem Ereignis abgezweigt haben, legen ihre Eier immer noch im Wasser ab und sind daher in ihrem Ausnutzen der Landumwelt eingeschränkt.

Ein Beispiel für eine bescheidenere Innovation ist die Entwicklung eines vierten Höckers im Säugetierzahn. Diese Eigenschaft ermöglicht eine enorme Erweiterung der Palette an Nahrungsmitteln, mit denen man sich ernähren kann. Die Entwicklung dieses Merkmals hat somit die Zahl der ökologischen Nischen erhöht, die den Säugetieren zur Verfügung stehen. Das Merkmal trat während des Känozoikums mehrmals in verschiedenen Gruppen auf, und in jedem Fall folgte unmittelbar darauf eine adaptive Radiation. Bei Vögeln eröffnete die Evolution des Fluges neue Möglichkeiten, und mindestens zwei riesige adaptive Strahlungen traten auf (eine vor und eine nach dem K/T-Aussterbeereignis). Noch auffälliger war die Entwicklung des Insektenflugs, die im Mesozoikum zu einer enormen Strahlung führte. Dann entwickelten diese Insektengruppen Möglichkeiten, sich von blühenden Pflanzen zu ernähren. Heute sind sie allen anderen Formen tierischen Lebens weit überlegen.

Gelegenheit

Adaptive Strahlungen treten häufig auf, wenn Organismen in Umgebungen mit unbesetzten Nischen, wie z.B. einem neu entstandenen See oder einer isolierten Inselkette, eindringen. Die kolonisierende(n) Population(en) kann/können sich schnell diversifizieren und alle möglichen Nischen ausnutzen. Gelegenheiten ergeben sich, wenn sich Landbrücken zwischen Gebieten bilden, die vorher getrennt waren, und wenn Arten an neue Orte auf der Welt gelangen.

Im Viktoriasee, einem isolierten See, der sich vor kurzem im afrikanischen Grabenbruch gebildet hat, strahlten in nur 15.000 Jahren über 300 Arten von Buntbarschen von einer Elternart aus.

Leere Inseln

Auf etwa 6.500 Quadratmeilen (17.000 km2) haben die Hawaii-Inseln die artenreichste Sammlung von Drosophilidfliegen der Welt, die von Regenwäldern bis zu Bergwiesen leben. Etwa 800 hawaiianische Drosophilidenarten sind bekannt.

Studien zeigen einen deutlichen "Fluss" von Arten von älteren zu neueren Inseln. Es gibt auch Fälle von Kolonisierung zurück auf ältere Inseln und Überspringen von Inseln, aber diese sind viel seltener. Nach der radioaktiven Datierung mit Kalium/Argon datieren die heutigen Inseln von vor 0,4 Millionen Jahren (mya) (Mauna Kea) bis 10mya (Necker). Das älteste noch über dem Meer liegende Mitglied des hawaiianischen Archipels ist das Kure-Atoll, das auf 30 mya datiert werden kann. Der Archipel selbst, der durch die Bewegung der pazifischen Platte über einen Hot Spot entstanden ist, existiert schon viel länger, zumindest bis in die Kreidezeit hinein. Die hawaiischen Inseln und die ehemaligen Inseln, die jetzt unter dem Meer liegen, bilden die Seamount-Kette Hawaiian-Emperor; und viele der Unterwasserberge sind Guyots.

Alle einheimischen Drosophilid-Arten auf Hawaiʻi stammen offenbar von einer einzigen Vorfahrenart ab, die vor etwa 20 Millionen Jahren die Inseln kolonisiert hat. Die anschließende adaptive Radiation wurde durch mangelnde Konkurrenz und eine Vielzahl von freien Nischen vorangetrieben. Obwohl es für ein einzelnes schwangeres Weibchen möglich wäre, eine Insel zu besiedeln, ist es wahrscheinlicher, dass es sich um eine Gruppe der gleichen Spezies handelt.

Es gibt andere Tiere und Pflanzen auf dem hawaiianischen Archipel, die ähnliche, wenn auch weniger spektakuläre, anpassungsfähige Strahlungen erfahren haben.

Massenaussterben

Adaptive Strahlungen folgen gewöhnlich Massenextinktionen. Nach einem Auslöschungsereignis bleiben viele Nischen unbesetzt. Ein klassisches Beispiel dafür ist der Ersatz der nicht-avischen Dinosaurier am Ende der Kreidezeit durch Säugetiere im Paläozän.

1. Spezies A wandert vom Festland auf die erste Insel. 2. Isoliert vom Festland entwickelt sich die Art A zur Art B. 3. Spezies B wandert auf die zweite Insel. 4. Spezies B entwickelt sich zu Spezies C. 5. Spezies C besiedelt die ersten Inseln wieder, kann sich aber nun nicht mehr mit Spezies B fortpflanzen. 6. Spezies C wandert auf die dritte Insel. 7. Spezies C entwickelt sich zu Spezies D. 8. Spezies D wandert auf die erste und zweite Insel. 9. Die Spezies D entwickelt sich zur Spezies E. Dieser Prozess könnte unbegrenzt weitergehen, bis eine große Vielfalt erreicht ist.

Große Ausstrahlungen

Die KambrischeExplosion: die berühmteste aller adaptiven Strahlungen. Die meisten Phyla erschienen während oder kurz vor dem Kambrium.
Fliegen: Alle Formen fliegender Tiere sind sehr erfolgreich

Flug der Insekten: die Pterygota: Die meisten lebenden Arten sind fliegende Insekten.
Flug bei Vögeln: die Herkunft der Vögel: die größte Anzahl von Land-Wirbeltieren.

Die Strahlung der Obertrias von Dinosauriern.
Die oberkretazische Ausstrahlung von Blütenpflanzen.

Fragen und Antworten

F: Was ist adaptive Bestrahlung?

A: Adaptive Radiation ist ein schneller evolutionärer Prozess, der die Anzahl und Vielfalt der Arten in jeder Abstammungslinie erhöht und mehr neue Arten hervorbringt, die in einem breiteren Spektrum von Lebensräumen leben.

F: Wie funktioniert die adaptive Radiation?

A: Adaptive Radiation funktioniert, indem sich Gruppen diversifizieren, um verfügbare Lebensräume und Nischen zu besetzen, was ein evolutionärer Prozess ist, der durch natürliche Selektion angetrieben wird.

F: Wer hat den Begriff "adaptive Radiation" eingeführt?

A: Der Begriff wurde von George Gaylord Simpson eingeführt und diskutiert, dem Paläontologen, der zur modernen evolutionären Synthese beigetragen hat.

F: Gibt es eine andere Terminologie für adaptive Radiation?

A: Robert L. Carroll zieht es vor, den Begriff große evolutionäre Übergänge zu verwenden, obwohl sich herausgestellt hat, dass alle oder die meisten von ihnen auch als adaptive Radiationen bezeichnet werden könnten. Andere verwenden Begriffe wie Makroevolution oder sogar Megaevolution, als ob sich die Prozesse von denen unterscheiden würden, die unterhalb der Ebene der Arten stattfinden.

F: Findet adaptive Radiation auf Populationsebene statt?

A: Ja, es ist Teil der Evolutionstheorie, dass alle Prozesse auf der Ebene von Populationen ablaufen.

F: Was war ein Beispiel für eine frühe Metazoen-Radiation?

A: Die Ediacaran-Biota waren ein Beispiel für die frühe Metazoen-Radiation.

F: Wann haben sich die größten Tiergruppen entwickelt?

A: Die größten Tierstämme entstanden während des Kambriums, als die meisten Stämme aufgrund der Verfügbarkeit ökologischer Nischen und des relativ geringen Wettbewerbs gleichzeitig eine rasche Ausbreitung erfuhren.