Domanda:
Come si sono evolute le farfalle per avere gli occhi sulle ali?
oliver-clare
2012-08-23 17:20:47 UTC
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Alcune farfalle, come la farfalla pavone originaria del Regno Unito ( Google Ricerca immagini) hanno segni sulle ali che sembrano proprio occhi, completi di una macchiolina bianca per imitare un effetto convesso di trasparenza, come sebbene l '"occhio" rifletta la luce del sole.

Presumibilmente, questo schema è progettato per scoraggiare potenziali predatori, perché il predatore vedrà una creatura con occhi enormi che li guarda e ci penserà due volte prima di attaccare.

Ma come si è evoluto il modello? Il primo è stato un colpo di fortuna / una mutazione genetica che ha funzionato o c'è un'altra spiegazione?

Per i possibili punti bonus, c'è un modo per sapere quando si è verificato, e quindi fare un'ipotesi quale occhio della creatura viene imitato?

Tutta l'evoluzione è dovuta a cambiamenti casuali per i quali vengono selezionati. Il cambiamento è casuale, la selezione no.
La Khan Academy fa un lavoro straordinario in questo: [Introduzione all'evoluzione e alla selezione naturale] (http://www.youtube.com/watch?v=GcjgWov7mTM)
@Armatus ama la Kahn Academy
Tre risposte:
#1
+7
MCM
2012-08-23 18:35:16 UTC
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Hai ragione con la mutazione genetica. Una spiegazione di base potrebbe essere:

Alcuni geni sono mutati che portano alla colorazione che vedi e il risultato finale è stato che la farfalla o le farfalle con il gene mutato sono state in grado di produrre più prole o prole che è sopravvissuto meglio delle versioni senza occhi.

Esistono modi per datare le mutazioni genetiche confrontando i geni di un organismo con un altro, ma l'accuratezza può essere un problema senza uno studio genomico significativo per confermare i tassi di mutazione e altri aspetti.

Tuttavia, la farfalla non imiterebbe intenzionalmente l'occhio di un'altra creatura. Può essere un caso e / o comportamenti da predatore che le macchie degli occhi assomigliano agli occhi di un'altra creatura, ma l'adattamento non è stato un atto intenzionale. Si trattava di una o più mutazioni genetiche casuali che hanno portato a una colorazione benefica e le macchie oculari potrebbero essere migliorate nel tempo con il verificarsi di più mutazioni.

È possibile che la farfalla ** potesse ** imitare volontariamente l'occhio di un'altra creatura, ma che la parte cosciente sia stata geneticamente mutata in seguito?
Possibile? Suppongo che sia possibile, ma la probabilità è zero. La catena di mutazioni e la mancanza di prove di un comportamento simile da parte di altre farfalle è una montagna di Sysiphis da superare per dimostrare che è successo. La spiegazione più semplice, e quella osservata in natura, è che una mutazione provoca una colorazione unica. Nel corso del tempo, le farfalle che hanno una colorazione che ricorda molto gli occhi vengono lasciate sole, mentre quelle che non vengono mangiate vengono immediatamente portate fuori dal pool genetico e lasciando solo quelle con le macchie oculari. Molto, molto, molto più facilmente.
Il buon vecchio Occam e il suo rasoio.
#2
+7
nico
2012-08-28 05:02:53 UTC
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C'è stato un bel po 'di studio sullo sviluppo di eyespots . Come si siano evoluti non è ancora chiaro, ma diversi esperimenti hanno chiarito i meccanismi molecolari alla base della loro formazione.

La pagina di Wikipedia sugli occhi fornisce una buona introduzione di base e alcuni riferimenti interessanti.

Quindi, prima di tutto, come si forma una macchia oculare?

Durante lo sviluppo delle ali, le macchie oculari sorgono in posizioni specifiche chiamate fuochi (singolare focus ).

Se prendi cellule da un focus in un'ala in via di sviluppo e le trapianti in un'altra regione dell'ala, si svilupperà un punto oculare nel sito trapiantato.

Transplanted focus Adattato da: Pattern Formation on Lepidopteran Wings: Determination of an Eyespot - Nijhout, Dev. Biol , 1980”

La foto a sinistra è un'ala normale di una farfalla Buckeye adulta, Precis coenia . Nelle foto al centro ea destra, alcune cellule delle grandi macchie oculari sono state trapiantate in una nuova posizione durante lo sviluppo. Come puoi vedere, si sviluppa un terzo punto oculare. Si noti che la foto centrale è tratta da un autografo, ovvero le cellule sono state trapiantate sulla stessa ala. Ciò si traduce in un restringimento della normale macchia oculare. Nella foto a destra, invece, le cellule sono state trapiantate in un altro individuo, e questo non si traduce in un restringimento della macchia oculare.

Gli autori concludono che:

È evidente da questi esperimenti che lo sviluppo della grande macchia oculare sulla parte anteriore di Precis coenia dipende dalla presenza di un piccolo gruppo di cellule che giacciono al suo centro o vicino a esso. Questo gruppo di cellule corrisponde a un "focus": una piccola regione, che si verifica in ogni cellula dell'ala, che viene postulata essere responsabile dell'induzione della maggior parte degli elementi del modello di colore nelle farfalle e nelle falene (Nijhout, 1978). Gli esperimenti di cauterizzazione stabiliscono un limite superiore per la dimensione di questo focus nelle vicinanze di 300 cellule epidermiche, sebbene sia probabile che la dimensione effettiva del focus sia molto più piccola.

Inoltre ipotizzano che uno specifico morfogeno può essere coinvolto:

La risposta del pattern dei punti oculari al cauterio o al trapianto del focus è interpretata più facilmente se assumiamo che il focus sia la fonte di un morfogeno che è in qualche modo in grado di indurre la sintesi di pigmenti specifici.

L'idea che un morfogeno fosse coinvolto è stata confermata negli anni successivi.

Da: Sviluppo, plasticità ed evoluzione dei modelli di macchie oculari a farfalla - Brakefield et al., Natura , 1996”

L'obiettivo è proposto come fonte di segnalazione per un morfogeno, i cui livelli determinano la pigmentazione delle cellule circostanti. Ricerche recenti hanno indicato che i geni regolatori, come il Distalless gene homeobox, sono espressi specificamente nel fuoco della macchia.

Wing development

Durante lo sviluppo dell'ala l'espressione della proteina Distalless (Dll) (mostrata in verde nell'immagine) corrisponde alla posizione delle future macchie oculari.

Esistono diverse mutazioni che provocheranno cambiamenti negli schemi delle macchie oculari. Alcuni di questi con i nomi evocativi di Ciclope , Spotty e Bigeye sono stati analizzati nel documento.

Ora, senza andando molto nella genetica degli insetti (che è ben lungi dall'essere il mio dominio di interesse), puoi vedere chiaramente che, sebbene il numero, la posizione e la dimensione dei fuochi siano influenzati dalle mutazioni, la loro posizione corrisponde sempre a una maggiore espressione di Dll durante lo sviluppo.

wing pattern mutants
Colonna sinistra: modelli di retroguardia ventrale di tipo selvaggio (in alto), mutanti Ciclope (al centro) e Occhio obeso . Colonna di destra: schema anteriore in caratteri selvatici (in alto) e Ciclope mutante (in basso).

Dalla conclusione dell'articolo (grassetto mio):

Gli esperimenti di selezione su B. anynana ha prodotto rapidamente differenze drammatiche nella dimensione dei punti oculari che erano dovute a geni di piccolo effetto fenotipico. I mutanti qui descritti mostrano che esistono anche geni con un grande effetto fenotipico sullo sviluppo dei punti oculari (comprese le dimensioni) che non hanno alcun effetto percettibile effetto su altri modelli di ala o corpo. È probabile che l'evoluzione dei modelli di macchie oculari in natura coinvolga entrambi i geni con effetti grandi e piccoli sullo sviluppo delle macchie oculari. [...]
Queste osservazioni suggeriscono che la regolazione del percorso di sviluppo dei punti oculari è tale che i modelli dei punti oculari possono evolversi rapidamente e indipendentemente da altri elementi del modello alare e dalle strutture del corpo .

Infine, un'altra lettura interessante è:

Ali, corna e occhi di farfalla: come si evolvono i tratti complessi? - Monteiro e Podlaha - PLoS Biol. , 2009”

dove gli autori propongono che:

I tratti complessi richiedono un'espressione coordinata di molti fattori di trascrizione e segnalando percorsi per guidare il loro sviluppo. La creazione di un programma di sviluppo de novo comporterebbe il collegamento di molti geni uno per uno, richiedendo che ogni mutazione vada alla deriva nella fissazione o che conferisca un vantaggio selettivo ad ogni fase intermedia per diffondersi nella popolazione. Sebbene questo lungo processo non sia del tutto improbabile, potrebbe essere aggirato con meno passaggi reclutando un regolatore superiore di una rete genica già esistente, cioè mediante la cooptazione della rete genica. Successive modifiche alla rete cooptata potrebbero ottimizzare ulteriormente il suo ruolo nel nuovo contesto di sviluppo.

Nota: non sono un esperto di sviluppo di insetti, quindi potrei aver perso alcuni documenti / prove importanti, ecc. Se ne conosci altri che vale la pena citare, fallo!
#3
-2
user1310
2012-08-27 03:54:25 UTC
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Ho letto sopra;

'' Alcuni geni sono mutati che portano alla colorazione che vedi e il risultato finale è stato che la farfalla o le farfalle con il gene mutato sono state in grado di produrre più prole o prole che è sopravvissuta meglio delle versioni senza occhi. ''

Ma, affinché i geni mutino in modo casuale, non si formerebbe un occhio, ma un pasticcio. Inoltre, com'è strano che né il butteryfly né i geni sono in grado di vedere questa manifestazione. Eppure qualsiasi predatore, dall'alto lo vede chiaramente.

Per applicare che questa mutazione casuale e selezione naturale, costituisce tutto ciò che sappiamo, è di per sé cieco e richiede un occhio.

Affermo che è una variazione positiva e niente di più niente di meno, nessuna forma di vita va in discesa in termini di evoluzione Qualsiasi cosa casuale renderebbe qualsiasi forma di vita "casuale", priva di vita.

Non è necessario che un occhio si formi con la prima mutazione. Se una qualsiasi marcatura offre un vantaggio rispetto alle farfalle non contrassegnate, sarebbe sufficiente. Quindi la selezione naturale raffinerebbe le mutazioni a forma di occhio. L'evoluzione agisce su più generazioni, sempre. Le farfalle non devono vedere cosa dà loro il vantaggio - finché viene dato un vantaggio, è abbastanza. Non ho idea di cosa intendi per "variazione positiva", e non esiste qualcosa come "in discesa" in termini di biologia evolutiva - solo in grado di sopravvivere meglio o meno in grado di sopravvivere. Anche la tua ultima frase è priva di significato.
"Ma, affinché i geni mutino casualmente, non si formerebbe un occhio, ma un pasticcio": ne hai la prova? Un eyespot è un motivo rotondo abbastanza semplice, non è una cosa così complessa da codificare.
Hai appena rilasciato alcune dichiarazioni piuttosto supponenti. Su quale conoscenza / scienza / evidenza li stai basando? Potreste fornire referenze?
@MCM - hai detto "Se un qualsiasi segno offre un vantaggio rispetto alle farfalle non contrassegnate, sarebbe sufficiente. Quindi la selezione naturale raffinerebbe le mutazioni a forma di occhio '. Mi dispiace, ma qui stai deducendo la "direzione" tramite la selezione naturale. Per favore, spiega come la natura esegue questa selezione. I meccanici dietro, per favore?
@Nico. Un punto dell'occhio è geometrico, geometrico non ha nulla a che fare con il casuale. Il fatto che dovrebbe assomigliare a un occhio è sufficiente per suggerire che è destinato a essere un occhio "falso". Per favore, permettetemi qualche prova della vostra formula matematica, che agisce su operazioni casuali, per formare schemi geometrici?
@Lubo Le sto basando sulla matematica. Non esiste alcuna formula matematica che possa operare su numeri casuali, per formare schemi geometrici organici complessi. Per favore, puoi provare che ho torto?
@user1310: Non ho mai menzionato alcuna formula matematica ... sei tu quello che dovrebbe fornire riferimenti per la tua affermazione che un modello non può derivare da una mutazione casuale. Comunque scriverò una risposta un po 'più dettagliata (probabilmente dovrei avere tempo stasera), ma essenzialmente le macchie oculari si formano a causa dei gradienti degli omeogeni, c'è un bel po' di letteratura a questo proposito.
@user1310: La direzionalità può verificarsi nell'evoluzione, semplicemente non è una direzione volontaria. Supponiamo che la prima mutazione crei un blob scuro amorfo che sopravvive meglio del fenotipo precedente. Quindi si verifica un'altra mutazione in cui la macchia scura diventa più circolare e quel fenotipo sopravvive meglio dell'amorfo. Continua in quella vena finché non hai il fenotipo del punto oculare corrente. Non appena la macchia oculare non è più vantaggiosa, un'altra mutazione potrebbe entrare nella popolazione e produrre un altro fenotipo.
@user1310, ancora una volta fai una dichiarazione senza prove, e ti capita di sbagliarti in modo spettacolare. I frattali generano il tipo esatto di pattern a cui ti riferisci e ti rimando alla voce di Wikipedia: [Fractals] (http://en.wikipedia.org/wiki/Fractal). BTW, questo è un sito di domande / risposte, non un sito di dibattiti, quindi se hai qualche conoscenza da condividere, per favore fornisci la fonte delle tue affermazioni: una pubblicazione, un teorema ben noto, qualunque cosa.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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