Adaptieve radiatie: definitie, oorzaken en voorbeelden uit de evolutie
Ontdek adaptieve radiatie: snelle soortvorming, oorzaken, voorbeelden uit Cambrium tot Trias, ecologische niches en evolutionaire processen.
Adaptieve radiatie (ook wel adaptieve straling genoemd) is een relatief snelle evolutionaire toename in het aantal en de morfologische en ecologische diversiteit binnen een groep verwante organismen. Bij een adaptieve radiatie ontstaan veel nieuwe soorten die uiteenlopende habitats en ecologische niches bezetten, vaak door aanpassing aan verschillende levenswijzen of voedselbronnen.
Definitie en criteria
Wetenschappers gebruiken soms specifieke criteria om een radiatie als adaptief te bestempelen. Gebruikelijke kenmerken zijn:
- Gemeenschappelijke afstamming: de nieuwe taxa stammen af van één voorouderlijke groep (een clade).
- Relatief snelle diversificatie: de soortvorming verloopt in een korte evolutionaire tijdschaal.
- Fenotype–omgevingcorrelatie: verschillen in morfologie of gedrag hangen samen met het vullen van verschillende ecologische rollen.
- Functionele relevantie: de eigenschappen die divergeren lijken direct gerelateerd aan het benutten van verschillende niches (bijvoorbeeld snavelvorm bij vogels).
Niet elke snelle soortvorming is automatisch adaptief; er bestaan ook non-adaptive radiations waarbij divergente lijnen minder duidelijk gekoppeld zijn aan ecologische specialisatie.
Oorzaken en mechanismen
Adaptieve radiaties ontstaan meestal wanneer zich één of meer van de volgende omstandigheden voordoen:
- Ecologische gelegenheid: vrije of weinig bezette niches maken snelle diversificatie mogelijk, bijvoorbeeld na massale uitstervingen of bij kolonisatie van een nieuw gebied.
- Sleutelinnovaties: nieuwe morfologische of gedragsmatige eigenschappen (zoals vliegen, gespecialiseerde tanden of symbiotische relaties) die toegang geven tot nieuwe bronnen.
- Verminderde competitie: als concurrentie laag is, kunnen populaties zich vrijer differentiëren en specialiseren.
- Geografische isolatie en herhaalde isolatie: eilandketens of bergachtige gebieden bevorderen allopatrische soortvorming die later ecologisch kan divergeren.
- Genetische factoren: hoge mutatie- of recombinatiesnelheden, polyploïdie (bij planten) en hybridisatie kunnen versnelde divergentie mogelijk maken.
- Sexuele selectie: kan samen met natuurlijke selectie leiden tot snelle divergentie van eigenschappen die soortvorming bevorderen.
Voorbeelden uit de evolutie
- De Ediacaraanse biota waren het resultaat van een vroege metazoïsche radiatie van eenvoudige meercellige levensvormen.
- De grootste bekende radiatie vond plaats in het Cambrium, toen veel van de dierlijke fyla ontstonden — zie Lijst van dierlijke fyla.
- Na de grootste uitsterving in de geschiedenis van de aarde (aan het einde van het Perm) en later in het Trias, ondergingen vele lijnen tegelijkertijd snelle radiaties toen niches opnieuw beschikbaar kwamen.
- Moderne voorbeelden zijn onder meer Darwinvinken (Galápagos), Hawaïaanse honeycreepers, Afrikaanse cichliden in de Grote Meren, en Anolis-hagedissen in het Caribisch gebied — groepen die duidelijk ecologische specialisaties en morfologische variatie tonen.
- Na het K–Pg-massasterven (einde Krijt) radiëerden de zoogdieren snel om beschikbare niches te vullen, wat uiteindelijk leidde tot de diversiteit van hedendaagse zoogdieren.
Historische en theoretische context
De term werd ingebracht en besproken door George Gaylord Simpson, de paleontoloog die mede de moderne evolutionaire synthese vormgaf. Sommige auteurs vermijden de term en geven de voorkeur aan andere benamingen; Robert L. Carroll gebruikte bijvoorbeeld de term grote evolutionaire overgangen, hoewel vele van die gebeurtenissen ook als adaptieve radiaties kunnen worden beschouwd. Anderen spreken van macro-evolutie of zelfs mega-evolutie, waarbij het debat vaak gaat over schaal en snelheid: in essentie vinden alle evolutionaire processen plaats op het niveau van populaties, maar de snelheid en het resultaat (bijvoorbeeld fenotypische divergentie) kunnen sterk variëren.
Belang en bewijs
Studie van adaptieve radiaties helpt begrijpen hoe biodiversiteit ontstaat en waarom sommige groepen extreem divers worden. Bewijs voor adaptieve radiatie komt uit meerdere bronnen:
- Fossielen: laten tempo en timing van verschijnende morfologische diversiteit zien (bijvoorbeeld Cambrium).
- Fylogenetische analyses: tonen gemeenschappelijke afstamming en periodes van verhoogde soortvorming.
- Vergelijkende ecologie en morfologie: koppelingen tussen traits en ecologische rollen ondersteunen adaptieve verklaring.
- Experimentele en populatiegenetische studies: tonen mechanismen van divergentie en selectie op specifieke eigenschappen.
Kenmerken die vaak bij adaptieve radiaties voorkomen
- Snelle toename van soortenrijkdom gevolgd door afname van het tempo wanneer niches gevuld raken.
- Grote morfologische variatie (dispariteit) binnen korte tijd.
- Nichepartitionering: soorten specialiseren in verschillende voedselbronnen, microhabitats of gedragingen.
Samengevat: adaptieve radiatie is een centraal concept in de evolutionaire biologie dat verklaart hoe uit één voorouderlijke groep veel uiteenlopende vormen en levenswijzen kunnen ontstaan, vooral wanneer ecologische kansen ontstaan of wanneer sleutelinnovaties nieuwe mogelijkheden openen. Het begrip verbindt paleontologische, ecologische en genetische gegevens en helpt te verklaren patronen in de geschiedenis van het leven.
De evolutie van vogelsnavels en voedingsmethoden heeft geleid tot een grote toename van het aantal vogelsoorten. Er zijn minstens 9.000 levende vogelsoorten, veel meer dan zoogdieren.
Meting van wijzigingspercentages
De registratie van timing wordt bemoeilijkt door hiaten in het fossielenbestand, vaak in die cruciale vroege stadia wanneer de aantallen gering zijn en de geografische verspreiding sterk beperkt is. "In werkelijkheid zijn er binnen bijna elk geslacht lange perioden waarvan de fossiele gegevens onbekend blijven".p297 Deze hiaten beïnvloeden onze kennis van timing en van veranderingen in lichaamsvorm en -functie.
Wanneer echter binnen een korte periode verschillende duidelijk nieuwe lijnen verschijnen, lijkt het redelijk om te zeggen dat de snelheid van verandering verrassend snel is geweest. Een voorbeeld hiervan is het verschijnen van nieuwe reptielgroepen in het Boven-Trias. Als we de term "reptiel" ruim nemen, omvatten de groepen dinosauriërs, pterosauriërs, Chelonia (schildpadden), krokodilachtigen (vroege Krokodilachtigen), fytosauriërs, en iets eerder (Midden-Trias) ichthyosauriërs.
Deze uitstralingen vonden plaats na de grote Permisch-Trias uitsterving die een einde maakte aan het Paleozoïcum. Het Trias zelf kende verschillende kleinere (maar nog steeds significante) uitstervingen. Helaas heeft het Trias het slechtste fossielenbestand van het hele Mesozoïcum.
Veroorzaakt
Innovatie
De evolutie van een nieuw kenmerk kan een groep laten diversifiëren omdat het nieuwe manieren van leven mogelijk maakt. Een zeer treffend voorbeeld is het cleido-ei, dat zich ontwikkelde bij vroege amniotes, en gewervelde dieren in staat stelde het land te veroveren. Het cleido-ei moet zijn ontwikkeld in het laatste Devoon of vroege Carboon. Amfibieën, die zich vóór deze gebeurtenis hebben vertakt, leggen hun eieren nog steeds in het water en zijn dus beperkt in de mate waarin zij landomgevingen kunnen exploiteren.
Een voorbeeld van een meer bescheiden innovatie is de evolutie van een vierde tandkrans bij zoogdieren. Dit kenmerk maakt een enorme toename mogelijk van het scala aan voedingsmiddelen dat kan worden gegeten. De evolutie van dit kenmerk heeft dus het aantal ecologische niches waarover zoogdieren beschikken, vergroot. De eigenschap is in het Cenozoïcum een aantal keren in verschillende groepen ontstaan, en werd telkens onmiddellijk gevolgd door een adaptieve radiatie. Bij vogels opende de evolutie van het vliegen nieuwe mogelijkheden, en er vonden ten minste twee enorme adaptieve radiaties plaats (een voor en een na de K/T-uitsterving). Nog opvallender was de evolutie van het vliegen van insecten, die leidde tot een enorme radiatie in het Mesozoïcum. Vervolgens ontwikkelden deze insectengroepen manieren om zich te voeden met bloeiende planten. Ze zijn nu veel talrijker dan alle andere vormen van dierlijk leven.
Kans
Adaptieve radiaties vinden vaak plaats wanneer organismen omgevingen binnengaan met onbezette niches, zoals een nieuw gevormd meer of een geïsoleerde eilandketen. De koloniserende populatie(s) kan (kunnen) snel diversifiëren en alle mogelijke niches benutten. Kansen doen zich voor wanneer landbruggen worden gevormd tussen gebieden die voorheen gescheiden waren, en wanneer soorten een nieuwe plaats in de wereld bereiken.
In het Victoriameer, een geïsoleerd meer dat onlangs in de Afrikaanse kloof is ontstaan, zijn in slechts 15.000 jaar meer dan 300 soorten cichliden voortgekomen uit één oudersoort.
Vrije eilanden
2Op ongeveer 17.000 km2 hebben de Hawaïaanse eilanden de meest diverse verzameling drosophiliden ter wereld, die leven van regenwouden tot bergweiden. Er zijn ongeveer 800 soorten Hawaiiaanse drosophiliden bekend.
Studies tonen een duidelijke "stroom" van soorten van oudere naar nieuwere eilanden. Er zijn ook gevallen van kolonisatie terug naar oudere eilanden, en het overslaan van eilanden, maar die komen veel minder vaak voor. Volgens radioactieve datering met kalium/argon dateren de huidige eilanden van 0,4 miljoen jaar geleden (mya) (Mauna Kea) tot 10 mya (Necker). Het oudste lid van de Hawaiiaanse archipel dat nog boven zee ligt, is Kure Atoll, dat kan worden gedateerd op 30 mya. De archipel zelf, ontstaan doordat de Pacifische plaat over een hete plek bewoog, bestaat al veel langer, minstens tot in het Krijt. De Hawaiiaanse eilanden plus voormalige eilanden die nu onder de zee liggen, vormen de keten van de Hawaiian-Emperor seamounts.
Alle inheemse drosophilide soorten op Hawaiʻi stammen blijkbaar af van één voorouderlijke soort die de eilanden ongeveer 20 miljoen jaar geleden koloniseerde. De daaropvolgende adaptieve radiatie werd gestimuleerd door een gebrek aan concurrentie en een grote verscheidenheid aan lege niches. Hoewel het mogelijk is dat één enkel zwanger vrouwtje een eiland koloniseert, is het waarschijnlijker dat het om een groep van dezelfde soort gaat.
Er zijn andere dieren en planten op de Hawaïaanse archipel die soortgelijke, zij het minder spectaculaire, aanpassingsstralingen hebben ondergaan.
Massa-extincties
Adaptieve radiaties volgen vaak op massa-extincties. Na een uitsterving blijven veel niches vrij. Een klassiek voorbeeld hiervan is de vervanging van de niet-aviaanse dinosauriërs aan het eind van het Krijt door zoogdieren in het Paleoceen.
1. Soort A migreert van het vasteland naar het eerste eiland. 2. Geïsoleerd van het vasteland evolueert soort A tot soort B. 3. Soort B migreert naar het tweede eiland. 4. 4. Soort B evolueert in soort C. 5. Soort C herkoloniseert de eerste eilanden, maar kan zich nu niet meer voortplanten met soort B. 6. Soort C migreert naar het derde eiland. Soort C migreert naar het derde eiland. 7. Soort C evolueert in soort D. 8. Soort D migreert naar het eerste en tweede eiland. 9. Soort D evolueert tot soort E. Dit proces kan oneindig doorgaan totdat een grote diversiteit is bereikt.
Grote uitstralingen
- De Cambrische explosie: de beroemdste van alle adaptieve radiaties. De meeste fyla verschenen tijdens of vlak voor het Cambrium.
- Vliegen: alle vormen van vliegende dieren zijn zeer succesvol
- Vliegen bij insecten: de Pterygota: het grootste aantal levende soorten zijn vliegende insecten.
- Vliegen bij vogels: de oorsprong van vogels: het grootste aantal gewervelde landdieren.
- De straling van dinosauriërs uit het Boven-Trias.
- De radiatie van bloeiende planten in het Boven-Krijt.
Gerelateerde pagina's
Vragen en antwoorden
V: Wat is adaptieve bestraling?
A: Adaptieve straling is een snel evolutionair proces dat het aantal en de diversiteit van soorten in elk geslacht verhoogt, waardoor meer nieuwe soorten ontstaan die in een groter aantal habitats leven.
V: Hoe werkt adaptieve radiatie?
A: Adaptieve radiatie werkt door diversificatie van groepen om beschikbare habitats en niches te vullen, wat een evolutionair proces is dat wordt aangedreven door natuurlijke selectie.
V: Wie introduceerde de term "adaptieve radiatie"?
A: De term werd geïntroduceerd en besproken door George Gaylord Simpson, de paleontoloog die heeft bijgedragen tot de moderne evolutionaire synthese.
V: Bestaat er een andere terminologie voor adaptieve straling?
A: Robert L Carroll geeft de voorkeur aan de term grote evolutionaire overgangen, hoewel blijkt dat al deze of de meeste ervan ook zouden kunnen worden omschreven als adaptieve radiaties. Anderen gebruiken termen als macro-evolutie, of zelfs mega-evolutie, alsof de processen anders zijn dan die welke zich voordoen onder het niveau van de soort.
V: Vindt adaptieve radiatie plaats op populatieniveau?
A: Ja, het maakt deel uit van de evolutietheorie dat alle processen op populatieniveau plaatsvinden.
V: Wat was een voorbeeld van vroege metazoïsche straling?
A: De Ediacaran biota waren een voorbeeld van vroege metazoïsche radiatie.
V: Wanneer zijn de grootste dierenfyla ontstaan?
A: De grootste dierenfyla ontwikkelden zich tijdens het Cambrium, toen de meeste fyla gelijktijdig een snelle radiatie ondergingen door de beschikbaarheid van ecologische niches en relatief weinig concurrentie.
Zoek in de encyclopedie