Reproduktive Isolation

Reproduktive Isolation umfasst die biologischen Barrieren, die Mitglieder verschiedener Arten daran hindern, sich erfolgreich miteinander zu kreuzen, und ihre Evolution ist das zentrale Ereignis der Artbildung.

Definition

Reproduktive Isolation ist die Gesamtheit vererbbarer Barrieren, die den Genfluss zwischen Populationen reduzieren oder verhindern. Präzygotische Barrieren wirken vor der Befruchtung, während postzygotische Barrieren die Lebensfähigkeit oder Fruchtbarkeit von Hybriden nach der Befruchtung verringern.

Scope

Dieses Thema behandelt die Klassifizierung reproduktiver Barrieren in präzygotische und postzygotische Kategorien, die genetische Grundlage der Hybridsterblichkeit und -sterilität durch Dobzhansky-Muller-Inkompatibilitäten, die Rolle der Verstärkung (Reinforcement) bei der Stärkung der präzygotischen Isolation und wie sich Barrieren ansammeln, wenn Populationen divergieren.

Core questions

• Wie werden reproduktive Barrieren als präzygotisch versus postzygotisch klassifiziert?
• Was ist die genetische Grundlage der Hybridsterblichkeit und -sterilität?
• Wie kann Selektion die präzygotische Isolation durch Verstärkung (Reinforcement) stärken?
• In welcher Reihenfolge akkumulieren sich reproduktive Barrieren typischerweise während der Divergenz?

Key theories

Dobzhansky-Muller-Inkompatibilitäten

Hybridsterblichkeit und -sterilität entstehen durch negative Interaktionen zwischen Genen, die in jeder Population separat divergiert sind und nie zusammen getestet wurden, was die postzygotische Isolation erklärt, ohne dass ein Individuum in seiner eigenen Linie unfähig wäre.

Verstärkung (Reinforcement)

Wenn Hybride ungeeignet sind, kann die natürliche Selektion eine stärkere präzygotische Isolation begünstigen, indem sie gegen kostspielige Hybridisierung selektiert und so die Vollendung der Artbildung beschleunigt.

Mechanisms

Präzygotische Barrieren umfassen ökologische oder Habitat-Isolation, zeitliche Isolation im Paarungszeitpunkt, Verhaltensisolation durch Partnerwahl, mechanische Inkompatibilität und gametische Isolation. Postzygotische Barrieren umfassen intrinsische Hybridsterblichkeit und -sterilität, die aus Dobzhansky-Muller-Inkompatibilitäten zwischen unabhängig entwickelten Allelen entstehen, sowie extrinsische Barrieren, bei denen Hybride schlecht an verfügbare Nischen angepasst sind. Wo Hybridisierung kostspielig ist, verstärkt (reinforces) die Selektion präzygotische Barrieren. Die totale Isolation ist der kumulative Effekt aller nacheinander wirkenden Barrieren, sodass selbst partielle Barrieren den Genfluss erheblich einschränken können.

Clinical relevance

Das Verständnis reproduktiver Barrieren unterstützt das Management der Hybridisierung zwischen Haus- und Wildarten, die Kontrolle von Schädlings- und Vektorspezieskomplexen sowie Naturschutzentscheidungen, bei denen Hybridisierung die genetische Integrität gefährdeter Taxa bedroht.

History

Dobzhansky im Jahr 1937 und Muller in den 1940er Jahren erklärten unabhängig voneinander die Hybridinkompatibilität durch Interaktionen zwischen divergierenden Genen. Coyne und Orr quantifizierten später in vergleichenden Analysen, wie sich die Isolation mit der genetischen Distanz akkumuliert, und klärten die Bedingungen, unter denen Verstärkung (Reinforcement) stattfindet.

Debates

Wie wichtig ist die Verstärkung (Reinforcement)?

Ob die Selektion gegen Hybride üblicherweise die endgültige Stärkung der präzygotischen Isolation antreibt, im Gegensatz zur Isolation, die hauptsächlich als Nebenprodukt der Divergenz entsteht, bleibt eine aktive Frage.

Key figures

• Theodosius Dobzhansky
• Hermann J. Muller
• Jerry Coyne
• H. Allen Orr

Seminal works

• dobzhansky1937
• coyneOrr2004
• futuyma2017

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen präzygotischer und postzygotischer Isolation?

Präzygotische Barrieren verhindern die Paarung oder Befruchtung, während postzygotische Barrieren die Lebensfähigkeit oder Fruchtbarkeit von Hybriden reduzieren, nachdem eine Zygote gebildet wurde.

Warum sind viele Hybride steril oder nicht lebensfähig?

Oft aufgrund von Dobzhansky-Muller-Inkompatibilitäten: Gene, die sich in jeder Elternart unabhängig entwickelt haben, interagieren schlecht, wenn sie in einem Hybriden kombiniert werden, obwohl jedes in seinem eigenen genetischen Hintergrund einwandfrei funktioniert.