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30.1: O que é uma Espécie?
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What is a Species?
 
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30.1: What is a Species?

30.1: O que é uma Espécie?

Overview

A species is a group of organisms that interbreed and produce fertile offspring. Typically, individuals of the same species appear similar and share common characteristics due to their highly similar genomes. However, not all organisms that look alike are members of the same species. Various mechanisms keep most species discrete. While some mechanisms prevent reproductive behavior and fertilization (pre-zygotic isolation), others prevent the production of fertile offspring after mating has occurred (post-zygotic isolation).

The Appearance of a Species

Although individuals of a single species typically look very similar, variation in coloration or morphology is not uncommon. For example, the common wall lizard, Podarcis muralis has six distinct morphs which vary by the color of their throat and underbelly.

Conversely, the monarch and viceroy butterflies are two genetically distinct species that appear similar, inhabit common habitats, and are both unpalatable to predators. This is an evolutionary strategy known as Müllerian mimicry—the species share warning signals, such as their bright orange and black appearance to educate common predators more effectively of their toxicity.

Pre-zygotic Isolation

Phenomena that prevent mating or fertilization from occurring are referred to as pre-zygotic isolation mechanisms. Geographic isolation and ecological isolation are two examples of environmental barriers. In the case of geographic isolation, two bird species might live in different forests on either side of an impassable mountain range; ecological isolation could be one insect species living solely in the treetops while another inhabits the soil.

There may also be behavioral reasons a species remains isolated. Examples are differences in mating rituals or communication, like birds-of-paradise, where males of different species have novel dances to attract female conspecifics. In temporal isolation species are kept apart by different timing of daily routines or breeding seasons. For example, the red-legged frog Rana aurora has a breeding season from January to March, but its close relative the yellow-legged frog, Rana boylii, breeds from late March through May.

The physical characteristics of different species may isolate them pre-zygotically. Insects can display an array of different genital morphologies that means they can only physically mate with members of their species—referred to as mechanical isolation. Finally, prevention of gamete fusion is often the last pre-zygotic barrier which may be controlled by mechanisms like the prevention of pollen tube growth in plants, or an inability to physically fuse with or penetrate the outer layers of an egg cell.

Post-Zygotic Isolation

When individuals of different species overcome pre-zygotic isolation, post-zygotic isolation can prevent the resulting offspring from either surviving or reproducing. In some cases, a zygote may be formed but the embryo is not viable because of incompatible genetic material and thus dies. This is referred to as hybrid inviability.

However, some hybrid embryos may survive to reach fertility. For instance, horses and donkeys can be crossed to produce hinnies or mules. But because horses and donkeys have different chromosome numbers (64 and 62, respectively), their hybrid offspring have an odd number of chromosomes (63) that cannot be sorted equally into gametes, rending the hybrids infertile. This post-zygotic barrier is also observed in crosses between zebras and horses or donkeys crosses.

In cases where hybrids can survive to adulthood and copulate, non-genetic factors can prevent procreation. Hybrids of the sister species Drosophila pavani and D. gaucha produce viable gametes. However, the hybrids are unable to create offspring: the sperm of hybrid males cannot survive in the female semen receptors of either parent species or another hybrid, nor is the sperm of either parent line able to survive in a hybrid female.

Other instances of post-zygotic factors may affect the viability of hybrids. Hybrid genomes contain material from two truly distinct species and can, therefore, harbor different genes and chromosomes that do not act harmoniously in the offspring, resulting in obvious fitness costs. Plants are an exception in some cases. Overall, pre- and post-zygotic isolation mechanisms cause most species to remain distinct.

Visão Geral

Uma espécie é um grupo de organismos que se cruzam e produzem descendentes férteis. Normalmente, indivíduos da mesma espécie parecem semelhantes e compartilham características comuns devido aos seus genomas altamente semelhantes. No entanto, nem todos os organismos parecidos são membros da mesma espécie. Vários mecanismos mantêm a maioria das espécies distintas. Enquanto que alguns mecanismos impedem o comportamento reprodutivo e a fertilização (isolamento pré-zigótico), outros impedem a produção de descendentes férteis após o acasalamento (isolamento pós-zigótico).

O Aparecimento de uma Espécie

Embora indivíduos de uma única espécie tipicamente se pareçam muito semelhantes, a variação na coloração ou morfologia não é incomum. Por exemplo, a lagartixa-dos-muros, Podarcis muralis tem seis morfismos distintos que variam pela cor da sua garganta e barriga.

Por outro lado, as borboletas monarca e vice-rei são duas espécies geneticamente distintas que parecem semelhantes, habitam habitats comuns, e são ambas intragáveis para predadores. Esta é uma estratégia evolutiva conhecida como mimetismo Mülleriano—a espécie compartilha sinais de alerta, como a sua aparência laranja brilhante e preta para educar os predadores comuns da sua toxicidade de forma mais eficaz.

Isolamento Pré-zigótico

Fenómenos que impedem o acasalamento ou fertilização são referidos como mecanismos de isolamento pré-zigótico. O isolamento geográfico e o isolamento ecológico são dois exemplos de barreiras ambientais. No caso do isolamento geográfico, duas espécies de aves podem viver em florestas diferentes em ambos os lados de uma cadeia de montanhas intransitáveis; o isolamento ecológico pode ser uma espécie de inseto que vive apenas nas copas das árvores, enquanto que outra habita o solo.

Também pode haver razões comportamentais para uma espécie permanecer isolada. Exemplos são diferenças em rituais de acasalamento ou comunicação, como pássaros do paraíso, onde machos de diferentes espécies têm novas danças para atrair conespecíficos femininos. No isolamento temporal, as espécies são mantidas separadas por diferentes tempos de rotinas diárias ou estações de reprodução. Por exemplo, o sapo de pernas vermelhas Rana aurora tem uma temporada de reprodução de janeiro a março, mas o seu parente próximo o sapo de pernas amarelas, Rana boylii, procria do final de março a maio.

As características físicas de diferentes espécies podem isolá-las pré-zigoticamente. Os insetos podem exibir uma série de diferentes morfologias genitais, o que significa que eles só podem acasalar fisicamente com membros das suas espécies—referido como isolamento mecânico. Por fim, a prevenção da fusão de gâmetas é frequentemente a última barreira pré-zigótica que pode ser controlada por mecanismos como a prevenção do crescimento do tubo polinífero nas plantas, ou incapacidade de fundir fisicamente ou penetrar nas camadas externas de um óvulo.

Isolamento Pós-zigótico

Quando indivíduos de diferentes espécies superam o isolamento pré-zigótico, o isolamento pós-zigótico pode impedir que os descendentes resultantes sobrevivam ou se reproduzam. Em alguns casos, um zigoto pode ser formado, mas o embrião não é viável por causa de material genético incompatível e, portanto, morre. Isso é chamado de inviabilidade híbrida.

No entanto, alguns embriões híbridos podem sobreviver e alcançar a idade fértil. Por exemplo, cavalos e burros podem ser cruzados para produzir bardotos ou mulas. Mas como cavalos e burros têm diferentes números de cromossomas (64 e 62, respectivamente), os seus descendentes híbridos têm um número ímpar de cromossomas (63) que não podem ser separados igualmente em gâmetas, tornando os híbridos inférteis. Esta barreira pós-zigótica também é observada em cruzamentos entre zebras e cavalos ou burros.

Nos casos em que os híbridos podem sobreviver até a idade adulta e copular, fatores não genéticos podem prevenir a procriação. Híbridos das espécies irmãs Drosophila pavani e D. gaucha produzem gâmetas viáveis. No entanto, os híbridos são incapazes de criar descendentes: o esperma de machos híbridos não pode sobreviver nos receptores de sémen feminino de nenhuma das espécies parentais ou de outro híbrido, nem o esperma de qualquer linha de progenitores é capaz de sobreviver em uma fêmea híbrida.

Outros casos de fatores pós-zigóticos podem afetar a viabilidade dos híbridos. Genomas híbridos contêm material de duas espécies verdadeiramente distintas e podem, portanto, abrigar diferentes genes e cromossomas que não agem harmoniosamente na progenia, resultando em custos óbvios de aptidão. Plantas são uma exceção em alguns casos. No geral, os mecanismos de isolamento pré e pós-zigótico fazem com que a maioria das espécies permaneça distinta.


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