Spesiasi, Perbedaan Spesies Dan Kepunahan Spesies
Spesies baru muncul melalui proses spesiasi. Sifat spesiasi dan penyebabnya masih diperdebatkan secara sengit. Unsur utamanya ada pada [kotak] penyimpanan informasi genetik yang dapat bermutasi. Debat yang terjadi sebagian besar berfokus pada arti penting relatif sumber-sumber berbagai perubahan; sebagai contoh, Apakah isolasi geografis merupakan kekuatan penggerak utama atau perbedadan ekologisnya? Bab ini akan menyelidiki penyebab-penyebab perubahan tersebut, yang sebelumnya akan membahas lebih dulu garis besar dari sifat [kotak] penyimpan materi-materi genetik.
Gen, Genome dan Lungkang Gen
Informasi genetik memberikan sebuah cetak biru, jika bisa disebut demikian, untuk menciptakan sebuah organisme/makhluk hidup. Genome merupakan informasi genetik total yang tersimpan dalam sebuah organisme (atau organel atau sel). Informasi genetik tersimpan dalam kromosom di dalam sel. Dalam prokaryote (bakteria dan cyanobacteria), deoxyribonucleic acid (DNA) membentuk struktur bergulung yang disebut nucleoid. Dalam uekaryotes (semua organisme lainnya), kromosom tercipta dari DNA dan protein. Karyotype merupakan suatu jumlah, ukuran dan bentuk dari sebuah kromosom dalam sel tubuh yang tersusun dalam cara standar. Karyotype manusia memiliki 46 kromosom.
DNA ditemukan dalam mitokondria maupun di dalam nucleid sel. DNA mitokondria (mtDNA) merupakan molekul melingkar, yang tertutup. (Mitokondria adalah organel yang sangat penting sehingga merupakan tempat bagi pernafasan sel dan menghasilkan molekul yang kaya akan energi dari triphosphate adenosine (ATP). Pada umumnya, gen tertentu dalam mtDNA berada dalam semua takson, mereka adalah katak, kura-kura darat, tikus kecil (titmouse), atau harimau. Karena perubahan di dalam mtDNA terjadi sekitar lima hingga sepuluh kali lebih cepat daripada DNA nulcear/nucleus, mtDNA ‘merekam’ peristiwa-peristawa demografi saat ini: pendeknya, dirinya merupakan sebuah tempat penyimpanan dari sejarah phylogenetik. Teknik biologi molekuler menyediakan ‘sejarah’ tersebut agar dapat dibuka dan telah memungkinkan cabang baru ilmu geografi hewan tumbuhan---phylogeography---muncul, walaupun peran/sumbangan dari subjek cabang tersebut dalam geografi hewan tumbuhan masih diperdebatkan.
Suatu gen merupakan sepotong informasi genetik tertentu---sebuah unit warisan yang melintas/tertinggal dari generasi ke generasi melalui gamet (telur dan sperma). Gen terdiri dari panjang DNA yang berada pada tempat khusus atau lokus di kromosom. Sebagian gen memiliki bentuk alternatif/lain atau alleles pada lokus yang sama, yang [saling] berbeda dalam satu dasar/basis atau lebih. Sebagai contoh, dalam manusia, dua allele yang ada pada lokus pengatur warna mata: satu allele menentukan warna biru dan lainnya mata warna coklat. Allele yang bermacam-macama/banyak bisa terdapat dalam satu lokus, meskipun jarang yang lebih dari sepuluh. Spesies, setidak-tidaknya, dengan dua varian genetik berlainan merupakan spesies polymorphic serta memperlihatkan polymorphisme. Allele dalam satu gen dapat identik atau mungkin berbeda dalam lokus yang sama di sebuah genotype. Dimana/apabila dua allele diperoleh dari kedua orang tua adalah identik, kondisi tersebut merupakan homozygous dan individu tersebut disebut homozygot; sedangkan dimana/apabila mereka berbeda, kondisinya adalah heterozygous dan individunya disebut heterozygot. Dominan allele [allele dominan] mempengaruhi phenotype dalam suatu heterozygot dan homozygot, dimana hanya dalam suatu homozygot yang membuat kondisi allele dapat terdesak [sehingga] mempenguruhi phenotype. Dalam populasi perkawinan secara acak, homozygosity [yang rata-rata/seimbang] merupakan ukuran dari diversitas/keberagaman gen.
Genotype merupakan genetik yang menyusun suatu individu, jumlah keseluruhan dari semua gen-nya. Hal tersebut berkebalikan dengan phenotype-nya, dimana dirinya membentuk fisiologi, dan cara hidup; dengan kata lain, keseluruhan dari karakteristik/ciri-ciri-nya. Phenotype suatu makhluk hidup berubah sepanjang hidupnya, tapi genotype nya masih sama, kecuali kalau terjadi mutasi. Genotype menentukan susunan dari penotype mana yang dapat berkembang, dan lingkungan yang menentukan penotype aktual mana yang dapat berkembang. Sebagai contoh, di Kalifornia, Amerika Serikat, populasi cinquefoil Hansen (Potentilla glandulosa hanseni) hidup pada ketinggian yang berbeda memiliki genotype yang sama tapi phenotype-nya berbeda.
Lungkang gen (gene pool) merupakan keseluruhan gen atau genotype dari semua individu dalam ‘komunitas reproduktif’ pada waktu tertentu. Komunitas reproduktif merupakan komunitas yang terdiri dari individu-individu yang bereproduksi secara seksual (berlawanan dengan yang aseksual) serta melakukan perkawinan satu dengan lainnya. Panmistic population, perkawinannya terjadi secara acak, merupakan komunitas reproduktif yang paling kecil. Deme adalah populasi lokal dari individu-individu yang melakukan perkawinan antar kerabat (interbreeding)---walaupun dirinya dapat juga sebuah populasi dari individu-individu yang bereproduksi secara seksual.
Spesies merupakan komunitas reproduktif yang paling inklusif. Sebelum tahun 1990-an, adalah masa dimana pemikiran arus utama teori evolusi beranggapan bahwa keterputusan genetik (genetic discountinities) antar spesies berlaku mutlak karena mekanisme isolasi mencegah reproduksi organisme secara seksual pada spesies yang berbeda untuk melakukan perkawinan antar kerabat (interbreeding). Banyak ahli biologi yang sekarang mempertanyakan pandangan ini dan mulai meragukan kenyataan tentang spesies sebagai entitas yang terisolasi secara penuh. Mereka melihat spesiasi sebagai proses dimana kelompok organisme secara bertahap berbeda secara geneologis, daripada melihat keterputusan yang mempengaruhi semua gen pada suatu waktu. Hal ini berarti bahwa batas-batas antara spesies lebih kabur daripada yang pernah diperkirakan. Sebagai tambahan, sebagian ahli biologi sekarang merasa bahwa isolasi reproduktif secara total bukanlah definisi yang pas dari suatu spesies, sebuah pandangan yang mendapat dukungan, misalnya, melalui penelitian mengungkapkan terjadi perpindahan gen antar spesies lalat buah yang bertalian secara dekat.
Sebagian spesies memperlihatkan variasi geografis yang sangat mencolok dalam membentuk dan mempengaruhi perbedaan ras/bangsa secara geografis dan ras/bangsa secara ekologis, dimana sering disebut sebagai sub-spesies. Tiap ras geografis hidup secara berdampingan dan bisa jadi berkelas-kelas/tergolong-golong satu sama lain, atau di sisi lain hidup secara terpisa (sehingga, mempunyai persebaran yang terpisah-pisah). Sebagai contoh adalah spesies manusia yang ditandai oleh bermacam ras/bangsa geografis---Indian Amerika, Polynesian, Asiatik, European, African dan sebagainya. Ras/bangsa [secara] ekologis memiliki perbedaan genotype dan penotype, merupakan [hasil/proses] pembuahan antar telur (interfertile) dengan bermacam/berbagai antar golongan/kelas (intergrades) dalam zona koneksi, serta hidup bersama-sama (memiliki persebaran simpatrik). Spesies [yang mengarah] pada ras geografis serta ras ekologis adalah polytypic (mengandung beberapa tipe). Polytipisme merupakan variabilitas antar populasi atau kelompok dan sering ditunjukan/diperlihatkan oleh beberapa ras atau sub spesies. Dirinya tidaklah sama dengan polymorpisme, yang merupakan variabilitas dalam populasi. Akan tetapi, polymorpisme dapat memberi penyimpan genetik bahan mentah dari polytypisme yang berkembang.
Perubahan gen
Evolusi terjadi pada populasi, tidak pada individu. Evolusi memerlukan perubahan DNA, yang dapat muncul dari proses mutasi gen dan perubahan kromosom. Perubahan [potensial] dalam lungkang gen muncul dari beberapa proses: mutasi (yang menciptakan alel baru dan mengubah kromosom), penyimpangan genetik (genetic drift), aliran gen (gen flow), seleksi alam (natural selection), serta variasi geografis.
Mutasi
Mutasi merupakan perubahan dalam materi-materi bawaan. Pada umumnya, informasi yang tertulis dalam rangkaian DNA bereproduksi secara bebas selama [proses] penggandaan/pengkopian/replikasi (replication). Adakalanya, ‘kesalahan’ terjadi sehingga rangkaian nucleotide dalam molekul DNA orang tua dan anak berbeda. Mutasi gen melibatkan perubahan rangkaian DNA dari gen dan penyampaian/lewatnya/berlalunya rangkaian nucleotida baru hingga ke anak cucu. Mutasi kromosom (atau penyelewengan) meliputi perubahan sejumlah kromosom, atau jumlah atau susunan gen dalam kromosom.
Penyimpangan genetik (Genetic drift)
Kemungkinan perubahan dalam frekuensi allele, terjadi ketika populasi perkawinan antar kerabat (interbreeding) bertukar materi genetik, sehingga menghasilkan penyimpangan genetik. Biasanya, penyimpangan genetik merupakan [faktor] yang [sedikit] berpengaruh terhadap perubahan genetik dengan dampak yang sangat kecil terhadap/bagi populasi besar. Penyimpangan genetik memiliki dampak besar pada populasi [dgn jumlah] kecil yang dihasilkan oleh beberapa individu yang berkoloni pada habitat baru (populasi pendiri), melalui sisa populasi yang terdampar dalam tempat perlindungan, melalui tubrukan populasi yang menyebabkan bottlenecks/leher botol populasi (penurunan mendadak bermacam-macam genetik), dan melalui penambalan meta-populasi dengan aliran gen antar-potongan (inter-patch) yang terbatas. Penyimpangan genetik dimungkinkan dalam skala besar ketika beberapa individu memonopoli perkembangbiakan. Sebagai contoh adalah rusa jantan merah yang mengejar [wilayah] betinanya (harem).
Aliran gen (gene flow)
Aliran gen merupakan pergerakan informasi genetik antara bagian yang berbeda dari populasi perkawinan antar kerabat (interbreeding). Aliran gen yang tinggi memelihara/menjaga lungkang gen [untuk tetap] “bergerak secara baik”; aliran gen yang rendah membawa pada perbedaan genetik dalam bagian populasi yang berbeda.
Seleksi Alam
Menurut perkembangan/pemikiran paling mutakhir dari sebagian ahli biologi, seleksi alam merupakan pengendali utama [proses] spesiasi dan barangkali lebih kuat pengaruhnya daripada[dibanding] allopatry (isolasi geografis populasi). Argumennya adalah bahwa seleksi alam yang berlainan, dimana penyetel-secara-halus phenotype terhadap lingkungan lokal terjadi, dapat mempengaruhi aliran gen, mengarahkan pada perbedaan lanjutan, dan sebagainya, hingga spesiasi terjadi secara sempurna [disempurnakan].
Seleksi menguji [pondasi] genetik individu, bertindak secara langsung pada phenotype dan secara tidak langsung pada genotype. Seleksi tersebut dapat terjadi secara terarah (directional), stabil (stabilizing) ataupun memecah/mengacau /mengganggu (disruptive).
Seleksi progresif atau terarah mengendalikan perubahan [yang] tidak terarah dalam komposisi genetik suatu populasi, menyokong/mendukung individu-individu yang memiliki ciri lebih baik yang dianugerahi [dengan] sebuah gen atau atau seperangkat gen. Seleksi progresif dapat terjadi ketika suatu populasi beradaptasi pada lingkungan baru, atau ketika lingkungan berubah dan [kemudian] populasi mengikuti perubahan tersebut. Tanggapan melanic (gelap) terhadap gengat mrica (Biston betularia) ketika/pada saat berhadapan dengan jelaga industri menggambarkan kasus pertama [adaptasi pada lingkungan baru]. Anita Malhotra dan Roger S. Thorpe (1991) meyakini bahwa mereka mampu menunjukkan proses seleksi melalui populasi alami yang direkayasa/dimanipulasi pada/dari Kadal Dominica (Anolis oculatus). Mereka memindahkan beberapa ecotype kadal ke wilayah ujicoba yang sangat luas, dan mengamati kadal tersebut selama dua bulan. Tingkat ketahanan dan ketidak-tahanan tergantung pada derajat kesamaan antara kondisi ekologis tempat uji coba/uji eksperimen [dilakukan] dan [dengan] habitat aslinya. Perubahan ukuran rusa berekor putih (Odocoileus virginianus) selama jaman Holosen, yang memunculkan daya tarik perubahan lingkungan, memberi contoh tipe kedua dari seleksi progresif/terarah.
Seleksi stabil terjadi ketika populasi beradaptasi dengan baik pada lingkungan yang stabil. Dalam kasus ini, seleksi membuang kombinasi allele yang tidak sesuai (weed out the ill-adapted combination of alleles) dan memperbaikinya melalui karakter menengah/biasa/antara (intermediate character). Adaptasi stabil ada di mana-mana dan barangkali [merupakan] cara paling umum dari [proses] seleksi. Tanggapan gengat merica terhadap polusi industri [telah] dijelaskan/dipahami sebagai [proses] seleksi terarah/progresif; akan tetapi populasi ngengat juga menunjukan seleksi stabil. Sebelum industrialisasi mengubah lingkungan ngengat, seleksi stabil membuang mutan melanic yang ganjil, keadaan yang barangkali berlangsung selama berabad-abad.
Seleksi variasi atau memecah berlaku pada tipe ekstrim dalam populasi polymorphic dan menyingkirkan tipe menengah/biasa/antara, sehingga/jadi/demikian mendorong polymorpisme. Seleksi memecah di bawah/dalam kondisi uji eksperimen terjadi pada lalat buah biasa (Drosophila melanogaster). Di alam [liar], setidak-tidaknya tiga kondisi dapat menyebabkan seleksi memecah. Situasi pertama dimana polymorph [yang] terbedakan dengan baik memiliki keunggulan seleksi yang lebih kuat daripada tipe polimorphic yang kurang dapat dibedakan secara baik, seperti dalam spesies dimorphic yang berkembang secara seksual, dimana jantan dan betina yang memiliki karakter seksual sekunder yang berbeda memiliki kesempatan lebih baik untuk melakukan perkawinan dan bereproduksi daripada tipe biasa (inter-seks, homo-seks dan sebagainya). Kondisi kedua, dimana populasi polymorphic menempati habitat yang heterogen. Tipe polymorphic dapat dispesilisasikan pada sub-relung yang berbeda dalam suatu habitat. Hal ini dapat terjadi dalam kupu-kupu sulfur (Colias eurytheme), betina dari spesies yang memiliki polymorphic pada warna sayap, dengan satu gen mengendalikan bentuk kuning dan putih. Di daerah Kalifornia, bentuk warna putih memiliki aktivitas mencapai puncak di pagi hari dan akhir sore hari, dan bentuk kuning memiliki puncak aktivitas sekitar tengah hari, menandakan bahwa tipe polymorphic memiliki suhu dan kecenderungan kelembaban yang berbeda-beda. Situasi ketiga terjadi pada saat populasi tanaman bertemu [dengan] dua zona ekologis yang berbeda. Dalam lingkungan seperti ini, karakteristik adaptif yang berbeda dapat muncul dalam dua setengah [dari] jumlah populasi dan [meskipun] tetap melakukan perkawinan antar kerabat (inter-breeding). Hal ini muncul dalam kasus tananaman Cemara kayuputih (Pinus albicaulis), sebuah spesies pegunungan-tinggi yang hidup dan dekat diatas treeline (batas wilayah tumbuh) di Kaliforinia Siera Nevada. Pada lereng gunung ke atas hingga timberline (batas garis tumbuh), populasi tumbuh seperti/sebagai/selama berdirinya [batang] pohon; di atas timberline (batas garis tumbuh), dirinya tumbuh sedikit, [menyebar] secara horisontal dan berbentuk elfinwood (pohon kerdil). Populasi arboreal dan elfinwood berdampingan dan [terjadi] penyerbukan-campuran [dengan media] angin, seperti dapat disaksikan melalui kehadiran sebagian individu biasa/antara (intermediate).
Variasi geografis dan ekologis
Phenotype dan genotype dari bermacam spesies menunjukan variasi geografis dan ekologis. Dua jenis variasi geografis yang muncul: variasi geografis kontinu dan variasi geografis terpisah/terputus. Populasi besar dan kontinu, seperti populasi manusia dan populasi berbagai tumbuhan hutan dan rumput-rumput biasa, memiliki populasi lokal polymorphic di dalamnya dengan ciri keseimbangan tipe polymorphic yang dibentuk oleh/dari aliran gen dan berbagai macam seleksi. Dalam gerak populasinya, frekwensi perubahan tipe polymorphic-nya terjadi sedikit demi sedikit. Frekwensi allele pada golongan darah manusia menunjukan pola ini.
Banyak spesies beradaptasi pada kondisi lingkungan lokal mereka, dan khususnya terhadap perubahan geografis yang terjadi secara bertahap dalam iklim di sepanjang daratan/benua-benua. Adaptasi yang demikian sering ditunjukan dalam penotype sebagai suatu perubahan terukur dalam besaran, warna, atau sebagian ciri-ciri lainnya. Gradasi bentuk sepanjang gradien iklim disebut cline. Cline dihasilkan dari perkembangan populasi lokal yang menoleransi kondisi lokal, termasuk iklim, melalui proses seleksi alam. Mengamati cline, biasanya, berdasar pada pigmentasi, ukuran tubuh dan sebagainya yang telah menghasilkan/menciptakan suatu ketetapan hukum-hukum biogeografi (lihat kotak). Cline morfologis (berkenaan dengan bentuk) dapat berkembang sangat cepat. Pada tahun 1952, burung pipit rumah (Passer domesticus) diperkenalkan di Amerika serikat bagian timur [yang berasal] dari Inggris. Lima tahun kemudian, burung pipit tersebut telah mengembangkan variasi geografis dalam ukuran dan warna. Sekarang ini, burung pipit yang paling kecil berada di sepanjang pantai Kalifornia bagian tengah dan Meksiko bagian tenggara, dan yang paling besar di Plato Meksiko, Pegunungan Rocky, dan Great Plain bagian utara. Sebuah cline dalam burung pipit rumah telah berkembang di Amerika Utara menyerupai cline yang ditemukan di Eropa. Burung murai Amerika (Turdus migratorius) menunjukan [proses] variasi geografis yang [hampir] sama dalam ukuran dan bentuk dengan [apa yang terjadi pada] burung pipit rumah: berbentuk kecil di Amerika bagian tenggara dan sepanjang pantai Kalifornia bagian tengah, dan [berukuran] besar di Pegunungan Rocky dan yang berkaitan/berhubungan dengan dataran tinggi. Kelinci liar Eropa (Oryctolagus cuniculus), diperkenalkan di daerah Australia timur sekitar lebih dari satu abad yang lalu, telah menunjukan variasi clinal dalam morfologi/bentuk kerangka. Kecepatan evolusi klinal yang diungkapkan dalam contoh di sini, dan yang lain [tempat], telah ditiru menggunakan teori populasi genetika yang menunjukan, meskipun terdapat aliran gen, bahwa cline dapat berkembang di dalam beberapa generasi.
Ras geografis terpisah (disjunct) berkembang dimana suatu populasi terputus, terdiri kumpulan [yang] menyerupai pulau, sub populasi yang terpisah secara keruangan. Sebagai contoh, gilia bunga halus/fineflower gilia (Gilia leptantha) hidup di hutan cemara pegunungan terbuka di Kalifornia bagian selatan. Hutan tersebut terdapat di elevasi paling tinggi dan sedang pada daerah pegunungan yang terpisahkan berkilo-kilometer dataran rendah yang tidak berhutan. Akibatnya, tanamanya memiliki persebaran geografis yang terpisah (disjunct) dan [memiliki] empat ras geografis yang berlainan.
Perbedaan dalam ras ekologis menciptakan tiga pola variasi intra-spesies. Bermacam bentuk ras ekologis termasuk ras ketinggian (altitude) dalam spesies gunung, ras rumah (host) dalam serangga, dan ras musiman dalam makhluk hidup yang terpisahan oleh sistem keturunan.
