Det biologiske artsbegreb giver en forklaring på, hvordan arter dannes (artsdannelse). En biologisk art er en gruppe af individer, der kan yngle sammen (panmixia). De kan dog ikke yngle med andre grupper. Med andre ord er gruppen reproduktivt isoleret fra andre grupper.

"Ordene 'reproduktivt isoleret' er nøgleordene i den biologiske artsdefinition". Ernst Mayr. p273

Ifølge Ernst Mayr dannes en ny art, når en eksisterende art deler sig. En lignende idé var blevet foreslået i det 19. århundrede af Moritz Wagner. Dobzhansky beskrev den rolle, som reproduktiv isolation spiller for dannelsen af nye arter. Når en art lever i to forskellige områder, gør den geografiske isolation, at forplantningen mellem grupperne reduceres eller ophører. Hver gruppe udvikler træk, der gør, at det fungerer mindre godt at yngle mellem dem. Til sidst bliver hver gruppe en "god" biologisk art, fordi de to arter ikke formerer sig med hinanden, selv når de er sammen.

Reproduktive isolationsmekanismer

Reproduktiv isolation kan fungere på mange forskellige måder. Man skelner ofte mellem præzygotiske (før befrugtning) og postzygotiske (efter befrugtning) barrierer:

  • Præzygotiske barrierer
    • Habitatisk isolation — parring undgås fordi grupperne lever i forskellige miljøer eller levesteder.
    • Temporær isolation — forskelle i parringstidspunkt (sæson eller tid på dagen).
    • Adfærdsisolation — forskelle i parringsritualer, sang eller duftsignaler, så individer ikke genkender hinanden som egnede partnere.
    • Mekanisk isolation — kønsorganernes bygning passer ikke sammen mellem grupperne.
    • Gametisk isolation — sædceller og ægceller kan ikke forene sig eller vil ikke kunne befrugte hinanden (typisk ved vandlevende arter eller planter).
  • Postzygotiske barrierer
    • Hybridinviabilitet — hybridafkom dør tidligt eller udvikler sig dårligt.
    • Hybridsterilitet — hybridafkom overlever, men er sterile (fx hest og æsel → muldyr).
    • Hybridnedbrydning — første generations hybrider kan være fertile, men senere generationer får reduceret levedygtighed eller fertilitet.

Hvordan isolation fører til artsdannelse

Når gene flow (genudveksling) mellem to populationer reduceres eller ophører, kan de udvikle sig uafhængigt gennem mutationer, naturlig selektion og genetisk drift. Disse evolutionære processer kan føre til ophobning af forskelle i adfærd, morfologi, fysiologi og genetik, som igen styrker reproduktiv isolation. Nogle centrale mekanismer og begreber er:

  • Genetisk drift og grundlægger-effekt — især i små populationer kan tilfældige ændringer få stor betydning (peripatrisk artsdannelse).
  • Naturlig selektion og økologisk divergens — adaptation til forskellige nicher kan skabe isolerende forskelle (kan også føre til sympatrisk artsdannelse under visse omstændigheder).
  • Forstærkning (reinforcement) — hvis hybridafkom har lav fitness, vil selektion favorisere individer, som undgår at parre sig på tværs af grupper, hvilket styrker præzygotiske barrierer.
  • Hybridzoner — områder hvor to nært beslægtede arter mødes og hybrider kan dannes; studier af sådanne zoner giver indsigt i, hvordan isolationsbarrierer fungerer og udvikles.

Typer af artsdannelse

Der findes flere måder, hvorpå artsdannelse kan foregå geografisk og økologisk:

  • Allopatrisk artsdannelse — populationsadskillelse ved geografisk isolation; ofte betragtet som den mest almindelige mekanisme.
  • Peripatrisk artsdannelse — en form for allopatrisk, hvor en lille perifer population afskilles (grundlægger-effekt kan være vigtig).
  • Parapatrisk artsdannelse — nabopopulationer divergerer langs en miljøgradient med begrænset, men ikke nul, genflow.
  • Sympatrisk artsdannelse — artsdannelse inden for samme geografiske område, fx ved stærk selektion på forskellige ressourcenicher eller gennem polyploidi hos planter.

Begrænsninger ved det biologiske artsbegreb

Det biologiske artsbegreb er nyttigt, men har også klare begrænsninger:

  • Det gælder primært for seksuelt reproducerende organismer — ikke for aseksuelle arter eller mange mikroorganismer, hvor genudveksling foregår anderledes (fx horisontal genoverførsel).
  • Det kan ikke anvendes direkte på fossiler, hvor adfærd og reproduktiv isolation ikke kan observeres.
  • Nogle arter hybridiserer naturligt og danner levedygtige hybridpopulationer, hvilket gør det uklart, hvor grænserne går.
  • Ringarter (ring species) illustrerer, at reproduktiv isolation kan vokse gradvist rundt om et geografisk område, så endepopulationer ikke kan krydse, men der er kontinuerlig udveksling langs ringen.

Alternative artsbegreber

På grund af disse begrænsninger eksisterer andre artsdefinitioner, som supplerer det biologiske artsbegreb:

  • Morfologisk artsbegreb — baseret på form og strukturelle træk (hyppigt brugt for fossiler).
  • Fylogenetisk artsbegreb — definerer arter som monofyletiske grupper med fælles oprindelse og diagnoserende træk.
  • Økologisk artsbegreb — fokuserer på rolle og tilpasning i et økosystem (niche).

Sammenfattende står det biologiske artsbegreb centralt i evolutionær biologi netop fordi reproduktiv isolation forklarer, hvordan evolutionære linjer kan adskilles. Samtidig er det vigtigt at kombinere flere tilgange og data (genetik, adfærd, økologi og form) for at afklare artsgrænser i praksis.