Конвергенция как способ эволюции

Конвергентная эволюция в чем она состоит и примеры

конвергентная эволюция является проявлением фенотипического сходства в двух или более родословных, независимо. Как правило, такая картина наблюдается, когда участвующие группы подвергаются воздействию аналогичной среды, микросреды или образа жизни, которые приводят к эквивалентным селективным давлениям..

Таким образом, рассматриваемые физиологические или морфологические признаки увеличивают биологическую адекватность (фитнес) и конкурентоспособность в этих условиях. Когда конвергенция происходит в конкретной среде, может быть интуитивно понятно, что эта функция имеет тип адаптивный. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы проверить функциональность этой черты, на основе доказательств, подтверждающих, что, по сути, это увеличивает фитнес населения.

Среди наиболее заметных примеров конвергентной эволюции мы можем упомянуть полет у позвоночных, глаз у позвоночных и беспозвоночных, веретенообразные формы у рыб и водных млекопитающих и другие..

• 1 Что такое конвергентная эволюция??
  • 1.1 Общие определения
  • 1.2 Предлагаемые механизмы
  • 1.3 Эволюционные последствия
• 2 Эволюционная конвергенция против параллелизма
• 3 Конвергенция против дивергенции
• 4 На каком уровне происходит конвергенция??
  • 4.1 Изменения с участием тех же генов
• 5 примеров
  • 5.1 Полет у позвоночных
  • 5.2 Да-да и грызуны
• 6 Ссылки

Что такое конвергентная эволюция??

Представьте, что мы знаем двух людей, которые физически очень похожи друг на друга. Оба имеют одинаковый рост, цвет глаз и одинаковые волосы. Его черты тоже похожи. Мы, вероятно, предположим, что эти два человека братья, двоюродные братья или, может быть, дальние родственники.

Несмотря на это, неудивительно, что в нашем примере между людьми нет тесных родственных связей. То же самое происходит в больших масштабах в эволюции: иногда похожие формы не имеют более общего общего предка..

То есть на протяжении эволюции черты, которые похожи в двух или более группах, могут быть приобретены в независимый.

Общие определения

Биологи используют два общих определения для эволюционной конвергенции или конвергенции. Оба определения требуют, чтобы две или более линии эволюционировали персонажей, похожих друг на друга. В определение обычно включается термин «эволюционная независимость», даже если он неявный.

Тем не менее, определения различаются в конкретном эволюционном процессе или механизме, необходимом для получения модели.

Вот некоторые определения конвергенции, в которых отсутствует механизм: «независимая эволюция сходных характеристик от наследственного признака» или «эволюция сходных характеристик в независимых эволюционных линиях».

Предлагаемые механизмы

Напротив, другие авторы предпочитают интегрировать механизм в концепцию коэволюции, чтобы объяснить закономерность.

Например, «независимая эволюция сходных признаков у отдаленно связанных организмов вследствие появления приспособлений к подобным средам или формам жизни».

Оба определения широко используются в научных статьях и в литературе. Основная идея эволюционной конвергенции состоит в том, чтобы понять, что общий предок участвующих линий имел начальное состояние другой.

Эволюционные последствия

Следуя определению конвергенции, которое включает механизм (упомянутый в предыдущем разделе), оно объясняет сходство фенотипов благодаря сходству избирательного давления, которое испытывают таксоны..

В свете эволюции это интерпретируется с точки зрения адаптации. То есть признаки, которые получены благодаря конвергенции, являются адаптациями для упомянутой среды, поскольку это каким-то образом увеличит ее фитнес.

Однако есть случаи, когда происходит эволюционная конвергенция, и эта черта не является адаптивной. То есть участвующие линии не находятся под тем же избирательным давлением.

Эволюционная конвергенция против параллелизма

В литературе обычно можно найти различие между конвергенцией и параллелизмом. Некоторые авторы используют эволюционное расстояние между сравниваемыми группами, чтобы разделить две концепции.

Повторная эволюция признака в двух или более группах организмов считается параллелизмом, если сходные фенотипы развиваются в связанных линиях, в то время как конвергенция включает эволюцию сходных признаков в отдельных или относительно отдаленных линиях..

Другое определение конвергенции и параллелизма стремится разделить их с точки зрения путей развития, вовлеченных в структуру. В этом контексте конвергентная эволюция дает сходные характеристики различными путями развития, в то время как параллельная эволюция делает это сходными способами..

Однако различие между параллельной и конвергентной эволюцией может быть спорным и становится еще более сложным, когда мы опускаемся до идентификации молекулярных основ рассматриваемого признака. Несмотря на эти трудности, эволюционные последствия, связанные с обеими концепциями, являются существенными.

Конвергенция против дивергенции

Хотя отбор благоприятствует сходным фенотипам в сходных условиях, он не может применяться во всех случаях.

Сходство, с точки зрения формы и морфологии, может привести к тому, что организмы будут конкурировать друг с другом. Как следствие, отбор способствует расхождению между видами, которые сосуществуют локально, создавая напряженность между степенями конвергенции и расхождения, которые ожидаются для конкретной среды обитания..

Люди, которые близки и имеют значительное перекрытие ниши, являются наиболее сильными конкурентами — на основе их фенотипического сходства, что приводит их к использованию ресурсов аналогичным образом..

В этих случаях дивергентный отбор может привести к явлению, известному как адаптивное излучение, когда происхождение порождает различных видов с большим разнообразием экологических ролей в короткие сроки. Условия, благоприятствующие адаптивному излучению, включают в себя неоднородность окружающей среды, отсутствие хищников и др..

Адаптивные излучения и конвергентная эволюция рассматриваются как две стороны одной и той же «эволюционной валюты».

На каком уровне происходит конвергенция??

Понимая разницу между эволюционной конвергенцией и параллелизмом, возникает очень интересный вопрос: когда естественный отбор способствует эволюции сходных признаков, происходит ли он под одними и теми же генами, или они могут включать разные гены и мутации, которые приводят к сходным фенотипам??

Согласно полученным данным, ответ на оба вопроса, кажется, да. Есть исследования, которые поддерживают оба аргумента.

Хотя до сих пор нет конкретного ответа на вопрос, почему некоторые гены «повторно используются» в эволюционной эволюции, есть эмпирические данные, которые пытаются выяснить проблему.

Изменения с участием тех же генов

Например, было показано, что повторяющиеся изменения времени цветения у растений, устойчивости к инсектицидам у насекомых и пигментации у позвоночных и беспозвоночных произошли в результате изменений, затрагивающих одни и те же гены..

Тем не менее, для определенных признаков, только небольшое количество генов может изменить признак. Возьмем случай зрения: изменения в цветовом зрении обязательно должны происходить при изменениях, связанных с генами опсина.

В отличие от других характеристик, гены, которые контролируют их, являются более многочисленными. Во время цветения растений участвовало около 80 генов, но только изменения были обнаружены в течение эволюции в нескольких.

примеров

В 1997 году Мур и Уиллмер спросили себя, насколько распространено явление конвергенции.

Для этих авторов этот вопрос остается без ответа. Они утверждают, что, согласно описанным выше примерам, существуют относительно высокие уровни конвергенции. Тем не менее, они предполагают, что все еще существует значительная недооценка эволюционной конвергенции у органических существ.

В книгах по эволюции мы находим дюжину классических примеров конвергенции. Если читатель хочет расширить свои знания в этой области, он может обратиться к книге Макги (2011), где он найдет многочисленные примеры в разных группах дерева жизни..

Полет у позвоночных

У органических существ одним из наиболее ярких примеров эволюционной конвергенции является появление полета у трех линий позвоночных: птиц, летучих мышей и уже вымерших птеродактилей..

Фактически, конвергенция в группах современных летающих позвоночных выходит за рамки модифицированных передних конечностей в структурах, которые позволяют полет.

Серия физиологических и анатомических адаптаций разделяется между обеими группами, например, характерна короткая кишка, которая, по-видимому, уменьшает массу человека во время полета, делая его менее дорогим и более эффективным.

Еще более удивительно, что разные исследователи обнаружили эволюционные сходства в группах летучих мышей и птиц на уровне семьи..

Например, летучие мыши семейства Molossidae похожи на представителей семейства Hirundinidae (ласточки и союзники) у птиц. Обе группы характеризуются быстрым полетом на больших высотах с одинаковыми крыльями.

Точно так же члены семейства Nycteridae сходятся в нескольких аспектах с воробьиными птицами (Passeriformes). Оба летают на низких скоростях и обладают способностью маневрировать в растительности.

Да-да и грызуны

Яркий пример эволюционной конвергенции обнаружен при анализе двух групп млекопитающих: аира и белки.

Сегодня даааа (Daubentonia madagascariensis) классифицируется как примат лемуриформ, эндемичный для Мадагаскара. Его необычная диета в основном состоит из насекомых.

Таким образом, у да-у есть приспособления, которые были связаны с его трофическими привычками, такими как острый слух, удлинение среднего пальца и зубные протезы с увеличивающимися резцами..

Что касается зубных рядов, то в некоторых отношениях он похож на грызуна. Не только по внешнему виду резцов, они также имеют чрезвычайно похожую зубную формулу.

Появление между обоими таксонами настолько поразительно, что первые таксономисты классифицировали «да» вместе с другими белками в роду Sciurus.

Источник

Конвергентная эволюция – определение и примеры

Конвергентное определение эволюции

Конвергентная эволюция – это процесс, в котором организмы, которые не тесно связаны, независимо развивают сходные черты. Адаптации могут принимать форму похожих форм тела, цветов, органов и других адаптаций, которые составляют организм «s фенотип.

Конвергентная эволюция создает аналогичные структуры или «гомоплазии», которые имеют сходные формы или функции между различными вид, но не присутствовали в общем предке двух. С другой стороны, гомологичны структуры, то есть конкретный орган или кость, которая появляется во многих различных организмах, хотя часто в несколько другой форме или форме, может указывать на отклонение от общего предка.

Есть несколько обстоятельств, которые могут привести к конвергентной эволюции. Часто конвергенция происходит, когда организмам необходимо адаптироваться к аналогичным условиям окружающей среды, таким как эволюция толстых водоудерживающих листьев и шипов у видов кактусов и молочая, которые приспособлены к переносу условий сильной засухи, но являются естественными для отдельных континентов. Это также может произойти, когда два разных организма занимают одинаковые ниша например, загадочная зеленая окраска изумрудного дерева Боаса (Corallus caninus) из Южной Америки и зеленых древесных питонов (Chondropython viridis) из Австралии, которые живут высоко в пологе схожих тропических лесов и занимают нишу, предшествующую птицам.

Конвергенция жизненного цикла и поведенческих особенностей, таких как сходные структуры социальных колоний между голыми крольчатками (Heterocephalus glaber) и многими видами социальных пчел и муравьев, также могут иметь место для максимизации успеха размножения особей и внутри колоний. На молекулярном уровне независимая эволюция белков и токсинов также произошла во многих отдельных типах; например, морские анемоны (Cnidaria), змеи (позвоночные), скорпионы (членистоногие) и конусные улитки (моллюски) вырабатывают нейротоксины, которые действуют аналогично на рецепторы нейротрансмиттеров их добычи.

Конвергентная эволюция также может возникать через мимикрические комплексы, в которых организмы эволюционируют, чтобы копировать морфологию других видов. Эта адаптация полезна для имитатора либо в виде защиты при имитации фенотипа организма, который токсичен или иным образом опасен (бейтсовская мимикрия), либо позволяет мимику использовать ресурс или взаимодействие, ошибочно приняв его за модель (мюллеровая мюллера).

Процесс конвергентной эволюции в отличие от расходящаяся эволюция где близкородственные виды развивают разные черты и параллельную эволюцию, при которой сходные черты развиваются у родственных, хотя и отличных, видов от общего предка, но из разных клад.

Примеры конвергентной эволюции

Конвергентная эволюция крыльев

Широко распространенным примером конвергентной эволюции является эволюция крыльев и силового полета у птиц, летучих мышей и (ныне вымерших) птерозавров, каждый из которых принадлежит к разному классу организмов и поэтому имеет очень далеких общих предков.

Ископаемые данные определили, что полет развивался у птерозавров (летающих рептилий позднего триасового периода) около 225 млн лет, а у птиц около 150 млн лет, а у летучих мышей млекопитающих развивались крылья около 50-60 млн лет. Эволюция полета с использованием двигателя произошла только один раз в каждой из этих линий, хотя существуют определенные организмы, например, страусиные птицы, которые впоследствии вернулись к тому, что стали нелетающими, сохраняя при этом свои структуры крыльев.

Различные структуры крыльев птиц, летучих мышей и птерозавров поддерживаются измененной пятипалой конечностью. Каждая конечность состоит из плечевой кости радиусом и локтевой кости, большого пальца и костей пальцев и представляет собой гомологичную структуру, содержащую те же кости, которые составляют конечности многих животных, включая людей, китов и крокодилов; однако, форма каждой кости сильно отличается между каждой формой.

Удлиненный безымянный палец формирует крыло птерозавра, а другие цифры используются в качестве когтей. У птиц удлиненный радиус и локтевая кость, а также кости пальцев, слитые вместе для прочности, поддерживают крыло. Наконец, крылья летучей мыши отличаются тем, что они образованы мембраной, натянутой на четыре вытянутых пальца. Причина, по которой каждое из этих разных образований костей приводит к одной и той же возможной форме крыла, объясняется базовой физикой полета: крылья, которые были по-разному сформированы, не позволяли животному летать.

Хотя птицы и птерозавры имеют очень отдаленного общего предка, и птицы также имеют общего предка с летучими мышами, ни один из этих предков не имел крыльев или не мог летать. Следовательно, в каждой из этих линий крыло представляет собой аналогичную структуру, поскольку кости расположены по-разному, чтобы независимо достичь функционально подобной структуры.

На изображении выше показаны различные внутренние структуры костей крыльев у: 1) Птерозавров рептилий (Pterosauria). 2) Летучие мыши-млекопитающие (Chiroptera). 3) Птицы (Авес).

Конвергентная эволюция между плацентарными млекопитающими и сумчатым

Плацентарные млекопитающие, у которых есть потомство, которое подвергается беременности в пределах матка и рождаются довольно продвинутыми, а сумчатые, чьи дети рождаются очень незрелыми и продолжают развиваться в мешочке на теле матери, отошли от общего предка около 100 миллионов лет назад.

Отделенные разделением континентов, млекопитающие эволюционировали, чтобы занять ниши в Европе, Африке и Америке, в то время как сумчатые занимали аналогичные ниши в Австралии и на соседних островах; эта история дала много примеров сходящейся эволюции.

Животные из каждой группы развивались одинаково аналогичные структуры в зависимости от таких факторов, как их среда обитания, привычки питания и требования к передвижению.

Кроющиеся животные превратились в крота и сумчатого крота, которые имеют схожие формы тела, когти для копания и не имеют эффективного зрения.

Тилацин (ныне вымерший) занял ту же нишу, что и волк: хищник вершины с острым зубы, мощные челюсти и скорость для успешной охоты.

Плацентарные летяги и сумчатые сахарные планеры произошли от одного и того же нелетающего общего предка, который распался около 65 миллионов лет назад. Эти два животных чрезвычайно похожи по внешности и поведению; они примерно одинакового размера, у них большие глаза для кормления в темноте они покрыты мягким мехом и имеют легкие подпорки.

Благодаря конвергентной эволюции у них также есть развитые структуры, которые позволяют им скользить между верхушками деревьев, где они живут. Крылообразные конструкции сделаны из кожа, который растягивается между передней и задней конечностью и не включает силовой полет. Тем не менее, теоретизируется, что это могут быть аналогичные структуры, которые появляются в качестве предшественника полета.

На изображениях показана кожа, натянутая между конечностями сахарного планера и летящей белки, развитая, чтобы позволить скользящему движению.

Некоторые другие примеры конвергентной эволюции

• Эволюция сложных глаз у позвоночных, головоногих (кальмары и осьминоги) и членистоногих (ракообразные, насекомые и пауки).
• Обтекаемая форма тела дельфинов, акул и (вымерших) ихтиозавров.
• Эволюция эхолокации у китов и летучих мышей.
• Парная оболочка имеет форму двустворчатых моллюсков и брахиопод.
• Способность шелка производить пауки, шелковые черви, шелковые бабочки и муравьи-ткачи.
• Длинные структуры (языки и клювы) развивались для сбора нектара у колибри, пчел, мотыльков и бабочек.
• Эволюция глазных пятен на крыльях бабочек и хвостах рыб.
• Колючки на телах ехидных (одноцветные), ежей (млекопитающие) и дикобразов (грызуны).
• Фильтрующее кормление многих китов (например, горбатых и усатых), акул (например, китовых акул и гигантских акул) и скатов манта.
• Эволюция древесного стебля у семенных растений, хвощей и деревьев.
• Способность рифа строить многие морские организмы, такие как кораллы, губки, кишечники и бактерии,

• Дивергентная эволюция – Эволюция и накопление различных признаков между группами, что приводит к образованию новых видов.
• Рудиментарные структуры – Структура или атрибут, который присутствует в организме, но утратил свою наследственную функцию.
• Аналогичные структуры – Орган или структура, которая визуально похожа или выполняет одну и ту же функцию у двух разных видов, хотя и не присутствует у их общего предка.
• Гомологичные структуры – Орган или структура тела, которая унаследована от общего предка между видами.

викторина

1. Аналогичные структуры:A. Структуры, которые остаются неизменными на протяжении эволюцииB. Структуры, которые делятся с общими предками других видовC. Структуры, которые похожи по функции или внешнему виду у двух видов, которых нет у их общего предкаD. Структуры, которые присутствуют у общих предков двух видов и до сих пор не присутствуют

Ответ на вопрос № 1

С верно. Аналогичные структуры представляют собой независимо развитые признаки, присутствующие в двух разных видах как продукт конвергентной эволюции.

2. Что из следующего НЕ является примером конвергентной эволюции?A. Изменение цвета камуфляжных способностей осьминогов и хамелеоновB. Наличие легочных структур у людей и кошекC. Обтекаемые фигуры у змей и безногих ящерицD. Подобная форма крыльев моли и летучих мышей

Ответ на вопрос № 2

В верно. Легкие эволюционировали у общего предка людей и кошек задолго до того, как их общие предки разошлись и остались относительно неизменными у обоих видов.

Источник