КОНВЕРГЕНТНА ЕВОЛЮЦІЯ: З ЧОГО ВОНА СКЛАДАЄТЬСЯ І ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Еволюція сходящимся є поява фенотипических подібності в двох або більше ліній незалежно один від одного. Як правило, ця закономірність спостерігається, коли задіяні групи піддаються подібним оточенням, мікросередовищам або способам життя, які перетворюються на еквівалентний селективний тиск.

Таким чином, фізіологічні або морфологічні ознаки, про які йдеться, підвищують біологічну придатність (придатність) та конкурентоспроможність у таких умовах. Коли конвергенція відбувається у певному середовищі, можна зрозуміти, що ця ознака має адаптивний тип. Однак необхідні подальші дослідження для перевірки функціональності ознаки, використовуючи докази, які підтверджують, що це дійсно підвищує придатність населення.

Приклади характеристик, якими поділяються як дельфіни, так і іхтіозаври. Хоча ці два дуже схожі, філогенетично кажучи, вони дуже далекі, і зазначені там характеристики були набуті самостійно.
Джерело: Скептичний вигляд, із Вікісховища

Серед найпомітніших прикладів конвергентної еволюції ми можемо відзначити політ у хребетних, око у хребетних та безхребетних, форми веретена у риб та водних ссавців.

Що таке конвергентна еволюція?

Уявімо собі, що ми зустрічаємо двох людей, які фізично дуже схожі. Вони обоє мають однаковий зріст, колір очей та колір волосся. Їх особливості також схожі. Ми, мабуть, припустимо, що двоє людей є рідними братами, родичами чи, можливо, далекими родичами.

Незважаючи на це, не було б несподіванкою дізнатися, що між нашими прикладами немає тісних родинних стосунків між людьми. Те ж саме, у великому масштабі - в еволюції: іноді подібні форми не поділяють більш недавнього загального предка.

Тобто, протягом всієї еволюції ознаки, схожі в двох і більше групах, можна придбати самостійно.

Загальні визначення

Біологи використовують два загальних визначення для еволюційної конвергенції чи конвергенції. Обидва визначення вимагають, щоб два або більше рядків розвивали символи, схожі один на одного. Визначення зазвичай включає в себе термін "еволюційна незалежність", хоча воно неявне.

Однак визначення відрізняються в конкретному еволюційному процесі або механізмі, необхідному для отримання структури.

Деякі визначення конвергенції, яким не вистачає механізму, є наступні: "незалежна еволюція подібних характеристик від ознаки предків", або "еволюція подібних характеристик в незалежних еволюційних лініях".

Запропоновані механізми

На відміну від цього, інші автори вважають за краще інтегрувати механізм у поняття коеволюції, щоб пояснити закономірність.

Наприклад, "незалежна еволюція подібних рис у віддалених споріднених організмах через появу пристосувань до подібних середовищ чи життєвих форм".

Обидва визначення широко використовуються в наукових статтях та в літературі. Найважливішою ідеєю еволюційної конвергенції є розуміння того, що спільний пращур берегових родів мав інший початковий стан.

Еволюційні наслідки

Після визначення конвергенції, що включає механізм (згаданий у попередньому розділі), це пояснює подібність фенотипів завдяки подібності селективного тиску, який зазнають таксони.

У світлі еволюції це трактується з точки зору адаптації. Тобто, риси, які отримуються завдяки конвергенції, - це адаптація до зазначеного середовища, оскільки це певним чином підвищить їх придатність.

Однак бувають випадки, коли відбувається еволюційна конвергенція і риса не є адаптивною. Тобто, задіяні лінії не знаходяться під однаковим селективним тиском.

Еволюційна конвергенція проти паралелізму

У літературі звичайно знаходити відмінність між конвергенцією та паралелізмом. Деякі автори використовують еволюційну відстань між групами для порівняння, щоб розділити ці два поняття.

Повторна еволюція ознаки у двох або більше групах організмів вважається паралелізмом, якщо подібні фенотипи розвиваються у споріднених родовищах, тоді як конвергенція передбачає еволюцію подібних ознак в окремих або відносно віддалених лініях.

Інше визначення конвергенції та паралелізму прагне розділити їх з точки зору шляхів розвитку, що беруть участь у структурі. У цьому контексті конвергентна еволюція дає подібні характеристики через різні маршрути розвитку, тоді як паралельна еволюція робить це через подібні маршрути.

Однак відмінність між паралельною та конвергентною еволюцією може бути суперечливою і стає ще складнішою, коли ми переходимо до ідентифікації молекулярної основи відповідної ознаки. Незважаючи на ці труднощі, еволюційні наслідки, пов'язані з обома концепціями, є суттєвими.

Конвергенція проти дивергенції

Хоча вибір віддає перевагу подібним фенотипам у подібних середовищах, це не явище, яке можна застосувати у всіх випадках.

Подібність, з точки зору форми та морфології, може змусити організми конкурувати один з одним. Як наслідок цього, селекція сприяє розбіжності між видами, які співіснують локально, створюючи напругу між ступенями конвергенції та розбіжністю, очікуваними для конкретного середовища проживання.

Особи, які є близькими і мають значну нішу перекриття, є найпотужнішими конкурентами - виходячи з їх фенотипічної схожості, що приводить їх до використання ресурсів аналогічним чином.

У цих випадках розбіжна селекція може призвести до явища, відомого як адаптивне випромінювання, коли родовід за короткий час породжує різні види з великою різноманітністю екологічних ролей. Умови, що сприяють адаптивній радіації, включають неоднорідність навколишнього середовища, відсутність хижаків, серед інших.

Адаптивні випромінювання та конвергентна еволюція розглядаються як дві сторони однієї і тієї ж "еволюційної монети".

На якому рівні відбувається конвергенція?

Розуміючи різницю між еволюційною конвергенцією та паралелями, виникає дуже цікаве питання: коли природний відбір сприяє еволюції подібних ознак, чи відбувається він під одними і тими ж генами, чи може бути пов'язаний з різними генами та мутаціями, які призводять до подібних фенотипів?

Виходячи із сформованих доказів, відповідь на обидва питання видається так. Існують дослідження, які підтримують обидва аргументи.

Хоча досі немає конкретної відповіді на те, чому деякі гени "повторно використовуються" в еволюційній еволюції, є емпіричні докази, які прагнуть з'ясувати цю проблему.

Зміни, що стосуються одних і тих же генів

Наприклад, показано, що неодноразова еволюція часів цвітіння у рослин, стійкість до комах у комах та пігментація у хребетних та безхребетних відбуваються через зміни, що стосуються одних і тих самих генів.

Однак для певних ознак лише незначна кількість генів може змінити ознаку. Візьмемо випадок зору: зміни кольорового зору обов'язково повинні відбуватися при змінах, пов'язаних з генами опсину.

На відміну від них, в інших характеристиках гени, які їх контролюють, більш численні. Близько 80 генів задіяні в часи цвітіння рослин, але зміни були помічені протягом еволюції лише в кількох.

Приклади

У 1997 році Мур і Вілмер замислювалися про те, наскільки поширене явище конвергенції.

Для цих авторів це питання залишається без відповіді. Вони стверджують, що, виходячи з описаних досі прикладів, існують відносно високі рівні конвергенції. Однак вони стверджують, що все ще існує значна недооцінка еволюційної конвергенції в органічних істот.

У книгах еволюції ми знаходимо десяток класичних прикладів конвергенції. Якщо читач бажає розширити свої знання з цього питання, він може звернутися до книги Макгі (2011), де він знайде численні приклади в різних групах дерева життя.

Політ у хребетних

Для органічних істот одним з найдивовижніших прикладів еволюційного зближення є поява польоту в трьох лініях хребетних тварин: птахів, кажанів та вимерлих птеродактилів.

Насправді, конвергенція в сучасних групах літаючих хребетних виходить за рамки передніх кінцівок, змінених у структури, що дозволяють здійснювати політ.

Ряд фізіологічних та анатомічних пристосувань ділиться між обома групами, наприклад, характеристика короткого кишечника, яка, як вважається, зменшує масу особини під час польоту, роблячи її менш дорогою та афективною.

Ще дивніше, що різні дослідники виявили еволюційні зближення в межах груп кажанів та птахів на сімейному рівні.

Наприклад, кажани сімейства Molossidae схожі на членів сімейства Hirundinidae (ластівки та союзники) у птахів. Обидві групи характеризуються швидким польотом, на великій висоті, демонструючи схожі крила.

Аналогічно, члени родини Nycteridae в різних аспектах сходяться з пассариновими птахами (Passeriformes). Обидва літають з низькою швидкістю і мають можливість маневрувати рослинністю.

А-а-а і гризуни

Видатний приклад еволюційної конвергенції знайдено при аналізі двох груп ссавців: ай-вчора і білки.

Сьогодні ай-ай (Daubentonia madagascariensis) класифікується як лемуріформний примат, ендемік Мадагаскару. Їх незвичайна дієта в основному складається з комах.

Таким чином, у «Ай-Ай» є адаптації, пов’язані з його трофічними звичками, такими як гострий слух, подовження середнього пальця та зубів із зростаючими різцями.

Що стосується протеза, він нагадує гризуна кількома способами. Не лише за зовнішнім виглядом різців вони поділяють надзвичайно схожу зубну формулу.

Поява між двома таксонами настільки вражає, що перші таксономісти класифікували ай-ай разом з іншими білками до роду Sciurus.

Список літератури

1. Doolittle, РФ (1994). Конвергентна еволюція: необхідність бути явною. Тенденції біохімічних наук, 19 (1), 15-18.
2. Грінберг, Г., Харавей, М. М. (1998). Порівняльна психологія: Підручник. Routledge.
3. Климан, Р. М. (2016). Енциклопедія еволюційної біології. Академічна преса.
4. Лосос, JB (2013). Крінстонський путівник до еволюції. Прінстонський університетський прес.
5. McGhee, GR (2011). Конвергентна еволюція: обмежені форми найкрасивіші. MIT Press.
6. Morris, P., Cobb, S., & Cox, PG (2018). Конвергентна еволюція в Euarchontoglires. Біологічні листи, 14 (8), 20180366.
7. Райс, SA (2009). Енциклопедія еволюції. Видавнича інформація.
8. Starr, C., Evers, C., & Starr, L. (2010). Біологія: поняття та застосування без фізіології. Cengage Learning.
9. Stayton CT (2015). Що означає конвергентна еволюція? Інтерпретація конвергенції та її наслідки у пошуку меж еволюції. Інтерфейсний фокус, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH, & Specht, CD (2011). Гомоплазія: від виявлення закономірності до визначення процесу та механізму еволюції. наук, 331 (6020), 1032-1035.