КОНВЕРГЕНТНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ: ИЗ ЧЕГО ОНА СОСТОИТ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Эволюция сходящимся является появление фенотипических сходства в двух или более линий независимо друг от друга. Как правило, эта закономерность наблюдается, когда участвующие группы подвергаются одинаковому воздействию окружающей среды, микросреды или образа жизни, что приводит к эквивалентному избирательному давлению.

Таким образом, рассматриваемые физиологические или морфологические признаки повышают биологическую приспособленность (приспособленность) и конкурентоспособность в таких условиях. Когда конвергенция происходит в определенной среде, можно интуитивно понять, что это свойство адаптивного типа. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы проверить функциональность признака, используя доказательства, подтверждающие, что он действительно увеличивает приспособленность популяции.

Примеры характеристик, общих для дельфинов и ихтиозавров. Хотя эти два очень похожи, филогенетически говоря, они очень далеки, и упомянутые там характеристики были приобретены независимо.
Источник: Skeptic view, Wikimedia Commons.

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

Что такое конвергентная эволюция?

Представим, что мы встречаем двух людей, которые очень похожи физически. У них обоих одинаковый рост, цвет глаз и цвет волос. Их особенности тоже похожи. Мы, вероятно, предположим, что эти два человека - братья и сестры, двоюродные братья или, возможно, дальние родственники.

Несмотря на это, не будет сюрпризом узнать, что между людьми в нашем примере нет близких семейных отношений. То же самое верно в широком масштабе и в эволюции: иногда похожие формы не имеют более позднего общего предка.

То есть в ходе эволюции черты, сходные в двух или более группах, можно приобретать независимо.

Общие определения

Биологи используют два общих определения эволюционной конвергенции или конвергенции. Оба определения требуют, чтобы две или более родословной развивались как персонажи, похожие друг на друга. В определение обычно входит термин «эволюционная независимость», хотя он подразумевается.

Однако определения различаются в зависимости от конкретного эволюционного процесса или механизма, необходимого для получения модели.

Некоторые определения конвергенции, в которых отсутствует механизм, следующие: «независимая эволюция сходных характеристик из 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 черт у отдаленно родственных организмов из-за появления адаптаций к подобным средам или формам жизни».

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

Эволюционные последствия

Следуя определению конвергенции, которое включает механизм (упомянутый в предыдущем разделе), это объясняет сходство фенотипов благодаря схожести селективного давления, которое испытывают таксоны.

В свете эволюции это интерпретируется с точки зрения адаптации. То есть черты, получаемые благодаря конвергенции, являются адаптацией к указанной среде, поскольку она каким-то образом повысит их приспособленность.

Однако бывают случаи, когда происходит эволюционная конвергенция, и признак не адаптивен. То есть вовлеченные линии преемственности не находятся под одинаковым давлением отбора.

Эволюционная конвергенция против параллелизма

В литературе принято различать конвергенцию и параллелизм. Некоторые авторы используют эволюционное расстояние между сравниваемыми группами для разделения этих двух концепций.

Повторяющаяся эволюция признака в двух или более группах организмов считается параллелизмом, если сходные фенотипы развиваются в родственных линиях, тогда как конвергенция включает в себя эволюцию подобных признаков в отдельных или относительно удаленных линиях.

Другое определение конвергенции и параллелизма стремится разделить их с точки зрения путей развития, включенных в структуру. В этом контексте конвергентная эволюция дает сходные характеристики через разные пути развития, в то время как параллельная эволюция делает это через сходные пути.

Однако различие между параллельной и конвергентной эволюцией может быть спорным и становится еще более сложным, когда мы переходим к идентификации молекулярной основы рассматриваемого признака. Несмотря на эти трудности, обе концепции имеют большое значение для эволюции.

Конвергенция против расхождения

Хотя отбор благоприятствует сходным фенотипам в аналогичной среде, это явление не применимо во всех случаях.

Сходство с точки зрения формы и морфологии может привести организмы к конкуренции друг с другом. Как следствие, отбор способствует дивергенции между видами, которые сосуществуют локально, создавая противоречие между степенью конвергенции и дивергенции, ожидаемой для конкретной среды обитания.

Близкие люди, имеющие значительное совпадение ниш, являются самыми сильными конкурентами - на основании их фенотипического сходства, которое заставляет их аналогичным образом использовать ресурсы.

В этих случаях дивергентный отбор может привести к явлению, известному как адаптивная радиация, когда родословная дает начало различным видам с большим разнообразием экологических ролей за короткое время. Условия, способствующие адаптивной радиации, включают, среди прочего, неоднородность окружающей среды, отсутствие хищников.

Адаптивные излучения и конвергентная эволюция рассматриваются как две стороны одной «эволюционной монеты».

На каком уровне происходит конвергенция?

При понимании разницы между эволюционной конвергенцией и параллелями возникает очень интересный вопрос: когда естественный отбор благоприятствует развитию схожих признаков, происходит ли он в рамках одних и тех же генов или может включать разные гены и мутации, которые приводят к сходным фенотипам?

Судя по полученным к настоящему времени данным, ответ на оба вопроса положительный. Есть исследования, подтверждающие оба аргумента.

Хотя до сих пор нет конкретного ответа на вопрос, почему некоторые гены «повторно используются» в эволюционной эволюции, существуют эмпирические доказательства, которые пытаются прояснить этот вопрос.

Изменения с участием тех же генов

Например, было показано, что повторяющаяся эволюция времени цветения у растений, устойчивости к инсектицидам у насекомых и пигментации у позвоночных и беспозвоночных происходит за счет изменений с участием одних и тех же генов.

Однако для некоторых признаков только небольшое количество генов может изменить признак. Возьмем, к примеру, зрение: изменения цветового зрения обязательно должны происходить в изменениях, связанных с генами опсина.

Напротив, по другим характеристикам гены, которые их контролируют, более многочисленны. Около 80 генов вовлечены во время цветения растений, но изменения были обнаружены в ходе эволюции только у некоторых.

Примеры

В 1997 году Мур и Уиллмер задались вопросом, насколько распространен феномен конвергенции.

Для этих авторов этот вопрос остается без ответа. Они утверждают, что, основываясь на описанных до сих пор примерах, существует относительно высокий уровень конвергенции. Однако они утверждают, что до сих пор существует значительная недооценка эволюционной конвергенции органических существ.

В книгах по эволюции мы находим дюжину классических примеров конвергенции. Если читатель желает расширить свои знания по этому вопросу, он может обратиться к книге МакГи (2011), где он найдет множество примеров в различных группах древа жизни.

Полет у позвоночных

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

Фактически, конвергенция современных групп летающих позвоночных выходит за рамки преобразования передних конечностей в структуры, позволяющие летать.

Обе группы имеют ряд физиологических и анатомических адаптаций, например, более короткий кишечник, который, как предполагается, снижает массу человека во время полета, делая его менее дорогостоящим и более эффективным.

Еще более удивительно то, что разные исследователи обнаружили эволюционные конвергенции внутри групп летучих мышей и птиц на семейном уровне.

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

Точно так же представители семейства Nycteridae во многих отношениях сходятся с воробьиными птицами (Passeriformes). Оба летают на малых скоростях и могут маневрировать через растительность.

Ай-ай и грызуны

Выдающийся пример эволюционной конвергенции обнаруживается при анализе двух групп млекопитающих: ай-вчера и белок.

Сегодня айе-айе (Daubentonia madagascariensis) классифицируется как лемурообразный примат, эндемичный для Мадагаскара. Их необычная диета в основном состоит из насекомых.

Таким образом, у ай-ай есть адаптации, связанные с его трофическими привычками, такими как острый слух, удлинение среднего пальца и зубов с растущими резцами.

Что касается протеза, он во многом напоминает протез грызуна. У них не только внешний вид резцов, но и очень похожая зубная формула.

Внешность между двумя таксонами настолько поразительна, что первые систематики отнесли ай-айе вместе с другими белками к роду Sciurus.

Ссылки

1. Дулиттл, РФ (1994). Конвергентная эволюция: необходимость быть явной. Направления биохимических наук, 19 (1), 15-18.
2. Гринберг, Г., и Харауэй, М.М. (1998). Сравнительная психология: Справочник. Рутледж.
3. Климан, РМ (2016). Энциклопедия эволюционной биологии. Академическая пресса.
4. Лосос, Дж. Б. (2013). Принстонский гид по эволюции. Издательство Принстонского университета.
5. МакГи, GR (2011). Конвергентная эволюция: ограниченные формы - самые красивые. MIT Press.
6. Моррис, П., Кобб, С., и Кокс, П. Г. (2018). Конвергентная эволюция в Euarchontoglires. Письма по биологии, 14 (8), 20180366.
7. Райс, SA (2009). Энциклопедия эволюции. Публикация информационной базы.
8. Старр, К., Эверс, К., и Старр, Л. (2010). Биология: концепции и приложения без физиологии. Cengage Learning.
9. Стейтон CT (2015). Что означает конвергентная эволюция? Интерпретация конвергенции и ее значение в поисках границ эволюции. Интерфейсный фокус, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH и Specht, CD (2011). Гомоплазия: от выявления закономерностей до определения процесса и механизма эволюции. наука, 331 (6020), 1032-1035.