Что такое конвергентная эволюция

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
    • 4.1 Изменения с участием тех же генов
    • 5.1 Полет у позвоночных
    • 5.2 Да-да и грызуны

    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

    

    Конвергенция и дивергенция в биологии. Суть и примеры явлений

    Согласно теории эволюции, все живые существа на Земле развивались от простейших форм к более сложным. Но если все двигалось по одной прямой, откуда тогда взялось такое разнообразие видов и популяций? Объяснить это явление может дивергенция и конвергенция. В биологии эти понятия обозначают особенности и закономерности развития видов.

    Особенности эволюционной теории

    Основная теория о развитии жизни на нашей планете, которую поддерживает наука, — это теория эволюции. Первые её положения и законы были сформулированы в XVII веке. Она подразумевает длительный естественный процесс изменений живых организмов до качественно нового уровня.

    Теория предполагает развитие организмов от простейших до наиболее сложных форм, которое сопровождалось генетическими мутациями, адаптациями, вымиранием и образованием видов. Современная теория основывается на предположениях Чарльза Дарвина о естественном отборе и данных популяционной генетики о мутациях, генетических дрейфах, изменении частоты аллелей.

    Эволюция подразумевает наличие у живых организмов общего корня, с которого и началось их развитие. При этом предположение об одном или паре прародителей необязательно. Ученые утверждают, что организмов-предков могло быть и больше, но все они принадлежали к родственным группам.

    Главными закономерностями, по которым протекала эволюция, являются конвергенция и дивергенция. В биологии примеры и особенности этих процессов описал Чарльз Дарвин. Подробнее о том, что они представляют собой, расскажем ниже.

    Дивергенция в биологии

    С латинского языка термин переводится как «расхождение» и может использоваться не только по отношению к живой природе. Дивергенция в биологии означает возникновение различия признаков у организмов. По своей сути это разнонаправленная изменчивость, которая возникает вследствие адаптации живых существ к разным условиям.

    Она проявляется в изменении частей тела или некоторых органов и приобретении ими частично новых функций и возможностей. Дивергенция в биологии – обычное явление. Она появляется в результате естественного отбора, то есть борьбы за существование. Приобретение признаков уменьшает конкуренцию – каждая новая популяция может занять свою экологическую нишу, не затронув других особей. Она также возникает в результате изоляции.

    Дивергенция может происходить на уровне вида, рода, семейства и отряда. С её помощью, например, класс млекопитающих разделился на грызунов, хищных, хоботных, китообразных, приматов и другие отряды. Они, в свою очередь, распались на более мелкие группы, которые отличаются внешним и внутренним строением.

    Дивергенции в биологии: примеры

    Дивергенция приводит к тому, что появляются различные по строению организмы, которые принадлежат к одной систематической группе. Однако у них остается общая основа, видоизменившиеся части тела выполняют те же функции. Например, уши остаются ушами, только у одних они стали более вытянутыми, у других округлыми, крылья у одних птиц короткие, у других длинные.

    Наглядным примером является вид конечностей у млекопитающих. У разных видов они отличаются в зависимости от способа жизни и среды обитания. Так, у кошачьих на лапах есть мягкие подушечки, а у приматов длинные и подвижные пальцы для захвата веток, у морского льва развились ласты, у коров – копыта. Понять, что такое дивергенция в биологии, можно на примере белянок. Бабочки этого семейства питаются разной пищей на стадии гусеницы: одни едят капусту, другие – репу, третьи – свеклу и т. д.

    У растений расхождение признаков проявляется в форме листьев. У кактусов они стали колючками, у барбариса развились иглы. Также дивергенция прослеживается на уровне корневой системы. Некоторые растения имеют корни-присоски, у картофеля это клубни, у свеклы и моркови они прибавили толщины и превратились в корнеплоды.

    Конвергенция

    Если дивергенция характерна для родственных организмов, то конвергенция, наоборот, наблюдается у отдаленных групп. Она проявляется в схожести признаков у систематически разных организмов. Как и дивергенция, появилась в результате естественного отбора, но в этом случае он направлен одинаково у разных видов, отрядов и т. д.

    Животные или растения, которые принадлежат к абсолютно разным классам, приобретают одинаковые по строению и функциям органы. Это обусловлено общей средой обитания или схожестью образа жизни. Но их схожесть не распространяется на все тело, конвергенция затрагивает только те органы, которые необходимы для приспособленности к определенным условиям.

    Так, животные, которые перемещаются по воздуху, имеют крылья. Но одни могут относиться к насекомым, а другие — к позвоночным. Обитающие в воде организмы имеют обтекаемую форму тела, хотя и не обязательно являются родственными друг другу.

    Примеры конвергенции

    Форма тела дельфинов, китов и рыб – типичная конвергенция. Из-за внешней схожести с акулами киты и дельфины вначале причислялись к рыбам. Позже было доказано, что они – млекопитающие, так как дышат легкими, появляются на свет путем живорождения и имеют ряд других признаков.

    В качестве примера конвергенции можно привести крылья у летучих мышей, птиц и насекомых. Наличие этих органов связано со способом жизни животных, которые перемещаются при помощи полета. При этом вид и строение крыльев у них существенно отличаются.

    Еще один пример – наличие жабр у рыб и у моллюсков. Иногда конвергенция проявляется и в отсутствии каких-либо органов. Так, на некоторых вулканических островах обитают бескрылые бабочки, мухи и другие насекомые.

    Источник

    Конвергентная эволюция

    Конвергентная эволюция — это независимое друг от друга развитие похожих органов или возможностей у организмов, которые биологически не связаны напрямую друг с другом. В качестве примера можно привести развивавшиеся параллельно глаза головоногих моллюсков и млекопитающих. А также способность летать у некоторых насекомых, птиц, летучих мышей и костистых рыб. Частота, с которой обнаруживаются признаки конвергентной эволюции у живых организмов на Земле, подтверждает гипотезу о том, что некоторые основные анатомические структуры и физиологические механизмы могут быть идентичными среди других форм жизни во Вселенной.

    Физика и эволюция

    Одна из причин, по которой происходит конвергенция, заключается в том, что некоторые формы тела являются лучшими биологическими решениями основных проблем физики. Чтобы быстро и эффективно двигаться под водой, нужно гладкое тело с широким мускулистым хвостом или другими придатками для обеспечения движения вперед. Неудивительно, что киты напоминают рыб своим внешним обликом. Они, как и рыбы, имеют обтекаемую форму. У них есть мощный хвост, пара ласт, подобных передним плавникам, а в некоторых случаях даже спинной плавник вдоль спины.

    Сто пятьдесят миллионов лет назад еще одно рыбоподобное существо плавало в океанах Земли. Хотя оно и вымерло 70 миллионов лет назад, найденные окаменелости костей позволили восстановить его внешний вид. Сохранившиеся скелеты не дают поводов сомневаться, что существо было рептилией. Из-за его замечательного сходства с рыбой его называли Ихтиозавр (ichthyosaur), или рыба-ящерица (по гречески icthys — рыба, sauros — ящерица).

    Параллельно эволюционировавшие животные могут выглядеть одинаково, но легко доказать, что это совершенно разные существа с очень непохожими между собой предками. Сходство по внешнему виду абсолютно не связано с их близким родством.

    Другие примеры конвергенции

    Изолированные на австралийском континенте сумчатые млекопитающие смогли процветать в течение 150 миллионов лет. В большинстве других частей света они исчезли, поскольку конкуренция со стороны плацентарных млекопитающих оказалась слишком большой.

    Австралия имеет хорошие условия для эволюции, и здесь появилось много разных сумчатых, заполнивших свои ниши. Сходство по внешнему виду между различными сумчатыми и плацентарными млекопитающими демонстрирует нам яркие примеры похожести. В Австралии есть свой волк — тасманский дьявол; есть свои «коты» (Dasyurus) и «мыши» (Dasycercus). Есть «муравьеды» и «ленивцы». Летающий фаланджер (Petaurus breviceps) сравним с летающими белками. А вомбат (Vombatidae) — с обыкновенными свиньями. В Австралии даже есть свой сумчатый крот!

    Конечно, сумчатые и плацентарные — это млекопитающие, имеющие общую родословную в не слишком отдаленном прошлом. Однако конвергентная эволюция может создавать сходство между совершенно несвязанными существами. Насекомые и птицы на древе эволюции находятся невероятно далеко друг от друга. Но с первого взгляда трудно описать разницу между птицей и гигантской молью. Они не сильно различаются по размеру, обе не зависят от наличия нектара в цветах. И ​​схожи способностью к парящим полетам.

    Еще один замечательный пример — сходство между клювом утки (птицы) и клювом утконоса (млекопитающего). Оба существа получают пищу, просеивая грязь. Для реализации этой функции у них есть широкая сплюснутая морда. Она придает их головам сходство по внешнему виду.

    Конвергенция у растений

    Конвергенция не ограничивается животным царством. Растения, подверженные похожим внешним воздействиям, могут также напоминать друг друга в формах, которые они развили за миллионы лет эволюции. Сотни видов деревьев составляют три больших тропических леса мира. Однако даже специалисту часто сложно определить, к какому именно лесу относится тот или иной образец. Все деревья вырастают там до больших высот, не имеют ветвей на своих нижних стволах, имеют похожие листья и подобную кору.

    В американских пустынях характерными растениями являются кактусы. Их стебли являются водохранилищами; они покрыты защитными шипами и не имеют листьев. Очень похожим на кактусы по всем этим признакам являются Эуфорбия (молочай), растение родом из Африки. Но, несмотря на кактусоподобный внешний вид, оно близко с кактусами не связано.

    Источник

    Пример конвергенции в природе

    Еще примеры удивительной конвергенции. Часть I

    Хочу рассказать о двух случаях интересной конвергенции.

    Но сначала необходимо провести введение в проблему. Почему конвергенция представляет проблему для теории эволюции?
    Конвергенция — это явное сходство (по каким-либо признакам) разных организмов, которые в рамках дарвиновского вероучения не являются эволюционными родственниками.
    Точнее, по дарвиновскому вероучению вообще все организмы родственники. Потому что все они «произошли от одной клетки, самозародившейся в грязной луже». Подобная вера выглядит сегодня уже как поразительное мракобесие. Тем не менее, некоторые биологи продолжают верить в это в 21 веке. Как им удаётся это делать — это отдельный вопрос. А у нас сегодня на повестке дня — конвергенция.

    Итак, конвергентное сходство — это такое сходство организмов, которое, согласно эволюционному сценарию, развилось у разных организмов независимо. Например, дельфин по внешнему виду весьма напоминает рыбу. Но ни один верующий дарвинист не скажет Вам, что это результат его прямой эволюции из рыб. Наоборот, верующий дарвинист расскажет захватывающую историю о том, как «древние олени постепенно погружались в воду и в результате превратились в дельфинов». Ну а сходство между дельфином и рыбой дарвинист спишет именно на «конвергентную эволюцию».
    В рамках дарвинизма, конвергентное сходство может быть в принципе объяснено двумя способами:
    1. Сходные условия среды привели к тому, что у разных организмов в ходе эволюции развились и закрепились сходные признаки.
    2. Сходство могло развиться без всяких причин, а просто чисто случайно. В виду того, что эволюция во многом случайна. Как говорится, «неисповедимы пути её».

    Однако эти объяснения не всегда являются удовлетворительными. Например, объяснение через случайность «проседает» в тех случаях, когда конвергентное сходство имеет множественный характер. В таком случае вероятность случайного совпадения резко падает.
    Другое дарвиновское объяснение конвергенции в одних случаях звучит убедительно, а в других — не очень. В тех случаях, когда сходство обусловлено такими чертами, которые имеют очевидно функциональный характер, в этих случаях верующие дарвинисты списывают это на «результат сходной эволюции в сходной среде». Например, сходство между теми же дельфинами и рыбами (а также ихтиозаврами) списывается дарвинистами на то, что в сходных условиях водной среды «эволюция более приспособленных» отобрала этим видам сходную форму, позволяющую эффективно передвигаться в водной среде. Действительно, обтекаемая форма дельфина, рыбы и ихтиозавра — хорошо помогают им эффективно выживать в их среде обитания.

    Правда, тогда становится непонятно, какая же сила создавала других созданий в той же самой среде, но с совершенно оригинальным дизайном внешности. Например, знаменитые рыба-луна и сельдяной король. Вся внешность этих рыб — это просто верх оригинальности. Посмотрим на них:

    Обе эти рыбы хотя и умеют активно плавать, но делают это плохо (как видим, по объективным причинам). Почему рыбе-луне трудно двигаться — и так видно. А сельдяной король не только нецелесообразно длинный, но еще и очень тонкий (всего около 5 см толщины при длине тела, которая может достигать 5 метров). За это он получил своё второе название — рыба-ремень. Понятно, что такие рыбы должны плавать очень плохо. И они действительно плавают плохо.
    В связи с этим возникает два вопроса:
    1. Кто создавал конкретно рыбу-луну и рыбу-ремня? Эволюция более приспособленных этого сделать не могла. Тогда кто?
    2. Если в океане способны успешно выживать даже такие «чуды-юды», тогда кто так тщательно отбирал (в этой же среде) целесообразную форму дельфинов и всех нормальных (не сумасшедших) рыб и ихтиозавров? Ведь естественный отбор — это не разумная сила, а автоматический процесс. Если этот автоматический процесс позволяет успешно выживать даже рыбе-луне и рыбе-ремню, тогда каким образом этот же процесс мог изменять кого-то другого? Да еще и сходным образом?

    На второй вопрос верующие дарвинисты еще смогут что-то пробормотать. Например: «Видимо, на разные виды действовал отбор разной силы в переменчивых условиях». Хотя это утверждение и звучит странно для пелагических рыб, которые все обитают в одной и той же среде (в толще свободной воды). Но мы еще можем в это «как бы поверить» при большом желании. Однако на первый вопрос у верующих дарвинистов уже совсем нет ответа. Ибо в данном случае понятно, что никакой «естественный отбор более приспособленных» (даже самый неисповедимый) не мог отобрать внешний облик, который имеют рыба-луна и сельдяной король по факту.

    Вторая трудность явления конвергенции для верующих дарвинистов состоит в том, что в ряде случаев наблюдается стойкая повторяемость таких признаков, которые не очень нужны для выживания. Или даже совсем не нужны для выживания. Существование биологически бесполезных признаков трудно объяснить «естественным отбором более приспособленных» даже в одном случае. И совсем трудно, когда такие признаки устойчиво повторяются в самых разных биологических группах. Одним из подобных примеров является феномен «саблезубых животных». При том, что саблезубость, сама по себе, признак сомнительной биологической полезности, она появлялась многократно в самых разных таксонах живой природы:

    Или вот еще один похожий признак. Правда, я не знаю, можно ли назвать это саблезубостью. Но в принципе, похоже:

    Источник

    Читайте:  Аргументы природа и человек как природа влияет на человека