Конвергентная эволюция - convergent evolution

Содержание:

В конвергентная эволюция Это появление фенотипических сходств в двух или более клонах независимо друг от друга. Как правило, эта закономерность наблюдается, когда участвующие группы подвергаются одинаковым условиям, микросреде или образу жизни, что выражается в эквивалентном избирательном давлении.

Таким образом, рассматриваемые физиологические или морфологические признаки повышают биологическую адекватность (фитнес)и конкурентоспособность в этих условиях. Когда конвергенция происходит в определенной среде, можно интуитивно понять, что указанная черта имеет тип адаптивный. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования для проверки функциональности признака с помощью доказательств, подтверждающих, что он действительно увеличивает фитнес населения.

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.

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.

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.

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.

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.

Примеры конвергентной эволюции среди вымерших животных

Животные с конвергентно схожей рыбоподобной формой тела.

Один из самых известных примеров: сходная форма тела у ихтиозавров, акул и зубатых китов, появившаяся в следствие сходного образа жизни.
- В более широком смысле талаттозухии, мозазавры, ихтиозавры, нектонные рыбы, киты, пингвины и сирены (Sirena — группа млекопитающих) имеют сходную форму тела, хотя, в случае с пингвинами, сиренами, талаттозухиями и мозазаврами это не так очевидно.
Попозауроиды являются группой рептилий, имеющих много конвергентных сходств с другими группами животных.
- Ктенозаврискиды (аризоназавр, силоузух) имеют удлинённые позвонки, обтянутые кожей, что придаёт им сходства с ранними синапсидами: некоторыми сфенакодонтами, а также эдафозавридами, имевшими похожую анатомическую конструкцию. Это, а также длинная морда некоторых попозауроидов, придаёт им сходства также с некоторыми спинозавридами, имевшими «парус» на спине (спинозавр, ихтиовенатор, оксалайя).
  - В свою очередь, ктенозаврискиды и спинозавриды имеют конвергентные сходства внутри класса рептилий.
  - Также: эдафозавр и диметродон имеют конвергентные сходства между собой внутри класса синапсид.
- Попозавриды (попозавр, долихобрахий) имеют сходство с динозаврами-тероподами.
- Шувозавриды также имеют сходство с двуногими динозаврами, но, в основном, с гипсилофодонтидами и орнитомимозаврами.
  Существа с крыльями и вытянутыми кожными перепонками.
Существа, способные планировать между деревьями посредством боковых кожных мембран, поддерживаемых стержневидными окостенениями (ложными рёбрами): икарозавр — эолацертия, вейгельтизавриды
Также икарозавр и летучий дракон имеют конвергентные сходства между собой внутри группы чешуйчатых.

, а также летучий дракон — современная ящерица семейства агамовых.
Существа с крыльями, состоящими из перьев или кожаной перепонки, поддерживаемых передними конечностями: птерозавры — рептилии, птицы, летучие мыши — млекопитающие и скансориоптеригиды.
Существа с крокодилоподобной формой тела.

Существа, являющиеся обитателями водоёмов и питающиеся рыбой и другими водными животными, имеющие длинное тело, относительно длинную морду, короткие лапы и хвост, имеющий форму весла: крокодилы (и другие водные крокодиломорфы), фитозавры, темноспондильные амфибии, протерозухии, мезозавр, такие хористодеры, как хампсозавр.
- Также фитозавры, крокодиломорфы, протерозухии и мезозавры имеют конвергентные сходства внутри класса рептилий.
Существа, имеющие змеевидную форму тела: сами змеи, некоторые ящерицы, некоторые современные амфибии, некоторые темноспондильные амфибии, некоторые виды акул, угри, ящерицы и амфибии, сохраняющие короткие ноги, но всё же имеющие гибкое змеевидное тело.

Полет 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.

Что еще более удивительно, 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.

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

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??
5 примеров
- 5.1 Полет у позвоночных
- 5.2 Да-да и грызуны
6 Ссылки

Конвергенция в медицине

Конвергенция в медицине относится к офтальмологии (что это?).

Глаза – парный орган. Для того, чтобы головной мозг получил цельную картинку объекта, который видит человек, глаза должны правильно сфокусироваться на объекте. А это возможно, если глаза будут двигаться не только параллельно друг другу, но и обладать возможностью двигаться в разные стороны.

Но не стоит воспринимать данную фразу слишком буквально (читатели с живым воображением, наверно, уже представили кошмарную картинку с человеком, глаза которого смотрят в противоположные стороны). На самом деле «противоположное» движение глаз практически нельзя увидеть, если наблюдать за человеком со стороны.

Чем ближе объект находится к глазам, тем больше угол сближения глаз (конвергенция).

Посмотрите на свой палец на расстоянии вытянутой руки. А теперь приближайте его к носу. Вы буквально физически почувствуете, как «сходятся» ваши глаза к переносице.

Конвергенция глаз позволяет мозгу воспринимать картинку окружающего мира как единое целостное полотно, а не как набор отдельных предметов, увиденных каждым глазом по отдельности.

Если конвергенция глаз недостаточна, то картинка, получаемая мозгом, «двоится» и (или) расплывается. Это офтальмологическая патология. Кроме этого, человек с недостаточной конвергенцией чувствует головную боль и усталость при чтении, работе на компьютере.

Именно эта патология является одной из наиболее частых причин плохой успеваемости ребенка в школе. Ученик не ленится читать, ему просто некомфортно (или даже больно) это делать.

А сформулировать свои ощущения ребенок просто не догадывается или не может в силу своего возраста. Младшие школьники (и даже их родители) не предполагают, что усталость при чтении – это не нормальная реакция организма, а сигнал о имеющемся нарушении зрения.

Нонсенс, но и врачи не всегда правильно диагностируют нарушение конвергенции, зачастую путая его с расходящимся косоглазием (научно — Intermittent Exotropia). По некоторым данным, в США нарушением конвергенции глаз страдают около 13 % населения.

примеров

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

Полет у позвоночных

Да-да и грызуны

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

Источник

Конвергенция в лингвистике

Конвергенцией в данной области называют увеличение общего («похожести») в разных языках (или диалектах).

Конвергенция может быть 3 видов:

межъязыковая – происходит вследствие следующих процессов: заимствования слов, например, слово «конвергенция» заимствовано из латинского;
заимствования способов словообразования, например, суффикс «-тель» как аналог английского суффикса «-er» («испытывать – испытатель»);

внутриязыковая – увеличение схожести различных диалектов внутри одного языка. Как правило, такая конвергенция обусловлена социальными условиями (смешанные браки, миграция носителей диалекта и т.д.);

функциональная – увеличение схожести различных языков вследствие роста функциональной нагрузки на элементы какого-либо языка.

ссылки

Дулиттл Р. Ф. (1994). Конвергентная эволюция: необходимость быть явной. Тенденции в биохимических науках, 19(1), 15-18.
Гринберг Г. и Харауэй М. М. (1998). Сравнительная психология: справочник. Routledge.
Климан Р. М. (2016). Энциклопедия эволюционной биологии. Академическая пресса.
Losos, J. B. (2013). Руководство Принстона по эволюции. Издательство Принстонского университета.
Макги, Дж. Р. (2011). Конвергентная эволюция: ограниченные формы самые красивые. MIT Press.
Моррис П., Кобб С. и Кокс П. Г. (2018). Конвергентная эволюция в Euarchontoglires. Биология письма, 14(8), 20180366.
Райс С. А. (2009). Энциклопедия эволюции. Infobase Publishing.
Старр С., Эверс С. и Старр Л. (2010). Биология: концепции и приложения без физиологии. Cengage Learning.
Стейтон С. Т. (2015). Что означает конвергентная эволюция? Интерпретация конвергенции и ее значение в поиске пределов эволюции. Фокус интерфейса, 5(6), 20150039.
Wake, D. B., Wake, M.H., & Specht, C.D. (2011). Гомоплазия: от выявления паттерна до определения процесса и механизма эволюции. наука, 331(6020), 1032-1035.

Конвергентное определение эволюции

Методы вывода

Филогения отрядов покрытосеменных на основе классификации по Филогенетической группе покрытосеменных. На рисунке показано количество выведенных независимых происхождения С ₃ -С ₄ фотосинтеза и С ₄ фотосинтеза в скобках.

Филогенетическая реконструкция и реконструкция наследственного состояния исходят из предположения, что эволюция произошла без конвергенции. Однако конвергентные паттерны могут появляться на более высоких уровнях филогенетической реконструкции, и иногда исследователи явно ищут их. Методы, применяемые для вывода конвергентной эволюции, зависят от того, ожидается ли конвергенция на основе шаблонов или процессов. Конвергенция на основе паттернов — это более широкий термин, когда две или более линий независимо развивают паттерны схожих признаков. Конвергенция на основе процессов — это когда конвергенция происходит благодаря сходным силам естественного отбора .

Меры на основе шаблонов

Ранние методы измерения конвергенции включали соотношения фенотипической и филогенетической дистанции путем моделирования эволюции с помощью модели броуновского движения эволюции черт в филогенезе. Более современные методы также позволяют количественно оценить силу сходимости. Следует иметь в виду, что эти методы могут спутать длительный застой с конвергенцией из-за фенотипического сходства. Застой возникает, когда между таксонами мало эволюционных изменений.

Измерения на основе расстояния позволяют оценить степень сходства между линиями передачи во времени. Частотные измерения позволяют оценить количество родословных, развившихся в определенном пространстве признаков.

Процессные меры

Методы вывода основанных на процессах моделей отбора, подходящих для филогении, и непрерывных данных о признаках, чтобы определить, действовали ли одни и те же селективные силы на клоны. При этом используется процесс Орнштейна-Уленбека (OU) для тестирования различных сценариев выбора. Другие методы полагаются на априорную спецификацию того, где произошли сдвиги в выборе.