EWOLUCJA ZBIEŻNA: Z CZEGO SIĘ SKŁADA I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Ewolucja zbieżna jest pojawienie fenotypowych podobieństw w dwóch lub więcej rodów samodzielnie. Ogólnie rzecz biorąc, ten wzorzec obserwuje się, gdy zaangażowane grupy są poddawane podobnym środowiskom, mikrośrodowiskom lub sposobom życia, które przekładają się na równoważne naciski selektywne.

W ten sposób fizjologiczne lub morfologiczne cechy, o których mowa, zwiększają sprawność biologiczną (przystosowanie) i zdolność konkurencyjną w takich warunkach. Gdy konwergencja występuje w określonym środowisku, można intuicyjnie zauważyć, że jest to cecha adaptacyjna. Potrzebne są jednak dalsze badania, aby zweryfikować funkcjonalność cechy, wykorzystując dowody potwierdzające, że rzeczywiście zwiększa ona sprawność populacji.

Przykłady cech wspólnych dla delfinów i ichtiozaurów. Chociaż są one bardzo podobne, pod względem filogenetycznym są bardzo odległe, a wspomniane tam cechy zostały nabyte niezależnie.
Źródło: Widok sceptyczny, źródło Wikimedia Commons

Wśród najbardziej znaczących przykładów ewolucji zbieżnej można wymienić lot kręgowców, oko u kręgowców i bezkręgowców, formy wrzecionowate, między innymi u ryb i ssaków wodnych.

Co to jest konwergentna ewolucja?

Wyobraźmy sobie, że spotykamy dwie osoby, które są do siebie całkiem podobne. Obie mają ten sam wzrost, kolor oczu i kolor włosów. Ich cechy są również podobne. Prawdopodobnie założymy, że dwoje ludzi jest rodzeństwem, kuzynami lub być może dalszymi krewnymi.

Mimo to nie byłoby zaskoczeniem, gdybyśmy się dowiedzieli, że między osobami z naszego przykładu nie ma bliskich relacji rodzinnych. To samo dotyczy ewolucji na dużą skalę: czasami podobne formy nie mają wspólnego, nowszego, wspólnego przodka.

Oznacza to, że w trakcie ewolucji cechy, które są podobne w dwóch lub więcej grupach, można nabyć niezależnie.

Ogólne definicje

Biolodzy używają dwóch ogólnych definicji konwergencji ewolucyjnej lub konwergencji. Obie definicje wymagają, aby dwie lub więcej linii genealogicznych wyewoluowało znaki podobne do siebie. Definicja zwykle zawiera termin „niezależność ewolucyjna”, chociaż jest on dorozumiany.

Jednak definicje różnią się w zależności od konkretnego procesu ewolucyjnego lub mechanizmu wymaganego do uzyskania wzoru.

Niektóre definicje konwergencji, którym brakuje mechanizmu, są następujące: „niezależna ewolucja podobnych cech na podstawie cechy przodków” lub „ewolucja podobnych cech w niezależnych liniach ewolucyjnych”.

Sugerowane mechanizmy

W przeciwieństwie do tego inni autorzy wolą zintegrować mechanizm z koncepcją koewolucji, aby wyjaśnić wzór.

Na przykład „niezależna ewolucja podobnych cech w odległych organizmach ze względu na pojawienie się adaptacji do podobnych środowisk lub form życia”.

Obie definicje są szeroko stosowane w artykułach naukowych i literaturze. Kluczową ideą ewolucyjnej konwergencji jest zrozumienie, że wspólny przodek zaangażowanych linii miał inny stan początkowy.

Implikacje ewolucyjne

Zgodnie z definicją konwergencji, która obejmuje mechanizm (o którym mowa w poprzedniej sekcji), wyjaśnia to podobieństwo fenotypów dzięki podobieństwu presji selekcyjnej, której doświadczają taksony.

W świetle ewolucji jest to interpretowane w kategoriach adaptacji. Oznacza to, że cechy, które uzyskuje się dzięki konwergencji, są przystosowaniami do tego środowiska, ponieważ w pewien sposób zwiększałyby ich przydatność.

Istnieją jednak przypadki, w których występuje konwergencja ewolucyjna, a cecha nie jest adaptacyjna. Oznacza to, że odnośne linie rodowe nie podlegają takim samym presjom selekcyjnym.

Ewolucyjna konwergencja a równoległość

W literaturze zwykle znajduje się rozróżnienie między zbieżnością a równoległością. Niektórzy autorzy używają ewolucyjnego dystansu między porównywanymi grupami, aby rozdzielić te dwie koncepcje.

Powtarzająca się ewolucja cechy w dwóch lub więcej grupach organizmów jest uważana za równoległość, jeśli podobne fenotypy ewoluują w pokrewnych liniach, podczas gdy konwergencja obejmuje ewolucję podobnych cech w oddzielnych lub stosunkowo odległych liniach.

Inna definicja konwergencji i paralelizmu ma na celu rozdzielenie ich pod względem ścieżek rozwoju zaangażowanych w strukturę. W tym kontekście ewolucja zbieżna wytwarza podobne cechy różnymi drogami rozwojowymi, podczas gdy ewolucja równoległa czyni to podobnymi.

Jednak rozróżnienie między ewolucją równoległą i zbieżną może być kontrowersyjne i staje się jeszcze bardziej skomplikowane, gdy przejdziemy do identyfikacji molekularnych podstaw danej cechy. Pomimo tych trudności ewolucyjne implikacje obu koncepcji są istotne.

Konwergencja a dywergencja

Chociaż selekcja faworyzuje podobne fenotypy w podobnych środowiskach, nie jest zjawiskiem, które można zastosować we wszystkich przypadkach.

Podobieństwa, z punktu widzenia kształtu i morfologii, mogą prowadzić organizmy do rywalizacji między sobą. W konsekwencji selekcja sprzyja dywergencji między gatunkami współistniejącymi lokalnie, tworząc napięcie między stopniami zbieżności i rozbieżności oczekiwanymi dla danego siedliska.

Osoby, które są blisko i mają znaczną niszę pokrywającą się, są najpotężniejszymi konkurentami - na podstawie ich podobieństwa fenotypowego, co prowadzi ich do wykorzystywania zasobów w podobny sposób.

W takich przypadkach rozbieżna selekcja może prowadzić do zjawiska znanego jako promieniowanie adaptacyjne, w którym z linii rodzą się różne gatunki o dużej różnorodności ról ekologicznych w krótkim czasie. Warunki sprzyjające promieniowaniu adaptacyjnemu obejmują między innymi niejednorodność środowiska, brak drapieżników.

Adaptacyjne promieniowanie i zbieżna ewolucja są uważane za dwie strony tej samej „ewolucyjnej monety”.

Na jakim poziomie zachodzi konwergencja?

Aby zrozumieć różnicę między konwergencją ewolucyjną a podobieństwami, pojawia się bardzo interesujące pytanie: kiedy dobór naturalny sprzyja ewolucji podobnych cech, czy zachodzi w ramach tych samych genów, czy też może obejmować różne geny i mutacje, które prowadzą do podobnych fenotypów?

Na podstawie dotychczas uzyskanych dowodów odpowiedź na oba pytania wydaje się twierdząca. Istnieją badania, które potwierdzają oba argumenty.

Chociaż do tej pory nie ma konkretnej odpowiedzi, dlaczego niektóre geny są „ponownie wykorzystywane” w ewolucji ewolucyjnej, istnieją dowody empiryczne, które mają na celu wyjaśnienie tej sprawy.

Zmiany obejmujące te same geny

Na przykład, wykazano, że powtarzająca się ewolucja czasów kwitnienia roślin, odporność owadów na środki owadobójcze oraz pigmentacja kręgowców i bezkręgowców zachodzi w wyniku zmian obejmujących te same geny.

Jednak w przypadku niektórych cech tylko niewielka liczba genów może zmienić cechę. Weźmy przykład wzroku: zmiany w widzeniu kolorów muszą koniecznie wystąpić w zmianach związanych z genami opsyny.

Natomiast w innych cechach geny, które je kontrolują, są liczniejsze. W okresie kwitnienia roślin zaangażowanych jest około 80 genów, ale tylko nieliczne zmiany zostały wykazane w trakcie ewolucji.

Przykłady

W 1997 roku Moore i Willmer zastanawiali się, jak powszechne jest zjawisko konwergencji.

Dla tych autorów to pytanie pozostaje bez odpowiedzi. Twierdzą, że na podstawie opisanych dotychczas przykładów istnieją stosunkowo wysokie poziomy konwergencji. Jednak twierdzą, że nadal istnieje znaczne niedoszacowanie ewolucyjnej konwergencji istot organicznych.

W książkach o ewolucji znajdujemy kilkanaście klasycznych przykładów konwergencji. Jeśli czytelnik pragnie poszerzyć swoją wiedzę na ten temat, może zajrzeć do książki McGhee (2011), w której znajdzie liczne przykłady z różnych grup drzewa życia.

Lot kręgowców

U istot organicznych jednym z najbardziej zdumiewających przykładów konwergencji ewolucyjnej jest pojawienie się lotu w trzech liniach kręgowców: ptaków, nietoperzy i wymarłych pterodaktyli.

W rzeczywistości konwergencja w dzisiejszych grupach kręgowców latających wykracza poza modyfikację kończyn przednich w struktury umożliwiające lot.

Szereg fizjologicznych i anatomicznych adaptacji jest wspólnych dla obu grup, takich jak cecha posiadania krótszych jelit, które, jak się przypuszcza, zmniejszają masę osobnika podczas lotu, czyniąc go tańszym i bardziej afektywnym.

Co jeszcze bardziej zaskakujące, różni badacze odkryli ewolucyjne zbieżności w grupach nietoperzy i ptaków na poziomie rodzinnym.

Na przykład nietoperze z rodziny Molossidae są podobne do członków rodziny Hirundinidae (jaskółki i sojusznicy) u ptaków. Obie grupy charakteryzują się szybkim lotem na dużych wysokościach, z podobnymi skrzydłami.

Podobnie, członkowie rodziny Nycteridae zbiegają się pod różnymi względami z ptakami wróblowymi (Passeriformes). Obie latają z małą prędkością i mają zdolność manewrowania przez roślinność.

Aye-aye i gryzonie

Wyjątkowy przykład konwergencji ewolucyjnej można znaleźć, analizując dwie grupy ssaków: wczorajsze i wiewiórki.

Dziś aye-aye (Daubentonia madagascariensis) jest klasyfikowany jako naczelny lemuriform endemiczny dla Madagaskaru. Ich niezwykła dieta składa się w zasadzie z owadów.

Zatem oko-oko ma adaptacje, które były związane z jego nawykami troficznymi, takimi jak ostry słuch, wydłużanie środkowego palca i zęby z rosnącymi siekaczami.

Pod względem protezy pod kilkoma względami przypomina to gryzonia. Nie tylko pod względem wyglądu siekaczy, mają one również niezwykle podobny wzór uzębienia.

Wygląd między dwoma taksonami jest tak uderzający, że pierwsi taksonomiści sklasyfikowali aye-aye, wraz z innymi wiewiórkami, do rodzaju Sciurus.

Bibliografia

1. Doolittle, RF (1994). Zbieżna ewolucja: potrzeba wyraźnego wyrażenia. Trendy w naukach biochemicznych, 19 (1), 15-18.
2. Greenberg, G. i Haraway, MM (1998). Psychologia porównawcza: podręcznik. Routledge.
3. Kliman, RM (2016). Encyklopedia biologii ewolucyjnej. Academic Press.
4. Losos, JB (2013). Przewodnik po ewolucji Princeton. Princeton University Press.
5. McGhee, GR (2011). Ewolucja zbieżna: najpiękniejsze formy ograniczone. MIT Press.
6. Morris, P., Cobb, S. i Cox, PG (2018). Konwergentna ewolucja w Euarchontoglires. Listy biologiczne, 14 (8), 20180366.
7. Rice, SA (2009). Encyklopedia ewolucji. Infobase Publishing.
8. Starr, C., Evers, C. i Starr, L. (2010). Biologia: pojęcia i zastosowania bez fizjologii. Cengage Learning.
9. Stayton CT (2015). Co oznacza konwergentna ewolucja? Interpretacja zbieżności i jej implikacje w poszukiwaniu granic ewolucji. Koncentracja na interfejsie, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH i Specht, CD (2011). Homoplaza: od wykrywania wzorca do określenia procesu i mechanizmu ewolucji. nauka, 331 (6020), 1032-1035.