KONVERGENTNÍ VÝVOJ: Z ČEHO SE SKLÁDÁ A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Konvergentní evoluce je vznik fenotypu podobnosti dvou nebo více linií nezávisle. Obecně je tento vzorec pozorován, když jsou dotčené skupiny vystaveny podobným prostředím, mikroprostředím nebo způsobům života, které se promítají do ekvivalentních selektivních tlaků.

Fyziologické nebo morfologické znaky tedy zvyšují biologickou zdatnost (kondici) a konkurenceschopnost za takových podmínek. Když dojde ke sbližování v určitém prostředí, lze si uvědomit, že tato vlastnost je adaptivního typu. K ověření funkčnosti zvláštnosti jsou však nutné další studie, přičemž se použijí důkazy, které prokazují, že skutečně zvyšují způsobilost populace.

Příklady charakteristik delfínů a ichthyosaurů. Přestože jsou oba velmi podobné, fylogeneticky vzato jsou velmi vzdálené a uvedené vlastnosti byly získány nezávisle.

Zdroj: Skeptický pohled z Wikimedia Commons

Mezi nejvýznamnější příklady konvergentní evoluce patří mimo jiné let u obratlovců, oko u obratlovců a bezobratlých, vřetenové formy u ryb a vodních savců.

Co je konvergentní evoluce?

Představme si, že potkáváme dva lidi, kteří jsou fyzicky docela podobní. Oba mají stejnou výšku, barvu očí a barvu vlasů. Jejich vlastnosti jsou také podobné. Pravděpodobně budeme předpokládat, že oba lidé jsou sourozenci, bratranci nebo snad vzdálení příbuzní.

Přesto by nebylo překvapením, kdybychom zjistili, že mezi námi v našem příkladu není úzký rodinný vztah. Totéž platí ve velkém měřítku v evoluci: někdy podobné formy nesdílejí novějšího společného předka.

To znamená, že v průběhu evoluce mohou být rysy, které jsou podobné ve dvou nebo více skupinách, získány nezávisle.

Obecné definice

Biologové používají dvě obecné definice pro evoluční konvergenci nebo konvergenci. Obě definice vyžadují, aby se dvě nebo více linií vyvinuly znaky podobné sobě navzájem. Definice obvykle zahrnuje termín „evoluční nezávislost“, i když je to implicitní.

Definice se však liší ve specifickém evolučním procesu nebo mechanismu požadovaném pro získání vzoru.

Některé definice konvergence, které postrádají mechanismus, jsou následující: „nezávislý vývoj podobných charakteristik z předků“ nebo „vývoj podobných charakteristik v nezávislých evolučních liniích“.

Navrhované mechanismy

Naproti tomu jiní autoři dávají přednost integraci mechanismu do konceptu koevoluce, aby vysvětlili tento vzorec.

Například „nezávislý vývoj podobných znaků u vzdáleně příbuzných organismů v důsledku vzniku přizpůsobení se podobným prostředím nebo životním formám.“

Obě definice jsou široce používány ve vědeckých článcích a v literatuře. Klíčovou myšlenkou evoluční konvergence je pochopit, že společný předchůdce dotčených linií měl odlišný počáteční stav.

Evoluční důsledky

Podle definice konvergence, která zahrnuje mechanismus (uvedený v předchozí části), to vysvětluje podobnost fenotypů díky podobnosti selektivních tlaků, kterým čelí taxony.

Ve světle evoluce se to interpretuje z hlediska přizpůsobení. To znamená, že vlastnosti, které se získají díky konvergenci, jsou přizpůsobením pro uvedené prostředí, protože by to nějakým způsobem zvýšilo jejich kondici.

Existují však případy, kdy dochází k evoluční konvergenci a vlastnost není adaptivní. To znamená, že příslušné linie nejsou pod stejným selektivním tlakem.

Evoluční konvergence versus paralelismus

V literatuře je obvyklé najít rozdíl mezi konvergencí a paralelismem. Někteří autoři používají evoluční vzdálenost mezi skupinami, které mají být porovnány, aby oddělily tyto dva pojmy.

Opakovaný vývoj znaku ve dvou nebo více skupinách organismů se považuje za paralelismus, pokud se podobné fenotypy vyvíjejí v příbuzných liniích, zatímco konvergence zahrnuje vývoj podobných znaků v oddělených nebo relativně vzdálených liniích.

Další definice konvergence a paralelismu se snaží je oddělit z hlediska vývojových cest obsažených ve struktuře. V této souvislosti konvergentní evoluce vytváří podobné vlastnosti prostřednictvím různých vývojových cest, zatímco paralelní evoluce to dělá prostřednictvím podobných cest.

Rozdíl mezi paralelním a konvergentním vývojem však může být kontroverzní a stává se ještě komplikovanějším, když přejdeme k identifikaci molekulárního základu dané vlastnosti. Přes tyto obtíže jsou evoluční důsledky spojené s oběma koncepty značné.

Konvergence versus divergence

Ačkoli výběr upřednostňuje podobné fenotypy v podobných prostředích, není to jev, který lze použít ve všech případech.

Podobnosti z hlediska tvaru a morfologie mohou vést organismy ke vzájemné soutěži. V důsledku toho výběr upřednostňuje divergenci mezi druhy, které koexistují místně, čímž vytváří napětí mezi stupni konvergence a divergencí očekávanými pro konkrétní stanoviště.

Jednotlivci, kteří jsou blízko a mají významné překrývání mezer, jsou nejsilnějšími konkurenty - na základě jejich fenotypové podobnosti, která je vede k tomu, aby zdroje využívali podobným způsobem.

V těchto případech může divergentní výběr vést k jevu známému jako adaptivní záření, kde linie vede ke vzniku různých druhů s velkou rozmanitostí ekologických rolí v krátkém čase. Podmínky, které podporují adaptivní záření, zahrnují mimo jiné heterogenitu prostředí, nepřítomnost predátorů.

Adaptivní záření a konvergentní evoluce jsou považovány za dvě strany stejné „evoluční mince“.

Na jaké úrovni dochází ke konvergenci?

Při pochopení rozdílu mezi evoluční konvergencí a paralely vyvstává velmi zajímavá otázka: když přirozený výběr upřednostňuje vývoj podobných znaků, vyskytuje se pod stejnými geny nebo může zahrnovat různé geny a mutace, které vedou k podobným fenotypům?

Na základě dosud získaných důkazů se zdá, že odpověď na obě otázky zní ano. Existují studie, které podporují oba argumenty.

Přestože dosud neexistuje konkrétní odpověď na to, proč jsou některé geny v evoluční evoluci „znovu použity“, existuje empirický důkaz, který se snaží tuto záležitost objasnit.

Změny zahrnující stejné geny

Ukázalo se například, že opakovaný vývoj doby květu v rostlinách, rezistence vůči insekticidům u hmyzu a pigmentace u obratlovců a bezobratlých dochází ke změnám zahrnujícím stejné geny.

Pro určité rysy však vlastnost může změnit pouze malé množství genů. Vezměte v úvahu zrak: ke změnám barevného vidění musí nutně dojít u změn souvisejících s opsinovými geny.

Naproti tomu v jiných vlastnostech jsou geny, které je ovládají, početnější. Okolo 80 genů se podílí na době květu rostlin, ale změny byly během evoluce prokázány pouze v několika málo.

Příklady

V roce 1997, Moore a Willmer přemýšlel, jak běžný jev sbližování je.

U těchto autorů zůstává tato otázka nezodpovězena. Tvrdí, že na základě dosud popsaných příkladů existuje relativně vysoká úroveň konvergence. Tvrdí však, že stále existuje značné podceňování evoluční konvergence v organických bytostech.

V evolučních knihách najdeme tucet klasických příkladů konvergence. Pokud si čtenář přeje rozšířit své znalosti o tomto tématu, může nahlédnout do knihy McGheeho (2011), kde najde řadu příkladů v různých skupinách stromu života.

Let na obratlovcích

U organických bytostí je jedním z nejúžasnějších příkladů evoluční konvergence vzhled letu ve třech stavovcích: ptáci, netopýři a nyní zaniklé pterodaktyly.

Ve skutečnosti konvergence v dnešních skupinách létajících obratlovců jde nad rámec toho, aby byly přední končetiny upraveny do struktur, které umožňují let.

Mezi oběma skupinami je sdílena řada fyziologických a anatomických adaptací, jako je charakteristika kratších střev, která, jak se předpokládá, snižují hmotnost jednotlivce během letu, což je méně nákladné a působivější.

Ještě překvapivější je, že různí vědci našli evoluční konvergenci uvnitř skupin netopýrů a ptáků na úrovni rodiny.

Například netopýři v čeledi Molossidae jsou podobní členům čeledi Hirundinidae (vlaštovky a spojenci) u ptáků. Obě skupiny se vyznačují rychlým letem, ve vysokých nadmořských výškách, vykazujícím podobná křídla.

Podobně členové čeledi Nycteridae se v různých ohledech sbližují s ptáky (Passeriformes). Oba létají nízkými rychlostmi a mají schopnost manévrovat vegetací.

Aye-aye a hlodavci

Vynikající příklad evoluční konvergence se nachází při analýze dvou skupin savců: aye-včera a veverky.

Dnes je aye-aye (Daubentonia madagascariensis) klasifikována jako lemuriformní primát endemický na Madagaskaru. Jejich neobvyklá strava je v podstatě tvořena hmyzem.

Aye-aye má tedy adaptace, které souvisejí s jeho trofickými zvyky, jako je akutní sluch, prodloužení prostředního prstu a zubů s rostoucími řezáky.

Pokud jde o zubní protézu, podobá se hlodavci několika způsoby. Nejen ve vzhledu řezáků, ale také sdílejí mimořádně podobný zubní recept.

Vzhled mezi dvěma taxony je tak pozoruhodný, že první taxonomové klasifikovali aye-aye, spolu s ostatními veverkami, do rodu Sciurus.

Reference

1. Doolittle, RF (1994). Konvergentní vývoj: potřeba být explicitní. Trends in biochemical Sciences, 19 (1), 15-18.
2. Greenberg, G., a Haraway, MM (1998). Srovnávací psychologie: Příručka. Routledge.
3. Kliman, RM (2016). Encyklopedie evoluční biologie. Academic Press.
4. Losos, JB (2013). Princetonský průvodce evolucí. Princeton University Press.
5. McGhee, GR (2011). Konvergentní vývoj: nejkrásnější omezené formy. MIT Stiskněte.
6. Morris, P., Cobb, S., & Cox, PG (2018). Konvergentní vývoj v euarchontoglirech. Biology dopisy, 14 (8), 20180366.
7. Rice, SA (2009). Encyklopedie evoluce. Infobase Publishing.
8. Starr, C., Evers, C. a Starr, L. (2010). Biologie: koncepce a aplikace bez fyziologie. Cengage Learning.
9. Stayton CT (2015). Co znamená konvergentní evoluce? Interpretace konvergence a její důsledky při hledání mezí evoluce. Zaostření na rozhraní, 5 (6), 20150039.
10. Wake, DB, Wake, MH a Specht, CD (2011). Homoplazie: od detekce vzoru k určení procesu a mechanismu evoluce. Science, 331 (6020), 1032-1035.