Типы, формы и правила эволюции групп. Ароморфозы и параллельная эволюция Параллелизм примеры биология растения и животные

Описание

В результате параллельной эволюции признаки сходства различных групп, которые приобретены вторично, будто накладываются на их сходство, обусловленное общим происхождением. Так возникает особая категория сходства органов у разных видов - гомология .

Возникновение параллелизма связано с сохранением близкородственными группами организмов определенной генетической общности, а также сходства процессов онтогенеза и его регуляции. Параллелизм начинается с дивергенции . В генофондах родственных видов закономерно появляются подобные (гомологичные) мутации (закон гомологических рядов наследственной изменчивости , установленный Н. И. Вавиловым). При условии действия на популяции родственных видов подобно направленного естественного отбора изменения этих популяций идут подобными путями, что проявляется в виде параллелизма.

Примеры параллелизма

Параллелизм широко распространен в филогенезе различных групп организмов.

Вероятно, путём параллельной эволюции развивались приспособления к водному образу жизни в трёх линиях эволюции ластоногих (моржи , ушастые и настоящие тюлени). У нескольких групп крылатых насекомых передние крылья превратились в надкрылья . У разных групп кистепёрых рыб развивались признаки земноводных . В нескольких группах терапсид параллельно развивались признаки

Существует три формы эволюции. Дивергенция основана на схожести гомологических органов, конвергенция - аналогичных органов. Третьей формой эволюции является параллелизм.

В биологии это такой процесс, в котором происходит развитие, связанное с приобретением похожих признаков и качеств, которые развиваются независимо и основываются на гомологичных зачатках.

Параллельная эволюция и видообразование

Параллельное видообразование - это тип параллельной эволюции, в которой репродуктивная несовместимость близкородственных популяций определяется чертами, самостоятельно развивающимися из-за адаптации в различных средах. Эти репродуктивно несовместимы, и только те популяции, которые живут в сходных экологических условиях, имеют меньше шансов стать репродуктивно изолированными.

Форма эволюции

Параллелизм в биологии описывает, как независимые разновидности приобретают сходные характеристики за счет их эволюции в сходных экосистемах, но не в одно и то же время (например, спинные плавники акул, китообразных и ихтиозавров). Определение признака имеет решающее значение при выяснении того, рассматривается ли изменение как расходящееся, сходящееся или параллельное.

Исходя из этого, параллелизм в биологии - это развитие сходной черты у родственных, но отдельных видов, имеющих одного и того же общего предка.

Учет гомологии морфологических структур

Учитывать стоит также и гомологию морфологических структур. Например, у многих насекомых есть две пары летающих крыльев. Но у жуков первая пара крыльев затвердевает в надкрылья, а вторая используется в полете, в то время как у мух вторая пара крыльев редуцируется в маленькие недоузлы, используемые для равновесия.

Если две пары крыльев считаются взаимозаменяемыми, гомологичными структурами, это можно охарактеризовать как параллельное сокращение числа крыльев, но в остальном два изменения происходят с разными расхождениями в одной паре крыльев.

Параллелизм в биологии: характеристика и примеры

Примером параллелизма является и сходство осевого скелета ихтиозавра и дельфина. Для этой формы эволюции характерным является возникновение у неродственных организмов похожих характеристик или адаптивных механизмов из-за природы окружающей их среды.

Или, иными словами, параллелизм в биологии наблюдается при аналогичных условиях, результатом которых является формирование подобных приспособлений. Морфологии (или структурные формы) двух или более линий развиваются вместе схожим образом в параллельной эволюции, а не расходятся (как при конвергенции) или не сходятся (как при дивергенции) в определенный момент времени.

Одним из примеров являются комплексы моделей оперения, которые развились независимо у разных видов птиц. Можно назвать и ругие примеры:

• В царстве растений наиболее знакомыми образцами параллельной эволюции являются похожие формы листьев, которые снова и снова появляются в отдельных родах и семьях.
• Бабочки имеют много общего в моделях окраски крыльев как внутри одного вида, так и среди семей.
• Древние и современные дикобразы разделяют общего предка, у обоих развивались поразительно сходные структуры тела. Это также является примером конвергентной эволюции, так как как аналогичные структуры эволюционировали у ежа и ехидны.
• Некоторые вымершие архозавры развили вертикальную позу и, вероятно, были теплокровными. Эти две характеристики также встречаются у большинства млекопитающих.
• Интересно, что современные крокодилы и дополнительную, так называемую левую артерию, что также характерно для трианских млекопитающих.
• У вымерших птерозавров и птиц были развиты оба крыла, а также клюв, но не от общего предка.
• независимо развилось у акул, некоторых амфибий и амниотов.

Есть, кстати, и достаточно необычные примеры параллелизма в биологии. Так, глаз осьминога имеет ту же сложную структуру, что и человеческий. Это является достаточно необычным, поскольку два вида развивались в то время, когда животные превращались в позвоночных и беспозвоночных.

Параллелизм в биологии - это появление в эволюции живых существ сходных признаков и свойств, которые формируются из одинаковых зачатков и на единой генетической основе, однако это происходит независимо друг от друга.

Основное отличие от конвергенции

Но данную форму следует отличать от конвергенции - когда похожие признаки появляются тоже независимо, но при этом генетическая основа для их появления - разная. И там, и там имеют место общие черты в строении тела, но виды животных при этом отличаются.

В переводе с греческого, parallelos означает "рядом идущий". Параллелизм в биологии - это генетически близких групп на основе особенностей, которые были унаследованы ими от общих предков. Определенные схожие черты и свойства в параллелизме позволяют указать на единство происхождения данных живых организмов, а также на наличие подобных условий и сред обитания.

Публикация произведена при поддержке учебного центра «Бест+». Учебный центр «Бест+» предлагает записаться на курсы изучения иностранных языков для людей различных возрастов и навыков владения языком. Записавшись на курсы английского для начинающих от учебного центра «Бест+», Вы получите возможность по выгодной цене пройти высококачественное обучение у лучших специалистов Москвы, а также преподавателей из Европы и Америки. Подробнее ознакомиться с предложением учебного центра «Бест+» и подать заявку на обучение онлайн, можно на сайте http://bestudyplus.ru/

Известный палеоботаник В.А. Красилов считает, что разные группы покрытосеменных произошли параллельно и независимо от разных групп продвинутых голосеменных – проангиоспермов. Так, Красилов называет ряд групп голосеменных, которые в мезозое параллельно приобретали многие признаки покрытосеменных. Вот цитата из его статьи: «Разнообразные проангиоспермы входили в состав одних и тех же растительных сообществ и подвергались давлению одних и тех же факторов среды. Однако нельзя утверждать, что лишь какая-то одна линия проангиоспермов дала начало всем покрытосеменным. Мы можем констатировать лишь то, что признаки различных групп покрытосеменных появляются не в одной, а в нескольких линиях проангиоспермов.

Палеонтологическая летопись свидетельствует о независимом происхождении основных эволюционных линий покрытосеменных от разных проангиоспермов, которые, в свою очередь, происходят от птеридоспермов, беннеттитов и других древних голосеменных. В генетическом плане цветковые, таким образом, унаследовали значительную часть развивавшегося в течение многих миллионов лет генофонда семенных растений. В этом основа их исключительно высокого биологического разнообразия и больших эволюционных потенций».

Экзоциклизация морских ежей

Последний пример, на этот раз из истории группы, которой я непосредственно занимаюсь (морские ежи). У правильных морских ежей анальное отверстие (перипрокт) расположено на вершине панциря и окружено пластинками апикальной системы, от которых радиально расходятся ряды пластинок – амбулакры и интерамбулакры.

Начиная с юры в нескольких группах правильных ежей независимо возникает тенденция к смещению перипрокта назад. Это было связано с переходом к детритофагии: объем пропускаемого через кишечник материала резко увеличился и стало крайне невыгодно иметь перипрокт на макушке панциря.

Смещение перипрокта назад требовало перестройки апикальной системы, а вместе с ней и всей архитектуры панциря, поскольку апикальные пластинки в ходе онтогенеза как бы отпочковывают от себя все остальные пластинки панциря. В разных линиях параллельно развивавшихся морских ежей (детритофагов) эти перестройки происходили очень по-разному. Устоявшаяся древняя связь между перипроктом и апикальной системой не могла быть сразу отменена. Потребность сместить перипрокт подальше назад приводила к появлению разнообразных, в том числе аберрантных, форм с различными дополнительными пластинками; иногда апикальная система буквально разрывалась пополам и т.д.

В итоге окончательное отделение перипрокта произошло параллельно как минимум в пяти разных эволюционных линиях. На рисунке показана кладограмма, построенная нами на основе новейших данных по морфологии примитивных юрских неправильных ежей. Весь этот процесс смещения перипрокта назад и его отделения от апикальной системы мы назвали экзоциклизацией, потому что апикальная система с перипроктом внутри называется эндоциклической, а когда перипрокт выходит из нее, она называется экзоциклической.

На рисунке показаны две аберрантные формы, возникшие в ходе экзоциклизации. У одной из них апикальная система окончательно разорвалась пополам, что привело к совершенно новому, необычному расположению амбулакров. Задняя половинка апикальной системы пока еще остается в контакте с перипроктом. У второй формы апикальная система необычайно разрослась, вытянулась, и в ней появилось несколько новых длинных пластинок. Из этих двух форм первая (дизастеридные морские ежи с разорванной апикальной системой, к которым относится Metaporinus ) оказалась перспективной, и от нее произошли два больших современных отряда. Причем задняя половинка апикальной системы в итоге все-таки отделилась от перипрокта и воссоединилась с передней половиной. А вторая форма (Desorella , сем. Menopygidae ) оказалась тупиковой и вымерла.

На следующем рисунке показан типичный неправильный морской еж после успешного завершения экзоциклизации. Апикальная система снова «собралась» вместе и вернулась в свое исходное положение на макушке панциря, а перипрокт оказался сдвинут на задний конец.

Параллельная эволюция, разумеется, происходит не только во время ароморфозов. В параллелизмах ярко проявляется закономерный, неслучайный характер эволюции. Это довольно трудно согласовать с одной из главных догм «неодарвинизма», говорящей о том, что все эволюционные изменения основаны на отборе случайных, ненаправленных мутаций. Может ли направленный процесс идти на основе случайных, хаотических мутаций?

Параллелизмы на разобщенных материках: Южная Америка

Всем известны примеры возникновения похожих наборов жизненных форм на разобщенных континентах. Например, Южная Америка долгое время была изолирована от других материков (от северных материков – весь кайнозой; в олигоцене отделилась от Антарктиды; в плиоцене соединилась с Северной Америкой), но еще до наступления полной изоляции туда проникли примитивные плацентарные млекопитающие – кондиляртры (древние копытные); были там и сумчатые. Эволюция кондиляртр протекала далее независимо в Южной Америке, Старом Свете и Северной Америке. В результате на Большой земле кондиляртры дали начало отрядам парно- и непарнокопытных. В Южной Америке расцвели другие отряды копытных, произошедшие от тех же кондиляртр – нотоунгуляты, литоптерны, астрапотерии и пиротерии.

Среди этих «южных копытных» появились формы, поразительно схожие с настоящими лошадьми, носорогами, верблюдами, зайцами и даже слонами. Причем у лошадеподобных литоптерн редукция пальцев ног и увеличение среднего пальца с копытом происходила практически так же, как у настоящих лошадей. В Южной Америке процветали также и сумчатые, быстро вымершие на Большой земле. Среди сумчатых тоже появились жизненные формы, удивительно похожие на некоторых североамериканских и азиатских зверей. Один из ярких примеров – сумчатый саблезубый тигр тилакосмилус, копия настоящих саблезубых тигров. Тилакосмилус хоть и был сумчатым, занимал ту же экологическую нишу и охотился на крупных толстокожих южных копытных.

Параллельная эволюция в высыхающем Арале

Поразительные примеры параллельной эволюции наблюдались в последние годы в гибнущем Аральском море. Как известно, сейчас Арала как единого водоема уже не существует: он разделился на два изолированных, быстро высыхающих озера – Большой и Малый Арал (на рисунке показана береговая линия 1992 г.).

В обоих водоемах резко выросла соленость, что привело к вымиранию большей части видов животных и растений. Однако некоторые двустворчатые моллюски сумели выжить. Резкая перемена условий привела к тому, что уцелевшие виды начали быстро эволюционировать. У них резко возросла изменчивость и появились целые «пучки» новых форм, причем различия между этими новыми формами и исходными видами порой очень значительны (такая степень различий характерна для разных родов, а иногда и семейств двустворчатых моллюсков). Массовое вымирание освободило множество ниш. Например, вымерли все моллюски-фильтраторы (тогда как многие зарывающиеся грунтоеды уцелели). Пустующие ниши стали буквально «втягивать» в себя выживших моллюсков, которые ранее вели совсем другой образ жизни.

В результате зарывающиеся грунтоеды из рода Cerastoderma буквально на глазах изумленных исследователей стали вылезать на поверхность грунта и превращаться в фильтраторов (при этом в строении их раковины происходили соответствующие изменения). Самое интересное, что все эти эволюционные процессы протекали очень сходным образом в двух разобщенных водоемах – и в Большом, и в Малом Арале!

К сожалению, этот уникальный эволюционный эксперимент уже закончился, и закончился трагически, как и следовало ожидать от последствий неразумного вмешательства человека в природу. Соленость в Большом Арале недавно достигла непереносимого для моллюсков уровня в 6%, что привело к их полному вымиранию. Возможно, в Малом Арале они проживут еще какое-то время, но сравнивать их эволюцию уже не с кем…

Причины параллелизмов

Какие же причины заставляют эволюцию идти похожими путями в разных группах и в разных местах?

Конечно, большую роль здесь играет принципиальное сходство в строении основных типов сообществ, или биоценозов; сходство наборов экологических ниш в разных сообществах. Обитание в сходных нишах приводит к тому, что организмы приобретают сходные черты строения.

К тому же появляется все больше свидетельств, что «случайные и ненаправленные» мутации, которые, согласно господствующим представлениям, являются единственным источником материала для отбора, в действительности, возможно, вовсе не такие уж «случайные». Конечно, природе часто приходится действовать «методом случайного поиска», но она всячески старается этот метод оптимизировать, как, например, в случае формирования новых специфических антител в иммунной системе.

Ну и, наверное, главное – само строение организма как системы, обладающей сложной структурой, во многом предопределяет пути его возможных эволюционных изменений.

В связи с этим надо упомянуть концепцию ключевого ароморфоза, согласно которой некоторые ключевые адаптации открывают путь для целого каскада достаточно строго детерминированных направленных преобразований.

Хочу привести цитату из комментариев Рене Тома к лекциям Уоддингтона (На пути к теоретической биологии. – М.: Мир, 1970).

«Напомним возражение – весьма обоснованное, – которое выдвигают телеологи против механистической теории эволюции: если эволюция направляется случайными мутациями, то каким образом она могла обеспечивать образование все более и более сложных структур вплоть до человека? Я думаю, что существует лишь один способ отвести это возражение, да и тот могут назвать идеалистическим. Когда математик Эрмит писал Стильтьесу: «Мне кажется, что числа существуют вне нас и оказывают на нас столь же неизбежное и необходимое влияние, как натрий и калий», он, на мой взгляд, зашел не так уж далеко. Существование натрия или калия обусловлено наличием соответствующей формальной структуры, обеспечивающей стабильность атомов Na или К. В случае простого элемента, например молекулы водорода, можно легко объяснить такую структуру с точки зрения квантовой механики; в случае же атомов Na или К дать такое объяснение гораздо труднее, хотя нет никаких оснований сомневаться в существовании подобной структуры. Я думаю, что в биологии также существуют формальные структуры и даже геометрические единицы, определяющие единственно возможные формы, к которым может привести динамическая система самовоспроизведения в данной среде».

Закономерная повторяемость в неповторимом живом многообразии

В связи с этим сравнением дискретности и предопределенности свойств химических элементов с дискретностью и предопределенностью эволюционных процессов нельзя не вспомнить слова одного ботаника, сказанные в 1920 г. на съезде селекционеров в Саратове после доклада Н.И. Вавилова об открытой им закономерности, которая получила название «закона гомологических рядов наследственной изменчивости». Когда зал разразился овацией, один из присутствующих произнес сакраментальную фразу: «Это биологи приветствуют своего Менделеева».

По-видимому, в вавиловских рядах действительно проявляется какой-то очень общий закон развития сложных систем (не только биологических!). Система, состоящая из взаимосвязанных элементов (блоков), может существовать в различных устойчивых состояниях, переходя из одного в другое, но число этих состояний ограниченно, а их характер определяется свойствами элементов и структурой их взаимодействий.

Дискретный и упорядоченный характер изменчивости накладывает жесткие ограничения на эволюционные возможности организмов. Сходная изменчивость предопределяет сходство эволюционных изменений у разных групп, а ограниченное число возможных вариаций ограничивает и число возможных путей эволюционного развития.

IV форма филогенеза.

Параллельная эволюция - это независимое образование сходных признаков у родственных организмов.

Сходство объясняется родственным и приспособительным свойством к сходным условиям существования.

Различия связаны с процессом дивергенции родственных организмов.

К примеру, представители 3-х семейств 1-го отряда ластоногих: морской котик, морж и тюлень.

Наблюдается сходное строение тела и конечностей. Это сходство объясняется общностью происхождения и способ плавания.

Различают 2 вида параллелизма:

1. Синхронный параллелизм. Возникает у организмов в одно и то же время (эволюция 2-х групп копытных млекопитающих: вымершие представители отряда липтотерна . Οʜᴎ обитали в Южной Америке и 2-я группа обитала являлась предками современной лошади). Οʜᴎ берут начало от пятипалого представителя. Переход к степному образу жизни привело к однопалой конечности.

2. Асинхронный параллелизм. Это независимое развитие в сходном направлении филогенетических близких групп животных в разное время. Возникновение саблезубых хищников в разные формы млекопитающих. Саблезубые хищники возникали не один раз.

Саблезубые клеадонты.

В плеацее в Южной Америке существовал сумчатый саблезубый.

В преоцене - настоящие саблезубые вытеснили сумчатых.

Различные виды пшеницы. Возникли яровые и др. Формы растений.

Ярко проявляется закон гомологичных рядов наследственной изменчивости по Вавилову.

Чем ближе связи организмов к родственным, тем чаще у них проявляется сходная гомологичная изменчивость.

Часто встречающиеся путь филогенеза - явление носит название дивергентная эволюция.