Konvergentná evolúcia: definícia, príčiny a príklady analógie medzi druhmi
Konvergentná evolúcia: čo spôsobuje analógie medzi druhmi? Zistite definíciu, hlavné príčiny a pútavé príklady nezávislých adaptácií v prírode.
Konvergentná evolúcia je proces v biológii. Nastáva vtedy, keď sa u dvoch druhov z nepríbuzných línií vyvinú rovnaké znaky alebo vlastnosti. Stáva sa to preto, lebo žijú v podobnom prostredí a musia vyvíjať riešenia rovnakého druhu problémov.
Podobnosť znakov môže nastať dvoma spôsobmi. Obidva druhy mohli získať danú vlastnosť pôvodom od spoločného predka. V tomto prípade sú štruktúry homologické. Príkladom je končatina tetrapodov, ktorá bola zdedená od prvých tetrapodov na konci devónu/začiatku karbónu, približne pred 360 miliónmi rokov. Na druhej strane môže ísť v oboch prípadoch o nezávislé adaptácie na podobné podmienky v ich životnom prostredí. V tomto prípade sú štruktúry analogické. Konvergentná evolúcia vedie k analogickým znakom.
Prečo dochádza ku konvergencii?
- Podobné selekčné tlaky: keď rôzne línie organizmov čelia rovnakému prostrediu (napr. púšť, vysokohorské podmienky, rýchlo tečúca voda), prírodný výber preferuje podobné adaptácie.
- Fyzikálne a ekologické obmedzenia: existujú len určité efektívne riešenia (napr. hydrodynamický tvar tela pre rýchly pohyb vo vode), takže evolúcia vedie k podobným tvarom.
- Vývojové a genetické predispozície: niekedy sú v rámci skupín dostupné podobné genetické alebo vývojové „nástroje“, ktoré uľahčujú vznik konkrétnych zmien — tento jav sa niekedy nazýva deep homology.
- Náhodné mutácie a opakované riešenia: rovnaké alebo podobné mutácie sa môžu nezávisle objaviť v rôznych líniách, ak vedú k výhodným fenotypom.
Rozdiel medzi konvergentnou a paralelnou evolúciou
Termíny sa často používajú zameniteľne, ale rozlišuje sa:
- Paralelná evolúcia: podobné vlastnosti vzniknú nezávisle v relatívne príbuzných líniách a často sú výsledkom zmien v podobných génoch alebo vývojových dráhach.
- Konvergentná evolúcia: podobné vlastnosti vzniknú u vzdialene príbuzných alebo úplne nepríbuzných skupín a zvyčajne cez odlišné genetické riešenia alebo vývojové mechanizmy.
Bežné príklady konvergentnej evolúcie
- Oko typu „camera“ u hlavonožcov a stavovcov: oči sépií a ľudí majú veľmi podobnú stavbu (čo umožňuje ostré videnie), avšak vznikli nezávisle a majú odlišné vývojové pozadie.
- Echolokácia u netopierov a uškatcov/ozubencov: schopnosť orientovať sa pomocou ultrazvuku sa vyvinula nezávisle v rôznych skupinách cicavcov.
- Hydrodynamický tvar tela u delfínov a žralokov: podobné torpédovité telo pre rýchly pohyb vo vode vzniklo u cicavcov aj rýb samostatne.
- Súkulentné rastliny: kaktusy (Amerika) a euphorbie (Afrika) majú podobné prispôsobenia na suché prostredie napriek tomu, že nie sú blízko príbuzné.
- Marsupialne vs placentálne „ekvivalentné“ druhy: napr. tasmanský tiger (thylacine) a psovité šelmy — podobné telesné plány vznikli u odlišných skupín cicavcov žijúcich v podobných ekologických nikách.
- Molekulárna konvergencia: napríklad podobné adaptívne zmeny v proteínoch (prestin u echolokačných cicavcov a cetáceí) alebo nezávislý vznik antifreeze proteínov u rýb v rôznych polárnych oblastiach.
Ako sa konvergencia zistí a prečo je dôležitá
- Filogenetické analýzy: porovnávanie DNA a vytváranie rodokmeňov pomáha odhaliť, či je podobnosť dôsledkom spoločného pôvodu alebo nezávislého vývoja.
- Komparatívna morfológia a embryológia: štúdium detailnej stavby a vývoja štruktúr ukáže, či majú spoločný pôvod.
- Význam pre klasifikáciu: konvergentné znaky (homoplázie) môžu miasť pri určovaní príbuznosti podľa vonkajších znakov, preto sa dnes pri rekonštrukcii evolučných vzťahov kladie dôraz na molekulárne dáta.
- Pochopenie adaptácie a predvídateľnosti evolúcie: časté opakovanie podobných riešení naznačuje, že evolúcia nie je úplne náhodná — pri podobných podmienkach často „vyberie“ podobné riešenia.
Ďalšie poznámky
Konvergentné znaky sú analogické, nie homologické — znamená to, že plnia podobnú funkciu alebo majú podobný vzhľad, ale nevznikli zdedením od spoločného predka. Pri detailnom porovnaní (anatómiou alebo génovou úrovňou) často nájdeme rozdiely v stavebnom pláne alebo v génových mechanizmoch, ktoré potvrdzujú nezávislý pôvod.
Konvergentná evolúcia preto poskytuje silný dôkaz o sile prírodného výberu a obmedzení fyzikálnych a biologických zákonitostí — rôzne živé línie často dochádzajú k podobným „riešeniam“ pri podobných ekologických výzvach.
Tieto dva rody sukulentných rastlín, Euphorbia a Astrophytum, sú len vzdialene príbuzné. Nezávisle od seba sa zjednotili na veľmi podobnej forme tela
Príklady
- Krídla: krídla hmyzu, vtákov, netopierov a pterosaurov sú si do istej miery podobné. Všetky sú najmä tenké a silné, s veľkou plochou. Krídlami možno mechanicky pohybovať pravidelným spôsobom tak, aby vytvárali vztlak; a tak ďalej. V každom prípade sa krídla vyvinuli samostatne, takže ich tvar odráža určité fyzické potreby. Všetky tri väčšie živočíchy majú izoláciu a reguláciu teploty, a teda aj vysokú rýchlosť metabolizmu. Ten je potrebný aj na let, ktorý si vyžaduje veľké množstvo energie.
- Oči: Jedným z najznámejších príkladov konvergentnej evolúcie je oko s kamerou u hlavonožcov (napr. chobotnice), stavovcov (napr. cicavce) a cnidaria (napr. škatuľky). Ich posledný spoločný predok mal jednoduchú fotorecepčnú škvrnu, ale celý rad procesov viedol k postupnému zdokonaľovaniu tejto štruktúry až po pokročilé oko s kamerou. Podobnosť štruktúr vo väčšine aspektov napriek zložitej povahe orgánu ilustruje, ako môžu existovať niektoré biologické výzvy, ktoré majú optimálne riešenie.
- Nektárkožrúti: Štyri skupiny spevavcov z rôznych čeľadí v rôznych krajinách sa špecializujú na požieranie nektáru. Sú to kolibríky (Trochilidae; Amerika), slniečkovité (Nectariniidae; Južná Afrika), medovníkovité (Meliphagidae; Austrália) a medovníkovité (Drepanididae; Havaj).p224 Majú podobné prispôsobenie, pretože všetky používajú jazyk na konzumáciu nektáru zo stredu kvetov.
- Supy starého a nového sveta pochádzajú z rôznych, hoci príbuzných rodín. Supy starého sveta pochádzajú z čeľade Accipitridae, do ktorej patria aj orly, kane, myšiaky a jastraby. Supy starého sveta vyhľadávajú mŕtvoly výlučne zrakom. Supy nového sveta patria do čeľade Cathartidae a používajú čuch aj zrak. Oba druhy sú veľké, vznášajúce sa vtáky, ktoré sa špecializujú na kŕmenie mŕtvych tiel. Majú silný zobák, dlhý krk bez peria, silné žalúdočné kyseliny, rozsiahle obilie na uskladnenie potravy počas jedenia atď. Tieto vlastnosti sa vyvinuli nezávisle.
- Tvar veľkých, rýchlo sa pohybujúcich vodných živočíchov smeruje k torpédovitému tvaru: tuniaky, žraloky, delfíny, kosatky, ichtyosaury majú podobný tvar. Tento prúdnicový tvar znižuje odpor pri pohybe vo vode. Plutvy niektorých (ichtyosaury, žraloky) sa vyskytujú na rovnakých miestach tela. K tomuto tvaru dospeli z veľmi odlišných východiskových bodov.
- Životný štýl šabľozubej mačky sa u cicavcov vyvinul nezávisle najmenej päťkrát.
Príkladov konvergentnej evolúcie je nesmierne veľa: je to dôležitá črta evolúcie.
Paralelne
Paralelofylia je špeciálny prípad, keď dve alebo viac línií s blízkym spoločným predkom získajú nezávisle rovnaký znak. Cichlidy v jazere Tanganika vo východnej Afrike si vyvinuli rovnaký spôsob kŕmenia v šiestich rôznych líniách. Stopkaté oči sa u akalyptérnych múch vyskytujú nepravidelne a nezávisle. Je zrejmé, že zdedili genetickú schopnosť pre takéto oči. Táto schopnosť je selektovaná len v niektorých líniách. p62, 225
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to konvergentný vývoj?
Odpoveď: Konvergentná evolúcia je proces v biológii, pri ktorom sa u dvoch druhov pochádzajúcich z rôznych línií vyvinú rovnaké znaky alebo vlastnosti v dôsledku toho, že žijú v podobnom prostredí a musia vyvíjať riešenia rovnakého druhu problémov.
Otázka: Prečo dochádza ku konvergentnej evolúcii?
Odpoveď: Dochádza k nej preto, lebo dva druhy žijú v podobnom prostredí a musia vyvíjať riešenia rovnakého druhu problémov.
Otázka: Ako môže dôjsť k podobnosti znakov?
Odpoveď: Podobnosť znakov môže nastať dvoma spôsobmi. Obidva druhy mohli znak získať potomstvom od spoločného predka, alebo môže ísť o nezávislé adaptácie na podobné podmienky v ich biotopoch.
Otázka: Čo sú homologické štruktúry?
Odpoveď: Homológne štruktúry sú štruktúry, ktoré sú podobné, pretože oba druhy získali túto vlastnosť od spoločného predka.
Otázka: Uveďte príklad homologickej štruktúry.
Odpoveď: Príkladom homologickej štruktúry je končatina tetrapodov, ktorá bola zdedená od prvých tetrapodov na konci devónu/začiatku karbónu, teda asi pred 360 miliónmi rokov.
Otázka: Čo sú to analogické štruktúry?
Odpoveď: Analogické štruktúry sú štruktúry, ktoré sú podobné, pretože sú nezávislými adaptáciami na podobné podmienky v ich životnom prostredí.
Otázka: K čomu vedie konvergentná evolúcia?
Odpoveď: Konvergentná evolúcia vedie k analogickým znakom.
Prehľadať