Ключевые инновации
В эволюционной биологии ключевая инновация , также известная как адаптивный прорыв или ключевая адаптация , представляет собой новый фенотипический признак, который обеспечивает последующее распространение и успех таксономической группы. Обычно они привносят новые способности, которые позволяют таксонам быстро диверсифицироваться и захватывать ниши , которые ранее были недоступны. Это явление помогает объяснить, почему некоторые таксоны гораздо более разнообразны и имеют гораздо больше видов, чем родственные им таксоны .Этот термин был впервые использован в 1949 году Олденом Х. Миллером, который определил его как «ключевые изменения в морфологическом и физиологическом механизме, которые необходимы для возникновения новых основных групп». [1] хотя более широкое современное определение гласит, что «ключевая инновация - это эволюционное изменение индивидуальных черт, которое причинно связано с увеличением степени диверсификации образовавшейся клады». [2]
Теория ключевых инноваций подверглась нападкам, поскольку ее трудно проверить с научной точки зрения, но существуют доказательства, подтверждающие эту идею. [3]
Механизм
[ редактировать ]Механизм, с помощью которого ключевая инновация приводит к таксономическому разнообразию, не определен, но было предложено несколько гипотез: [2]
Повышение индивидуальной физической подготовки
[ редактировать ]Ключевое нововведение может, повышая приспособленность особей вида, привести к тому, что вымирание станет менее вероятным и позволит таксонам расширяться и видообразоваться . [2]
Каналы из латекса и смолы в растениях используются для отпугивания хищников, выделяя при проколе липкий секрет, который может обездвижить насекомых, а некоторые из них содержат токсичные вещества или вещества с неприятным вкусом. Они развивались независимо примерно 40 раз и считаются ключевым нововведением. Повышая устойчивость растений к хищникам, каналы повышают приспособленность видов и позволяют им избежать поедания, по крайней мере, до тех пор, пока хищник не разовьет способность преодолевать защиту. В период устойчивости растения с меньшей вероятностью вымирают и могут диверсифицироваться и видообразоваться, и поэтому таксоны с латексными и смоляными каналами более разнообразны, чем их каналы, лишенные сестринских таксонов. [2]
Новое вторжение в нишу
[ редактировать ]
Ключевое нововведение может позволить виду проникнуть в новый регион или нишу и, таким образом, освободиться от конкуренции, что сделает возможным последующее видообразование и распространение .
Классическим примером этого является четвертый бугорок коренных зубов млекопитающих , гипоконус , который позволял ранним предкам млекопитающих эффективно переваривать свою общую диету. Предшественники этого явления — триконодонтные зубы рептилий — были приспособлены для захвата и разрезания, а не жевания.Эволюция гипоконуса и плоских коренных зубов позже позволила животным адаптироваться к травоядной диете, поскольку их можно было использовать для расщепления твердых растительных веществ путем измельчения.Эволюция этой способности привела к тому, что млекопитающие смогли адаптироваться к использованию огромного разнообразия источников пищи. [4] и позволило ранним млекопитающим занять новые ниши посредством эволюции специализированных травоядных животных, которые добились относительного успеха в среднем эоцене . Специализация на растительной диете предлагала ранним травоядным животным достаточные ресурсы для излучения, поскольку энергия не терялась на более высокие трофические уровни, и в то время существовало мало конкурентов. [4]
Репродуктивная изоляция
[ редактировать ]
Ключевое нововведение может привести к репродуктивной изоляции, в результате чего особи, обладающие нововведением, больше не размножаются с теми, у кого его нет. Это может привести к быстрому видообразованию, поскольку две популяции разделяются и накапливают мутации.
По этой причине нектарные шпорцы аквилегии , разнообразного рода цветковых растений, считаются ключевым нововведением. Нектар способствует опылению, перемещая нектар дальше от тычинок, гарантируя, что насекомые или птицы -опылители собирают пыльцу при доступе к ней. Это привело к быстрому видообразованию внутри рода, поскольку растения и их опылители могут специализироваться друг на друге, т.е. вид опылителей питается исключительно одним видом растений, и, таким образом, популяции растений могут легко стать репродуктивно изолированными друг от друга. Кроме того, форма и размер нектарной шпоры могут меняться в ответ на адаптацию опылителей, развивая коэволюционные отношения. Род Aquilegia насчитывает более 50 видов. [3]
Критика
[ редактировать ]Как эволюционная теория, ключевые инновации подверглись критическому анализу из-за того, что их трудно проверить. Идентификация зависит от обнаружения корреляции между инновациями и возросшим разнообразием путем сравнения сестринских таксонов, но это не доказывает причинно-следственную связь и не изолирует другие причины разнообразия, такие как стохастичность или среда обитания, и можно «отобрать вишнёвые» примеры, соответствующие гипотезе. [5] Кроме того, ретроспективная идентификация ключевых инноваций мало что дает с точки зрения понимания процессов и давления, которые привели к адаптации, и может идентифицировать очень сложный эволюционный процесс как единое событие. в 1963 году назвал ключевым нововведением Примером этого является эволюция полета птиц, которую Эрнст Майр . [6] Однако в физиологии птичьего предка должны были произойти отдельные эволюционные изменения, включая увеличение мозжечка , увеличение и окостенение грудины а также . Эти адаптации возникли отдельно, с разницей в миллионы лет. [5] не в один шаг.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Миллер, Олден (22 ноября 1949 г.). «Некоторые экологические и морфологические соображения в эволюции высших таксономических категорий». Орнитология как биологическое знание . стр. 84–88.
- ^ Jump up to: а б с д Слышал, СБ; Хаузер, Д.Л. (1995). «Ключевые эволюционные инновации и их экологические механизмы». Историческая биология . 10 (2): 151–173. дои : 10.1080/10292389509380518 .
- ^ Jump up to: а б Ходжес, С.А. Арнольд, ML (1995). «Стимулирование диверсификации растений: являются ли цветочные нектары ключевой инновацией?». Труды: Биологические науки . 262 (1365): 343–348. дои : 10.1098/rspb.1995.0215 . S2CID 86823646 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Хантер, Дж. П. Джернвалл, Дж. (1995). «Гипокон как ключевое нововведение в эволюции млекопитающих» . Труды Национальной академии наук . 92 (23): 10718–10722. Бибкод : 1995PNAS...9210718H . дои : 10.1073/pnas.92.23.10718 . ПМК 40683 . ПМИД 7479871 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Кракрафт, Джоэл (1990). «Происхождение эволюционных новых моделей и процессов на разных иерархических уровнях». Эволюционные инновации . стр. 21–46.
- ^ Майр, Эрнст (1963). Виды животных и эволюция . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-03750-2 .