Гомоплазия
Гомоплазия , в биологии и филогенетике , является термином, используемым для описания функции , которая была получена или потеряна независимо в отдельных линиях в течение эволюции. Это отличается от гомологии , которая является термином, используемым для характеристики сходства особенностей, которые можно экономно объяснить общим происхождением . [ 1 ] Гомоплазия может возникнуть из -за как аналогичного давления отбора, действующих на адаптирующие виды, так и воздействие генетического дрейфа . [ 2 ] [ 3 ]

Чаще всего гомоплазия рассматривается как сходство у морфологических признаков. Тем не менее, гомоплазия может также появляться в других типах символов, таких как сходство в генетической последовательности, [ 4 ] [ 5 ] Типы жизненного цикла [ 6 ] или даже поведенческие черты. [ 7 ] [ 5 ]
Этимология
[ редактировать ]Термин гомоплазию впервые использовался Рэем Ланкестер в 1870 году. [ 8 ] Соответствующее прилагательное является либо гомоплазическим , либо гомопластическим . Он получен из двух древнегреческих слов ὁμός ( homós ), что означает «схоже, одинаково, одинаково» и πλάσσω ( plássō ), что означает «формировать, формировать». [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 4 ]
Параллелизм и конвергенция
[ редактировать ]Параллельная и конвергентная эволюция приводит к гомоплазии, когда различные виды независимо развиваются или получают, по -видимому, идентичные особенности, которые отличаются от этой особенности, которая присутствовала у их общего предка. Когда аналогичные признаки вызваны эквивалентным механизмом развития, процесс называется параллельной эволюцией. [ 12 ] [ 13 ] Процесс называется конвергентной эволюцией, когда сходство возникает из различных механизмов развития. [ 13 ] [ 14 ] Эти типы гомоплазии могут возникнуть, когда различные линии живут в сопоставимых экологических нишах , которые требуют сходной адаптации для увеличения физической подготовки. Интересным примером является пример из сумчатых молей ( NotoryCtidae ), золотых молей ( Chrysochloridae ) и северных молей ( Talpidae ). Это млекопитающие из разных географических регионов и линий, и все они независимо эволюционировали очень похожие характеристики ограбления (такие как головы конуса и плоские лобные когти), чтобы жить в подземной экологической нише. [ 15 ]
Возвращение
[ редактировать ]Напротив, изменение (aka vedigialization) приводит к гомоплазии посредством исчезновения ранее полученных черт. [ 16 ] Этот процесс может быть результатом изменений в среде, в которых определенные полученные характеристики больше не имеют отношения или даже стали дорогостоящими. [ 17 ] [ 3 ] Это можно наблюдать у подземных и пещерных животных по потере зрения, [ 15 ] [ 18 ] у пещерных животных через их потерю пигментации, [ 18 ] и как у змей , так и у ящериц без леги через их потерю конечностей. [ 19 ] [ 20 ]
Отличия гомологии от гомоплазии
[ редактировать ]Гомоплазия, особенно тип, который происходит в более тесно связанных филогенетических группах, может сделать филогенетический анализ более сложным. Филогенетические деревья часто выбираются с помощью анализа экономии . [ 21 ] [ 22 ] Эти анализы могут быть сделаны с помощью фенотипических признаков, а также последовательностей ДНК. [ 23 ] Используя анализ экономии, гипотеза отношений, которые требуют наименьшего (или наименьшего дорогостоящего) преобразования состояния характера, предпочтительнее, чем альтернативные гипотезы. Оценка этих деревьев может стать проблемой, когда омрачена на возникновении гомоплазии у персонажей, используемых для анализа. Наиболее важным подходом к преодолению этих проблем является увеличение числа независимых (не плейотропных , не связанных ) характеристик, используемых в филогенетическом анализе. Наряду с анализом скупости, можно выполнить анализ правдоподобия , где выбрано наиболее вероятное дерево, учитывая конкретную модель эволюции, и выводится длина ветвления.
Согласно кладистической интерпретации , гомоплазия вызывается, когда распределение состояния персонажа не может быть объяснено экономно (без дополнительных предполагаемых преобразований состояния характера между терминалами и их наследственным узелом) на предпочтительную филогенетическую гипотезу, то есть возникает эта особенность (возникает (возникающая особенность (возникает вопросная (вопросная (эта особенность возникает (возникает в вопросе (возникающая особенность. или исчезает) в более чем одной точке на дереве. [ 16 ]
В случае последовательностей ДНК гомоплазия очень распространена из -за избыточности генетического кода. Наблюдаемая гомоплазия может быть просто результатом случайных нуклеотидных замен, накапливающихся во времени, и, следовательно, не может потребоваться адаптационно -эволюционное объяснение. [ 5 ]
Примеры и применение гомоплазии
[ редактировать ]В следующих таксонах есть многочисленные задокументированные примеры гомоплазии:
- Eusiroidea ( ракообразные и амфипода ) [ 24 ]
- Крапивница [ 25 ]
- Asteraceae [ 26 ]
- Polypodioideae (Selligueoid Ferns) [ 27 ]
- Муравьи [ 28 ]
- Merluccius capensis (Кейп Хейкс) [ 29 ]
- Пауки тарантула рода Bonnetina : почти все морфологические признаки в этом роде гомопластичны. Наблюдалось, что только сексуальные особенности не являются гомопластичными, что позволяет предположить, что сексуальный отбор, возможно, был движущей силой в расхождении тарантул. [ 30 ]
- Гариалы , с гомоплазией между томистомой и настоящими крокодилами , а также между торакозавром и гавиалисом . [ 31 ]
Появление гомоплазии также может быть использовано для прогнозирования эволюции. Недавние исследования использовали гомоплазию, чтобы предсказать возможность и путь внеземной эволюции. Например, Levin et al. (2017) предполагают, что развитие глазных структур весьма вероятно из-за его многочисленных, независимо развитых случаев на Земле. [ 16 ] [ 32 ]
Гомоплазия против эволюционных непредвиденных обстоятельств
[ редактировать ]В своей книге «Чудесная жизнь» Стивен Джей Гулд утверждает, что повторение эволюционного процесса с любого момента времени не даст таких же результатов. [ 33 ] Появление гомоплазии рассматривается некоторыми биологами как аргумент против теории эволюционных обстоятельств Гулда . Powell & Mariscal (2015) утверждают, что это разногласия вызваны двусмысленностью и что теория непредвиденных обстоятельств и гомопластического происшествия может быть правдой в одно и то же время. [ 34 ]
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Torres-Montúfar A, Borsch T, Ochoterena H (май 2018). «Когда гомоплазия не гомоплазии: рассекающая эволюция признаков путем противоположного и восстановительного кодирования» . Систематическая биология . 67 (3): 543–551. doi : 10.1093/sysbio/syx053 . PMID 28645204 .
- ^ Stearns SC, Hoekstra RF (2005). Эволюция: введение (2 -е изд.). Оксфорд: издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199255634 .
- ^ Jump up to: а беременный Hall AR, Colegrave N (март 2008 г.). «Размещение неиспользованных персонажей по выбору и дрейфу» . Журнал эволюционной биологии . 21 (2): 610–7. doi : 10.1111/j.1420-9101.2007.01473.x . PMID 18081745 . S2CID 11165522 .
- ^ Jump up to: а беременный Рис Дж. Б., Урри Л.А., Каин М.Л., Вассерман С.А., Минорский П.В., Джексон Р.Б. (2011). Биология Кэмпбелла (9 -е изд.). Пирсон. ISBN 9780321739759 .
- ^ Jump up to: а беременный в Сандерсон М.Дж., Хаффорд Л. (1996). Гомоплазия: рецидив сходства в эволюции . Сан -Диего, Калифорния: Academic Press, Inc. ISBN 0-12-618030-X .
- ^ Silberfeld T, Leigh JW, Verbruggen H, Cruaud C, De Reviers B, Rousseau F (август 2010 г.). «Многолокусная филогения коричневых водорослей (Heterokonta, Ochrophyta, Phaeophyceae): исследование эволюционной природы« излучения короны коричневого водоросля »» . Молекулярная филогенетика и эволюция . 56 (2): 659–74. doi : 10.1016/j.ympev.2010.04.020 . PMID 20412862 .
- ^ de Queiroz A, Wimberger PH (февраль 1993 г.). «Полезность поведения для оценки филогения: уровни гомоплазии в поведенческих и морфологических признаках». Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 47 (1): 46–60. doi : 10.1111/j.1558-5646.1993.tb01198.x . PMID 28568085 . S2CID 205778379 .
- ^ Lankester ER (1870). «Об использовании термина гомология в современной зоологии и различие между гомогенетическими и гомопластическими соглашениями» (PDF) . Анналы и журнал естественной истории . 6 (31): 34–43. doi : 10.1080/00222937008696201 .
- ^ Bailly A (1981-01-01). Сокращено французским греческим словарем . Париж: Хахетт. ISBN 2010035283 Полем OCLC 461974285 .
- ^ Bailly A. "Грек-французский словарь онлайн" . www.tabular.be . Получено 25 октября 2018 года .
- ^ Холт -младший, Джудека Калифорния (4 февраля 2014 г.). «Систематическая биология - словарь терминов: гомоплазия» . Архивировано из оригинала 1 июля 2017 года . Получено 21 сентября 2018 года .
- ^ Арчи Дж.В. (1989). «Избыточные соотношения гомоплазий: новые индексы для измерения уровней гомоплазии в филогенетической систематике и критика индекса согласованности». Систематическая биология . 38 (3): 253–269. doi : 10.2307/2992286 . JSTOR 2992286 .
- ^ Jump up to: а беременный Wake DB (сентябрь 1991 г.). «Гомоплазия: результат естественного отбора или доказательства ограничений проектирования?». Американский натуралист . 138 (3): 543–567. doi : 10.1086/285234 . S2CID 85043463 .
- ^ Ходин Дж. (2000). «Пластичность и ограничения в разработке и эволюции». Журнал экспериментальной зоологии . 288 (1): 1–20. doi : 10.1002/(SICI) 1097-010x (20000415) 288: 1 <1 :: AID-JEZ1> 3.0.CO; 2-7 . PMID 10750048 .
- ^ Jump up to: а беременный Nevo E (1979). «Адаптивная конвергенция и дивергенция подземных млекопитающих». Ежегодный обзор экологии и систематики . 10 : 269–308. doi : 10.1146/annurev.es.10.110179.001413 .
- ^ Jump up to: а беременный в Wake DB, Wake MH, CD Specht (февраль 2011 г.). «Гомоплазия: от обнаружения шаблона до определения процесса и механизма эволюции». Наука . 331 (6020): 1032–5. Bibcode : 2011sci ... 331.1032W . doi : 10.1126/science.1188545 . PMID 21350170 . S2CID 26845473 .
- ^ Fong DW, Kane TC, Culver DC (1995). «Редиментализация и потеря нефункциональных персонажей». Ежегодный обзор экологии и систематики . 26 : 249–68. doi : 10.1146/annurev.es.26.110195.001341 .
- ^ Jump up to: а беременный Джонс Р., Калвер, округ Колумбия (май 1989 г.). «Доказательства отбора на сенсорных структурах в популяции пещерной популяции гаммаруса минус (амфипода)» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 43 (3): 688–693. doi : 10.1111/j.1558-5646.1989.tb04267.x . PMID 28568387 . S2CID 32245717 .
- ^ Скиннер А., Ли М.С. (2009). «Эволюция формы тела в Scind Lizard Lerista и режим макроэволюционных переходов». Эволюционная биология . 36 : 292–300. doi : 10.1007/s11692-009-9064-9 . S2CID 42060285 .
- ^ Скиннер А., Ли М.С., Хатчинсон М.Н. (ноябрь 2008 г.). «Быстрая и повторяющаяся потеря конечностей в кладе изящных ящериц» . BMC Эволюционная биология . 8 : 310. DOI : 10.1186/1471-2148-8-310 . PMC 2596130 . PMID 19014443 .
- ^ Wiley EO, Lieberman BS (2011). Филогенетика: теория и практика филогенетической систематики . Хобокен, Нью -Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 9780470905968 .
- ^ Schuh RT, Brower AV (2009). Биологическая систематика: принципы и приложения . Итака, Нью -Йорк: издательство Корнелльского университета. ISBN 9780801462436 .
- ^ Фелсенштейн Дж. (2004). Вывод филогений . Синауэр. ISBN 978-0878931774 .
- ^ Verheye ML, Martin P, Backeljau T, D'udekem d'Acoz C (2015-12-22). «Анализ ДНК показывает обильную гомоплазию в таксономически важных морфологических признаках Eusiroidea (Crustacea, Amphipoda)». Zoologica Scripta . 45 (3): 300–321. doi : 10.1111/zsc.12153 . S2CID 86052388 .
- ^ У Зи, Милн Р.И., Чен К.Дж., Лю Дж., Ван Х, Ли Д.З. (2015-11-03). «Реконструкция наследственного состояния выявляет безудержную гомоплазию диагностических морфологических признаков у Urticateae, противоречащей современной схемам классификации» . Plos один . 10 (11): E0141821. BIBCODE : 2015PLOSO..1041821W . doi : 10.1371/journal.pone.0141821 . PMC 4631448 . PMID 26529598 .
- ^ Mejías JA, Chambouleyron M, Kim SH, Infante MD, Kim SC, Léger JF (2018-07-19). «Филогенетический и морфологический анализ новых видов, живущих на скале, выявляет остаточное происхождение и эволюционное параллелизм у Sonchus (Asteraceae)» . Систематика растения и эволюция . 304 (8): 1023–1040. doi : 10.1007/s00606-018-1523-2 . S2CID 49873212 .
- ^ Он L, Schneider H, Hovenkamp P, Marquardt J, Wei R, Wei X, Zhang X, Xiang Q (2018-05-09). «Молекулярная филогения папоротников Soldigueoid (Polypodiaceae): последствия для естественного делимитации, несмотря на гомоплазию и быстрое излучение». Таксон 67 (2): 237–249. doi : 10.12705/672.1 .
- ^ Schär S. "Существуют Холрктика и Виды Журнал биографии 45 (8) (8): 1917–1 doi : 10.111/jbi.13380 . S2CID 51832848 .
- ^ Henriques R, Von Der Heyden S, Matthee CA (2016-03-28). «Когда гомоплазий имитирует гибридизация: тематическое исследование Кейп -Хэкс (Merluccius capensis и M. paradoxus)» . ПЕРЕЙ . 4 : E1827. doi : 10.7717/peerj.1827 . PMC 4824878 . PMID 27069785 .
- ^ Ortiz D, Francke Of, Bond Je (октябрь 2018 г.). «Путаница форм и филогения: обширная морфологическая гомоплазия и неоднородность молекулярных часов у Bonnetina и связанных с ним тарантул». Молекулярная филогенетика и эволюция . 127 : 55–73. doi : 10.1016/j.ympev.2018.05.013 . PMID 29778724 . S2CID 29152043 .
- ^ Ли М.С., Йейтс А.М. (июнь 2018 г.). «Датирование кончиков и гомоплазия: примирение мелких молекулярных расхождений современных гариалов с их длинной ископаемой записи» . Разбирательство. Биологические науки . 285 (1881): 20181071. DOI : 10.1098/rspb.2018.1071 . PMC 6030529 . PMID 30051855 .
- ^ Левин С.Р., Скотт Т.В., Купер Х.С., Вест С.А. (2017). «Пришельцы Дарвина» . Международный журнал астробиологии . 18 : 1–9. doi : 10.1017/s1473550417000362 .
- ^ Гулд С.Дж. (2000). Прекрасная жизнь: сланец Берджесса и природа истории . Лондон: винтажные книги. ISBN 9780099273455 .
- ^ Пауэлл Р, Марискал С (декабрь 2015 г.). «Конвергентная эволюция как естественный эксперимент: лента жизни пересмотрена» . Интерфейс фокус . 5 (6): 20150040. DOI : 10.1098/rsfs.2015.0040 . PMC 4633857 . PMID 26640647 .