Сетчатая эволюция

Сетчатая эволюция , или сетевая эволюция, — это возникновение линии путем частичного слияния двух линий предков, что приводит к отношениям, которые лучше описываются филогенетической сетью , чем раздвоенным деревом . [1] Сетчатые модели можно обнаружить в филогенетических реконструкциях линий биоразнообразия, полученных путем сравнения характеристик организмов. [2] Процессы ретикуляции потенциально могут быть конвергентными и дивергентными одновременно. [3] Сетчатая эволюция указывает на отсутствие независимости между двумя эволюционными линиями. [1] Ретикуляция влияет на выживаемость , приспособленность и скорость видообразования видов. [2]
Сетчатая эволюция может происходить между линиями, разделенными лишь на короткое время, например, посредством гибридного видообразования в комплексе видов . Тем не менее, это происходит и на больших эволюционных расстояниях, примером чего является наличие клетках органелл бактериального происхождения в эукариотических . [2]
Ретикуляция происходит на разных уровнях: [4] на хромосомном уровне мейотическая рекомбинация приводит к сетчатой эволюции; на видовом уровне ретикуляция возникает посредством гибридного видообразования и горизонтального переноса генов ; а на популяционном уровне сексуальная рекомбинация вызывает ретикуляцию. [1]
Прилагательное reticulate происходит от латинского слова reticulatus , «имеющего сетчатый узор», от reticulum , «маленькой сети». [5]
Базовые механизмы и процессы
[ редактировать ]Начиная с девятнадцатого века, ученые разных дисциплин изучали, как происходит сетчатая эволюция. Исследователям все чаще удается идентифицировать эти механизмы и процессы. Было обнаружено, что это обусловлено симбиозом, симбиогенезом (эндосимбиозом), латеральным переносом генов, гибридизацией и инфекционной наследственностью. [2]
Симбиоз
[ редактировать ]Симбиоз – это тесное и длительное биологическое взаимодействие двух разных биологических организмов. [6] Часто оба участвующих организма приобретают новые свойства при взаимодействии с другим организмом. Это может привести к развитию новых, самостоятельных организмов. [7] [8] Изменения генетического материала при симбиозе могут происходить посредством передачи по зародышевой линии или боковой передачи. [2] [9] [10] Следовательно, взаимодействие между различными организмами может стимулировать эволюцию одного или обоих организмов. [6]
Симбиогенез
[ редактировать ]Симбиогенез (эндосимбиоз) — это особая форма симбиоза, при которой один организм живет внутри другого, отличного организма. Симбиогенез считается очень важным в происхождении и эволюции эукариот . Было высказано предположение, что эукариотические органеллы , такие как митохондрии, произошли от внедрившихся в клетку бактерий, живущих внутри другой клетки. [11] [12]
Латеральный перенос генов
[ редактировать ]Латеральный перенос генов , или горизонтальный перенос генов, — это перемещение генетического материала между одноклеточными и/или многоклеточными организмами без взаимоотношений родитель-потомок. Горизонтальный перенос генов приводит к появлению новых генов, которые могут дать реципиенту новые функции и, таким образом, стимулировать эволюцию. [13]
Гибридизация
[ редактировать ]В неодарвинистской парадигме одним из предполагаемых определений вида является определение Майра , которое определяет виды на основе половой совместимости. [14] Таким образом, определение Майра предполагает, что особи, способные производить плодовитое потомство, должны принадлежать к одному и тому же виду. Однако при гибридизации два организма производят потомство, будучи разными видами. [2] Во время гибридизации характеристики этих двух разных видов объединяются, образуя новый организм, называемый гибридом, тем самым стимулируя эволюцию. [15]
Инфекционная наследственность
[ редактировать ]Инфекционные агенты, такие как вирусы , могут инфицировать клетки организмов-хозяев. Вирусы заражают клетки других организмов с целью обеспечения собственного размножения. При этом многие вирусы могут вставлять копии своего генетического материала в геном хозяина, потенциально изменяя фенотип клетки-хозяина. [16] [17] [18] Когда эти вирусы встраивают свой генетический материал в геном клеток зародышевой линии, модифицированный геном хозяина передается потомству, образуя генетически дифференцированные организмы. Таким образом, инфекционная наследственность играет важную роль в эволюции. [2] например, при формировании женской плаценты . [19] [20]
Модели
[ редактировать ]Эволюция сетчатой оболочки сыграла ключевую роль в эволюции некоторых организмов, таких как бактерии и цветковые растения. [21] [22] Однако большинство методов изучения кладистики основано на модели строго ветвящейся кладогении без оценки важности сетчатой эволюции. [23] Ретикуляцию на хромосомном, геномном и видовом уровнях невозможно смоделировать с помощью разветвляющегося дерева. [1]
По словам Форда Дулитла , эволюционного и молекулярного биолога: «Молекулярным филогенетикам не удастся найти «истинное дерево» не потому, что их методы неадекватны или потому, что они выбрали неправильные гены, а потому, что история жизни не может быть должным образом представлена. как дерево». [24]
Сетчатая эволюция относится к эволюционным процессам, которые невозможно успешно представить с помощью классической модели филогенетического дерева . [25] поскольку это приводит к быстрым эволюционным изменениям с горизонтальными пересечениями и слияниями, часто предшествующими модели вертикального спуска с модификациями. [26] Реконструкция филогенетических взаимоотношений в условиях сетчатой эволюции требует адаптированных аналитических методов. [27] Сетчатая динамика эволюции противоречит неодарвинистской теории, составленной в « Современном синтезе» , согласно которой эволюция жизни происходит посредством естественного отбора и проявляется в виде раздвоения или разветвления. Частая гибридизация между видами в природных популяциях ставит под сомнение предположение о том, что виды произошли от общего предка путем простого ветвления, при котором ветви генетически изолированы. [27] [28] Говорят, что изучение сетчатой эволюции в значительной степени исключено из современного синтеза . [4] Острая необходимость в новых моделях, которые принимают во внимание сетчатую эволюцию, подчеркивалась многими биологами-эволюционистами, такими как Натали Гонтье, которая заявила: « Сегодня сетчатая эволюция — это народная концепция эволюционных изменений, вызванных механизмами и процессами симбиоза , симбиогенеза , латеральных генов». перенос , гибридизация или дивергенция с потоком генов и инфекционной наследственностью ». Она призывает к расширенному эволюционному синтезу , который объединит эти механизмы и процессы эволюции. [26]
Приложения
[ редактировать ]Сетчатая эволюция широко применялась для гибридизации растений в сельском хозяйстве и садоводстве. Первые коммерческие гибриды появились в начале 1920-х годов. [29] С тех пор было проведено множество экспериментов по слиянию протопластов, некоторые из которых были направлены на улучшение видов сельскохозяйственных культур. [30] Дикие виды, обладающие желаемыми агрономическими характеристиками, отбираются и объединяются с целью получения новых, улучшенных видов. Новое растение будет улучшено по таким характеристикам, как более высокая урожайность, большая однородность, улучшенный цвет и устойчивость к болезням. [31]
Примеры
[ редактировать ]Сетчатая эволюция рассматривается как процесс, который сформировал историю многих организмов. [32] Есть свидетельства наличия сетчатки у цветковых растений, поскольку характер вариаций между семействами покрытосеменных убедительно свидетельствует о широко распространенной гибридизации. [33] Грант [21] утверждает, что во всех основных группах высших растений вместо филогенетических деревьев возникают филогенетические сети. Стабильные события видообразования вследствие гибридизации между видами покрытосеменных подтверждают возникновение сетчатой эволюции и подчеркивают ключевую роль сетчатой структуры в эволюции растений. [34]
Генетический перенос может происходить на широких таксономических уровнях микроорганизмов и стабильно интегрироваться в новые микробные популяции. [35] [36] как это наблюдалось при секвенировании белков. [37] Ретикуляция у бактерий обычно включает перенос лишь нескольких генов или их частей. [23] Эволюция сетчатой структуры, вызванная латеральным переносом генов, также наблюдалась у морских обитателей. [38] Латеральный генетический перенос генов фотоответа между планктонными бактериями и архей был подтвержден в некоторых группах, что свидетельствует о связанном с этим повышении адаптивности к окружающей среде у организмов, населяющих фототические зоны. [39]
Более того, у хорошо изученных дарвиновских вьюрков можно наблюдать признаки сетчатой эволюции. Питер и Розмари Грант , которые провели обширные исследования эволюционных процессов рода Geospiza , обнаружили, что между некоторыми видами дарвиновских вьюрков происходит гибридизация, дающая гибридные формы. Это событие могло бы объяснить происхождение промежуточных видов. [40] Джонатан Вайнер [41] прокомментировал наблюдения Грантов, предполагающих существование сетчатой эволюции: « Для Грантов все древо жизни теперь выглядит иначе, чем год назад. Набор молодых веточек и побегов, которые они изучают, кажется, в некоторые сезоны срастаются вместе , отдельно от других. Те же силы, которые создали эти линии, движут их к слиянию, а затем обратно к делению .»; и « Гранты рассматривают узор, который когда-то считался незначительным на древе жизни. Этот узор известен как сетчатая эволюция, от латинского reticulum, уменьшительного слова сеть. Линии вьюрков - это не столько линии или ветви, сколько все они больше похожи на ветвистые заросли, полные маленьких сетей и тонких перепонок ».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Линдер, К. Рэндал; Море, Бернар М.Э.; Нахле, Луай; Варноу, Тэнди (5 ноября 2003 г.). «Сетевая (сетчатая) эволюция: биология, модели и алгоритмы» (PDF) .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г Гонтье, Натали (2015). «Сетчатая эволюция повсюду». Сетчатая эволюция . Междисциплинарные эволюционные исследования. Том. 3. Спрингер, Чам. стр. 1–40. дои : 10.1007/978-3-319-16345-1_1 . hdl : 10451/45446 . ISBN 978-3-319-16344-4 . S2CID 83465142 .
- ^ Хейл, WG (1995). Словарь биологии . ХарперКоллинз. ISBN 978-0-00-470805-8 . [ нужна страница ]
- ^ Jump up to: а б Перес, Хулио Э; Альфонси, Кармен; Муньос, Карлос. (2010). «На пути к новой эволюционной теории» . Интерсиенсия 35: 862-868.
- ^ "сетка" . Интернет-словарь этимологии .
- ^ Jump up to: а б Димиджян, Грегори Г. (июль 2000 г.). «Эволюционируем вместе: Биология симбиоза, часть 1» . Труды Медицинского центра Университета Бэйлора . 13 (3): 217–226. дои : 10.1080/08998280.2000.11927677 . ПМК 1317043 . ПМИД 16389385 .
- ^ Маргулис, Линн ; Фестер, Рене (1991). Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 9780262132695 . OCLC 22597587 . [ нужна страница ]
- ^ Маргулис, Линн (1998). Симбиотическая планета: новый взгляд на эволюцию (1-е изд.). Нью-Йорк: Основные книги. ISBN 9780465072729 . OCLC 46954542 . [ нужна страница ]
- ^ М., Арчибальд, Джон (2014). Один плюс один равно одному: симбиоз и эволюция сложной жизни (Первое изд.). Оксфорд. ISBN 9780199660599 . OCLC 881005592 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) [ нужна страница ] - ^ Дуглас, А.Е. (2010). Симбиотическая привычка . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691113418 . OCLC 437054000 . [ нужна страница ]
- ^ Лопес-Гарсия, Purificación; Эме, Лаура; Морейра, Дэвид (декабрь 2017 г.). «Симбиоз в эволюции эукариот» . Журнал теоретической биологии . 434 : 20–33. Бибкод : 2017JThBi.434...20L . дои : 10.1016/j.jtbi.2017.02.031 . ПМК 5638015 . ПМИД 28254477 .
- ^ Мерешковский, К. (1910). «Теория двух типов плазмы как основа симбиогенеза, новая теория происхождения организмов». Биологический Centralblatt (на немецком языке). НАИД 10020710101 .
- ^ Бото, Луис (22 марта 2010 г.). «Горизонтальный перенос генов в эволюции: факты и проблемы» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 277 (1683): 819–827. дои : 10.1098/rspb.2009.1679 . ПМЦ 2842723 . ПМИД 19864285 .
- ^ Майр, Эрнст (1942). Систематика и происхождение видов с точки зрения зоолога (1st Harvard University Press, изд.). Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674862500 . OCLC 41565294 . [ нужна страница ]
- ^ Бартон, Нью-Хэмпшир (7 июля 2008 г.). «Роль гибридизации в эволюции». Молекулярная экология . 10 (3): 551–568. дои : 10.1046/j.1365-294x.2001.01216.x . ПМИД 11298968 . S2CID 22129817 .
- ^ Гиффорд, Роберт; Тристем, Майкл (2003). «Эволюция, распространение и разнообразие эндогенных ретровирусов». Гены вирусов . 26 (3): 291–315. дои : 10.1023/а:1024455415443 . ПМИД 12876457 . S2CID 34639116 .
- ^ Нижний, Р.; Лоуэр, Дж.; Курт, Р. (28 мая 1996 г.). «Вирусы в каждом из нас: характеристики и биологическое значение эндогенных последовательностей ретровирусов человека» . Труды Национальной академии наук . 93 (11): 5177–5184. Бибкод : 1996PNAS...93.5177L . дои : 10.1073/pnas.93.11.5177 . ПМК 39218 . ПМИД 8643549 .
- ^ Фрэнк., Райан (2010). Виролюция: сила вирусов в эволюции (1-е изд.). Гейдельберг, Неккар: Спектр. ISBN 978-3827425416 . OCLC 682040592 . [ нужна страница ]
- ^ Кнерр, Ина; Байндер, Эрнст; Рашер, Вольфганг (2002). «Синцитин, новый эндогенный ретровирусный ген человека в плаценте человека: доказательства его нарушения регуляции при преэклампсии и синдроме HELLP». Американский журнал акушерства и гинекологии . 186 (2): 210–213. дои : 10.1067/моб.2002.119636 . ПМИД 11854637 .
- ^ Сугимото, Джун; Шуст, Дэнни Дж. (ноябрь 2009 г.). «Обзор: Эндогенные ретровирусы человека и плацента». Репродуктивные науки . 16 (11): 1023–1033. дои : 10.1177/1933719109336620 . ПМИД 19474286 . S2CID 21384697 .
- ^ Jump up to: а б Грант, В. (1971). Вид растения . Нью-Йорк: Колумбийский университет. Нажимать.
- ^ Джонс, Д; Снит, PH (март 1970 г.). «Генетический трансфер и бактериальная систематика» . Бактериологические обзоры . 34 (1): 40–81. дои : 10.1128/бр.34.1.40-81.1970 . ПМЦ 378348 . ПМИД 4909647 .
- ^ Jump up to: а б Снит, PHA (1975). «Кладистическое представление сетчатой эволюции». Систематическая зоология . 24 (3): 360–368. дои : 10.2307/2412721 . JSTOR 2412721 .
- ^ Дулиттл, У. Форд (25 июня 1999 г.). «Филогенетическая классификация и универсальное древо». Наука . 284 (5423): 2124–2128. дои : 10.1126/science.284.5423.2124 . ПМИД 10381871 .
- ^ Лежандр, П. (1 июля 2000 г.). «Сетчатая эволюция: от бактерий к философу». Журнал классификации . 17 (2): 153–157. дои : 10.1007/S003570000013 . S2CID 41323094 .
- ^ Jump up to: а б Гонтье, Натали. (2015). Сетчатая эволюция повсюду . В сетчатой эволюции: симбиогенез, латеральный перенос генов, гибридизация и инфекционная наследственность . Спрингер. стр. 1-40. ISBN 978-3-319-16344-4
- ^ Jump up to: а б Сюй С. (2000). «Филогенетический анализ в условиях сетчатой эволюции» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (6): 897–907. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026370 . ПМИД 10833196 .
- ^ Сюй, С; Этчли, WR; Fitch, WM (ноябрь 1994 г.). «Филогенетический вывод в рамках модели чистого дрейфа» . Молекулярная биология и эволюция . 11 (6): 949–60. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040175 . ПМИД 7815932 .
- ^ Вич, Роберт Д. (2015). «Производство гибридной семенной кукурузы». Кукуруза и улучшение кукурузы . Агрономические монографии. стр. 565–607. дои : 10.2134/agronmonogr18.3ed.c9 . ISBN 9780891182122 .
- ^ Хэмилл, Джон Д.; Кокинг, Эдвард К. (1988). «Соматическая гибридизация растений и ее использование в сельском хозяйстве». Биотехнология растительных клеток . стр. 21–41. дои : 10.1007/978-3-642-73157-0_3 . ISBN 978-3-642-73159-4 .
- ^ Гуле, Бенджамин Э.; Рода, Федерико; Хопкинс, Робин (январь 2017 г.). «Гибридизация растений: старые идеи, новые методы» . Физиология растений . 173 (1): 65–78. дои : 10.1104/стр.16.01340 . ПМК 5210733 . ПМИД 27895205 .
- ^ Сесса, Эмили Б.; Циммер, Элизабет А.; Гивниш, Томас Дж. (сентябрь 2012 г.). «Сетчатая эволюция в глобальном масштабе: ядерная филогения Dryopteris (Dryopteridaceae) Нового Света». Молекулярная филогенетика и эволюция . 64 (3): 563–581. дои : 10.1016/j.ympev.2012.05.009 . ПМИД 22634937 .
- ^ Грант, Верн (март 1953 г.). «Роль гибридизации в эволюции листовидных гилиас». Эволюция . 7 (1): 51–64. дои : 10.2307/2405571 . JSTOR 2405571 .
- ^ Дэвис, PH; Хейвуд, В.Х. (1963). Принципы систематики покрытосеменных . Эдинбург: Оливер и Бойд. ISBN 978-0882751290 . OCLC 5518166 . [ нужна страница ]
- ^ Мейнелл, Э; Мейнелл, Г.Г.; Датта, Н. (март 1968 г.). «Филогенетические взаимоотношения факторов лекарственной устойчивости и других трансмиссивных бактериальных плазмид» . Бактериологические обзоры . 32 (1): 55–83. дои : 10.1128/бр.32.1.55-83.1968 . ПМК 378292 . ПМИД 4869941 .
- ^ Андерсон, ЕС (октябрь 1968 г.). «Экология трансмиссивной лекарственной устойчивости энтеробактерий». Ежегодный обзор микробиологии . 22 (1): 131–180. дои : 10.1146/annurev.mi.22.100168.001023 . ПМИД 4879515 .
- ^ Эмблер, Р.П. (декабрь 1973 г.). «Бактериальные цитохромы C и молекулярная эволюция». Систематическая зоология . 22 (4): 554–565. дои : 10.2307/2412960 . JSTOR 2412960 .
- ^ Арнольд, Майкл; Фогарти, Николь (3 сентября 2009 г.). «Эволюция сетчатой оболочки и морские организмы: последний рубеж?» . Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3836–3860. дои : 10.3390/ijms10093836 . ПМЦ 2769149 . ПМИД 19865522 .
- ^ Фригаард, Нильс-Ульрик; Мартинес, Асунсьон; Минсер, Трейси Дж.; Делонг, Эдвард Ф. (февраль 2006 г.). «Боковой перенос гена протеородопсина между морскими планктонными бактериями и архей». Природа . 439 (7078): 847–850. Бибкод : 2006Natur.439..847F . дои : 10.1038/nature04435 . ПМИД 16482157 . S2CID 4427548 .
- ^ Грант, Питер Р. (29 апреля 1993 г.). «Гибридизация дарвиновских вьюрков на острове Дафна-Майор, Галапагосские острова». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б: Биологические науки . 340 (1291): 127–139. Бибкод : 1993РСТБ.340..127Г . дои : 10.1098/rstb.1993.0052 .
- ^ Вайнер, Джонатан (2012). Клюв вьюрка — история эволюции в наше время . Бриллиант Аудио. ISBN 978-1-4558-8422-3 . [ нужна страница ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- UA Geosciences, Университет Аризоны: Эволюционный глоссарий
- Гибридизация и ретикуляция: деревья, сети и моделирование
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Арнольд, МЛ (2008). Сетчатая эволюция и человек: происхождение и экология . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-953958-1
- Гонтье, Н. (2015). Сетчатая эволюция повсюду . В сетчатой эволюции: симбиогенез, латеральный перенос генов, гибридизация и инфекционная наследственность . Спрингер. ISBN 978-3-319-16344-4
- Линдер, Р.К.; Море, BME; Нахле, Л; Варнов, Т. (2003). Сетевая (сетчатая) эволюция: биология, модели и алгоритмы . Техасский университет.
- Линдер, К. Рэндал; Ризеберг, Лорен Х. (октябрь 2004 г.). «Реконструкция закономерностей сетчатой эволюции растений» . Американский журнал ботаники . 91 (10): 1700–1708. дои : 10.3732/ajb.91.10.1700 . ПМК 2493047 . ПМИД 21652318 .