Jump to content

Сетчатая эволюция

Филогенетическая сеть, изображающая сетчатую эволюцию: Линия B возникает в результате горизонтальной передачи между двумя ее предками A и C (синие пунктирные линии).

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 – 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]

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]

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 ».

  1. ^ 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 )
  2. ^ 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 .
  3. ^ Хейл, WG (1995). Словарь биологии . ХарперКоллинз. ISBN  978-0-00-470805-8 . [ нужна страница ]
  4. ^ Jump up to: а б Перес, Хулио Э; Альфонси, Кармен; Муньос, Карлос. (2010). «На пути к новой эволюционной теории» . Интерсиенсия 35: 862-868.
  5. ^ "сетка" . Интернет-словарь этимологии .
  6. ^ 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 .
  7. ^ Маргулис, Линн ; Фестер, Рене (1991). Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN  9780262132695 . OCLC   22597587 . [ нужна страница ]
  8. ^ Маргулис, Линн (1998). Симбиотическая планета: новый взгляд на эволюцию (1-е изд.). Нью-Йорк: Основные книги. ISBN  9780465072729 . OCLC   46954542 . [ нужна страница ]
  9. ^ 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 ]
  10. ^ Дуглас, А.Е. (2010). Симбиотическая привычка . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN  9780691113418 . OCLC   437054000 . [ нужна страница ]
  11. ^ 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 .
  12. ^ Мерешковский, К. (1910). «Теория двух типов плазмы как основа симбиогенеза, новая теория происхождения организмов». Биологический Centralblatt (на немецком языке). НАИД   10020710101 .
  13. ^ 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 .
  14. ^ 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 ]
  15. ^ 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 .
  16. ^ 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 .
  17. ^ 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 .
  18. ^ Фрэнк., Райан (2010). Виролюция: сила вирусов в эволюции (1-е изд.). Гейдельберг, Неккар: Спектр. ISBN  978-3827425416 . OCLC   682040592 . [ нужна страница ]
  19. ^ 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 .
  20. ^ 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 .
  21. ^ Jump up to: а б Грант, В. (1971). Вид растения . Нью-Йорк: Колумбийский университет. Нажимать.
  22. ^ 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 .
  23. ^ Jump up to: а б Снит, PHA (1975). «Кладистическое представление сетчатой ​​эволюции». Систематическая зоология . 24 (3): 360–368. дои : 10.2307/2412721 . JSTOR   2412721 .
  24. ^ 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 .
  25. ^ Лежандр, П. (1 июля 2000 г.). «Сетчатая эволюция: от бактерий к философу». Журнал классификации . 17 (2): 153–157. дои : 10.1007/S003570000013 . S2CID   41323094 .
  26. ^ 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
  27. ^ 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 . Значок открытого доступа
  28. ^ 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 .
  29. ^ 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 .
  30. ^ 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 .
  31. ^ 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 .
  32. ^ 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 .
  33. ^ Грант, Верн (март 1953 г.). «Роль гибридизации в эволюции листовидных гилиас». Эволюция . 7 (1): 51–64. дои : 10.2307/2405571 . JSTOR   2405571 .
  34. ^ Дэвис, PH; Хейвуд, В.Х. (1963). Принципы систематики покрытосеменных . Эдинбург: Оливер и Бойд. ISBN  978-0882751290 . OCLC   5518166 . [ нужна страница ]
  35. ^ 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 .
  36. ^ 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 .
  37. ^ Эмблер, Р.П. (декабрь 1973 г.). «Бактериальные цитохромы C и молекулярная эволюция». Систематическая зоология . 22 (4): 554–565. дои : 10.2307/2412960 . JSTOR   2412960 .
  38. ^ 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 .
  39. ^ 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 .
  40. ^ 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 .
  41. ^ Вайнер, Джонатан (2012). Клюв вьюрка — история эволюции в наше время . Бриллиант Аудио. ISBN  978-1-4558-8422-3 . [ нужна страница ]
[ редактировать ]

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 91b8d42ae8c0fdd79bc53408d6f49ddb__1699317360
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/91/db/91b8d42ae8c0fdd79bc53408d6f49ddb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Reticulate evolution - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)