Конвергенцией в биологии называют явление, когда совершенно разные изначально виды в процессе эволюции становятся похожими друг на друга. Например, киты и дельфины внешне очень похожи на рыб, и даже Линней, составляя первую классификацию живых организмов, ошибочно причислил их к рыбам. Но на самом деле киты и дельфины дышат лёгкими и произошли от сухопутных животных. Ближайшие их родственники — бегемоты, а совсем не рыбы. В этом посте — удивительные примеры конвергенции в живой природе.
Акула и касатка — два хищника, весьма похожи внешне. Но первая — рыба, в вторая — млекопитающее.
По ископаемым останкам учёные выяснили, как одна из ветвей древних парнокопытных перешла к водному образу жизни и стала внешне похожей на рыб. Их эволюция, занявшая около 50 млн. лет, выглядела примерно так:
эволюция китообразных
В процессе перехода к жизни в водной среде изменилась форма тела, лапы и хвост трансформировались в плавники, возникла способность надолго задерживать дыхание под водой. Но, будучи внешне похожими на рыб, киты и дельфины сильно от них отличаются — они теплокровные, не имеют жабр, выкармливают детёнышей молоком и имеют значительно более высокий уровнем интеллекта.
На самом деле примеров, когда природа находит похожие решения для совершенно разных видов животных или растений, огромное множество.
Вы, конечно, узнали растение на фото. Это кактус. А растение на нижнем фото?
Оно выглядит как кактус, но вовсе не кактус. Это один из видов молочая. Произрастая в очень похожих условиях жарких пустынь (одно — в Америке, а другое — в Африке), оба растения независимо друг от друга приобрели толстый стебель, чтобы накапливать влагу, и шипы для защиты от поедания животными.
Дикобразы, ежи и ехидны относятся к совершенно разным отрядам (а ехидна так и вообще яйцекладущее млекопитающее). Да и живут в совершенно разных местах. Тем не менее конвергенция сыграла свою роль — для защиты все эти животные вырастили иголки.
Дикобраз
Причины конвергентной эволюции
Кладистическое определение синапоморфии, аутапоморфии, апоморфии, симплезиоморфии игомоплазии
Конвергенция - схождение признаков в процессе эволюции неблизкородственных групп организмов, приобретение ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора. В результате конвергенции органы, выполняющие у разных организмов одну и ту же функцию, приобретают сходное строение. Конвергентное сходство никогда не бывает глибоким.
Следствием конвергентной эволюции является конвергентное сходство. То есть сходство организмов, основанное не на их родстве, а на близком наборе признаков, сформировавшемся независимо в разных группах.
Основной причиной конвергентной эволюции считается сходство экологических ниш рассматриваемых организмов. В частности, наиболее классическим случаем конвергентной эволюции является формирование сходных форм тела у хищных акул, ихтиозавров(данные - по ископаемым остаткам) и дельфинов. Экологическая ниша крупного подвижного водного хищника - одинакова для всех трёх групп и выдвигает сходные требования к форме тела животного. Следует отметить, что многие основные характеристикиклассов, к которым относятся три перечисленные группы, сохраняются у рассматриваемых групп. Тем не менее, у ихтиозавров и дельфинов пояс задних конечностей редуцирован.
Токсодон: существовали видыюжноамериканских копытных, напоминавшие вследствие конвергентной эволюции современных носорогов, не будучи их родственниками
Первоначально трубкозуб из-за ряда бросающихся в глаза особенностей строения был отнесён к тому же семейству, что и южноамериканские муравьеды, однако поверхностное сходство с ними оказались результатом конвергентной эволюции
Сходство тилацина с волчьими
4.2 Дивергенция
Дивергенция (от средневекового лат. divergo - отклоняюсь) - расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции, результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного естественного или искусственного отбора.
Дарвин использовал принцип дивергенции для объяснения видообразования в природе, где дивергенция:
Возникает: если вид занимает обширный ареал и приспосабливается к разным экологическим условиям
Выражается: в появлении каких-либо различий между первоначально сходными популяциями
Обусловлена: неодинаковым направлением естественного отбора в разных частях ареала вида
Приводит: к возникновению разнообразных по строению и функциям организмов, что обеспечивает более полное использование условий среды, так как, поДарвину, наибольшая «сумма жизни» осуществляется при наибольшем разнообразии строения
Поддерживается: борьбой за существование
Обычно даже незначительно специализированные формы обладают селективным преимуществом, что способствует быстрому вымиранию промежуточных форм и возникновению разных форм изоляции.
Принцип дивергенции объясняет процесс образования и более крупных (надвидовых) систематических групп, и возникновение разрывов между ними.
Благодаря бессчетным умопомрачительным произведениям литературы, творениям голливудских студий, общественность уверена, что жители других миров владеют идентичной с человеком наружностью. Но как возможно, что инопланетяне (когда и в том случае их получится найти), будут припоминать людям самих себя?
В том случае веровать бессчетным заявлениям ученых-биологов, то возможность того, что инопланетяне будут иметь близкую к людской наружность никак не невероятна. Ученые говорят, что законы эволюции обоснованы прежде всего законами физики , которые в каждой точке Вселенной схожи. Это значит, что живы существа, независимо от местоположения во Вселенной, должны развиваться по идентичной схеме. В том случае это хищник, то он будет владеть парой глаз и иметь бинокулярное зрение, помогающее отслеживать жертву, определять расстояние до нее и наносить четкие удары своим естественным орудием. В том случае идет речь об обитателе подводного мира, то тут ситуация идентична - основным аспектом удачного выживания является скорость передвижения, а законы гидродинамики предъявляют строго определенные требования к форме тела жителей подводного мира. Таковой парадокс носит заглавие конвергентная эволюция .
Конвергентная эволюция - эволюционный процесс, приводящий к формированию комплекса схожих признаков у представителей неродственных групп. Конвергенция (от лат. Converge - сближаюсь, схожусь) - появление у разных по происхождению видов и биотических сообществ схожих наружных признаков в итоге аналогичного стиля жизни и приспособления к близким условиям среды.
Следствием конвергентной эволюции является конвергентное сходство. Другими словами, сходство организмов, основанное не на их родстве, а на близком наборе признаков, сформировавшемся независимо в различных группах.
Например, форма тела у акулы, пингвина и дельфина либо вид лиственных лесов Евразии и Северной Америки - являются схожими. Сначало трубкозуб из-за ряда бросающихся в глаза особенностей строения был отнесён к тому же семейству, что и южно-американские муравьеды, но поверхностное сходство с ними оказалось результатом конвергентной эволюции.
Основной предпосылкой конвергентной эволюции считается сходство экологических ниш рассматриваемых организмов. А именно, более известным случаем конвергентной эволюции является формирование схожих форм тела у плотоядных акул, ихтиозавров (данные - по ископаемым остаткам) и дельфинов. Экологическая ниша большого подвижного аква хищника схожа для всех трёх групп и выдвигает схожие требования к форме тела животного. Необходимо подчеркнуть, что многие главные свойства классов, к которым относятся три перечисленные группы, сохраняются у рассматриваемых групп. Все же, у ихтиозавров и дельфинов пояс задних конечностей редуцирован.
Примером конвергентного сходства является формирование жёсткого тяжёлого скелета с защитной функцией в разных группах сидящих животных. Такие скелеты свойственны для губок (Porifera ), кораллов (Cnidaria , класс Anthozoa ) и оболочников (класс Chordata , подтип Tunicata ).
Так же увлекательным примером конвергенции - является сходство тилацина с волчьими. Сумчатый волк, либо тилацин (Thylacinus cynocephalus ) - вымершее сумчатое млекопитающее, единственный представитель семейства тилациновых. Также был известен как «тасманский волк» и «сумчатый тигр». В первый раз его описание было размещено в трудах английского Линнеевского общества в 1808 г. натуралистом-любителем Харрисом. Научное заглавие вида в переводе значит «сумчатая собака с волчьей головой». Тилацин был самым большим из плотоядных сумчатых. Сходство его вида и повадок с волчьими - пример конвергентной эволюции, а от ближайших родственников, плотоядных сумчатых, он резко отличался и размерами, и формой тела. Подробнее о сходстве тилацина с волчьими см. статью «Тилацин» в Википедии.
Кости конечностей позвоночных похожи друг на друга, невзирая на всё различие в жизнедеятельности животных. Тщательно об этом и других примерах конвергенции см. статью «Эволюция» в мультимедийном учебнике по биологии.
Другими словами под обозначением конвергентная эволюция понимается последующее - процессы и законы эволюции живых созданий должны быть похожими, независимо от места появления жизни во Вселенной. Другими словами живы организмы на иной планетке не должны кардинально отличаться от живых созданий, населяющих Землю. Более того, форма человеческого тела, по воззрению ученых, лучшим образом подходит для его эволюции в разумное существо, и разумно представить, что форма тела инопланетян будет иметь общие с человеком черты. Даже в том случае эволюция будет протекать по иному пути, конечный итог зависит только от критерий обитания, и продиктован только законами физики.
Но увлекательным оказывается иной вопрос - какими увидят инопланетян люди? И не принципиально, каким методом это произойдет - или вторженцы сами посетят Землю, или люди получат их радиосигнал и наладят процесс общения, или найдут их с помощью оптических телескопов. И тут опять стоит возвратиться к эволюции человека и научно-техническому прогрессу. Сейчас вкладываются огромные средства в научные разработки, связанные с созданием искусственного ума. В направление какого времени ученым получится его сделать - иной вопрос. В итоге для людей это значит возникновение вправду умных ботов, которых они и будут посылать для исследования других планет - для чего рисковать жизнями, когда ту же задачку с фуррором решит умная машина, способности которой превосходят способности ее создателей? Проецируя эту логику для разумных созданий с других планет есть возможность сделать последующим вывод - может быть, исследуя Космос, люди повстречают никак не самих гуманоидов, а сделанных ими ботов, без помощи других изучающих просторы Вселенной.
Другое мировоззрение
Вопрос о вероятной форме внеземных созданий в собственном бестселлере «Космос» рассматривает выдающийся американский астробиолог и эволюционист Карл Саган. Он пишет:
«Но даже в том случае внеземная жизнь базирована на той же молекулярной химии, что и у нас, навряд ли стоит ждать возникновения организмов, схожих на те, что нам знакомы. Поглядите, как неописуемо многообразны живы существа Земли, населяющие одну планетку и имеющие общую молекулярно-биологическую базу. Те, другие животные и растения, возможно, кардинальным образом отличаются от знакомых нам земных организмов. Вероятны некие, эволюционные параллели, так как не исключено, что та либо другая задачка приспособления к окружающей среде имеет единственное лучшее решение - например, чего-нибудть вроде 2-ух глаз для бинокулярного зрения в оптическом спектре. Но в целом случайный нрав эволюционного процесса должен сделать инопланетную жизнь хорошей от всего, что мы знаем.
Я не могу сказать, как будут смотреться инопланетные существа. Меня очень ограничивает тот факт, что я знаком только с одним типом жизни - с жизнью на Земле. Некие люди - писатели-фантасты и живописцы, к примеру, - выдвигали догадки относительно вида жителей других миров. Я скептически отношусь к большинству этих инопланетных фантазий. Они кажутся мне очень схожими на те формы жизни, с которыми мы уже знакомы. Хоть какой определенный вид организмов стал подобным, какой он есть, в итоге длинноватой вереницы отдельных маловероятных шагов. Не думаю, что жизнь где бы то ни было обретет форму пресмыкающиеся, либо насекомого, либо человека - пусть даже с такими малозначительными, косметическими поправками, как зеленоватая кожа, остроконечные уши либо антенны.» (Карл Саган, «Космос», Амфора, 2005. С. 71-72)
Следовательно, различные ученые придерживаются по вопросу о наружном виде инопланетян прямопротивоположных воззрений, так как научных оснований для определенного вывода по этому вопросу абсолютно недостаточно.
Источник материала:
Согласно теории эволюции, все живые существа на Земле развивались от простейших форм к более сложным. Но если все двигалось по одной прямой, откуда тогда взялось такое разнообразие видов и популяций? Объяснить это явление может дивергенция и конвергенция. В биологии эти понятия обозначают особенности и закономерности развития видов.
Особенности эволюционной теории
Основная теория о развитии жизни на нашей планете, которую поддерживает наука, - это теория эволюции. Первые её положения и законы были сформулированы в XVII веке. Она подразумевает длительный естественный процесс изменений живых организмов до качественно нового уровня.
Теория предполагает развитие организмов от простейших до наиболее сложных форм, которое сопровождалось генетическими мутациями, адаптациями, вымиранием и образованием видов. Современная теория основывается на предположениях Чарльза Дарвина о естественном отборе и данных популяционной генетики о мутациях, генетических дрейфах, изменении частоты аллелей.
Эволюция подразумевает наличие у живых организмов общего корня, с которого и началось их развитие. При этом предположение об одном или паре прародителей необязательно. Ученые утверждают, что организмов-предков могло быть и больше, но все они принадлежали к родственным группам.
Главными закономерностями, по которым протекала эволюция, являются конвергенция и дивергенция. В биологии примеры и особенности этих процессов описал Чарльз Дарвин. Подробнее о том, что они представляют собой, расскажем ниже.
Дивергенция в биологии
С латинского языка термин переводится как «расхождение» и может использоваться не только по отношению к живой природе. Дивергенция в биологии означает возникновение различия признаков у организмов. По своей сути это разнонаправленная изменчивость, которая возникает вследствие адаптации живых существ к разным условиям.
Она проявляется в изменении частей тела или некоторых органов и приобретении ими частично новых функций и возможностей. Дивергенция в биологии - обычное явление. Она появляется в результате естественного отбора, то есть борьбы за существование. Приобретение признаков уменьшает конкуренцию - каждая новая популяция может занять свою экологическую нишу, не затронув других особей. Она также возникает в результате изоляции.
Дивергенция может происходить на уровне вида, рода, семейства и отряда. С её помощью, например, класс млекопитающих разделился на грызунов, хищных, хоботных, китообразных, приматов и другие отряды. Они, в свою очередь, распались на более мелкие группы, которые отличаются внешним и внутренним строением.
Дивергенции в биологии: примеры
Дивергенция приводит к тому, что появляются различные по строению организмы, которые принадлежат к одной систематической группе. Однако у них остается общая основа, видоизменившиеся части тела выполняют те же функции. Например, уши остаются ушами, только у одних они стали более вытянутыми, у других округлыми, крылья у одних птиц короткие, у других длинные.
Наглядным примером является вид конечностей у млекопитающих. У разных видов они отличаются в зависимости от способа жизни и среды обитания. Так, у кошачьих на лапах есть мягкие подушечки, а у приматов длинные и подвижные пальцы для захвата веток, у развились ласты, у коров - копыта. Понять, что такое дивергенция в биологии, можно на примере белянок. Бабочки этого семейства питаются разной пищей на стадии гусеницы: одни едят капусту, другие - репу, третьи - свеклу и т. д.
У растений расхождение признаков проявляется в форме листьев. У кактусов они стали колючками, у барбариса развились иглы. Также дивергенция прослеживается на уровне корневой системы. Некоторые растения имеют корни-присоски, у картофеля это клубни, у свеклы и моркови они прибавили толщины и превратились в корнеплоды.
Конвергенция
Если дивергенция характерна для родственных организмов, то конвергенция, наоборот, наблюдается у отдаленных групп. Она проявляется в у систематически разных организмов. Как и дивергенция, появилась в результате естественного отбора, но в этом случае он направлен одинаково у разных видов, отрядов и т. д.
Животные или растения, которые принадлежат к абсолютно разным классам, приобретают одинаковые по строению и функциям органы. Это обусловлено общей средой обитания или схожестью образа жизни. Но их схожесть не распространяется на все тело, конвергенция затрагивает только те органы, которые необходимы для приспособленности к определенным условиям.
Так, животные, которые перемещаются по воздуху, имеют крылья. Но одни могут относиться к насекомым, а другие - к позвоночным. Обитающие в воде организмы имеют обтекаемую форму тела, хотя и не обязательно являются родственными друг другу.
Примеры конвергенции
Форма тела дельфинов, китов и рыб - типичная конвергенция. Из-за внешней схожести с акулами киты и дельфины вначале причислялись к рыбам. Позже было доказано, что они - млекопитающие, так как дышат легкими, появляются на свет путем живорождения и имеют ряд других признаков.
В качестве примера конвергенции можно привести крылья у летучих мышей, птиц и насекомых. Наличие этих органов связано со способом жизни животных, которые перемещаются при помощи полета. При этом вид и строение крыльев у них существенно отличаются.
Еще один пример - наличие жабр у рыб и у моллюсков. Иногда конвергенция проявляется и в отсутствии каких-либо органов. Так, на некоторых вулканических островах обитают бескрылые бабочки, мухи и другие насекомые.
Фенетическая классификация, главный принцип которой - сходство, имеет право на гражданство, но она преследует совершенно иные, чем систематика, цели.
Такую классификацию, очевидно, следует называть экологической, так как она основывается на выявлении конвергентной адаптивной близости, отражающей отношения организмов со средой. Принципиальное различие между систематикой и экологической классификацией состоит в том, что у первой имеется единый критерий на всех ступенях таксономии (филогенез), тогда как у второй его нет.
Конвергентное сходство, лежащее в основе представлений о жизненных формах, приспособительных типах и т.д., независимо и несопоставимо по разным признакам. Так, высший ранг таксонов по характеру трофических отношений не обязательно должен соответствовать высшему уровню таксонов по типу передвижения или отношения к субстрату. Единая экологическая система организмов невозможна, хотя некоторые авторы и отстаивают ее целесообразность. Классификационные схемы по различным критериям независимы. Примером могут служить трофическая классификация организмов, система вертикально-ярусных жизненных форм (Арнольди, 1937; Gisin, 1943; Бей-Биенко, 1950; Стебаев, 1970 и др.). Экологические классификации организмов играют в основном методическую подсобную роль, являясь основой различных биоцено-логических исследований.
Категории, отражающие адаптацию к зонально-климатическим условиям, должны входить в виде составных частей в специальные классификационные ряды, независимые от прочих систем жизненных форм и морфоэкологических типов. Трудность, однако, состоит в том, что в таких понятиях, как «степной», «пустынный», уже заранее заключен двойственный смысл: с одной стороны, характеристика вида с точки зрения хорологии (связь с определенным типом растительного покрова и почв), а с другой - эколого-физиологические особенности, обусловленные обитанием в данной климатической обстановке, что часто не обнаруживает параллелизма с биотопическими связями. В этом случае необходимо строго разграничивать широкие и узкие понятия.
Категории, вскрывающие связь формирования вида с определенным типом климата («арктический», «бореальный» и др.), выше по рангу по сравнению с теми, которые характеризуют топологию вида («тундровый», «лесной» и т.д.). В первом случае мы исходим преимущественно из ареала в целом и его исторической динамики, тогда как во втором необходим анализ биотопического распределения видов. Так, типичные эваркты не всегда тесно связаны с зональными формациями, т.е. могут и не относиться к собственно тундровым видам.
Наиболее массовая из субарктических жужелиц - кругополярная Amara alpina, ареал которой почти целиком находится в пределах Субарктики (Чернов, 1966; Lindroth, 1971), приурочена в основном к склоновым разнотравным и кустарничковым группировкам и лишь в небольшом числе встречается в водораздельных тундрах. Вместе с тем транспалеаркт Notiophilus aquaticus чаще, чем A. alpina, встречается в плакорных моховых и особенно пятнистых тундрах. Самый обычный из субарктических листоедов - Chrysolina septentrionalis на всем протяжении своего ареала тесно приурочен к разнотравным и кустарничковым группировкам на склонах, что, очевидно, объясняется как термопреферендумом этого вида, так и трофическими связями.
При значительной политрофности личинки этого вида предпочитают некоторые виды растений разнотравно-кустарничко-вых и разнотравно-злаковых мезофитных группировок (Чернов, 1973). К данному виду едва ли может быть применимо название «тундровый». То же относится ко многим видам других групп животных, распространенных в пределах тундровой зоны, но не связанных с собственно зональными тундровыми формациями.
Еще интересные статьи
