Формы эволюции (дивергенция, конвергенция, параллелизм). Удивительные примеры конвергенции в природе Примерами конвергенции являются

Данные систематики, палеонтологии, сравнительной анатомии и других биологических дисциплин дают возможность с большой точностью восстановить ход эволюционного процесса на надвидовом уровне. Среди форм эволюции групп живых организмов можно выделить: дивергенцию, конвергенцию и параллелизм.

Дивергенция

Появление новых форм всегда связано с приспособлением к местным географическим и экологическим условиям существования. Так, класс млекопитающих состоит из многочисленных отрядов, представители которых отличаются родом пищи, особенностями мест обитания, то есть условиями существования (насекомоядные, рукокрылые, хищные, парнокопытные, китообразные и т. д.). Каждый из этих отрядов включает подотряды и семейства, которые, в свою очередь характеризуются не только специфическими морфологическими признаками, но и экологическими особенностями (формы бегающие, скачущие, лазающие, роющие, плавающие). Внутри любого семейства виды и роды различаются образом жизни, объектами питания и т. п. Как указывал Дарвин, в основе всего эволюционного процесса лежит дивергенция. Дивергенция любого масштаба есть результат действия естественного отбора в форме группового отбора (сохраняются или устраняются виды, роды, семейства и т. д.). Групповой отбор так же основан на индивидуальном отборе внутри популяции. Вымирание вида происходит за счёт гибели отдельных особей.

Своеобразие морфологических особенностей организмов, приобретаемых в процессе дивергенции, имеет некоторую единую основу в виде генофонда родственных форм. Конечности всех млекопитающих сильно отличаются, но имеют единый план строения и представляют собой пятипалую конечность. Поэтому органы, соответствующие друг другу по строению и имеющие общее происхождение, независимо от выполняемой функции, называют гомологичными. Примером гомологичных органов у растений являются усы гороха, колючки кактуса – всё это видоизменённые листья.

В одинаковых условиях существования животные, относящиеся к разным систематическим группам, могут приобретать сходное строение. Такое сходство строения возникает при сходстве функций и ограничивается лишь органами, непосредственно связанными с одними и теми же факторами среды. Внешне очень похожи хамелеоны и агамы, лазающие по ветвям деревьев, хотя относятся к разным подотрядам (рис. 1).

Рисунок 1. Лазающая агама. Внешнее сходство с хамелеоном обусловлено сходной средой обитания.

У позвоночных животных конвергентное сходство обнаруживают конечности морских рептилий и млекопитающих (рис. 2). Схождение признаков затрагивает в основном лишь те органы, которые непосредственно связаны со сходными условиями среды.

Рисунок 2. Конвергенция. Сходство формы тела и плавников у неродственных быстро плавающих животных: акулы (А), ихтиозавра (Б), дельфинов (В, Г).

Конвергенция наблюдается и у групп животных, далеко отстоящих друг от друга в систематическом отношении. Организмы, обитающие в воздухе, имеют крылья (рис. 3). Но крылья птицы и летучей мыши – это изменённые конечности, а крылья бабочки – выросты стенки тела.

Рисунок 3. Конвергенция. Развитие приспособлений для парения в воздухе у позвоночных: А – летучая рыба, Б – летающая лягушка, В – летающая агама, Г – белка-летяга.

Органы, выполняющие сходные функции, но имеющие различное в принципе строение и происхождение, называют аналогичными.

Параллелизм

Параллелизм представляет собой форму конвергентного развития, свойственного для генетически близких групп организмов. Например, среди млекопитающих китообразные и ластоногие независимо друг от друга перешли к обитанию в водной среде и приобрели сходные приспособления для передвижения в этой среде – ласты. Известное общее сходство имеют неродственные млекопитающие тропического пояса, обитающие на разных континентах в близких климатических условиях (рис. 4).

Рисунок 4. Конвергентное сходство строения между неродственными млекопитающими дождевые леса Африки (слева) и Южной Америки: А – карликовый гиппопотам, Б – водосвинка, В – африканский оленек, Г – пака, Д – карликовая антилопа, Е – агути, Ж – серый дукер, З – мазама, И – панголин, К – гигантский броненосец.

Дата: 2011-05-11

Конвергенция - что это такое?

М.Махлин г. Санкт-Петербург

Конвергенцией в биологии называется развитие у неродственных организмов одинаковых признаков, появившихся в результате приспособления к сходным условиям обитания. Эти признаки могут относиться как к внешнему виду, так и к поведенческим реакциям живых существ.

Обычно при изучении биологии в школе приводятся самые очевидные примеры конвергенции . Скажем, кит, как известно, никакого отношения к рыбам не имеет. Это типичное млекопитающее, как и его предки, обитавшие на суше. Но приспособление к водной среде обитания вызвало у китов появление "рыбьего" внешнего вида с присущими ему атрибутами: обтекаемым корпусом и плавниками. Столь же ярким примером являются летучие мыши, летучие лисицы - тоже млекопитающие, приобретшие при освоении воздушной среды крылья, подобные птичьим.

Фото конвергенция

Примеры конвергенции можно наблюдать и в аквариуме. В качестве такового можно привести живорождение мальков. Они вынашиваются в теле самки, икра получает кислород и питательные вещества через ее кровь (т.е. это своеобразная форма беременности, а не ложное живорождение, когда яйца просто задерживаются в теле самки до вылупления из них потомства), мальки рождаются без желточного пузыря, и сразу готовы к активному плаванию и питанию. Живорождение свойственно как американским пецилиям, так и южно-азиатским полурылам. Но гуппи, пецилии. меченосцы относятся к отряду ципри-нодонтид, а хемирамфусы. дермогенисы - к отряду Сарганообразных.

Примером конвергенции является и вынашивание потомства в специальном горловом мешке одного из рыб-родителей. Оно характерно для африканских цихлид и лабиринтовых (ряд видов бойцовых рыбок, шоколадные гурами). Способность сбивать насекомых с листьев над водой проявляют лялиусы и рыба-брызгун.
Сходные условия обитания формируют и конвергентный облик у рыб. Так, плоскоперы, входящие в отряд карпообразных, по внешнему виду неотличимы от некоторых сомов из отряда сомообразных.
Конвергентный внешний вид сформировался в сходных условиях существования и у многих водных растений. В водной среде растения нуждаются в увеличении ассимилирующей (поглощающей при дыхании и питании) поверхности листовой пластинки. Однако, если бы эволюционная адаптация пошла по пути простого наращивания размеров, огромные листья стали бы затенять друг друга, мешать обтеканию их водой.
Поэтому адаптация происходила не за счет увеличения листа, а за счет его различных геометрических модификаций, при которых ассимилирующая поверхность листьев увеличивается не в ущерб свето- и водойропускающей структуре растения в целом.

У валлисиерий, сагиттарий и ряда кринумов сформировались длинные лентовидные листья, свободно стелющиеся но течению. У кабомб, хоттоний. лимнофил, мириофиллумов, некоторых людвигий и ряда других водных трав листья сегментированы на узкие дольки-иголочки, свободно пропускающие свет и омываемые со всех сторон водой.

Фото конвергенция

У плавающих растений и представителей водной флоры с плавающими листьями другая проблема: им надо иметь обсыхающие верхние поверхности листа (для улавливания света и испарения влаги) и обеспечивать листу плавучесть за счет включения в его ткань аэрокамер - заполненных воздухом полостей.
Свободно плавающий на поверхности воды филлантус внешне похож на плавающий папоротник сальвинию. Нимфоидесы имеют такие же плавающие листья, как кувшинки, а те, в свою очередь, внешне похожи на гндроклейсы.

Особенно приходится изощряться растениям, обитающим в бедных питательными веществами водах. А таких в тропиках немало. Чтобы не голодать, растениям требуется увеличить листовую пластинку, максимально развить ее ассимилирующую поверхность.
Противоречие между стремлением к компактности листовой пластинки и необходимостью увеличения поглощающей поверхности природа разрешила оригинальным способом, "придумав" буллоидиую (т.е. покрытую буграми и ямками) поверхность листа. Это решение позволило при сохранении габаритов листовой пластины в 3-4 раза увеличить его общую ассимиляционную поверхность. Буллондные листья характерны для мадагаскарских аноногетонов A.boivinianus и A.bernierianus. у некоторых форм других видов этого же рода с острова Мадагаскар и у A.bullosus, обитающего в Австралии.

Аналогичные "скомканные" листья появились у африканского "плавающего" (на самом деле он полностью погружен) кринума Crinum natans и у ряда кринтокорин (C.bullosa. C.huidoroi. C.usteriana, C.aponogetifolia), причем последняя даже в научном названии (апоиогетонолистная) содержит фактическое признание ее конвергентности с апоногетонами.
Как видим, конвергентность - довольно распространенное явление, не чуждое в том числе и обитателям аквариума, как полноценным участникам биокинетических, ассимиляционных и эволюционных процессов Природы.

Журнал Аквариум 2000 №1

Проживающие в экологически различных периферийных средах, могут проявлять генетические отличия от оставшейся части популяции, особенно там, где имеется большое разнообразие видов. Генетическая дивергенция - это в биологии процесс, при котором две или более популяции предкового вида независимым образом накапливают генетические изменения (мутации), чтобы произвести способное к выживанию потомство. Генетические различия среди дивергентных популяций могут включать мутации, не влияющие на фенотип, а также приводить к значительным морфологическим и физиологическим изменениям.

Генетическая дивергенция

На уровне молекулярной генетики дивергенция в биологии - это генетические изменения, происходящие в результате видообразования. Тем не менее исследователи утверждают, что маловероятным является то, что подобное явление было следствием одноразовой и значительной доминантной мутации в генетическом локусе. Если бы это было возможным, то эти мутации не могли бы быть переданы следующим поколениям. Следовательно, более вероятным является вариант последовательной репродуктивной изоляции, которая является результатом множественных мелких мутаций в процессе эволюции.

Дивергентная эволюция

Согласно теории эволюции, дивергенция в биологии - это относительное явление, при котором изначально подобные популяции накапливают различия в процессе эволюционного развития и постепенно становятся все более отчетливыми. Этот процесс также известен как "расхождение" и был описан в "Происхождении видов" (1859). Еще до Дарвина многие линии отхождения от центрального видового типа были описаны Альфредом Расселом Уоллесом в 1858 году. Согласно традиционной теории эволюции, дивергенция служит двум основным целям:

Она позволяет данному типу организма выжить в измененном виде за счет использования новых биологических ниш.
Это увеличение разнообразия повышает адаптационные возможности молодого поколения к разнообразным средам обитания.

Эти предположения являются чисто гипотетическими, так как доказать их экспериментально очень трудно и практически невозможно.

Молекулярная дивергенция

Что это такое с точки зрения молекулярной биологии? Это доля нуклеотидов, отличающихся между собой двумя сегментами ДНК. Также может различаться процент аминокислот между двумя полипептидами. Термин "дивергенция" используется в этом контексте, так как существует предположение о том, что две молекулы являются потомками одной родоначальной молекулы. В процессе эволюции наблюдается не только расхождение, но и слияние событий, таких как гибридизация и горизонтальный перенос. И такие события происходят значительно чаще. Молекулярные механизмы эволюционной дивергенции генетического материала включают в себя нуклеотидные замены, удаления, вставки, хромосомные рекомбинации, транспозиции и инверсии, дупликации, преобразования и горизонтальный перенос генов. Число нуклеотидных замен является простой и полезной мерой степени дивергенции между двумя последовательностями. На самом деле существует несколько методов, доступных для оценки числа нуклеотидных замен и построения филогенетического дерева, отображающего путь расхождения в процессе эволюции.

Аналог конвергенции

Дивергенция в биологии - это аналог эволюционной конвергенции, во время которой организмы, имеющие непохожих предков, стали похожими из-за естественного отбора. Например, мухи и птицы эволюционировали, чтобы быть похожими, в том смысле, что они имеют крылья и могут летать, хотя их нелетающие предки были совершенно другие. На самом деле эти двое принадлежат к разным биологическим типам. Дивергенция в биологии - это эволюционное событие, в котором возникло два морфологических или молекулярных признака от общего предка. Эти характеристики были изначально одинаковые, но стали разнородные в процессе эволюции. В случае расхождения должна быть определенная степень сходства между двумя чертами, чтобы выдвинуть предположение о том, что имелся общий предок. Для сближения, наоборот, должна присутствовать определенная несхожесть, так как определенные черты были заимствованы у совершенно независимых предков. Таким образом, различия между дивергенцией и конвергенцией являются трудно устанавливаемыми.

Дивергенция в биологии: картинки

Дивергентная эволюция (от лат. divergentia — расхождение), как правило, является следствием диффузии одного и того же вида в разных и изолированных средах. Можно привести следующие примеры: большинство существ на планете имеют верх-ние конечно-сти, у людей и приматов - это руки, у по-зво-ноч-ных - лапы, у птиц - кры-лья, у рыб - плавники и так далее. Все эти ор-га-ны используются живыми организмами по-разному, однако про-ис-хож-де-ние их является идентичным. Дивергенция может возникать в любой группе родственных организмов. Чем больше количество имеющихся различий, тем больше расхождение. И таких примеров в природе существует великое множество, например, лисица. Если ее местом обитания является пустыня, то и шерсть животного определенного цвета помогает замаскироваться от хищников. Рыжая лиса обитает в лесах, где "красное пальто" сочетается с местными пейзажами. В пустыне жара делает трудным теплообмен, поэтому уши у лисицы эволюционировали до больших размеров, таким образом организм избавляется от лишнего тепла. Решающее значение при этом имеют прежде всего различные условия окружающей среды и требования к адаптации, а не генетические различия. Если бы они обитали в одинаковой среде, вполне вероятно, что они бы развивались аналогичным образом. Дивергентная эволюция - это подтверждение генетической близости.

Дивергенция в природе: примеры

Эволюция - это процесс, в котором организмы изменяются с течением времени. Главной особенностью является то, что все это происходит очень медленно и занимает тысячи или даже миллионы лет. Дивергенция в биологии - что это? Рассмотрим, например, изменение в организме человека: кто-то высокий, кто-то низкий, некоторые имеют рыжие волосы, другие - черные, есть светлокожие, есть темнокожие. Подобно людям, другие живые организмы также имеют много вариаций в пределах одной популяции.

Дивергенция - это в биологии (примеры это наглядно показывают) процесс накопления необходимых для выживания генных трансформаций. Можно привести такой пример из реальной жизни. На Галапагосских островах есть много видов вьюрков. Когда Чарльз Дарвин посетил эти места, он отметил, что эти животные и вправду похожи, но некоторые ключевые отличия у них все же имеются. Это размер и форма их клювов. Их общий предок претерпел адаптивную радиацию, способствуя, таким образом, развитию новых видов. Например, на одном острове, где семена были в изобилии, клювы птиц как нельзя лучше подходили к поеданию такого вида пищи. На другом острове строение клюва помогало животному поедать насекомых. В конце концов, появилось много новых видов, и каждый имел свои уникальные особенности.

Дивергентная эволюция происходит, когда речь идет о появлении нового биологического вида. Как правило, это необходимо для того, чтобы адаптироваться к различным условиям окружающей среды. Хорошим примером служит нога человека, которая сильно отличается от ноги обезьяны, несмотря на их общего предка - примата. Новый вид (в данном случае люди) развился, потому что больше не было необходимости лазать по деревьям. Прямохождение произвело необходимые изменения в стопе для улучшения скорости, баланса и уверенного движения по земной поверхности. Хотя люди и обезьяны генетически схожи, у них развились различные физические черты, необходимые для выживания.

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 морского льва 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 схожести признаков 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.

Особенности эволюционной теории

Дивергенция в биологии

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.

Дивергенции в биологии: примеры

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.

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.

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.

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.