Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с гомоплазмой .

Гомоплазия в биологии и филогенетике - это когда признак приобретается или теряется независимо в отдельных линиях в ходе эволюции. Это отличается от гомологии , которая заключается в том, что сходство черт можно экономно объяснить общим происхождением. [1] Гомоплазия может возникать как в результате одинакового давления отбора, действующего на адаптирующиеся виды, так и в результате генетического дрейфа . [2] [3]

Гомоплазия - это сходство по признаку, которое нельзя экономно объяснить происхождением от общего предка.

Чаще всего гомоплазию рассматривают как сходство по морфологическим признакам. Однако гомоплазия может также проявляться в других типах признаков, таких как сходство в генетической последовательности, [4] [5] типы жизненного цикла [6] или даже поведенческие черты. [7] [5]

Этимология [ править ]

Термин гомоплазия был впервые использован Рэем Ланкестером в 1870 году. [8] Соответствующее прилагательное - гомоплазический или гомопластический . Оно образовано от двух древнегреческих слов ὁμός ( homós ), что означает «подобный, подобный, такой же», и πλάσσω ( plássō ), что означает «формировать, формировать». [9] [10] [11] [4]

Параллелизм и конвергенция [ править ]

Параллельная и конвергентная эволюция приводит к гомоплазии, когда разные виды независимо развиваются или приобретают сравнимый признак, который отличается от признака, предположительно присутствующего у их общего предка. Когда похожие черты вызваны эквивалентным механизмом развития, этот процесс называется параллельной эволюцией. [12] [13] Этот процесс называется конвергентной эволюцией, когда сходство возникает из разных механизмов развития. [13] [14] Эти типы гомоплазии могут возникать, когда разные клоны живут в сопоставимых экологических нишах, которые требуют одинаковых адаптаций для повышения приспособленности. Интересный пример - сумчатые кроты ( Notoryctidae), золотистые родинки ( Chrysochloridae ) и северные родинки ( Talpidae ). Это млекопитающие из разных географических регионов и родословных, и все они независимо друг от друга развили очень похожие характеристики роя нор (например, конусообразные головы и плоские передние когти), чтобы жить в подземной экологической нише. [15]

Возврат [ править ]

Напротив, обращение (также известное как рудезиализация) приводит к гомоплазии через исчезновение ранее приобретенных черт. [16] Этот процесс может быть результатом изменений в окружающей среде, в которых определенные приобретенные черты больше не актуальны или даже стали дорогостоящими. [17] [3] Это можно наблюдать у подземных и пещерных животных по потере зрения, [15] [18] у пещерных животных из-за потери пигментации, [18] как у змей, так и у безногих ящериц. из-за потери конечностей. [19] [20]

Отличие гомологии от гомоплазии [ править ]

Гомоплазия, особенно тот тип, который встречается в более близких филогенетических группах, может усложнить филогенетический анализ. Филогенетические деревья часто создаются с помощью анализа экономичности . [21] [22] Эти анализы можно проводить как по фенотипическим, так и по генетическим признакам (последовательностям ДНК). [23] Используя экономичный анализ, гипотеза отношений, требующая наименьшего количества эволюционных изменений, предпочтительнее альтернативных гипотез. Построение этих деревьев может стать проблемой, если оно омрачено появлением гомоплазии в признаках, используемых для анализа. Наиболее важный подход к преодолению этих проблем - увеличение количества независимых ( неплейотропных), Не- связанные ) характеристики используются в филогенетическом анализе. Наряду с экономическим анализом можно выполнить анализ вероятности, в котором выбирается наиболее вероятное дерево с учетом конкретной модели эволюции и измеряются длины ветвей.

Согласно кладистической интерпретации , гомоплазия может быть идентифицирована, когда распространение признака не может быть объяснено происхождением от общего предка по предпочтительной филогенетической гипотезе, то есть рассматриваемая особенность возникает (или исчезает) более чем в одной точке на дереве. . [16]

В случае последовательностей ДНК очень часто встречается гомоплазия из-за избыточности генетического кода. Наблюдаемая гомоплазия может быть просто результатом случайных нуклеотидных замен, накапливающихся с течением времени, и, следовательно, может не нуждаться в адаптационистском эволюционном объяснении. [5]

Примеры и применения гомоплазии [ править ]

Существует множество задокументированных примеров гомоплазии в следующих таксонах:

  • Eusiroida ( ракообразные и амфиподы ) [24]
  • Urticaceae , [25]
  • Asteraceae , [26]
  • Polypodioideae (Селлигуевидные папоротники), [27]
  • Муравьи [28]
  • Merluccius capensis (Кейп-Хейкс) [29]
  • Пауки- птицееды из рода Bonnetina : почти все морфологические признаки в пределах этого рода гомопластичны. Было обнаружено, что только половые признаки не являются гомопластическими, что позволяет предположить, что половой отбор мог быть движущей силой в расхождении тарантулов. [30]
  • gharials , с гомоплазией между Tomistoma и настоящими крокодилами, а также между торакозаврами и Gavialis . [31]

Возникновение гомоплазии также можно использовать для прогнозов эволюции. Недавние исследования использовали гомоплазию для предсказания возможности и пути внеземной эволюции. Например, Левин и др. (2017) предполагают, что развитие глазоподобных структур весьма вероятно из-за их многочисленных, независимо возникших случаев на Земле. [16] [32]

Гомоплазия против эволюционной случайности [ править ]

В своей книге Wonderful Life , Стивен Джей Гоулд утверждает , что повторение эволюционного процесса, из любой точки во время вперед, не будет производить те же результаты. [33] Возникновение гомоплазии рассматривается некоторыми биологами как аргумент против теории эволюционной случайности Гулда . Пауэлл и Марискал (2015) утверждают, что это разногласие вызвано двусмысленностью и что как теория случайности, так и гомопластичность могут быть верными одновременно. [34]

См. Также [ править ]

  • Конвергентная эволюция
  • Гетероплазмия
  • Гомология (биология)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Торрес-Montúfar А, Т Борщ, Ochoterena Н (Май 2018). «Когда гомоплазия не гомоплазия: рассечение эволюции черт путем противопоставления составного и редуктивного кодирования» . Систематическая биология . 67 (3): 543–551. DOI : 10.1093 / sysbio / syx053 . PMID  28645204 .
  2. Перейти ↑ Stearns SC, Hoekstra RF (2005). Эволюция: введение (2-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780199255634.
  3. ^ a b Hall AR, Colegrave N (март 2008 г.). «Распад неиспользуемых символов путем выделения и дрейфа» . Журнал эволюционной биологии . 21 (2): 610–7. DOI : 10.1111 / j.1420-9101.2007.01473.x . PMID 18081745 . S2CID 11165522 .  
  4. ^ a b Рис JB, Урри Л.А., Каин М.Л., Вассерман С.А., Минорски П.В., Джексон РБ (2011). Кэмпбелл Биология (9-е изд.). Пирсон. ISBN 9780321739759.
  5. ^ a b c Сандерсон MJ, Hufford L (1996). Гомоплазия: повторение сходства в эволюции . Сан-Диего, Калифорния: ISBN Academic Press, Inc. 0-12-618030-X.
  6. ^ Silberfeld T, Leigh JW, Verbruggen H, C Cruaud де Ревье B, Rousseau F (август 2010). «Мульти-локусная филогения бурых водорослей (Heterokonta, Ochrophyta, Phaeophyceae): исследование эволюционной природы« излучения короны бурых водорослей », калиброванная по времени ». Молекулярная филогенетика и эволюция . 56 (2): 659–74. DOI : 10.1016 / j.ympev.2010.04.020 . PMID 20412862 . 
  7. ↑ de Queiroz A, Wimberger PH (февраль 1993 г.). «Полезность поведения для оценки филогении: уровни гомоплазии по поведенческим и морфологическим признакам» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 47 (1): 46–60. DOI : 10.1111 / j.1558-5646.1993.tb01198.x . PMID 28568085 . S2CID 205778379 .  
  8. ^ Lankester ER (1870). «Об использовании термина« гомология »в современной зоологии и различении гомогенетических и гомопластических соглашений» . Летопись и журнал естествознания . 6 (31): 34–43. DOI : 10.1080 / 00222937008696201 .
  9. ^ Байи A (1981-01-01). Abrégé du dictionnaire grec français . Париж: Ашетт. ISBN 2010035283. OCLC  461974285 .
  10. ^ Байли А. "Греко-французский словарь онлайн" . www.tabularium.be . Проверено 25 октября 2018 года .
  11. ↑ Holt JR, Judica CA (4 февраля 2014 г.). «Систематическая биология - Словарь терминов: гомоплазия» . Проверено 21 сентября 2018 года .
  12. ^ Арчи JW (1989). «Коэффициенты избытка гомоплазии: 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 . 
  13. ^ a b Wake DB (сентябрь 1991 г.). «Гомоплазия: результат естественного отбора или доказательство ограничений дизайна?». Американский натуралист . 138 (3): 543–567. DOI : 10.1086 / 285234 .
  14. ^ Hodin J (2000). «Пластичность и ограничения в развитии 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 . 
  15. ^ а б Нево E (1979). «Адаптивная конвергенция и расхождение подземных млекопитающих». Ежегодный обзор экологии и систематики . 10 : 269–308. DOI : 10.1146 / annurev.es.10.110179.001413 .
  16. ^ a b c Wake DB, Wake MH, Specht CD (февраль 2011 г.). «Гомоплазия: от выявления закономерностей к определению процесса и механизма эволюции». Наука . 331 (6020): 1032–5. Bibcode : 2011Sci ... 331.1032W . DOI : 10.1126 / science.1188545 . PMID 21350170 . S2CID 26845473 .  
  17. ↑ Фонг DW, Кейн TC, Калвер, округ Колумбия (1995). «Рудигиализация и потеря нефункциональных персонажей». Ежегодный обзор экологии и систематики . 26 : 249–68. DOI : 10.1146 / annurev.es.26.110195.001341 .
  18. ^ a b Джонс Р., Калвер, округ Колумбия (май 1989 г.). «Доказательства для отбора сенсорных структур в пещерной популяции Gammarus minus (Amphipoda)» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 43 (3): 688–693. DOI : 10.1111 / j.1558-5646.1989.tb04267.x . PMID 28568387 . S2CID 32245717 .  
  19. ^ Скиннер A, Ли MS (2009). «Эволюция формы тела сцинтилевой ящерицы Леристы и режим макроэволюционных переходов». Эволюционная биология . 36 : 292–300. DOI : 10.1007 / s11692-009-9064-9 . S2CID 42060285 . 
  20. ↑ Скиннер А., Ли М.С., Хатчинсон М.Н. (ноябрь 2008 г.). «Быстрая и многократная потеря конечностей в стае сцинтилевых ящериц» . BMC Evolutionary Biology . 8 : 310. DOI : 10.1186 / 1471-2148-8-310 . PMC 2596130 . PMID 19014443 .  
  21. ^ Wiley EO, Либерман Б. (2011). Филогенетика: теория и практика филогенетической систематики . Хобокен, Нью-Джерси: ISBN компании John Wiley & Sons, Inc. 9780470905968.
  22. ^ Шух RT, Брауэр А.В. (2009). Биологическая систематика: принципы и приложения . Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. ISBN 9780801462436.
  23. ^ Фельзенштейн J (2004). Делая выводы о филогении . Синауэр. ISBN 978-0878931774.
  24. ^ Верхейе М.Л., Мартин Р, Т Backeljau, D'Udekem D'Acoz С (2015-12-22). «Анализ ДНК выявляет обильную гомоплазию у таксономически важных морфологических признаков Eusiroida (Crustacea, Amphipoda)». Zoologica Scripta . 45 (3): 300–321. DOI : 10.1111 / zsc.12153 . S2CID 86052388 . 
  25. ↑ Wu ZY, Milne RI, Chen CJ, Liu J, Wang H, Li DZ (2015-11-03). «Реконструкция предкового состояния выявляет безудержную гомоплазию диагностических морфологических признаков у Urticaceae, противоречащую современным схемам классификации» . PLOS ONE . 10 (11): e0141821. Bibcode : 2015PLoSO..1041821W . DOI : 10.1371 / journal.pone.0141821 . PMC 4631448 . PMID 26529598 .  
  26. ^ Мехиас JA, Chambouleyron M, Kim SH, Инфанте MD, Ким SC, Леже JF (2018-07-19). «Филогенетический и морфологический анализ нового вида, обитающего на скалах, выявляет остаточное наследственное разнообразие и эволюционный параллелизм у Sonchus (Asteraceae)». Систематика и эволюция растений . 304 (8): 1023–1040. DOI : 10.1007 / s00606-018-1523-2 . S2CID 49873212 . 
  27. ↑ He L, Schneider H, Hovenkamp P, Marquardt J, Wei R, Wei X, Zhang X, Xiang Q (2018-05-09). «Молекулярная филогения папоротников-саллигуеоидов (Polypodiaceae): последствия для естественного разграничения, несмотря на гомоплазию и быстрое облучение». Таксон . 67 (2): 237–249. DOI : 10.12705 / 672,1 .
  28. ^ Schär S, Talavera G, Espadaler X, Rana JD, Андерсен Андерсен A, Обложка SP, Vila R (2018-06-27). «Существуют ли виды голарктических муравьев? Трансберингийское распространение и гомоплазия у Formicidae». Журнал биогеографии . 45 (8): 1917–1928. DOI : 10.1111 / jbi.13380 .
  29. ^ Энрикеш R, фон дер Heyden S, Matthee СА (2016-03-28). «Когда гомоплазия имитирует гибридизацию: пример мыса хеков (Merluccius capensis и M. paradoxus)» . PeerJ . 4 : e1827. DOI : 10,7717 / peerj.1827 . PMC 4824878 . PMID 27069785 .  
  30. ↑ Ortiz D, Francke OF, Bond JE (октябрь 2018 г.). «Сплетение форм и филогения: обширная морфологическая гомоплазия и неоднородность молекулярных часов у Bonnetina и родственных птицеедов». Молекулярная филогенетика и эволюция . 127 : 55–73. DOI : 10.1016 / j.ympev.2018.05.013 . PMID 29778724 . 
  31. ↑ Lee MS, Yates AM (июнь 2018 г.). «Типовое датирование и гомоплазия: согласование мелких молекулярных расхождений современных гавиалов с их долгой летописью окаменелостей» . Ход работы. Биологические науки . 285 (1881): 20181071. DOI : 10.1098 / rspb.2018.1071 . PMC 6030529 . PMID 30051855 .  
  32. Перейти ↑ Levin SR, Scott TW, Cooper HS, West SA (2017). «Пришельцы Дарвина» . Международный журнал астробиологии . 18 : 1–9. DOI : 10.1017 / S1473550417000362 .
  33. ^ Gould SJ (2000). Замечательная жизнь: сланцы Берджесс и природа истории . Лондон: Винтажные книги. ISBN 9780099273455.
  34. Перейти ↑ Powell R, Mariscal C (декабрь 2015 г.). «Конвергентная эволюция как естественный эксперимент: переосмысленная лента жизни» . Интерфейсный фокус . 5 (6): 20150040. DOI : 10.1098 / rsfs.2015.0040 . PMC 4633857 . PMID 26640647 .