В эволюционной биологии , ключевая инновация , также известная как адаптивный прорыв или ключевой адаптация , является новым фенотипическим признаком , что позволяет последующему излучение и успех таксономической группы. Обычно они приносят новые возможности, которые позволяют таксонам быстро диверсифицироваться и вторгаться в ранее недоступные ниши . Это явление помогает объяснить, почему некоторые таксоны гораздо более разнообразны и имеют гораздо больше видов, чем их сестринские таксоны.. Этот термин был впервые использован в 1949 году Олденом Х. Миллером, который определил его как «ключевые изменения в морфологическом и физиологическом механизме, которые необходимы для происхождения новых основных групп» [1], хотя более широкое, современное определение гласит, что « ключевым нововведением является эволюционное изменение индивидуальных черт, которое причинно связано с увеличением степени диверсификации в результирующей кладе ". [2]
Теория ключевых инноваций подверглась критике, потому что ее трудно протестировать с научной точки зрения, но есть доказательства, подтверждающие эту идею. [3]
Механизм [ править ]
Механизм, с помощью которого ключевое нововведение приводит к таксономическому разнообразию, не определен, но было предложено несколько гипотез: [2]
Повышение индивидуальной физической формы [ править ]
Ключевое нововведение, увеличивая приспособленность особей этого вида, может привести к снижению вероятности вымирания и позволить таксонам расширяться и видоизменяться . [2]
Каналы из латекса и смолы в растениях используются для отпугивания хищников, выделяя при прокалывании липкий секрет, который может обездвижить насекомых, а некоторые содержат токсичные или неприятные на вкус вещества. Они развивались независимо примерно 40 раз и считаются ключевым нововведением. Увеличивая устойчивость растений к хищникам, каналы увеличивают приспособленность видов и позволяют им избежать съедания, по крайней мере, до тех пор, пока хищник не разовьет способность преодолевать защиту. В течение периода устойчивости растения с меньшей вероятностью вымрут и могут диверсифицироваться и видоизменяться, и поэтому таксоны с латексными и смоляными каналами более разнообразны, чем их каналы, лишенные родственных таксонов. [2]
Роман вторжение в нишу [ править ]
Ключевое нововведение может позволить виду вторгнуться в новый регион или нишу и, таким образом, освободиться от конкуренции, допуская последующее видообразование и радиацию .
Классическим примером этого является четвертый куспид коренных зубов млекопитающих , гипоконус , который позволил предкам ранних млекопитающих эффективно переваривать свой общий рацион. Предшественники этого, зубы триконодонта рептилий, были приспособлены для захвата и разрезания, а не жевания. Развитие гипоконуса и плоских коренных зубов позже позволило животным адаптироваться к растительноядной диете, поскольку их можно было использовать для расщепления твердых растительных веществ путем измельчения. Эволюция этой способности привела к тому, что млекопитающие смогли адаптироваться к использованию огромного разнообразия источников пищи [4], и позволила ранним млекопитающим вторгаться в новые ниши через эволюцию специализированных травоядных животных, которые достигли относительного успеха в среднем эоцене.. Специализация на растительной диете дала ранним травоядным достаточно ресурсов для излучения, поскольку энергия не терялась на более высокие трофические уровни, и в то время существовало мало конкурентов. [4]
Репродуктивная изоляция [ править ]
Ключевое нововведение может привести к репродуктивной изоляции, в результате чего люди с нововведением больше не будут размножаться с теми, у кого нет. Это может привести к быстрому видообразованию, поскольку две популяции разделяются и накапливают мутации.
Шпоры нектара Аквилегии , разнообразного рода цветковых растений, считаются ключевым нововведением из-за этого. Шпоры нектара способствуют опылению, отодвигая нектар дальше от тычинок, гарантируя, что насекомые или птицы- опылители улавливают пыльцу при доступе к ней. Это привело к быстрому видообразованию внутри рода, поскольку растения и их опылители могут стать специализированными друг для друга, то есть один вид опылителя питается исключительно одним видом растений, и, таким образом, популяции растений могут легко стать репродуктивно изолированными друг от друга. Кроме того, форма и размер нектарной шпоры могут изменяться в ответ на адаптацию опылителей, развивая коэволюционные отношения. Род Aquilegiaнасчитывает более 50 видов. [3]
Критика [ править ]
Как эволюционная теория, ключевые инновации подверглись критическому анализу из-за того, что их трудно проверить. Идентификация зависит от обнаружения корреляции между нововведением и увеличением разнообразия путем сравнения сестринских таксонов, но это не доказывает причинно-следственную связь и не выделяет другие причины разнообразия, такие как стохастичность или среда обитания, и можно «выбрать вишневые» примеры, которые соответствуют гипотезе. [5] Кроме того, ретроспективная идентификация ключевых инноваций мало что дает с точки зрения понимания процессов и факторов давления, которые привели к адаптации, и может идентифицировать очень сложный эволюционный процесс как единое событие. Примером этого является эволюция птичьего полета, которая была определена в качестве ключевого новшества в 1963 году Эрнстом Майром . [6]Тем не менее, отдельные эволюционные изменения должны были происходить по всей физиологии птичьего предка, в том числе расширения мозжечка и расширения и оссификаций от грудины . Эти приспособления возникли отдельно, с разницей в миллионы лет [5], а не за один шаг.
См. Также [ править ]
- Адаптивное излучение
- Естественный отбор
Ссылки [ править ]
- ↑ Миллер, Олден (22 ноября 1949 г.). «Некоторые экологические и морфологические соображения в эволюции высших таксономических категорий». Ornithologie als Biologische Wissenschaft . С. 84–88.
- ^ a b c d Слышал, SB; Хаузер, DL (1995). «Ключевые эволюционные инновации и их экологические механизмы». Историческая биология . 10 (2): 151–173. DOI : 10.1080 / 10292389509380518 .
- ^ a b Ходжес, С. А. Арнольд, М. Л. (1995). «Стимулирование диверсификации растений: стимул для цветочного нектара - ключевое новшество?». Труды: Биологические науки . 262 (1365): 343–348. DOI : 10,1098 / rspb.1995.0215 . S2CID 86823646 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ а б Хантер, Дж. П. Джернвалл, Дж. (1995). «Гипоконус как ключевое новшество в эволюции млекопитающих» . Труды Национальной академии наук . 92 (23): 10718–10722. Bibcode : 1995PNAS ... 9210718H . DOI : 10.1073 / pnas.92.23.10718 . PMC 40683 . PMID 7479871 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ a b Крафт, Джоэл (1990). «Происхождение эволюционного нового паттерна и процесса на разных иерархических уровнях». Эволюционные инновации . С. 21–46.
- ^ Майр, Эрнст (1963). Виды животных и эволюция . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN 0-674-03750-2.
