Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Филогенетическая сеть, изображающая сетчатую эволюцию: Линия B является результатом горизонтального переноса между двумя ее предками A и C (синие пунктирные линии).

Ретикулярная эволюция , или сетевая эволюция , описывает возникновение линии через частичное слияние двух линий предков, что приводит к отношениям, лучше описываемым филогенетической сетью, чем бифуркационным деревом . [1] Сетчатые узоры можно найти в филогенетических реконструкциях линий биоразнообразия, полученных путем сравнения характеристик организмов. [2] Процессы ретикуляции потенциально могут быть конвергентными и расходящимися одновременно. [3] Сетчатая эволюция указывает на отсутствие независимости между двумя эволюционнымиродословные. [1] Ретикуляция влияет на выживаемость , приспособленность и скорость видообразования видов. [2]  

Ретикулярная эволюция может происходить между линиями, разделенными только на короткое время, например, посредством гибридного видообразования в комплексе видов . Тем не менее, это также происходит на больших эволюционных дистанциях, примером чего является присутствие органелл бактериального происхождения в эукариотических клетках. [2]

Ретикуляция происходит на разных уровнях: [4] на хромосомном уровне мейотическая рекомбинация вызывает ретикулярную эволюцию; на уровне видов ретикуляция возникает через видообразование гибридов и горизонтальный перенос генов ; а на уровне популяции сексуальная рекомбинация вызывает ретикуляцию. [1]

Прилагательное reticulate происходит от латинского слова reticulatus , «имеющий сетчатый узор», от reticulum , «маленькая сетка». [5]

Основные механизмы и процессы [ править ]

С девятнадцатого века ученые из 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 [ править ]

Симбиоз - это тесное и долгосрочное биологическое взаимодействие между двумя разными биологическими организмами. [6] Часто оба вовлеченных организма развивают новые свойства при взаимодействии с другим организмом. Это может привести к развитию новых, отличных организмов. [7] [8] Изменения в генетическом материале при симбиозе могут происходить через передачу через зародышевую линию или боковую передачу. [2] [9] [10] Таким образом, взаимодействие между различными организмами может управлять эволюцией одного или обоих организмов. [6]

Симбиогенез [ править ]

Симбиогенез (эндосимбиоз) - это особая форма симбиоза, при которой один организм живет внутри другого, отличного от него организма. Считается, что симбиогенез очень важен в происхождении и эволюции эукариот . Предполагается, что эукариотические органеллы , такие как митохондрии, произошли от зараженных клетками бактерий, живущих внутри другой клетки. [11] [12]

Боковой перенос гена [ править ]

Боковой перенос генов , или горизонтальный перенос генов, представляет собой перемещение генетического материала между одноклеточными и / или многоклеточными организмами без отношений родитель-потомок. Горизонтальный перенос генов приводит к появлению новых генов, которые могут давать реципиенту новые функции и, таким образом, управлять эволюцией. [13]

Гибридизация [ править ]

В неодарвиновской парадигме одним из предполагаемых определений вида является определение Мэйра , которое определяет виды на основе половой совместимости. [14] Таким образом, определение Майра предполагает, что особи, способные производить плодовитое потомство, должны принадлежать к одному виду. Однако при гибридизации два организма производят потомство, будучи разными видами. [2] Во время гибридизации характеристики этих двух разных видов объединяются, давая новый организм, называемый гибридом, тем самым стимулируя эволюцию. [15]

Инфекционная наследственность [ править ]

Инфекционные агенты, такие как вирусы , могут инфицировать клетки организмов-хозяев. Вирусы заражают клетки других организмов, чтобы обеспечить собственное воспроизводство. Таким образом, многие вирусы могут вставлять копии своего генетического материала в геном хозяина, потенциально изменяя фенотип клетки-хозяина. [16] [17] [18] Когда эти вирусы вставляют свой генетический материал в геном клеток зародышевой линии, модифицированный геном хозяина передается потомству, давая генетически дифференцированные организмы. Следовательно, инфекционная наследственность играет важную роль в эволюции [2], например, в формировании женской плаценты . [19] [20]

Модели [ править ]

Эволюция ретикулята сыграла ключевую роль в эволюции некоторых организмов, таких как бактерии и цветковые растения. [21] [22] Однако большинство методов изучения кладистики были основаны на модели строго ветвящейся кладогении без оценки важности ретикулярной эволюции. [23] Ретикуляцию на хромосомном, геномном и видовом уровнях невозможно смоделировать с помощью бифуркационного 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 представлена ​​должным образом. как дерево ». [24]

Ретикуло эволюция относится к эволюционным процессам , которые не могут быть успешно представлены с использованием классической филогенетического дерева модели , [25] , поскольку это приводит к быстрым эволюционным изменениям с горизонтальными пересечениями и часто предшествующих слияниями образца вертикального спуска с модификацией. [26] Восстановление филогенетических отношений в условиях ретикулярной эволюции требует адаптированных аналитических методов. [27] Сетчатая эволюционная динамика противоречит неодарвининской теории, собранной в Modern Synthesis., посредством которого эволюция жизни происходит посредством естественного отбора и проявляется в виде разветвления или разветвления. Частая гибридизация между видами в естественных популяциях ставит под сомнение предположение о том, что виды произошли от общего предка путем простого ветвления, при котором ветви генетически изолированы. [27] [28] Считается, что изучение ретикулярной эволюции в значительной степени исключено из современного синтеза . [4] Безотлагательная потребность в новых моделях, учитывающих сетчатую эволюцию, подчеркивалась многими эволюционными биологами, такими как Натали Гонтье, которая заявила, что « сетчатая эволюция сегодня - это общепринятая концепция эволюционных изменений, вызванных механизмами и процессами симбиоза., симбиогенез , латеральный перенос генов , гибридизация или дивергенция с потоком генов и инфекционная наследственность ". Она призывает к расширенному эволюционному синтезу, который объединяет эти механизмы и процессы эволюции. [26]

Приложения [ править ]

Эволюция ретикулята 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 типы, обладающие желаемыми агрономическими характеристиками, отбираются и смешиваются с целью получения новых, улучшенных видов. Вновь созданное растение будет улучшено по таким характеристикам, как лучшая урожайность, большая однородность, улучшенный цвет и устойчивость к болезням. [31]

Примеры [ править ]

Сетчатая эволюция рассматривается как процесс, сформировавший истории многих организмов. [32] Имеются данные о ретикуляции у цветковых растений, поскольку характер вариации между семействами покрытосеменных убедительно свидетельствует о широком распространении гибридизации. [33] Грант [21] утверждает, что филогенетические сети вместо филогенетических деревьев возникают во всех основных группах высших растений. Стабильные события видообразования из-за гибридизации между видами покрытосеменных подтверждают наличие ретикулярной эволюции и подчеркивают ключевую роль ретикуляции в эволюции растений. [34]

Генетический перенос может происходить на широких таксономических уровнях у микроорганизмов и стабильно интегрироваться в новые микробные популяции [35] [36], как это наблюдалось при секвенировании белков. [37] Ретикуляция у бактерий обычно включает перенос только нескольких генов или их частей. [23]  Эволюция ретикулята, обусловленная латеральным переносом генов, также наблюдалась в морской жизни. [38] Боковой генетический перенос генов фотоответа между планктонными бактериями и археями был подтвержден в некоторых группах, показывая связанное с этим повышение приспособляемости к окружающей среде у организмов, населяющих фотические 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 гибридизация происходит между некоторыми видами дарвиновских зябликов, давая гибридные формы. Это событие могло объяснить происхождение промежуточных видов. [40] Джонатан Вайнер [41] прокомментировал наблюдения Грантов, предполагая существование ретикулярной эволюции: "Для Грантов все древо жизни теперь выглядит иначе, чем год назад. Набор молодых веточек и побегов, которые они изучают, кажется, растет вместе в одни сезоны, а в другие - отдельно. Те же силы, которые создали эти линии, двигают их к слиянию, а затем обратно к расщеплению »; и« Гранты смотрят на образец, который когда-то считался незначительным в древе жизни. Этот паттерн известен как сетчатая эволюция от латинского reticulum, уменьшительного от слова net. Линии зябликов - это вовсе не линии или ветви. Они больше похожи на ветвистые заросли, полные маленьких сетей и тонких перепонок ".

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d "Сетевое (сетчатое) развитие: биология, модели и алгоритмы" . ResearchGate . Проверено 7 сентября 2017 .
  2. ^ Б с д е е г Гонтьер, Nathalie (2015). «Повсюду ретикулируйте эволюцию». Сетчатая эволюция . Междисциплинарные исследования эволюции. 3 . Спрингер, Чам. С. 1–40. DOI : 10.1007 / 978-3-319-16345-1_1 . ISBN 978-3-319-16344-4. S2CID  83465142 .
  3. ^ Хейл, WG; Маргхэм, JP; Сондерс, Венеция А. (1995). Словарь Коллинза по биологии . HarperCollins. ISBN 9780004708058.
  4. ^ a b Перес, Хулио Э; Альфонси, Кармен; Муньос, Карлос. (2010). «К новой эволюционной теории» . Interciencia 35: 862-868.
  5. ^ "сетчатый" . Интернет-словарь этимологии .
  6. ^ a b Димиджиан, Грегори Г. (июль 2000 г.). «Эволюционируем вместе: биология симбиоза, часть 1» . Труды (Бейлорский университет. Медицинский центр) . 13 (3): 217–226. DOI : 10.1080 / 08998280.2000.11927677 . ISSN 0899-8280 . PMC 1317043 . PMID 16389385 .   
  7. ^ Симбиоз как источник эволюционных инноваций: видообразование и морфогенез . Маргулис, Линн, 1938-2011 гг., Фестер, Рене, 1965-. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. 1991. ISBN. 9780262132695. OCLC  22597587 .CS1 maint: другие ( ссылка )
  8. ^ Маргулис, Линн (1998). Симбиотическая планета: новый взгляд на эволюцию (1-е изд.). Нью-Йорк: Основные книги. ISBN 9780465072729. OCLC  46954542 .
  9. ^ М., Арчибальд, Джон (2014). Один плюс один равняется одному: симбиоз и эволюция сложной жизни (Первое изд.). Оксфорд. ISBN 9780199660599. OCLC  881005592 .
  10. Перейти ↑ Douglas, AE (2010). Симбиотическая привычка . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691113418. OCLC  437054000 .
  11. ↑ Лопес-Гарсия, Пурификасьон; Эме, Лаура; Морейра, Дэвид (2017). «Симбиоз в эволюции эукариот» . Журнал теоретической биологии . 434 : 20–33. DOI : 10.1016 / j.jtbi.2017.02.031 . PMC 5638015 . PMID 28254477 .  
  12. ^ Mereschkowsky, C. (1910). "Theorie der zwei Plasmaarten als Grundlage der Symbiogenesis, einer neuen Lehre von der Entstehung der Organismen" . ResearchGate .
  13. ↑ Бото, Луис (22 марта 2010 г.). «Горизонтальный перенос генов в эволюции: факты и проблемы» . Труды Лондонского королевского общества B: биологические науки . 277 (1683): ​​819–827. DOI : 10.1098 / rspb.2009.1679 . ISSN 0962-8452 . PMC 2842723 . PMID 19864285 .   
  14. ^ Майр, Эрнст (1942). Систематика и происхождение видов с точки зрения зоолога (1st Harvard University Press pbk. Ed.). Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674862500. OCLC  41565294 .
  15. ^ Barton, NH (2001-03-01). «Роль гибридизации в эволюции». Молекулярная экология . 10 (3): 551–568. DOI : 10.1046 / j.1365-294x.2001.01216.x . ISSN 1365-294X . PMID 11298968 . S2CID 22129817 .   
  16. ^ Гиффорд, Роберт; Тристем, Майкл (2003-05-01). «Эволюция, распространение и разнообразие эндогенных ретровирусов». Гены вирусов . 26 (3): 291–315. DOI : 10.1023 / а: 1024455415443 . ISSN 0920-8569 . PMID 12876457 . S2CID 34639116 .   
  17. ^ Löwer, Р. Löwer, Дж & Kurth, Р. (1996-05-28). «Вирусы в каждом из нас: характеристики и биологическое значение последовательностей эндогенных ретровирусов человека» . Proc Natl Acad Sci USA . 93 (11): 5177–5184. Bibcode : 1996PNAS ... 93.5177L . DOI : 10.1073 / pnas.93.11.5177 . PMC 39218 . PMID 8643549 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Франк., Райан (2010). Virolution: die Macht der Viren in der Evolution (1. Aufl ed.). Гейдельберг, Неккар: Spektrum. ISBN 978-3827425416. OCLC  682040592 .
  19. ^ Кнерр, Ина; Байндер, Эрнст; Рашер, Вольфганг (2002). «Синцитин, новый человеческий эндогенный ретровирусный ген в человеческой плаценте: данные о его нарушении регуляции при преэклампсии и HELLP-синдроме». Американский журнал акушерства и гинекологии . 186 (2): 210–213. DOI : 10.1067 / mob.2002.119636 . PMID 11854637 . 
  20. ↑ Сугимото, Джун; Шуст, Дэнни Дж. (27 мая 2009 г.). «Обзор: Эндогенные ретровирусы человека и плацента». Репродуктивные науки . 16 (11): 1023–1033. DOI : 10.1177 / 1933719109336620 . PMID 19474286 . S2CID 21384697 .  
  21. ^ а б Грант В. (1971). Виды растений . Нью-Йорк: Columbia Univ. Нажмите.
  22. ^ Джонс, Д .; Снит, PH (1970-03-01). «Генетический перенос и бактериальная систематика» . Бактериологические обзоры . 34 (1): 40–81. ISSN 1092-2172 . PMC 378348 . PMID 4909647 .   
  23. ^ a b Sneath, PHA (1975). «Кладистическое представление ретикулярной эволюции». Систематическая зоология . 24 (3): 360–368. DOI : 10.2307 / 2412721 . JSTOR 2412721 . 
  24. ^ Дулиттл, У. Форд (1999-06-25). «Филогенетическая классификация и универсальное древо». Наука . 284 (5423): 2124–2128. DOI : 10.1126 / science.284.5423.2124 . ISSN 0036-8075 . PMID 10381871 .  
  25. ^ "Сетчатая эволюция: от бактерий к философу - семантический ученый" . www.semanticscholar.org . DOI : 10.1007 / S003570000013 . S2CID 41323094 . Проверено 7 сентября 2017 . 
  26. ^ а б Гонтье, Натали. (2015). Повсюду ретикулируйте эволюцию . В ретикулярной эволюции: симбиогенез, боковой перенос генов, гибридизация и инфекционная наследственность . Springer. С. 1-40. ISBN 978-3-319-16344-4 
  27. ^ а б Сюй С. (2000). «Филогенетический анализ в условиях ретикулярной эволюции» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (6): 897–907. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a026370 . PMID 10833196 . 
  28. ^ S, Сюй; Р., Этчли, Вт; М, Фитч, В (1994-11-01). «Филогенетический вывод в рамках модели чистого дрейфа» . Молекулярная биология и эволюция . 11 (6): 949–60. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a040175 . ISSN 0737-4038 . PMID 7815932 .  
  29. ^ Sprague, GF; Дадли, JW; Wych, Роберт Д. (1988). Кукуруза и улучшение кукурузы . Монография по агрономии. agronomymonogra. Американское агрономическое общество, Американское общество растениеводства, Американское почвенное общество. п. 565. doi : 10.2134 / agronmonogr18.3ed.c9 . ISBN 978-0-89118-212-2.
  30. ^ Хэмилл, Джон Д .; Кокинг, Эдвард С. (1988). «Соматическая гибридизация растений и ее использование в сельском хозяйстве». Биотехнология клеток растений . Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. С. 21–41. DOI : 10.1007 / 978-3-642-73157-0_3 . ISBN 978-3-642-73159-4.
  31. ^ Гуле, Бенджамин Е .; Рода, Федерико; Хопкинс, Робин (01.01.2017). «Гибридизация растений: старые идеи, новые методы» . Физиология растений . 173 (1): 65–78. DOI : 10.1104 / pp.16.01340 . ISSN 0032-0889 . PMC 5210733 . PMID 27895205 .   
  32. ^ Сесса, Эмили Б.; Циммер, Элизабет А .; Гивниш, Томас Дж. (2012). «Сетчатая эволюция в глобальном масштабе: ядерная филогения для Dryopteris (Dryopteridaceae) Нового Света». Молекулярная филогенетика и эволюция . 64 (3): 563–581. DOI : 10.1016 / j.ympev.2012.05.009 . PMID 22634937 . 
  33. ^ Грант, В. (1953). «Роль гибридизации в эволюции листостебельных гилий». Эволюция . 7 (1): 51–64. DOI : 10.2307 / 2405571 . JSTOR 2405571 . 
  34. ^ Дэвис, П. Х; Хейвуд, В. Х (1963). Принципы систематики покрытосеменных . Эдинбург: Оливер и Бойд. ISBN 978-0882751290. OCLC  5518166 .
  35. ^ Meynell, E .; Meynell, GG; Датта, Н. (март 1968 г.). «Филогенетические взаимоотношения факторов лекарственной устойчивости и других трансмиссивных бактериальных плазмид» . Бактериологические обзоры . 32 (1): 55–83. DOI : 10.1128 / MMBR.32.1.55-83.1968 . ISSN 0005-3678 . PMC 378292 . PMID 4869941 .   
  36. ^ Андерсон, ES (1968-10-01). «Экология трансферируемой лекарственной устойчивости энтеробактерий». Ежегодный обзор микробиологии . 22 (1): 131–180. DOI : 10.1146 / annurev.mi.22.100168.001023 . ISSN 0066-4227 . PMID 4879515 .  
  37. ^ «Бактериальные цитохромы C и молекулярная эволюция» . ResearchGate . Проверено 7 сентября 2017 .
  38. ^ Арнольд, Майкл Л .; Фогарти, Николь Д. (2009-09-03). "Сетчатая эволюция и морские организмы: последний рубеж?" . Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3836–3860. DOI : 10.3390 / ijms10093836 . PMC 2769149 . PMID 19865522 .  
  39. ^ Фригаард, Нильс-Ульрик; Мартинес, Асунсьон; Минсер, Трейси Дж .; Делонг, Эдвард Ф. (16 февраля 2006 г.). «Латеральный перенос гена протеородопсина между морскими планктонными бактериями и археями». Природа . 439 (7078): 847–850. Bibcode : 2006Natur.439..847F . DOI : 10,1038 / природа04435 . ISSN 0028-0836 . PMID 16482157 . S2CID 4427548 .   
  40. ^ Грант, Питер Р. (1993-04-29). «Гибридизация зябликов Дарвина на Большом острове Дафна, Галапагосские острова». Фил. Пер. R. Soc. Лондон. B . 340 (1291): 127–139. Bibcode : 1993RSPTB.340..127G . DOI : 10.1098 / rstb.1993.0052 . ISSN 0962-8436 . 
  41. ^ Хранилище, Книга. «Клюв зяблика: доктор Джонатан Вайнер: 9781455884223» . www.bookdepository.com . Проверено 7 сентября 2017 .

Внешние ссылки [ править ]

  • UA Geosciences, Университет Аризоны: эволюционный глоссарий
  • Гибридизация и ретикуляция: деревья, сети и симуляции

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Арнольд, ML (2008). Сетчатая эволюция и люди: происхождение и экология . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-953958-1 
  • Гонтье, Н. (2015). Повсюду ретикулируйте эволюцию . В ретикулярной эволюции: симбиогенез, боковой перенос генов, гибридизация и инфекционная наследственность . Springer. ISBN 978-3-319-16344-4 
  • Linder, RC; Морет, BME; Nakhleh, L; Варнов, Т. (2003). Сетевая (сетчатая) эволюция: биология, модели и алгоритмы . Техасский университет.
  • Линдер, CR, Ризеберг, LH (2004) Реконструкция моделей ретикулярной эволюции у растений . Американский журнал ботаники, 91: 1700-1708.