Гомоплазия - Homoplasy

Не путать с Гомоплазмия.

Гомоплазия, в биология и филогенетика, это когда черта характера был получен или утерян независимо в отдельных линиях в ходе эволюции. Это отличается от гомология, что сходство черт можно скупо объяснить общим происхождением.[1] Гомоплазия может возникать как из одинаковых отбор давление, действующее на адаптирующиеся виды, и эффекты генетический дрейф.[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 проявляться и в других типах признаков, таких как сходство в генетической последовательности,[4][5] типы жизненного цикла [6] или даже поведенческие черты.[7][5]

Этимология

Термин гомоплазия впервые был использован Рэй Ланкестер в 1870 г.[8] Соответствующее прилагательное - либо гомоплазматический или гомопластический.Это происходит из двух древнегреческий слова ὁμός (гомос), что означает «похожий, похожий, одинаковый», и πλάσσω (plássō), что означает «формировать, лепить».[9][10][11][4]

Параллельность и конвергенция

Параллельный и конвергентная эволюция приводят 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-за 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 ), золотые родинки (Chrysochloridae ) и северные кроты (Talpidae ). Это млекопитающие из разных географических регионов и родословных, и все они независимо друг от друга развили очень похожие черты роя (такие как конусообразная голова и плоские передние когти), чтобы жить в подземной экологической нише.[15]

Реверсия

Напротив, разворот (также известная как рудезиализация) приводит к гомоплазии через исчезновение ранее приобретенных черт.[16] Этот процесс может быть результатом изменений в окружающей среде, в которой 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] и у змей, и у безногих ящериц из-за потери конечностей.[19][20]

Отличие гомологии от гомоплазии

Гомоплазия, особенно тот тип, который встречается в более близких филогенетических группах, может усложнить филогенетический анализ. Филогенетические деревья часто создаются с помощью анализ 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. Самый важный подход к преодолению этих проблем - увеличение количества независимых (неплейотропный, не-связаны ) характеристики, используемые в филогенетическом анализе. Наряду с экономическим анализом можно провести анализ правдоподобия, при котором выбирается наиболее вероятное дерево с учетом конкретной модели эволюции и измеряются длины ветвей.

Согласно с кладистская интерпретация, гомоплазия может быть идентифицирована, когда распространение признака не может быть объяснено происхождением от общего предка согласно 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 случайные замены нуклеотидов накапливается с течением времени, и поэтому может не нуждаться в адаптационист эволюционное объяснение.[5]

Примеры и применения гомоплазии

Существует множество задокументированных примеров гомоплазии в следующих таксонах:

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

В его книге Прекрасная жизнь, Стивен Джей Гулд утверждает, что повторение эволюционного процесса с любого момента времени не приведет к таким же результатам.[33] Возникновение гомоплазии рассматривается некоторыми биологами как аргумент против Теория эволюционной случайности Гулда. Пауэлл и Марискал (2015) утверждают, что это разногласие вызвано двусмысленность и что как теория случайности, так и гомопластичность могут быть верны одновременно.[34]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Торрес-Монтуфар А, Борщ Т, Охотерена Х (май 2018 г.). «Когда гомоплазия - это не гомоплазия: рассечение эволюции черт путем противопоставления составного и редуктивного кодирования». Систематическая биология. 67 (3): 543–551. Дои:10.1093 / sysbio / syx053. PMID  28645204.
  2. ^ Stearns SC, Hoekstra RF (2005). Эволюция: введение (2-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780199255634.
  3. ^ а б Hall AR, Colegrave N (март 2008 г.). «Распад неиспользуемых символов путем выделения и дрейфа». Журнал эволюционной биологии. 21 (2): 610–7. Дои:10.1111 / j.1420-9101.2007.01473.x. PMID  18081745. S2CID  11165522.
  4. ^ а б Рис Дж. Б., Урри Л. А., Каин М. Л., Вассерман С. А., Минорский П. В., Джексон Р. Б. (2011). Кэмпбелл Биология (9-е изд.). Пирсон. ISBN  9780321739759.
  5. ^ а б c Сандерсон MJ, Hufford L (1996). Гомоплазия: повторение сходства в эволюции. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press, Inc. ISBN  0-12-618030-X.
  6. ^ Зильберфельд Т., Ли Дж. У., Вербрюгген Х, Круод С., де Ревье Б., Руссо Ф (август 2010). «Многолокационная, калиброванная по времени филогения бурых водорослей (Heterokonta, Ochrophyta, Phaeophyceae): исследование эволюционной природы« излучения короны бурых водорослей »"". Молекулярная филогенетика и эволюция. 56 (2): 659–74. Дои: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. Дои:10.1111 / j.1558-5646.1993.tb01198.x. PMID  28568085. S2CID  205778379.
  8. ^ Ланкестер Э. Р. (1870). «Об использовании термина гомология в современной зоологии и различении гомогенетических и гомопластических соглашений». Летопись и журнал естественной истории. 6 (31): 34–43. Дои:10.1080/00222937008696201.
  9. ^ Байли А (1981-01-01). Abrégé du dictionnaire grec français. Париж: Ашетт. ISBN  2010035283. OCLC  461974285.
  10. ^ Байи А. "Греко-французский словарь онлайн". www.tabularium.be. Получено 25 октября, 2018.
  11. ^ Холт-младший, Judica CA (4 февраля 2014 г.). «Систематическая биология - Словарь терминов: гомоплазия». Получено 21 сентября, 2018.
  12. ^ Арчи Дж. В. (1989). «Коэффициенты избытка гомоплазии: новые индексы для измерения уровней гомоплазии в филогенетической систематике и критика индекса согласованности». Систематическая биология. 38 (3): 253–269. Дои:10.2307/2992286. JSTOR  2992286.
  13. ^ а б Wake DB (сентябрь 1991 г.). «Гомоплазия: результат естественного отбора или доказательство ограничений дизайна?». Американский натуралист. 138 (3): 543–567. Дои:10.1086/285234.
  14. ^ Ходин Дж (2000). «Пластичность и ограничения в развитии и эволюции». Журнал экспериментальной зоологии. 288 (1): 1–20. Дои:10.1002 / (SICI) 1097-010X (20000415) 288: 1 <1 :: AID-JEZ1> 3.0.CO; 2-7. PMID  10750048.
  15. ^ а б Нево Э (1979). «Адаптивная конвергенция и расхождение подземных млекопитающих». Ежегодный обзор экологии и систематики. 10: 269–308. Дои:10.1146 / annurev.es.10.110179.001413.
  16. ^ а б 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:2011Научный ... 331.1032W. Дои:10.1126 / science.1188545. PMID  21350170. S2CID  26845473.
  17. ^ Фонг Д.В., Кейн Т.К., Калвер, округ Колумбия (1995). «Рудигиализация и потеря нефункциональных персонажей». Ежегодный обзор экологии и систематики. 26: 249–68. Дои:10.1146 / annurev.es.26.110195.001341.
  18. ^ а б Джонс Р., Калвер, округ Колумбия (май 1989 г.). "Доказательства отбора сенсорных структур в пещерной популяции Гаммарус минус (Амфипода) ". Эволюция; Международный журнал органической эволюции. 43 (3): 688–693. Дои:10.1111 / j.1558-5646.1989.tb04267.x. PMID  28568387. S2CID  32245717.
  19. ^ Скиннер А., Ли MS (2009). "Эволюция формы тела сцинтилевой ящерицы Лериста и режим макроэволюционных переходов ». Эволюционная биология. 36: 292–300. Дои:10.1007 / s11692-009-9064-9. S2CID  42060285.
  20. ^ Скиннер А., Ли М.С., Хатчинсон М.Н. (ноябрь 2008 г.). «Быстрая и повторяющаяся потеря конечностей у стаи сцинтилевых ящериц». BMC Эволюционная биология. 8: 310. Дои:10.1186/1471-2148-8-310. ЧВК  2596130. PMID  19014443.
  21. ^ Вили Э.О., Либерман Б.С. (2011). Филогенетика: теория и практика филогенетической систематики. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN  9780470905968.
  22. ^ Schuh RT, Brower AV (2009). Биологическая систематика: принципы и применение. Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. ISBN  9780801462436.
  23. ^ Фельзенштейн Дж (2004). Вывод филогении. Синауэр. ISBN  978-0878931774.
  24. ^ Верхей М.Л., Мартин П., Бакельяу Т., Д'Удекем Д'Акоз К. (2015-12-22). «Анализ ДНК выявляет обильную гомоплазию у таксономически важных морфологических признаков Eusiroida (Crustacea, Amphipoda)». Zoologica Scripta. 45 (3): 300–321. Дои:10.1111 / zsc.12153. S2CID  86052388.
  25. ^ Wu ZY, Milne RI, Chen CJ, Liu J, Wang H, Li DZ (2015-11-03). «Реконструкция состояния предков выявляет безудержную гомоплазию диагностических морфологических признаков у Urticaceae, противоречащую современным схемам классификации». PLOS ONE. 10 (11): e0141821. Bibcode:2015PLoSO..1041821W. Дои:10.1371 / journal.pone.0141821. ЧВК  4631448. PMID  26529598.
  26. ^ Mejías JA, Chambouleyron M, Kim SH, Infante MD, Kim SC, Léger 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. Дои:10.1007 / s00606-018-1523-2. S2CID  49873212.
  27. ^ Хэ Л., Шнайдер Х., Ховенкамп П., Марквардт Дж., Вэй Р., Вэй Х, Чжан Х, Сян Кью (2018-05-09). «Молекулярная филогения папоротников-саллигуеоидов (Polypodiaceae): последствия для естественного разграничения, несмотря на гомоплазию и быстрое облучение». Таксон. 67 (2): 237–249. Дои:10.12705/672.1.
  28. ^ Шер С., Талавера Дж., Эспадалер Х, Рана Дж. Д., Андерсен Андерсен А., Обложка СП, Вила Р. (27.06.2018). «Существуют ли виды голарктических муравьев? Трансберингийское распространение и гомоплазия у Formicidae». Журнал биогеографии. 45 (8): 1917–1928. Дои:10.1111 / jbi.13380.
  29. ^ Энрикес Р., фон дер Хейден С., Матти, Калифорния (2016-03-28). «Когда гомоплазия имитирует гибридизацию: пример мыса хексов (Merluccius capensis и M. paradoxus)». PeerJ. 4: e1827. Дои:10.7717 / peerj.1827. ЧВК  4824878. PMID  27069785.
  30. ^ Ортис Д., Франк О.Ф., Бонд Дж. Э. (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. Дои:10.1016 / j.ympev.2018.05.013. PMID  29778724.
  31. ^ Ли М.С., Ятс А.М. (июнь 2018 г.). «Типовое датирование и гомоплазия: примирение мелких молекулярных расхождений современных гавайалов с их длинной летописью окаменелостей». Ход работы. Биологические науки. 285 (1881): 20181071. Дои:10.1098 / rspb.2018.1071. ЧВК  6030529. PMID  30051855.
  32. ^ Левин С.Р., Скотт Т.В., Купер Х.С., Западная Калифорния (2017). "Пришельцы Дарвина". Международный журнал астробиологии. 18: 1–9. Дои:10.1017 / S1473550417000362.
  33. ^ Гулд SJ (2000). Прекрасная жизнь: сланцы Берджесс и природа истории. Лондон: Винтажные книги. ISBN  9780099273455.
  34. ^ Пауэлл Р., Марискаль С. (декабрь 2015 г.). «Конвергентная эволюция как естественный эксперимент: переосмысление ленты жизни». Фокус интерфейса. 5 (6): 20150040. Дои:10.1098 / rsfs.2015.0040. ЧВК  4633857. PMID  26640647.