กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 19 นาที

วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน

เปลี่ยนทางจากตัวพิมพ์ใหญ่อื่น/การเปลี่ยนเส้นทางที่ไม่สามารถพิมพ์ได้

Convergent evolution is the independent evolution of similar features in species of different lineages.

วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน

บทความนี้ดีมาก คลิกที่นี่เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติม

พืชอวบน้ำสอง สกุล ได้แก่ยูโฟร์เบีย (Euphorbia)และแอสโทรฟีตัม (Astrophytum ) มีความสัมพันธ์กันอย่างห่างๆ แต่สายพันธุ์ภายในแต่ละสกุลกลับมีรูปทรงลำต้นที่คล้ายคลึงกัน

Convergent evolution is the independent evolution of similar features in species of different lineages. Convergent evolution creates analogous structures that have similar form or function but were not present in the last common ancestor of those groups. The cladistic term for the same phenomenon is homoplasy. The recurrent evolution of flight is a classic example, as flying insects, birds, pterosaurs, and bats have independently evolved the useful capacity of flight. Functionally similar features that have arisen through convergent evolution are analogous, whereas homologous structures or traits have a common origin but can have dissimilar functions. Bird, bat, and pterosaur wings are analogous structures, but their forelimbs are homologous, sharing an ancestral state despite serving different functions.

The opposite of convergent evolution is divergent evolution, where related species evolve different traits. Convergent evolution is similar to parallel evolution, which occurs when two independent species evolve in the same direction and thus independently acquire similar characteristics; for instance, gliding frogs have evolved in parallel from multiple types of tree frog.

Many instances of convergent evolution are known in plants, including the repeated development of C photosynthesis, seed dispersal by fleshy fruits adapted to be eaten by animals, and carnivory.

Overview

Homology and analogy in mammals and insects: on the horizontal axis, the structures are homologous in morphology, but different in function due to differences in habitat. On the vertical axis, the structures are analogous in function due to similar lifestyles but anatomically different with different phylogeny.[a]

ในทางสัณฐานวิทยา ลักษณะที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันมีวิถีชีวิตที่คล้ายคลึงกันและ/หรืออยู่ในสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน จึงต้องเผชิญกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเดียวกัน เมื่ออาศัยอยู่ในนิเวศวิทยา ที่คล้ายคลึงกัน (นั่นคือ วิถีชีวิตที่โดดเด่น) ปัญหาที่คล้ายคลึงกันสามารถนำไปสู่วิธีแก้ปัญหาที่คล้ายคลึงกันได้[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ริชาร์ด โอเวนนักกายวิภาคศาสตร์ชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่ระบุความแตกต่างพื้นฐานระหว่างความคล้ายคลึงและความเหมือนกัน[ 4 ]

ในชีวเคมี ข้อจำกัดทางกายภาพและเคมีของกลไกทำให้ การจัดเรียง ตำแหน่งที่ใช้งาน บางอย่าง เช่นไตรแอดเร่งปฏิกิริยาวิวัฒนาการอย่างอิสระในกลุ่มเอนไซม์ที่ แยกจากกัน [ 5 ]

ในหนังสือWonderful Lifeปี 1989 ของเขา Stephen Jay Gouldได้โต้แย้งว่าหากเราสามารถ "ย้อนเวลากลับไป [และ] พบเจอกับเงื่อนไขเดียวกันอีกครั้ง วิวัฒนาการอาจดำเนินไปในเส้นทางที่แตกต่างออกไปมาก" [ 6 ] Simon Conway Morrisโต้แย้งข้อสรุปนี้ โดยกล่าวว่าการบรรจบกันเป็นแรงผลักดันหลักในวิวัฒนาการ และเมื่อพิจารณาจากข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมและทางกายภาพที่เหมือนกัน ชีวิตจะวิวัฒนาการไปสู่โครงสร้างร่างกายที่ "เหมาะสมที่สุด" อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และในบางจุด วิวัฒนาการจะต้องค้นพบสติปัญญา ซึ่ง เป็นลักษณะเฉพาะที่พบในอย่างน้อยไพรเมตนกกาและวาฬ [ 7 ]

ความแตกต่าง

คลาดิสติกส์

ในการจัดจำแนกแบบคลาดิสติกส์ โฮโมพลาซีคือลักษณะที่พบร่วมกันในสิ่งมีชีวิต สองกลุ่มขึ้น ไปด้วยเหตุผลอื่นใดนอกเหนือจากการที่พวกมันมีบรรพบุรุษร่วมกัน สิ่งมีชีวิตที่มีบรรพบุรุษร่วมกันจะอยู่ในคลาเด เดียวกัน คลาดิสติกส์พยายามจัดเรียงพวกมันตามระดับความสัมพันธ์เพื่ออธิบายวิวัฒนาการ ของพวกมัน ดังนั้นลักษณะโฮโมพลาซีที่เกิดจากการบรรจบกันจึงเป็นปัจจัยรบกวนจากมุมมองของคลาดิสติกส์ ซึ่งอาจนำไปสู่การวิเคราะห์ที่ไม่ถูกต้อง[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

การกลับคืนสู่สภาพเดิม

อาจเป็นเรื่องยากที่จะบอกได้ว่าลักษณะหนึ่งได้สูญหายไปแล้วและวิวัฒนาการกลับมาใหม่โดยบรรจบกัน หรือว่ายีนนั้นถูกปิดใช้งานไปแล้วและเปิดใช้งานใหม่ในภายหลัง ลักษณะที่ปรากฏขึ้นใหม่เช่นนี้เรียกว่าอะทาวิสม์จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ ยีนที่ไม่ได้ใช้ ( เป็นกลางในการคัดเลือก ) มีความน่าจะเป็น ที่จะลดลงเรื่อยๆ ในการรักษาการทำงานที่อาจเกิดขึ้นได้เมื่อเวลาผ่านไป ช่วงเวลาของกระบวนการนี้แตกต่างกันอย่างมากในวิวัฒนาการที่แตกต่างกัน ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนก มีความน่าจะเป็นที่สมเหตุสมผลที่ยีนจะยังคงอยู่ในจีโนมในสถานะที่อาจใช้งานได้ประมาณ 6 ล้านปี[ 12 ]

วิวัฒนาการแบบขนานเทียบกับวิวัฒนาการแบบบรรจบกัน

วิวัฒนาการที่ ตำแหน่ง กรดอะมิโนในแต่ละกรณี สปีชีส์ทางซ้ายมือเปลี่ยนจากที่มีอะลานีน (A) อยู่ที่ตำแหน่งเฉพาะในโปรตีนของบรรพบุรุษสมมุติฐาน ไปเป็นซีรีน (S) แทน สปีชีส์ทางขวามืออาจมี วิวัฒนาการ แบบแยกสายแบบขนาน หรือแบบบรรจบกันที่ตำแหน่งกรดอะมิโนนี้เมื่อเทียบกับสปีชีส์แรก

เมื่อสองสปีชีส์มีความคล้ายคลึงกันในลักษณะเฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง วิวัฒนาการจะถูกนิยามว่าเป็นแบบขนานหากบรรพบุรุษก็มีความคล้ายคลึงกันด้วย และเป็นแบบลู่เข้าหากบรรพบุรุษไม่คล้ายคลึงกัน[ b ]นักวิทยาศาสตร์บางคนโต้แย้งว่ามีความต่อเนื่องระหว่างวิวัฒนาการแบบขนานและแบบลู่เข้า[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]ในขณะที่คนอื่นๆ ยืนยันว่าถึงแม้จะมีการทับซ้อนกันบ้าง แต่ก็ยังมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสอง[ 17 ] [ 18 ]

เมื่อรูปแบบบรรพบุรุษไม่ระบุหรือไม่ทราบ หรือขอบเขตของลักษณะที่พิจารณาไม่ได้ระบุไว้อย่างชัดเจน ความแตกต่างระหว่างวิวัฒนาการแบบขนานและแบบบรรจบกันจึงกลายเป็นเรื่องอัตวิสัยมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ตัวอย่างที่โดดเด่นของรูปแบบรกและสัตว์มีถุงหน้าท้องที่คล้ายคลึงกันนั้นริชาร์ด ดอว์กินส์ ได้อธิบายไว้ ในหนังสือ The Blind Watchmakerว่าเป็นกรณีของวิวัฒนาการแบบบรรจบกัน เนื่องจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในแต่ละทวีปมีประวัติวิวัฒนาการอันยาวนานก่อนการสูญพันธุ์ของไดโนเสาร์ ซึ่งทำให้สามารถสะสมความแตกต่างที่เกี่ยวข้องได้[ 19 ]

ในระดับโมเลกุล

การบรรจบกันทางวิวัฒนาการของเซรินและซิสเทอีนโปรตีเอสไปสู่การจัดเรียงไตรแอดเร่งปฏิกิริยาแบบเดียวกันของกรด-เบส-นิวคลีโอไฟล์ในซูเปอร์แฟมิลีโปรตีเอส ที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นไตรแอดของซับทิลิซินโพรลิลโอลิโกเปปติเดส ทีวีโปรตีเอสและปาเป

โปรตีน

โครงสร้างตติยภูมิ

โปรตีนหลายชนิดมีองค์ประกอบโครงสร้าง ที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งเกิดขึ้นอย่างอิสระในจีโนมที่แตกต่างกัน มีตัวอย่างมากมายของโมทีฟโปรตีนแบบบรรจบกันที่มีการจัดเรียงองค์ประกอบโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน[ 20 ]โครงสร้างโปรตีนทั้งหมดก็เกิดขึ้นผ่านวิวัฒนาการแบบบรรจบกันเช่นกัน[ 21 ]

ตำแหน่งออกฤทธิ์ของโปรตีเอส

เอนไซม์วิทยาของโปรตีเอสเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของวิวัฒนาการแบบบรรจบกัน ตัวอย่างเหล่านี้สะท้อนถึงข้อจำกัดทางเคมีที่แท้จริงของเอนไซม์ ซึ่งนำไปสู่วิวัฒนาการที่บรรจบกันที่วิธีแก้ปัญหาที่เทียบเท่ากันโดยอิสระและซ้ำแล้วซ้ำเล่า[ 5 ] [ 22 ]

โปรตีเอสเซรินและซิสเทอีนใช้หมู่ฟังก์ชันกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน (แอลกอฮอล์หรือไทออล) เป็นนิวคลีโอไฟล์เพื่อกระตุ้นนิวคลีโอไฟล์นั้น พวกมันจะวางตำแหน่งสารตกค้างที่เป็นกรดและเบสในไตรแอดเร่งปฏิกิริยาข้อจำกัดทางเคมีและทางกายภาพของการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ทำให้การจัดเรียงไตรแอดที่เหมือนกันวิวัฒนาการขึ้นอย่างอิสระมากกว่า 20 ครั้งในซูเปอร์แฟมิลีของเอนไซม์ ที่แตกต่าง กัน[ 5 ]

โปรตีเอสชนิดทรีโอนีนใช้กรดอะมิโนทรีโอนีนเป็นนิวคลีโอไฟล์ เร่งปฏิกิริยา ต่างจากซิสเทอีนและเซรีน ทรีโอนีนเป็นแอลกอฮอล์รอง (กล่าวคือมีหมู่เมทิล) หมู่เมทิลของทรีโอนีนจำกัดทิศทางที่เป็นไปได้ของไตรแอดและสารตั้งต้นอย่างมาก เนื่องจากเมทิลจะชนกับโครงสร้างหลักของเอนไซม์หรือเบสฮิสติดีน ดังนั้น โปรตีเอสชนิดทรีโอนีนส่วนใหญ่จึงใช้ทรีโอนีนที่ปลาย N เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันทางสเตอริก ดังกล่าว ซูเปอร์แฟมิลีของเอนไซม์หลาย กลุ่มที่มีวิวัฒนาการอิสระและ มีโครงสร้างโปรตีนที่แตกต่างกันใช้สารตกค้างที่ปลาย N เป็นนิวคลีโอไฟล์ ความเหมือนกันของตำแหน่งออกฤทธิ์แต่ความแตกต่างของโครงสร้างโปรตีนบ่งชี้ว่าตำแหน่งออกฤทธิ์มีวิวัฒนาการแบบลู่เข้าในตระกูลเหล่านั้น[ 5 ] [ 23 ]

อินซูลินจากหอยกรวยและปลา

Conus geographus ผลิต อินซูลินรูปแบบที่แตกต่างออกไปซึ่งมีความคล้ายคลึงกับลำดับโปรตีนอินซูลินของปลามากกว่าอินซูลินจากหอยที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกันมากกว่า ซึ่งบ่งชี้ถึงวิวัฒนาการแบบลู่เข้า [ 24 ]แม้ว่าจะมีความเป็นไปได้ของการถ่ายโอนยีนในแนวนอนก็ตาม [ 25 ]

การดูดซึมธาตุเหล็กเฟอร์รัสผ่านโปรตีนขนส่งในพืชบกและคลอโรไฟต์

โฮโมล็อกที่ห่างไกลของตัวขนส่งไอออนโลหะZIPในพืชบกและคลอโรไฟต์มีโครงสร้างที่บรรจบกัน ซึ่งน่าจะสามารถดูดซับ Fe 2+ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โปรตีน IRT1 จากArabidopsis thalianaและข้าวมีลำดับกรดอะมิโนที่แตกต่างจาก IRT1 ของ Chlamydomonas อย่างมากแต่โครงสร้างสามมิติของพวกมันมีความคล้ายคลึงกัน ซึ่งบ่งชี้ถึงวิวัฒนาการแบบบรรจบกัน[ 26 ]

Na + ,K + -ATPase และความต้านทานของแมลงต่อสเตียรอยด์ที่กระตุ้นการทำงานของหัวใจ

มีตัวอย่างมากมายของวิวัฒนาการแบบบรรจบกันในแมลงในแง่ของการพัฒนาความต้านทานในระดับโมเลกุลต่อสารพิษ ตัวอย่างหนึ่งที่ได้รับการศึกษาอย่างดีคือวิวัฒนาการของความต้านทานต่อสเตียรอยด์ที่กระตุ้นการทำงานของหัวใจ (CTS) ผ่านการแทนที่กรดอะมิโนในตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนของหน่วยย่อย α ของNa + ,K + -ATPase (ATPalpha) การเปลี่ยนแปลงใน ATPalpha ได้รับการสำรวจในสายพันธุ์ที่ปรับตัวเข้ากับ CTS ต่างๆ ซึ่งครอบคลุมแมลง 6 อันดับ[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]ในบรรดาสายพันธุ์ที่ปรับตัวเข้ากับ CTS 21 ชนิด การแทนที่กรดอะมิโน 58 ครั้ง (76%) จากทั้งหมด 76 ครั้งในตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อ CTS เกิดขึ้นพร้อมกันในอย่างน้อย 2 สายพันธุ์[ 29 ]การแทนที่เหล่านี้ 30 ครั้ง (40%) เกิดขึ้นเพียง 2 ตำแหน่งในโปรตีน (ตำแหน่ง 111 และ 122) สายพันธุ์ที่ปรับตัวเข้ากับ CTS ได้วิวัฒนาการซ้ำๆ ของการจำลอง ATPalpha ที่มีฟังก์ชันใหม่โดยมีรูปแบบการแสดงออกเฉพาะเนื้อเยื่อที่บรรจบกัน[ 27 ] [ 29 ]

กรดนิวคลีอิก

การบรรจบกันเกิดขึ้นในระดับของDNAและ ลำดับ กรดอะมิโนที่สร้างขึ้นโดยการแปลยีนโครงสร้างเป็นโปรตีนการศึกษาพบว่ามีการบรรจบกันในลำดับกรดอะมิโนในค้างคาวที่ใช้การสะท้อนเสียงและโลมา[ 30 ]ในกลุ่มสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล[ 31 ]ระหว่างแพนด้ายักษ์และแพนด้าแดง[ 32 ]และระหว่างไทลาซีนและสุนัข[ 33 ] นอกจากนี้ยังตรวจพบการบรรจบกันใน DNA ที่ไม่เข้ารหัสชนิดหนึ่งองค์ประกอบควบคุมซิสเช่นในอัตราการวิวัฒนาการ ซึ่งอาจบ่งชี้ถึงการคัดเลือกเชิงบวกหรือการคัดเลือกแบบบริสุทธิ์ที่ ผ่อนคลายลง [ 34 ] [ 35 ]

ในสัตว์

โลมาและอิกธิโอซอร์มีลักษณะเฉพาะหลายอย่างที่คล้ายคลึงกันเพื่อให้สามารถว่ายน้ำได้อย่างรวดเร็ว

แผนร่างกาย

สัตว์ที่ว่ายน้ำได้ รวมถึงปลาเช่นปลาเฮอริ่งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเลเช่นโลมาและอิกธิโอซอร์ ( ในยุคมีโซโซอิก ) ต่างก็มีรูปร่างเพรียวบางเหมือนกัน[ 36 ] [ 37 ]รูปร่างและลักษณะการว่ายน้ำที่คล้ายคลึงกันนี้ยังพบได้ในหอย เช่นฟิลลิโร [ 38 ] รูปร่างลำตัวแบบทรงกระบอก (ท่อเรียวที่ปลายทั้งสองข้าง) ที่สัตว์น้ำหลายชนิดนำมาใช้ เป็นการปรับตัวเพื่อให้พวกมันสามารถเดินทางด้วยความเร็วสูงในสภาพแวดล้อมที่มีแรงต้าน สูง [ 39 ]รูปร่างลำตัวที่คล้ายคลึงกันนี้พบได้ในแมวน้ำที่ไม่มีหูและแมวน้ำที่มีหูพวกมันยังมีสี่ขา แต่ขาเหล่านี้ได้รับการดัดแปลงอย่างมากสำหรับการว่ายน้ำ[ 40 ]

สัตว์มีถุงหน้าท้องของออสเตรเลียและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรกของโลกเก่ามีรูปร่างที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่งหลายรูปแบบ ซึ่งพัฒนาขึ้นในสองกลุ่มที่แยกจากกัน[ 7 ]รูปร่างของร่างกาย โดยเฉพาะรูปร่างกะโหลกของไทลาซีน (เสือทัสมาเนียหรือหมาป่าทัสมาเนีย) มีลักษณะคล้ายคลึงกับสัตว์ในวงศ์Canidaeเช่น สุนัขจิ้งจอกแดงVulpes vulpes [ 41 ]

การระบุตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อน

ในฐานะการปรับตัวทางประสาทสัมผัสการระบุตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อนได้วิวัฒนาการแยกกันในวาฬและโลมา และค้างคาว แต่เกิดจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมเดียวกัน[ 42 ]

ปลาไฟฟ้า

Gymnotiformes ของอเมริกาใต้และMormyridaeของแอฟริกาได้วิวัฒนาการการรับรู้ไฟฟ้าแบบพาสซีฟโดย อิสระ (เมื่อประมาณ 119 และ 110 ล้านปีก่อน ตามลำดับ) ประมาณ 20 ล้านปีหลังจากได้รับความสามารถนั้น ทั้งสองกลุ่มได้วิวัฒนาการการสร้างไฟฟ้า แบบแอคทีฟ โดยสร้างสนามไฟฟ้าอ่อนๆ เพื่อช่วยตรวจจับเหยื่อ[ 43 ]

ดวงตา

ตากล้องของสัตว์มีกระดูกสันหลัง (ซ้าย) และเซฟาโลพอด (ขวา) พัฒนาขึ้นอย่างอิสระและมีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นเส้นใยประสาทตา(3) (2)ไปถึงเรตินา ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง (1)จากด้านหน้า ทำให้เกิดจุดบอด(4 ) [ 44 ]

หนึ่งในตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของวิวัฒนาการแบบลู่เข้าคือตาแบบกล้องของเซฟาโลพอด (เช่น ปลาหมึกและปลาหมึกยักษ์) สัตว์มีกระดูกสันหลัง (รวมถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) และไนดาเรียน (เช่น แมงกะพรุน) [ 45 ] บรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของพวกมันมีจุดรับแสงอย่างง่ายที่สุด แต่กระบวนการต่างๆ นำไปสู่การปรับปรุงตาแบบกล้องอย่างต่อเนื่องโดยมีความแตกต่างที่ชัดเจนอย่างหนึ่งคือ ตาของเซฟาโลพอด "เชื่อมต่อ" ในทิศทางตรงกันข้าม โดยมีหลอดเลือดและเส้นประสาทเข้าจากด้านหลังของเรตินา แทนที่จะเป็นด้านหน้าเหมือนในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ผลก็คือ สัตว์มีกระดูกสันหลังมีจุดบอด[ 7 ]

อวัยวะเพศ

อวัยวะเพศแบบไฮโดรสแตติกได้วิวัฒนาการแบบลู่เข้าอย่างน้อยหกครั้งในสัตว์มีถุงน้ำคร่ำ เพศผู้ ใน สายพันธุ์เหล่านี้ เพศผู้จะผสมพันธุ์กับเพศเมียและ ปฏิสนธิ ไข่ภายในอวัยวะสอดใส่ ที่คล้ายกันนี้ ได้วิวัฒนาการในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่นปลาหมึกยักษ์และหอยทาก[ 46 ]

เที่ยวบิน

ปีกของสัตว์มีกระดูกสันหลังมีความคล้ายคลึงกัน บางส่วน (จากแขนขาหน้า) แต่มีความคล้ายคลึงกันในฐานะอวัยวะสำหรับการบินใน (1) เทโรซอร์ (2) ค้างคาว (3) นกซึ่งวิวัฒนาการแยกจากกัน

นกและค้างคาวมี แขนขา ที่เหมือนกันเนื่องจากทั้งสองชนิดมีต้นกำเนิดมาจากสัตว์สี่ขา บนบก แต่กลไกการบินของพวกมันเป็นเพียงความคล้ายคลึงกันเท่านั้น ดังนั้นปีกของพวกมันจึงเป็นตัวอย่างของการบรรจบกันเชิงฟังก์ชัน ทั้งสองกลุ่มได้วิวัฒนาการวิธีการบินด้วยพลังงานของตนเองอย่างอิสระ ปีกของพวกมันแตกต่างกันอย่างมากในโครงสร้าง ปีกของค้างคาวเป็นเยื่อที่ยืดออกไปบนนิ้วที่ยาวมากสี่นิ้วและขา ปีกของนกทำจากขนที่ยึดติดแน่นกับปลายแขน (กระดูกอัลนา) และกระดูกข้อมือและมือที่เชื่อมติดกันอย่างมาก (กระดูกคาร์โปเมตาคาร์ปัส ) โดยเหลือเพียงเศษเล็กๆ ของนิ้วสองนิ้วที่ยึดขนเพียงเส้นเดียว ดังนั้นในขณะที่ปีกของค้างคาวและนกเป็นการบรรจบกันเชิงฟังก์ชัน แต่พวกมันไม่ได้บรรจบกันเชิงกายวิภาค[ 3 ] [ 47 ]นกและค้างคาวยังมีความเข้มข้นของเซเรโบรไซด์ในผิวหนังของปีกสูง ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของผิวหนัง ซึ่งเป็นลักษณะที่มีประโยชน์สำหรับสัตว์ที่บินได้ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่นๆ มีความเข้มข้นต่ำกว่ามาก[ 48 ]สัตว์ปีกดึกดำบรรพ์วิวัฒนาการปีกแยกจากขาหน้าและขาหลัง ในขณะที่แมลงมีปีกที่วิวัฒนาการแยกจากอวัยวะที่แตกต่างกัน[ 49 ]

กระรอกบินและชูการ์ไกลเดอร์มีลักษณะโครงสร้างร่างกายแบบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่คล้ายคลึงกันมาก โดยมีปีกสำหรับร่อนที่ยืดออกระหว่างขา แต่กระรอกบินเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรก ในขณะที่ชูการ์ไกลเดอร์เป็นสัตว์มีถุงหน้าท้อง ซึ่งแยกออกจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรกอย่างชัดเจน[ 50 ]

ผีเสื้อกลางคืนฮัมมิ่งเบิร์ดและ นก ฮัมมิ่งเบิร์ดมีวิวัฒนาการรูปแบบการบินและการหาอาหารที่คล้ายคลึงกัน[ 51 ]

อวัยวะปากของแมลง

ส่วนปากของแมลงแสดงให้เห็นตัวอย่างมากมายของวิวัฒนาการแบบลู่เข้า ส่วนปากของแมลงกลุ่มต่างๆ ประกอบด้วยชุดของ อวัยวะ ที่เหมือนกันซึ่งมีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านสำหรับการรับประทานอาหารของแมลงกลุ่มนั้นๆ วิวัฒนาการแบบลู่เข้าของแมลงหลายกลุ่มนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงจากส่วนปากแบบกัดเคี้ยวแบบดั้งเดิมไปสู่ส่วนปากที่มีฟังก์ชันเฉพาะทางที่แตกต่างกันมากขึ้น ตัวอย่างเช่นงวงของแมลงที่ไปเยี่ยมชมดอกไม้ เช่น ผึ้งและด้วงดอกไม้ [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]หรือส่วนปากแบบกัดดูดของแมลงดูดเลือด เช่นหมัดและยุง

ปัญญา

ความฉลาดขั้นสูงได้พัฒนาขึ้นอย่างอิสระในเซฟาโลพอดและสัตว์มีกระดูกสันหลัง[ 55 ]ปลาหมึกได้แสดงให้เห็นถึงระดับการแก้ปัญหาการรับรู้ และพฤติกรรมการเรียนรู้ ในระดับเดียวกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม [ 56 ] ผู้อำนวยการพิพิธภัณฑ์ สัตว์น้ำรายหนึ่งถึงกับอ้างว่าปลาหมึกของเขามีความรู้สึกถึงรสนิยมส่วนตัวเกี่ยวกับการจัดวางตู้ของมัน[ 57 ]แตกต่างจากสัตว์ที่มีสติปัญญาสูงอื่นๆ เซฟาโลพอดมักจะมีอายุสั้นและมีระดับการเข้าสังคมที่แตกต่างกัน[ 58 ]โดยระบบประสาทส่วนใหญ่จะแบ่งอยู่ระหว่างหัวและแขนขา

นิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้

นิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้ซึ่งช่วยให้สามารถจับวัตถุได้นั้น มักพบในไพรเมตเช่น มนุษย์และลิงใหญ่ ลิง และลีเมอร์ นิ้วหัวแม่มือที่สามารถงอได้ยังวิวัฒนาการในแพนด้ายักษ์ ด้วย แต่แพนด้ายักษ์มีโครงสร้างที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง โดยมีหกนิ้วรวมถึงนิ้วหัวแม่มือ ซึ่งพัฒนามาจากกระดูกข้อมือแยกต่างหากจากนิ้วอื่นๆ[ 59 ]

ลักษณะฟีโนไทป์ของไพรเมต

แม้ว่าสีผิว จะอ่อนลงคล้ายกัน หลังจากอพยพออกจากแอฟริกาแต่ยีนที่เกี่ยวข้องในเชื้อสายยุโรป (ซ้าย) และเอเชียตะวันออก (ขวา) นั้นแตกต่างกัน

วิวัฒนาการแบบบรรจบกันในมนุษย์รวมถึงสีตาฟ้าและสีผิวอ่อน[ 60 ]เมื่อมนุษย์อพยพออกจากแอฟริกาพวกเขาย้ายไปยังละติจูดทางเหนือมากขึ้นซึ่งมีแสงแดดน้อยลง[ 60 ] การมี เม็ดสีผิว ลดลง เป็นประโยชน์ต่อพวกเขา[ 60 ]ดูเหมือนว่าจะมีสีผิวที่อ่อนลงบ้างก่อนที่สายพันธุ์ยุโรปและเอเชียตะวันออกจะแยกออกจากกัน เนื่องจากมีความแตกต่างทางพันธุกรรมที่ทำให้สีผิวอ่อนลงซึ่งพบได้ทั่วไปในทั้งสองกลุ่ม[ 60 ]อย่างไรก็ตาม หลังจากที่สายพันธุ์แยกออกจากกันและแยกตัวทางพันธุกรรม ผิวของทั้งสองกลุ่มก็อ่อนลงมากขึ้น และการอ่อนลงเพิ่มเติมนั้นเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน[ 60 ]

มนุษย์ ลีเมอร์
แม้จะมีลักษณะภายนอกคล้ายคลึงกัน แต่พื้นฐานทางพันธุกรรมของดวงตาสีฟ้าในมนุษย์และลีเมอร์นั้นแตก ต่างกัน

ลีเมอร์และมนุษย์ต่างก็เป็นไพรเมต ไพรเมตบรรพบุรุษมีดวงตาสีน้ำตาล เช่นเดียวกับไพรเมตส่วนใหญ่ในปัจจุบัน พื้นฐานทางพันธุกรรมของดวงตาสีฟ้าในมนุษย์ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดและมีความรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้มาก ไม่ใช่ว่ายีนตำแหน่ง เดียว จะเป็นผู้รับผิดชอบ เช่น สีน้ำตาลเป็นยีนเด่นเหนือสีตา ฟ้า อย่างไรก็ตาม ยีนตำแหน่งเดียวเป็นผู้รับผิดชอบความแปรผันประมาณ 80% ในลีเมอร์ ความแตกต่างระหว่างดวงตาสีฟ้าและสีน้ำตาลยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แต่ยีนตำแหน่งเดียวกันไม่ได้เกี่ยวข้อง[ 61 ]

ในพืช

ในการแพร่กระจายโดยมด เมล็ดพืช เช่น เมล็ดของChelidonium majusจะมีเปลือกแข็งและมีส่วนประกอบที่เป็นน้ำมัน ( elaiosome ) ติดอยู่ เพื่อให้มดช่วยกระจายเมล็ด

วงจรชีวิตประจำปี

ในขณะที่พืชส่วนใหญ่เป็นพืชยืนต้นประมาณ 6% มี วงจรชีวิต แบบปีเดียวโดยมีชีวิตอยู่เพียงฤดูปลูกเดียว[ 62 ]วงจรชีวิตแบบปีเดียวเกิดขึ้นอย่างอิสระในพืชมากกว่า 120 วงศ์ของพืชดอก[ 63 ] [ 64 ]ความแพร่หลายของพืชปีเดียวเพิ่มขึ้นภายใต้สภาพอากาศร้อนและแห้งแล้งในฤดูร้อนในสี่วงศ์พืชปีเดียวที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ( Asteraceae , Brassicaceae , FabaceaeและPoaceae ) ซึ่งบ่งชี้ว่าวงจรชีวิตแบบปีเดียวเป็นการปรับตัว[ 62 ] [ 65 ]

การตรึงคาร์บอน

การสังเคราะห์แสงC4 เป็นหนึ่งในสามกระบวนการทางชีวเคมีหลักในการตรึงคาร์บอนเกิดขึ้นอย่างอิสระมากถึง 40 ครั้ง [ 66 ] [ 67 ] พืชดอกประมาณ 7,600 ชนิดใช้การตรึงคาร์บอนแบบ C4 โดยมีพืชใบเลี้ยงเดี่ยวจำนวนมากรวมหญ้า 46% เช่นข้าวโพดและอ้อย [ 68 ] [ 69 ]และพืชใบเลี้ยงคู่รวมถึงหลายชนิดในวงศ์ChenopodiaceaeและAmaranthaceae [ 70 ] [ 71 ]

ผลไม้

ผลไม้ที่มีโครงสร้างต้นกำเนิดที่หลากหลายได้มาบรรจบกันจนกลายเป็นผลไม้ที่กินได้แอปเปิลเป็น ผลไม้ประเภทปอมที่มี คาร์ เพล 5 อันเนื้อเยื่อเสริมของคาร์เพลเหล่านี้ก่อตัวเป็นแกนกลางของแอปเปิล ล้อมรอบด้วยโครงสร้างจากภายนอกผลไม้ทางพฤกษศาสตร์ คือ ฐานรองผลหรือไฮแพนเทียมผลไม้ที่กินได้อื่นๆ ได้แก่ เนื้อเยื่อพืชอื่นๆ[ 72 ]ส่วนที่เป็นเนื้อของมะเขือเทศคือผนังของเพริคาร์ป [ 73 ] ซึ่งหมายถึงวิวัฒนาการแบบบรรจบกันภายใต้แรงกดดันจากการคัดเลือก ในกรณีนี้คือการแข่งขันเพื่อกระจายเมล็ดโดยสัตว์ผ่านการบริโภคผลไม้เนื้อนุ่ม[ 74 ]

การกระจายเมล็ดโดยมด ( myrmecochory ) ได้วิวัฒนาการอย่างอิสระมากกว่า 100 ครั้ง และพบได้ในพืชมากกว่า 11,000 ชนิด นับเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่น่าทึ่งที่สุดของวิวัฒนาการแบบลู่เข้าในทางชีววิทยา[ 75 ]

การกินเนื้อสัตว์

การบรรจบกันระดับโมเลกุลในพืชกินแมลง

การกินเนื้อสัตว์ได้วิวัฒนาการขึ้นหลายครั้งอย่างอิสระในพืชกลุ่มต่างๆ ที่แยกจากกันอย่างกว้างขวาง ในสามชนิดที่ศึกษา ได้แก่Cephalotus follicularis , Nepenthes alataและSarracenia purpureaพบว่ามีการบรรจบกันในระดับโมเลกุล พืชกินเนื้อสัตว์จะหลั่งเอนไซม์ลงในน้ำย่อยที่พวกมันผลิตขึ้น โดยการศึกษาเอนไซม์ฟอสฟา เท สไกลโคไซด์ไฮโดร เล ส ก ลูคา เนส อา ร์เอ็นเอเซและไคติเน ส รวมถึงโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคและ โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ ทาอูมาตินผู้เขียนพบ การแทนที่ กรดอะมิโน ที่บรรจบกันหลายจุด การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นที่ตำแหน่งเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ แต่เกิดขึ้นบนพื้นผิวที่เปิดเผยของโปรตีน ซึ่งอาจมีปฏิสัมพันธ์กับส่วนประกอบอื่นๆ ของเซลล์หรือน้ำย่อย ผู้เขียนยังพบว่ายีนที่คล้ายคลึงกันในพืชที่ไม่กินเนื้ออย่างArabidopsis thalianaมีแนวโน้มที่จะมีการแสดงออกเพิ่มขึ้นเมื่อพืชอยู่ในภาวะเครียด ซึ่งทำให้ผู้เขียนเสนอแนะว่าโปรตีนที่ตอบสนองต่อความเครียดมักถูกนำมาใช้ซ้ำ[ c ]ในวิวัฒนาการของการกินเนื้อซ้ำๆ[ 76 ]

วิธีการอนุมาน

แผนภูมิวิวัฒนาการของ พืช ดอกแบ่งตามอันดับโดยกลุ่มวิจัยวิวัฒนาการของพืชดอก Angiosperm Phylogeny Group) ภาพแสดงจำนวนการกำเนิดอิสระที่คาดการณ์ได้ของการสังเคราะห์แสงแบบ C3 C4 การสังเคราะห์แสงแบบC4ในวงเล็บ

การสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการและการสร้างสถานะบรรพบุรุษดำเนินการโดยสมมติว่าวิวัฒนาการเกิดขึ้นโดยไม่มีการบรรจบกัน อย่างไรก็ตาม รูปแบบการบรรจบกันอาจปรากฏขึ้นในระดับที่สูงขึ้นในการสร้างแผนภูมิวิวัฒนาการ และบางครั้งนักวิจัยก็แสวงหารูปแบบดังกล่าวอย่างชัดเจน วิธีการที่ใช้ในการอนุมานวิวัฒนาการแบบบรรจบกันขึ้นอยู่กับว่าคาดหวังการบรรจบกันตามรูปแบบหรือตามกระบวนการ การบรรจบกันตามรูปแบบเป็นคำที่กว้างกว่า สำหรับกรณีที่สายพันธุ์สองสายพันธุ์ขึ้นไปวิวัฒนาการรูปแบบของลักษณะที่คล้ายคลึงกันอย่างอิสระ การบรรจบกันตามกระบวนการคือเมื่อการบรรจบกันเกิดจากแรงของการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่ คล้ายคลึงกัน [ 77 ]

การวัดตามรูปแบบ

วิธีการก่อนหน้านี้สำหรับการวัดการบรรจบกันนั้นรวมอัตราส่วนของระยะทาง ฟีโนไทป์และ ฟิโลเจเนติก โดยการจำลองวิวัฒนาการด้วยแบบจำลอง การเคลื่อนที่แบบบราวน์ของวิวัฒนาการลักษณะตามฟิโลเจเนติก[ 78 ] [ 79 ]วิธีการล่าสุดยังวัดปริมาณความแข็งแกร่งของการบรรจบกันด้วย[ 80 ]ข้อเสียประการหนึ่งที่ควรคำนึงถึงคือวิธีการเหล่านี้อาจทำให้สับสนระหว่างภาวะคงที่ในระยะยาวกับการบรรจบกันเนื่องจากความคล้ายคลึงกันของฟีโนไทป์ ภาวะคงที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการน้อยในกลุ่มสิ่งมีชีวิต[ 77 ]

การวัดระยะทางจะประเมินระดับความคล้ายคลึงกันระหว่างสายพันธุ์เมื่อเวลาผ่านไป การวัดความถี่จะประเมินจำนวนสายพันธุ์ที่วิวัฒนาการในพื้นที่ลักษณะเฉพาะ[ 77 ]

มาตรการตามกระบวนการ

วิธีการอนุมานการบรรจบกันตามกระบวนการจะปรับแบบจำลองการคัดเลือกให้เข้ากับแผนภูมิวิวัฒนาการและข้อมูลลักษณะต่อเนื่องเพื่อพิจารณาว่าแรงคัดเลือกเดียวกันได้กระทำต่อสายพันธุ์หรือไม่ วิธีนี้ใช้กระบวนการ Ornstein–Uhlenbeckเพื่อทดสอบสถานการณ์การคัดเลือกที่แตกต่างกัน วิธีการอื่นๆ อาศัย การระบุ ล่วงหน้าว่าการเปลี่ยนแปลงในการคัดเลือกเกิดขึ้นที่ใด[ 81 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. อย่างไรก็ตามชีววิทยาการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการได้ระบุถึงความคล้ายคลึงกันอย่างลึกซึ้งระหว่างโครงสร้างร่างกายของแมลงและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งสร้างความประหลาดใจให้กับนักชีววิทยาหลายคน
  2. อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตทุกชนิดต่างมีบรรพบุรุษร่วมกันเมื่อไม่นานมานี้ ดังนั้นคำถามที่ว่าควรย้อนกลับไปไกลแค่ไหนในห้วงเวลาวิวัฒนาการ และบรรพบุรุษต้องมีความคล้ายคลึงกันมากแค่ไหนจึงจะถือว่าเกิดวิวัฒนาการคู่ขนานขึ้นนั้น ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ในชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ
  3. ^การมีโครงสร้างที่เหมาะสมอยู่ก่อนแล้วนั้น เรียกว่าการปรับตัวล่วงหน้า (pre-adaptation ) หรือ การปรับตัวจากโครงสร้างเดิม (exaptation )

อ่านเพิ่มเติม

  • โลซอส, โจนาธาน บี. (2017). โชคชะตาที่ไม่น่าจะเป็นไปได้: พรหมลิขิต โอกาส และอนาคตแห่งวิวัฒนาการ . สำนักพิมพ์ริเวอร์เฮด. ISBN 978-0-399-18492-5.
  • Wikimedia Commons logoสื่อที่เกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการแบบบรรจบกันในวิกิมีเดียคอมมอนส์
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Convergent_evolution&oldid=1357758596 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน

Convergent evolution is the independent evolution of similar features in species of different lineages.

Overview

ในทางสัณฐานวิทยา ลักษณะที่คล้ายคลึงกันเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันมีวิถีชีวิตที่คล้ายคลึงกันและ/หรืออยู่ในสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน จึงต้องเผชิญกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมเดียวกัน เมื่ออาศัยอยู่ใน นิเวศวิทยา ที่คล้ายคลึงกัน (นั่นคือ วิถีชีวิตที่โดดเด่น)...

คลาดิสติกส์

ในการจัดจำแนกแบบคลาดิสติกส์ โฮโมพลาซีคือลักษณะที่พบร่วมกันในสิ่ง มีชีวิต สองกลุ่มขึ้น ไปด้วยเหตุผลอื่นใดนอกเหนือจากการที่พวกมันมีบรรพบุรุษร่วมกัน สิ่งมีชีวิตที่มีบรรพบุรุษร่วมกันจะอยู่ใน คลาเด เดียวกัน...

การกลับคืนสู่สภาพเดิม

อาจเป็นเรื่องยากที่จะบอกได้ว่าลักษณะหนึ่งได้สูญหายไปแล้วและวิวัฒนาการกลับมาใหม่โดยบรรจบกัน หรือว่ายีนนั้นถูกปิดใช้งานไปแล้วและเปิดใช้งานใหม่ในภายหลัง ลักษณะที่ปรากฏขึ้นใหม่เช่นนี้เรียกว่า อะทาวิสม์ จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ ยีนที่ไม่ได้ใช้ (...