อ่าน 18 นาที
วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน
วิวัฒนาการแบบลู่เข้า (Convergent evolution ) คือ วิวัฒนาการที่เกิด ขึ้นอย่างอิสระ ของลักษณะที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตต่างสายพันธุ์ วิวัฒนาการแบบลู่เข้าสร้าง...
วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ |
| ชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ |
|---|
วิวัฒนาการแบบลู่เข้า (Convergent evolution ) คือวิวัฒนาการที่เกิด ขึ้นอย่างอิสระ ของลักษณะที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตต่างสายพันธุ์ วิวัฒนาการแบบลู่เข้าสร้างโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน (analogous structures)ซึ่งมีรูปร่างหรือหน้าที่คล้ายคลึงกัน แต่ไม่ได้มีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของกลุ่มเหล่านั้น ศัพท์ ทางคลัดิสติก (cladistic term) สำหรับปรากฏการณ์เดียวกันนี้คือโฮโมพลาซี (homoplasy ) วิวัฒนาการของการบินที่เกิดขึ้นซ้ำๆ เป็นตัวอย่างคลาสสิก เนื่องจากแมลงบินนกเทโรซอร์และค้างคาวต่างก็วิวัฒนาการความสามารถในการบินที่เป็นประโยชน์ขึ้นมาอย่างอิสระ ลักษณะที่คล้ายคลึงกันในเชิงหน้าที่ซึ่งเกิดขึ้นผ่านวิวัฒนาการแบบลู่เข้าเรียกว่า โครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน(analogous ) ในขณะที่ โครงสร้างหรือลักษณะ ที่เหมือนกัน (homologous structures or traits) มีต้นกำเนิดร่วมกัน แต่สามารถมีหน้าที่ที่แตกต่างกันได้ ปีกของนก ค้างคาว และเทโรซอร์เป็นโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน แต่แขนขาหน้าของพวกมันเป็นโครงสร้างที่เหมือนกัน (homologous) ซึ่งมีบรรพบุรุษร่วมกันแม้จะมีหน้าที่ที่แตกต่างกัน
สิ่งที่ตรงข้ามกับการวิวัฒนาการแบบลู่เข้าคือการวิวัฒนาการแบบลู่แยกซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สิ่งมีชีวิตชนิดที่เกี่ยวข้องกันวิวัฒนาการลักษณะที่แตกต่างกัน การวิวัฒนาการแบบลู่เข้าคล้ายกับการวิวัฒนาการแบบขนานซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่เป็นอิสระต่อกันวิวัฒนาการไปในทิศทางเดียวกัน และด้วยเหตุนี้จึงได้รับลักษณะที่คล้ายคลึงกันโดยอิสระ ตัวอย่างเช่นกบร่อน ได้วิวัฒนาการแบบขนาน มา จาก กบต้นไม้หลายชนิด
พบตัวอย่างของการวิวัฒนาการแบบลู่เข้าในพืช หลายกรณี รวมถึงการพัฒนาซ้ำๆ ของการสังเคราะห์แสงแบบC4การกระจายเมล็ดโดยผลไม้ เนื้อนุ่ม ที่ปรับตัวให้สัตว์กินได้ และการกินเนื้อสัตว์
ภาพรวม

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 วิวัฒนาการจะต้องค้นพบสติปัญญาซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่พบในอย่างน้อยไพรเมตนกกาและวาฬ [ 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

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

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

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 ]
- การบรรจบกันของ สัตว์เลี้ยง ลูกด้วยนมมีถุงหน้าท้องและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีรก
- โครงกระดูกสุนัขจิ้งจอกแดง
- กะโหลกของ ไทลาซีน (ซ้าย) และ หมาป่าทิมเบอร์ (ขวา)
- โครงกระดูกไทลาซีน
การระบุตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อน
ในฐานะการปรับตัวทางประสาทสัมผัสการระบุตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อนได้วิวัฒนาการแยกกันในวาฬและโลมา และค้างคาว แต่เกิดจากการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมเดียวกัน[ 42 ]
ปลาไฟฟ้า
Gymnotiformes ของอเมริกาใต้และMormyridaeของแอฟริกาได้วิวัฒนาการการรับรู้ไฟฟ้าแบบพาสซีฟโดย อิสระ (เมื่อประมาณ 119 และ 110 ล้านปีก่อน ตามลำดับ) ประมาณ 20 ล้านปีหลังจากได้รับความสามารถนั้น ทั้งสองกลุ่มได้วิวัฒนาการการสร้างไฟฟ้า แบบแอคทีฟ โดยสร้างสนามไฟฟ้าอ่อนๆ เพื่อช่วยตรวจจับเหยื่อ[ 43 ]
- การบรรจบกันของปลาไฟฟ้าอ่อน
- รูปคลื่นอิเล็กโทรโลเคชันแบบจิมโนติฟอร์ม
- ปลาไฟฟ้าใน วงศ์Gymnotiformesจากอเมริกาใต้
- ปลาไฟฟ้า วงศ์ Mormyridaeจากแอฟริกา
- รูปคลื่นการระบุตำแหน่งด้วยไฟฟ้าของปลาวงศ์ Mormyridae
ดวงตา

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

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
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

วงจรชีวิตประจำปี
ในขณะที่พืชส่วนใหญ่เป็นพืชยืนต้นประมาณ 6% มี วงจรชีวิต แบบปีเดียวโดยมีชีวิตอยู่เพียงฤดูปลูกเดียว[ 62 ]วงจรชีวิตแบบปีเดียวเกิดขึ้นอย่างอิสระในพืชมากกว่า 120 วงศ์ของพืชดอก[ 63 ] [ 64 ]ความแพร่หลายของพืชปีเดียวเพิ่มขึ้นภายใต้สภาพอากาศร้อนและแห้งแล้งในฤดูร้อนในสี่วงศ์พืชปีเดียวที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ( Asteraceae , Brassicaceae , FabaceaeและPoaceae ) ซึ่งบ่งชี้ว่าวงจรชีวิตแบบปีเดียวเป็นการปรับตัว[ 62 ] [ 65 ]
การตรึงคาร์บอน
การสังเคราะห์แสงC4 ซึ่งเป็นหนึ่งในสามกระบวนการทางชีวเคมีหลักในการตรึงคาร์บอนเกิดขึ้นอย่างอิสระมากถึง 40 ครั้ง [ 66 ] [ 67 ] พืชดอกประมาณ 7,600 ชนิดใช้การตรึงคาร์บอนแบบ C4 โดยมีพืชใบเลี้ยงเดี่ยวจำนวนมากรวมถึงหญ้า 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

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

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
- การผสมพันธุ์เพื่อฟื้นฟูสายพันธุ์ – เป็นรูปแบบหนึ่งของการผสมพันธุ์แบบคัดเลือกเพื่อสร้างลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์ที่สูญพันธุ์ไปแล้วขึ้นมาใหม่ แต่จีโนมจะแตกต่างจากสายพันธุ์ดั้งเดิม
- การเกิดรูปร่างคล้ายปู – วิวัฒนาการของสัตว์จำพวกครัสเตเชียนไปเป็นรูปร่างคล้ายปู
- ความไม่แน่นอน (ชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ) – ผลกระทบของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการต่อผลลัพธ์
- แท็กซอนของเอลวิส – การระบุผิดพลาดของแท็กซอนรุ่นหลังที่มีลักษณะคล้ายคลึงกับแท็กซอนที่สูญพันธุ์ไปแล้วรุ่นก่อน
- การเรียงลำดับสายพันธุ์ที่ไม่สมบูรณ์ – ลักษณะเฉพาะของการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการ: การมีอัลลีลหลายตัวในประชากรบรรพบุรุษอาจทำให้เกิดความเข้าใจผิดว่าเกิดวิวัฒนาการแบบลู่เข้า (convergent evolution) ขึ้น
- วิวัฒนาการแบบวนซ้ำ – การวิวัฒนาการซ้ำๆ ของลักษณะเฉพาะหรือโครงสร้างร่างกายจากสายบรรพบุรุษเดียวกันในช่วงเวลาต่างๆ กัน
- สัณฐานวิทยา (ชีววิทยา) – การศึกษาเกี่ยวกับรูปร่างและโครงสร้างภายนอกของสิ่งมีชีวิต
- ออร์โธเจเนซิส (ตรงข้ามกับวิวัฒนาการแบบลู่เข้า; เกี่ยวข้องกับเป้าหมาย)
หมายเหตุ
- อย่างไรก็ตามชีววิทยาการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการได้ระบุถึงความคล้ายคลึงกันอย่างลึกซึ้งระหว่างโครงสร้างร่างกายของแมลงและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งสร้างความประหลาดใจให้กับนักชีววิทยาหลายคน
- อย่างไรก็ตามสิ่งมีชีวิตทุกชนิดต่างมีบรรพบุรุษร่วมกันเมื่อไม่นานมานี้ ดังนั้นคำถามที่ว่าควรย้อนกลับไปไกลแค่ไหนในห้วงเวลาวิวัฒนาการ และบรรพบุรุษต้องมีความคล้ายคลึงกันมากแค่ไหนจึงจะถือว่าเกิดวิวัฒนาการคู่ขนานขึ้นนั้น ยังไม่ได้รับการแก้ไขอย่างสมบูรณ์ในชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ
- ^การมีโครงสร้างที่เหมาะสมอยู่ก่อนแล้วนั้น เรียกว่าการปรับตัวล่วงหน้า (pre-adaptation ) หรือ การปรับตัวจากโครงสร้างเดิม (exaptation )
อ่านเพิ่มเติม
- โลซอส, โจนาธาน บี. (2017). โชคชะตาที่ไม่น่าจะเป็นไปได้: พรหมลิขิต โอกาส และอนาคตแห่งวิวัฒนาการ . สำนักพิมพ์ริเวอร์เฮด. ISBN 978-0-399-18492-5.
ลิงก์ภายนอก
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิวัฒนาการแบบบรรจบกัน
วิวัฒนาการแบบลู่เข้า (Convergent evolution ) คือ วิวัฒนาการที่เกิด ขึ้นอย่างอิสระ ของลักษณะที่คล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตต่างสายพันธุ์ วิวัฒนาการแบบลู่เข้าสร้าง...
ภาพรวม
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 (...