Конвергентная эволюция - это когда разные организмы независимо развивают сходные черты.
Например, акулы и дельфины выглядят относительно похожими, хотя они совершенно не связаны между собой. Акулы - несущие яйца рыбы со смертельной способностью нюхать кровь в воде, в то время как дельфины - любопытные млекопитающие, которые перемещаются, издавая звуки щелчков и прислушиваясь к их эхо. Эти различия не слишком удивительны, учитывая, что последний общий предок дуэта плавал по морям около 290 миллионов лет назад.
От этого древнего общего предка одна линия произошла на суше и превратилась в млекопитающих, включая волчьих пакицеткоторые позже вернутся к воде и превратятся в китов и дельфинов. Другая линия оставалась в океане, подвергаясь изменениям, чтобы стать современной акулой. Тем не менее, несмотря на их извилистые пути, оба животных оказались в схожих эволюционных нишах: обтекаемые пловцы с гладкой кожей и плавниками, идеально подходящими для погони за добычей.
Каждое из мест обитания Земли представляет свои собственные проблемы. Иногда разные виды разрабатывают одно и то же решение одной и той же проблемы. Биологи называют этот процесс - когда два организма имеют общие характеристики, которые они совместно не наследуют от общего предка, - конвергентную эволюцию.
Конвергентная и дивергентная эволюция
Классические примеры эволюции, такие как зяблики Дарвина, демонстрируют противоположный процесс: расходящаяся эволюция. Этот термин, популяризированный в конце 1800-х годов американским миссионером и натуралистом Дж. Т. Гуликом, описывает один вид, ставший многими, чтобы соответствовать разным ролям в данной обстановке. Например, среди зябликов Галапагосских островов форма клюва изменилась (или разошлась), чтобы лучше соответствовать различным типам пищи, доступной на разных островах.
С другой стороны, конвергентная эволюция происходит, когда виды начинают различаться, а затем становятся более похожими. Например, представьте, что вы должны были сбросить на один остров множество попугаев и туканов. Люди с клювами, которые были неэффективны для ловли жуков, могут голодать и умирать, не передавая свои гены клюва потомству. Но попугаи и туканы, которым повезло иметь клювы, которые были более успешными в получении ошибок, выживут и передадут гены для этих клювов. Поколения спустя, потомки обоих видов могут сходиться в одной и той же форме клюва, так как это наиболее удачный способ выживания в этой среде обитания.
Концепции, лежащие в основе конвергентной эволюции, можно проследить до Ричарда Оуэна, британского биолога, который, несмотря на сомнения в теории эволюции Дарвина, в середине 1800-х годов указал на разницу между животными с частями тела, которые построены одинаково (гомологи), и частями тела, которые просто имеют аналогичные цели (аналоги). Например, плавник дельфина и человеческая рука гомологичны, потому что имеют одинаковую структуру кости, несмотря на то, что их функции расходятся со времени нашего последнего общего предка. С другой стороны, плавник дельфина является аналогом плавника акулы - они имеют одинаковое назначение, но разные формы, потому что они развивались независимо (и сходились).
Примеры конвергентной эволюции
Примеров сходящейся эволюции предостаточно, но их легче всего увидеть у знакомых видов животных. Например, у гигантских панд есть части тела, напоминающие большие пальцы, которые животные используют для захвата бамбука, как описал биолог Стивен Джей Гулд в журнале «Incorporating Nature» в 1970-х годах. Как у людей, так и у осьминогов глаза похожи на камеру с радужной оболочкой, линзой и сетчаткой - все эти важные части устройства визуализации. И у летучих мышей, и у птиц есть крылья.
Как бы ни были похожи эти черты, при ближайшем рассмотрении выявляется их независимое происхождение. Лапа панды с пятью пальцами и похожей на большой палец пухлой костью, выступающей из его ладони, не похожа на человеческую руку. Это имеет смысл, учитывая, что приматы развили свои противоборствующие пальцы около 50 миллионов лет назад, в то время как панды сделали это менее 20 миллионов лет назад (а наш последний общий предок жил от 65 миллионов до 90 миллионов лет назад). Точно так же уникальная проводка глаз осьминога означает, что у них нет слепых зон. И в то время как крылья птиц больше похожи на «руки», крылья летучей мыши больше похожи на «руки» с тонкими пальцами. Чтобы использовать категории Оуэна, это аналогичные, а не гомологичные части тела.
Движущей силой конвергентной эволюции является наличие определенных ролей, предлагаемых средой. Океаны бросают быстрых хищников, будь то акулы или дельфины. Небо нуждается в летчиках, а существа, которые живут или много занимаются деревьями, должны уметь хватать ветви хвостом, руками или когтями.
Один из самых драматичных современных примеров - две целые сходящиеся группы животных: сумчатые млекопитающие Австралии, которые проводят свои первые дни в мешочках, и млекопитающие, рожденные из плацент, которые населяют остальной мир. Поскольку Австралия откололась от других континентов десятки миллионов лет назад, ее виды животных эволюционировали несколько независимо. Тем не менее, многие ниши были заполнены животными, которые очень похожи на своих собратьев в Африке, Америке и Евразии.
Для рытья под землей существуют родинки и сумчатые родинки. Для бега по земле мышей встречают в австралийских мулгарах. А для охоты на других мелких млекопитающих вымерший ныне тилацин выглядел и шел точно так же, как собака или волк, за исключением того, что он тоже носил своих детенышей в сумке, как кенгуру. Поскольку сходные роли - такие как копатель, мошенник и охотник - существовали по обе стороны океана, эволюция сходилась по сходным проектам в обоих местах.
Является ли конвергентная эволюция неизбежной?
Данные окаменелости показывают, что одни и те же паттерны разыгрывались в течение эонов и множественных событий исчезновения, с плавниками, ногами, бронированными снарядами и когтями, которые выглядят как знакомые пакеты в похожих средах. Этот феномен побудил эволюционных биологов усомниться в том, в какой степени эволюция является случайным процессом и в какой степени ее результат определяется средой. Как подумал Гулд, если бы мы могли воспроизвести историю Земли с самого начала, приняло бы ли дерево жизни ту же форму?
Однако четко очерченные случаи конвергентной эволюции не являются черными и белыми. Это тесно связано с параллельной эволюцией, в которой вид оказывается в двух разных средах и развивает одну и ту же адаптацию к каждому. Начиная с одного и того же плана тела, эволюция движется по стопам, не совсем "сходясь" к новой и подобной адаптации. Некоторые ученые считают, что сумчатая эволюция параллельна эволюции плацентарных млекопитающих, в то время как другие обсуждают, является ли параллельная эволюция просто менее экстремальной формой конвергентной эволюции.
И конвергентная, и параллельная эволюция служат напоминанием о том, что у естественного отбора нет предпочтительного пути, нет внутренней дуги от базового до продвинутого. Виды могут расходиться, сходиться и расходиться снова. Эволюция настаивает только на том, что виды принимают стратегии выживания, которые работают в данной среде, независимо от того, откуда эти стратегии происходят.
