Ключевые инновации - Key innovation

В эволюционная биология, а ключевые инновации, также известный как адаптивный прорыв или же ключевая адаптация, это роман фенотипический черта, которая позволяет последующие радиация и успех таксономической группы. Обычно они приносят новые способности, которые позволяют таксоны быстро диверсифицировать и вторгнуться ниши которые ранее не были доступны. Это явление помогает объяснить, почему некоторые таксоны гораздо более разнообразны и имеют гораздо больше видов, чем их сестринские таксоны Термин был впервые использован в 1949 году Олденом Х. Миллером, который определил его как «ключевые изменения в морфологическом и физиологическом механизме, которые необходимы для происхождения новых основных групп».[1] хотя более широкое, современное определение гласит, что «ключевая инновация - это эволюционное изменение индивидуальных черт, которое причинно связано с увеличением степени диверсификации в результирующей кладе».[2]

Теория ключевых инноваций подверглась критике, потому что ее трудно протестировать с научной точки зрения, но есть доказательства, подтверждающие эту идею.[3]

Механизм

Механизм, с помощью которого ключевое нововведение приводит к таксономическому разнообразию, не определен, но было предложено несколько гипотез:[2]

Повышение индивидуальной физической формы

Ключевое нововведение за счет повышения приспособленности особей данного вида может привести к вымирание становятся менее вероятными и позволяют таксонам расширяться и предполагать.[2]

Латекс и смола каналы в растениях используются для отпугивания хищников, выделяя при прокалывании липкий секрет, который может обездвижить насекомых, а некоторые содержат токсичные или неприятные на вкус вещества. Они развивались независимо примерно 40 раз и считаются ключевым нововведением. Увеличивая устойчивость растений к хищникам, каналы увеличивают приспособленность видов и позволяют им избежать съедания, по крайней мере, до тех пор, пока хищник не разовьет способность преодолевать защиту. В период устойчивости растения с меньшей вероятностью вымрут и могут диверсифицироваться и видоизменяться, и поэтому таксоны с латексными и смоляными каналами более разнообразны, чем их каналы, лишенные сестринских таксонов.[2]

Роман вторжение в нишу

Человек коренной зуб с четырьмя куспидами

Ключевое нововведение может позволить виду вторгнуться в новый регион или нишу и, таким образом, освободиться от конкуренции, позволяя в дальнейшем видообразование и радиация.

Классический пример - четвертый куспид млекопитающих коренные зубы, то лицемер, что позволило предкам ранних млекопитающих эффективно переваривать свой общий рацион. Предшественники этого, триконодонтовые зубы рептилий, были приспособлены для захвата и разрезания, а не жевания. Эволюция гипоконуса и плоских коренных зубов позже позволила животным адаптироваться к растительноядной диете, поскольку они могли использоваться для расщепления твердой растительной материи посредством Эволюция этой способности привела к тому, что млекопитающие смогли адаптироваться к использованию огромного количества источников пищи,[4] и позволил ранним млекопитающим вторгаться в новые ниши в результате эволюции специализированных травоядных животных, которые достигли относительного успеха в середине эоцен. Специализация на растительной диете давала ранним травоядным достаточно ресурсов для излучения, поскольку энергия не терялась для достижения более высоких трофических уровней, и в то время существовало мало конкурентов.[4]

Репродуктивная изоляция

Длинный нектар подстегивает это Аквилегия разрешить специализацию для определенного опылителя.

Ключевое нововведение может привести к репродуктивной изоляции, в результате чего люди с нововведением больше не будут размножаться с теми, у кого нет. Это может привести к быстрому видообразованию, поскольку две популяции разделяются и накапливают мутации.

Нектар подстегивает Аквилегия, разнообразный род цветковых растений, по этой причине считаются ключевым нововведением. Шпоры нектара способствуют опылению, делая нектар дальше от тычинок, убедившись, что насекомое или птица опылители подбирать пыльца когда они получают к нему доступ. Это привело к быстрому видообразованию внутри рода, поскольку растения и их опылители могут стать специализированными друг для друга, то есть один вид опылителя питается исключительно одним видом растений, и, таким образом, популяции растений могут легко стать репродуктивно изолированными друг от друга. Кроме того, форма и размер нектарной шпоры могут изменяться в ответ на адаптацию опылителей, развивая коэволюционные отношения. Род Аквилегия насчитывает более 50 видов.[3]

Критика

Как эволюционная теория, ключевые инновации подверглись критическому анализу из-за того, что их трудно проверить. Идентификация зависит от обнаружения корреляции между нововведением и повышенным разнообразием путем сравнения сестринских таксонов, но это не доказывает причинно-следственную связь и не выделяет другие причины разнообразия, такие как стохастичность или среда обитания, и можно «выбрать вишневые» примеры, которые соответствуют гипотезе.[5]Кроме того, ретроспективная идентификация ключевых инноваций мало что дает с точки зрения понимания процессов и факторов давления, которые привели к адаптации, и может идентифицировать очень сложный эволюционный процесс как единое событие. Примером этого является эволюция полета птиц, которая была идентифицировано как ключевое нововведение в 1963 г. Эрнст Майр.[6] Однако отдельные эволюционные изменения должны были произойти в физиологии птичьего предка, включая увеличение мозжечок и расширение и окостенение из грудина. Эти приспособления возникли отдельно, с разницей в миллионы лет,[5] не за один шаг.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Миллер, Олден (22 ноября 1949 г.). «Некоторые экологические и морфологические соображения в эволюции высших таксономических категорий». Орнитология как Biologische Wissenschaft. С. 84–88.
  2. ^ а б c d Heard, S.B .; Хаузер, Д. (1995). «Ключевые эволюционные инновации и их экологические механизмы». Историческая биология. 10 (2): 151–173. Дои:10.1080/10292389509380518.
  3. ^ а б Ходжес, С.А.Арнольд, М.Л. (1995). «Стимулирование диверсификации растений: стимул для цветочного нектара - ключевое новшество?». Труды: Биологические науки.. 262 (1365): 343–348. Дои:10.1098 / rspb.1995.0215. S2CID  86823646.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  4. ^ а б Хантер, Дж. П. Джернвалл, Дж. (1995). «Гипоконус как ключевое новшество в эволюции млекопитающих». Труды Национальной академии наук. 92 (23): 10718–10722. Bibcode:1995PNAS ... 9210718H. Дои:10.1073 / пнас.92.23.10718. ЧВК  40683. PMID  7479871.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ а б Крафт, Джоэл (1990). «Происхождение эволюционного нового паттерна и процесса на разных иерархических уровнях». Эволюционные инновации. С. 21–46.
  6. ^ Майр, Эрнст (1963). Виды животных и эволюция. Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN  0-674-03750-2.