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Die biologische Evolution im Laufe der Zeit kann verschiedenen Mustern folgen. Faktoren wie Umwelt- und Raubdruck können unterschiedliche Auswirkungen auf die Art und Weise haben, wie sich Arten entwickeln, die ihnen ausgesetzt sind. Evolutionsbiologen haben diese unterschiedlichen Muster als divergente, konvergente und parallele Evolution bezeichnet.

Divergente Evolution

Wenn Menschen das Wort „Evolution“ hören, denken sie am häufigsten an divergente Evolution, das Evolutionsmuster, in dem sich (zum Beispiel) zwei Arten allmählich zunehmend unterscheiden. Divergente Evolution tritt auf, wenn sich eine Gruppe aus einer bestimmten Population zu einer neuen Art entwickelt. Um sich an verschiedene Umweltbedingungen anzupassen, entwickeln sich die beiden Gruppen aufgrund unterschiedlicher Anforderungen an die Umweltbedingungen zu unterschiedlichen Arten. In großem Maßstab könnte eine abweichende Evolution dazu führendie gegenwärtige Vielfalt des Lebens auf der Erde aus den ersten lebenden Zellen schaffen. In kleinerem Maßstab könnte es die Evolution von Menschen und Affen von einem gemeinsamen Primaten-Vorfahren erklären. Auf molekularer Ebene könnte es die Entwicklung neuer katalytischer Funktionen von Enzymen und die Topologie von Membranproteinen erklären.

Divergente Evolution und Speziation

Wenn verschiedene selektive Drücke auf einen bestimmten Organismus wirken, kann eine Vielzahl von adaptiven Merkmalen resultieren. Wenn nur eine Struktur des Organismus betrachtet wird, können diese Änderungen entweder die ursprüngliche Funktion der Struktur ergänzen oder sie vollständig ändern. Divergente Evolution führt zur Speziation oder zur Entwicklung einer neuen Art. Divergenz kann in jeder Gruppe verwandter Organismen auftreten. Die Unterschiede ergeben sich aus den unterschiedlichen Selektivdrücken. Jede Pflanzen- oder Tiergattung kann eine abweichende Evolution aufweisen. Ein Beispiel kann die Vielfalt der Blumentypen in den Orchideen beinhalten. Je größer die Anzahl der vorhandenen Unterschiede ist, desto größer ist die Divergenz. Wissenschaftler spekulieren, dass je mehr zwei ähnliche Arten divergieren, desto länger die Zeitspanne ist, in der die Divergenz stattgefunden hat.

Beispiele divergenter Evolution

Die Natur bietet viele Beispiele divergenter Evolution.

• Wenn eine sich frei vermischende Population auf einer Insel durch eine Barriere wie einen neuen Fluss getrennt wird, können die Organismen im Laufe der Zeit auseinandergehen. Wenn die entgegengesetzten Enden der Insel unterschiedlichen Druck auf die Bevölkerung ausüben, kann dies zu einer abweichenden Entwicklung führen.
• Wenn eine bestimmte Gruppe von Vögeln in einer Population anderer Vögel derselben Art aufgrund abnormaler Windschwankungen von ihrer normalen Zugspur abweicht, können sie in einer neuen Umgebung landen. Wenn die Nahrungsquelle in der neuen Umgebung so ist, dass nur Vögel der Population mit einem Variantenschnabel fressen können, dann wird sich dieses Merkmal aufgrund seines selektiven Überlebensvorteils entwickeln. Dieselbe Art am ursprünglichen geografischen Standort und mit der ursprünglichen Nahrungsquelle benötigt dieses Schnabelmerkmal nicht und wird sich daher anders entwickeln.
• Divergente Evolution ist auch im Fall des Rotfuchses und des Kitfuchses aufgetreten. Während der Kitfuchs in der Wüste lebt, wo sein Fell ihn vor seinen Raubtieren schützt, lebt der Rotfuchs in Wäldern, wo sich sein rotes Fell in seine Umgebung einfügt. In der Wüste erschwert das Klima den Tieren die Beseitigung der Körperwärme. Die Ohren des Kitfuchses haben eine größere Oberfläche, so dass sie überschüssige Körperwärme effizienter abführen können. Die unterschiedlichen Entwicklungsschicksale der verschiedenen Füchse werden in erster Linie durch die unterschiedlichen Umweltbedingungen und Anpassungsanforderungen bestimmt, nicht durch genetische Unterschiede. Wenn alle Mitglieder einer Art in derselben Umgebung leben, ist es wahrscheinlich, dass sie sich ähnlich entwickeln. Die divergente Evolution wird durch DNA-Analysen bestätigt, bei denen Arten, die divergiert haben, genetisch ähnlich sind.
• Der menschliche Fuß entwickelte sich trotz ihrer gemeinsamen Primatenabstammung sehr anders als der Fuß eines Affen. Es wird spekuliert, dass sich eine neue Art (der Mensch) entwickelte, weil es nicht mehr nötig war, von Bäumen zu schwingen. Aufrechtes Gehen auf dem Boden förderte Veränderungen im Fuß, die zu einer besseren Geschwindigkeit und Balance führten. Diese unterschiedlichen Merkmale wurden bald zu Merkmalen, die sich durch die Erleichterung der Bewegung am Boden entwickelten. Obwohl Menschen und Affen genetisch ähnlich sind, förderten ihre unterschiedlichen natürlichen Lebensräume unterschiedliche körperliche Merkmale, um sich zum Überleben zu entwickeln.

Konvergente Evolution

Konvergente Evolution verursacht Schwierigkeiten in Studienbereichen wie der vergleichenden Anatomie. Konvergente Evolution findet statt, wenn Arten unterschiedlicher Abstammung aufgrund einer gemeinsamen Umgebung oder eines anderen Selektionsdrucks analoge Merkmale teilen. Umweltbedingungen, die ähnliche Entwicklungs- oder Strukturänderungen zum Zwecke der Anpassung erfordern, können zu einer konvergenten Evolution führen, obwohl sich die Arten in der Abstammung unterscheiden. Diese Anpassungsähnlichkeiten, die sich aus demselben selektiven Druck ergeben, können für Wissenschaftler, die die natürliche Evolution einer Art untersuchen, irreführend sein. Die konvergente Evolution schafft auch Probleme für Paläontologen, die Evolutionsmuster in der Taxonomie verwenden, oder die Kategorisierung und Klassifizierung verschiedener Organismen basierend auf Verwandtschaft. Es führt oft zu falschen Beziehungen und falschen evolutionären Vorhersagen.

Beispiele für konvergente Evolution

(1) Flugsaurier
(2) Fledermaus
(3) Vogel

Eines der besten Beispiele für konvergente Evolution beinhaltet, wie Vögel, Fledermäuse und Flugsaurier (alle verschiedene das entwickelte sich entlang verschiedener Linien zu verschiedenen Zeiten) kam, um fliegen zu können. Wichtig ist, dass jede Art unabhängig Flügel entwickelte. Diese Arten entwickelten sich nicht, um sich auf zukünftige Umstände vorzubereiten, sondern die Entwicklung des Fluges wurde durch selektiven Druck durch ähnliche Umweltbedingungen induziert, obwohl sie sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten befanden. Das Entwicklungspotenzial einer Art ist nicht unbegrenzt, hauptsächlich aufgrund inhärenter Einschränkungen der genetischen Fähigkeiten. Nur Änderungen, die für die Anpassung nützlich sind, bleiben erhalten. Änderungen der Umweltbedingungen können jedoch zu weniger nützlichen funktionalen Strukturen führen, wie z. B. den Anhängseln, die vor Flügeln existiert haben könnten. Eine weitere Änderung der Umgebungsbedingungen kann zu Änderungen des Anhangs führen, um ihn unter den neuen Bedingungen nützlicher zu machen.Zum Beispiel sind die Flügel aller fliegenden Tiere sehr ähnlich, weil die gleichen Gesetze der Aerodynamik gelten. Diese Gesetze bestimmen die spezifischen Kriterien, die die Form für einen Flügel, die Größe des Flügels oder die für den Flug erforderlichen Bewegungen regeln. Alle diese Merkmale sind unabhängig vom betroffenen Tier oder dem physischen Standort. Um zu verstehen, warum jede Art die Fähigkeit zum Fliegen entwickelt hat, müssen die möglichen funktionellen Anpassungen verstanden werden, die auf dem Verhalten und den Umweltbedingungen basieren, denen die Art ausgesetzt war. Obwohl nur Theorien über ausgestorbene Arten und Flug gemacht werden können, da diese Verhaltensweisen anhand fossiler Aufzeichnungen vorhergesagt werden können, Diese Theorien können oft anhand von Informationen getestet werden, die aus ihren Überresten stammen. Vielleicht waren die Flügel von Vögeln oder Fledermäusen einst Anhängsel, die für andere Zwecke verwendet wurden, wie Gleiten, sexuelle Darstellung, Springen, Schutz oder Arme, um Beute zu fangen.Ein weiteres Beispiel für konvergente Evolution sind die Augen von Kopffüßern (Tintenfischen und Tintenfischen), die denen von Menschen oder anderen Säugetieren bemerkenswert ähnlich sind. Säugetiere und Kopffüßer haben jedoch die Augen völlig getrennt entwickelt, da die Entwicklung von Wirbeltieren und Wirbellosen vor etwa 500 Millionen Jahren auseinanderging, als alle Kreaturen blind waren.

Bei verschiedenen Pflanzenarten, die dieselben Bestäuber haben, sind viele Strukturen und Methoden, um die bestäubenden Arten an die Pflanze zu locken, ähnlich. Diese besonderen Merkmale ermöglichten den Fortpflanzungserfolg beider Arten aufgrund der Umweltaspekte, die die Bestäubung regeln, und nicht aufgrund von Ähnlichkeiten, die sich aus der genetischen Verwandtschaft durch Abstammung ergeben.

Ein weiteres Beispiel für konvergente Evolution ist der Fall von Mantellas und Pfeilgiftfröschen. Pfeilgiftfrösche leben in Südamerika, Mantellas in Madagaskar. Sie sind völlig unabhängig, haben aber identische Toxine in ihrer Haut, die sie von Ameisen bekommen, die auch Beispiele für konvergente Evolution sind.

Die konvergente Evolution wird durch die Tatsache unterstützt, dass diese Arten von verschiedenen Vorfahren stammen, was durch DNA-Analysen nachgewiesen wurde. Es ist jedoch schwieriger, die Mechanismen zu verstehen, die diese Ähnlichkeiten in den Merkmalen einer Art trotz der Unterschiede in der Genetik bewirken.

Yi qi genießt einen Snack

Yi qi war ein Dinosaurier, der vor etwa 160 Millionen Jahren in Hebei, China, lebte. Es durchstreifte einst die feuchten Jurawälder von Ginkgo- und Nadelbäumen und glitt von einem Baum zum anderen. Das Einzigartige an diesem Dinosaurier ist, dass er mit einer dünnen Membran flog, ähnlich wie Fledermäuse. Yi Qi ist der einzige bekannte Dinosaurier, der dies hat, und ist ein großartiges Beispiel für konvergente Evolution.

Parallele Evolution

Parallele Evolution tritt auf, wenn nicht verwandte Organismen aufgrund der Art ihrer Umweltbedingungen dieselben Eigenschaften oder Anpassungsmechanismen entwickeln. Oder anders ausgedrückt, parallele Evolution tritt auf, wenn ähnliche Umgebungen ähnliche Anpassungen hervorrufen. Die Morphologien (oder strukturelle Form) von zwei oder mehr Linien entwickeln sich in ähnlicher Weise in paralleler Evolution zusammen, anstatt zu einem bestimmten Zeitpunkt zu divergieren oder zu konvergieren.

Beispiele paralleler Evolution

Ein Beispiel sind die komplexen Gefiedermuster, die sich bei vielen sehr unterschiedlichen Vogelarten unabhängig voneinander entwickelt zu haben scheinen.

Ein molekulares Beispiel für parallele Evolution ist die Ligandenspezifität von Repressoren und periplasmatischen zuckerbindenden Proteinen.

Die parallele Evolution wird im Fall der Tympanal- und Atympanalmundoare bei Falken- oder Sphingidae-Arten veranschaulicht. Diese Insekten haben ein Trommelfell oder Trommelfell entwickelt, ähnlich wie Menschen, um durch Schall zu kommunizieren. Geräusche induzieren Vibrationen einer Membran, die das Trommelfell bedeckt, das als Trommelfell bekannt ist. Diese Schwingungen werden von kleinen Proteinen an der Oberfläche des Trommelfells erkannt, die als Hörrezeptoren bezeichnet werden. Innerhalb der Sphingidae-Arten erwarben zwei verschiedene Untergruppen Hörfähigkeit, indem sie Veränderungen in ihren Mundteilen durch einen deutlich unabhängigen evolutionären Weg entwickelten.

Die Untersuchung der Biomechanik des auditorischen Systems zeigt, dass nur eine dieser Untergruppen ein Tympanon hat. Die andere Untergruppe hat eine andere Mouthear-Struktur entwickelt, die kein Typanum aufweist, aber ein Mouthear mit funktionellen Eigenschaften aufweist, die im Wesentlichen denen der Untergruppe mit dem Tympanon entsprechen. Die evolutionäre Bedeutung der parallelen Entwicklung der Hörfähigkeiten in zwei verschiedenen Untergruppen einer Spezies zeigt, dass unterschiedliche Mechanismen existieren können, die zu ähnlichen funktionellen Fähigkeiten mit unterschiedlichen Mitteln zum Erwerb desselben funktionellen Attributs führen. Für beide Untergruppen muss das Hören angesichts der Umweltbedingungen ein wichtiges Merkmal für das Überleben der Art gewesen sein.

Parallele Evolution und Speziation

Die parallele Speziation ist eine Art paralleler Evolution, bei der die reproduktive Inkompatibilität in eng verwandten Populationen durch Merkmale bestimmt wird, die sich aufgrund der Anpassung an unterschiedliche Umgebungen unabhängig voneinander entwickeln. Diese unterschiedlichen Populationen sind reproduktiv inkompatibel und nur Populationen, die unter ähnlichen Umweltbedingungen leben, werden seltener reproduktiv isoliert. Auf diese Weise legt die parallele Artbildung nahe, dass es gute Beweise für natürlichen selektiven Druck gibt, der zur Artbildung führt, zumal die reproduktive Inkompatibilität zwischen verwandten Populationen eher mit unterschiedlichen Umweltbedingungen als mit geografischen oder genetischen Entfernungen korreliert.

Siehe auch

• Evolutionstheorie
• Makroevolution
• Mikroevolution
• Taxonomie

Bibliographie

Bücher

• Merrell, David J. Die adaptive Seelandschaft: Der Mechanismus der Evolution. Minneapolis: University of Minnesota Press, 1994.Gould, Stephen Jay. Die Struktur der Evolutionstheorie. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2002.Ridley, Mark. Evolution. Cambridge, MA: Blackwell Scientific Publications, 1993.
• Gut JM, Hayden CA, Wheeler TJ. Adaptive Proteinevolution und regulatorische Divergenz bei Drosophila. In: Mol Biol Evol. 14. März 2006
• Yoshikuni Y, Ferrin TE, Keasling JD. Eine divergente Evolution der Enzymfunktion. Natur. 22. Februar 2006
• Rosenblum EB. Konvergente Evolution und divergente Selektion: Eidechsen im White Sands Ecotone. Bin Nat. 2006 Januar;167(1):1-15.
• Rasmussen, L.E.L., Lee, T.D., Roelofs, W.L., Zhang, A., Doyle Davies Jr., G. (1996). Insektenpheromon bei Elefanten. Natur. 379: 684
• Zhang, J. und Kumar, S. 1997. Nachweis der konvergenten und parallelen Evolution auf der Ebene der Aminosäuresequenz. Mol. Biol. In: Evol. 14, 527-36.
• Dawkins, R. 1986. Der blinde Uhrmacher. Norton & Unternehmen. In:
• Mayr. 1997. Was ist Biologie. In: Harvard University Press
• Schluter, D., E. A. Clifford, M. Nemethy und J. S. McKinnon. 2004. Parallel evolution and inheritance of quantitative traits. American Naturalist 163: 809–822.

Periodicals

• Berger, Joel, and Kaster, „Convergent Evolution.“ Evolution (1979): 33:511.