Divergența - ce este în biologie? exemple de divergenta. Principalele legi ale evoluției. Divergență, convergență, paralelism Exemple de divergență și convergență

Data: 2011-05-11

Convergența - ce este?

M. Makhlin Sankt Petersburg

Convergenţăîn biologie se numește dezvoltarea în organisme neînrudite a acelorași caracteristici care au apărut ca urmare a adaptării la condiții de viață similare. Aceste semne se pot referi atât la aspectul, cât și la reacțiile comportamentale ale ființelor vii.

De obicei, când studiezi biologia la școală, sunt date cele mai evidente exemple convergenţă. De exemplu, o balenă, după cum știți, nu are nimic de-a face cu peștele. Acesta este un mamifer tipic, ca și strămoșii săi care au trăit pe uscat. Dar adaptarea la mediul acvatic a făcut ca balenele să dezvolte un aspect „peșteșor”, cu atributele sale inerente: un corp și aripioare raționalizate. Un exemplu la fel de izbitor sunt liliecii, vulpile zburătoare - de asemenea mamifere care au dobândit aripi asemănătoare unei păsări în timpul dezvoltării mediului aerian.

Convergenta foto

Exemple convergenţă poate fi observată în acvariu. Ca atare, poate fi citată nașterea vie a alevinilor. Ele eclozează în corpul femelei, ouăle primesc oxigen și substanțe nutritive prin sângele acesteia (adică acesta este un fel de sarcină și nu o naștere vie falsă, când ouăle rămân pur și simplu în corpul femelei până când puii eclozează din ei), alevinii se nasc fără vezică gălbenușă și sunt imediat gata pentru înot activ și hrănire. Nașterea vie este caracteristică atât plăcilor americane, cât și semibotului din Asia de Sud. Dar guppy, plăci. cozile de sabie aparțin ordinului cyprinodontids și hemiramphus. dermogenis - la detașamentul Sarganiformes.

Un exemplu de convergență este purtarea puilor într-o pungă specială în gât a unuia dintre peștii părinte. Este tipic pentru ciclidele și labirinturile africane (un număr de specii de pești de luptă, gourami de ciocolată). Capacitatea de a doborî insectele de pe frunzele de deasupra apei este demonstrată de laliuse și peștii stropiți.
Condiții similare de habitat formează, de asemenea, aspectul convergent al peștilor. Deci, capetele plate, care fac parte din ordinul cipriniform, nu se pot distinge ca aspect de unii somni din ordinul somnului.
Un aspect convergent s-a format în condiții similare de existență la multe plante acvatice. În mediul acvatic, plantele trebuie să mărească suprafața de asimilare (absorbție în timpul respirației și nutriției) a limbei frunzelor. Cu toate acestea, dacă adaptarea evolutivă ar urma calea unei simple creșteri a dimensiunii, frunzele uriașe ar începe să se ascundă reciproc, împiedicând apa să curgă în jurul lor.
Prin urmare, adaptarea s-a produs nu datorită creșterii frunzei, ci datorită diferitelor sale modificări geometrice, în care suprafața de asimilare a frunzelor crește fără a aduce atingere structurii permeabile la lumină și apă a plantei în ansamblu.

Vallisieria, sagittaria și o serie de krynums au format frunze lungi ca o panglică, care se târăsc liber odată cu curgerea. În cabombs, hottons. limnophila, myriophyllum, unele ludwigia și o serie de alte ierburi acvatice, frunzele sunt segmentate în segmente înguste în formă de ac care transmit liber lumina și sunt spălate pe toate părțile de apă.

Convergenta foto

Plantele plutitoare și reprezentanții florei acvatice cu frunze plutitoare au o altă problemă: au nevoie să aibă suprafețele superioare uscate ale frunzei (pentru a capta lumina și a evapora umiditatea) și pentru a oferi frunzei flotabilitate prin includerea camerelor de aer în țesutul său - cavități umplute cu aer. .
Phyllanthus care plutește liber la suprafața apei arată ca o feriga salvinia plutitoare. Nymphoides au aceleași frunze plutitoare ca nuferii, iar acestea, la rândul lor, arată ca hydrocleis.

În special plantele care trăiesc în ape sărace în nutrienți trebuie să exceleze. Și sunt mulți dintre ei la tropice. Pentru a nu muri de foame, plantele trebuie să mărească limbul frunzelor, să-și dezvolte la maximum suprafața de asimilare.
Natura a rezolvat contradicția dintre dorința de compactare a limboului frunzei și nevoia de a crește suprafața absorbantă într-un mod original, „inventând” suprafața frunzei bulloid (adică acoperită cu denivelări și gropi). Această decizie a făcut posibilă, cu menținerea dimensiunilor plăcii de tablă, creșterea suprafeței totale de asimilare a acesteia de 3-4 ori. Frunzele de bullond sunt caracteristice anonogetonilor din Madagascar A.boivinianus și A.bernierianus. unele forme ale altor specii din același gen din insula Madagascar și A. bullosus care trăiesc în Australia.

Frunze asemănătoare „motolite” au apărut la „plutitoare” africane (de fapt, este complet scufundată) Crinum natans și într-o serie de crintocorine (C.bullosa. C.huidoroi. C.usteriana, C.aponogetifolia), acestea din urmă chiar în denumirea științifică (apoiogetonolifolia) conține recunoașterea efectivă a convergenței sale cu aponogetonii.
După cum puteți vedea, convergența este un fenomen destul de comun, nu străin locuitorilor acvariului, ca participanți cu drepturi depline la procesele biocinetice, de asimilare și evolutive ale Naturii.

Revista Aquarium 2000 №1

Conform teoriei evoluției, toate ființele vii de pe Pământ au evoluat de la cele mai simple forme la cele mai complexe. Dar dacă totul s-a mișcat într-o linie dreaptă, de unde a venit o asemenea varietate de specii și populații? Divergența și convergența pot explica acest fenomen. În biologie, aceste concepte denotă caracteristicile și modelele de dezvoltare ale speciilor.

Caracteristicile teoriei evoluționiste

Principala teorie despre dezvoltarea vieții pe planeta noastră, care este susținută de știință, este teoria evoluției. Primele sale prevederi și legi au fost formulate în secolul al XVII-lea. Ea implică un lung proces natural de schimbări în organismele vii la un nivel calitativ nou.

Teoria presupune dezvoltarea organismelor de la cele mai simple la cele mai complexe forme, care a fost însoțită de mutații genetice, adaptări, extincție și formarea speciilor. Teoria modernă se bazează pe ipotezele lui Charles Darwin despre selecția naturală și datele genetice ale populației privind mutații, derive genetice, modificări ale frecvenței alelelor.

Evoluția implică faptul că organismele vii au o rădăcină comună, de la care a început dezvoltarea lor. În acest caz, presupunerea unuia sau a unei perechi de progenitori nu este necesară. Oamenii de știință susțin că ar fi putut exista mai multe organisme ancestrale, dar toate aparțineau unor grupuri înrudite.

Principalele modele de evoluție sunt convergența și divergența. În biologie, exemple și caracteristici ale acestor procese au fost descrise de Charles Darwin. Citiți mai multe despre ce sunt acestea mai jos.

Divergenta in biologie

Din latină, termenul este tradus ca „divergență” și poate fi folosit nu numai în legătură cu fauna sălbatică. Divergența în biologie se referă la apariția diferențelor de trăsături între organisme. În esență, aceasta este variabilitatea multidirecțională, care apare ca urmare a adaptării ființelor vii la diferite condiții.

Se manifestă prin schimbarea unor părți ale corpului sau a unor organe și prin dobândirea de funcții și capacități parțial noi. Divergența în biologie este o întâmplare comună. Apare ca urmare a selecției naturale, adică a luptei pentru existență. Dobândirea trăsăturilor reduce competiția - fiecare nouă populație își poate ocupa nișa ecologică fără a afecta alți indivizi. Apare și ca urmare a izolării.

Divergența poate apărea la nivel de specie, gen, familie și ordine. Cu ajutorul ei, de exemplu, clasa mamiferelor a fost împărțită în rozătoare, carnivore, proboscide, cetacee, primate și alte ordine. Ei, la rândul lor, s-au împărțit în grupuri mai mici, care diferă ca structură externă și internă.

Divergențele în biologie: exemple

Divergența duce la faptul că apar organisme cu structură diferită care aparțin aceluiași grup sistematic. Cu toate acestea, au încă o bază comună, părțile modificate ale corpului îndeplinesc aceleași funcții. De exemplu, urechile rămân urechi, doar la unele au devenit mai alungite, la altele rotunjite, aripile unor păsări sunt scurte, altele sunt lungi.

Un bun exemplu este tipul de membre la mamifere. La diferite specii, ele diferă în funcție de modul de viață și de habitat. Așadar, felinele au pernițe moi pe labe, în timp ce primatele au degete lungi și mobile pentru a apuca ramuri, leul de mare a dezvoltat aripi, iar vacile au copite. Pentru a înțelege ce este divergența în biologie, puteți folosi exemplul albilor. Fluturii din această familie mănâncă diferite alimente în stadiul de omidă: unii mănâncă varză, alții mănâncă napi, alții mănâncă sfeclă etc.

La plante, divergența caracterelor se manifestă sub formă de frunze. La cactusi au devenit spini; la arpaș s-au dezvoltat ace. De asemenea, divergențele pot fi urmărite la nivelul sistemului radicular. Unele plante au rădăcini de rădăcină, la cartofi sunt tuberculi, la sfeclă și morcovi au adăugat grosime și s-au transformat în culturi de rădăcină.

Convergenţă

Dacă divergența este caracteristică organismelor înrudite, atunci convergența, dimpotrivă, se observă în grupuri îndepărtate. Se manifestă prin asemănarea semnelor în organisme sistematic diferite. Ca și divergența, ea a apărut ca urmare a selecției naturale, dar în acest caz este direcționată în același mod pe diferite specii, ordine etc.

Animalele sau plantele care aparțin unor clase complet diferite dobândesc aceleași organe ca structură și funcție. Acest lucru se datorează habitatului comun sau asemănării stilului de viață. Dar asemănarea lor nu se extinde la întregul corp, convergența afectează doar acele organe care sunt necesare pentru adaptabilitate la anumite condiții.

Deci, animalele care se mișcă prin aer au aripi. Dar unii se pot referi la insecte, în timp ce alții la vertebrate. Organismele care locuiesc în apă au o formă a corpului raționalizată, deși nu sunt neapărat legate între ele.

Exemple de convergență

Forma corpului delfinilor, balenelor și peștilor este o convergență tipică. Datorită asemănării lor cu rechinii, balenele și delfinii au fost considerați inițial pești. Ulterior s-a dovedit că sunt mamifere, deoarece respiră cu plămânii, se nasc prin naștere vie și au o serie de alte semne.

Un exemplu de convergență sunt aripile liliecilor, păsărilor și insectelor. Prezența acestor organe este asociată cu modul de viață al animalelor care se mișcă prin zbor. În același timp, tipul și structura aripilor lor diferă semnificativ.

Un alt exemplu este prezența branhiilor în pești și moluște. Uneori, convergența se manifestă în absența oricăror organe. Deci, pe unele insule vulcanice, trăiesc fluturi fără aripi, muște și alte insecte.

Datele de taxonomie, paleontologie, anatomie comparată și alte discipline biologice fac posibilă restabilirea cursului procesului evolutiv la nivel supraspecific cu mare acuratețe. Dintre formele de evoluție ale grupurilor de organisme vii se pot distinge: divergența, convergența și paralelismul.

Divergenţă

Apariția de noi forme este întotdeauna asociată cu adaptarea la condițiile geografice și ecologice locale de existență. Astfel, clasa mamiferelor este formată din numeroase ordine, ai căror reprezentanți diferă prin tipul de hrană, caracteristicile habitatelor lor, adică condițiile de existență (insectivore, lilieci, carnivore, artiodactile, cetacee etc.). Fiecare dintre aceste ordine include subordine și familii, care, la rândul lor, se caracterizează nu numai prin trăsături morfologice specifice, ci și prin trăsături ecologice (alergare, sărituri, cățărare, vizuini, forme de înot). În cadrul oricărei familii, speciile și genurile diferă în ceea ce privește modul lor de viață, obiectele alimentare etc. După cum a subliniat Darwin, întregul proces evolutiv se bazează pe divergență. Divergenta de orice scara este rezultatul selectiei naturale sub forma selectiei de grup (speciile, genurile, familiile etc. sunt conservate sau eliminate). Selecția de grup se bazează și pe selecția individuală în cadrul unei populații. Dispariția unei specii are loc ca urmare a morții indivizilor.

Particularitatea trăsăturilor morfologice ale organismelor dobândite în procesul de divergență are o anumită bază comună sub forma unui grup de gene de forme înrudite. Membrele tuturor mamiferelor sunt foarte diferite, dar au un singur plan structural și reprezintă un membru cu cinci degete. Prin urmare, organele care corespund între ele ca structură și au o origine comună, indiferent de funcția îndeplinită, se numesc omologi. Un exemplu de organe omoloage în plante este mustața unui mazăre, țepii unui cactus - toate acestea sunt frunze modificate.

În aceleași condiții de existență, animalele aparținând unor grupuri sistematice diferite pot dobândi o structură similară. O astfel de asemănare în structură apare cu o similaritate de funcții și este limitată doar la organele direct legate de aceiași factori de mediu. În exterior, cameleonii și agamele care se cățără pe ramurile copacilor sunt foarte asemănătoare, deși aparțin unor subordine diferite (Fig. 1).

Figura 1. Dragon cățărător. Asemănarea externă cu un cameleon se datorează unui habitat similar.

La vertebrate, membrele reptilelor marine și mamiferelor prezintă similitudini convergente (Fig. 2). Convergența semnelor afectează în principal numai acele organe care sunt direct legate de condiții similare de mediu.

Figura 2. Convergenţă. Asemănarea formei corpului și a aripioarelor la animalele care înoată rapid neînrudite: rechini (A), ihtiosauri (B), delfini (C, D).

Convergența se observă și la grupuri de animale care sunt sistematic departe unele de altele. Organismele aeropurtate au aripi (Fig. 3). Dar aripile unei păsări și ale unui liliac sunt membre modificate, iar aripile unui fluture sunt excrescențe ale peretelui corpului.

Figura 3. Convergenţă. Dezvoltarea dispozitivelor de înălțare în aer la vertebrate: A - pește zburător, B - broască zburătoare, C - agama zburătoare, D - veveriță zburătoare.

Organele care îndeplinesc funcții similare, dar au o structură și o origine fundamental diferite, sunt numite similare.

Paralelism

Paralelismul este o formă de dezvoltare convergentă caracteristică grupurilor apropiate genetic de organisme. De exemplu, printre mamifere, cetaceele și pinipedele, independent unele de altele, s-au mutat să trăiască în mediul acvatic și au dobândit adaptări similare pentru mișcarea în acest mediu - aripile. Mamiferele neînrudite din zona tropicală, care trăiesc pe continente diferite în condiții climatice similare, au o asemănare generală cunoscută (Fig. 4).

Figura 4. Similitudine structurală convergentă între mamiferele neînrudite din pădurile tropicale din Africa (stânga) și America de Sud: A - hipopotam pigmeu, B - capibara, C - cerbul african, D - paca, E - antilopa pigmee, F - agouti, G - duiker gri , Z - mazama, I - pangolin, K - armadillo gigant.

Forma evolutivă a grupurilor de organisme vii este împărțită în divergență, convergență, paralelism.

1. Divergenta- divergenţa caracterelor în cadrul speciei, ceea ce duce la formarea de noi grupări de indivizi. Cu cât organismele vii diferă mai mult ca structură, mod de existență, cu atât mai mult diverg în spații mai diverse. De obicei, o zonă sau zonă este ocupată de animale cu aceeași nevoie de calitate și aprovizionare cu hrană. După un anumit timp, când hrana se epuizează, animalele sunt forțate să-și schimbe habitatul, să se mute în locuri noi. Dacă animalele cu nevoi diferite de condiții de mediu trăiesc pe același teritoriu, atunci concurența dintre ele slăbește. Deci, C. Darwin a stabilit că în natură pe un teren de 1 m2 există până la 20 de specii de plante aparținând a 18 genuri și 8 familii. În procesul de divergență, ramurile unui copac de mai multe forme se depărtează de populația în curs de dezvoltare. De exemplu, putem numi șapte specii de căprioare care s-au format ca urmare a divergenței: cerbul sika, cerbul, renul, elanul, căpriorul, cerbul dain, cerbul mosc (Fig. 37).

Orez. 37. Varietate de specii de cerbi rezultate din divergenta: 1 - cerbul sika; 2 - căprioare; 3 - cerb pumn; 4 - reni; 5 - elan; 6" - căprior; 7 - căprior mosc

Sub influența selecției naturale într-o serie nesfârșită de generații, unele forme supraviețuiesc, altele se sting. Procesele de dispariție și divergență sunt strâns legate. Cele mai divergente forme au o capacitate mai mare de a lăsa urmași fertili și de a supraviețui în procesul de selecție naturală, deoarece concurează mai puțin între ele decât cele intermediare, care se subțiază treptat și se sting.

Ca urmare a divergenței, o populație dintr-o specie este subdivizată în subspecii. O subspecie formată sub influența selecției naturale, după semnele schimbării ereditare, se transformă într-o specie.

2. Convergența- dobândirea de trăsături similare în grupuri diferite, neînrudite. De exemplu, rechinii (clasa de pești), ihtiosaurii (clasa de reptile), delfinii (clasa de mamifere) au forme corporale similare. Acest lucru se datorează faptului că au același habitat (apă) și condiții de viață. Cameleonul și agama cățărătoare, aparținând unor subordine diferite, sunt în exterior foarte asemănătoare. Asemănarea diferitelor grupuri sistematice se datorează vieții într-un habitat similar. Organismele aeropurtate au aripi. Aripile unei păsări și ale unui liliac sunt membrele anterioare modificate, iar aripile unui fluture sunt excrescențe ale corpului. Fenomenul de convergenta este larg raspandit in regnul animal.

3. Paralelism(paralelos grecesc - „mers unul lângă altul”) - dezvoltarea evolutivă a grupurilor apropiate genetic, care constă în dobândirea independentă de trăsături structurale similare de către acestea pe baza trăsăturilor moștenite de la strămoși comuni. Paralelismul este larg răspândit între diferitele grupuri de organisme în cursul dezvoltării lor istorice (filogeneza).

De exemplu, adaptarea la un stil de viață acvatic în evoluția pinipedelor s-a dezvoltat în trei direcții. La cetacee și pinipede (morse, urechi și foci adevărate), ca urmare a trecerii la un stil de viață acvatic, independent unul de celălalt, a apărut o adaptare la apă - aripile. Transformarea aripilor din față în multe grupuri de insecte înaripate în elitre, dezvoltarea semnelor de amfibieni la peștii cu aripioare lobite, apariția semnelor de mamifere la șopârlele cu dinți de animale etc. Asemănarea în paralelism indică unitatea originea organismelor și prezența unor condiții similare de existență.

Evoluția este un proces ireversibil.În fiecare organism adaptat la noile condiții, organul alterat dispare. Revenind la fostul său habitat, organul dispărut nu este restaurat. Chiar și Ch. Darwin a scris despre ireversibilitatea evoluției: „Chiar dacă habitatul este complet repetat, atunci specia nu se poate întoarce niciodată la starea anterioară”. De exemplu, delfinii, balenele nu devin niciodată pești. În timpul tranziției animalelor terestre în mediul acvatic, membrele se schimbă convergent - în timp ce convergența este implicată doar în schimbarea structurii externe a organelor.

În structura internă a aripioarelor unui delfin, a unei balene, se păstrează semnele unui membru cu cinci degete de mamifere. Deoarece mutația duce la reînnoirea fondului genetic al populației, nu repetă niciodată fondul genetic al generației anterioare. Deci, dacă la un moment dat reptilele au apărut din amfibieni primitivi, atunci reptilele nu pot da din nou naștere la amfibieni.

Pe tulpina unui arbust veșnic verde - ace există frunze groase și strălucitoare. De fapt, acestea sunt ramuri modificate. Frunzele adevărate solzoase sunt situate în partea centrală a acestor tulpini modificate. La începutul primăverii, florile apar din sinusul solzilor, din care fructele se dezvoltă mai târziu.

Frunzele acului de măcelar au dispărut în antichitate, în proces de adaptare la secetă. Apoi, când s-au întors în mediul acvatic, în loc de frunze, aveau ramuri care semănau cu frunze.

Eterogenitatea evoluției. De sute de milioane de ani pe Pământ, ele există într-o formă neschimbată. coada sabrelor, pește cu aripioare lobe, tuatara. Ele sunt numite „fosile vii”. Cu toate acestea, unele plante și animale se schimbă rapid. De exemplu, în Filipine și Australia, mai multe genuri noi de rozătoare au apărut peste 800 de mii de ani. În aproximativ 20 de milioane de ani, în Baikal au apărut 240 de specii de raci aparținând a 34 de noi genuri. Ritmul evoluției nu este determinat de timpul astronomic. Apariția unei noi specii este determinată de numărul necesar de generații și de fitness.

Ritmul de evoluție scade și încetinește în aceleași condiții de mediu stabile (oceane adânci, ape caverne). Pe insulele unde există puțini prădători, selecția naturală este foarte lentă. În schimb, acolo unde există selecție intensă, evoluția se desfășoară și mai rapid. De exemplu, în anii 1930 a fost folosit un medicament otrăvitor (DDT) împotriva dăunătorilor. În câțiva ani, au apărut și s-au răspândit rapid pe Pământ forme rezistente la medicamente. Utilizarea pe scară largă a antibioticelor - penicilină, streptomicina, gramicidină - în anii 40-50 ai secolului XX. a dus la apariţia unor forme rezistente de microorganisme.

Divergenţă. Convergenţă. Paralelism. proces ireversibil. „Fosile vii”.

1. Forme evolutive ale grupurilor de organisme vii: divergenţă, convergenţă, paralelism.

2. Evoluția este un proces ireversibil, adică o specie sau un organ dispărut nu se poate întoarce niciodată la starea anterioară.

3. Ritmul de evoluție se schimbă.

1. Explicați procesul de divergență cu un exemplu.

2. Descrie convergența, analizează-o cu un exemplu.

1. Explicați ireversibilitatea evoluției pe exemplele de plante.

2. Care este motivul dispariţiei unor forme dobândite în timpul divergenţei?

1. Demonstrați eterogenitatea evoluției folosind un exemplu.

2. Analizați divergența, convergența, paralelismul folosind o diagramă sau un tabel.

Convergența în biologie se numește fenomenul când speciile complet diferite inițial în procesul de evoluție devin asemănătoare între ele. De exemplu, balenele și delfinii sunt în exterior foarte asemănătoare cu peștii și chiar și Linnaeus, când a compilat prima clasificare a organismelor vii, i-a clasificat în mod eronat ca pești. Dar, de fapt, balenele și delfinii respiră cu plămâni și provin din animale terestre. Rudele lor cele mai apropiate sunt hipopotami, nu peștii deloc. În această postare - exemple uimitoare de convergență în viața sălbatică.

Rechinul și balena ucigașă sunt doi prădători, foarte asemănători ca aspect. Dar primul este un pește, al doilea este un mamifer.

Conform rămășițelor fosile, oamenii de știință au descoperit cum una dintre ramurile artiodactililor antici a trecut la un stil de viață acvatic și a devenit în exterior asemănătoare cu peștii. Evoluția lor, care a durat aproximativ 50 de milioane de ani, a arătat cam așa:

evoluția cetaceelor

În procesul de tranziție la viață în mediul acvatic, forma corpului s-a schimbat, labele și coada au fost transformate în aripioare și a apărut capacitatea de a-și ține respirația sub apă pentru o lungă perioadă de timp. Dar, fiind asemănătoare în exterior cu peștii, balenele și delfinii sunt foarte diferiți de ei - au sânge cald, nu au branhii, își hrănesc puii cu lapte și au un nivel mult mai ridicat de inteligență.

De fapt, există o mulțime de exemple când natura găsește soluții similare pentru tipuri complet diferite de animale sau plante.

Desigur, ai recunoscut planta din fotografie. Acesta este un cactus. Ce zici de planta din fotografia de jos?

Arată ca un cactus, dar nu este deloc un cactus. Acesta este unul dintre tipurile de lapte. Crescând în medii deșertice fierbinți foarte asemănătoare (unul în America și celălalt în Africa), ambele plante au dobândit în mod independent tulpini groase pentru a stoca umiditate și vârfuri pentru a le proteja de mâncarea animalelor.

Porcii-spinii, aricii și echidna aparțin unor ordine complet diferite (iar echidna este, în general, un mamifer care depune ouă). Și trăiesc în locuri complet diferite. Cu toate acestea, convergența a jucat un rol - pentru protecție, toate aceste animale au crescut ace.

Porc spinos