Die beiden sukkulenten Pflanzengattungen Euphorbia und Astrophytum sind nur entfernt verwandt, aber die Arten innerhalb jeder Gattung haben sich zu einer ähnlichen Körperform entwickelt.

Konvergente Evolution ist die unabhängige Entwicklung ähnlicher Merkmale in Arten unterschiedlicher Abstammungslinien. Sie erzeugt analoge Strukturen , die ähnliche Form oder Funktion aufweisen, aber im letzten gemeinsamen Vorfahren dieser Gruppen nicht vorhanden waren. Der kladistische Begriff für dasselbe Phänomen ist Homoplasie . Die wiederholte Entwicklung des Fluges ist ein klassisches Beispiel: Fliegende Insekten , Vögel , Flugsaurier und Fledermäuse haben unabhängig voneinander die nützliche Fähigkeit zu fliegen entwickelt. Funktionell ähnliche Merkmale, die durch konvergente Evolution entstanden sind, werden als analog bezeichnet , während homologe Strukturen oder Merkmale zwar einen gemeinsamen Ursprung haben, aber unterschiedliche Funktionen erfüllen können. Die Flügel von Vögeln, Fledermäusen und Flugsauriern sind analoge Strukturen, ihre Vordergliedmaßen hingegen sind homolog und teilen einen gemeinsamen Vorfahrenzustand, obwohl sie unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Das Gegenteil von konvergenter Evolution ist divergente Evolution , bei der verwandte Arten unterschiedliche Merkmale entwickeln. Konvergente Evolution ähnelt der parallelen Evolution , die auftritt, wenn sich zwei unabhängige Arten in dieselbe Richtung entwickeln und dadurch unabhängig voneinander ähnliche Merkmale erwerben; beispielsweise haben sich Gleitfrösche parallel aus verschiedenen Baumfroscharten entwickelt .

Bei Pflanzen sind viele Beispiele für konvergente Evolution bekannt , darunter die wiederholte Entwicklung der C4 - Photosynthese , die Samenverbreitung durch fleischige Früchte , die an den Verzehr durch Tiere angepasst sind, und die Fleischfresserei .

Überblick

Homologie und Analogie bei Säugetieren und Insekten: Auf der horizontalen Achse sind die Strukturen morphologisch homolog, unterscheiden sich aber aufgrund unterschiedlicher Lebensräume in ihrer Funktion. Auf der vertikalen Achse sind die Strukturen aufgrund ähnlicher Lebensweisen funktionell analog, unterscheiden sich aber anatomisch aufgrund unterschiedlicher Phylogenie . [ a ]

In der Morphologie entstehen analoge Merkmale, wenn verschiedene Arten auf ähnliche Weise und/oder in einer ähnlichen Umwelt leben und somit denselben Umweltfaktoren ausgesetzt sind. Bei der Besetzung ähnlicher ökologischer Nischen (d. h. einer charakteristischen Lebensweise) können ähnliche Probleme zu ähnlichen Lösungen führen. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Der britische Anatom Richard Owen erkannte als Erster den grundlegenden Unterschied zwischen Analogien und Homologien . [ 4 ]

In der Biochemie haben physikalische und chemische Beschränkungen von Mechanismen dazu geführt, dass sich einige Anordnungen aktiver Zentren , wie beispielsweise die katalytische Triade, unabhängig voneinander in verschiedenen Enzymsuperfamilien entwickelt haben . [ 5 ]

In seinem 1989 erschienenen Buch „Wonderful Life “ argumentierte Stephen Jay Gould, dass die Evolution einen ganz anderen Verlauf nehmen könnte, wenn man „die Geschichte des Lebens zurückspulen und dieselben Bedingungen erneut vorfinden würde“. [ 6 ] Simon Conway Morris widerspricht dieser Schlussfolgerung und argumentiert, dass Konvergenz eine dominierende Kraft der Evolution sei. Da dieselben Umwelt- und physikalischen Beschränkungen wirken, werde sich das Leben zwangsläufig in Richtung eines „optimalen“ Körperbauplans entwickeln, und irgendwann werde die Evolution zwangsläufig auf Intelligenz stoßen – ein Merkmal, das derzeit zumindest Primaten , Rabenvögeln und Walen zugeschrieben wird . [ 7 ]

Auszeichnungen

Kladistik

In der Kladistik bezeichnet Homoplasie ein Merkmal, das zwei oder mehr Taxa aus einem anderen Grund als aufgrund gemeinsamer Abstammung teilen. Taxa mit gemeinsamer Abstammung gehören zum selben Taxon ; die Kladistik versucht, sie nach ihrem Verwandtschaftsgrad zu ordnen, um ihre Phylogenie zu beschreiben . Homoplastische Merkmale, die durch Konvergenz entstehen, sind daher aus kladistischer Sicht Störfaktoren, die zu einer fehlerhaften Analyse führen können. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Atavismus

Es kann schwierig sein, zu unterscheiden, ob ein Merkmal verloren gegangen und dann konvergent wieder entstanden ist oder ob ein Gen lediglich abgeschaltet und später wieder aktiviert wurde. Ein solches wiederaufgetretenes Merkmal wird als Atavismus bezeichnet . Mathematisch betrachtet sinkt die Wahrscheinlichkeit , dass ein ungenutztes ( selektionell neutrales ) Gen seine potenzielle Funktionalität im Laufe der Zeit beibehält, stetig. Die Zeitspanne dieses Prozesses variiert stark in verschiedenen Stammbäumen; bei Säugetieren und Vögeln besteht eine realistische Wahrscheinlichkeit, dass ein Gen etwa 6 Millionen Jahre lang in einem potenziell funktionsfähigen Zustand im Genom verbleibt. [ 12 ]

Parallele vs. konvergente Evolution

Evolution an einer Aminosäureposition . In jedem Fall verändert sich die linke Spezies von Alanin (A) an einer bestimmten Position in einem Protein in einem hypothetischen Vorfahren zu Serin (S). Die rechte Spezies kann an dieser Aminosäureposition im Vergleich zur ersten Spezies divergente , parallele oder konvergente Evolution durchlaufen.

Wenn zwei Arten in einem bestimmten Merkmal ähnlich sind, spricht man von paralleler Evolution , wenn auch die Vorfahren ähnlich waren, und von konvergenter Evolution, wenn dies nicht der Fall war. [ b ] Einige Wissenschaftler argumentieren, dass es ein Kontinuum zwischen paralleler und konvergenter Evolution gibt, [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] während andere behaupten, dass trotz einiger Überschneidungen wichtige Unterschiede zwischen beiden bestehen. [ 17 ] [ 18 ]

Sind die Vorfahrenformen nicht näher spezifiziert oder unbekannt, oder ist der betrachtete Merkmalsbereich nicht klar definiert, wird die Unterscheidung zwischen paralleler und konvergenter Evolution subjektiver. So beschreibt Richard Dawkins in „Der blinde Uhrmacher“ beispielsweise das eindrucksvolle Beispiel ähnlicher Plazenta- und Beuteltiere als Fall konvergenter Evolution, da Säugetiere auf jedem Kontinent vor dem Aussterben der Dinosaurier eine lange Evolutionsgeschichte hatten, in der sich relevante Unterschiede ansammeln konnten. [ 19 ]

Auf molekularer Ebene

Evolutionäre Konvergenz von Serin- und Cysteinproteasen hin zur gleichen katalytischen Triadenorganisation aus Säure-Base-Nukleophil in verschiedenen Protease-Superfamilien . Dargestellt sind die Triaden von Subtilisin , Prolyl-Oligopeptidase , TEV-Protease und Papain .

Proteine

Tertiärstrukturen

Viele Proteine ​​weisen analoge Strukturelemente auf , die unabhängig voneinander in verschiedenen Genomen entstanden sind. Es gibt mehrere Beispiele für konvergente Proteinmotive mit ähnlichen Anordnungen von Strukturelementen. [ 20 ] Auch ganze Proteinstrukturen sind durch konvergente Evolution entstanden. [ 21 ]

Protease-aktive Zentren

Die Enzymologie der Proteasen liefert einige der deutlichsten Beispiele für konvergente Evolution. Diese Beispiele spiegeln die intrinsischen chemischen Beschränkungen von Enzymen wider, die dazu führen, dass die Evolution unabhängig voneinander und wiederholt zu äquivalenten Lösungen konvergiert. [ 5 ] [ 22 ]

Serin- und Cysteinproteasen nutzen unterschiedliche funktionelle Gruppen (Alkohol oder Thiol) von Aminosäuren als Nukleophil . Zur Aktivierung dieses Nukleophils richten sie einen sauren und einen basischen Rest in einer katalytischen Triade aus . Die chemischen und physikalischen Beschränkungen der Enzymkatalyse haben dazu geführt, dass sich identische Triadenanordnungen in verschiedenen Enzymsuperfamilien mehr als 20 Mal unabhängig voneinander entwickelt haben . [ 5 ]

Threoninproteasen nutzen die Aminosäure Threonin als katalytisches Nukleophil . Im Gegensatz zu Cystein und Serin ist Threonin ein sekundärer Alkohol (d. h. es besitzt eine Methylgruppe). Die Methylgruppe des Threonins schränkt die möglichen Orientierungen der Triade und des Substrats stark ein, da sie mit dem Enzymrückgrat oder der Histidinbase sterisch behindert wird. Daher verwenden die meisten Threoninproteasen ein N-terminales Threonin, um solche sterischen Konflikte zu vermeiden . Mehrere evolutionär unabhängige Enzym-Superfamilien mit unterschiedlichen Proteinfaltungen nutzen den N-terminalen Rest als Nukleophil. Diese Gemeinsamkeit des aktiven Zentrums bei gleichzeitiger Unterschiedlichkeit der Proteinfaltung deutet darauf hin, dass sich das aktive Zentrum in diesen Familien konvergent entwickelt hat. [ 5 ] [ 23 ]

Kegelschnecken- und Fischinsulin

Conus geographus produziert eine besondere Form von Insulin, die eher mit Fischinsulin-Proteinsequenzen als mit Insulin von näher verwandten Weichtieren vergleichbar ist, was auf konvergente Evolution hindeutet [ 24 ] , allerdings mit der Möglichkeit eines horizontalen Gentransfers . [ 25 ]

Eisen(II)-Aufnahme über Proteintransporter in Landpflanzen und Chlorophyten

Entfernte Homologe der Metallionentransporter ZIP in Landpflanzen und Chlorophyten weisen eine Konvergenz in ihrer Struktur auf, vermutlich um Fe²⁺ effizient aufzunehmen . Die IRT1-Proteine ​​aus Arabidopsis thaliana und Reis unterscheiden sich in ihren Aminosäuresequenzen stark von dem IRT1-Protein von Chlamydomonas , ihre dreidimensionalen Strukturen sind jedoch ähnlich, was auf konvergente Evolution hindeutet. [ 26 ]

Na + ,K + -ATPase und Insektenresistenz gegen herzwirksame Steroide

Bei Insekten gibt es zahlreiche Beispiele für konvergente Evolution im Hinblick auf die Entwicklung von Resistenzen gegen Toxine auf molekularer Ebene. Ein gut charakterisiertes Beispiel ist die Evolution der Resistenz gegen kardiotonische Steroide (CTS) durch Aminosäuresubstitutionen an genau definierten Positionen der α-Untereinheit der Na⁺ ,K⁺ - ATPase (ATPα). Die Variation von ATPα wurde in verschiedenen CTS-adaptierten Arten aus sechs Insektenordnungen untersucht. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] Von 76 Aminosäuresubstitutionen an CTS-Resistenzstellen, die in 21 dieser Arten gefunden wurden, treten 58 (76 %) parallel in mindestens zwei Abstammungslinien auf. [ 29 ] 30 dieser Substitutionen (40 %) betreffen lediglich zwei Positionen im Protein (Positionen 111 und 122). CTS-angepasste Arten haben zudem wiederholt neofunktionalisierte Duplikationen von ATPalpha mit konvergenten gewebespezifischen Expressionsmustern entwickelt. [ 27 ] [ 29 ]

Nukleinsäuren

Konvergenz tritt auf der Ebene der DNA und der Aminosäuresequenzen auf , die durch die Translation von Strukturgenen in Proteine ​​entstehen . Studien haben Konvergenz in Aminosäuresequenzen bei echolokalisierenden Fledermäusen und Delfinen [ 30 ] , bei Meeressäugetieren [ 31 ] , zwischen Riesen- und Roten Pandas [ 32 ] sowie zwischen Beutelwölfen und Hundeartigen [ 33 ] festgestellt. Konvergenz wurde auch in einer Art nicht-kodierender DNA , den cis-regulatorischen Elementen , nachgewiesen, beispielsweise in deren Evolutionsraten; dies könnte entweder auf positive Selektion oder auf abgeschwächte reinigende Selektion hindeuten . [ 34 ] [ 35 ]

Bei Tieren

Delfine und Ichthyosaurier entwickelten viele Anpassungen für schnelles Schwimmen.

Körperpläne

Schwimmende Tiere wie Fische (z. B. Heringe) , Meeressäugetiere (z. B. Delfine ) und Ichthyosaurier ( aus dem Mesozoikum ) entwickelten alle dieselbe stromlinienförmige Gestalt. [ 36 ] [ 37 ] Eine ähnliche Form und Anpassungen an das Schwimmen finden sich sogar bei Weichtieren wie Phylliroe . [ 38 ] Die spindelförmige Körperform (ein an beiden Enden spitz zulaufendes Rohr), die viele Wassertiere angenommen haben, ist eine Anpassung, die es ihnen ermöglicht, sich in einer Umgebung mit hohem Wasserwiderstand mit hoher Geschwindigkeit fortzubewegen . [ 39 ] Ähnliche Körperformen finden sich bei den Ohrenlosen Robben und den Ohrenrobben : Sie besitzen zwar noch vier Beine, diese sind jedoch stark an das Schwimmen angepasst. [ 40 ]

Die Beuteltierfauna Australiens und die Plazentatiere der Alten Welt weisen mehrere auffallend ähnliche Formen auf, die sich in zwei voneinander isolierten Kladen entwickelt haben. [ 7 ] Der Körperbau und insbesondere die Schädelform des Beutelwolfs (Tasmanischer Tiger oder Tasmanischer Wolf) konvergierten mit denen von Hundeartigen wie dem Rotfuchs, Vulpes vulpes . [ 41 ]

Echoortung

Als sensorische Anpassung hat sich die Echoortung bei Walen (Delfinen und Walen) und Fledermäusen unabhängig voneinander entwickelt, jedoch aus denselben genetischen Mutationen. [ 42 ]

Elektrische Fische

Die Gymnotiformes Südamerikas und die Mormyridae Afrikas entwickelten unabhängig voneinander die passive Elektrorezeption (vor etwa 119 bzw. 110 Millionen Jahren). Rund 20 Millionen Jahre nach dem Erwerb dieser Fähigkeit entwickelten beide Gruppen die aktive Elektrogenese , wodurch schwache elektrische Felder erzeugt wurden, die ihnen bei der Jagd auf Beute halfen. [ 43 ]

Augen

Die Kameraaugen von Wirbeltieren (links) und Kopffüßern (rechts) entwickelten sich unabhängig voneinander und sind unterschiedlich verschaltet; beispielsweise erreichen die Fasern des Sehnervs (3) (2) die Wirbeltiernetzhaut (1) von vorne, wodurch ein blinder Fleck (4) entsteht . [ 44 ]

Eines der bekanntesten Beispiele für konvergente Evolution ist das Kameraauge der Kopffüßer (wie Tintenfische und Kraken), Wirbeltiere (einschließlich Säugetiere) und Nesseltiere (wie Quallen). [ 45 ] Ihr letzter gemeinsamer Vorfahre besaß höchstens einen einfachen Lichtsinnesfleck, doch verschiedene Prozesse führten zur fortschreitenden Verfeinerung des Kameraauges – mit einem entscheidenden Unterschied: Das Auge der Kopffüßer ist in entgegengesetzter Richtung „verdrahtet“, Blut- und Nervengefäße treten von der Rückseite der Netzhaut ein, nicht von der Vorderseite wie bei Wirbeltieren. Daher besitzen Wirbeltiere einen blinden Fleck . [ 7 ]

Geschlechtsorgane

Hydrostatische Penisse haben sich bei männlichen Amnioten mindestens sechsmal unabhängig voneinander entwickelt . Bei diesen Arten kopulieren die Männchen mit den Weibchen und befruchten deren Eier intern . Ähnliche Begattungsorgane haben sich auch bei Wirbellosen wie Kraken und Schnecken entwickelt . [ 46 ]

Flug

Die Flügel der Wirbeltiere sind teilweise homolog (von den Vordergliedmaßen), aber analog als Flugorgane bei (1) Pterosauriern , (2) Fledermäusen und (3) Vögeln haben sich unabhängig voneinander entwickelt.

Vögel und Fledermäuse besitzen homologe Gliedmaßen, da sie beide letztlich von Landwirbeltieren abstammen . Ihre Flugmechanismen sind jedoch nur analog, weshalb ihre Flügel Beispiele für funktionelle Konvergenz darstellen. Beide Gruppen haben unabhängig voneinander ihre eigenen Formen des aktiven Fluges entwickelt. Ihre Flügel unterscheiden sich erheblich im Aufbau. Der Fledermausflügel besteht aus einer Membran, die sich über vier extrem verlängerte Finger und die Beine spannt. Das Tragflächenprofil des Vogelflügels besteht aus Federn , die fest mit dem Unterarm (der Elle) und den stark verschmolzenen Knochen von Handgelenk und Hand (dem Karpometakarpus ) verbunden sind. Lediglich winzige Überreste zweier Finger sind erhalten geblieben, von denen jeder eine einzelne Feder verankert. Obwohl die Flügel von Fledermäusen und Vögeln also funktionell konvergent sind, sind sie es anatomisch nicht. [ 3 ] [ 47 ] Vögel und Fledermäuse weisen zudem eine hohe Konzentration an Cerebrosiden in der Haut ihrer Flügel auf. Dies verbessert die Hautflexibilität, eine für fliegende Tiere nützliche Eigenschaft; andere Säugetiere besitzen eine deutlich geringere Konzentration. [ 48 ] Die ausgestorbenen Flugsaurier entwickelten unabhängig voneinander Flügel aus ihren Vorder- und Hinterbeinen, während Insekten Flügel besitzen , die sich getrennt voneinander aus verschiedenen Organen entwickelten. [ 49 ]

Gleithörnchen und Zuckergleitbeutler ähneln sich stark in ihrem Säugetier-Körperbauplan, mit Gleitflügeln zwischen den Gliedmaßen, aber Gleithörnchen sind Plazentatiere, während Zuckergleitbeutler Beuteltiere sind und innerhalb der Säugetierlinie weit von den Plazentatieren entfernt stehen. [ 50 ]

Taubenschwänzchen und Kolibris haben ähnliche Flug- und Fressmuster entwickelt. [ 51 ]

Insektenmundwerkzeuge

Die Mundwerkzeuge von Insekten weisen zahlreiche Beispiele konvergenter Evolution auf. Die Mundwerkzeuge verschiedener Insektengruppen bestehen aus homologen Organen, die jeweils auf die Nahrungsaufnahme der entsprechenden Insektengruppe spezialisiert sind. Die konvergente Evolution vieler Insektengruppen führte von ursprünglich beißend-kauenden Mundwerkzeugen zu unterschiedlichen, spezialisierteren und abgeleiteten Funktionstypen. Beispiele hierfür sind der Rüssel blütenbesuchender Insekten wie Bienen und Blütenkäfer [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ] oder die beißend-saugenden Mundwerkzeuge blutsaugender Insekten wie Flöhe und Mücken .

Intelligenz

Fortgeschrittene Intelligenz hat sich bei Kopffüßern und Wirbeltieren unabhängig voneinander entwickelt. [ 55 ] Oktopusse zeigen Problemlösungs- , kognitive und Lernfähigkeiten auf dem Niveau von Säugetieren. [ 56 ] Ein Aquariumsdirektor behauptete sogar, sein Oktopus habe einen eigenen Geschmack hinsichtlich der Gestaltung seines Aquariums entwickelt. [ 57 ] Im Gegensatz zu anderen hochintelligenten Tieren leben Kopffüßer typischerweise kurz und weisen ein unterschiedliches Maß an Sozialverhalten auf. [ 58 ] Der Großteil des Nervensystems ist auf Kopf und Gliedmaßen verteilt.

Gegenüberstellbare Daumen

Gegenüberstellbare Daumen, die das Greifen von Gegenständen ermöglichen, werden am häufigsten mit Primaten wie Menschen und anderen Affenarten, Primaten und Lemuren in Verbindung gebracht. Auch bei Riesenpandas entwickelten sich gegenüberstellbare Daumen , diese unterscheiden sich jedoch in ihrer Struktur grundlegend. Sie besitzen sechs Finger, einschließlich des Daumens, der sich aus einem Handgelenkknochen entwickelt, der völlig unabhängig von den anderen Fingern ist. [ 59 ]

Primatenphänotypen

Trotz der ähnlichen Aufhellung der Hautfarbe nach dem Verlassen Afrikas waren in den europäischen (links) und ostasiatischen (rechts) Abstammungslinien unterschiedliche Gene beteiligt.

Konvergente Evolution beim Menschen umfasst blaue Augenfarbe und helle Hautfarbe. [ 60 ] Als die Menschen Afrika verließen , wanderten sie in nördlichere Breiten mit weniger intensiver Sonneneinstrahlung. [ 60 ] Eine geringere Hautpigmentierung war für sie von Vorteil . [ 60 ] Es gilt als sicher, dass es bereits vor der Trennung der europäischen und ostasiatischen Linien zu einer Aufhellung der Hautfarbe kam , da beide Gruppen einige genetische Unterschiede aufweisen, die zu einer Aufhellung der Haut führen. [ 60 ] Nachdem sich die Linien jedoch getrennt hatten und genetisch isoliert waren, hellte sich die Haut beider Gruppen weiter auf, und diese zusätzliche Aufhellung beruhte auf unterschiedlichen genetischen Veränderungen. [ 60 ]

Menschen Lemuren
Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit ist die genetische Grundlage blauer Augen bei Menschen und Lemuren unterschiedlich .

Lemurs and humans are both primates. Ancestral primates had brown eyes, as most primates do today. The genetic basis of blue eyes in humans has been studied in detail and much is known about it. It is not the case that one gene locus is responsible, say with brown dominant to blue eye colour. However, a single locus is responsible for about 80% of the variation. In lemurs, the differences between blue and brown eyes are not completely known, but the same gene locus is not involved.[61]

In plants

In myrmecochory, seeds such as those of Chelidonium majus have a hard coating and an attached oil body, an elaiosome, for dispersal by ants.

The annual life-cycle

While most plant species are perennial, about 6% follow an annual life cycle, living for only one growing season.[62] The annual life cycle independently emerged in over 120 plant families of angiosperms.[63][64] The prevalence of annual species increases under hot-dry summer conditions in the four species-rich families of annuals (Asteraceae, Brassicaceae, Fabaceae, and Poaceae), indicating that the annual life cycle is adaptive.[62][65]

Carbon fixation

C4 photosynthesis, one of the three major carbon-fixing biochemical processes, has arisen independently up to 40 times.[66][67] About 7,600 plant species of angiosperms use C4 carbon fixation, with many monocots including 46% of grasses such as maize and sugar cane,[68][69] and dicots including several species in the Chenopodiaceae and the Amaranthaceae.[70][71]

Fruits

Früchte unterschiedlichster Struktur haben sich zu essbaren Früchten entwickelt. Äpfel sind Kernfrüchte mit fünf Fruchtblättern ; ihr Fruchtfleisch bildet den Kern, der von Strukturen außerhalb der botanischen Frucht, dem Blütenboden ( Hypanthium) , umgeben ist . Andere essbare Früchte enthalten andere Pflanzengewebe; [ 72 ] das Fruchtfleisch einer Tomate besteht aus den Wänden des Perikarps . [ 73 ] Dies deutet auf konvergente Evolution unter Selektionsdruck hin, in diesem Fall der Konkurrenz um die Samenverbreitung durch Tiere, die fleischige Früchte fressen. [ 74 ]

Die Samenverbreitung durch Ameisen ( Myrmekochorie ) hat sich mehr als 100 Mal unabhängig voneinander entwickelt und ist bei über 11.000 Pflanzenarten zu beobachten. Sie ist eines der eindrucksvollsten Beispiele für konvergente Evolution in der Biologie. [ 75 ]

Fleischfresser

Molekulare Konvergenz bei fleischfressenden Pflanzen

Karnivore Ernährung hat sich bei Pflanzen in weit voneinander entfernten Gruppen mehrfach unabhängig voneinander entwickelt. Bei den drei untersuchten Arten Cephalotus follicularis , Nepenthes alata und Sarracenia purpurea konnte eine Konvergenz auf molekularer Ebene festgestellt werden. Karnivore Pflanzen sezernieren Enzyme in ihre Verdauungsflüssigkeit. Durch die Untersuchung von Phosphatase , Glycosidhydrolase , Glucanase , RNAse und Chitinase sowie eines Pathogenese-bezogenen Proteins und eines Thaumatin -verwandten Proteins fanden die Autoren zahlreiche konvergente Aminosäuresubstitutionen . Diese Veränderungen betrafen nicht die katalytischen Zentren der Enzyme, sondern die exponierten Oberflächen der Proteine, wo diese mit anderen Zellbestandteilen oder der Verdauungsflüssigkeit interagieren können. Die Autoren stellten außerdem fest, dass homologe Gene in der nicht-fleischfressenden Pflanze Arabidopsis thaliana tendenziell eine erhöhte Expression aufweisen, wenn die Pflanze Stress ausgesetzt ist. Dies veranlasste die Autoren zu der Annahme, dass stressreaktive Proteine ​​im Zuge der wiederholten Evolution von Fleischfressern häufig kooptiert wurden [ c ] . [ 76 ]

Methoden der Schlussfolgerung

Phylogenie der Angiospermenordnungen basierend auf der Klassifizierung der Angiosperm Phylogeny Group. Die Abbildung zeigt die Anzahl der abgeleiteten unabhängigen Ursprünge der C3 - C4 - Photosynthese und der C4 - Photosynthese in Klammern.

Phylogenetische Rekonstruktionen und die Rekonstruktion von Vorfahrenzuständen gehen davon aus, dass die Evolution ohne Konvergenz verlaufen ist. Konvergente Muster können jedoch auf höheren Ebenen einer phylogenetischen Rekonstruktion auftreten und werden von Forschern mitunter gezielt gesucht. Die Methoden zur Bestimmung konvergenter Evolution hängen davon ab, ob muster- oder prozessbasierte Konvergenz erwartet wird. Musterbasierte Konvergenz ist der Oberbegriff und beschreibt den Fall, dass zwei oder mehr Abstammungslinien unabhängig voneinander Muster ähnlicher Merkmale entwickeln. Prozessbasierte Konvergenz liegt vor, wenn die Konvergenz auf ähnliche Kräfte der natürlichen Selektion zurückzuführen ist . [ 77 ]

Musterbasierte Messungen

Frühere Methoden zur Messung der Konvergenz beziehen das Verhältnis von phänotypischer und phylogenetischer Distanz ein, indem sie die Evolution mithilfe eines Brownschen Bewegungsmodells der Merkmalsentwicklung entlang eines Stammbaums simulieren. [ 78 ] [ 79 ] Neuere Methoden quantifizieren zusätzlich die Stärke der Konvergenz. [ 80 ] Ein zu beachtender Nachteil besteht darin, dass diese Methoden langfristige Stasis aufgrund phänotypischer Ähnlichkeiten mit Konvergenz verwechseln können. Stasis tritt auf, wenn nur geringe evolutionäre Veränderungen zwischen Taxa stattfinden. [ 77 ]

Distanzbasierte Maße bewerten den Grad der Ähnlichkeit zwischen Abstammungslinien im Laufe der Zeit. Frequenzbasierte Maße bewerten die Anzahl der Abstammungslinien, die sich in einem bestimmten Merkmalsraum entwickelt haben. [ 77 ]

Prozessbasierte Maßnahmen

Methoden zur Ableitung prozessbasierter Konvergenzmodelle passen Selektionsmodelle an eine Phylogenie und kontinuierliche Merkmalsdaten an, um zu bestimmen, ob dieselben Selektionskräfte auf verschiedene Abstammungslinien gewirkt haben. Dabei wird der Ornstein-Uhlenbeck-Prozess verwendet , um verschiedene Selektionsszenarien zu testen. Andere Methoden basieren auf einer a priori- Festlegung, wo Selektionsverschiebungen aufgetreten sind. [ 81 ]

Siehe auch

  • Rückzüchtung – Eine Form der Selektionszüchtung, um die Merkmale einer ausgestorbenen Art wiederherzustellen, wobei sich das Genom jedoch von der ursprünglichen Art unterscheiden wird.
  • Karzinisierung  – Evolution von Krustentieren zu krabbenartigen Formen
  • Kontingenz (Evolutionsbiologie) – Einfluss der Evolutionsgeschichte auf Ergebnisse
  • Elvis-Taxon  – Fehlidentifizierung eines späteren Taxons, das einem früheren, ausgestorbenen Taxon oberflächlich ähnelt
  • Unvollständige Linienaufspaltung  – Charakteristisch für die phylogenetische Analyse: Das Vorhandensein mehrerer Allele in Vorfahrenpopulationen kann den Eindruck erwecken, dass konvergente Evolution stattgefunden hat.
  • Iterative Evolution – Die wiederholte Evolution eines bestimmten Merkmals oder Körperbauplans aus derselben Vorfahrenlinie zu verschiedenen Zeitpunkten
  • Morphologie (Biologie)  – Die Lehre von den äußeren Formen und Strukturen von Organismen
  • Orthogenese (im Gegensatz zur konvergenten Evolution; beinhaltet Teleologie)

Anmerkungen

  1. ^ Allerdings hat die evolutionäre Entwicklungsbiologie zur Überraschung vieler Biologen eine tiefe Homologie zwischen den Körperbauplänen von Insekten und Säugetieren festgestellt
  2. ^ Allerdings haben alle Organismen einen gemeinsamen Vorfahren, der mehr oder weniger lange zurückliegt. Daher ist die Frage, wie weit man in der Evolutionsgeschichte zurückblicken muss und wie ähnlich die Vorfahren sein müssen, damit man von paralleler Evolution ausgehen kann, innerhalb der Evolutionsbiologie noch nicht vollständig geklärt.
  3. ^ Das vorherige Vorhandensein geeigneter Strukturen wurde als Präadaptation oder Exaptation bezeichnet .

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