Klíčová inovace - Key innovation

v evoluční biologie, a klíčová inovace, také známý jako adaptivní průlom nebo klíčová adaptace, je román fenotypový vlastnost, která umožňuje následné záření a úspěch taxonomické skupiny. Typicky přinášejí nové schopnosti, které umožňují taxony rychle diverzifikovat a napadnout výklenky které dříve nebyly k dispozici. Tento jev pomáhá vysvětlit, jak jsou některé taxony mnohem rozmanitější a mají mnohem více druhů než jejich sesterské taxony Termín poprvé použil v roce 1949 Alden H. Miller, který jej definoval jako „klíčové úpravy morfologického a fyziologického mechanismu, které jsou nezbytné pro vznik nových hlavních skupin“,[1] ačkoli širší, současná definice si myslí, že „klíčovou inovací je evoluční změna v jednotlivých vlastnostech, která je kauzálně spojena se zvýšenou mírou diverzifikace ve výsledném kladu“.[2]

Teorie klíčových inovací se dostala do útoku, protože je těžké ji vědecky otestovat, ale existují důkazy, které tuto myšlenku podporují.[3]

Mechanismus

Mechanismus, kterým klíčová inovace vede k taxonomické rozmanitosti, není jistý, ale bylo navrženo několik hypotéz:[2]

Zvyšování individuální kondice

Klíčovou inovací může být zvýšení fyzické zdatnosti jedinců daného druhu zánik stále méně pravděpodobné a umožnit taxonům expandovat a speciální.[2]

Latex a pryskyřice kanály v rostlinách se používají k odradení predátorů uvolněním lepkavého sekretu při propíchnutí, které může znehybnit hmyz a některé obsahují toxické nebo špatně chutnající látky. Nezávisle se vyvinuly přibližně 40krát a jsou považovány za klíčovou inovaci. Zvyšováním odolnosti rostliny vůči predaci kanály zvyšují druhovou zdatnost a umožňují jim uniknout před snědením, alespoň dokud si dravec nevyvine schopnost překonat obranu. Během období rezistence u rostlin je méně pravděpodobné, že vyhynou a mohou se diverzifikovat a specialovat, a proto jsou taxony s latexovými a pryskyřičnými kanály rozmanitější než jejich kanály bez sesterských taxonů.[2]

Nová nika invaze

Člověk molární se čtyřmi hrbolky

Klíčová inovace může druhu umožnit napadnout nový region nebo výklenek, a tak být osvobozen od konkurence, což umožňuje další speciace a záření.

Klasickým příkladem je čtvrtý hrot savců stoličky, hypoconu, který umožňoval časným předkům savců efektivně trávit svoji obecnou stravu. Předchůdci tohoto trikonodontních zubů plazů byli přizpůsobeni spíše k uchopení a krájení než k žvýkání. Vývoj hypoconu a plochých stoliček později umožnil zvířatům přizpůsobit se býložravé stravě, protože je bylo možné použít k rozložení tvrdé rostlinné hmoty Vývoj této schopnosti vedl k tomu, že se savci dokázali přizpůsobit a využívat obrovské množství zdrojů potravy,[4] a umožnilo časným savcům napadnout nové výklenky prostřednictvím vývoje specializovaných býložravců, kteří během střední doby zaznamenali relativní úspěch eocen. Specializace na rostlinnou stravu nabídla časným býložravcům dostatečné zdroje k vyzařování, protože energie se neztratila na vyšší trofické úrovně a v té době existovalo jen málo konkurentů.[4]

Reprodukční izolace

Dlouhý nektar na to podněcuje Aquilegia povolit specializaci pro určitého opylovače.

Klíčová inovace může vyústit v reprodukční izolaci, přičemž jedinci s inovacemi se již nebudou množit s těmi bez. To může vést k rychlé speciaci, protože se obě populace oddělují a hromadí mutace.

Nektar podnítí Aquilegia, různorodý rod kvetoucích rostlin, jsou proto považovány za klíčovou inovaci. Nektar podněcuje pomoc při opylování tím, že dělá nektar dále od tyčinky, zajištění toho hmyzu nebo ptáka opylovače vyzvednout pyl jak k němu přistupují. To vedlo k rychlé speciaci v rámci rodu, protože rostliny a jejich opylovači se mohou vzájemně specializovat, tj. Druh opylovače se živí výhradně druhem rostliny, a tak se populace rostlin mohou snadno reproduktivně izolovat od sebe navzájem. Kromě toho se tvar a velikost výběžku nektaru mohou vyvíjet v reakci na adaptace opylovačů a rozvíjet koevoluční vztah. Rod Aquilegia má přes 50 druhů.[3]

Kritiky

Jako evoluční teorie se klíčové inovace dostaly pod kritickou kontrolu, protože je těžké je otestovat. Identifikace závisí na nalezení korelace mezi inovací a zvýšenou rozmanitostí porovnáním sesterských taxonů, ale to neprokazuje příčinnou souvislost ani neizoluje jiné příčiny rozmanitosti, jako je stochasticita nebo stanoviště, a je možné „vybrat třešně“ příklady, které odpovídají hypotéze.[5]Retrospektivní identifikace klíčových inovací navíc nabízí jen málo z hlediska porozumění procesům a tlakům, které vedly k adaptaci, a může identifikovat velmi složitý evoluční proces jako jednu událost. Příkladem toho je vývoj ptačího letu, který byl identifikován jako klíčová inovace v roce 1963 Ernst Mayr.[6] Během fyziologie ptačího předka však musely nastat samostatné evoluční změny, včetně zvětšení mozeček a rozšíření a zkostnatění z hrudní kost. Tyto adaptace vznikly odděleně a s odstupem milionů let,[5] ne v jednom kroku.

Viz také

Reference

  1. ^ Miller, Alden (22. listopadu 1949). "Některé ekologické a morfologické úvahy ve vývoji vyšších taxonomických kategorií". Ornithologie als Biologische Wissenschaft. str. 84–88.
  2. ^ A b C d Heard, S.B .; Hauser, D.L. (1995). „Klíčové evoluční inovace a jejich ekologické mechanismy“. Historická biologie. 10 (2): 151–173. doi:10.1080/10292389509380518.
  3. ^ A b Hodges, S.A. Arnold, M.L. (1995). „Spurring diverzifikace rostlin: jsou květinové nektarové ostruhy klíčovou inovací?“. Sborník: Biologické vědy. 262 (1365): 343–348. doi:10.1098 / rspb.1995.0215. S2CID  86823646.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  4. ^ A b Hunter, J.P. Jernvall, J. (1995). „Hypocon jako klíčová inovace ve vývoji savců“. Sborník Národní akademie věd. 92 (23): 10718–10722. Bibcode:1995PNAS ... 9210718H. doi:10.1073 / pnas.92.23.10718. PMC  40683. PMID  7479871.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  5. ^ A b Cracraft, Joel (1990). "Původ evolučního nového vzoru a procesu na různých hierarchických úrovních". Evoluční inovace. 21–46.
  6. ^ Mayr, Ernst (1963). Druhy zvířat a evoluce. Cambridge: Harvard University Press. ISBN  0-674-03750-2.