收敛和并行进化
必须注意区分相似之处由于邻近的血统和那些由于相似的功能。正如上面所讨论的部分进化的证据:结构相似之处,对应的特性在不同的生物体是由于从一个共同祖先继承同源性。人类的前肢、鲸鱼、狗、和蝙蝠是同源的。这些四肢的骨骼都是骨骼的构造安排根据相同的模式,因为他们来自共同的祖先同样安排前肢。对应的功能由于相似性函数相关但不常见的下降称为类比。鸟类和苍蝇的翅膀类似的。翅膀不修改版本的结构存在于一个共同的祖先,而是有独立开发适应一个共同的功能,飞行。蝙蝠的翅膀和鸟类之间的相似之处是部分同源和部分类似。他们的骨骼结构同源,由于共同血统前肢的爬虫类动物的祖先;但是飞行的修改是不同的独立进化而来的,在这方面它们是类似的。
特性,成为更多类似通过独立进化是收敛的。收敛通常与相似性有关的函数,作为鸟类进化的翅膀,蝙蝠,和苍蝇。鲨鱼(鱼)和海豚(哺乳动物)的外部形态很相似;他们的相似之处是由于收敛,因为他们有独立进化适应水生生活。
分类学家也说平行进化。并行性和收敛性并不总是清晰可辨。严格地说,趋同进化发生在的后代彼此相似比他们的祖先更对一些功能。平行进化意味着两个或两个以上的血统以相似的方式已经发生了变化,所以进化的后代就像他们的祖先一样相似。的进化有袋类动物在澳大利亚,例如,平行的进化胎盘哺乳动物在世界的其他地方。有澳大利亚的有袋动物类似真正的狼、猫、老鼠、松鼠、摩尔、土拨鼠、食蚁兽。这些胎盘类哺乳动物和相应的澳大利亚的有袋动物进化独立但在平行线的原因适应类似的生活方式。真正的之间的一些相似之处食蚁兽(属食蚁兽属)和一袋食蚁兽,或袋食蚁兽(Myrmecobius),是由于homology-both是哺乳动物。其他人则由于analogy-both以蚂蚁为食。
并行和趋同进化也是常见的植物。新的世界仙人掌和非洲大戟属植物,或大戟年代,是一样的整体外观虽然他们属于单独的家庭。都是多汁,多刺,建成植物适应干旱的沙漠的条件。相应的形态独立进化,以应对类似的环境挑战。
同源性不仅可以识别不同生物之间也重复结构之间相同的有机体。这被称为序列同源性。序列同源性,例如,胳膊和腿之间的人类,在7颈椎的哺乳动物,和树的树枝或树叶之间。的连接附属节肢动物s是复杂的序列同源性的例子。小龙虾有19个对附件,所有根据相同的基本模式建造但服务吗多样化的functions-sensing、咀嚼、食品处理、散步、交配、鸡蛋携带,和游泳。虽然在重建序列同源性并不有用的生物的系统发育关系,他们是进化过程的一个重要维度。
序列同源染色体之间的关系在某种程度上类似于这些基因和蛋白质之间在分子水平上存在来自祖先基因重复。不同的基因编码血红蛋白链是一个例子。大约5亿年前染色体段携带该基因编码血红蛋白变得重复,这样的基因在不同的段之后发展在不同的方面,最终形成一个现代基因编码α血红蛋白链,另一为β链。β链基因再次成为复制大约2亿年前,引起的γ血红蛋白链,胎儿血红蛋白的正常组成部分的基因(hemoblobin F)。α,β,γ,及其他血红蛋白链是同源;相似的核苷酸序列发生,因为他们是修改一个祖先的后代序列。
有两种方式比较血红蛋白之间的同源性。一个是比较相同的血红蛋白链实例,在α链在不同种类的动物。α链之间的分歧度反映了生物进化关系的程度,因为彼此的血红蛋白链独立进化分歧时间以来血统导致当今生物。第二个方法是做比较,说,一个物种的α和β链。程度不同的球蛋白链之间的差异反映的程度对他们的基因编码之间的关系。不同的球蛋白相互独立地进化时间以来重复他们的祖先的基因。比较同源基因或蛋白质在给定生物提供基因的系统发育历史的信息,因此历史序列的基因重复事件。
类似的特性在不同的生物体是否同源或类似或仅仅accidental-cannot总是明确地决定,但区别必须为了确定系统发育关系。此外,同源性必须的度量化在某种程度上,以确定共同的祖先物种之间的紧密关系。困难出现在这里。在前肢的情况下,它是不清楚之间的同源性更大人类和鸟比人与爬行动物之间的,或者比人与人类和爬行动物蝙蝠。的化石记录有时提供适当的信息,即使记录很差。化石证据必须一起生活比较研究的证据形式和定量估计所提供的蛋白质和核酸的比较研究。
逐渐和punctuational进化
化石记录表明,形态演变大体上是一个渐进的过程。主要的进化通常是由于组合的相对较小的年龄变化。但化石记录是不连续的。化石地层由锋利的边界;化石地质中积累存款(地层)在一段时间内是相对稳定的,但从一层过渡到另一个可能涉及数万年的差距。而地层中的化石展览小形态变异由小型但不连续,新的species-characterized形态修改,通常都出现在地层之间的界限。这并不是说,从一个阶层转换到另一个总是包括突然的形态学变化;相反,化石形式经常通过一些地质地层持续几乎不变,分别代表数百万年。
明显的形态学不连续的化石记录通常由古生物学家认为沉积层的不连续面,大量的时间差距包围着在地层之间的界限。假设,如果化石存款更连续,他们会表现出更逐步过渡的形式。即便如此,形态进化并不总是保持逐渐进步,因为某些形式,至少,非常长时间保持不变。的例子是血统被称为“活化石”——例如,灯壳海豆芽,属brachiopod炮击无脊椎动物(门),似乎自从基本上保持不变奥陶纪大约4.5亿年前,或者是大蜥蜴(斑点楔齿蜥),一个爬行动物,没有显示出多少形态进化了近2亿年,自中生代早期。
一些古生物学家提出,化石记录不的不连续性工件由空白的记录,而是反映的本质形态进化,这发生在突然爆发与新物种的形成。缺乏形态的进化,或停滞,等血统海豆芽和冈又由于缺乏吗物种形成在这些血统。的命题形态的进化是不平稳的,与大多数形态变化发生在简短的物种形成事件和随后的存在期间几乎没有变化的物种,被称为间断平衡模型。
形态进化的化石记录是否主要punctuational或渐进是一个备受争议的问题。记录的缺陷使其不可能解决这个问题在可预见的未来。深入研究一套有利的和丰富的化石可能预期证实间断或在特定情况下逐渐演变。但争论不是是否只有一个或其他模式发生;它是关于他们的相对频率。一些古生物学家认为,在大多数情况下形态进化是渐进的,只有很少牛肉干,而其他人认为正好相反。
大部分的问题是,渐次或痉挛在观察者的眼睛。考虑壳的进化肋强度(肋高度肋宽度的比值)在一个血统的化石属腕足类Eocelia。结果的分析丰富的化石样本在威尔士从附近的开始泥盆纪所示的。数据的一个可能的解释是,肋强度变化很小或根本不从4.15亿年到4.13亿年前;快速变化发生在接下来的100万年,紧随其后的是虚拟从4.12亿年到4.07亿年前停滞;然后另一个短脉冲的变化发生在约4.06亿年前,紧随其后的是最后一段停滞。另一方面,相同的记录可能被解释为不间断,而是一个循序渐进的过程,与在特定的时间变化率有点大。
不时的支持者平衡模型的提出不仅形态的进化是不平稳的,但也与物种形成事件。他们认为,种族的进化,进化的血统descent-proceeds在两个水平。首先,通过时间内连续变化人口。这很大程度上是由基因替换了自然选择,突变,遗传漂变和其他遗传过程运行在个体水平。punctualists维持这不断进化在建立血统很少,如果有的话,收益率大幅物种形态学变化。其次,他们说,有起源的过程灭绝的物种,其中大多数形态发生变化。根据punctualist模型、进化趋势结果模式的起源和物种灭绝而不是在建立血统进化。
正如上面所讨论的部分《物种起源》物种形成,涉及到发展种群之间的生殖隔离之前能够交配。古生物学家区分物种的不同形态在化石记录中保存,但不能提供化石证据的发展生殖isolation-new物种繁殖隔绝他们的祖先通常形态区别它们。物种形成是被古生物学家总是涉及到实质性的形态学改变。这种情况下创建一个不可逾越的困难解决的问题是否形态进化总是与物种形成事件。如果物种形成的定义是生殖隔离的发展,化石记录没有提供证据表明,一个物种形成和形态变化之间的联系是必要的。但如果新物种在化石记录中识别的形态变化,那么所有这些变化将发生与新物种的起源。