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趋同进化(图文)

(2007-04-11 05:08:30)
标签:

进化

趋同

趋异

分类: 管窥生命

趋同进化是指起源不同而在进化过程中形成的具有相近或相似的形态和功能(乃至结构)的生物学单位。
这个说法比较晦涩。之所以用了“生物学单位”这个词,是因为趋同进化是进化中一个非常普遍的现象,广泛地分布于不同的层面上,小到分子,大到群体,到处都有它的影子。以下是一些例子。
分子水平:催化同一类反应的酶称为同功酶。这些酶常常并不具有相同的起源,是在进化中形成了相同的功能。它们的高级结构常常有些相似之处,但一级结构却没有同源性。
亚细胞水平:细菌的鞭毛和真核生物的鞭毛具有类似的功能和外观,但组成这两种鞭毛的蛋白却完全不同,运动机理也不一样。
器官水平:昆虫和鸟类都具有适合飞翔的翅,但翅的起源与生理结构完全不同。
生物体外观:鲸和海豚的体形象鱼类,前肢也象鱼的鳍。一些固着生活的动物如海葵、海百合等具有类似植物的体形。
群体:白蚁具有和蚂蚁极为相似的社会结构,都是一个生育力强大的蚁后,少数雄蚁和大量没有生育力的工蚁和兵蚁等。然而,蚂蚁属于膜翅目,完全变态,雄蚁是单倍体,只有雌蚁一半的染色体,是由未受精的卵发育成的。白蚁属于等翅目,不完全变态,雄白蚁是二倍体。
当然,我们平时说的趋同进化主要是指生物体水平的。
趋同进化可以看做是辐射适应的结果。不同起源的生物在同一个环境中生活经过长期的进化形成了适应该环境的形态和功能。或者从另一方面说,生物的变异在每一层面上几乎都可以产生出无限种可能,但对于一个特定的环境而言,能够适应并存活的只有为数不多的可能。于是“重复”就在所难免。而这些“重复”就是我们看到的趋同进化。

与趋同进化相对的还有趋异进化,是指起源相同而具有不同的形态和功能。比如,人的臂、猫的前肢、鲸的胸鳍都是同源器官,但形态和功能却不同。再比如,同是食肉目动物,大熊猫的消耗系统和狮子的有很大差别。
趋异进化是起源相同的生物在不同的环境或生活方式中形成的结果。
不难想见,趋同进化和趋异进化总是相伴发生的。比如,鲸适应水生的进化,在鲸和鱼之间是趋同进化,而在鲸和陆生哺乳动物之间就是趋异进化了。

最后说一下,这里说的起源都是相对的,是针对进化中的相对位置而言的。按照目前的观点,现有的生物都是同一个起源。从这个尺度上来看,所有的进化都是趋异进化了。在没有找到起源不同的外星生物之前,要找趋同进化的例子就只能到生物和非生物之间(比如仿生学)去找了。

以下是一些例子--

1、细菌鞭毛的结构:

真核生物的鞭毛:

真核鞭毛是由微管(microtubule)构成的,具有9+2结构。图中左下角的是中心体(也是微管构成的)。

2、

生活在海底的巨型管虫,是一种原始的动物。它看上去更像是一丛灌木。而它的生活方式也和植物颇为相似。成熟的巨型管虫没有口和内脏,靠体内共生的细菌提供能量。这些细菌是自养生物,可以利用海底温泉口火山口喷出的硫化氢等物质。
按照叶绿体的内共生假说,植物是利用与之“共生”的叶绿体通过光合作用产生的能量。

3、

乍一看,你会不会以为它是一只螳螂,可实际上它是螳蛉,属于脉翅目。螳螂则是螳螂目的(见下图)。这是一个趋同进化的好例子。

跟螳螂比比,是不是很像?

 

4、这是前段时间论坛上出现的昆虫图片。蝇属于双翅目,蜂属于膜翅目,然而很多蝇的外形很像蜂。
http://img.bimg.126.net/photo/5LixZ4Te3MbSTSiSwCpUng==/5124533426010996496.jpg

第二张图是蜜蜂。蜜蜂有4个翅膀,食蚜蝇有两个。不过蜜蜂停着的时候也不容易看出到底有几个翅膀。
食蚜蝇的复眼比蜜蜂大得多。有伸缩自如的口器。腿上没有蜜蜂那样的绒毛,不能携带花粉。最明显的是它没有蜜蜂那样的细腰。
食蚜蝇的体色应该是一种拟态,让捕食者误以为它是蜂,有厉害的毒刺,因而避而远之。

5、巨嘴鸟,属于鴷形目。(啄木鸟也属于这一目)

犀鸟,属于佛法僧目。(翠鸟也属于此目)

 

6、这是这是一些荇菜的图片。荇菜的叶子看上去很像一些睡莲科植物的叶子。
荇菜属于龙胆科,是被子植物中进化程度很高的一科。而睡莲科则是被子植物中比较原始的一科。但它们但叶子可以长得很像。这是趋同进化但结果。
http://img.bimg.126.net/photo/anDPIKspI_raLr3g4ji3Ew==/5124533426010996497.jpg

(图中尖叶子是茨菇的)


不过荇菜一开花就露出了狐狸尾巴:) 

http://img.bimg.126.net/photo/fHZjxAABJIiBo1OytAj48Q==/5124533426010996498.jpg

下面的植物是睡莲科的萍蓬草。如果不开花的时候,我没有把握把它和荇菜区分开。
萍蓬草的种子可食,有滋补强壮的作用。

7、等翅目的白蚁长得和膜翅目的蚂蚁并不太像,但它们的社会模式非常相似。

8、

http://img.bimg.126.net/photo/v2LmSutPYxKm1VWsQ8vqzQ==/5124533426010996499.jpg

上面一张图是大戟科植物霸王鞭,它长得很像仙人掌科植物。不过只要在它身上掐一个小口,就会流出白色的乳汁。如同大多数大戟科植物一样,霸王鞭也有毒。
下图是仙人掌科植物山影。

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