В эволюционной биологии ключевое новшество , также известное как адаптивный прорыв или ключевая адаптация , является новым фенотипическим признаком, который допускает последующую радиацию и успех таксономической группы. Обычно они приносят новые способности, которые позволяют таксонам быстро диверсифицироваться и вторгаться в ниши , которые ранее были недоступны. Это явление помогает объяснить, как некоторые таксоны гораздо более разнообразны и имеют гораздо больше видов, чем их родственные таксоны . Термин был впервые использован в 1949 году Олденом Х. Миллером, который определил его как «ключевые корректировки в морфологическом и физиологическом механизме, которые необходимы для происхождения новых основных групп», [1] хотя более широкое современное определение гласит, что «ключевое новшество — это эволюционное изменение индивидуальных признаков, которое причинно связано с повышенной скоростью диверсификации в результирующей кладе». [2]
Теория ключевых инноваций подверглась критике, поскольку ее трудно проверить научным способом, однако существуют доказательства, подтверждающие эту идею. [3]
Механизм, посредством которого ключевое нововведение приводит к таксономическому разнообразию, не определен, но было предложено несколько гипотез: [2]
Ключевое нововведение может, увеличивая приспособленность особей вида, привести к снижению вероятности вымирания и позволить таксонам расширяться и видоизменяться . [2]
Латексные и смоляные каналы в растениях используются для отпугивания хищников, выделяя липкий секрет при прокалывании, который может обездвижить насекомых, а некоторые содержат токсичные или неприятные на вкус вещества. Они развивались независимо примерно 40 раз и считаются ключевым новшеством. Повышая устойчивость растений к хищникам, каналы повышают приспособленность видов и позволяют им избегать поедания, по крайней мере, до тех пор, пока хищник не разовьет способность преодолевать защиту. В период устойчивости растения с меньшей вероятностью вымрут и могут диверсифицироваться и видоизменяться, и, таким образом, таксоны с латексными и смоляными каналами более разнообразны, чем их родственные таксоны без каналов. [2]
Ключевое нововведение может позволить виду вторгнуться в новый регион или нишу и, таким образом, освободиться от конкуренции, что позволит осуществить последующее видообразование и радиацию .
Классическим примером этого является четвертый выступ моляров млекопитающих , гипоконус , который позволял ранним предкам млекопитающих эффективно переваривать их обобщенную диету. Предшественники этого, триконодонтные зубы рептилий, были приспособлены для захвата и разрезания, а не для жевания. Эволюция гипоконуса и плоских моляров позже позволила животным адаптироваться к травоядной диете, поскольку они могли использоваться для расщепления жесткой растительной массы путем измельчения. Эволюция этой способности привела к тому, что млекопитающие смогли адаптироваться к использованию огромного разнообразия источников пищи [4] и позволила ранним млекопитающим вторгаться в новые ниши посредством эволюции специализированных травоядных, которые добились относительного успеха в среднем эоцене . Специализация на растительной диете давала ранним травоядным достаточно ресурсов для излучения, поскольку энергия не терялась на более высоких трофических уровнях, и в то время существовало мало конкурентов. [4]
Ключевое новшество может привести к репродуктивной изоляции, когда особи с новшеством больше не будут размножаться с теми, у кого его нет. Это может привести к быстрому видообразованию, поскольку две популяции разделяются и накапливают мутации.
Нектарные шпоры в Aquilegia , разнообразном роде цветковых растений, считаются ключевым новшеством из-за этого. Нектарные шпоры помогают опылению, перемещая нектар дальше от тычинки, гарантируя, что насекомые или птицы -опылители подбирают пыльцу по мере доступа к ней. Это привело к быстрому видообразованию внутри рода, поскольку растения и их опылители могут стать специализированными друг к другу, т. е. вид опылителя питается исключительно видом растения, и, таким образом, популяции растений могут легко стать репродуктивно изолированными друг от друга. Кроме того, форма и размер нектарного шпорца могут эволюционировать в ответ на адаптации опылителей, развивая коэволюционные отношения. Род Aquilegia насчитывает более 50 видов. [3]
Как эволюционная теория, ключевые инновации подверглись критическому анализу из-за того, что их трудно проверить. Идентификация зависит от поиска корреляции между инновацией и возросшим разнообразием путем сравнения сестринских таксонов, но это не доказывает причинно-следственную связь или не изолирует другие причины разнообразия, такие как стохастичность или среда обитания, и можно «выбрать вишенку» примеры, которые соответствуют гипотезе. [5] Кроме того, ретроспективная идентификация ключевых инноваций мало что дает с точки зрения понимания процессов и давлений, которые привели к адаптации, и может идентифицировать очень сложный эволюционный процесс как единое событие. Примером этого является эволюция полета птиц, которая была определена как ключевая инновация в 1963 году Эрнстом Майром . [6] Однако отдельные эволюционные изменения должны были произойти на протяжении всей физиологии предка птиц, включая увеличение мозжечка и увеличение и окостенение грудины . Эти адаптации возникли отдельно и с разницей в миллионы лет, [5] а не в один шаг.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )