معلومة

18.1 د: عمليات وأنماط التطور - علم الأحياء

18.1 د: عمليات وأنماط التطور - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لا يمكن أن يحدث الانتقاء الطبيعي إلا في وجود الاختلاف الجيني ؛ تحدد الظروف البيئية السمات التي يتم اختيارها.

أهداف التعلم

  • اشرح لماذا لا يمكن التصرف على أساس الاختلاف الوراثي إلا عن طريق الانتقاء الطبيعي

النقاط الرئيسية

  • الاختلاف الجيني داخل السكان هو نتيجة للطفرات والتكاثر الجنسي.
  • قد تكون الطفرة محايدة أو تقلل من لياقة الكائن الحي أو تزيد من لياقة الكائن الحي.
  • التكيف هو سمة موروثة تزيد من بقاء ومعدل تكاثر الكائن الحي في بيئته الحالية.
  • يصف التطور المتباين العملية التي يتطور فيها نوعان في اتجاهات مختلفة من نقطة مشتركة.
  • التطور المتقارب هو العملية التي تتطور فيها السمات المتشابهة بشكل مستقل في الأنواع التي لا تشترك في سلالة مشتركة حديثة.

الشروط الاساسية

  • التكيف: تعديل شيء أو أجزائه بما يجعله أكثر ملاءمة للوجود في ظل ظروف بيئته الحالية
  • تطور متباين: العملية التي تتحول من خلالها الأنواع التي لها سمات متشابهة إلى مجموعات تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض عبر عدة أجيال
  • تطور متقاربة: سمة من سمات التطور تكتسب فيها الأنواع التي ليست من أصل حديث مشابه خصائص مماثلة بسبب الانتقاء الطبيعي

عمليات وأنماط التطور

تفاوت

لا يمكن أن يحدث الانتقاء الطبيعي إلا إذا كان هناك تباين أو اختلافات بين الأفراد في مجموعة سكانية. الأهم من ذلك ، يجب أن يكون لهذه الاختلافات بعض الأسس الجينية ؛ خلاف ذلك ، لن يؤدي التحديد إلى التغيير في الجيل القادم. هذا أمر بالغ الأهمية لأن الاختلاف بين الأفراد يمكن أن يكون ناتجًا عن أسباب غير وراثية ، مثل أن يكون الفرد أطول بسبب التغذية الأفضل بدلاً من الجينات المختلفة.

يأتي التنوع الجيني داخل السكان من آليتين رئيسيتين: الطفرة والتكاثر الجنسي. الطفرة ، تغيير في تسلسل الحمض النووي ، هي المصدر النهائي للأليلات الجديدة ، أو الاختلاف الجيني الجديد في أي مجموعة. يمكن أن يكون للتغييرات الجينية التي تسببها الطفرة واحدة من ثلاث نتائج:

  • لن يكون للعديد من الطفرات أي تأثير على ملاءمة النمط الظاهري ؛ هذه تسمى الطفرات المحايدة.
  • قد تؤثر الطفرة على النمط الظاهري للكائن الحي بطريقة تجعله أقل لياقة (احتمالية أقل للبقاء على قيد الحياة أو نسل أقل).
  • قد ينتج عن الطفرة نمط ظاهري له تأثير مفيد على اللياقة. سيكون للطفرات المختلفة مجموعة من التأثيرات على ملاءمة الكائن الحي الذي يعبر عنها في نمطه الظاهري ، من تأثير صغير إلى تأثير كبير.

يؤدي التكاثر الجنسي أيضًا إلى التنوع الجيني: عندما يتكاثر الوالدان ، تتجمع مجموعات فريدة من الأليلات لإنتاج أنماط وراثية فريدة وبالتالي أنماط ظاهرية في كل من النسل. ومع ذلك ، لا يمكن أن يؤدي التكاثر الجنسي إلى جينات جديدة ، ولكنه يوفر مزيجًا جديدًا من الجينات في فرد معين.

الاقتباسات

السمة الموروثة التي تساعد على بقاء وتكاثر الكائن الحي في بيئته الحالية تسمى التكيف. يصف العلماء مجموعات من الكائنات الحية تتكيف مع بيئتها عندما يحدث تغيير في نطاق التباين الجيني بمرور الوقت مما يزيد أو يحافظ على "لياقة" السكان لبيئتهم. أقدام خلد الماء مكففة هي تكيف للسباحة. الفراء الكثيف لنمور الثلج هو تكيف للعيش في البرد. سرعة الفهود السريعة هي تكيف للقبض على الفريسة.

يعتمد ما إذا كانت السمة مواتية أم لا على الظروف البيئية في ذلك الوقت. لا يتم اختيار نفس السمات دائمًا لأن الظروف البيئية يمكن أن تتغير. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نوعًا من النباتات نمت في مناخ رطب ولا تحتاج إلى الحفاظ على المياه. تم اختيار الأوراق الكبيرة لأنها سمحت للنبات بالحصول على المزيد من الطاقة من الشمس. تتطلب الأوراق الكبيرة مزيدًا من الماء للحفاظ عليها أكثر من الأوراق الصغيرة ، كما أن البيئة الرطبة توفر ظروفًا ملائمة لدعم الأوراق الكبيرة. بعد آلاف السنين ، تغير المناخ ولم تعد المنطقة تحتوي على مياه زائدة. تحول اتجاه الانتقاء الطبيعي بحيث تم اختيار النباتات ذات الأوراق الصغيرة لأن هؤلاء السكان كانوا قادرين على الحفاظ على المياه للبقاء على قيد الحياة في الظروف البيئية الجديدة.

أدى تطور الأنواع إلى تباين هائل في الشكل والوظيفة. في بعض الأحيان ، يؤدي التطور إلى ظهور مجموعات من الكائنات الحية تختلف اختلافًا هائلاً عن بعضها البعض. عندما يتطور نوعان في اتجاهات مختلفة من نقطة مشتركة ، فإن هذا يسمى التطور المتباين. يمكن رؤية هذا التطور المتباين في أشكال الأعضاء التناسلية للنباتات المزهرة التي تشترك في نفس التشريح الأساسي ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تبدو مختلفة تمامًا نتيجة الاختيار في بيئات مادية مختلفة والتكيف مع أنواع مختلفة من الملقحات.

في حالات أخرى ، تتطور أنماط ظاهرية مماثلة بشكل مستقل في الأنواع ذات الصلة البعيدة. على سبيل المثال ، تطورت الرحلة في كل من الخفافيش والحشرات ؛ كلاهما لهما هياكل نشير إليها باسم الأجنحة ، وهي تكيفات مع الطيران. ومع ذلك ، فقد تطورت أجنحة الخفافيش والحشرات من هياكل أصلية مختلفة تمامًا. تسمى هذه الظاهرة التطور المتقارب ، حيث تتطور الصفات المتشابهة بشكل مستقل في الأنواع التي لا تشترك في سلالة مشتركة حديثة. جاء النوعان لنفس الوظيفة ، وهما الطيران ، لكنهما قاما بذلك بشكل منفصل عن بعضهما البعض.

تحدث هذه التغييرات الجسدية على مدى فترات زمنية هائلة وتساعد في تفسير كيفية حدوث التطور. يعمل الانتقاء الطبيعي على الكائنات الحية الفردية ، والتي بدورها يمكن أن تشكل نوعًا كاملاً. على الرغم من أن الانتقاء الطبيعي قد يعمل في جيل واحد على الفرد ، إلا أنه قد يستغرق آلاف أو حتى ملايين السنين حتى يتطور النمط الجيني لنوع بأكمله. لقد تغيرت الحياة على الأرض واستمرت في التغير على مدى هذه الفترات الزمنية الطويلة.


علم الأحياء ، النظاميات ، وتطور السرخس و Lycophytes في Omics Era

السراخس و lycophytes هي سلالات مميزة ، مع lycophytes هي أقدم سلالة بين النباتات الوعائية الموجودة ، والسراخس هي المجموعة الشقيقة لنباتات البذور. تاريخيًا ، تمت دراسة كلا السلالتين معًا وعُولجت على أنها مجموعة pteridophytes paraphyletic ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كلا السلالتين يحملان بوغًا ويشتركان في العديد من السمات البيولوجية الأخرى ، مثل دورة الحياة الكلية. لذلك ، على الرغم من انخفاض تنوع الأنواع الموجودة مقارنة بالنباتات المزهرة ، فإن بيولوجيا السرخس والنباتات اللاكوفيتية مهمة للغاية لفهم أصول النباتات الأرضية وتطورها وتنويعها.

على مدى ثلاثة عقود تقريبًا ، ساهمت الأفكار المستمدة من البيانات الجزيئية في إحداث ثورة في فهمنا لتطور السرخس والليكوفيت. على الرغم من بيانات التسلسل عالية الإنتاجية المتوفرة الآن ، لا تزال المنشورات التي تتضمن دراسات حول السرخس والنباتات اللايكوفيتية التي تستهدف مقياس omics في بدايتها. يوفر الوصول إلى جميع أنواع بيانات omics (على سبيل المثال الجينومية ، الميتاجينومية ، النسخية ، البروتينية) منظورًا متجددًا لاستنتاج العمليات والأنماط التطورية في جميع مجموعات الكائنات الحية.

يهدف موضوع البحث هذا إلى جمع المقالات التي تستند إلى مناهج omics (بما في ذلك علم المتاحف) للكشف عن الآليات التطورية وراء تنوع السرخس والنباتات اللايكوفيتية. نحن مهتمون بتلقي أبحاث أصلية أو مراجعات أو مراجعات مصغرة وآراء ووجهات نظر تتناول الموضوعات التالية:

• أنماط التنويع في مقياس الجينوم
• أنماط وعمليات الانتواع
• أدوار الشبكة (مثل التهجين) وتعدد الصبغيات في التنويع
• علم الأحياء التطوري التطوري
• تطور النمط الظاهري
• الجينوميات السكانية
• الجغرافيا الحيوية
• بيولوجيا الإنجاب.

الكلمات الدالة: تطور السرخس والليكوفيت ، علم الجينوميات ، علم الجينوم ، علم النسخ ، الانتواع ، النظاميات ، الجغرافيا الحيوية

ملاحظة مهمة: يجب أن تكون جميع المساهمات في موضوع البحث هذا ضمن نطاق القسم والمجلة التي قدمت إليها ، كما هو محدد في بيانات مهمتهم. تحتفظ مؤسسة Frontiers بالحق في توجيه مخطوطة خارج النطاق إلى قسم أو مجلة أكثر ملاءمة في أي مرحلة من مراحل مراجعة الأقران.

السراخس و lycophytes هي سلالات مميزة ، مع lycophytes هي أقدم سلالة بين النباتات الوعائية الموجودة ، والسراخس هي المجموعة الشقيقة لنباتات البذور. تاريخيًا ، تمت دراسة كلا السلالتين معًا وعُولجت على أنها مجموعة pteridophytes paraphyletic ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن كلا السلالتين يحملان بوغًا ويشتركان في العديد من السمات البيولوجية الأخرى ، مثل دورة الحياة الكلية. لذلك ، على الرغم من انخفاض تنوع الأنواع الموجودة مقارنة بالنباتات المزهرة ، فإن بيولوجيا السرخس والنباتات اللاكوفيتية مهمة للغاية لفهم أصول النباتات الأرضية وتطورها وتنويعها.

على مدى ثلاثة عقود تقريبًا ، ساهمت الرؤى المستمدة من البيانات الجزيئية في إحداث ثورة في فهمنا لتطور السرخس والليكوفيت. على الرغم من بيانات التسلسل عالية الإنتاجية المتوفرة الآن ، لا تزال المنشورات التي تتضمن دراسات حول السرخس والنباتات اللايكوفيتية التي تستهدف مقياس omics في بدايتها. يوفر الوصول إلى جميع أنواع بيانات omics (على سبيل المثال الجينومية ، الميتاجينومية ، النسخية ، البروتينية) منظورًا متجددًا لاستنتاج العمليات والأنماط التطورية في جميع مجموعات الكائنات الحية.

يهدف موضوع البحث هذا إلى جمع المقالات التي تستند إلى مناهج omics (بما في ذلك علم المتاحف) للكشف عن الآليات التطورية وراء تنوع السرخس والنباتات اللايكوفيتية. نحن مهتمون بالحصول على أبحاث أصلية أو مراجعات أو مراجعات مصغرة وآراء ووجهات نظر تتناول الموضوعات التالية:

• أنماط التنويع في مقياس الجينوم
• أنماط وعمليات الانتواع
• أدوار الشبكة (مثل التهجين) وتعدد الصبغيات في التنويع
• علم الأحياء التطوري التطوري
• تطور النمط الظاهري
• الجينوميات السكانية
• الجغرافيا الحيوية
• بيولوجيا الإنجاب.

الكلمات الدالة: تطور السرخس والليكوفيت ، علم الجينوميات ، علم الجينوم ، علم النسخ ، الانتواع ، النظاميات ، الجغرافيا الحيوية

ملاحظة مهمة: يجب أن تكون جميع المساهمات في موضوع البحث هذا ضمن نطاق القسم والمجلة التي يتم تقديمها إليها ، كما هو محدد في بيانات مهمتهم. تحتفظ مؤسسة Frontiers بالحق في توجيه مخطوطة خارج النطاق إلى قسم أو مجلة أكثر ملاءمة في أي مرحلة من مراحل مراجعة الأقران.


الجغرافيا الحيوية وعلم الأحياء القديمة

تتضمن أبحاث كاثرين بادجلي العمليات البيئية والتطورية ، بما في ذلك الانتواع والانقراض وتحولات النطاق الجغرافي ، التي تحدد تنوع الأنواع والبنية البيئية لتجمعات الثدييات على مدى فترة زمنية طويلة. كما أنها تعمل على الآثار البيئية والاجتماعية لمختلف الممارسات الزراعية.

بول إي بيري

تركز أبحاث بول بيري على علم اللاهوت النظامي والجغرافيا الحيوية وتطور خصائص مجموعات كبيرة من النباتات المزهرة ، مثل الأجناس كروتون و الفربيون في عائلة سبورج.

روبين بورنهام

يدرس روبين بورنهام الغابات الاستوائية عالية التنوع في الإكوادور وبيرو والبرازيل ، ويحدد الأنواع السائدة في مجتمعات ليانا عبر حوض الأمازون ، ويحدد السمات التي تهيئ الأنواع المتسلقة للتكاثر في ظل التغيرات الحرجية.

ليليانا كورتيس أورتيز

تدمج Liliana Cortés-Ortiz بين الأساليب الجينية والخلوية والمورفولوجية والسلوكية لفهم تطور وتنوع الرئيسيات ووضع استراتيجيات للحفاظ على الرئيسيات. تتضمن أبحاثها الحالية تحقيقات منهجية وجغرافية نسجية للقرود المدارية الجديدة ودراسة التهجين في نوعين شقيقين محددين جيدًا من قرود العواء.

كريستوفر ديك

يهتم كريستوفر ديك بالبيئة والتاريخ التطوري للغابات الاستوائية الغنية بالأنواع. ركز بحثه في المقام الأول على علم الوراثة والتطور وعلم الوراثة السكانية للأشجار المدارية. كما أنه حريص على التعاون في المشاريع المتعلقة بأشجار الغابات المعتدلة.

توماس دودا

يبحث توماس دودا في العمليات المرتبطة بالتنويع البيئي. يشمل هذا العمل الدراسات الميدانية والمخبرية التي تتضمن تحليلات لبيئة التغذية ، وعلم الوراثة ، وعلم الوراثة ، والتحقيقات الجزيئية لتطور سموم أعضاء جنس بطنيات الأقدام البحرية المفترسة. كونوس.

بول دنلاب

يبحث بحث Paul Dunlap في بداية وتطور التعايش بين الأنواع الخاصة بالبكتيريا التي ينبعث منها الضوء والأسماك البعيدة. تدرس الدراسات المعملية التفاعلات المتكافلة مع المضيف من المنظورات الجينية والفسيولوجية والجينومية البكتيرية ، ويتناول العمل الميداني البيئة السلوكية للأسماك وبيئة السكان للبكتيريا ، وتركز دراسات تربية الأحياء البحرية على علم الأحياء التنموي والإنجابي للأسماك.

دانيال فيشر (يمكن أن يكون بمثابة رئيس مشارك للخريجين فقط)

دانيال فيشر مهتم بعلم الأحياء القديمة وانقراض العصر الجليدي.

فيليب جينجيرش (يمكن أن يكون بمثابة رئيس مشارك للخريجين فقط)

يدرس فيليب جينجيرش سجل الحفريات وتطور الثدييات.

لاسي نولز

تتركز اهتمامات لاسي نولز البحثية في الأنواع ، وجغرافيا السلالات ، والإشعاعات التطورية.

هيرنان لوبيز فرنانديز

يدرس Hernán López-Fernández تطور أسماك المياه العذبة مع التركيز على أمريكا الجنوبية والوسطى ، التي تضم أكثر أنواع أسماك المياه العذبة تنوعًا على وجه الأرض. غالبًا ما يستخدم المختبر عائلة Cichlidae كنموذج لأنه موضوع مبدع للدراسة في التطور التكيفي للفقاريات وثالث أكثر أنواع الأسماك المدارية تنوعًا. يجمع البحث في المعمل بين العمل الميداني وعلم الوراثة الجزيئي / علم الوراثة والطرق المقارنة لدمج علم البيئة والتشكل الوظيفي وتاريخ الحياة والجغرافيا في التحليلات التطورية الكبرى لتنويع أسماك المياه العذبة.

ديارميد أوفوجيل

Diarmaid Ó Foighil يدرس تطور اللافقاريات والأنظمة النظامية ، وعلم الملاكولوجيا.

دانيال ل

يدرس دانيال رابوسكي التطور الكبير ، والانتواع ، وبيئة المجتمع التطوري. إنه مهتم بشكل خاص بكيفية تأثير العوامل البيئية على عمليات الانتواع والانقراض وتطور السمات عبر الزمان والمكان. يتضمن بحثه دراسات ميدانية للتنويع البيئي في الزواحف الأسترالية ، وعلم الوراثة الجزيئي ، والنمذجة الرياضية والحاسوبية للديناميات التطورية في مجموعة واسعة من المجموعات التصنيفية.

توني رزنيسك (يمكن أن يكون بمثابة رئيس مشارك للخريجين فقط)

الاهتمام البحثي الرئيسي لـ Tony Reznicek هو علم اللاهوت النظامي وتطور الروافع (Cyperaceae) ، وخاصة جنس Carex الكبير والمعقد. ويؤكد على نهج متعدد المستويات يركز على عدة جوانب ، بما في ذلك تطوير شخصيات جديدة مفيدة في علم اللاهوت النظامي ، والدراسات الفردية للمجموعات الرئيسية ، وعمليات وأنماط التطور. كما يجري بحثًا حول الجغرافيا الحيوية لنباتات شمال شرق أمريكا الشمالية ، مع التركيز على منطقة البحيرات العظمى.

نيت ساندرز

يقع بحث نيت ساندرز في واجهة بيئة المجتمع ، وبيئة النظام البيئي ، وعلم البيئة الكلي ، مع التركيز على كيفية تأثير عوامل التغيير العالمي والتفاعلات بين الأنواع على أسباب وعواقب فقدان التنوع البيولوجي. يستفيد برنامج البحث الخاص بي من التدرجات البيئية والمعالجات التجريبية المرتبة في مواقع متعددة بهدف التنبؤ بآثار التغير البيئي على التنوع البيولوجي. إنهم يجرون تجارب على النمل ، وتفاعلات النبات مع الحشرات ، ومجتمعات النباتات الجبلية ، ومجموعة كاملة من الأصناف الأخرى.

ستيفن أ. سميث

يهتم ستيفن سميث بعلم الوراثة والتطور الجزيئي الحسابي والجغرافيا الحيوية والتطور الكبير. يتضمن بحثه تطوير وتنفيذ طرق لبناء وتحليل أشجار النشوء والتطور. بالإضافة إلى بناء الأشجار ، يعمل أيضًا على طرق فحص التطور الجغرافي والأنماط التطورية واسعة النطاق. يركز بشكل أساسي على الأنواع النباتية ، على الرغم من اهتمامه بمعالجة هذه الأسئلة عبر شجرة الحياة.

بنيامين وينجر

يدرس بن وينجر الأنواع ، والجغرافيا الحيوية ، وتجمع المجتمع ، وبيئة الحركة (الهجرة والتشتت) في الطيور. يستخدم مجموعة متنوعة من الأساليب وأنواع البيانات في بحثه ، بما في ذلك علم الوراثة السكانية ، وعلم الجينوم ، وعلم الوراثة ، ومجموعات المتاحف والعمل الميداني.


2. النماذج النظرية للتطور الحضري

نحن نفتقر إلى النماذج النظرية الواضحة التي تدرس كيفية تفاعل العمليات التطورية غير التكيفية والتكيفية للتأثير على التطور الحضري. في هذه الميزة الخاصة ، Santangelo وآخرون. [24] استخدم عمليات المحاكاة المكانية الصريحة لدراسة كيفية تأثير تدفق الجينات والانحراف الجيني والانتقاء الطبيعي بشكل متزامن على تطور النمط الظاهري الحضري & # x02013 الريفي في التعبير عن سمة موروثة مندلية منفصلة تتحكم فيها الجينات المتفاعلة معرفيًا. وجد المؤلفون أن الانجراف الأقوى في سكان الحضر أدى إلى تغييرات متسقة في توزيع السمة ، مما أدى إلى انخفاض التعبير عن السمات مع زيادة التحضر ، حتى في غياب الانتقاء الطبيعي. ومع ذلك ، كانت الفصائل التي تشكلت عن طريق الانجراف أضعف باستمرار من تلك التي تشكلت عن طريق الانتقاء ، مما يشير إلى حد أعلى لقوة الفصائل التطورية التي يمكن تشكيلها عن طريق الانجراف الجيني في سكان المدن. يشير هذا العمل إلى أن التغييرات الاتجاهية في توزيع السمات ذات الوراثة الجينية غير المضافة (على سبيل المثال بسبب الرعاف) قد تكون مرجحة بشكل خاص في البيئات الحضرية حيث يكون الانجراف الجيني أقوى في كثير من الأحيان بسبب السكان الأصغر والأكثر عزلة بسبب تجزئة الموائل. حيثما أمكن ، يجب أن تأخذ دراسات تغير النمط الظاهري الحضري في الحسبان العمارة الجينية الكامنة وراء السمات المظهرية لتوليد نماذج فارغة خاصة بالنظام للتأثيرات المتوقعة لتدفق الجينات ، والانحراف الجيني والانتقاء الطبيعي على التطور.


الخصائص المتنوعة لآليات التنمية الأساسية

الفئات الثلاث لآليات التنمية الأساسية الموصوفة أعلاه لكل منها خصائصها خصائص متغيرة ، أي القدرة على توليد نتائج صرفية جديدة إذا تم تغيير أحد عناصر الآلية. تشارك الآليات المستقلة بشكل أساسي في التطور المبكر وهي غير قادرة على إنتاج العديد من الاختلافات في الأنماط. وذلك لأن المدى الذي يمكن فيه استخدام التباينات المكانية الخلوية الداخلية لإيجاد سلالات متميزة محدود. وبالمثل ، فإن اقتران الديناميات الزمنية الداخلية بالانقسام مقيد في عدد وترتيب أنواع الخلايا التي يمكن إنشاؤها بواسطة قيود على الطول الجوهري لدورة الخلية بالنسبة إلى أي ساعة حالة خلوية داخلية (Newman ، 1993 Salazar-Ciudad وآخرون ، 2001 ب).

تمت مناقشة الخصائص المتغيرة للآليات الاستقرائية في العمل السابق (Salazar-Ciudad et al. ، 2000 Salazar-Ciudad et al. ، 2001a). جوهريًا ، لنفس المقدار من الآليات الاستقرائية للتنوع الجزيئي التي تحتوي على مكون منظم ذاتيًا ("ناشئ") عادةً ما تنتج أنماطًا أكثر وأكثر تعقيدًا من تلك التي يتم تنظيمها بطريقة هرمية. على عكس الآليات الناشئة ، حيث يمكن للشبكات المشيدة بالمثل أن تولد أنماطًا مختلفة جدًا ، تميل الآليات الهرمية القائمة على شبكات الجينات المتشابهة إلى إنشاء أنماط متشابهة مع بعضها البعض. علاوة على ذلك ، يصعب الوصول إلى أنماط معقدة من خلال شبكات التسلسل الهرمي: بشكل عام ، يجب أن تحتوي الشبكة الهرمية القادرة على إنتاج نمط معقد معين على العديد من الجينات والعديد من الوصلات فيما بينها أكثر من شبكة ناشئة قادرة على إنتاج هذا النمط. تستلزم هذه الخصائص علاقة أكثر تعقيدًا بين النمط الظاهري والنمط الجيني في الآليات الناشئة مقارنة بالآليات الهرمية.

تمت مناقشة الخصائص المتغيرة لآليات التشكل على نطاق واسع (Newman and Müller ، 2000 Beloussov ، 1998 Alberch ، 1982 Oster and Alberch ، 1981). تعتمد الآليات المورفوجينية بشدة على السياق اللاجيني والتغيرات في مكوناتها الجزيئية أو البيئات الدقيقة يمكن أن يكون لها تأثيرات نمطية دراماتيكية. علاوة على ذلك ، غالبًا ما تتضمن الآليات التشكلية تفاعلات ميكانيكية بين الخلايا والمصفوفة خارج الخلية. هذا يعني أن نتائجها تعتمد على جوانب من النظام النامي مثل خصائص المواد (على سبيل المثال ، المرونة اللزجة ، المتماسكة) للخلايا والمصفوفة خارج الخلية أو توزيعها المكاني (نيومان ومولر ، 2000). على وجه الخصوص ، قد تستجيب الأنسجة والمصفوفات خارج الخلية بشكل مختلف تمامًا للضغوط اعتمادًا على شكلها والتوجه النسبي للضغوط التي تتعرض لها (بيلوسوف ، 1998).


الوحدات والعمليات والأنماط الأساسية للتطور ولغز شجرة الحياة

خلفية مجردة أدى توضيح الدور المهيمن لنقل الجينات الأفقي (HGT) في تطور بدائيات النوى إلى أزمة حادة في مفهوم شجرة الحياة (TOL) ومناقشات مكثفة حول هذا الموضوع. المفهوم مدفوعًا بأزمة نظام TOL ، نحاول تحديد الوحدات الأولية والأنماط الأساسية وعمليات التطور. نحن نفترض أن تكرار المادة الجينية هو عملية بيولوجية أساسية فردية وأن التكرار بمعدل خطأ أقل من عتبة معينة يمكّن ويتطلب التطور عن طريق الانجراف والاختيار. بدءًا من هذا الاقتراح ، نحدد مفهومًا عامًا للتطور يتكون من ثلاث مبادئ رئيسية. 1. تتكون الوكالة الأساسية للتطور من وحدات التطور الأساسية (FUEs) ، أي وحدات من المادة الوراثية التي تمتلك درجة كبيرة من الاستقلال التطوري. تتضمن FUEs عناصر أنانية حسنة النية مثل الفيروسات ، وأشباه الفيروسات ، والينقولات ، والبلازميدات ، والتي تشفر بعض المعلومات المطلوبة لتكرارها ، والجينات المنتظمة التي تمتلك شبه استقلالية بسبب قيمتها الانتقائية المميزة التي توفر نقلها بين مجموعات FUE (الجينوم) والتكرار التفضيلي مع بقية الجينوم المتلقي. 2. يتم تمثيل تاريخ النسخ المتماثل لعنصر وراثي دون إعادة التركيب بشكل متماثل من خلال رسم بياني شجري موجه (شجر ، في لغة نظرية الرسم البياني). إعادة التركيب داخل FUE أمر شائع بين التسلسلات وثيقة الصلة جدًا حيث يكون إعادة التركيب المتماثل أمرًا ممكنًا ولكنه يصبح مهملاً لمسافات تطورية أطول. في المقابل ، يحدث خلط FUEs في جميع المسافات التطورية. وبالتالي ، فإن الشجرة هي تمثيل طبيعي لتطور FUE الفردي على النطاق الكلي ، ولكن ليس لمجموعة من FUE مثل الجينوم. 3. يتم تمثيل تاريخ الحياة بشكل صحيح من خلال & # 34forest & # 34 من الأشجار التطورية لكل من FUEs (Forest of Life ، أو FOL). يعد البحث عن الاتجاهات والأنماط في FOL اتجاهًا مثمرًا للدراسة يؤدي إلى تحديد مجموعات FUEs التي تتطور بشكل متماسك لفترة زمنية معينة بسبب التاريخ المشترك للميراث الرأسي أو نقل الجينات الأفقي ، تُعرف هذه المجموعات عمومًا باسم الجينوم ، أو التصنيف ، أو clades ، اعتمادًا على مستوى التحليل. قد تُظهر مجموعة صغيرة من الجينات (الجوهر الجيني الشامل للحياة) اتجاهًا تطوريًا متماسكًا (في الغالب) يتجاوز التاريخ الكامل لأشكال الحياة الخلوية. ومع ذلك ، قد لا يكون من المفيد الإشارة إلى هذا الاتجاه & # 34 ، شجرة الحياة & # 34 ، أو كائن حي ، أو شجرة الأنواع لأن لا الكائنات الحية ولا الأنواع وحدات أساسية للحياة. الاستنتاج يشير التحليل المنطقي لوحدات وعمليات التطور البيولوجي إلى أن الوحدة الأساسية الطبيعية للتطور هي FUE ، أي عنصر وراثي له تاريخ تطوري مستقل. يتم تمثيل تطور FUE على مقياس الماكرو بشكل طبيعي بواسطة شجرة. فقط الخلاصة الكاملة للأشجار لـ FUEs الفردية (FOL) هي تصوير مناسب لتطور الحياة. يعد التطور المتسق لـ FUEs على فترات تطورية ممتدة جانبًا مهمًا من تاريخ الحياة ، لكن شجرة & # 34 نوعًا & # 34 أو & # 34 كائنًا & # 34 ليست مفهومًا أساسيًا. المراجعون تمت مراجعة هذه المقالات بواسطة Valerian Dolja و W. Ford Doolittle و Nicholas Galtier و William Martin


روبرت ل.كارول

يبدأ كارول بإلقاء نظرة عامة على المشاكل الحالية في نظرية التطور وعلى وجه الخصوص "الفجوة" بين العمليات قصيرة المدى وطويلة المدى في التطور ، وبين علم الحفريات والتخصصات الأخرى. يناقش أيضًا اختيار الفقاريات كأرض اختبار (تم التقاطه في نهاية الكتاب في مقارنة موجزة مع اللافقاريات الميتازوا وبدائيات النوى والطلائعيات والنباتات الوعائية). ثم يقدم لمحة عامة عن نظريات التطور ، على مستوى السكان والأنواع ، من داروين إلى Dobzhansky و Mayr إلى Gould و Eldredge.

يقدم فصلان بعض المعلومات الأساسية الأساسية. ينظر الأول في التطور في المجموعات السكانية الحديثة ، ولا سيما في معدلات التطور بين عصافير جزر غالاباغوس ، حيث يحدث تغير كبير في الاتجاه ولا يبدو أنه مرتبط بالانتواع. يتناول الثاني بعض القيود المفروضة على الأدلة الأحفورية ، وعدم انتظام التحجر وغيرها من القضايا الطبقية والمشاكل المتعلقة بتأريخ الأحداث والعمليات وقياس معدلات التطور.

بعد ذلك تأتي دراستا حالة. يتم فحص معدلات واتجاهات التغيير بين الثدييات المتأخرة من حقب الحياة الحديثة مع التركيز على اختبار نظريات التوازن المتقطع واختيار الأنواع. تظهر العديد من السلالات ركودًا "من شخصيات معينة ومجمعات شخصية" ، ولكن لا يوجد في أي منها ركود لجميع الصفات ويكون التطور النسيجي أمرًا شائعًا. و "لا يمكن إثبات أي اتجاهات رئيسية تنطوي على مجموعة معقدة من التغييرات في الشخصية على أنها نتجت عن اختيار الأنواع". في المقابل ، يوفر الإشعاع السريع لأسماك البلطي في البحيرات العظمى في شرق إفريقيا بعض الأدلة على تطور مستوى الأنواع ، وجسرًا بين التطور الكبير والتطور الصغير.

أربعة فصول منفصلة تركز على التخصصات ذات الصلة ، في محاولة لإعادة توحيد المجالات المختلفة. يؤثر التصنيف على مفاهيمنا الأساسية للأنماط التطورية ، فضلاً عن توفير أدوات لاكتشافها ، كان علم النظم التطورية (cladistics) مؤثرًا بشكل خاص ، حيث يقدم "طريقة موضوعية لمقارنة أنماط التطور على نطاق واسع من مجموعة إلى مجموعة وداخل المجموعات بمرور الوقت" و فرض إعادة النظر في مخططات التسمية التقليدية في الفقاريات. مع علم الوراثة التطوري ، يقدم كارول بعض النماذج الأساسية ، مع التركيز على السمات الكمية التي يلامسها على لغز معاملات الانتقاء المنخفضة والقيود الجينية.

بالانتقال إلى علم الأحياء التنموي ، قام كارول باستقصاء الجينات غير المتجانسة ، وجينات homobox و Hox ، ومرحلة النمط النمطي. ثم يطبق هذا على أصل القحف وتطور الهيكل العظمي والجمجمة والمحوري ، ولكن قبل كل شيء على أطراف رباعي الأرجل ، على أصولها ، وعمليات نموها ، وتشكلها ، وتطورها. كما يفكر في تكامل علم الأحياء التطوري مع التركيب التطوري وارتباطاته المحتملة بالتطور الكبير. تفرض الفيزياء قيودًا أخرى: يأخذ كارول في الاعتبار حركة الفقاريات في الماء والهواء وعلى الأرض ، ويلمس نقل الغشاء ونقل الحرارة وقياس الحجم.

ثم تبحث ثلاثة فصول في البنية واسعة النطاق وأنماط التطور. يركز فصل عن "التحولات الرئيسية" على الحركات بين البيئات: الدراسة الأكثر تفصيلاً هي أصل الطيور ، لكن البعض الآخر يغطي أصول الفقاريات الأرضية والموساسور والحيتان. شهدت الفترات الحرجة معدلات تغيير تجاوزت تلك الموجودة في مجموعات الأسلاف والمتحدرين ، ولكن الأهم من ذلك ، لم يتم ملاحظة تلك التي لوحظت في المجموعات السكانية الحديثة ، والأهم من ذلك ، استمرت اتجاهات التغيير لفترات طويلة. بالانتقال إلى الإشعاعات ، يتعامل كارول بإسهاب مع الانفجار الكمبري وإشعاع الثدييات من حقب الحياة الحديثة: تحدث على فترات 10 ملايين سنة أو أقل ، وتختلف عن الإشعاعات الأخرى البطيئة في البيئات المشغولة بالفعل و "يمكن أن تُعزى بالتأكيد إلى عوامل كانت لا يعتبرها داروين ". على المستويات الأكبر ، كان تطور الفقاريات غير منتظم ، مدفوعًا بـ "قوى" لا يمكن استقراءها من تلك التي تعمل على مستوى التجمعات والأنواع: من بينها الاتجاهات التطورية المستمرة ، والانجراف القاري ، والانقراض الجماعي.

من بين الاستنتاجات العامة لكارول:

تجمع الأنماط والعمليات في تطور الفقاريات بين العرض الواضح للتفاصيل & # 8212 وما يبدو أنه معرفة موسوعية بتاريخ الفقاريات & # 8212 مع الاستعداد لمعالجة الأسئلة الكبيرة. يبدو أحيانًا أن كارول يتخذ طرفي المناقشات ، لكن هذا انعكاس لاحترام التعقيد ، وليس عدم الانخراط في السياج. والنتيجة هي نظرة عامة مفيدة للطلاب أو الغرباء كما يبدو أنها أثبتت نفسها على أنها كلاسيكية ثانوية في هذا المجال.


محتويات

يمكن العثور على أمثلة لتشكيل الأنماط في علم الأحياء والكيمياء والفيزياء والرياضيات ، [1] ويمكن محاكاتها بسهولة باستخدام رسومات الكمبيوتر ، كما هو موضح أدناه.

تحرير علم الأحياء

تتشكل الأنماط البيولوجية مثل العلامات الحيوانية ، وتجزئة الحيوانات ، والتركيز النباتي بطرق مختلفة. [2]

في علم الأحياء النمائي ، يصف تكوين الأنماط الآلية التي من خلالها تتخذ الخلايا المكافئة في البداية في الأنسجة النامية في الجنين أشكالًا ووظائف معقدة. [3] التطور الجنيني ، مثل ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة، يتضمن التحكم المنسق في مصائر الخلية. [4] [5] [6] يتم التحكم في تكوين النمط وراثيًا ، وغالبًا ما يشتمل على كل خلية في مجال الاستشعار والاستجابة لموضعها على طول تدرج مورفوجين ، متبوعًا باتصال قصير المسافة من خلية إلى خلية عبر مسارات إشارات الخلية لتحسين النمط الأولي. في هذا السياق ، مجال الخلايا هو مجموعة الخلايا التي يتأثر مصيرها بالاستجابة لنفس مجموعة إشارات المعلومات الموضعية. تم وصف هذا النموذج المفاهيمي لأول مرة كنموذج العلم الفرنسي في الستينيات. [7] [8] وبصورة أكثر عمومية ، يتم تشكيل مورفولوجيا الكائنات الحية بواسطة آليات علم الأحياء التطوري التطوري ، مثل تغيير توقيت ومواضع أحداث تنموية معينة في الجنين. [9]

تتضمن الآليات المحتملة لتشكيل الأنماط في الأنظمة البيولوجية نموذج التفاعل-الانتشار الكلاسيكي الذي اقترحه آلان تورينج [10] وآلية عدم الاستقرار المرنة التي تم العثور عليها مؤخرًا والتي يُعتقد أنها مسؤولة عن أنماط الطيات على القشرة المخية للحيوانات العليا ، من بين أمور أخرى أشياء. [11] [12]

نمو المستعمرات

تُظهر المستعمرات البكتيرية مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأنماط التي تشكلت أثناء نمو المستعمرة. الأشكال الناتجة تعتمد على ظروف النمو. على وجه الخصوص ، تزيد الضغوط (صلابة وسط الاستزراع ، نقص المغذيات ، إلخ) من تعقيد الأنماط الناتجة. [13] الكائنات الحية الأخرى مثل قوالب الوحل تعرض أنماطًا رائعة ناتجة عن ديناميكيات الإشارات الكيميائية. [14] يمكن أن يكون للتجسيد الخلوي (الاستطالة والالتصاق) أيضًا تأثير على الأنماط النامية. [15]

تحرير أنماط النباتات

تتشكل أنماط النباتات مثل شجيرة النمر [16] وموجات التنوب [17] لأسباب مختلفة. شجيرة النمر تتكون من شجيرات على منحدرات قاحلة في بلدان مثل النيجر حيث يكون نمو النبات محدودًا بسبب هطول الأمطار. يمتص كل شريط أفقي تقريبًا من الغطاء النباتي مياه الأمطار من المنطقة العارية الموجودة فوقه مباشرة. [16] في المقابل ، تحدث موجات التنوب في الغابات على المنحدرات الجبلية بعد اضطراب الرياح ، أثناء التجدد. عندما تسقط الأشجار ، تصبح الأشجار التي احتواها مكشوفة وتكون بدورها أكثر عرضة للتلف ، لذلك تميل الفجوات إلى التوسع في اتجاه الريح. في هذه الأثناء ، على الجانب المواجه للريح ، تنمو الأشجار الصغيرة ، محميًا بظل الرياح للأشجار الطويلة المتبقية. [17] في التضاريس المسطحة ، تظهر أشكال إضافية للنمط بجانب الخطوط - أنماط فجوة سداسية وأنماط موضعية سداسية. Pattern formation in this case is driven by positive feedback loops between local vegetation growth and water transport towards the growth location. [18] [19]

Chemistry Edit

Pattern formation has been well studied in chemistry and chemical engineering, including both temperature and concentration patterns. [20] The Brusselator model developed by Ilya Prigogine and collaborators is one such example that exhibits Turing instability. [21] Pattern formation in chemical systems often involve oscillatory chemical kinetics or autocatalytic reactions [22] such as Belousov–Zhabotinsky reaction or Briggs–Rauscher reaction. In industrial applications such as chemical reactors, pattern formation can lead to temperature hot spots which can reduce the yield or create hazardous safety problems such as a thermal runaway. [23] [20] The emergence of pattern formation can be studied by mathematical modeling and simulation of the underlying reaction-diffusion system. [20] [22]

Physics Edit

In the 1980s Lugiato and Lefever developed a model of light propagation in an optical cavity that results in pattern formation by the exploitation of nonlinear effects.

Mathematics Edit

Sphere packings and coverings. Mathematics underlies the other pattern formation mechanisms listed.

Computer graphics Edit

Some types of automata have been used to generate organic-looking textures for more realistic shading of 3d objects. [24] [25]

A popular Photoshop plugin, KPT 6, included a filter called 'KPT reaction'. Reaction produced reaction–diffusion style patterns based on the supplied seed image.

A similar effect to the 'KPT reaction' can be achieved with convolution functions in digital image processing, with a little patience, by repeatedly sharpening and blurring an image in a graphics editor. If other filters are used, such as emboss or edge detection, different types of effects can be achieved.

Computers are often used to simulate the biological, physical or chemical processes that lead to pattern formation, and they can display the results in a realistic way. Calculations using models like reaction–diffusion or MClone are based on the actual mathematical equations designed by the scientists to model the studied phenomena.


Ecology, Behavior & Evolution

Research in the Section of Ecology, Behavior, & Evolution is focused on investigating ecological and evolutionary processes operating at the level of individuals, populations, species, and communities. Major foci include understanding the processes structuring the distribution and abundance of organisms, behavioral adaptations to environmental and social challenges, evolution of gene networks and development, mapping genotype to phenotype, the processes and patterns of evolutionary change, and the application of all of these areas to the understanding of biodiversity.

Researchers in this section use a variety of approaches, including molecular techniques for probing the structure and phenotypic consequences of genetic variation, phylogenetic techniques for estimating genealogical relationships among taxa, field and laboratory experiments for hypothesis testing, telemetry and satellites for assessing patterns in species distributions, paleobiological data for quantifying the history of biodiversity, experimental evolution, mathematical modeling, and computer simulations of evolving systems. Unlike other subdisciplines, which concentrate on a few model taxa, evolutionary biologists use data from many different organisms from all over the world to test hypotheses about biological diversity. The unifying theme underlying all of these studies is that an evolutionary approach is needed to solve most biological problems.


Cameron D. Siler

A fundamental theme in science that has captivated researchers for generations is simply كيف و لماذا species evolve. I use genetic patterns to understand evolutionary processes in amphibians and reptiles. My program takes a broad, multifaceted approach to understanding vertebrate diversity, including investigating the evolution of morphology and body-form, geography, and speciation in island archipelago and mainland systems. A few active research topics in my lab are listed below.

Phylogenetics and Patterns of Diversification.—My research lab has numerous active projects exploring the patterns and processes of morphological character evolution and species-level diversification, focusing on understanding the biogeographic and evolutionary histories of Southeast Asian amphibians and reptiles. We will begin pursuing several broader, more comparative approaches to understanding processes involved in species diversification. Projects currently underway combine comparative phylogenetic, ecological modeling, and bioinformatic perspectives in studying the role that geographic and ecological forces play in diversification processes.

Phylogeography.—Southeast Asia’s complex geological history and highly variable geography and ecology provide an ideal template for testing the effects of geographic change on phylogenetic processes. My lab will continue to study phylogeographic patterns associated with amphibians and reptiles in this region. A component of this research is interested in employing statistical tests of phylogenetic topology and population genetic analyses of widespread species to explore patterns of diversity and investigate species complexes. This effort has resulted in the observation of numerous fascinating patterns and many cryptic species, all of which indicate that the processes of diversification in Southeast Asia are far more complex than previously recognized.

Conservation and Landscape Genetics.—A developing research inititiative in our lab is to study patterns of genetic diversity at the population level. We will begin investigating these patterns using SNP and microsatellite datasets for a number of focal species in Southeast Asia. Additionally, a regional aspect of this work will study employ similar datasets to study population genetic patterns of vertebrates across Oklahoma.

Biodiversity Research and Education Outreach.—The regionalized biodiversity across Southeast Asia is unique. Levels of endemism among known groups of vertebrates are astonishingly high. A large component of our research program involves massive efforts to survey the diversity of amphibians and reptiles across Southeast Asia. We are developing active field programs in the Philippines, Thailand, Borneo, and Vietnam. Data resulting from these surveys is used to direct conservation efforts and identify threatened species. Many of our surveys have resulted in the discovery of new species! In addition to survey work, my lab is in charge of the development of the PhilBREO program (Biodiversity Research and Education Outreach - Philippines), an international education outreach program aimed at bringing biodiversity information and educational tools to the public using a multi-language and multi-disciplinary approach. This project will continue to develop and implement the PhilBREO website to integrate studies of biodiversity, biogeography, education, and conservation.


شاهد الفيديو: الثاني الثانوي - علم الأحياء - التطور و أدلته (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Raedan

    في الأسرة ، كل من الزوج والزوجة متساوين في الحقوق ، وخاصة الزوجة. قبل أن تتواصل الحليب الوقت لمغادرة المنصة ، صعد رئيس المزرعة الجماعية على الفور إلى الشمبانيا في المنزل: الفودكا إلى همسة زوجته. أنا أوه؟ إيفا.

  2. Mario

    يتم تهجئة الإنترنت بحرف كبير داخل الجملة ، إذا كان الأمر كذلك.والمئات ليست مع فترة ، ولكن مع فاصلة. هذا هو المعيار. وهكذا كل شيء ليس سيئًا ، فقط جيد جدًا!

  3. Luciano

    كل شيء ليس بسيطًا

  4. Anthony

    يتفقون معك تماما. أنا أحب هذه الفكرة ، أنا أتفق تمامًا معكم.

  5. Macqueen

    تهانينا ، سيكون لذلك فكرة مختلفة بالمناسبة

  6. Mosi

    أنا أشترك في كل ما سبق.



اكتب رسالة