Oligophyly and evolutionary parallelism: A case study of Silurian graptolites

• Autorzy: Urbanek A

Warianty tytułu

PL

Oligofilia i paralelizm ewolucyjny: przyklad graptolitow sylurskich

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Oligophyly may be defined as a restrictive factor in evolution leading to minimization of the number of phyletic lines owing to an occasional reduction by means of mass extinction as well as to their recovery from scanty survivors. The monophyletic origin of the vast majority of taxa finds its explanation in this succession of events, namely in the diversity reduction (DR) - rediversification (RD) sequence. In turn, the recovery from a few or a single ancestral species (near-monophyly or monophyly) causes a number of consequences for the evolution of emerging new taxa. They produce a particular class of systematic groups called genealogical domains. Such groups display an exceptionally close affinity and a similar evolutionary potential exhibited i-.e. an abundant parallelism. In other words, the paucity of ancestry (oligophyly) explains why both the monophyletic origin and evolutionary parallelism are such common features of the phylogeny in most fossil groups. Parallelism is caused by the similarity of apomorphic tendencies (known as 'underlying synapomorphy' in phylogenetic systematics), which are among the most characteristic features of evolution within a genealogical domain. It is now evidenced that the vast majority of Late Silurian monograptid faunas are descendants of only two species - survivors from the severe lundgreni Event. Numerous cases of heterochronic parallelism and evolutionary repetitions observed within the repertoire of the Late -Silurian monograptid faunas may be explained as a far reaching effect of oligophyly. Each ancestral species established its own genealogical domain displaying certain apomorphic tendencies. The same is true for the monophyletic origin and early radiation of Llandovery monograptids. Whilst graptolites provide numerous graphic examples substantiating the oligophyly concept, it is clear that the phenomena discussed are of a much more general nafure.

PL

Jednym ze skutków wymierania masowego było zmniejszanie się liczby przeżywających linii ewolucyjnych, z reguły reprezentowanych także przez nieliczne gatunki. Odradzanie się faun następowało więc od nielicznych przedstawicieli danej linii ewolucyjnej i w konsekwencji tworzące się nowe grupy taksonomiczne miały monofiletyczne lub prawie monofiletyczne pochodzenie. Ten czynnik systematycznię ograniczający ilość równolegle rozwijających się linii filogenetycznych otrzymał nazwę "oligofilii'' (od gr. oligos - skąpy, nieliczny i phylon - ród, plemię, Urbanek 1997). W wyniku działania oligofilii odtadzające się taksony stanowią szczególnie blisko spokrewnione grupy monofiletyczną określane we współczesnej systematyce filogenetycznej jako domeny genealogiczne. Znamiennym rysem ewolucji takich grup jest powszechny paralelizm ewolucyjny, świadczący o istnieniu określonych tendencji apomorficznych. Znajduje to wyraz w mozaikowym pojawianiu się danej cechy apomorficznej w różnych kladach należących do tej samej domeny genealogicznej (zjawisko "ukrytej synapomorfii'', ang. "underlying synapomorphy'' Saether 1979, 1983). Historia odradzania się faun monograptidowych późnego syluru po zdarzeniu lundgreni, daje się dobrze zinterpretować w świetle koncepcji oligofilii i domen genealogicznych. Chociaż graptolity dostarczają szczególnie interesujących faktów na poparcie koncepcji oligofilii, nie ulega wątpliwosci, że zasada ta ma ogólne znaczenie. Wskutek działania oligofilii odradzające się fauny złożone są z grup monofiletycznych, z których każda składa sie z blisko spokrewnionych gatunków obdarzonych podobnym potencjałem ewolucyjnym. Warunkuje to częsty paralelizm ewolucyjny, stanowiący charakterystyczny rys zapisu paleontologicznego, odnoszącego się do historii różnych grup. Jednakże dalsze działanie oligofilii zapobiega polifiletycznemu powstawaniu potomnych taksonów, bowiem większość równoległych linii ulega eliminacji w wyniku wymierania masowego, Zasada oligofilii pozwala zrozumieć paradoksalny związek między monofiletycznym pochodzeniem większości taksonów szczebla ponadgatunkowego, ich w znacznym stopniu równoległą ewolucją oraz również monofiletycznym pochodzeniem powstających z nich grup potomnych.

Słowa kluczowe

PL

fauna kopalna; sylur; wymieranie gatunkow; grupy monofiletyczne; graptolity sylurskie; taksony; domeny genealogiczne; ewolucja zwierzat; fauna monograptidowa; paleontologia; oligofilia; paralelizm ewolucyjny; potencjal ewolucyjny

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Palaeontologica Polonica
• Rocznik: 1998
• Tom: 43
• Numer: 4
• Opis fizyczny: s.549-572,fot.,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Urbanek A

• Instytut Paleobiologii PAN, ul.Twarda 51-55, 00-818 Warszawa

Bibliografia

• Barnes, C.R., Fortey, R.A., & Williams, S.H. 1996. The pattern of global bio-events during the Ordovician period. In: O.H. Walliser (ed.), Global Events and Event Stratigraphy of the Phanerozoic, 139-172. Springer Verlag, Berlin.
• Baum, D. 1992. Phylogenetic Species Concept. - Trends in Ecology and Evolution 7, 1-2.
• Benton, M.J. 1995. Diversification and Extinction in the History of Life. - Science 268, 52-56.
• Borkin, L.Ja. (Borkin, L.Â.) 1983. The problem of mono-and polyphyly in evolutionary theory [in Russian]. In: S.P. Mikulinsky (S.P. Mikulinskij) & Yu.I. Polyansky (Û.I. Polânskij) (eds), Development of the Evolutionary Theory in the USSR [in Russian],405-420. Nauka, Leningrad.
• Boucot, A.J. 1994. The episodic, rather than periodic nature of extinction events. - Rivista de la Sociedad Mexicana de Paleontologia 7, 15-35.
• Brundin, L. 1972. Evolution, causal biology and classification. - Zoologica Scripta, 1, 107-120.
• Bulman, O.M.B. 1933. Programme evolution in the graptolites. - Biological Reviews 8, 311-334.
• Cavalier-Smith, T., Allsopp, M.T.E.P., Chao, E.E., Boury-Esnault, N., & Vacelet, J. 1996. Sponge phylogeny, animal monophyly, and the origin of the nervous system: 18S rRNA evidence. - Canadian Journal of Zoology 74, 2031-2045.
• Courtillot, V. & Gaudemer, Y. 1996. Effects of mass extinctions on biodiversity. - Nature 381, 146-148.
• Darwin, Ch. 1859. On the Origin of Species by Means of Natural Selection. IX+ 490 pp. J. Murray, London.
• Eldredge, N. & Cracraft, J. 1980. Phylogenetic Pattern and Evolutionary Process. Method and Theory in Comparative Biology. VI+ 349 pp. Columbia University Press, New York.
• Ghiselin, M.T. 1996. Systematic biology as an historical science: discussion and retrospects. In: G. Pinna & M. Ghiselin (eds), Systematic Biology as an Historical Science. - Memorie della Societa Italiana di Scienze Naturali 27, 7-8.
• Gosliner, T.M. & Ghiselin, M.T. 1984. Parallel evolution in opisthobranch gastropods and its implications for phylogenetic methodology. - Systematic Zoology 33, 255-274.
• Haeckel, E. 1868. Natürliche Schöpfungsgeschichte. 568 pp. Reimer, Berlin.
• Harland, W.B., Cox, A.V., Llevellyn, P.G., Pinckton, C.A.G., Smith, A.G., & Walters, R. 1982. A Geologic Time Scale. XI+131 pp. Cambridge University Press, Cambridge.
• Hennig, W. 1982. Phylogenetische Systematik. 246 pp. P. Parey, Berlin.
• Ivanov, A.V. 1988. The monophyly of taxa and the parallel evolution of organ systems [in Russian]. In: E.I. Kolchinsky (E.I. Kolšinskij) & Yu.I. Polyansky (Û.I. Polânskij) (eds), Darwinizsm: History and Present [in Russian],104-107. Nauka, Leningrad.
• Jablonski, D. 1986. Causes and consequences of mass extinctions: a comparative approach. In: D.K. Elliot (ed.), Dynamics of Extinction, 183-229. Wiley, New York.
• Jacob, F. 1983. Molecular tinkering in Evolution. In: D.S. Bendall (ed.), Evolution from Molecules to Men, 131-144. Cambridge University Press, Cambridge.
• Jaeger, H. 1959. Graptolithen und Stratigraphie des jungstens Thuringer Silurs. - Abhandlungen der deutschen Akademie der Wissenschaften, Klasse Chemie, Geologie, Biologie 2, 1-197.
• Jaeger, H. 1991. Neue Standard Graptolithenzonenfolge nach der Grosen Krise an der Wenlock/Ludlow Grenze. - Neues Jahrbuch fur Geologie und Palaontologie, Abhandlungen 182, 303-354.
• Kaiser, H.E. & Boucot, A.J. 1996. Specialization and Extinction: Cope's Law revisited. - Historical Biology 11, 247-265.
• Kaljo, D., Boucot, A. J., Corfield, R.M., LeHerrisse, A., Koren', T.N., Kriz, J., Mannik, P., Marss, T., Nestor, V. Shaver, R.H., Siveter, D.J., & Viira, V. 1996. Silurian Bioevents. In: O.H. Walliser (ed.), Global Events and Event Stratigraphy of the Phanerozoic, 173-224. Springer Verlag, Berlin.
• Kielan-Jaworowska, Z, 1996. Origin of mammals: discoveries and controversies [in Polish, with English Summary]. - Kosmos 45, 603-621.
• Kitching, I.J. 1996. The determination of character polarity. In: P.L Forey, C.J. Humphries, I.J. Kitching, R.W. Scotland, D.J. Siebert, & D.M. Williams (eds), Cladistics: a Practical Course in Systematics, 22-44. Oxford University Press, New York.
• Koren', T.N. 1992. New Late Wenlock monograptids from the Alai Range [in Russian]. - Paleontologičeskij Žurnal 2, 21-23.
• Koren', T.N. & Bjerreskov, M. 1997. Early Llandovery monograptids from Bornholm and the southern Urals: taxonomy and evolution. - Bulletin of the geologiocal Society of Denmark 44, 1-43.
• Koren', T.N. & Urbanek, A. 1994. Adaptive radiation of monograptids after the late Wenlock crisis. - Acta Palaeontologica Polonica 39, 137-167.
• Koren', T.N. & Rickards, R.B. 1996. Taxonomy and evolution of Llandovery biserial graptoloids from the Southern Urals, Western Kazakhstan. - Special Papers in Palaeontology 54, 5-101.
• Kozulina, A. 1988. Evolutionary views of N.I. Vavilov. In: E.I. Kolchinsky (E.I. Kolšinskij) & Yu.I. Polyansky (Û.I. Polânskij) (eds), Darwinizm: History and Present [in Russian], 78-87. Nauka, Leningrad.
• Li, Ji-jin. 1990. Discovery of monograptids in the basal part of Lower Silurian from S. Anhui with special reference to their origin. - Acta Palaeontologica Sinica 29, 211-215.
• Lubischew, A.A. (Lubišev, A.A.) 1982. N.I. Vavilov's law of homological series and its biological implications [in Russian]. In: A.A. Lubischew (A.A. Lubišev) (ed.), Problems of Form, Systematics and Evolution of Organisms [in Russian], 247 -253. Nauka, Moskva.
• Lukasik, J.J. & Melchin, M.J. 1994. Atavograptus primitivus (Li) from the earliest Silurian of Arctic Canada: implications for monograptid evolution. - Journal of Paleontology 68, 1159-1163.
• Mayr, E. 1969. Principles of Systematic Zoology. X+428 pp. Mc Graw-Hill Book Company, New York.
• Melchin, M.J., Koren', T.N., & Štorch, P. (in press). Global diversity and survivorship patterns of Silurian graptoloids. In: E. Landing & M.E. Johnson (eds), Silurian cycles: linkages of dynamic stratigraphy with atmospheric and oceanic changes. Proceedings of the James Hall Meeting, August 1996 Rochester. - New York State Museum Bulletin 492.
• Nielsen, C., Scharff, N., & Eibye-Jacobsen, D. 1996. Cladistic analyses of the animal kingdom. - Biological Journal of the Linnean Society 57, 385-410.
• Patterson, C. 1982. Morphological character and homology. In: K.A. Joysey & A.E. Friday (eds), Problems of Phylogenetic Reconstruction, 21-74. Academic Press, London.
• Plate, L. 1922. Allgemeine Zoologie und Abstammungslehre, I. VI+629 pp. G. Fischer, Jena.
• Raup, D.M. & Sepkoski, J.J. Jr. 1982. Mass extinctions in marine fossil record. - Science 21, 5, 1501-1503.
• Remane, A. 1964. Problem Monophylie-Polyphylie mit besonderer Berücksichtigung der Phylogenie der Tetrapoden. - Zoologische Anzeiger 173, 22-51.
• Rickards, B.B., Packham, G.H., Wright, A.J., & Williamson, P.L.1994. Wenlock and Ludlow graptolite faunas and bioshatigraphy of the Quarry Creek district, New South Wales. - Memoires of Association of the Australasian Palaentologists 17, 1-67.
• Rozanov, A .Yu. 1974. Homological variability in archaeocyathans. - Geological Magazine 111, 107-120.
• Saether, O.A. 1979. Underlying synapomorphies and anagenetic analysis. - Zoologica Scripta 8, 305-312.
• Saether, O.A. 1983. Cartalized evolutionary potential: inconsistencies in phylogenetic reasoning. - Systematic Zoology 32, 343-359.
• Schindewoll O.H. 1950. Grundfragen der Paläontologie. 506 pp. E. Nagele, Stuttgart.
• Schmalhausen, I.I. 1947. Principles of Vertebrate Comparative Anatomy [in Russian]. 540 pp. Sovetskaya Nauka, Moskva.
• Schmalhausen, I.I. 1969. Problems of Darwinism [in Russian]. 493 pp. Nauka, Moskva.
• Scotland, R.W. 1992. Cladistic theory. In: P.L. Forey, C.J. Humphries, I.L. Kitching, R.W. Scotland, D.J. Siebert, & D.M. Williams (eds), Cladistics: A Practical Course in Systematics, 3-12. Oxford University Press, Oxford.
• Sepkoski, J.J. Jr. 1996. Patterns of Phanerozoic extinction: a perspective from global data bases. In: O.H. Walliser (ed.), Global Events and Event Stratigraphy in the Phanerozoic, 35-51. Springer Verlag, Berlin.
• Shubin, N. 1998. Evolutionary cut and paste. - Nature 394, 12-13.
• Simpson, G.G. 1961. Principles of Animal Taxonomy. 247 pp. Columbia University Press, New York.
• Sluys, R. 1989. Rampant parallelism: an appraisal of the use of universal derived character states in phylogenetic reconstruction. - Systematic Zoology 38, 350-370.
• Starobogatov, Ya.I. (Starobogatov Â.I.) 1994. Preface [in Russian] In: O.G. Kussakin & A.L. Drozdov, Phylema of the Living Things [in Russian], 5-7. Nauka, Sankt-Peterburg.
• Steinmann, G. 1908. Die geologischen Grundlagen der Abstammungslehre. 284 pp. Engelmann, Leipzig.
• Štorch, P. 1995. Biotic crises and post-crisis recoveries recorded by Silurian planktonic graptolite faunas of the Barrandian area (Czech Republic). - Geolines 3, 59-70.
• Tatarinov, L.P. 1976. Morphological Evolution of the Theriodonts and the General Problems of Phylogenetics [in Russian]. 256pp. Nauka, Moskva.
• Urbanek, A. 1966. On the morphology and evolution of the Cucullograptinae (Monograptidae, Graptolithina). - Acta Palaeontologica Polonica 9, 291-544.
• Urbanek, A. 1970. Neocucullograptinae n. subfam. (Graptolithina): their evolutionary and stratigraphic bearing. - Acta Palaeontologica Polonica 15, 163-388.
• Urbanek, A. 1993. Biotic crises in the history of Upper Silurian graptoloids: a palaeobiological model. - Historical Biology 7, 29-50.
• Urbanek, A. 1996. The origin and maintenance of diversity: a case study of the Upper Silurian monograptids. In: G. Pinna & M. Ghiselin (eds), Systematic Biology as an Historical Science. - Memorie della Societa Italiana di Scienze Naturali 27, 113-127.
• Urbanek, A. 1997. The Ludfordian and early Přidoli monograptids from the Polish Lowland. In: A. Urbanek & L. Teller (eds), Silurian Graptolite Faunas in the East European Platform: Stratigraphy and Evolution. - Palaeontologia Polonica 56, 87 -231.
• Vavilov, N. 1922. The law of homologous series of variation. - Journal of Genetics 12, 47-89.
• Wake D.B. 1996. Schmalhausen's evolutionary morphology and its value in formulating research strategies. In: G. Pinna &M. Ghiselin (eds), Systematic Biology as an Historical Science. - Memorie della Societa Italiana di Scienze Naturali 27, 129-132.
• Walliser, O.H. 1996. Patterns and causes of global events. In: O.H. Walliser (ed.), Global Events and Event Stratigraphy in the Phanerozoic, 7- 19. Springer Verlag, Berlin.
• Webb, G.E. 1994. Parallelism, non-biotic data and phylogeny reconstruction in paleobiology. - Lethaia 27, 185-192.
• Webb, G.E. 1996. Morphological variation and homoplasy: the challenge of Paleozoic coral systematics. - Paleontological Society Papers 1, 135-157.
• Whiting, M.F. & Kelly L.M. 1995. Synapomorphy, monophyly and cladistic analysis: reply to Wilkinson. - Acta Biotheoretica 43, 249-257.
• Wiley, E.O. 1981. Phylogenetics: The Theory and Practice of Phylogenetic Systematics. XV+439 pp. John Wiley and Sons, New York.