The evolutionary links between fixed and variable traits

• Autorzy: Stearns S C
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper discusses the evolutionary relations between fixed and varying traits. The first puzzle is, how did the fixed traits become fixed? In one scenario, after speciation establishes the independence of the daughter gene-pools, selection canalizes different traits in different species. In each clade, some still-variable traits coevolve with the canalized trait. This embeds the canalized trait in a network of interactions with other traits so that continued successful function depends upon that trait remaining canalized. Clade-specific constraints result because the canalized trait cannot now be changed without incurring costs too high to be paid in the fitness contributions of the other traits, and because the canalized trait is clade-specific. In another scenario, colonization of a new habitat, or evolution of a new stage in the life cycle, produces some ‘temporarily neutral traits’ that had been useful in the old habitat or life cycle. Those traits are then free to evolve for other purposes; some of them become incorporated in structures serving other functions than their ancestral homologues. The process is irreversible, for they cannot evolve back to their previous structures and functions without an unacceptable fitness cost. The second major puzzle is, do the fixed traits affect the further evolution of the traits that remain genetically variable, thus producing clade-specific patterns of response to selection? The impact of discontinuous growth on the expression of genetic variation in size-related traits in arthropods suggests that the answer is yes. Comparative, phylogenetic analysis of the impact of prior fixations on patterns of variation may also yield insights; potential problems are discussed.

PL

W artykule tym przedyskutowane są stosunki ewolucyjne pomiędzy genetycznie utrwalonymi i zmiennymi cechami. Podstawowym zagadnieniem jest to, w jaki sposób następuje utrwalenie cech. Zgodnie z jednym z ewolucyjnych scenariuszy specjacja otwiera możliwość niezależnej ewolucji rozdzielonych pul genowych potomnych gatunków i selekcja może stopniowo kanalizować różne cechy w każdym z powstałych odrębnych ciągów ewolucyjnych. W każdej gałęzi ewolucyjnej pewne wciąż zmienne cechy mogą koewoluować z cechami skanalizowanymi. To wciąga cechy skanalizowane w sieć współzależności z innymi cechami, co z kolei powoduje, że skuteczność funkcjonowania całego organizmu wymaga ich trwałości. W rezultacie powstają cechy specyficzne dla gałęzi ewolucyjnych, bowiem zmiany w utrwalonych już cechach łączyłyby się ze zbyt dużymi kosztami - zmniniejszeniu bowiem mogłaby ulec wartość przystosowawcza powiązanych z nimi innych cech. Zgodnie z alternatywnym scenariuszem kolonizowanie nowych siedlisk lub ewolucyjne wyodrębnienie nowego stadium rozwojowego prowadzić może do uwolnienia pewnych cech jako czasowo neutralnych, choć uprzednio były cechami zdecydowanie użytecznymi. Umożliwia to ich swobodną ewolucję w kierunkach związanych z nowymi przystosowaniami - niektóre z nich mogą być włączone w struktury służące innym funkcjom niż te właściwe dla wyjściowych homologów. Proces jest nieodwracalny, jako że powrót do pierwotnych struktur i funkcji tu również łączyłby się ze znacznymi kosztami. Inne zagadnienie o fundamentalnym znaczeniu to czy istnieje wpływ utrwalenia jednych cech na ewolucję innych, genetycznie zmiennych, który mógłby dawać specyficzne dla gałęzi ewolucyjnych sposoby reagowania na selekcję. Że tak może być, sugeruje związek nieciągłości wzrostu z ekspresją zmienności genetycznej cech zależnych od rozmiarów wśród stawonogów. Rozpoznanie tego rodzaju zjawisk wymaga przeprowadzenia szczegółowych analiz filogenetycznych wpływu uprzedniego utrwalenia cechy na charakter zmienności.

Słowa kluczowe

PL

ciagi ewolucyjne; utrwalenie cech; selekcja; cechy genetyczne; galezie ewolucyjne; ewolucja gatunkow; paleontologia; cechy zmienne

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Palaeontologica Polonica
• Rocznik: 1993
• Tom: 38
• Numer: 3-4
• Opis fizyczny: s.215-232,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Stearns S C

• Laboratoire d'ecologie, Ecole normale superieure, 46, rue d'Ulm, F-75210 Paris, France

Bibliografia

• Alberch, P. 1989. The logic of monsters: Evidence for internal constraint in development and evolution. Geobios, mémoire spécial 12, 21-57.
• Alexander, R. McN. 1983. Animal mechanics. 2nd Ed. 301 pp. Blackwell, Oxford.
• Antonovics, J. & van Tienderen, P. 1991. Ontoecogenophyloconstraints? The chaos of constraint terminology. Trends in Ecology and Evolution 6, 166-168.
• Ebert, D. 1991a. The effect of size at birth, maturation threshold and genetic differences on the life-history of Daphnia magna. Oecologia 86, 243-250.
• Ebert, D. 1991b. Phenotypic plasticity, developmental constraints and the genetics of Daphnia magna Strauss. PhD Thesis, University of Basle.
• Ebert, D. 1992. A food independent maturation threshold and canalization of size at maturity in Daphnia. Limnology and Oceanography 37, 878-881.
• Meinhardt, H. 1982. Models of biological pattern formation. 230 pp. Academic Press, London.
• Nijhout, H.F. 1991. The development and evolution of butterfly wing patterns. 297 pp. Smithsonian Institution Press, Washington.
• Oster, G.F. & Alberch, P. 1982. Evolution and bifurcation of developmental programs. Evolution 36, 444-59.
• Riedl, R. 1975. Die Ordnung des Lebendigen: Systembedingungen der Evolution. 327 pp. Paul Parey, Hamburg.
• Romer, A.S. 1962. The vertebrate body. 627 pp. W.B. Saunders, Philadelphia.
• Schmalhausen, I.I. 1949. Factors of Evolution. The Theory of Stabilizing Selection. 327 pp. Reprinted 1986 by University of Chicago Press.
• Steen, J.B. 1971. Comparative physiology of respiratory mechanisms. 153 pp. Academic Press, New York.
• Thompson, D.W. 1961. On growth and form (abridged edition edited by J.T. Bonner). 346 pp. Cambridge University Press, Cambridge.
• Turing, A.M. 1952. The chemical basis of morphogenesis. Philosophical Transactions of the Royal Society 273B, 37-52.
• Vavilov, N.I. 1922. The law of homologous series in variation. Journal of Genetics 12, 47-89.
• Vogel, P. 1988. Life’s devices: the physical world of plants and animals. 220 pp. Princeton University Press, Princeton.
• Wagner, G.P. & Mischof, B.Y. 1993. How can a character be develomentally constrained despite variation in developmental pathways? Journal of evolutionary Biology 6, 449-455.
• Wake, D.B. & Larson, A. 1987. Multidimensional analysis of an evolving lineage. Science 238, 42-48.
• Weismann, A. 1902. Vorträge über Deszendenztheorie. 354 pp. Fischer Verlag, Jena.
• Williams, G.C. 1992. Natural selection: Domains, levels, and challenges. 208 pp. Oxford University Press, Oxford.