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향상진화와 분지진화
진화에는 향상진화와 분지진화가 있는데 향상진화는 한 계보 안에서 일어나고 분지진화는 한 계보가 둘 이상의 계보로 분지하는 것이다.
200만 년을 거치는 동안 인류 두개골의 크기를 2배로 증가시키고 말발굽의 수를 4개에서 1개로 감소시킨 진화는 향상진화의 대표적인 예이며, 200만 종 이상되는 다양한 생물을 만들어낸 것은 분지진화의 대표적인 예이다. 분지진화의 가장 본질적인 기능은 종분화로서 이 과정에 의해 1종이 둘 이상의 종으로 분지한다.
시간이 흐르면서 종들은 향상진화의 결과로 더욱 분화되어 수백만 년 전에는 가까운 종이었던 2종의 후손들이 지금은 다른 속 또는 과(科)와 같은 매우 다른 분류학적 범주로 분류된다. 생물들의 진화는 계통수에서 시간이 지남에 따라 둘 이상으로 나뉘는 가지로 표현된다. 가지는 진화하는 계보들을 나타내는데 그들 중 어떤 것은 멸종되어 사라졌고, 어떤 것들은 그대로 지속하거나 파생된 계보 속에서 현재까지 지속하고 있다. 계통적 유연관계는 몇몇 상보적인 증거로 확인된다.
첫째로 화석기록은 생물들 사이의 유연관계에 대한 명확한 증거를 제공한다. 둘째로 계통에 관한 정보는 살아 있는 생물들의 형태적 비교로부터 얻어진다. 비교발생학·세포학·행동학·생물지리학 등 다른 생물분야에서 부차적인 지식이 오기도 했지만 대부분의 정보는 비교해부학에서 얻은 것이다. 최근에는 단백질 및 핵산과 같은 거대분자의 비교 연구가 계통 연구의 강력한 도구가 되고 있다.
수렴진화와 평행진화
인간·고래·개·박쥐 등의 앞다리에서 볼 수 있듯이 공동조상으로부터의 유전에 기인하는 유사성을 상동이라 한다.
반면 새와 파리의 날개에서 볼 수 있는 것처럼 기능의 유사성에 기인하여 특징이 일치되지만 공동조상과는 관련이 없는 것을 상사라고 한다. 독립적인 진화를 통해 비슷하게 된 특징을 수렴이라 하는데, 새·박쥐·파리 등의 날개처럼 대개 기능의 유사성과 연관되어 있다. 평행진화와 수렴진화가 늘 분명히 구별되지는 않는다.
그러나 엄밀히 구분하자면, 수렴진화는 자손들이 서로 닮았을 때 일어나며, 평행진화는 둘 이상의 계보가 비슷한 방법으로 변화해온 결과 자손들이 닮게 되는 것이다. 오스트레일리아의 유대류에는 다른 지역의 유태반포유류와 평행하게 진화하여 늑대·고양이·쥐·다람쥐·두더지·개미핥기를 닮은 종류들이 있다. 유태반포유류와 대응하는 이들 오스트레일리아 유대류는 독립적으로 진화했지만 비슷한 방식의 적응을 통해 평행하게 진화해온 것이다.
점진적 진화와 계단식 진화
화석 기록은 형태적 진화가 점진적인 과정에 의한 것임을 보여준다.
진화적 변화는 보통 상대적으로 작은 변화들이 축적된 것이지만 화석 기록은 불연속적이다. 어떤 고생물학자들은 화석 기록의 불연속이 기록상의 공백에 의해 만들어진 인위적인 것이 아니라 진정한 형태적 진화를 반영한다고 주장한다. 이러한 형태적 진화는 새로운 종의 형성과 관련된 갑작스런 변화로 일어난다. 대부분의 형태적 변화는 종분화가 일어나는 짧은 시간 동안에 일어나고 그뒤에는 사실상 거의 변화가 없다는 이러한 주장은 계단식 진화로 알려져 있다.
화석 기록의 형태적 진화가 계단식인가 점진적인가 하는 것이 오늘날 논란이 심한 부분이다.
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