Кіріспе
Эволюция, онда өтпелі формалар ерекше тұрақсыз болып, ұзаққа созылмайды. Кванттық эволюция – Джордж Гейлорд Симпсонның көп темпті эволюция теориясының бір бөлігі, ол палеонтологиялық жазбалардағы жоғары таксономиялық топтардың жылдам пайда болуын түсіндіру үшін ұсынылған. Симпсонның пікірінше, эволюциялық жылдамдық топтан топқа және тіпті жақын туысқан топтар арасында да өзгеше. Симпсон осы эволюциялық өзгерістердің әртүрлі жылдамдықтарын брадителикалық (баяу темп), хоротеликалық (орташа темп) және тахителикалық (жоғары темп) деп атады. Кванттық эволюция бұл өзгерістерден өзгешелігі – ол кейбір жануарлар кластарының бейімделу аймақтарында күрт серпіліске алып келді. Сондықтан "квант" сөзі "бар немесе жоқ реакцияны" білдіреді, онда өтпелі формалар аса тұрақсыз болып, осы себепті жылдам және толығымен жойылады. Кванттық эволюция кез келген таксономиялық деңгейде жүруі мүмкін, бірақ ол "отбасылар, қатарлар және сыныптар сияқты салыстырмалы түрде жоғары дәрежедегі таксономиялық бірліктердің" пайда болуында маңызды рөл атқарады.
Quantum evolution is a component of George Gaylord Simpson's multi tempoed theory of evolution proposed to explain the rapid emergence of higher taxonomic groups in the fossil record. According to Simpson, evolutionary rates differ from group to group and even among closely related lineages. These different rates of evolutionary change were designated by Simpson as bradytelic (slow tempo), horotelic (medium tempo), and tachytelic (rapid tempo). Quantum evolution differed from these styles of change in that it involved a drastic shift in the adaptive zones of certain classes of animals. The word "quantum" therefore refers to an "all or none reaction", where transitional forms are particularly unstable, and thereby perish rapidly and completely. Although quantum evolution may happen at any taxonomic level, it plays a much larger role in "the origin taxonomic units of relatively high rank, such as families, orders, and classes."
Өсімдіктердегі кванттық эволюция
Өсімдіктердегі "кванттық эволюция" терминін алғаш рет Верн Грант 1963 жылы қолданды (бб. 458-459). Ол Харлан Льюис пен Питер Х. Рейвеннің 1958 жылғы бұрынғы мақаласына сілтеме жасады, онда Грант Льюис пен Рейвеннің Симпсон анықтаған кванттық эволюцияға "параллель" анықтама бергенін айтты. Льюис пен Рейвен Кларкия туысының түрлерінің пайда болуы хромосомалардың жылдам қайта ұйымдастырылуының нәтижесінде туындайтын түрлену механизміне ие екенін болжады. Кларкияның басқа түрлерінің де хромосомалардың жылдам қайта ұйымдастырылуы арқылы пайда болуы мүмкін екендігі ұсынылды. Осы мысалдардың барлығында, туынды популяциялар ата-аналық түрлерге жақын орналасқан, олармен морфологиялық жағынан өте ұқсас, бірақ хромосомаларындағы көптеген құрылымдық айырмашылықтарға байланысты репродуктивті оқшауланған. Әр ата-аналық түрдің және оның туындысының кеңістіктік орналасуы дифференциацияның жақында болғанын көрсетеді. Кларкияда осы дифференциация үлгісінің қайталануы хромосомалардың жылдам қайта ұйымдастырылуының туыстың эволюциясының маңызды механизмі болғанын көрсетеді. Хромосомалардың осы жылдам қайта ұйымдастырылуы Голдшмидт ұсынған макроэволюцияның механизмі – жүйелі мутациялармен салыстыруға болады. Кларкияда макроэволюция деп сипатталатын физиология мен даму үлгісінде айқын өзгерістер байқалған жоқ. Дегенмен, геномдардың қайта ұйымдастырылуы ата-бабалар популяциясының дамуынан өзгеше бағыттағы келесі эволюцияға жағдай жасауы мүмкін. Ол осы түрлену механизмін сипаттау үшін "катастрофикалық түрлену" терминін қолданды, себебі ол популяция мөлшерінің азаюы және одан кейінгі туыс өсімі хромосомалық қайта құрылымдарға әкелген, ал бұл шағын популяциялардағы ауыр құрғақшылыққа байланысты болды деп болжады. Лесли Д. Готтлиб 2003 жылы өсімдіктердегі тақырыпты қорытындылағанда, кванттық түрленуді ата-бабалар түрлерінің жартылай оқшауланған шеткі популяциясынан жаңа және өте ерекше қыз түрлерінің өркендеуі ретінде анықтауға болады, бұл кросс-өсімді организмде жүзеге асырылады. Географиялық түрленумен салыстырғанда, бұл біртіндеп және консервативті процесс, кванттық түрлену оның фенотиптік немесе генотиптік әсерлерінде немесе екеуінде де жылдам және радикалды болады. Готтлиб Грант анықтағандай, симпатриялық түрленуге репродуктивті оқшаулау кедергісін қалыптастыру үшін бұзылушы таңдау қажет деп санамады, тіпті Готтлиб бұзылушы таңдауды талап ету симпатриялық түрлену жағдайларын анықтау үшін "артық шектеу" екенін мәлімдеді. 2003 жылғы мақаласында Готтлиб Кларкия, Лейя және Стефаномерия өсімдік түрлеріндегі кванттық эволюцияның мысалдарына шолу жасады.
Механизмдер
Симпсонның (1944) пікірінше, кванттық эволюция Сеуолл Райттың кездейсоқ генетикалық дрейф моделінен туындаған. Симпсон эволюцияның маңызды өзгерістері ген ағынынан оқшауланған және шектелген шағын популяциялардың ерекше ген комбинацияларына бейімделуі кезінде пайда болады деп есептеді. Бұл "бейімделусіз кезең" (генетикалық дрейфтің нәтижесінде) кейін (табиғи іріктеу арқылы) деме популяциясын бір тұрақты бейімделу шыңынан екінші бейімделу ландшафтына итермелейді. Дегенмен, өзінің "Эволюцияның негізгі ерекшеліктері" (1953) еңбегінде Симпсон бұл механизм әлі де даулы екенін жазды: "кванттық эволюцияға қадамдық дайындық адаптивті немесе бейімделусіз жолмен туындайды. Жоғарыда айтылғандай, көбінесе адаптивті жолмен туындайды. Осы процесте генетикалық дрейфтің нақты рөлі қазіргі уақытта көбінесе болжамды. Оның маңызды рөлі болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін. Ол кванттық эволюцияның барлық жағдайларында қатыспайды, бірақ оның жиі қатысуы мүмкін деген үлкен ықтимал бар. Егер қатысса, онда ол бастама беруші механизм болып табылады. Дрейф тек төменгі санаттар үшін және сирек жағдайларда ғана жаңа бейімделу аймағына толық көшуді қамтамасыз ете алады". Адаптивті күштерге басымдық беруі Стивен Джей Гулдты "Қазіргі синтездің қатаюына" назар аударуға итерді, бұл 1950 жылдары адаптационизмнің 1930 және 40 жылдардағы механизмдердің көп түрлілігіне қарағанда басымдық алған тенденциясы болды. Симпсон кванттық эволюцияны өзінің ең маңызды жетістігі деп санады, ол "[маған] тиесілі зерттеулердің ең маңызды нәтижесі, сонымен қатар ең даулы және гипотетикалық" екенін айтты.
"whether prospective adaptation as prelude to quantum evolution arises adaptively or inadaptively. It was concluded above that it usually arises adaptively . . The precise role of, say, genetic drift in this process thus is largely speculative at present. It may have an essential part or none. It surely is not involved in all cases of quantum evolution, but there is a strong possibility that it is often involved. If or when it is involved, it is an initiating mechanism. Drift can only rarely, and only for lower categories, have completed the transition to a new adaptive zone." This preference for adaptive over inadaptive forces led Stephen Jay Gould to call attention to the "hardening of the Modern Synthesis", a trend in the 1950s where adaptationism took precedence over the pluralism of mechanisms common in the 1930s and 40s. Simpson considered quantum evolution his crowning achievement, being "perhaps the most important outcome of [my] investigation, but also the most controversial and hypothetical."