Voiko Darwinin evoluutio selittää Lamarckismia?
Jos olet ottanut lukion biologian luokassa, olet todennäköisesti tuttu Jean-Baptiste Lamarck on evoluutioteoria ja sen korostaminen, että ”perintö hankittujen ominaisuuksien” — ajatella, kirahveja venyttämällä kaulaa kauemmin päästä lehdet korkeita puita. Oppikirjoissa Lamarckin teoria esitetään usein Charles Darwinin evoluutioteorian kilpailijana luonnonvalinnalla., Yksinkertainen juoni on, että kaksi teoriaa taisteli sen 19th century ja että Darvinismi ei, mikä Lamarckism kuolema ja nousu, mitä biologit kutsuvat Moderni Synteesi.
, mutta tuoreissa löydöissä on ollut huomattavan Lamarckilainen maku. Yksi esimerkki on CRISPR – cas-järjestelmä, jonka avulla bakteerit voivat välittää tietoa jälkeläisilleen kohtaamistaan viruksista., On olemassa myös selkeitä esimerkkejä transgenerational epigeneettinen periytyminen, jossa korkeammat eläimet vaikuttavat ympäristötekijät lähettää suotuisa geneettinen muutoksia niiden jälkeläisistä yli sukupolvien. Tällaiset mekanismit ovat meille suunnittelijoina järkeviä: eläimen pitäisi siirtää geeneissään eteenpäin tietoa, jonka se on saanut ympäristöstä. Tällaiset löydöt ovat herättäneet keskustelua siitä, olisiko nykyaikaiseen synteesiin mahdollista päivittää. Onko Lamarckilaisilla mekanismeilla merkitystä modernissa evoluutioteoriassa?
spesifisten mekanismien tasolla Kyllä., Syvemmällä syiden tasolla vastaus on kuitenkin raju ”ei” – luonnonvalinta hallitsee korkeinta. Miten se on mahdollista? Darwinin ja Lamarckin yksioikoinen vastakkainasettelu alkeisbiologian kursseilla on väärä vastaavuus. Jos Lamarckian kuvioita perintö on olemassa, ja ovat todellakin hyödyllisiä organismin (että on, ne ovat evoluution mukautukset), niin ainoa tapa, että he voivat on syntynyt ja säilynyt evoluution aika on Darwinin luonnonvalinta. Sitä ei yksinkertaisesti voi kiertää., Meidän palapelit tässä kuussa tutkia yksinkertainen versio transgenerational epigeneettinen periytyminen ja näyttää, miten luonnollinen valinta useille sukupolville voivat, tietyin edellytyksin, suosivat henkilöitä, joilla on tällaisia mekanismeja.
ensin kerrataan erot Lamarckin ja Darwinin ideoiden välillä revisitoimalla usein mainittu esimerkki: kirahvin pitkä kaula. Mukaan Lamarck, kirahvi sai pitkän kaulansa, koska sen esi-isät venytetty heidän syödä lehdet, jotka olivat juuri ulottumattomissa., Tämä kaulan venytys periytyi heidän jälkeläisilleen yli sukupolvien, kunnes se saavutti nykyisen pituutensa. Toisaalta valtavirran Darwinilainen näkemys on, että kirahvin esi-isien keskuudessa kaulan koot vaihtelivat, kuten missä tahansa populaatiossa. Pidempikaulaiset kirahvit onnistuivat paremmin saamaan ruokaa ja tuottivat pidempikaulaisempia jälkeläisiä. Pitkä kaula olivat näin ”valittu” jokainen sukupolvi, vähitellen pidentämällä kirahvin kaula vuosien evoluution aikana., Syy emme enää usko Lamarck versio on se, että geneettinen materiaali on toimitettava seuraavan sukupolven kautta sukusoluja, ja eniten hankittu muutokset eivät yksinkertaisesti vaikuttaa sukusolujen; ne ovat suuressa määrin, eristetty ympäristöstä. Jos tämä ei olisi totta, hiiret, joiden pyrstö on katkaistu moneksi sukupolveksi, kuten tiedemies August Weismann yritti tehdä, syntyisivät ilman häntiä. (He eivät ole!) Lisäksi juutalaiset ja muslimimiehet syntyisivät ilman foreskinseja. (Huolimatta monista ympärileikkaussukupolvista mohels voi silti saada elantonsa.,)
Mutta on ilmeinen tapa, että sukusolujen voidaan vaikuttaa ympäristöön, kun muutokset on aiheuttanut sairastumista ja ovat vahingollisia. Infektiot, toksiinit tai vain vanhuus voivat vaikuttaa sukusolujen ja tuottaa jälkeläisiä, jotka ovat vähemmän terveitä eri tavoin. Emme pidä tätä mitenkään poikkeuksellisena tai evoluutioon liittyvänä. Mutta entä jos muutokset osoittautuvat hyviksi? Kuuluisa ruotsalainen tutkimus, jossa 300 ihmistä altistui nälänhädälle 1900-luvun alussa, Överkalixin tutkimus osoitti merkittävän tuloksen., Määrä ruokaa tarjonta, että henkilö on isovanhemmat olivat alttiina niiden pre-pubertal vuotta ollut mitattavissa olevaa vaikutusta, että henkilö on sydän-ja verisuonitautien riskiä, kaksi sukupolvea myöhemmin. Yksi erityinen yhdistys, miehet, jotka olivat olleet alttiina huono ruoka tarjonta kriittisessä iässä havaittiin, kaksi sukupolvea myöhemmin, on koitunut merkittävästi pienempi riski sydän-ja verisuoniperäinen kuolema heidän lastenlasta. Ilmeisesti auttaa, että isä-isoisä nääntyi nälkään 9-12-vuotiaana! Vastaavia muutoksia on havaittu eläinkokeissa., Esimerkiksi sukkulamatojen nälänhädästä selviytyneet ovat pienempiä ja vähemmän hedelmällisiä kuin tavalliset madot, mutta ne saavat sitkeyden, joka kestää vähintään kaksi sukupolvea. Mitä enemmän, tutkijat ovat myös todenneet, että tällainen siirto sukupolvelta toiselle ei tapahdu muutoksen kautta DNA-koodaus geenien tavalla, perinnöllisyys toimii yleensä, vaan läpi ”epigeneettiset” mekanismien, kuten inaktivointi tiettyjen geenien, jonka kiinnitys metyyli-ryhmien (DNA metylaatio) tai muutosten kautta kokoonpano proteiinia, että paketit DNA (histoni muutos)., Nämä epätyypilliset ”Lamarckian” – mekanismit voivat varmasti antaa hyviä tai mukautuvia muutoksia yksilöille, ja ne voivat kannustaa evoluutiota. Mutta miten ne ovat voineet syntyä, ja miten niitä ylläpidetään? No, sen täytyy tapahtua satunnaisen vaihtelun ja normaalin darwinilaisen luonnonvalinnan avulla, tietenkin! Tutkitaan tätä pulmakysymyksissämme.
1. Kysymys:
Kuvittele, että on olemassa eläin, joka on uusi sukupolvi, joka vuosi. Jokaisella normaalilla yksilöllä on keskimäärin 1.,6 elossa jälkeläisiä normaali vuosi, joka voidaan määritellä eläimen kunto (kutsukaamme sitä f), jonka jälkeen eläin kuolee. Nälkävuoden aikana f putoaa 1,3: een. Nyt oletetaan, että on olemassa joukko pienempiä yksilöitä, joiden f-arvot ovat 1,5 normaaleina vuosina, mutta 1.35 nälänhädän vuosina: niiden pienempiä ruoka vaatimus auttaa heitä hengissä nälänhätää parempi. Kuinka kauan nälänhädän pitäisi kestää, jotta pienet yksilöt pärjäisivät normaalia paremmin? Kuinka monta nälkävuotta ennen kuin pienet yksilöt muodostavat 90 prosenttia väestöstä?,
2. Kysymys:
Oletetaan, että on olemassa aluksi normaali mutantti ryhmä yksilöitä kutsutaan Epi2s, jonka sukusolujen vaikuttaa vuoden nälänhädän siten, että niiden jälkeläiset muutoksia pieni tyyppi kaksi sukupolvea, ennen kuin ne palaavat normaaliin kolmannen sukupolven, läpi epigeneettiset mekanismit. Ajatellaanpa 13-vuotista ajanjaksoa, joka alkaa ja päättyy normaaleihin vuosiin, mutta jonka välissä on yhden vuoden nälänhätä, kaksi kahden vuoden nälänhätä ja kolmen vuoden nälänhätä., Mikä kolmesta ryhmästä (normaali, pieni, Epi2s) menestyy parhaiten? Onko olemassa nälkäkuvioita, joissa Epi2: t valtaavat kaksi muuta ryhmää hyvin pitkällä aikavälillä?
3. Kysymys:
katsotaanpa lisätä toisen tyyppisen eläimen yläpuolella: Epi1s, joka kuten Epi2s kytkin pieni jälkeläiset jälkeen nälänhätä, mutta tässä tapauksessa jälkeläiset palata takaisin normaaliksi, kun vain yksi sukupolvi., Yli 20 vuoden ajan, voit keksiä ”nälänhätä-vuoden aikataulu” siten, että kaikki neljä eri eläimiä (normaali, pieni, Epi1s ja Epi2s) olemassa virtuaalinen tasapainon yli tämän ajan?
Koska nämä vinjetit ssa, se ei ole väliä luonnollinen valinta, onko ominaisuudet ovat määräysvallassa geneettinen tai epigeneettinen mekanismeja. Tärkeintä on kehon ympäristön valitsema kuntoetu., Jos olosuhteet, jotka antavat kunto-etu tietyn ryhmän viime tarpeeksi kauan ja valita, että ryhmä useiden sukupolvien ajan, niin että ryhmän tulee hallita väestön, ja lajin ominaisuudet muuttuvat. Joten jos on olemassa melkoinen osajoukko väestöstä, jolla on edullinen epigeneettinen perintö, luonnonvalinta on hyvin todennäköisesti säilyttää se. Toisaalta, jos epigeneettiset muutokset populaatiossa ovat vahingollisia, luonnonvalinta poistaa sen., Täällä ei ole ylhäältä alaspäin suuntautuvaa, tarkoituksellista tietoa, joka kulkee sukupolvien yli, vaikka se tuntuisi meistä kuinka järkevältä. Näiden näkökohtien perusteella, voitko spekuloida, miten tyylikäs tiedonsiirron sukupolvien, joka on kirjattu CRISPR-Cas järjestelmä bakteerien olisi voinut kehittyä?
niin syvä ja niin vääjäämätön on luonnonvalinnan sokea, alhaalta ylöspäin etenevä prosessi evoluutiossa, että sen tehoa ei voi mitenkään hillitä, eikä kilpailevaa mekanismia sopeutumisen luomiseen., Ei ole ihme, että filosofi Daniel Dennett on verrannut luonnonvalintaa ”universaaliseen happoon”, jota ei voi hillitä. Luonnollinen valinta ja sen analogit ei-biologinen aloilla voi olla merkittävä — tai vain — prosesseja että luoda monimutkaisia uutuus kaikilla tasoilla maailmankaikkeudessa. Ja siihen sisältyy meidän luomamme monimutkainen uutuus.
toimittajan huomautus: reader, joka esittää mielenkiintoisia, luovia tai oivaltava ratkaisu (arvioidaan kolumnisti) kommentit osiossa saavat Quanta-Lehden T-paidan., Ja jos haluat ehdottaa suosikki palapeli tulevaisuuden oivalluksia sarake, lähetä se kommentti alla, selvästi merkitty ” uusi palapeli ehdotus.”(Se ei näy verkossa, joten ratkaisut edellä olevaan palapeliin on toimitettava erikseen.)