megmagyarázhatja-e a darwini evolúció a Lamarckizmust?
Ha egy középiskolai biológia órán, talán ismerik Jean-Baptiste Lamarck evolúciós elmélete, s a hangsúlyt a “örökség a megszerzett jellemzők” — hiszem, hogy a zsiráfok nyújtás a nyakukat tovább, hogy elérjük a levelek magas fák. A tankönyvekben Lamarck elméletét gyakran vetélytársként mutatják be Charles Darwin evolúciós elméletének a természetes szelekció révén., Az egyszerű történet az, hogy a két elmélet küzdött ki a 19. században, és hogy a darwinizmus nyert, ami Lamarckism bukása és a nő, amit a biológusok hívják a Modern szintézis.
de a legújabb felfedezések figyelemre méltóan Lamarckian ízt mutattak. Ennek egyik példája a CRISPR-Cas rendszer, amely lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy információt adjanak az utódaiknak a vírusokról., Vannak egyértelmű példák a transzgenerációs epigenetikus öröklésre is, amelyekben a környezeti tényezők által érintett magasabb állatok kedvező genetikai változásokat továbbítanak utódaiknak generációkon keresztül. Az ilyen mechanizmusoknak értelme van számunkra, mint tervezőknek: az állatnak génjeiben tovább kell adnia a környezettel kapcsolatos információkat. Az ilyen felfedezések vitát váltottak ki a Modern szintézis frissítésének lehetőségéről. Van-e szerepe a Lamarcki mechanizmusoknak a modern evolúciós elméletben?
specifikus mechanizmusok szintjén, igen., Az okok mélyebb szintjén azonban a válasz egy hangos ” nem ” – a természetes szelekció uralkodik. Hogy lehet ez, kérdezed? Darwin és Lamarck egyszerű egymásutánja az elemi biológia tanfolyamokon hamis egyenértékűség. Ha léteznek Lamarcki öröklési minták, és valóban hasznosak a szervezet számára (vagyis evolúciós adaptációk), akkor az egyetlen módja annak, hogy az evolúciós idő alatt felmerüljenek és fennmaradjanak, a darwini természetes szelekció. Egyszerűen nem lehet megkerülni., A rejtvények ebben a hónapban felfedezni egy egyszerű változata transzgenerációs epigenetikus öröklés, és azt mutatják, hogy a természetes szelekció több generáció, bizonyos körülmények között, javára az egyének, akik rendelkeznek ilyen mechanizmusok.
először is, térjünk vissza a Lamarck és Darwin elképzelései közötti különbségekre a gyakran idézett példa, a zsiráf hosszú nyakának áttekintésével. Lamarck szerint a zsiráf hosszú nyakát kapta, mert ősei kinyújtották az övüket, hogy olyan leveleket eszik, amelyek csak elérhetetlenek voltak., A nyak ilyen nyújtását utódaiknak adták át, generációkon keresztül, amíg el nem érte a jelenlegi hosszát. Másrészről, a mainstream darwini nézet az, hogy a zsiráf ősein belül a nyakméretek változása volt, mint bármely populációban. A hosszabb nyakkal rendelkező zsiráfok sikeresebbek voltak az élelem megszerzésében, és több hosszabb nyakú utódot hoztak létre. A hosszú nyakat tehát minden generációban “kiválasztották”, fokozatosan meghosszabbítva a zsiráf nyakát az evolúciós idő alatt., Az ok, amiért már nem hiszünk Lamarck változatában, az, hogy a genetikai anyagot csírasejteken keresztül továbbítják a következő generációnak, és a legtöbb megszerzett változás egyszerűen nem befolyásolja a csírasejteket; nagymértékben elszigetelik a környezettől. Ha ez nem lenne igaz, akkor az egerek, akiknek a farkát sok generációra levágják, ahogy azt August Weismann tudós megpróbálta megtenni, farok nélkül születnének. (Ők nem!) Továbbá a zsidó és muszlim férfiak fityisz nélkül születnének. (A körülmetélés sok generációja ellenére a mohels továbbra is megélhet.,)
de van egy nyilvánvaló módja annak, hogy a csírasejtek hatással lehetnek a környezetre — amikor a változásokat rossz egészségi állapot okozza, és káros. A fertőzések, toxinok vagy csak az öregség hatással lehet a csírasejtekre, és különböző módon kevésbé egészséges utódokat hozhatnak létre. Nem igazán tekintjük ezt szokatlannak, vagy bármi köze az evolúcióhoz. De mi van, ha a változások jónak bizonyultak? Az 1900-as évek elején éhínségnek kitett 300 ember híres svéd tanulmánya, az Överkalix tanulmány figyelemre méltó eredményt mutatott., Az élelmiszer-ellátás mennyisége, amelyet egy személy nagyszülei a pubertás előtti években ki voltak téve, mérhető hatással volt az adott személy kardio-érrendszeri kockázatára két generációval később. Egy konkrét egyesület, férfiak, akik voltak kitéve a rossz élelmiszer-ellátás kritikus korban találtak, két generációval később, hogy adott egy mérhetően alacsonyabb a kardiovaszkuláris halálozás kockázatát unokáik. Nyilvánvalóan segít, ha van egy apai nagyapja, aki 9-12 éves kor között éhezett! Hasonló változásokat találtak az állatkísérletekben., Például a fonálférgek körében élő éhínségek túlélői kisebbek és kevésbé termékenyek, mint a normál férgek, de olyan szívósságot szereznek, amely legalább két generációt tart. Mi több, a tudósok azt is megállapították, hogy az ilyen átviteli generációkon át nem történik változás révén a DNS kódolása a gének módon öröklődés általában működik is, de inkább a “epigenetikus” mechanizmusok, mint például a inaktiválása a bizonyos gének által a mellékletet a metil-csoportok (DNS metiláció), vagy a változások a konfiguráció a fehérje -, hogy a csomagok a DNS (histone módosítás)., Ezek a nem szabványos “Lamarckian” mechanizmusok minden bizonnyal képesek arra, hogy jó vagy adaptív változásokat biztosítsanak az egyénekre, és ösztönözhetik az evolúciót. De hogyan keletkezhettek, és hogyan őrizhetők meg? Nos, ennek véletlenszerű variációval és standard darwini természetes szelekcióval kell történnie, természetesen! Fedezzük fel ezt a puzzle kérdéseinkben.
1. kérdés:
Képzeld el, hogy létezik olyan állat, amely minden évben új generációval rendelkezik. Minden normális egyén átlagosan 1.,6 túlélő utód egy normál évben, amelyet úgy lehet meghatározni, mint az állat alkalmasságát (nevezzük f-nek), amely után az állat meghal. Egy éhínségi év alatt az f 1.3-ra esik. Most tegyük fel, hogy van egy csomó kisebb egyének, akiknek f értékek 1.5 normál években, de 1.35 éhínség években: a kisebb élelmiszer-szükséglet segít nekik túlélni éhínség jobb. Mennyi ideig tartana egy éhínség, amíg a kis egyének jobban teljesítenek, mint a normálisak? Hány éhínség évvel azelőtt, hogy a kis egyének a lakosság 90% – át teszik ki?,
2. Kérdés:
Tegyük fel, létezik egy kezdetben normál mutáns csoport az egyének úgynevezett Epi2s, akinek a csírasejtek által érintett évben az éhínség, oly módon, hogy az utódaik változások a kis type két generáció, mielőtt visszatér normális a harmadik generáció, a epigenetikai mechanizmusok. Vegyünk egy 13 éves időszakot, amely normál évekkel kezdődik és végződik, de van egy egyéves éhínség, két kétéves éhínség és egy hároméves éhínség a kettő között., A három csoport közül melyik (normál, kicsi, Epi2s) lesz a legsikeresebb? Vannak olyan éhínségi minták, amelyekben az Epi2-k nagyon hosszú távon túlterhelik a másik két csoportot?
3. Kérdés:
tegyük hozzá, egy fajta állat, hogy a fenti: a Epi1s, amely, mint a Epi2s kapcsolót kis utódok után éhínség, de ebben az esetben az utódok visszatérni a normális után csak egy generáció., Egy 20 éves időszak alatt, tud felér egy “éhínség-év menetrend”, hogy mind a négy fajta állatok (normál, kicsi, Epi1s és Epi2s) létezik virtuális egyensúly ebben az időszakban?
mivel ezek a matricák azt mutatják, nem számít a természetes szelekciónak, hogy a jellemzőket genetikai vagy epigenetikai mechanizmusok szabályozzák-e. Ami számít, az a fitnesz előny, amelyet a szervezet környezete választ ki., Ha a kondíciók, amelyek előnyt biztosítanak egy adott csoport számára, elég hosszú ideig tartanak, és ezt a csoportot több generáción keresztül választják ki, akkor ez a csoport fogja uralni a populációt, és a fajjellemzők változni fognak. Tehát ha van egy olyan népesség jelentős részhalmaza, amely előnyös epigenetikus örökséget mutat, akkor a természetes szelekció nagyon valószínű, hogy fenntartja. Másrészt, ha egy populációban az epigenetikus módosítások károsak, a természetes szelekció megszünteti azt., Nincs fentről lefelé, céltudatos információ, amely generációkon át haladna itt, függetlenül attól, hogy milyen ésszerűnek tűnik számunkra. Ezen megfontolások alapján meg tudja-e spekulálni, hogy a CRISPR-Cas rendszer által a baktériumokban megtestesülő generációk közötti elegáns információátadás hogyan fejlődhetett?
annyira mély és annyira kérlelhetetlen a természetes szelekció vak, alulról felfelé irányuló folyamata az evolúcióban, hogy nincs mód a potenciáljának visszatartására, és nincs rivális mechanizmus az alkalmazkodás megteremtésére., Nem csoda, hogy Daniel Dennett filozófus a természetes szelekciót egy “univerzális savhoz” hasonlította, amelyet nem lehet megfékezni. A természetes szelekció és annak analógjai a nem biológiai szférákban lehetnek a legfontosabb — vagy csak-folyamatok, amelyek összetett újdonságot hoznak létre az univerzum minden szintjén. Ez magában foglalja az általunk létrehozott összetett újdonságot is.
szerkesztő megjegyzése: az olvasó, aki a legérdekesebb, kreatív vagy éleslátó megoldást nyújtja be (az oszlopíró megítélése szerint) a megjegyzések szakaszban, kap egy Quanta magazin pólót., Ha pedig kedvenc rejtvényt szeretne javasolni egy jövőbeli betekintési oszlophoz, küldje el az alábbi megjegyzésként, egyértelműen megjelölve: “új PUZZLE-javaslat.”(Nem jelenik meg online, ezért a fenti puzzle megoldásait külön kell benyújtani.)