ダーウィンの進化論はラマルク主義を説明できるのか？
あなたが高校の生物学のクラスを取った場合、あなたはおそらくjean-Baptiste Lamarckの進化論と”後天性の継承”に重点を置いていることに精通しています—キリンは木の高い葉に達するために首を長く伸ばしていると思います。 教科書では、ラマルクの理論はしばしばチャールズ-ダーウィンの自然選択による進化論のライバルとして提示されている。, 単純なストーリーは、二つの理論が19世紀にそれを戦ったということであり、ダーウィニズムが勝ったということであり、ラマルク主義の終焉と生物学者が現代の合成と呼ぶものの台頭につながった。
しかし、最近の発見は著しくラマルク風の風味を示しています。 一つの例は、細菌が遭遇したウイルスに関する情報を子孫に渡すことを可能にするＣＲＩＳＰＲ-Ｃａｓシステムである。, また、環境要因の影響を受けた高等動物が世代を超えて子孫に好ましい遺伝的変化を伝える、世代間のエピジェネティック継承の明確な例もあります。 そのようなメカニズムには意味としてのデザイナー：動物の継がれるべきで、その遺伝子情報を獲得しているの環境です。 このような発見は、現代の合成への更新の可能性についての議論を巻き起こしました。 現代の進化論におけるラマルクのメカニズムの役割はありますか？
特定のメカニズムのレベルでは、はい。, 原因のより深いレベルでは、しかし、答えは顕著な”いいえ”です—自然選択は最高に君臨します。 それはどうですか、あなたは尋ねますか？ 初等生物学コースにおけるダーウィンとラマルクの単純化した並置は誤った同値である。 ラマルクの遺伝パターンが存在し、実際に生物にとって有益である（すなわち、それらは進化的適応である）ならば、それらが進化の時間にわたって生じ、維持される唯一の方法はダーウィンの自然選択によるものである。 単にそれを回避する方法はありません。, 今月の私たちのパズルは、世代を越えたエピジェネティックな継承の単純なバージョンを探り、複数の世代にわたる自然選択が、特定の条件下で、そのようなメカニズムを持つ個人を好む方法を示しています。
まず、LamarckとDarwinのアイデアの違いを、頻繁に引用されている例を再訪することによって要約しましょう：キリンの長い首。 Lamarckによると、キリンは長い首を持っていたのは、その祖先が手の届かないところにあった葉を食べるために彼らを伸ばしたからです。, この首の伸びは、現在の長さに達するまで、世代を超えて子孫に引き継がれました。 一方、主流のダーウィンの見解は、キリンの祖先の中では、どの人口にもあるように、首のサイズにばらつきがあったということです。 より長い首を持つキリンは、食物を得ることにより成功し、より長い首の子孫を生産した。 長い首は、このように進化の時間をかけて徐々にキリンの首を長く、すべての世代で”のために選択されました”。, 私たちがもはやラマルクのバージョンを信じていない理由は、遺伝物質が生殖細胞を介して次世代に伝達され、ほとんどの獲得された変化は単に生殖細胞に影響を与えないということです。 これが真実でなければ、科学者August Weismannがやろうとしたように、尾が何世代にもわたって切断されているマウスは、尾なしで生まれるでしょう。 （彼らはそうではない！）さらに、ユダヤ人とイスラム教徒の男性は包皮なしで生まれるだろう。 （割礼の多くの世代にもかかわらず、モヘルはまだ生計を立てることができます。,しかし、生殖細胞が環境の影響を受けることができるという明白な方法があります—変化が病気によって引き起こされ、有害であるとき。 感染症、毒素、または単に老齢は生殖細胞に影響を与え、さまざまな方法で健康でない子孫を産生する可能性があります。 私たちはこれを珍しいものとして、または進化と関係があるとは本当に考えていません。 しかし、変更が良いことが判明した場合はどうなりますか？ 300人の飢饉にさらされた1900年代初頭の有名なスウェーデンの研究であるÖverkalix研究は、顕著な結果を示しました。, 人の祖父母が思春期の前の年にさらされた食糧供給の量は、二世代後にその人の心臓血管リスクに測定可能な影響を与えました。 ある特定の関連では、重要な年齢で貧しい食糧供給にさらされた男性は、二世代後に、孫に心血管死のリスクが測定可能に低いことが判明しました。 どうやらそれは9と12の年齢の間に飢えた父方の祖父を持っていたのに役立ちます！ 同様の変化が動物実験で発見されている。, 例えば、線虫ワームの間で飢饉の生存者は、通常のワームよりも小さく、少ない肥沃ですが、彼らは少なくとも二世代にわたって持続する靭性を獲得します。 さらに、科学者たちは、世代を超えたこのような伝達は、遺伝が通常動作する方法で遺伝子のDNAコードの変化によって起こるのではなく、メチル基の付着による特定の遺伝子の不活性化（DNAメチル化）またはDNAをパッケージ化するタンパク質の構造の変化（ヒストン修飾）などの”エピジェネティックな”メカニズムによって起こることを発見した。, これらの非標準的な”ラマルク”メカニズムは確かに個人に良いまたは適応的な変化を与える可能性があり、進化に拍車をかける可能性があります。 しかし、彼らはどのように生じ、どのように維持されるのでしょうか？ まあ、それはもちろん、ランダムな変化と標準的なダーウィンの自然選択によってなければなりません！ 私たちのパズルの質問でこれを探りましょう。
質問1：
毎年新しい世代を持つ動物が存在するとします。 すべての正常な個人は1の平均を持っています。,通常の年に6生き残った子孫は、動物の適性として定義することができます（それをfと呼びましょう）、その後動物が死ぬ。 飢饉の年の間に、fは1.3に落ちる。 ここで、f値が通常の年では1.5であるが飢饉の年では1.35である小さな個体の束があるとします：彼らの小さな食糧要件は、飢饉をより良く生き残 小さな個人が通常のものよりも良いことをするためには、飢饉がどれくらい続く必要がありますか？ 小さな個人が人口の90パーセントを占める前に、どのように多くの飢饉年？,
質問2:
Epi2sと呼ばれる個体の最初に正常な突然変異体グループが存在すると仮定し、その生殖細胞は、エピジェネティックなメカニズムを介して、第三世代で正常に戻る前に、二世代のために小さなタイプに変化するような方法で飢饉の影響を受ける。 通常の年で始まり、終わる13年の期間を考えてみましょうが、一年の飢饉、二つの二年の飢饉、そしてその間に三年間の飢饉があります。, 三つのグループ（通常、小さな、Epi2s）のどれが最も成功するのでしょうか？ Epi2sが非常に長期的に他の二つのグループを圧倒する飢饉パターンはありますか？
質問3：
上記に別のタイプの動物を追加しましょう：Epi1s、Epi2sのように飢饉の後に小さな子孫に切り替えますが、この場, 20年の期間にわたって、あなたは動物のすべてのタイプ（通常、小さな、Epi1sとEpi2s）がこの期間にわたって仮想平衡に存在するような”飢饉年のスケジュー
これらのビネットが示すように、特性が遺伝的またはエピジェネティックメカニズムによって制御されているかどうかは、自然選択には関係ありません。 重要なのは、生物の環境によって選択されるフィットネスの利点です。, 与えられたグループにフィットネスの利点を与える条件が十分に長く続き、複数の世代にわたってそのグループを選択すると、そのグループが人口を支配し、種の特性が変化する。 したがって、有利なエピジェネティック継承を示す集団のかなりのサブセットが存在する場合、自然選択はそれを維持する可能性が非常に高い。 一方、集団におけるエピジェネティックな改変が有害であれば、自然選択はそれを排除する。, それが私たちにどれほど賢明であっても、ここでは世代を越えて渡るトップダウンで意図的な情報はありません。 これらの考慮事項に基づいて、細菌におけるCRISPR-Casシステムによって具体化される世代間のエレガントな情報伝達がどのように進化したのかを推測
進化における自然選択の盲目のボトムアッププロセスは、その効力を含む方法がなく、適応を生み出すためのライバルメカニズムもないので、深, 哲学者ダニエル-デネットが自然選択を含めることができない”普遍的な酸”に例えたのも不思議ではありません。 非生物学的球における自然選択とその類似体は、宇宙のあらゆるレベルで複雑な新規性を生み出す主要な、または唯一のプロセスかもしれません。 そして、それは私たちが作成した複雑な新規性を含みます。
編集者注：コメントセクションで（コラムニストによって判断されるように）最も興味深い創造的または洞察力のある解決策を提出する読者は、Quanta Magazine, そして、あなたは将来の洞察の列のためのお気に入りのパズルを提案したい場合は、明確に”新しいパズルの提案”とマークされた、以下のコメントとして”（それはオンラインで表示されませんので、上記のパズルの解決策は別途提出する必要があります。）