En av de tøffeste konseptene å forstå om evolusjon er dens mangel på retning. Ta det klassiske bildet av menneskets evolusjon, fra knoke-walking ape til sterk, smart jeger:
vi ser dette som den naturlige utviklingen av livet. Sannheten er, det var ingen garanti for at noen store brained primater I Afrika ville ende opp som vi er nå. Det var ikke uunngåelig at vi ble høyere, mindre hårete og smartere enn våre slektninger. Og det var absolutt ikke garantert at enkeltcellede bakterielignende critters endte opp med å bli med i multicellulære organismer, noe som til slutt førte til store hjerneprimater!Evolusjon Er ikke forutsigbar, og tilfeldighet er nøkkelen til å bestemme hvordan ting endres. Men det er ikke det samme som å si at livet utvikler seg ved en tilfeldighet. Det er fordi mens årsaken til evolusjonen er tilfeldig (mutasjoner i våre gener), er evolusjonsprosessene (utvalg) ikke. Det er litt som å spille poker – hånden du mottar er tilfeldig, men oddsen for at du vinner med det er ikke. Og som poker handler det om mye mer enn bare det du får utdelt. Eksterne faktorer-din venns evne til å bløffe deg i ditt pokerspill, eller endre miljøforhold i livets spill-spiller også inn. Så mens evolusjonen ikke er tilfeldig, er det et sjansespill, og gitt hvor mange arter som utdødes, er det en hvor huset nesten alltid vinner.
selvfølgelig er sjanse viktig i evolusjonen. Evolusjon oppstår fordi ingenting er perfekt, ikke engang enzymer som replikerer VÅRT DNA. Alle celler sprer seg og deler seg, og for å gjøre det må de duplisere sin genetiske informasjon hver gang. Enzymer som gjør dette gjør sitt beste for å korrekturlese og sikre at de er trofaste mot den opprinnelige koden, men de gjør feil. De legger i en guanin i stedet for en adenin eller en tymin, og plutselig endres genet. De fleste av disse endringene er stille, og påvirker ikke det endelige proteinet som hvert gen koder for. Men hver gang i en stund har disse endringene større innvirkning, subbing i forskjellige aminosyrer hvis kjemiske egenskaper endrer proteinet (vanligvis verre, men ikke alltid).Eller våre celler gjør større feil-ekstra kopier av hele gener eller kromosomer, etc.
disse genetiske endringene forutser ikke individets behov på noen måte. Giraffer «utviklet» ikke lengre nakke fordi de ønsket å nå høyere blader. Vi» utviklet » ikke større hjerner for å være bedre problemløsere, sosiale skapninger eller jegere. Endringene selv er tilfeldige*. Mekanismene som påvirker frekvensen i en populasjon, er imidlertid ikke. Når en endring lar deg (et mutert dyr) overleve og reprodusere mer enn dine jevnaldrende, er det sannsynlig å bli og spre seg gjennom befolkningen. Dette er valg, mekanismen som driver evolusjonen. Dette kan bety enten naturlig utvalg (fordi det gjør at du løper raskere eller gjør noe for å overleve i ditt miljø) eller seksuelt utvalg (fordi selv om det gjør deg mindre sannsynlig å overleve, graver kyllingene det). Uansett er valget ikke tilfeldig: det er en grunn til at du har travlere enn din beste venn og produsert flere avkom. Men mutasjonen som skjedde i utgangspunktet-nå var det flaks med tegningen.Feil gjort av genetisk maskineri kan føre til store forskjeller i organismer. Ta blomstrende planter, for eksempel. Blomstrende planter har et enkelt gen som gjør mannlige og kvinnelige deler av blomsten. Men i mange arter ble dette genet ved et uhell duplisert for 120 millioner år siden. Dette genet har mutert og gjennomgått seleksjon, og har endt opp modifisert i forskjellige arter på svært forskjellige måter. I rockcress (Arabidopsis) forårsaker den ekstra kopien nå frøputer å knuse åpen. Men det er i snap dragons at vi ser hvordan de minste endringene kan få store konsekvenser. De har også to kopier av genet for å lage reproduktive organer. Men i disse blomstene gjør hver kopi ganske utelukkende mannlige eller kvinnelige deler. Denne typen mannlig / kvinnelig separasjon er det første skrittet mot kjønnene delt inn i individuelle organismer, som vi gjør. Hvorfor? Det viser seg at mutasjoner som forårsaker tilsetning av en enkelt aminosyre i det endelige proteinet, gjør det slik at en kopi av genet bare kan lage mannlige biter. Sånn ja. En enkelt aminosyre gjør et gen mannlig-bare i stedet for både mann og kvinne.
Eller ta noe så spesialisert som fly. Vi liker å tro at flyet utviklet seg fordi noen dyr innså (i en viss forstand) den utrolige fordelen det ville være å ta i luften. Men når du ser på utviklingen av fly, ser det ut til at det utviklet seg, på en måte, ved et uhell. Ta mesterne av fly-fugler – for eksempel.
det er noen viktige endringer i fuglekropper som gjør det slik at de kan fly. Den mest åpenbare, selvfølgelig, er deres fjær. Mens fjær ser ut til å være så ideelt designet for fly, kan vi se tilbake og innse at fjær ikke startet på den måten. Gjennom fantastiske fossile funn kan vi se på hvordan fjær oppsto, og det er klart at de først ble brukt til alt annet enn luftbåren reise. Disse protofeathers var lite mer enn hule filamenter, kanskje mer beslektet med hår, som kan ha blitt brukt på en lignende måte. Flere mutasjoner skjedde, og disse filamentene begynte å forgrene seg, bli sammen. Faktisk, som vi kanskje forventer for en struktur som gjennomgår utvalg og endring, er det dinosaurer med fjærlignende belegg av alle slag, som viser at det var mye genetisk eksperimentering og variasjon når det gjaldt tidlige fjær. Ikke alle disse protofeathers ble valgt for, selv om, og til slutt bare en av disse mange former endte opp som ser ut som den moderne fjær, og dermed gi en unik gruppe av dyr sjansen til å fly.
det er mye variasjon i hva forskere tror disse tidlige fjærene ble brukt til også. Moderne fugler bruker fjær for en rekke funksjoner, inkludert kompisvalg, termoregulering og kamuflasje, som alle har vært involvert i utviklingen av fjær. Det var ingen plan fra begynnelsen, heller ikke fjær oppstår over natten for å plutselig tillate dinosaurer å fly. I stedet førte akkumulasjoner av mutasjoner til en struktur som skjedde for å gi fugler sjansen til å ta i luften, selv om det ikke var den opprinnelige bruken.
det samme gjelder for flygende insekter. Tilbake i det 19. århundre, da evolusjonen var fledging som en vitenskap, spurte St. George Jackson Mivart » Hvilken bruk er en halv vinge?»På den tiden hadde han til hensikt å ydmyke ideen om at vinger kunne ha utviklet seg uten en skaper. Men studier på insekter har vist at en halv vinge faktisk er ganske nyttig, spesielt for akvatiske insekter som steinfluer (nære slektninger av mayflies). Forskere hugget eksperimentelt ned vingene av steinfly for å se hva som skjedde, og det viste seg at selv om de ikke kunne fly, kunne de seile over vannet mye raskere mens de brukte mindre energi til å gjøre det. Faktisk kan tidlige insektvinger ha fungert i gliding, bare senere slik at skapningene kan ta i luften. Fugler kan også bruke en halv vinge-uutviklede vinger hjelper kyllinger å løpe opp brattere åser – så en halv vinge er ganske nyttig.Men det som virkelig er nøkkelen er at hvis du spolde tid og tok en av forfedrene til moderne fugler, en dino med proto-fjær eller et halvvinget insekt og plasserte det i samme miljø med samme økologiske trykk, ville dets decedents ikke nødvendigvis fly.
det er fordi hvis du spiller evolusjon, vet du aldri hva som vil skje. Nylig har forskere vist dette eksperimentelt i laboratoriet Med e. coli-bakterier. De tok en stamme Av E. coli og separerte den i 12 identiske petriskåler som inneholdt en ny matkilde som bakteriene ikke kunne fordøye, og startet dermed med 12 identiske kolonier i et miljø med sterkt selektivt trykk. De vokste dem for rundt 50.000 generasjoner. Hver 500 generasjoner frøs de noen av bakteriene. Noen 31,500 generasjoner senere utviklet en av de tolv koloniene evnen til å mate av det nye næringsstoffet, og viste at til tross for at alle startet det samme, ble opprettholdt under de samme forholdene og utsatt for nøyaktig samme trykk, utviklet evnen til å metabolisere det nye næringsstoffet ikke en garanti. Men enda mer sjokkerende var at når de spilte den koloniens historie, fant de at det ikke alltid utviklet evnen heller. Faktisk, når replayed hvor som helst fra den første til 19,999 th generasjon, uten hell. Noen endringer som skjedde i 20.000 generasjonen eller så – en god 11.500 generasjoner før de kunne metabolisere det nye næringsstoffet – måtte være på plass for kolonien å få sin fordelaktige evne senere.
det er to grunner til dette. Den første er at mutasjonene selv er tilfeldige, og oddsen for de samme mutasjonene som forekommer i samme rekkefølge er slanke. Men det er en annen grunn til at vi ikke kan forutsi evolusjon: genetiske endringer trenger ikke å være ‘ gode ‘(fra et utvalgssynspunkt) for å holde fast, fordi utvalg ikke er den eneste evolusjonære mekanismen i spill. Ja, utvalget er en stor en, men det kan være endringer i frekvensen av en gitt mutasjon i en populasjon uten seleksjon, også. Genetisk drift oppstår når hendelser endrer genfrekvensene i en populasjon uten grunn. En massiv orkan skjer bare for å tørke ut det store flertallet av en slags firfirsle, for eksempel, forlater den ene rare fargede mannen å parre seg med alle jentene. Senere kan den fargen ende opp med å være en god ting og la øglene blande seg i et nytt habitat, eller det kan gjøre dem mer sårbare for rovdyr. Genetisk drift bryr seg ikke en bit.
Hver mutasjon er en gamble. Selv de minste mutasjonene-en endring av et enkelt nukleotid, kalt en punktmutasjon-materie. De kan føre til forferdelige sykdommer hos mennesker som seglcelleanemi og cystisk fibrose. Selvfølgelig fører punktmutasjoner også til antibiotikaresistens i bakterier.
Hva betyr sjansens rolle for vår art? Vel, det har å gjøre med hvor godt vi kan tilpasse seg den forandrede verden. Siden vi ikke kan tvinge kroppene våre til å mutere gunstige tilpasninger (uansett Hva Marvel forteller deg), stoler vi på sjanse til å hjelpe arten vår til å utvikle seg. Og tro meg, vi som en art må fortsette å utvikle seg. Kroppene våre lagrer fett fordi maten var sporadisk, og lagring av fett var den beste løsningen for å overleve perioder med sult. Men nå som egenskap har ført til en epidemi av fedme, og relaterte sykdommer som diabetes. Som sykdommer utvikler seg også, våre behandlinger mislykkes, forlater oss sårbare for masse tap på omfanget av byllepest. Vi kan meget vel være på cusp av slutten av menneskets alder, hvis tilfeldige mutasjoner ikke kan løse problemene som presenteres av vårt raskt skiftende miljø. Hva er sannsynligheten for at mennesket vil fortsette å dominere, spre seg, og holde seg rundt når andre arter går utdødd? Vel, som alle sjansespill, må du se på oddsen:
99,99% av alle artene som noen gang har eksistert, er nå utryddet.
Men igjen – kanskje vår art føler seg heldig.
* hvis du ønsker å komme inn i mer detalj, faktisk, mutasjoner er ikke helt tilfeldig. De er også styrt av naturlige lover – vårt maskineri er mer sannsynlig å sub en adenin for en guanin enn for en tymin, for eksempel. Visse seksjoner er mer sannsynlig å bli invadert av transposoner… osv. Men fra seleksjonens synspunkt er disse endringene tilfeldige – som i, har en mutasjons potensielle selektive fordel eller ulempe ingen effekt på hvor sannsynlig det er å forekomme.
opprinnelig postet November 1st, 2010.
Airoldi, C., Bergonzi, S.,& Davies, B. (2010). Enkelt aminosyre endring endrer evnen til å spesifisere mannlige eller kvinnelige organ identitet Proceedings Av National Academy OF Sciences DOI: 10.1073/pnas.1009050107
XU Xing,& GUO Yu (2009). OPPRINNELSEN og TIDLIG UTVIKLING AV FJÆR: INNSIKT
FRA NYERE PALEONTOLOGISKE OG NEONTOLOGISKE DATA Verbrata PalAsiatica, 47 (4), 311-329
Perrichot, V., Marion, L., Neraudeau, D., Vullo, R., & Tafforeau, P. (2008). Den tidlige utviklingen av fjær: fossile bevis Fra Kritt rav Av Frankrike Proceedings Of The Royal Society B: Biologiske Vitenskaper, 275 (1639), 1197-1202 DOI: 10.1098/rspb.2008.0003
Marden, J., & Kramer, M. (1994). Overflate-Skimming Steinfluer: Et Mulig Mellomstadium I Insect Flight Evolution Science, 266 (5184) , 427-430 DOI: 10.1126 / vitenskap.266.5184.427
DIAL, K., RANDALL, R., & DIAL, T. (2006). Hvilken Bruk Er En Halv Vinge i Økologi og Evolusjon Av Fugler? Biovitenskap, 56 (5) DOI: 10.1641/0006-3568(2006)0562.0.CO;2
Blount, Z., Borland, C., &Lenski, R. (2008). Innledende Artikkel: Historisk beredskap og utviklingen av en nøkkelinnovasjon i En eksperimentell populasjon Av Escherichia coli-Prosedyrer Fra National Academy Of Sciences, 105 (23), 7899-7906 DOI: 10.1073 / pnas.0803151105