Нет предела совершенству?
Dec. 24th, 2013 01:16 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
macroevolutionДолгосрочный эволюционный эксперимент на бактериях, начатый Ричардом Ленски в 1988 году, продолжает приносить интересные результаты. Как выяснилось, по прошествии 50 000 поколений (столько сменилось к февралю 2010 года) подопытные бактерии всё еще продолжают накапливать полезные мутации, неуклонно повышая свою приспособленность к условиям, в которые их поместили экспериментаторы. Рост приспособленности постепенно замедляется, но, судя по всему, не собирается выходить на плато. В шести из 12 подопытных популяций закрепились мутации, резко повысившие темп мутагенеза, что способствовало более быстрому росту приспособленности.
Рис. 1. Рост приспособленности бактерий в течение 50 000 поколений. Показаны усредненные значения по всем 12 подопытным популяциям. По вертикальной оси: относительная приспособленность (скорость роста по сравнению с предковым штаммом). По горизонтальной оси: время в поколениях. Красные линии — гиперболическая модель (приспособленность асимптотически стремится к предельному уровню), синие линии — степенная модель (неограниченный, хотя и замедляющийся, рост приспособленности). A — параметры кривых подобраны на основе данных по всем 50 000 поколений; превосходство степенной модели над гиперболической не очевидно (хотя и выявляется статистическими методами), B — кривые построены для первых 20 000 поколений, пунктиром показаны «предсказания»; видно, что гиперболическая модель хуже предсказывает динамику приспособленности в течение последующих 30 000 поколений, чем степенная.
Итак, рост приспособленности в Долгосрочном эволюционном эксперименте пока не собирается выходить на плато. Несмотря на долгую жизнь в одних и тех же условиях, у бактерий всё еще время от времени закрепляются новые полезные (= повышающие приспособленность к этим условиям) мутации. Удивительная неисчерпаемость адаптационных возможностей, впервые столь наглядно продемонстрированная в эксперименте, имеет огромное значение для понимания эволюции. Ведь можно было предположить (многие так и думали), что в постоянных условиях, тем более в монокультуре, возможности для адаптивной эволюции быстро будут исчерпаны, и система придет в состояние полного стазиса. В таком случае объяснить продолжающуюся эволюцию жизни на нашей планете можно было бы только через постоянные изменения среды (абиотической и биотической).
Рис. 2. Повышение темпа мутагенеза ускоряет адаптацию. Черные точки — усредненные данные по шести популяциям, в которых темп мутагенеза остался на исходном низком уровне. Зеленые треугольники — усредненные данные по трем популяциям, в которых на ранних этапах ДЭЭ (в первые 20 000 поколений) закрепились аллели-мутаторы. Видно, что приспособленность у вторых росла быстрее, чем у первых.
ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ
Рис. 1. Рост приспособленности бактерий в течение 50 000 поколений. Показаны усредненные значения по всем 12 подопытным популяциям. По вертикальной оси: относительная приспособленность (скорость роста по сравнению с предковым штаммом). По горизонтальной оси: время в поколениях. Красные линии — гиперболическая модель (приспособленность асимптотически стремится к предельному уровню), синие линии — степенная модель (неограниченный, хотя и замедляющийся, рост приспособленности). A — параметры кривых подобраны на основе данных по всем 50 000 поколений; превосходство степенной модели над гиперболической не очевидно (хотя и выявляется статистическими методами), B — кривые построены для первых 20 000 поколений, пунктиром показаны «предсказания»; видно, что гиперболическая модель хуже предсказывает динамику приспособленности в течение последующих 30 000 поколений, чем степенная.
Итак, рост приспособленности в Долгосрочном эволюционном эксперименте пока не собирается выходить на плато. Несмотря на долгую жизнь в одних и тех же условиях, у бактерий всё еще время от времени закрепляются новые полезные (= повышающие приспособленность к этим условиям) мутации. Удивительная неисчерпаемость адаптационных возможностей, впервые столь наглядно продемонстрированная в эксперименте, имеет огромное значение для понимания эволюции. Ведь можно было предположить (многие так и думали), что в постоянных условиях, тем более в монокультуре, возможности для адаптивной эволюции быстро будут исчерпаны, и система придет в состояние полного стазиса. В таком случае объяснить продолжающуюся эволюцию жизни на нашей планете можно было бы только через постоянные изменения среды (абиотической и биотической).
Рис. 2. Повышение темпа мутагенеза ускоряет адаптацию. Черные точки — усредненные данные по шести популяциям, в которых темп мутагенеза остался на исходном низком уровне. Зеленые треугольники — усредненные данные по трем популяциям, в которых на ранних этапах ДЭЭ (в первые 20 000 поколений) закрепились аллели-мутаторы. Видно, что приспособленность у вторых росла быстрее, чем у первых.
ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2013-12-24 11:17 am (UTC)А есть ли полная уверенность, что условия действительно никак не менялись?
no subject
Date: 2013-12-24 11:19 am (UTC)Хотя, вообще говоря у эволюции и тупиковые ветви есть, и коллапсы перепотребления нам бактерии постоянно демонстрируют, например, в бражке... С чего Вы взяли, что человечество должно быть устроено иначе? Ща перебродим тут всю планету на угарный газ, и вымрем нафиг, захватив остальные виды за компанию..
Если кто-то из людей с неё сумеет сбежать, чтоб другую планету начать так же употреблять, значит вид человеческий выживет ещё на разок. А то и не на один... Как дрожжи из бражки, оставленные на развод.
no subject
Date: 2013-12-24 11:20 am (UTC)причем даже не то, что нужен - но те, кто успешней пользовался большим объемом - выживали лучше.
вы забываете, что "текущие условия" всегда меняются. и тот, кто вчера быстро убегал от хищника, сегодня не может залезть на дерево, поэтому будет съеден другим.
no subject
Date: 2013-12-24 11:20 am (UTC)А в факты не надо верить, их надо знать.
no subject
Date: 2013-12-24 11:22 am (UTC)Вы ж не скажете, что Вы верите в существование метро, пользуясь им по пути на работу?
no subject
Date: 2013-12-24 11:22 am (UTC)Конечно, КПД - только одно из ограничений. Но оно есть.
Освоение нового - оно ведь не даром. Люди не могут питаться непосредственно нефтью или бензином, хотя эти продукты весьма высокоэнергетичны.
no subject
Date: 2013-12-24 11:24 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:31 am (UTC)Но давайте рассмотрим что-нибудь конкретное. Например, экосистему поверхностного слоя океана.
Вся энергия, получаемая этой экосистемой - солнечная радиация (около 1 киловатта на квадратный метр). в океане есть только вода и минеральные примеси, не являющиеся источником энергии. Солнечная радиация поглощается фотосинтезирующими организмами, их жрут гетеротрофы и т.д. Максимальная продуктивность квадратного метра ограничена поступающей энергией солнечной радиации и КПД каждого элемента цепочки.
no subject
Date: 2013-12-24 11:37 am (UTC)Мозг очень дорог в энергетическом смысле, потребляет массу энергии.
Поэтому мозг слишком крупный, конечно, позволяет лучше соображать, но это не окупается (с какого-то момента его укрупнения) затратами на его содержание.
Чем крупнее организм, тем крупнее может быть мозг (поскольку относительно всего тела он может оставаться не очень большим). Именно поэтому существо с интеллектом человека, но размером с мартышку или кошку (а тем более с муху) невозможно. Чтобы содержать мозг весом порядка килограмма и иметь с него пользу, окупающую затраты, надо весить десятки килограммов.
no subject
Date: 2013-12-24 11:41 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:41 am (UTC)в смысле, приспособленность растет
положить стабильный вид в какую-нибудь стабильную среду, как тех бактерий, тоже наверно можно будет увидеть рост приспособленности.
стабильность в природе - динамическое равновесие
no subject
Date: 2013-12-24 11:43 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:52 am (UTC)Поскольку это относительная скорость роста, то ответ зависит от того, насколько близок физиологический предел скорости роста.
Если он далеко (допустим, составляет 20 единиц по вертикальной оси), то они будут видеть ту же картинку и дальше, то есть, будет непонятно, то ли есть плато, то ли нет. Чем больше данных они будут включать в фитирование, тем больше будет растягиваться гипербола, всегда оставаясь неотличимой от степенной функции.
Если предел близко и составляет, допустим, 1.8 единиц, то плато есть, как ни крути. То есть, по достижении приспособленности в 1.8 бактерии достигнут совершенства.
Я так думаю, что там существует множество пробиваемых пределов. Во всяком случае, на компьютере при абстрактном моделировании генетики, получается "лесенка" из гипербол.
no subject
Date: 2013-12-24 11:53 am (UTC)У Homo sapiens всё строго то же самое. Пока в силу несуществования медицины младенческая и детская смертность были высокими, требовалось рожать детей по максимуму. Родишь 15-17 - глядишь, хотя бы двое из них своих детей оставят. В силу же развития современной медицины (прививки! вакцинация! антибиотики!) эта величина в развитых странах резко пошла на спад. При том, что рождённый ребенок имеет большую вероятность умереть насильственной смертью, чем от болезни, быстро складывается перенаселение и ресурсов начинает не хватать. Для передачи генов теперь теперь требуется куда меньше детей.
Естественно при этом ожидать некой инерционности. Европа/Северная Америка ощутили на себе все прелести медицины раньше и самоорганизовались первыми. Китай вон тоже давно на стратегию контроля рождаемости перешёл. Искренне надеюсь, что и наши братья в Индии, Пакинстане и других проблемных странах тоже поймут всю прелесть этой модели, хотя им конечно активно мешают разного рода религиозные предрассудки.
no subject
Date: 2013-12-24 11:56 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:57 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:58 am (UTC)Да, да, они не случайны. Точнее говоря, отдельные мутации случайны, а их суммарный эффект -- неслучаен. Целью является выживание, всё правильно.
> Или такие рассуждения креационизмом пахнут?
Наука -- это не религия. Наука стремится к истине, а не к сохранению догмутов. Науке плевать, чем "пахнет" истина. Если она "пахнет" креационизмом -- пусть "пахнет". Пусть креационисты немного порадуются, у них так мало радостей в жизни.
no subject
Date: 2013-12-24 11:59 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 12:00 pm (UTC)Началось :)
no subject
Date: 2013-12-24 12:01 pm (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 12:09 pm (UTC)"Разве можно предвидеть шкаф в собственной комнате?"
no subject
Date: 2013-12-24 12:17 pm (UTC)Виды практически стабильны в целом - и внешность, и биохимия, и генокод.
И таких видов не до фига, а до фигища.
Отбор в стабильных условиях в основном оказывает стабилизирующее действие, поскольку оптимум за сколько-нибудь длительное время уже достигнут.
no subject
Date: 2013-12-24 12:17 pm (UTC)Во-вторых есть случайный генетический дрейф. Они поколения как измеряли: из текущей пробирки с N бактерий брали прибзилительно 0,01*N и отселяли в отдельную пробирку со свежим раствором. При такой схеме всегда существует вероятность случайного выбора хуже приспособленных особей. Не очень большая правда.
no subject
Date: 2013-12-24 12:26 pm (UTC)При этом, критерии биологические сильно отличаются от пресловутого "здравого смысла" или социально обусловленных стереотипов.
К примеру, биологический отбор, приводящий к гибели половины популяции от воздействия неблагоприятного фактора может расцениваться исследователем, как "успешный" или "благоприятствующий дальнейшему выживанию", если в генном банке оставшейся половины прочно закрепился признак, обеспечивающий противостояние угрозам со стороны внешней среды и размер остаточной популяции превышает критическую массу.
В "человеческих" ("гуманистических") критериях подобный исход считается абсолютной катастрофой.
Что касается связи уровня жизни с рождаемостью - так это как раз чётко действующий биологический механизм гомеостазиса. Иначе б человечество давно бы уже повторило судьбу молочнокислых бактерий, попавших в крынку с молоком - взрывообразный рост популяции, которая в конечном итоге погибает, захлебнувшись продуктами собственного метаболизма (которые мы с удовольствием потребляем).
Тем не менее, МКБ не вымерли - и прекрасно выживают. Такова тактика и стратегия видов, использующих периодически возникающие ресурсы - они подъедают вчистую всё, а потом оставляют споры в ожидании следующего цикла.
Пример со снижением рождаемости при улучшении качества жизни показывает, что хомосап использует иные стратегии выживания, чем МКБ.
Только и всего.
Главная ошибка, которую вы делаете (вместе с теми, кто разделяет с вами подобные взгляды) - вы необоснованно экстраполируете местный тренд (снижение рождаемости здесь-и-сейчас) на все возможные условия. Но ведь никто не знает, до какой глубины отрицательная корреляция будет главенствовать - ведь скорей всего при достижении критического порога численности (плотности популяции) включатся механизмы регулирования противоположной направленности.
Потому алармизм не есть истина в последней инстанции...
no subject
Date: 2013-12-24 12:35 pm (UTC)Ошибка только в том, что ни о какой памяти тут речь и не идёт. Если бактерия УЖЕ может жить и там и там - хорошо. А если может жить ТОЛЬКО в одной среде, то факт, что какие-то бактерии вдруг смогли жить в другой - есть налицо эволюция.