macroevolution (![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png)
macroevolution) wrote2013-12-24 01:16 pm
macroevolution) wrote2013-12-24 01:16 pm
Нет предела совершенству?
Долгосрочный 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
no subject
no subject
Организм потребляет энергию (химическую в виде пищи, а фотосинтезирующие - также в виде световой энергии) и расходует ее на:
создание химических веществ, из которых он состоит,
движение,
поддержание гомеостаза (в частности, теплокровные животные основную часть энергии тратят на обогрев себя, чтобы иметь стабильную температуру).
Раз есть преобразование энергии, есть КПД.
Понятно, что при ограниченности ресурсов (а они всегда ограничены) чем выше КПД, тем лучше. Но 100% он достичь не может. То есть рост КПД - дело эволюционно выгодное, но ограниченное пределами возможного роста КПД (на практике, конечно, оно ограничивается раньше тем, что ничто не даром и затраты на рост КПД начинают превышать выигрыш от этого роста).
no subject
Преобразование энергии из точки А в точку Б - да, КПД.
Только вот организм, зараза такая, точками А и Б не ограничивается. Может начать преобразовывать из А в С, или из Б в Д, или из Ю в Ж. и так далее. Как раз из-за ограниченности (и при этом многообразия) ресурсов
no subject
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
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
Фиг с ним с фотосинтезом. Теоретически, конечно, у него есть предел эффективности. Но с гетеротрофами хуже. Потому что когда мы начнем говорить о системе - то нашему термодинамическому КПД мешает кинетика. Иными словами неэффективный организм вполне можете переплюнуть эффективного, просто если жрать будет быстрее. С меньшим КПД, но быстрее. А значит, общий КПД системы будет падать.
ну как с нефтью.
no subject
А хочу я сказать следующее - есть пределы, их же не прейдеши. Скажем, ограниченные химической энергией - энергия связей, все такое.
То есть любой не ограниченный сверху рост рано или поздно упрется в эти пределы (почти наверняка сильно до них не дойдя, пределы возможностей живого далеки от теоретического предела вроде максимального термодинамического КПД и т.п.) и рост перейдет в асимптотическое приближение к реально возможному пределу.
no subject
no subject
Предел есть. Причем "неучтненные факторы" делают его ниже, чем теоретический для простой модели (вроде предельного термодинамического КПД).
Но это и означает, что когда-то совершенствование прекратится где-то у реального предела.
no subject
no subject