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 09:22 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 09:29 am (UTC)Ускоряют мутагенез мутагенные вещества, ультрафиолет, радиация.
no subject
Date: 2013-12-24 09:38 am (UTC)Супер. А почему с людьми не так? Такое впечатление, что наиболее "высокоприспособленные" всеми силами стремятся самоуничтожиться...
Нет предела совершенству?
Date: 2013-12-24 09:42 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 09:49 am (UTC)я про самоорганизацию не говорил, только про мутации. Мутации - это случайные изменения последовательности нуклеотидов в ДНК. Самоорганизация - это намного более сложная вещь.
"приспособление" - это повышение эффективности размножения (а для этого выживание, конечно, тоже необходимо).
"Система" никуда не стремится. Просто если возникает мутация, повышающая эффективность размножения организмов с такой мутацией, то организмы с такой мутацией размножаются эффективнее, и их становится больше. В итоге средняя приспособленность особей в популяции растет.
С людьми все так же. Если какой-то признак толкает кого-то к самоуничтожению (к неоставлению потомства), то этот признак - по определению - не повышает, а снижает приспособленность. Даже если лично нам этот признак нравится.
no subject
Date: 2013-12-24 10:11 am (UTC)Чтобы это отличие ("сбой при копировании") произошло, надо, чтобы, грубо говоря, в нужное время в нужном месте произошел "энергетический удар" достаточной силы.
Поскольку существует тепловое движение (или тепловые колебания) молекул и атомов, причем энергия каждого отдельного движения или колебания является случайной (средняя энергия пропорциональна температуре, но существует и бОльшая, с тем меньшей вероятностью, чем она больше), с некоторой ненулевой вероятностью "энергетический удар", вызывающий мутацию, может произойти за счет одних тепловых эффектов.
Значительно увеличить количество мутаций можно, воздействуя ультрафиолетом, радиацией, химическими мутагенами. Они наносят "энергетические удары" достаточной мощности.
Таковы физико-химические причины мутаций, если в общем виде.
no subject
Date: 2013-12-24 10:15 am (UTC)Да и вполне очевидно, что предел совершенству есть, он определяется чисто физическими ограничениями (невозможен КПД выше 100%, да и к 100% можно лишь приблизиться, но не достичь, и т.д.)
Видимо, процесс эволюции до выхода на плато куда более длителен, чем 50 тысяч поколений (для бактерий, для других живых организмов может быть меньше). Время на это есть - жизнь возникла почти 4 млрд лет назад.
no subject
Date: 2013-12-24 10:17 am (UTC)С людьми ещё более так - половой диморфизм в сочетании с половой конкуренцией позволяет интенсифицировать отбор при любой стабильности внешних условий и отсутствии давления внешней среды.
Суть половой конкуренции это как раз организация внутреннего давления на генотип...
>> Такое впечатление, что наиболее "высокоприспособленные" всеми силами стремятся самоуничтожиться...
"Впечатление" к делу не подошьёшь - выводы следует делать на основании адекватно отобранной и обработанной статистики...
no subject
Date: 2013-12-24 10:18 am (UTC)Не поняла, каким образом неоставление потомства снижает приспособленность особи... Да еще и по определению... Если только рассматривать детей как поддержку в старости, однако, на практике это далеко не всегда так. Вы не могли бы указать источник, где с этой точкой зрения можно ознакомиться подробнее?
no subject
Date: 2013-12-24 10:21 am (UTC)Насчёт впечатлений и статистики, пожалуйста, статистика. В экономически развитых странах рождаемость снижается несмотря на повышение уровня жизни.
no subject
Date: 2013-12-24 10:27 am (UTC)Так если там постоянные мутации, то о каких физических ограничениях идёт речь? Надо будет - и хвост себе отрастят. Вот Вам и не предела совершенству.
no subject
Date: 2013-12-24 10:28 am (UTC)У мутаций нет цели :)
Дык гены особей, не оставляющих потомства, пропадут. То есть приспособленность/выживаемость равна нулю, это хуже, чем любой дефект.
no subject
Date: 2013-12-24 10:29 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 10:29 am (UTC)Дык Ваши рассуждения правомерны только если рассматривать каждую особь как часть системы. Не?
no subject
Date: 2013-12-24 10:50 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 10:52 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 10:54 am (UTC)Любой орган - он не может быть слишком большим. Маленькой мартышке десятиметровый хвост ни к чему - он получится слишком тяжелый (ведь мартышке нужен хвост такой прочности, чтобы на нем висеть, поэтому он не может быть слишком тонким), мартышка его таскать не сможет. Физическое ограничение.
Значит, дорастет хвост до нужной длины - и все, хватит. Дальше невыгодно, выгод от удлинения хвоста меньше, чем невыгод.
Вот Вам и предел совершенству.
no subject
Date: 2013-12-24 11:02 am (UTC)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
Date: 2013-12-24 11:03 am (UTC)Кроме того, несмотря на то, что Вы безусловно правы насчёт ненужности конкретной мартышке конкретного десятиметровго хвоста, мне совершенно не понятны Ваши рассуждения, если применить их сразу ко всей системе живых организмов. Мартышке и повышенный объем мозга тоже был ни к чему, она бы с ним шею себе свернула, прыгая по веткам. Однако ничего - отрастили, и не жалуемся. По крайней мере, некотороые из нас.
no subject
Date: 2013-12-24 11:05 am (UTC)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
Date: 2013-12-24 11:07 am (UTC)Не выдавайте желаемое за действительное.
no subject
Date: 2013-12-24 11:09 am (UTC)В популяции людей наиболее приспособлены нынче китайцы из анекдотов, но это им не нравится, они себя уже давно пытаются ограничить.
no subject
Date: 2013-12-24 11:11 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:13 am (UTC)no subject
Date: 2013-12-24 11:14 am (UTC)