Evolution: Wie könnten sich alle nützlichen Eigenschaften gleichzeitig entwickeln?

Ich habe eine grundlegende Frage zur Evolution, auf die ich nie eine Antwort gefunden habe. Ich verstehe, wie Evolution funktioniert, wenn wir uns auf ein bestimmtes Organ oder Merkmal konzentrieren. Mit jeder Generation vermehrt sich ein Organismus wahrscheinlicher, sodass die Eigenschaft, die zum Erfolg führt, häufiger wird. Mein Problem ist zu verstehen, wie sich alle Merkmale gleichzeitig entwickeln können.

Wenn wir auf unsere Vorfahren zurückblicken, haben wir viele verschiedene Arten von Anpassungen entwickelt (in nicht verwandten Bereichen wie Sehvermögen, Nierenfunktion oder eine gesunde Angst vor Raubtieren, Verdauung bestimmter Nährstoffe, ausgewogenes Gehen usw.). Die natürliche Selektion kann nur mit dem arbeiten, was vorhanden ist, daher sind Mutationen wichtig. Aber wenn Mutationen selten sind, scheint es unwahrscheinlich, dass viele (Tausende von) Eigenschaften von Organismen in einer einzigen Generation verbessert werden. Sie müssen sehr viel Glück haben, um alle dafür verantwortlichen Gene zufällig zu verbessern.

Wenn wir also noch einmal auf unsere Vorfahren zurückblicken, haben sie sich in jeder Generation nur in einem oder mehreren Merkmalen verbessert? In diesem Fall würden wir Hunderte von Generationen brauchen, bevor wir uns an jeder "Front" etwas verbessert haben. Bis dahin könnten die anderen Eigenschaften auf eine nicht so vorteilhafte Version "abdriften". (Dies war unter der Annahme, dass sich jede Generation bei einem zufälligen Merkmal verbessert, im Gegensatz zu langen Sequenzen von Generationen, die sich jeweils bei demselben verbessern). Oder gab es immer einige superglückliche Organismen, die zufällig eine Verbesserung bei fast allen verschiedenen Eigenschaften erzielten? Aber nur einige dieser Superglücklichen zu haben, reicht nicht aus. Die guten Eigenschaften garantieren keinen Erfolg, sondern verbessern nur die Chancen. Wir bräuchten also in jeder Generation viele sehr Glückliche.

Hat jemand berechnet oder simuliert, wie die Anpassung an viele verschiedene Merkmale gleichzeitig erfolgen kann ?

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Hat jemand berechnet oder simuliert, wie die Anpassung an viele verschiedene Merkmale gleichzeitig erfolgen kann?

Es gibt viele Studien zu diesem Thema, aber ich verstehe nicht ganz, was Ihr Problem ist. Also werde ich versuchen, ein paar Worte zu sagen, in der Hoffnung, dass das ein bisschen hilft, aber es ist möglich, dass ich den Punkt, den Sie ansprechen möchten, völlig verfehle.

Die Mutationsrate beim Menschen liegt bei ca 1.25 ⋅ 10 − 8 pro Basenpaar pro Individuum pro Generation. Das menschliche Genom enthält etwa 3400 Mpb, was bedeutet, dass Sie es wahrscheinlich tragen 1.25 ⋅ 10 − 8 ∗ 3.4 ∗ 10 9 = 42.5 Mutationen, die keiner Ihrer Eltern in seinem Genom hatte. Wenn Sie nun die Bevölkerungsgröße betrachten, werden Sie sehen, dass jede Generation in der menschlichen Bevölkerung eine ziemlich große Menge an Mutationen auftritt. Mutationen sind also gar nicht so selten! Es könnte jedoch unfair sein, den Menschen als Beispiel zu nehmen, da die Populationsgröße des Menschen sehr groß ist. Wie auch immer, die große Mehrheit der Mutationen ist schädlich. Infolgedessen haben Sie Recht, wahrscheinlich werden in einer bestimmten Population in einer bestimmten Generation nicht viele vorteilhafte Mutationen auftreten und insbesondere nicht in demselben Individuum (außer wenn Sie an Viren denken!).

Nun, je nachdem, wie vorteilhaft die Mutation ist, die Sie in Betracht ziehen (Selektionskoeffizient), abhängig von ihrer Dominanz, abhängig von der (effektiven) Populationsgröße, können Ihre neuen Mutationen einige Generationen dauern, bevor sie in der Population fixiert werden. In dieser Zeit können andere Mutationen auftreten. Und dann ist die Frage sehr interessant. Stellen Sie sich eine Population asexueller Individuen vor, in der zwei vorteilhafte Mutationen existieren (an zwei verschiedenen Loci [= Position auf einem Chromosom]). Da es keine Rekombination gibt (per Definition dessen, was eine asexuelle Population ist), werden diese beiden Mutationen niemals in denselben Individuen gefunden, und wenn eine Mutation eine Fixierung erreicht, bedeutet dies zwangsläufig, dass die andere Mutation verschwunden wäre. In der sexuellen Bevölkerung ist es anders. Die Rekombination ermöglicht, dass die beiden Mutationen,

Hoffe das hat ein bisschen geholfen

Danke. Ich denke, die sexuelle Rekombination ist der Schlüssel zur Antwort auf meine Frage. Es würde der Population ermöglichen, parallel in viele verschiedene Richtungen zu mutieren und die erfolgreichen Mutationen später miteinander zu "verschmelzen". Sehr interessant! Mir war nie klar, dass die Rekombination in dieser Hinsicht so entscheidend ist.
@quorilla Vielleicht möchten Sie einige Vorlesungen über das Konzept der "Müller-Ratsche" halten. Die Abwesenheit/Anwesenheit von Rekombination ist ein sehr interessantes Thema. Beispielsweise führt das Fehlen einer Rekombination zwischen den Chromosomen X und Y dazu, dass das Y-Chromosom schrumpft.
@Remi.b Beziehen Sie sich mit "Mutationsrate" auf jede Art von Mutation oder nur auf Nukleotidsubstitution? Bisher bin ich noch nicht auf die Rate für genomische Umlagerungen (Duplikationen, Löschungen ...) gestoßen.
Nun, es hängt davon ab, welche Studie Sie sich ansehen (erwägen Sie, einige Zahlen zu Bionummern zu finden ). Ich persönlich würde eher denken, dass der Standardfehler für diese Art von Studie groß genug ist, so dass es bei der Schätzung vernachlässigbar ist, ob wir genomische Umlagerungen berücksichtigen oder nicht, da diese Mutationen relativ selten sind. Das ist jedoch nur meine Meinung. Möglicherweise finden Sie einige Schätzungen der relativen Häufigkeit der verschiedenen Mutationstypen in der Arbeit von Sharp
Die Frage nach der „Unwahrscheinlichkeit aller Merkmale“ enthält eine versteckte Annahme: dass Merkmale seit ihrem Erscheinen eine bestimmte Funktion haben. Dies ist jedoch nicht wahr. Hämocyanin ist heute ein Sauerstoffträger, hat aber in der Vergangenheit anaerobe Lebensformen geschützt . Federn ermöglichen heute den Flug, aber sie begannen wahrscheinlich als "Ranken", die eine Isolierung ermöglichten, um sich später zu "verzweigen" und diese Funktion zu verbessern.

Ich denke, das Hauptproblem, das Sie haben, ist in diesem Absatz:

Aber wenn Mutationen selten sind, scheint es unwahrscheinlich, dass viele (Tausende von) Eigenschaften von Organismen in einer einzigen Generation verbessert werden. Sie müssen sehr viel Glück haben, um alle dafür verantwortlichen Gene zufällig zu verbessern.

Da gibt es zwei grundlegende Missverständnisse:

  1. Mutationen sind nicht selten. Sie sind eigentlich sehr verbreitet. Eine der Zellen in Ihrem Körper hat wahrscheinlich gerade eine entwickelt, während Sie diese Antwort gelesen haben.

  2. Es ist in der Tat unwahrscheinlich, dass Tausende von Eigenschaften in einer einzigen Generation „verbessert“ werden. So funktioniert Evolution nicht. Sie müssen sich daran erinnern, dass sich Arten entwickeln, nicht Individuen. Angenommen, ich wurde ausgewählt, weil ich schneller laufe, und meine Partnerin wurde ausgewählt, weil sie klüger ist. Unser Kind könnte beide Eigenschaften aufweisen. Extrapolieren Sie das jetzt auf alle Individuen einer Art und fügen Sie ein paar Millionen Jahre hinzu, und Sie erhalten sowohl Intelligenz als auch Geschwindigkeit, für die ausgewählt wurde.

Schließlich hat Glück sehr wenig damit zu tun. Wir sprechen von einem sehr langsamen Prozess, der über Millionen von Jahren funktioniert. Die Evolution findet nicht über einzelne Generationen statt, die Mutationen, die sie antreiben, mögen es sein, aber nicht der evolutionäre Prozess, durch den diese Mutationen in das Genom der Bevölkerung als Ganzes aufgenommen werden.

Danke. Der Schlüsselsatz lautet: "Also, sagen wir, ich wurde ausgewählt, weil ich schneller laufe, und meine Partnerin wurde ausgewählt, weil sie klüger ist, unser Kind könnte beide Eigenschaften aufweisen." Auf diese Weise erhalten wir die guten Eigenschaften von einer exponentiellen Anzahl erfolgreicher Vorfahren in der Vergangenheit, von denen jeder auf unterschiedliche vorteilhafte Weise mutiert sein könnte.

Die Grundidee ist, dass Mutationen, die verschiedene Merkmale verbessern, bei verschiedenen Individuen auftreten und dann durch Rekombination zusammengeführt werden können. Die Häufigkeit der Rekombination legt also ungefähr die maximale Rate fest, mit der die Population gute Mutationen erwerben kann. Nick Barton und ich haben es berechnet und herausgefunden, dass eine Population ungefähr eine gute Mutation pro Chromosom und Generation erhalten kann: http://www.plosgenetics.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pgen.1002740#pgen -1002740-g008

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