Wenn eine Eigenschaft für einen Organismus vorteilhaft wäre, warum hat sie sich dann noch nicht entwickelt?
Umgekehrt, wenn eine Eigenschaft nicht vorteilhaft oder leicht nachteilig ist, warum existiert sie dann?
Mit anderen Worten, warum macht die Evolution den Organismus nicht „perfekter“?
Dies ist eine allgemeine Frage, die für jede Art von Merkmal anwendbar wäre. Bitte halten Sie die Antworten präzise und wissenschaftlich.
Lesen Sie diesen Meta-Beitrag für weitere Informationen: Fragen zu evolutionären Gründen
Bei der Auswahl werden Personen mit nachteiligen Eigenschaften ausgesondert. Wenn der Selektionsdruck nicht stark genug ist, bleiben leicht nachteilige Merkmale in der Population bestehen.
Die Gründe dafür, warum ein Merkmal nicht entwickelt wird, obwohl es für den Organismus vorteilhaft sein kann, sind:
Evolution ist kein gerichteter Prozess und sie versucht nicht aktiv nach einem Optimum zu suchen. Ohne Selektionsdruck hat die Fitness eines Individuums keine Bedeutung.
Das Offensichtlichste ist immer: Evolution ist Zufall.
Einige Merkmale ermöglichen es einem Individuum, eine höhere Chance zu haben, Nachkommen zu zeugen. Das bedeutet nicht, dass Personen mit diesem Merkmal mehr Nachkommen haben, nicht einmal im Durchschnitt, es sei denn, das Gesetz der großen Zahl gilt. Ein zufällig mutiertes perfektes Eichhörnchen könnte auftauchen, und da es nur eines ist, wird es von einem Auto überfahren, bevor es sich reproduzieren kann, und alle perfekten Eigenschaften gehen verloren.
Dann besteht die Möglichkeit, dass eine Eigenschaft für das Individuum von Vorteil ist, sich jedoch nicht wesentlich auf die Wahrscheinlichkeit auswirkt, Nachkommen zu haben. Nehmen Sie zum Beispiel das menschliche Sehvermögen. Menschen mit sehr schlechtem Sehvermögen haben einen Nachteil. Aber die meisten Menschen haben ein ausreichendes Sehvermögen, bis sie zu alt sind, um Kinder zu haben, also spielt es für die Evolution keine Rolle, wenn sie danach von einer Klippe stürzen. Es kann sogar von Vorteil sein, wenn Kinder keine Ressourcen aufwenden müssen, um sich um ihre Eltern zu kümmern.
Und ein sehr schöner Effekt ist ein Schwarmeffekt, bei dem man ganze Schwärme zum Beispiel von Fischen betrachtet. Nehmen Sie einen Schwarm oder eine Gemeinschaft, die sich hauptsächlich in sich selbst reproduziert, wo aus irgendeinem Grund nur Eigenschaften vererbt werden können, die für das Individuum vorteilhaft sind. Sobald der Schwarm in Konkurrenz zu einem überlegenen Schwarm gerät – wobei Eigenschaften vererbt wurden, die dem Schwarm zugute kamen – kann der gesamte ehemalige Schwarm sterben.
Es gibt auch die Wirkung der Gesellschaft. Wenn eine Gesellschaft während eines Jahrzehnts denkt, dass Menschen mit grünen Haaren keine attraktiven Partner sind - obwohl es besser für die Tarnung ist -, ist es scheiße, in diesem Jahrzehnt grüne Haare zu haben. Das gilt nicht nur für Menschen. Ich erinnere mich gelesen zu haben, dass sich bei einigen Vogelarten der Gesang entwickelt und welche Lieder "hip"/attraktiv sind, hängt von sozialen Faktoren und Genen ab. Stellen Sie sich vor, was passiert wäre, wenn einer kleinen Anzahl von Menschen während der Zeit der spanischen Inquisition Fledermausflügel wachsen ließen, die sie vollständig flugfähig machten – anstatt das neue Gen zu verbreiten, das sie auf einem Scheiterhaufen verbrannt hätten.
Vergessen wir nicht den wirklich coolen Effekt der frequenzabhängigen Selektion, bei der ein Merkmal nur dann von Vorteil ist, wenn es nicht zu viele andere Individuen haben. Diese Merkmale können für ein Individuum, eine Art oder beide von Vorteil sein, aber nur, wenn nicht zu viele Individuen das Merkmal tragen. Eine Gemeinschaft von Menschen kann von superschlauen Menschen profitieren, die nur begrenzte Kontrolle über ihren Körper und ihre Emotionen haben, aber wenn alle Menschen in der Gemeinschaft so sind, hat die Gemeinschaft ein Problem.
Nicht zuletzt die Veränderung der äußeren Bedingungen. Wenn sich die Bedingungen ändern, werden viele Arten einfach aussterben (z. B. Eiszeit). Stellen Sie sich vor, alle Viren verschwinden. Wenn es keine Viren gibt, ist eine Eigenschaft, die das Immunsystem effizienter gegen Bakterien und Krebs macht, auf Kosten der fehlenden Abwehr gegen Viren, eindeutig ein vorteilhafter Handel. Dann kommen Viren zurück und jede Art, die die Eigenschaft "keine Abwehr gegen Viren" angepasst hat, stirbt an einer Virusinfektion aus. Dadurch kann es vorteilhaft sein, neue Merkmale nicht zu schnell anzupassen.
Zusammenfassend: Indem man akzeptiert, dass die Evolution ein zufälliger Prozess ist, bei dem Individuen mit vorteilhafteren Eigenschaften einfach etwas wahrscheinlicher mehr Nachkommen haben und bei dem ganze Gemeinschaften oder Unterarten mit etwas größerer Wahrscheinlichkeit aussterben, wenn die Eigenschaften weniger vorteilhaft für die Gemeinschaft sind, Sie erhalten alle oben genannten Effekte und viele mehr. Denken Sie daran, dass Personen mit vorteilhaften Eigenschaften keineswegs garantiert mehr Nachkommen haben, und dass Gemeinschaften aufgrund aller Arten von Vorfällen ausgelöscht oder gedeihen können, die völlig ignorieren, wie vorteilhaft oder nachteilig ihre Eigenschaften sind.
Denn Evolution ist eine Wirkung, keine Ursache. Das heißt, es gibt da draußen keinen „ Gott der Evolution “, der entscheidet, dass diese oder jene Eigenschaft für eine Spezies vorteilhaft wäre, und beschließt, sie hinzuzufügen. Evolution funktioniert* einfach mit allen zufälligen Variationen, die zufällig auftreten.
*Und wie andere bereits betont haben, funktioniert es statistisch, nicht deterministisch.
Unten sind die Gründe, die mir einfallen. Die Liste ist nicht vollständig und es gibt einige konzeptionelle Überschneidungen.
Das Merkmal scheint vorteilhaft zu sein, ist es aber nicht, vielleicht aufgrund seiner Wirkung auf eine andere Komponente der Fitness (Kompromiss). Es scheint mir die wahrscheinlichste Erklärung zu sein, wenn Sie sich fragen, warum eine bestimmte Art ein bestimmtes Merkmal nicht trägt. Mit anderen Worten, die Fitnesslandschaft ist wichtig.
Das Merkmal ist nicht so einfach aufzubauen, es erfordert eine Reihe von Mutationen, die entweder neutral, quasi-neutral oder schädlich sind.
Die Mutation hat einfach noch nicht stattgefunden (lag load).
Die mutierte Variante war mehrmals aufgetaucht, starb aber aufgrund genetischer Drift aus, obwohl sie von Vorteil war (unter der Annahme, dass kein Fitness Valley zu überqueren war).
Wenn man die beiden vorherigen Punkte zusammenfasst, wenn nur eine Mutation (ein SNP) benötigt wird, um dieses Merkmal aufzubauen, und wenn das Merkmal vorteilhaft, aber quasi neutral ist, dann ist die erwartete Zeit vor dem Auftreten der Fixierung ungefähr Generationen. Hier ist der Grund. Lassen sei die Populationsgröße und sei die Mutationsrate. In einer diploiden Population (aber das Endergebnis ist das gleiche für die Haploiden) gibt es erscheinen an dieser Stelle jede Generation. Da die Mutation quasi-neutral ist, ist ihre Fixierungswahrscheinlichkeit (berechnet aus Wright-Fisher-Gleichungen oder Moran-Geburts-Todes-Prozess oder aus Kimuras Diffusionsgleichung) gleich . Daher ist die Rate, mit der eine Fixierung auftritt, . für ein SNP in einer Art, die ein großes Genom hat, ist in der Nähe . Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Fixierung auftritt in Generationen ergibt sich aus der Exponentialverteilung mit Parameter ad der Erwartungswert dieser Exponentialverteilung ist Generationen. Wenn es eine Generation pro Jahr gibt, nimmt das viel Zeit in Anspruch! Natürlich sind diese Berechnungen eine gute Annäherung, wenn das interessierende Merkmal quasi-neutral ist. Wenn die positive Selektion bei diesem Merkmal sehr, sehr stark ist, bis zu dem Punkt, an dem wir Drift vollständig vernachlässigen können, dann ist die erwartete Zeit für das Auftreten der Mutante , welches ist für eine Einwohnerzahl von das ist immer noch ziemlich viel. In der Zwischenzeit kann sich die Umgebung oder der genetische Hintergrund ändern, sodass das Merkmal nicht mehr vorteilhaft ist. Die obigen Berechnungen gingen davon aus, dass das Merkmal mit nur einer Mutation auftrat und dass nur ein SNP dazu führen kann, dass das Merkmal existiert. Man kann allgemeiner sein, indem man die Exponentialverteilung summiert (für Szenarien mit mehreren Mutationen) und die Mutationsrate erhöht (für Mutationen an verschiedenen Loci kann das Merkmal existieren).
Die mutierte Variante war mehrmals aufgetreten, aber aufgrund von Drift ausgestorben, da das Ne in der genomischen Region sehr niedrig ist, da viele Loci in der Umgebung selektiert werden (Hintergrundselektion).
Das Merkmal ist vorteilhaft und tritt gelegentlich auf, bleibt aber entweder in geringer Häufigkeit oder verschwindet sogar regelmäßig aufgrund einer Migration von Individuen, die aus einer Umgebung kommen, in der dieses Merkmal stark schädlich ist (Streulast).
Achten Sie darauf, zu verstehen, was Evolution tut, und verstehen Sie daher, was vorteilhaft bedeutet. Nimmt man die Sippenauswahl/Gruppenauswahl/Linienauswahl auseinander, um die Dinge einfacher zu machen, ist ein vorteilhaftes Allel dasjenige, das die Fitness seines Trägers erhöht. Die Wirkung eines bestimmten Allels hängt von der Umgebung und dem genetischen Hintergrund ab, in dem es existiert. Ein nützliches Allel erhöht nicht unbedingt das Überleben oder erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Population nicht ausstirbt. Denken Sie in der Regel an die sexuelle Selektion.
Die Evolution erfolgt durch eine Änderung der Genfrequenzen, wobei die Genfrequenzen möglicherweise von vier Mechanismen beeinflusst werden (Mutation, Migration, Drift und Selektion).
Die Antwort auf die Frage Warum entwickelt sich das scheinbar vorteilhafte Merkmal X nicht weiter? könnte sein:
Die Mutationen für ein Merkmal sind nie innerhalb einer Population aufgetreten, oder solche Gene sind nie in die Population eingewandert
Die Mutation(en), die ein solches Merkmal verursachen, kann/können einmal in einer Population vorhanden gewesen sein, aber Migration und/oder Drift und/oder Selektion haben sie seitdem aus der Population entfernt
Die Selektion hat die Mutationen entfernt, die das scheinbar vorteilhafte Merkmal verursachen, da die gleichen (oder eng verbundenen) Gene andere schädliche Auswirkungen durch Pleiotropie haben
Ebenso die Antwort auf die Frage Warum entwickelt sich das scheinbar nachteilige Merkmal X? könnte eine der folgenden sein:
Alternative Gene wurden nie durch Mutation oder Migration in die Bevölkerung eingeführt
Mutation, Drift und Migration haben es dem Gen ermöglicht, andere, vorteilhaftere Gene zu fixieren
Die Selektion hat die Mutationen verbreitet, die das scheinbar nachteilige Merkmal verursachen, da die gleichen (oder eng verbundenen) Gene andere vorteilhafte Wirkungen durch Pleiotropie haben
Beachten Sie auch, dass das Merkmal in der aktuellen adaptiven Landschaft (nach)vorteilhaft erscheinen mag , die Auswahl jedoch zeitliche Schwankungen aufweist
Lesen Sie hier , warum und wie genetische Variation erforderlich ist, damit Evolution/Anpassung stattfinden kann
Lesen Sie hier mehr über den Anpassungsprozess
Lesen Sie hier mehr über genetische Variation
Lesen Sie hier mehr über die schnelle Evolution
Lesen Sie hier mehr über die Beziehung zwischen multivariater Selektion und Anpassung
Ein schädlicher phänotypischer Charakter kann keine genetische Varianz haben, so dass es für die Selektion unmöglich sein kann, ein solches Auftreten zu verhindern; Viele Krankheiten haben beträchtliche umweltbedingte Auslöser (z. B. kann Selektion nicht gegen Emphyseme wirken, die durch Rauchen entstanden sind, aber sie kann gegen Gene wirken, die die Tendenz zur Entwicklung von Emphysemen erhöhen).
Alle vorherigen Antworten sind sehr gut. Ich habe jedoch das Gefühl, dass ein Punkt übersehen wurde (oder vielleicht habe ich nicht tief genug gelesen).
Ich werde das Konzept der Fitnesslandschaften hervorheben. So sieht es aus:
Die Peaks repräsentieren die Eignung der Spezies für eine bestimmte Allelfrequenz. Im Multipeak-Szenario gibt es Täler, die offensichtlich eine reduzierte Fitness darstellen. Das Konzept, dass die Evolution ein zufälliges Ereignis ist, bedeutet übersetzt „lokale Gipfel werden gegenüber dem globalen Gipfel bevorzugt“. Infolgedessen kann eine Art ein hohes Fitnessniveau erreichen, obwohl ein höherer Gipfel existiert (nehmen Sie an, der höchste Gipfel ist der perfekte Organismus, von dem Sie sprechen). Sobald es einen Gipfel erklommen hat, muss es, um auf den anderen Gipfel zu wechseln, ein Tal durchqueren, dh eine verringerte Fitness, um sich zu verbessern. Wenn die Natur ein wohlwollendes Wesen wäre, hätte es ein großer Übergang sein können. Weniger Fitness macht Arten jedoch anfällig für das Absterben und daher machen sie den Übergang meistens nicht, was den perfekten Organismus statistisch weniger wahrscheinlich macht.
Ich hänge auch einen Link a an .Arten zu zeigen, die auf einen bestimmten Gipfel zusteuern. Beachten Sie die Tatsache, dass niemand gerne im Tal bleibt und schnell zum Gipfel schwärmt.
Richard Dawkins widmete dieser Frage ein ganzes Kapitel von The Extended Phenotype , Constraints on Perfection (das dritte Kapitel in der mir vorliegenden Ausgabe); er listete sechs auf (ohne diejenigen, die er als vielleicht nicht so starke Einschränkungen kritisierte, wie andere vorgeschlagen hatten). Das Ganze ist lesenswert, aber der Kürze halber nenne ich hier die sechs, die er im Sinn hatte:
Lassen Sie uns dies aufschlüsseln, um Ihre beiden Fragen einzeln zu behandeln
Frage 1 Wenn ein Merkmal für einen Organismus vorteilhaft wäre, warum hat es sich dann noch nicht entwickelt?
Das ist wirklich einfach, natürliche Auslese, wie auch andere Formen der Auslese, können nur mit der Variation arbeiten, die durch Mutation entsteht. Mutation ist ein zufälliger Prozess. Die Evolution hat keine Kontrolle darüber, welche Variationen entstehen, sie kann nur aus denen auswählen, die dies tun. Erfolgreiche Mutationen sind in der Regel kleine Änderungen (kleine Änderungen stören mit geringerer Wahrscheinlichkeit einen komplexen Prozess wie einen Organismus), da Organismen in nachteiligen Konfigurationen stecken bleiben können, da die Evolution nicht zum Reißbrett zurückkehren kann, sie kann keine nachteilige Änderung durchlaufen, um zu gelangen eine vorteilhafte.
Mein klassisches Beispiel sind menschliche Rückenprobleme, eine Wirbelsäule ist eine schreckliche Sache, um das Gewicht aufrecht zu halten, aber eine Wirbelsäule war alles, womit die Evolution arbeiten musste, es war die beste Option von dem, was verfügbar war, und aufrecht zu sein war ein größerer Vorteil als die Probleme mit Wirbelsäule waren von Nachteil. Ein ganz neues System zu entwerfen wäre besser, aber die Chancen, dass Hunderttausende von Mutationen „von vorne anfangen“ müssen, sind so astronomisch unwahrscheinlich, dass wir es nie sehen werden. Die Evolution kann nur das Beste aus dem auswählen, was verfügbar ist, und die Mutation kann nur kleine Änderungen an dem vornehmen, was verfügbar ist.
Ein weiteres Beispiel ist der Larynxnerv bei Giraffen, der ein 14-Fuß-Nerv ist, der buchstäblich nur ein paar Zentimeter lang ist, aber da sich der Nerv entwickelt hat, als eine gerade Linie vom Gehirn zur Zunge das Herz davor (Fisch) verließ, als terrestrische Wirbeltiere entwickelte Hälse und bewegte das Herz in die Brust, der Nerv läuft um das Herz herum, bevor er zum Kopf zurückkehrt, ein ~ 14-Fuß-Umweg. Den Nerv zu haben ist ein größerer Vorteil als der Umweg ein Nachteil ist, und eine Mutation, die den Nerv umleitet, wäre eine große komplexe Mutation, daher ist es unwahrscheinlich, dass sie jemals auftritt. Ein historisches Erbe wie dieses ist für viele schlechte Anpassungen verantwortlich, die bestehen bleiben, und es ist einfach zu schwierig, sie durch zufällige Mutationen zu ändern.
Frage 2 Umgekehrt, wenn ein Merkmal nicht vorteilhaft oder leicht nachteilig ist, warum existiert es dann?
Es gibt ein paar Komponenten dazu, kein Merkmal ist an sich vorteilhaft, es ist in einem bestimmten Organismus und einer bestimmten Umgebung vorteilhaft. Haie, wunderbar angepasste Meister des Ozeans, lassen einen in der Sahara fallen und er ist dem Untergang geweiht. Was in einem Umfeld gut ist, ist in einem anderen oft ein Nachteil. Kombinieren Sie dies mit der Tatsache, dass sich Organismen bewegen (oder ausbreiten) und der Tatsache, dass sich Umgebungen ändern, und es ist leicht zu erkennen, wie Organismen mit einer leicht nachteiligen Anpassung enden können. Anpassungen für die Jagd aus dem Eis waren für Eisbären von Vorteil, als es reichlich Eis gab, jetzt, wo das Eis verschwindet, ist es nicht so vorteilhaft. aber das Eis verschwindet schneller, als die Evolution die Eisbären verändern kann.
Oft sind die Veränderungen in der Umgebung Veränderungen in den anderen Organismen um sie herum, extrem schnell zu sein ist in vielerlei Hinsicht eine schreckliche Anpassung für Gazellen, es macht sie zerbrechlich, es macht sie klein und schwächer als andere Huftiere, es verbraucht Kalorien, um Muskeln aufzubauen könnte verwendet werden, um größere Nachkommen oder größere Körper usw. zu produzieren, aber in einer Umgebung mit Geparden ist es ein schlimmerer Nachteil, nicht schnell zu sein. Auf diese Weise geht es bei der Evolution oft darum, aus einer Reihe schlechter "Entscheidungen" die am wenigsten schlechten herauszunehmen. Und natürlich werden die Geparden umso schneller, je schneller die Gazellen werden, bis sie zu spezialisiert sind, um anders zu leben. Dieser Spezialisierungsschub ist weit verbreitet, aber spezialisierte Organismen sind am wenigsten in der Lage, mit Veränderungen umzugehen, sie sind zu spezialisiert, um etwas anderes zu tun. Wenn also beispielsweise ein neues Raubtier auftaucht, das zerbrechliche Geparden von ihren Tötungen (Menschen) zwingen kann, werden die Geparden vermasselt, sie könnten einen großen Tod erleiden (Afrika) oder aussterben (Nordamerika). Evolution kann dich nicht in jeder Richtung gut machen, du kannst nicht sowohl ein guter Schwimmer als auch ein guter Kletterer und ein guter Bagger sein.
Ein weiterer Aspekt ist das Kosten-Nutzen-Verhältnis, ein Merkmal tritt nicht isoliert auf, ein Körper ist eine komplexe Sache, dieselbe Mutation, die manche Menschen resistent gegen Cholera macht, macht sie auch anfälliger für Mukoviszidose, dies wird ein Nettovorteil sein, wenn Cholera ist eine große Bedrohung und ein Nettonachteil , wenn Cholera selten ist. Der Schlüsselbegriff hier ist netes gibt keine Bedingung, wenn es nur ein Vor- oder Nachteil ist. Grundsätzlich fallen alle Eigenschaften in diesen Kosten-Nutzen-Vergleich. Keine Eigenschaft ist in jeder Situation ein Vorteil, jede Veränderung hat ihren Preis, auch wenn es nur Kalorien sind, die woanders ausgegeben werden könnten. Wir kennen keine Eigenschaften, die nur ein Nachteil sind, der bestehen bleibt, aber es gibt viele, viele (wenn nicht alle) solcher Kompromisseigenschaften, einen Nachteil für einen Vorteil.
Ein weiteres Beispiel ist die sexuelle Selektion. Einige Merkmale helfen Ihnen, Partner zu finden oder anzuziehen, sind jedoch schädlich für Ihr Überleben, aber die Fortpflanzung ist ein größerer Vorteil in der Evolution als das Überleben. Die Evolution kann Gene einfach nicht begünstigen, wenn sie es nie konsequent in die nächste Generation schaffen. Sie enden also mit Pfauenschwänzen, die die Männchen töten, aber die einzige Möglichkeit sind, Partner zu finden. Ein Männchen ohne den riesigen Schwanz wird sich nicht paaren und der männliche Nachwuchs eines Weibchens ohne den Wunsch nach großen Schwänzen wird das gleiche Problem haben (weil das Weibchen immer wieder unattraktive männliche Nachkommen hat), so dass es für Pfauenmännchen im Grunde unmöglich ist, aufzuhören zu wachsen riesige Schwänze und es ist unwahrscheinlich, dass Pfauenweibchen aufhören werden, immer größere Schwänze zu bevorzugen.
Remi.b
LebenindenBäumen
montelf
David