Непредвиденные обстоятельства (эволюционная биология)

В эволюционной биологии непредвиденные обстоятельства описывают, как на результат эволюции может повлиять история конкретной линии.

Обзор

Эволюция — это исторический процесс, и результаты истории могут быть чувствительны к деталям взаимодействий и событий, которые им предшествовали. Случайность была особенно подчеркнута Стивеном Джеем Гулдом , особенно в его книге 1989 года «Чудесная жизнь» . Гулд использовал мысленный эксперимент по перемотке «ленты жизни» в далекое прошлое и утверждал, что даже небольшие изменения в истории приведут к результатам эволюции, сильно отличающимся от нашего мира. Мысленный эксперимент Гулда вдохновил на настоящие эксперименты в лаборатории и в полевых условиях, а также на изучение живых и вымерших организмов в качестве естественных экспериментов .

Эти исследования показали, что повторяемость в эволюции является обычным явлением, особенно в случаях схожих популяций-основателей, при широком определении повторяемости и во временных масштабах, наблюдаемых в экспериментах. конвергентная эволюция Также было обнаружено, что неожиданно широко распространена в природе, хотя она чаще встречается среди близкородственных таксонов, которые имеют больше общих генов и отклонений в развитии , что указывает на то, что случайность и конвергенция могут играть свою роль. Кроме того, признак может быть конвергентным на более широком уровне описания и расходиться на более детальном уровне, например, по-разному структурированные крылья насекомых , птерозавров , птиц и летучих мышей . Знание того, насколько распространена конвергенция, также требует дополнительных исследований того, как часто признак не смог развиться под одним и тем же давлением отбора, а также признаков, которые развивались только один раз среди всех известных организмов.

Были идентифицированы некоторые примеры непредвиденных обстоятельств, влияющих на результаты эволюции. В E. coli эксперименте по долгосрочной эволюции из 12 популяций только одна развила весьма полезную черту роста на цитрате , что, как показали дальнейшие повторы экспериментов с использованием замороженных предковых бактерий, требовало возникновения определенных «потенциирующих» мутаций. Дятлы и ай-ай занимают одну и ту же экологическую нишу по поиску и извлечению личинок жуков из древесины, но делают это совершенно разными способами (клюв и удлиненный палец соответственно) из-за их эволюционной истории, поскольку у птиц нет пальцев, а у приматов - клюва. Уникальная флора и фауна изолированных мест на Земле, таких как Новая Зеландия , а также вымерших линий, таких как нептичьи динозавры во время мезозоя , также являются примерами непредвиденных обстоятельств в эволюции, приводящих к различным результатам.

В чудесной жизни

Переигрывание «ленты жизни»

Центральный вопрос, предложенный в «Чудесной жизни», заключается в том, что если жизнь изначально размножалась в большее разнообразие типов, чем существует в настоящее время, а затем была уничтожена стохастической мрачной смертью вымирания, что тогда можно сказать о неизбежности человеческого интеллекта и превосходства? Кроме того, Гулд задается вопросом, какую роль исторические случайности играют в эволюции жизни на Земле. Именно эти центральные идеи побудили Гулда предложить мысленный эксперимент под названием «воспроизведение ленты жизни». Ее основная суть такова: если мы перемотаем время назад и проиграем историю жизни на Земле много раз, увидим ли мы постоянно тот же результат, который является реальностью, которую мы переживаем сегодня? Результат этого мысленного эксперимента имеет две возможные интерпретации, разработанные Гулдом:

«Предположим, что десять из ста проектов выживут и разнообразятся. Если десять выживших предсказуемы в силу превосходства анатомии (Интерпретация 1), то они будут побеждать каждый раз – и исключения Бёрджесса не бросают вызов нашему утешительному взгляду на жизнь. Но если десять выживших — протеже Госпожи Удачи или счастливые бенефициары странных исторических случайностей (Интерпретация 2), тогда при каждом повторе записи будет другой набор выживших и совершенно другая история. А если вы вспомните из школьной алгебры, как вычислять. перестановок и комбинаций, вы поймете, что общее количество комбинаций для 10 предметов из пула в 100 дает более 17 триллионов потенциальных результатов». - Стивен Джей Гулд

Мнение Гулда и центральный аргумент «Чудесной жизни» заключаются в том, что «любое воспроизведение записи жизни повело бы эволюцию по пути, радикально отличающемуся от того пути, который был фактически выбран». Кроме того, утверждает Гулд, ни один результат не может быть предопределен с самого начала, но результирующая модель, возникающая после повторного воспроизведения ленты жизни, будет столь же интерпретируемой и логичной, как и наша текущая ситуация.

Эволюционная иконография

В книге Чудесная жизнь » Стивен Джей Гулд обсуждает иконографию эволюции « популярной культуры и пагубное влияние прогресса на общественное понимание теории.

Ход прогресса, утверждает Гулд, привел к популярной интерпретации, согласно которой эволюция возросших умственных способностей, в конечном итоге завершающаяся развитием сложного мозга человека, является естественным результатом эволюции. Таким образом, термин «Эволюция» часто путают с линейным развитием жизни в направлении постоянно растущих умственных способностей и «комфортным взглядом на неизбежность и превосходство человека». Гулд утверждает, что определение эволюции для профессиональных биологов — это «адаптация к изменяющейся окружающей среде», а не прогресс, и что состав жизни на планете — это скорее «обильно ветвящийся куст, постоянно подстригаемый мрачным жнецом вымирания, а не лестница». предсказуемого прогресса». Он рассматривает одержимость общества неудачными родословными как «учебные случаи» «эволюции». Чтобы уточнить, мы последовательно ищем «единственную линию продвижения от истинной топологии обильного ветвления. В этих ошибочных усилиях мы неизбежно притягиваемся к ветвям, настолько близким к грани полного уничтожения, что они сохраняют только одну уцелевшую ветку. Затем мы рассматриваем эта ветка — это вершина восхождения, а не вероятная последняя попытка более богатого происхождения». Гулд использует эволюцию лошади , чтобы проиллюстрировать этот момент, поскольку непрерывная связь между Hyracotherium (ранее называвшимся Eohippus ) и Equus обеспечивает очевидный линейный путь от простоты к сложности. Единственная причина, по которой эволюция лошадей стала каноническим представлением прогрессивной эволюции, заключается в том, что их куст был крайне неудачным. Вместо этого, утверждает Гулд, мы должны смотреть на летучих мышей, антилоп и грызунов как на поборников эволюции млекопитающих, поскольку они дарят нам «тысячи веток на сильном кусте» и являются истинными воплощениями эволюционно успешных групп.

Конус против пирамиды

Гулд утверждает, что традиционный взгляд на эволюцию, иллюстрируемый конусом возрастающего разнообразия, является ошибочным. Обычно предполагается, что ранняя жизнь ограничена в форме, и из этого ограничения формы следует диверсификация в разнообразие существующей в настоящее время животной жизни. Этот конус можно представить как перевернутую рождественскую елку с узким основанием и многочисленными ветвями, растущими наружу до наших дней. Однако Гулд представляет альтернативную гипотезу, которая утверждает, что историю жизни лучше описать как «уничтожение с последующей диверсификацией в пределах нескольких оставшихся запасов». все больше ограничиваются естественным отбором и событиями уровня вымирания . Представлены как пирамида с широким основанием анатомических различий, которые с течением времени Об этом свидетельствует тот факт, что окаменелости, раскопанные в сланцах Бёрджесс в Британской Колумбии, представляют собой палеоэкосистему с гораздо большими анатомическими различиями, чем существует в настоящее время, и что сегодня существует меньше типов по сравнению с кембрийскими морями. Гулд предлагает точку зрения, что жизнь во время кембрийского взрыва быстро разрослась до множества форм, наблюдаемых сегодня, из-за наличия многочисленных экологических ниш, а затем была уничтожена событиями уровня вымирания на протяжении геологического времени. Он также отмечает, что выживание групп после вымирания не имеет никакого отношения к традиционным представлениям о дарвиновском успехе в обычное время. Например,

«Даже если рыбы оттачивают свою адаптацию до вершин водного совершенства, они все умрут, если пруд высохнет. - Плавник дедушки предупредил его предков о надвигающейся комете. Бастер и его родственники могут победить, потому что функция, разработанная давным-давно для другого использования, случайно позволила выжить во время внезапного и непредсказуемого изменения правил. результате тысячи других столь же счастливых случайностей, как мы можем рассматривать наш образ мышления как неизбежный или даже вероятный?» - Стивен Джей Гулд

В конечном итоге, объясняет Гулд, как ложная иконография марша прогресса, так и наша приверженность конусу растущего разнообразия сбили нас с пути в наших размышлениях о тенденциях в эволюционной биологии.

См. также

• Спекулятивная эволюция

Дальнейшее чтение

• Пауэлл, Рассел (4 февраля 2020 г.). Случайность и конвергенция: к космической биологии тела и разума . МТИ Пресс. ISBN  978-0-262-35660-2 . Проверено 24 июня 2024 г.
• Лосос, Джонатан Б. (8 августа 2017 г.). Невероятные судьбы: судьба, шанс и будущее эволюции . Пингвин. ISBN  978-0-399-18493-2 . Проверено 24 июня 2024 г.