Почему некоторые плохие черты развиваются, а хорошие нет?

В процессе селекции отсеиваются особи, имеющие неблагоприятные признаки. Если давление отбора недостаточно сильное, в популяции будут продолжать сохраняться слегка неблагоприятные черты.

Таким образом, причины, по которым признак не развивается, даже если он может быть полезным для организма, следующие:

• Нет сильного давления на людей, не имеющих этой черты. Другими словами, отсутствие признака не является сильно невыгодным.
• Черта может иметь компромисс, который по существу не влияет на общую приспособленность.
• Прошло недостаточно времени, чтобы полезная мутация закрепилась. Это не означает, что мутация еще не произошла. Это означает, что ситуация, сделавшая мутацию выгодной, возникла совсем недавно. Рассмотрим пример мутации, придающей устойчивость к болезни. Мутация не была бы полезной, если бы не было болезни. Когда популяция сталкивается с болезнью впервые, мутация получает преимущество, но потребуется некоторое время, чтобы закрепиться в популяции.
• Скорость этой конкретной мутации низкая, и поэтому она еще не произошла. Частота мутаций неодинакова для всего генома, и некоторые области приобретают мутации быстрее, чем другие. Независимо от этого, если общая частота мутаций низкая, то для возникновения мутации потребуется много времени, и до тех пор ее последствия не будут видны.
• Специфический признак слишком генетически далек: он не может быть результатом мутации в одном поколении. Предположительно, он может развиться после последовательных поколений, каждое из которых мутирует все дальше, но если промежуточные мутации находятся в слишком невыгодном положении, они не выживут, чтобы размножаться, и позволят новому поколению мутировать дальше от исходной популяции.
• Недостаток от отсутствия признака обычно возникает только после того, как репродуктивная стадия жизненного цикла человека в основном завершена. Это частный случай «нет сильного давления», потому что эволюция отбирает гены, а не организм. Другими словами, полезная мутация не изменяет репродуктивную способность.
• Коинофилия привела к тому, что эта черта стала непривлекательной для женщин. Поскольку большинство мутаций вредны, самки не хотят спариваться с кем-либо с очевидной мутацией, так как высока вероятность того, что она будет вредна для их ребенка. Таким образом, женщины инстинктивно находят любое очевидное физическое отличие непривлекательным, даже если бы оно было полезным. Это, как правило, ограничивает скорость или способность появления физических различий в большом и стабильном брачном сообществе.

Эволюция не является направленным процессом и не пытается активно искать оптимум. Приспособленность индивидуума не имеет никакого значения в отсутствие давления отбора.

Всегда есть самое очевидное: эволюция — это случайность.

Некоторые черты позволяют индивидууму иметь более высокие шансы произвести потомство. Это не означает, что люди с этой чертой имеют больше потомства, даже в среднем, если только не применяется закон больших чисел . Может появиться случайно мутировавшая идеальная белка, и, поскольку она всего одна, ее сбивает машина, прежде чем она сможет размножаться, и все идеальные черты теряются.

Тогда есть шанс, что черта полезна для особи, но не оказывает существенного влияния на ее шансы иметь потомство. Например, возьмем человеческое зрение. Люди с очень плохим зрением имеют недостаток. Но у большинства людей зрение достаточно хорошее, пока они не станут слишком старыми, чтобы иметь детей, поэтому для эволюции не имеет значения, упадут ли они потом со скалы. Это может быть даже выгодно, если детям не придется тратить ресурсы на заботу о своих родителях.

И очень хороший эффект — эффект роя, когда вы смотрите на целые стаи, например, рыб. Возьмем рой или сообщество, которое размножается в основном внутри себя, где по какой-то причине могут наследоваться только полезные для особи черты. Как только рой вступает в конкуренцию с превосходящим роем, когда черты, приносившие пользу рою, унаследованы, весь предыдущий рой может погибнуть.

Есть еще влияние общества. Если в течение одного десятилетия общество считает людей с зелеными волосами непривлекательными партнерами, даже если это лучше для маскировки, то иметь зеленые волосы в течение этого десятилетия — отстой. Это относится не только к людям. Я помню, как читал, что у некоторых видов птиц пение развивается, и то, какие песни являются «модными»/привлекательными, зависит от социальных факторов, а также от генов. Только представьте, что произошло бы, если бы во времена испанской инквизиции у небольшого числа людей начали расти крылья летучих мышей, которые сделали бы их полностью способными летать, а не распространять новый ген, который они сожгли бы на костре.

Давайте не будем забывать о действительно крутом эффекте частотно-зависимого отбора , когда признак полезен только в том случае, если он есть не у слишком многих других особей. Эти черты могут быть полезными для человека, вида или того и другого, но только в том случае, если не слишком много людей несут эту черту. Сообщество людей может извлечь выгоду из суперумных людей, которые имеют ограниченный контроль над своим телом и эмоциями, но если все люди в сообществе такие, у сообщества есть проблема.

И последнее, но не менее важное: изменение внешних условий. Если условия изменятся, многие виды просто вымрут (например, ледниковый период). Представьте, что все вирусы исчезают. Если нет вирусов, свойство, которое делает иммунную систему более эффективной против бактерий и рака за счет отсутствия защиты от вирусов, явно является выгодным обменом. Затем вирусы возвращаются, и каждый вид, приспособившийся к признаку «отсутствие защиты от вирусов», вымирает из-за вирусной инфекции. Это может сделать выгодным не слишком быстро адаптировать новые черты.

Подводя итог: признав, что эволюция — это случайный процесс, в котором особи с более выгодными чертами просто с большей вероятностью будут иметь больше потомства, а целые сообщества или подвиды с несколько большей вероятностью вымрут, если черты менее полезны для сообщества, вы получаете все вышеперечисленные эффекты и многое другое. Имейте в виду, что у индивидуумов с выгодными чертами никоим образом не гарантируется большее потомство, а сообщества могут быть уничтожены или процветать из-за разного рода инцидентов, которые полностью игнорируют выгодные или невыгодные их черты.

Потому что эволюция — это следствие, а не причина. То есть нет никакого « Бога Эволюции », решившего, что та или иная черта будет полезной для вида, и решившего добавить ее. Эволюция просто работает* над любыми случайными вариациями.

* И, как указывали другие, это работает статистически, а не детерминистически.

Ниже приведены причины, которые я могу придумать. Список не является исчерпывающим, и есть некоторые концептуальные совпадения.

• Черта кажется выгодной, но это не так, возможно, из-за ее влияния на другой компонент приспособленности (компромисс). Мне это кажется наиболее вероятным объяснением всякий раз, когда вы задаетесь вопросом, почему данный вид не обладает данным признаком. Другими словами, фитнес-ландшафт имеет значение.

• Эту черту не так просто создать, она требует серии мутаций, которые могут быть нейтральными, квазинейтральными или вредными.

• Просто мутация еще не произошла (лаг-нагрузка).

• мутантный вариант появлялся несколько раз, но вымер из-за дрейфа генов, хотя он был полезен (при условии отсутствия долины приспособленности, которую можно было бы пересечь).

• Объединяя два предыдущих пункта, если для создания этого признака необходима только одна мутация (один SNP) и если признак полезен, но квази-нейтрален, то ожидаемое время до фиксации составляет около$10^9$поколения. Вот почему. Позволять$N$быть численностью населения и$\mu$быть скоростью мутации. В диплоидной популяции (но конечный результат тот же для гаплоидов) есть$2n\mu$появляются в этом локусе в каждом поколении. Поскольку мутация является квазинейтральной, вероятность ее фиксации (рассчитанная из уравнений Райта-Фишера или процесса рождения-смерти Морана или из уравнения диффузии Кимуры) равна$\frac{1}{2}N$. Следовательно, скорость, с которой происходит фиксация, равна$2N\mu \frac{1}{2N} = \mu$.$\mu$для вида с большим геномом SNP составляет около$10^{-9}$. Вероятность того, что фиксация произойдет в$t$поколений задается экспоненциальным распределением с параметром$\mu$ad ожидаемое значение этого экспоненциального распределения равно$\frac{1}{10^{-9}} = 10^9$поколения. Если есть одно поколение в год, это занимает много времени! Конечно, эти расчеты являются хорошим приближением, когда интересующая черта является квазинейтральной. Если положительный отбор по этому признаку настолько силен, что мы можем полностью пренебречь дрейфом, то ожидаемое время появления мутанта равно$\frac{1}{2N\mu}$, который$10^5$для численности населения$N = 10000$что еще очень много. Тем временем окружающая среда или генетический фон могут измениться так, что признак перестанет быть полезным. Приведенные выше расчеты предполагали, что признак появился только с одной мутацией и что только один SNP может вызвать существование признака. Один из них может быть более общим, суммируя экспоненциальное распределение (для сценариев с несколькими мутациями) и увеличивая скорость мутации (для мутаций в разных локусах, которые могут привести к существованию признака).

• мутантный вариант появлялся несколько раз, но вымер из-за дрейфа, потому что Ne в геномной области очень низок из-за того, что в окружении находится много локусов, подвергающихся селекции (фоновый отбор).

• этот признак полезен и иногда встречается, но либо остается с низкой частотой, либо даже регулярно исчезает из-за миграции особей из среды, где этот признак сильно вреден (рассеивающая нагрузка).

• Будьте осторожны, чтобы понять, что делает эволюция, и, следовательно, понять, что означает выгода. Разделив родственный/групповой/линейный отбор, чтобы упростить задачу, выгодный аллель – это тот, который увеличивает приспособленность своего носителя. Эффект данного аллеля зависит от окружающей среды и генетического фона, в котором он существует. Полезный аллель не обязательно увеличивает выживаемость или увеличивает вероятность того, что популяция не вымрет. Думайте о половом отборе типично.

Эволюция происходит путем изменения частот генов, при этом на частоты генов потенциально влияют четыре механизма (мутация, миграция, дрейф и отбор).

Ответ на вопрос Почему, казалось бы, полезная черта X не эволюционирует? может быть:

1. Мутации признака никогда не происходили в популяции, или такие гены никогда не мигрировали в популяцию .

2. Мутации, вызывающие такой признак, могли когда-то присутствовать в популяции, но с тех пор миграция, и/или дрейф, и/или отбор удалили их из популяции.

3. Отбор удалил мутации, вызывающие кажущийся полезным признак, потому что те же самые (или тесно сцепленные) гены имеют другие вредные эффекты за счет плейотропии .

Точно так же и ответ на вопрос Почему эволюционирует, казалось бы, невыгодная черта X? может быть любым из следующих:

1. Альтернативные гены никогда не вводились в популяцию путем мутации или миграции.

2. Мутации, дрейф и миграция позволили гену закрепиться над другими более выгодными генами.

3. Отбор распространил мутации, вызывающие, казалось бы, неблагоприятный признак, потому что те же самые (или тесно сцепленные) гены имеют другие полезные эффекты за счет плейотропии.

• Обратите также внимание на то, что признак может показаться (не)выгодным в текущем адаптивном ландшафте, но отбор демонстрирует временные вариации .

• Читайте здесь о том, почему и как генетическая изменчивость необходима для эволюции/адаптации.

• Подробнее о процессе адаптации читайте здесь

• Подробнее о генетической изменчивости читайте здесь.

• Подробнее о быстрой эволюции читайте здесь

• Подробнее о взаимосвязи между многомерным отбором и адаптацией читайте здесь.

• Вредный фенотипический признак может не иметь генетической изменчивости, поэтому отбор может быть не в состоянии остановить такое появление; многие болезни имеют значительные экологические индукторы (например, отбор не может работать против эмфиземы, развившейся в результате курения, но он может работать против генов, повышающих тенденцию к развитию эмфиземы).

Все предыдущие ответы очень хороши. Тем не менее, я чувствую, что что-то было упущено (или, может быть, я недостаточно внимательно читал).

Выделю концепцию фитнес-ландшафтов. Вот как это выглядит:

Пики представляют приспособленность вида к определенной частоте аллеля. В многопиковом сценарии есть долины, которые, очевидно, представляют собой пониженную пригодность. Концепция эволюции как случайного события переводится как «локальные пики предпочтительнее глобальных пиков». В результате вид может достичь высокого уровня приспособленности, даже если существует более высокий пик (предположим, что наивысшим пиком является совершенный организм, о котором вы говорите). После того, как он поднялся на вершину, чтобы перейти на другую вершину, он должен пройти через долину, т.е. улучшить физическую форму. Если бы природа была благожелательной сущностью, то это мог бы быть грандиозный переход. Однако меньшая приспособленность делает виды восприимчивыми к вымиранию, и, следовательно, они в основном не совершают переход, что статистически снижает вероятность идеального организма.
Также прикрепляю ссылку а .чтобы показать виды, направляющиеся к определенному пику. Обратите внимание на тот факт, что никто не любит оставаться в долине и стремительно роится на вершину.

Ричард Докинз посвятил этому вопросу целую главу «Расширенного фенотипа » — « Ограничения совершенства» (третья глава в том издании, которое у меня есть); он перечислил шесть (не считая тех, которые он критиковал как, возможно, не такие сильные ограничения, как предполагали другие). Все это стоит прочитать, но для краткости я укажу шесть, которые он имел в виду:

• Временные лаги (данная адаптация может появиться в будущем)
• Исторические ограничения (новая система должна модифицировать старую, а не начинать с нуля)
• Доступная генетическая изменчивость (например, это может объяснить, почему многие нефункциональные части тела сжимаются, а не исчезают)
• Ограничения по затратам и материалам (например, большие мозги настолько дороги, что мы очень редко находим для них чистое применение)
• Несовершенства на одном уровне из-за отбора на другом уровне (Докинз ранее посвятил целую книгу «Эгоистичный ген », утверждая, среди прочего, что то, что хорошо для гена, может быть нехорошо для индивидуума)
• Ошибки из-за непредсказуемости окружающей среды или «злонамеренности» (организм устроен так, чтобы хорошо подходить к средним и опасным условиям окружающей среды, и не может быстро обновлять свою структуру для всех возможных непредвиденных обстоятельств)

Давайте разберем это, чтобы охватить ваши два вопроса по отдельности.

Вопрос 1. Если какой-то признак был бы выгоден организму, то почему он до сих пор не развился?

Это действительно легко, естественный отбор, как и другие формы отбора, может работать только с вариациями, возникающими в результате мутаций. Мутация — это случайный процесс, эволюция не имеет никакого контроля над тем, какие вариации возникнут, она может только выбирать из тех, которые меняются. Успешные мутации, как правило, представляют собой небольшие изменения (небольшие изменения с меньшей вероятностью нарушат сложный процесс, такой как организм), из-за этого организмы могут застрять с невыгодными установками, потому что эволюция не может вернуться к чертежной доске, она не может пройти через неблагоприятные изменения, чтобы получить выгодный.

Мой классический пример — проблемы со спиной у человека, позвоночник — это ужасная вещь, которую можно использовать для поддержки веса в вертикальном положении, но позвоночник — это все, с чем пришлось работать эволюции, это был лучший вариант из того, что было доступно, и вертикальное положение было большим преимуществом, чем проблемы. с корешком были недостатком. Разработка совершенно новой системы была бы лучше, но вероятность того, что сотни тысяч мутаций должны «начать с нуля», настолько маловероятна с астрономической точки зрения, что мы никогда этого не увидим. Эволюция может выбирать только лучшее из того, что доступно, а мутация может лишь вносить небольшие изменения в то, что доступно.

Другим примером является гортанный нерв у жирафов, который представляет собой 14-футовый нерв, который буквально проходит всего несколько дюймов, но, поскольку нерв развился, когда прямая линия от мозга к языку оставила сердце перед ним (рыбы), как у наземных позвоночных. развил шею и переместил сердце в грудную клетку, нерв застрял, огибая сердце, прежде чем вернуться к голове, обходной путь ~ 14 футов. наличие нерва является большим преимуществом, чем обходной путь, является недостатком, а мутация, перенаправляющая нерв, будет большой сложной мутацией, поэтому вряд ли когда-либо произойдет. Подобное историческое наследие несет ответственность за множество плохих адаптаций, которые остаются, изменить их слишком сложно путем случайной мутации.

Вопрос 2 И наоборот, если черта не является благоприятной или слегка невыгодной, почему она существует?

есть несколько компонентов, которые ни одна из черт не выгодна сама по себе, она выгодна в конкретном организме и окружающей среде. Акулы прекрасно приспосабливаются к хозяевам океана, уроните одну в Сахару и она обречена. то, что хорошо в одной среде, часто является недостатком в другой. Объедините это с тем фактом, что организмы перемещаются (или распространяются) и тем фактом, что окружающая среда меняется, и легко увидеть, как организмы могут закончить с умеренно невыгодной адаптацией. Приспособления для охоты со льда были преимуществом для белых медведей, когда льда было много, сейчас, когда лед тает, это уже не так выгодно. но лед исчезает быстрее, чем эволюция может изменить белых медведей.

Часто изменения в окружающей среде являются изменениями в других организмах вокруг них, чрезмерная скорость на самом деле является ужасной адаптацией для газелей во многих отношениях, она делает их хрупкими, делает их меньше и слабее, чем другие копытные, она тратит калории на рост мышц, которые можно использовать для получения более крупного потомства или более высоких тел и т. д., но в среде с гепардом медленная скорость является худшим недостатком. Таким образом, эволюция часто заключается в том, чтобы выбрать наименее плохой из набора плохих «выборов». И, конечно же, чем быстрее становится газель, тем быстрее становится гепард, пока они не станут слишком специализированными, чтобы жить по-другому. Этот толчок к специализации очень распространен, однако специализированные организмы меньше всего способны справляться с изменениями, они слишком специализированы, чтобы делать что-то другое. Так что, скажем, если появится новый хищник, который может заставить хрупкого гепарда отказаться от своей добычи (людей), гепард облажался, он может сильно вымереть (Африка) или вымереть (Северная Америка). Эволюция не может сделать вас хорошим во всех направлениях, вы не можете быть и хорошим пловцом, и хорошим альпинистом, и хорошим копателем.

Другим аспектом является стоимость и выгода, черта не возникает изолированно, тело - сложная вещь, та же мутация, которая делает некоторых людей устойчивыми к холере, также делает их более восприимчивыми к кистозному фиброзу, это будет чистым преимуществом, когда холера большая угроза и чистый недостаток, когда холера встречается редко. ключевой термин здесь - сетьнет условий, когда это является чисто преимуществом или недостатком. По сути, все характеристики попадают в это сравнение затрат и выгод. Ни одна черта не является преимуществом в любой ситуации, каждое изменение имеет свою цену, даже если это просто калории, которые можно было бы потратить в другом месте. Мы не знаем черт, которые бы являлись чисто недостатком, но есть много (если не все) таких компромиссных черт, недостаток вместо преимущества.

Другим примером является половой отбор: некоторые признаки помогают вам находить или привлекать партнеров, но наносят ущерб вашему выживанию, но размножение является большим преимуществом в эволюции, чем выживание. Эволюция просто не может благоприятствовать генам, если они никогда не переходят последовательно в следующее поколение. Таким образом, вы закончите с павлиньими хвостами, которые убивают самцов, но это единственный способ найти себе пару. Самец без огромного хвоста не будет спариваться, а потомство мужского пола самки без стремления к большим хвостам будет страдать от той же проблемы (потому что самка продолжает получать непривлекательное потомство мужского пола), поэтому самцы павлинов практически не могут перестать расти. огромные хвосты, и вряд ли павлиньи самки перестанут отдавать предпочтение хвостам все большего и большего размера.