Связан ли высокий метаболизм с высоким эволюционным оборотом?

Недавно я прочитал «Ереси динозавров » Роберта Т. Баккера, научно-популярную книгу 1986 года, в которой представлены аргументы в пользу активного образа жизни и высокой скорости обмена веществ у динозавров.

Один из аргументов, представленных Баккером, касается структуры видов и родов в палеонтологической летописи с течением времени. Он утверждает, что «теплокровные» животные (т.е. животные с высокой скоростью метаболизма) должны иметь более высокий оборот таксонов и более высокие темпы диверсификации. Динозавры имеют высокую смену видов и родов и быструю диверсификацию, что Баккер интерпретирует как свидетельство высокого метаболизма.

Этот аргумент основан на утверждении, что высокий метаболизм коррелирует с высоким эволюционным оборотом. Оставив в стороне физиологию динозавров, я задаюсь вопросом, насколько на самом деле надежно лежащее в основе предположение.

Имеются ли убедительные доказательства того, что обмен веществ и скорость эволюции причинно связаны, возможно, из-за экологических стратегий, которые склонны принимать теплокровные животные?

Вопрос очень интересный. Я не думаю, что вы высказываете какие-либо аргументы, а только гипотезу. Судя по вашему посту, гипотеза о том, что «животные с высоким метаболизмом имеют более высокую скорость видообразования», кажется, возникла из ниоткуда. Можете ли вы попытаться выразить логику Баккера, стоящую за этой гипотезой?
@ Remi.b Баккер утверждает, что у динозавров был высокий метаболизм, основываясь на темпах расхождения и вымирания в летописи окаменелостей. Однако этот аргумент основан на утверждении, что высокий метаболизм на самом деле коррелирует с высоким эволюционным оборотом. Мой вопрос заключается в том, действительно ли это основное утверждение хорошо подкреплено доказательствами.
Ох, хорошо. Тогда это не аргумент. Утверждается, что такие доказательства существуют. Аргумент должен следовать за логическим мышлением, аргумент не является утверждением без ссылок. Итак, вы спрашиваете, подтверждается ли утверждение доказательствами или нет.

Ответы (1)

Метаболизм и скорость эволюции связаны, но не так, как вы описываете.

Во-первых, учтите, что обмен веществ неразрывно связан с размером тела. Чем крупнее животное, тем меньшее количество энергии на единицу массы требуется для поддержания этого тела. Затем это можно распространить на многие характеристики организма, такие как продолжительность жизни, время беременности, рост населения и т. д. (подробнее см. Brown et al. 2004 ).

Далее учтите, что метаболизм изменяется с температурой. Возьмем эктотерма (организм, у которого внутренняя температура такая же, как и температура окружающей среды, традиционно называемых хладнокровными существами), например ящерицу, которая будет подвергаться колебаниям температуры в течение дня. У него будет более высокий метаболизм, когда температура выше. У ящерицы, живущей в теплой среде, такой как тропики, метаболизм будет выше, чем у ящерицы того же размера, живущей в умеренном климате. С этим более высоким метаболизмом приходит разная продолжительность жизни, время беременности, рост населения и т. д., даже если размеры их тела одинаковы.

Если принять во внимание и скорректировать температуру, все организмы имеют атрибуты, которые напрямую зависят от размера тела. Растение буквально имеет такую ​​же скорость метаболизма, как ящерица, если они имеют одинаковую массу и живут при тех же температурах. (Серьезно, см. документ Брауна ).

Теперь об эволюции. Темпы эволюции зависят от многих вещей, но прежде всего от двух. Время генерации (время воспроизведения 1 поколения популяции) и частота мутаций ДНК. Более длительное время генерации снижает скорость эволюции. Например, одноклеточный организм, размножающийся каждый месяц, будет развиваться быстрее, чем слон, размножающийся каждые десять лет. Более высокая частота мутаций в ДНК увеличивает скорость эволюции. Если ДНК не меняется, эволюция невозможна. Таким образом, чем быстрее происходят изменения ДНК (через скорость мутаций), тем быстрее может быть потенциальная эволюция.

Время генерации увеличивается с увеличением размера тела/метаболизма ( Brown et al. 2004 ). Частота мутаций снижается с увеличением размера/метаболизма ( Gillooly et al. 2005 ).

С этими двумя общими паттернами можно сказать, что скорость эволюции уменьшается с усилением метаболизма.

Теперь об эволюции динозавров . Вы сказали, что Р. Баккер заметил, что динозавры имели более высокую скорость эволюции, чем ожидалось. С гипотезой, что это вызвано более высоким метаболизмом. Я предполагаю, что у них были те же физиологические ограничения, что и у современных животных, что разумно, учитывая, что они предки птиц. Все, что я только что изложил, я бы предположил, что гипотеза Р. Баккера ложна, поскольку более высокий метаболизм означает более длительное время поколения и более низкие скорости мутаций, что привело бы к снижению скорости эволюции.

Последняя наука говорит, что динозавры были эндотермическими (регулирули собственную температуру) до определенного момента ( Witze 2014 ), поэтому их внутренняя температура была не такой высокой, как у млекопитающих, но, вероятно, выше, чем у большинства рыб и рептилий. Таким образом, с учетом размера у них, вероятно, была более низкая скорость эволюции, чем у млекопитающих, и более высокая, чем у рыб, рептилий, насекомых или других экзотермных.

Почему же тогда Р. Баккер наблюдает в палеонтологической летописи более высокие темпы эволюции? Я могу придумать только общую причину, почему. Временная шкала динозавров составляет порядка 10 миллионов лет. Гораздо дольше, чем то крошечное количество эволюции, которое мы наблюдали за последние 100 лет науки. Легко могут быть процессы, происходящие в таких длительных масштабах времени, которые мы не рассматриваем.

использованная литература

Браун, Дж. Х., Гиллули, Дж. Ф., Аллен, А. П., Сэвидж, В. М., и Уэст, ГБ (2004). К метаболической теории экологии. Экология, 85 (7), 1771-1789. Ссылка на сайт

Гиллули, Дж. Ф., Аллен, А. П., Уэст, ГБ, и Браун, Дж. Х. (2005). Скорость эволюции ДНК: влияние размера тела и температуры на молекулярные часы. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 102(1), 140-145. Ссылка на сайт

Витце, Александра (2014). Динозавры не были ни теплокровными, ни хладнокровными. Природа. 2014 Ссылка

Интересно, и спасибо за ссылки на "метаболическую теорию". Однако то, что вы говорите в предпоследнем абзаце, на самом деле противоположно тому, что вы сказали в предыдущих абзацах. Более высокий метаболизм означает меньшее время генерации и более высокую скорость мутаций, а следовательно, и более высокую скорость эволюции. Это согласуется с аргументами Баккера.
Относительно мезотермии динозавров дискуссия далека от завершения. В то время как некоторые исследователи отдают предпочтение «мезотермической» модели, можно найти и другие статьи, доказывающие полную эндотермию, как у современных птиц и млекопитающих (например, Seymour 2013 ).
Что касается последнего абзаца — многое из того, что мы знаем об эволюции, получено из летописи окаменелостей, поэтому я не уверен, что вы подразумеваете под «процессами, происходящими в тех длительных масштабах времени, которые мы не рассматриваем». Когда Баккер говорит, что темпы эволюции динозавров в летописи окаменелостей высоки, он сравнивает их с другими группами в летописи окаменелостей, а не только с недавними наблюдениями за последние сто лет.
Почти уверен, что мои комментарии последовательны во всем. По мере увеличения метаболизма время генерации увеличивается, а частота мутаций снижается. Вот что говорят нам сегодняшние наблюдения. Предполагая, что динозавры следовали тем же самым схемам, вы не можете сказать, что их более высокая, чем ожидалось, скорость эволюции связана с высоким метаболизмом.
Процесс в долгосрочных масштабах может быть многими вещами. Например, как нам интерпретировать эволюцию существа с маленьким телом в существо с большим телом за несколько миллионов лет? Понятия не имею, но что-то подобное может повлиять на то, как мы сравниваем эволюцию в летописи окаменелостей с эволюцией, которую наблюдаем в лабораториях.
Связан ли высокий метаболизм с высоким эволюционным оборотом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v