Watak lompat seperti proses evolusi • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Biologi, Genetik

Proses evolusi seperti lompat yang terbukti

Jika evolusi diteruskan mengikut prinsip "keseimbangan sekejap-sekejap," iaitu melompat, pokok-pokok evolusi sepatutnya kelihatan seperti Rajah A. Jika evolusi berlaku pada kelajuan yang berterusan, Rajah B akan betul (lihat Rajah Dari artikel yang dibincangkan dalam Sains)

Ahli biologi British telah membuat satu kaedah yang mengejutkan untuk menyelesaikan perselisihan yang lama antara penganut teori evolusi secara beransur-ansur (gradualisme) dan penyokong evolusi yang tiba-tiba (punctualism). Ternyata nisbah komponen secara beransur-ansur dan tepat waktu proses evolusi dapat diukur dengan membandingkan panjang cabang-cabang "pokok-pokok evolusi" – rekonstruksikan standard pembangunan evolusi dari pelbagai kumpulan organisma, yang berdasarkan perbandingan urutan DNA nukleotida. Selepas menganalisis pokok-pokok yang dibina untuk 122 kumpulan, saintis menyimpulkan bahawa secara purata, 22% perbezaan DNA berlaku semasa tempoh spekulasi yang singkat, manakala baki 78% secara beransur-ansur terkumpul selama tempoh "bertahap" yang lama. Ketiadaan evolusi lebih banyak ciri-ciri tumbuh-tumbuhan dan kulat dan kurang dari haiwan.

Walaupun fakta evolusi biologi telah lama diakui oleh ahli biologi dan tidak menyebabkan keraguan sedikitpun, banyak isu utama dalam teori evolusi masih tetap kontroversial. Salah satu isu yang paling mendesak seperti ini ialah persoalan keseragaman kadar evolusi. Darwin sendiri, seperti kebanyakan pengikutnya, menyaksikan evolusi sebagai proses kebanyakannya licin, beransur-ansur. Apabila teori evolusi sintetik dilahirkan sebagai hasil daripada sintesis Darwinisme klasik dengan genetik dan biologi molekul, sudut pandangan (gradualisme) ini sangat diperkuat. Utama, bahkan satu-satunya sumber kebolehubahan keturunan mula dianggap mutasi rawak – kesalahan ketika menyalin DNA. Ramai penyelidik percaya bahawa kerana proses mutasi itu benar-benar rawak dan tidak berarah, ia harus pergi pada kelajuan yang sama dalam semua organisma hidup.

Anggapan ini membentuk dasar prinsip "jam molekul", yang digunakan secara aktif hingga ke hari ini. Berdasarkan prinsip ini, para penyelidik menganggarkan masa penyimpangan spesies (iaitu, menentukan ketika nenek moyang mereka yang terakhir tinggal) dengan bilangan perbezaan dalam urutan nukleotida DNA.Dan biasanya tidak berfungsi dengan baik, yang dengan sendirinya mungkin kelihatan aneh. Lagipun, semua orang kini sedar bahawa mutagenesis tidak selalunya rawak, kadarnya secara sengaja boleh dikawal oleh sel, dalam kumpulan organisma yang berlainan dan juga di bahagian yang berlainan dalam genom yang sama, ia berpanjangan dengan kelajuan yang berbeza. Walau bagaimanapun, semua kesukaran ini kelihatan sangat banyak untuk kebanyakan orang. Anda boleh menambah tempahan dan sekatan, pilih sebutan "sesuai" genom, mengambil kira ciri-ciri kumpulan itu, mengambil kira perbezaan antara penggantian nukleotida yang bermakna dan "diam" – dan jam molekul terus ditandakan.

Alternatif kepada gradualisme adalah punctualism, atau teori keseimbangan sekejap-sekejap, yang dirumuskan pada tahun 1972 oleh Stephen Gould (Stephen Jay Gould, 1941-2002) dan Niels Eldridge (Niles Eldredge, ms 1943).

Konsep ini mengandaikan bahawa tempoh kestabilan jangka panjang bergantian dalam evolusi spesies, apabila ciri-ciri utama spesies tetap tidak berubah, dan tempoh perubahan pantas, di mana spesies diubah – sama ada benar-benar berubah menjadi spesies lain, atau dibahagikan kepada dua atau lebih spesies baru, atau tunas dari mereka.Pandangan pandangan para punctualists, berdasarkan bahan paleontologi yang luas, mempunyai substantiasi teoritis yang cukup kuat. Dalam istilah yang paling umum, mereka boleh dikurangkan kepada yang berikut. Spesies ini adalah sistem pengawalan diri yang stabil. Agar sistem baru muncul di tempatnya, yang lama mesti dimusnahkan. Kami memerlukan beberapa jenis "goncangan" yang membawa kepada kemusnahan hubungan dalaman, untuk ketidakstabilan.

Dalam populasi organisma hidup, ketidakstabilan ditunjukkan terutamanya dalam peningkatan ketara dalam kebolehubahan. Terdapat bukti percubaan bahawa perubahan keadaan yang ketara (atau pemilihan intensif – contohnya dalam percubaan pada pembiakan haiwan) tidak membawa kepada pergeseran lancar dan beransur-ansur dalam ciri-ciri morfologi penduduk, tetapi peningkatan tajam dalam kebolehubahan, "kabur" gejala, dan hanya kemudian dari ketidakstabilan ini populasi dapat mengabadikan spesies atau spesies baru (lihat A. S. Rautian. Peraturan ketidakstabilan).

Awalnya, perselisihan antara orang-orang berangsur-angsur dan punctualists agak goyah, tetapi hari ini kedua-dua konsep ini wujud bersama secara adil dalam satu teori evolusi yang berkembang.Mereka betul dianggap tidak bertentangan, tetapi saling melengkapi, dan dengan cepat menjadi berantakan dengan pelbagai contoh, penjelasan, penambahan dan justifikasi. Kebanyakan pakar menyedari bahawa evolusi kadang-kadang boleh mengikuti senario punktualistik, kadang-kadang gradualistik.

Kedua-dua konsep, bagaimanapun, masih dalam "generalisasi empiris", dan bukan teori ketat – sama seperti hampir semua undang-undang evolusi lain, dengan cara ini. Sebahagian besarnya, ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa tiada siapa yang berjaya mengetahuinya perkadaran komponen yang beransur-ansur dan tepat pada masa dalam proses evolusi.

Artikel ahli biologi Inggeris diterbitkan dalam terbitan jurnal terkini Sains, adalah usaha yang serius untuk menyelesaikan masalah yang sangat mendesak ini. Teknik yang digunakan oleh para penyelidik adalah mudah, kerana semua cerdik. Adalah aneh bahawa tiada siapa yang memikirkan perkara ini sebelumnya. Inti idea ialah hubungan yang diinginkan dapat dengan mudah dikira dengan membandingkan panjang cabang "pokok" evolusi, yang dibina menggunakan teknik standard berdasarkan matriks jarak genetik.

Pokok evolusi data molekul dibina seperti berikut. Urutan nukleotida gen diambil dari beberapa spesies organisma hidup. Bandingkan mereka secara berpasangan dan tentukan peratusan nukleotida yang berbeza dalam setiap pasangan. Matriks yang dihasilkan diproses oleh salah satu daripada beberapa kaedah statistik piawai dan pokok yang dihasilkan diperolehi pada output. Dalam praktiknya, semua ini, tentu saja, agak rumit: sebagai contoh, sering outputnya bukan satu, tetapi beberapa pokok alternatif, yang kemudiannya anda perlu membina "konsensus" tertentu, tetapi ini tidak begitu penting. Apa yang penting ialah cawangan-cawangan pokok yang dihasilkan mempunyai panjang tertentu, bersamaan dengan magnitud perbezaan genetik, atau, sama sekali, magnitud perubahan evolusi gen tertentu dalam garis evolusi tertentu.

Semua spesies yang digunakan dalam analisis sedemikian biasanya moden (pengekstrakan DNA dari sisa-sisa fosil masih eksotik). Oleh itu, jika evolusi berjalan secara rata-rata (secara bertahap), maka jarak dari pangkal ("akar") pokok ke ujung mana-mana cawangan (petua-petua ini sesuai dengan spesies dianalisis) mestilah sama dan tidak bergantung kepada bilangan "nod" terletak di antara hujung cawangan dan akarnya.Sekiranya evolusi dipercepat pada saat cawangan, iaitu, ia mengikuti senario punctualistik, maka jarak dari akar ke akhir cawangan harus secara langsung berkaitan dengan bilangan nod yang terletak di antara mereka (lihat angka).

"Panjang laluan" (jarak dari akar hingga akhir cawangan) boleh diwakili sebagai x = nb + g, di mana g – "komponen beransur-ansur", b – "komponen punktualistik", atau magnitud perubahan yang berlaku di setiap nod, n – bilangan nod antara hujung cabang dan akar.

Sekiranya "punctualistic effect" (percepatan evolusi semasa spesiasi, iaitu, dalam nod pokok) berlaku, maka b mestilah positif, dan oleh itu mestilah mempunyai kaitan positif antara x dan n. Para penyelidik menganalisis pokok-pokok evolusi yang dibina daripada data molekul untuk 122 kumpulan spesies yang berkait rapat. Dalam 57 kes daripada 122 antara x dan n korelasi yang jelas dan jelas secara statistik telah dijumpai. Bagi pokok-pokok lain, korelasi itu tidak boleh dipercayai, terutamanya disebabkan oleh fakta bahawa pokok-pokok ini mempunyai terlalu banyak cawangan (iaitu bilangan spesis dalam sampel tidak mencukupi untuk mendapatkan hasil yang boleh dipercayai secara statistik).

Oleh itu, kesan punktualistik wujud dan menunjukkan dirinya sendiri, jika tidak selalu, sering kali cukup. Ia adalah penasaran bahawa dalam tumbuh-tumbuhan dan kulat, ia kelihatan lebih kuat daripada haiwan. Para penyelidik tidak berhenti di situ dan menentukan sumbangan yang relatif terhadap kesan tepat masa kepada perbezaan jumlah antara urutan nukleotida DNA spesies yang berlainan. Sumbangan ini ditentukan oleh formula: 2 (s-1)b/Tdi mana s – bilangan spesies, 2 (s-1) – bilangan cabang pokok, T – panjang keseluruhan semua cawangan. Ternyata, purata, sekitar 22% daripada perbezaan nukleotida yang diperhatikan berlaku semasa "spekulasi" spesiasi, sementara baki 78% secara beransur-ansur terkumpul semasa evolusi "beransur-ansur".

Perlu diingatkan bahawa dalam kerja ini hanya perbezaan dalam urutan nukleotida dipertimbangkan, dan kepentingan fungsi perbezaan ini tidak diambil kira (ya, ini tidak pernah dilakukan ketika membina "pokok molekul"). Pada tahap morfologi, gambar mungkin berbeza. Adalah diketahui bahawa sebahagian besar perubahan DNA tidak mempengaruhi struktur organisme, dan, sebaliknya, walaupun perubahan yang sangat kecil dalam segmen DNA utama dapat menyebabkan perubahan radikal dalam morfologi.

Adalah sangat mungkin bahawa perubahan-perubahan DNA yang berlaku dengan sangat cepat semasa tempoh spesiasi dikaitkan dengan transformasi morfologi yang lebih ketara daripada yang berlaku semasa tahap evolusi "bertahap". Dalam kes ini, akan ada lebih banyak "punctualism" dalam evolusi morfologi daripada dalam evolusi molekul. Sebenarnya, apa yang diperhatikan dalam rekod fosil. Untuk yakin tentang ini, perlu dilakukan analisa pokok-pokok evolusi menggunakan kaedah yang sama, yang dibina bukan oleh molekul, tetapi oleh ciri-ciri morfologi. Malangnya, pokok-pokok seperti kini tidak dapat dipakai, mereka jarang diterbitkan, dan tidak mudah untuk mengumpul bahan yang diperlukan untuk penyelidikan sedemikian.

Kerja ini mempunyai kepentingan teoretis yang hebat kerana percubaan lain pada pengesahan kuantitatif ketat salah satu daripada "undang-undang evolusi" empiris. Pada satu lagi percubaan baru-baru ini, Elemen telah ditulis (lihat Evolusi di pulau-pulau adalah lebih cepat, 14 September 2006). Walau bagaimanapun, sangat menyenangkan yang lama tidak diperhatikan oleh ahli zoologi dan ahli paleontologi, tetapi tidak terbukti keruntuhan evolusi, secara beransur-ansur mula menerima keteguhan yang ketat.

Sumber: Mark Pagel, Chris Venditti, Andrew Meade. Sumbangan Punctuational Besar Divergensi Evolusi di Tahap Molekul // Sains. 2006. V. 314. P. 119-121.

Lihat juga:
A. S. Rautian mengenai prinsip keseimbangan sekejap-sekejap.
Masalah neoplasma evolusi.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: