Sex, dronningen av problemer i evolusjonsbiologien
Jonathan McLatchie; 13. juli 2011. Oversatt herfra
Opprinnelsen til seksuelt reproduserende organismer fra aseksuelt reproduserende forfedre er et dyptgående mysterium som har forvirret mang en evolusjonsbiolog. Opprinnelsen til og påfølgende vedlikehold av sex og rekombinasjon, er et fenomen som ikke lett kan forklares av darwinistisk evolusjon. Det er faktisk flere substantielle, velkjente grunner til at opprinnelsen til sex utgjør et alvorlig problem for konvensjonelle evolusjonære forklaringer. Graham Bell beskrev dilemmaet i sin bok, The Masterpiece of Nature: The Evolution of Genetics and Sexuality:
-Sex er dronningen av problemer i evolusjonsbiologien. Kanskje har ingen andre naturfenomener vakt så stor interesse; absolutt ingen har sådd så mye forvirring. Innsikten til Darwin og Mendel, som har belyst så mange mysterier, har så langt ikke klart å kaste mer enn et svakt og vaklende lys over seksualitetens sentrale mysterium, og understreket dens uklarhet ved selve dens isolasjon.
Bilde 1. Sædceller på vei mot målet
Hva er problemene?
Det er flere grunner til at opprinnelsen til sex er et problem. For det første er det sløsing med ressurser ved å produsere hankjønn. Forutsatt at en kjønns-reproduserende hunn føder like mange mannlige og kvinnelige avkom, vil bare halvparten av avkommet kunne fortsette å få flere avkom (i motsetning til den aseksuelt reproduserende arten, hvor alt avkommet senere kan formere seg). Dermed er det å forvente at den aseksuelle hunnen vil formere seg i gjennomsnitt med dobbelt så stor hastighet som den seksuelle arten. Gitt ulempen ved å konfrontere den seksuelt reproduserende arten, ville man forvente at de raskt ble utkonkurrert av den aseksuelle arten. Dessuten må det huskes at i motsetning til den aseksuelle arten, opprettholder hunnene av den seksuelt reproduserende arten bare halvparten av sin vellykkede genotype. å gå over fra en tilstand av aseksualitet til seksuell reproduksjon er derfor i realiteten å gamble med 50 % av ens vellykkede genotype. Gitt at hele formålet med naturlig seleksjon er å bevare de organismene som overfører sine vellykkede gener, treffer dette hjertet av evolusjonær begrunnelse.
Disse dilemmaene er ikke noe nytt. I sin bok, Evolution: The Triumph of an Idea, erkjenner Carl Zimmer disse problemene:
-Sex er ikke bare unødvendig, men det burde være en oppskrift på evolusjonær katastrofe. For det første er det en ineffektiv måte å reprodusere seg på...Og sex har også andre kostnader... For all del, enhver gruppe dyr som utvikler seksuell reproduksjon bør umiddelbart utkonkurreres av ikke-seksuelle. Og likevel hersker sex... Hvorfor er sex en suksess, til tross for alle dens ulemper?»
Problemene strekker seg enda dypere enn dette. For det er selvfølgelig den ekstra gåten knyttet til det faktum at kjønnsceller gjennomgår en fundamentalt annen type celledeling (dvs. meiose i stedet for mitose). Meiose innebærer kopiering av bare halvparten av kromosommaterialet. På lignende måte som mitose (som forekommer i somatiske celler), dupliseres hvert kromosom for å gi to kromatider. I motsetning til mitose er imidlertid de homologe kromosomene også assosiert. Så ved starten av meiose har hvert synlige 'kromosom' fire kromatider. Ved den første deling er disse homologe kromosomene separert slik at hver datterkjerne har nøyaktig halvparten av kromosomtallet. På dette stadiet er hver til stede som to kopier (kromatider). Disse kromatidene er derfor separert ved den andre delingen slik at hver ny kjerne bare har en enkelt kopi. For at seksuell reproduksjon skal fungere, er det viktig at prosessen med meiose utvikler seg til halvparten av kromosomtallet. Og denne evnen må bare forekomme i kjønnscellene og ikke i de somatiske cellene. Denne vanskeligheten fremheves av mangfoldet av nye elementer som finnes i meiose, noe som gjør det usannsynlig at det kan forklares i form av enkelte mutasjonstrinn.
Og så er det det ekstra problemet med mannlig og kvinnelig komplementaritet - en tilsynelatende bemerkelsesverdig forekomst av ko-evolusjon.
Bilde 2. Oppbygning av sædceller
Forsøkte løsninger
På samme dag i 2011 ble det publisert to artikler i populærvitenskapelige medier som tilbyr to forskjellige (men fullstendig motstridende) beretninger om den evolusjonære opprinnelsen til seksuell reproduksjon.
En av disse artiklene har overskriften "Sex utviklet seg for å forhindre parasittinfeksjoner, sier forskere". Artikkelen åpner med å erkjenne problemene som jeg skisserte ovenfor:
-Seksuell reproduksjon som involverer to partnere er langt mindre effektiv enn selvbefruktning - i det minste fra evolusjonsperspektivet. Så hvorfor begynte skapninger som mennesker noen gang å ha sex med hverandre? I følge en ny studie gjorde vi det for å bekjempe parasitter. Vi snakket med forskerne for å finne ut hva dette sier om sex.
Artikkelen fortsetter med å forklare:
"Biologer ved University of Indiana fant noen av de mest overbevisende bevisene ennå på at den evolusjonære driveren for seksuell reproduksjon, er et behov for å unngå død av parasitter. Den grunnleggende logikken er at hvis en organisme reproduserer seg aseksuelt, vil den genetiske variasjon av arten som helhet sakte stoppe opp, og det blir stadig mer sannsynlig at en parasitt som kan drepe ett medlem av arten kan skape kaos for hele populasjonen. (For bevis på det, se bare på bananer.)
Seksuell reproduksjon tjener derfor som en måte å fortsette å introdusere genetisk variasjon på, en prosess som må gjentas hele tiden for å fortsette å avverge angrep fra de nyeste og dødeligste parasittene. Dette er kjent som "Red Queen Hypothesis", og tar navnet fra en linje i Lewis Carrolls Through the Looking Glass der, "Det krever all løpingen du kan gjøre, for å holde deg på samme sted."
Og dermed hevdes det at de tilsynelatende ulempene ved sex, skissert ovenfor, kompenseres av fordelen som kommer fra den enorme genetiske fleksibiliteten som oppstår fra stokkingen av gener gjennom prosessen med rekombinasjon og befruktning. Dette innebærer at befolkningen er bedre i stand til å kunne tilpasse seg miljøfarer som parasitter. Dette vil dermed gi den seksuelt reproduserende arten en betydelig fordel, samtidig som den aseksuelle arten blir mer utsatt for utryddelse.
Men her er kjernen i saken: Faktumet med denne åpenbare fordelen forklarer IKKE hvordan seksuell reproduksjon oppsto i utgangspunktet. Faktisk er en slik enorm genetisk fleksibilitet bare til fordel for fremtidige generasjoner, og ikke for den nåværende befolkningen. Men naturlig utvalg, som er blottet for framsyn, er ikke i stand til å beholde biologiske fenomener for deres potensielle fremtidige nytte. Problemene som jeg skisserte ovenfor er kraftige kortsiktige ulemper som burde ha dempet utvikling av seksuell reproduksjon i utgangspunktet! Dessuten er seksuell reproduksjon et fenomen med en slik kompleksitet, som er tilstrekkelig til å gjøre det ekstremt usannsynlig å utvikle seg, ved mutasjoner på hyppig nok basis, til at vi kan forvente at den blir fikset i kraft av at noen få organismer på en eller annen måte overleve disse åpenbare ulempene. Dessuten har effekten av Red Queen Hypothesis blitt stadig mer utfordret i det siste. Som nevnt i en BBC-artikkel i 2004, "for at denne teorien skal fungere, må det være forferdelig mange parasitter rundt, og de må ha veldig dramatiske effekter."
Som John Maynard Smith uttalte i kapittel 12 i sin bok, The Theory of Evolution:
-Vi er derfor drevet til den konklusjon at de tidlige stadiene i utviklingen av den seksuelle prosessen fant sted under påvirkning av selektive krefter, som er ganske forskjellige fra de som er ansvarlige for opprettholdelsen og spredningen av seksuelle prosesser når de først ble reist.
Bilde 3. Forplantningssystemet -også nødvendig for overlevelse av arten
Den andre artikkelen, publisert i Science Daily -lenke https://www.sciencedaily.com/releases/2011/07/110707161037.htm , hadde overskriften "Sex handler ikke om å fremme genetisk variasjon, hevder forskere". Denne artikkelen erkjenner problemet med hypotesen i forrige artikkel, og rapporterer,
-Heng og medforsker Root Gorelick, Ph.D., førsteamanuensis ved Carleton University i Canada, foreslår at selv om mangfold kan skyldes en kombinasjon av gener, handler ikke den primære funksjonen til sex om å fremme mangfold. Snarere handler det om å holde genomkonteksten - en organismes komplette samling av gener ordnet etter kromosomsammensetning og topologi - så uendret som mulig, og dermed opprettholde en arts identitet. Denne overraskende analysen har blitt publisert som en forsideartikkel i en fersk utgave av tidsskriftet Evolution.
-Hvis sex bare var for å øke genetisk mangfold, ville det ikke ha utviklet seg i utgangspunktet," sa Heng. Dette er fordi aseksuell reproduksjon - der bare én forelder er nødvendig for å formere seg - fører til høyere grad av genetisk mangfold enn sex.
Artikkelen fortsetter med å spørre:
"Faktisk, for to milliarder år siden i jordens biosfære, var livet utelukkende avhengig av aseksuell reproduksjon, og hver organisme var i stand til å føde unger uten kostbar konkurranse om å parre seg. Med aseksuelle arters raskere og mer effektive reproduksjonsmåte, opprinnelsen og vedlikeholdet av sex – ikke akkurat det beste reproduksjonsmiddelet – undrer forskere, som i flere tiår har spurt: Hvorfor har sex utviklet seg og overlevd?"
Og hvilken løsning tilbyr vi denne gangen, lurer du kanskje på?
Bilde 4. Hvorfor utviklet formering seg fra dette..
-Ifølge Heng er den skjulte fordelen sex har fremfor aseksuell reproduksjon at den begrenser makroevolusjon - evolusjon på genomnivå - for å tillate en arts identitet å overleve. Med andre ord forhindrer det "Art A" fra å omdannes til "Art B." I mellomtiden tillater det også mikroevolusjon - evolusjon på gennivå - for å tillate medlemmer av arten å tilpasse seg miljøet.
Det er riktig. Sex utviklet seg for å begrense utviklingsevnen. Bortsett fra det faktum at dette fortsatt ikke gir noe som den type årsaksforklaring vi trenger (og heller ikke løser noen av problemene jeg skisserte tidligere), gjør tesen om at sex utviklet seg for å forhindre makroevolusjon, enda mer usannsynlig. evolusjonens større påstander om at alle eksisterende arter er et produkt av avstamning-med-modifikasjon, som et resultat av tilfeldig variasjon som påvirkes av seleksjon.
Sex fortsetter å regjere som den ultimate gåten, problemenes dronning, i evolusjonsbiologien. å gjøre rede for opprinnelsen i form av evolusjonær begrunnelse er uunngåelig dømt til å mislykkes. Som David Tyler nylig bemerket: "Gang på gang fyller darwinister hullene i kunnskap med sine teoretiske modeller, men før eller siden vil neste generasjon forskere innse at darwinister har konstruert en virtuell verden som ikke samsvarer med den virkelige verden, som blir åpenbart ved forskning."
Bilde 5. -til dette?
JONATHAN MCLATCHIE
RESIDENT BIOLOG & stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR
Dr. Jonathan McLatchie har en bachelorgrad i rettsmedisinsk biologi fra University of Strathclyde, en mastergrad (M.Res) i evolusjonsbiologi fra University of Glasgow, en annen mastergrad i medisinsk og molekylær biovitenskap fra Newcastle University, og en doktorgrad i evolusjonær Biologi fra Newcastle University. Tidligere var Jonathan assisterende professor i biologi ved Sattler College i Boston, Massachusetts. Jonathan har blitt intervjuet på podcaster og radioprogrammer, inkludert "Unbelievable?" på Premier Christian Radio og mange andre. Jonathan har talt internasjonalt i Europa, Nord-Amerika, Sør-Afrika og Asia for å fremme bevis på design i naturen.
Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund