L'intera risposta sarà lunga, quindi leggi prima la parte breve, poi leggi il resto se tu (o qualcun altro) sei curioso. Le citazioni sono incluse nella sezione lunga. Posso includere citazioni aggiuntive nella sezione breve, se necessario.

Racconto breve

La tua domanda tocca alcuni pregiudizi comuni su come il processo evolutivo. Gli organismi non "vogliono" evolvere i tratti. I tratti evolvono attraverso i processi biologici di mutazione casuale e selezione naturale.

Gli organismi non "vogliono" far evolvere i tratti. (Bene, OK, mi piacerebbe far evolvere un paio di mani in più ma non è possibile.) La selezione naturale funziona modificando i tratti esistenti. La tua tartaruga può fissare tutto ciò che vuole verso il cibo fuori portata ma non svilupperà un collo più lungo. Invece, esiste una variazione naturale tra le lunghezze del collo delle tartarughe a causa della variazione dei geni che determinano le caratteristiche legate alla dimensione squadrata complessiva. Quelle persone con il collo più lungo possono essere in grado di ottenere un po 'più di cibo, vivere un po' più a lungo e riprodursi un po 'di più. Trasmetteranno i loro geni alla loro prole, quindi forse più della loro prole avrà anche colli più lunghi. Per molte generazioni, le tartarughe possono avere colli un po 'più lunghi.

Un malinteso comune è che i tratti degli organismi siano adattati con precisione a un'esigenza specifica. Non lo sono, per alcuni motivi. In primo luogo, la selezione naturale si verifica rispetto all'ambiente attuale. Gli adattamenti che funzionano bene in un ambiente potrebbero non essere così utili in un altro ambiente. Gli ambienti sono raramente stabili nel tempo evolutivo, quindi i tratti sono soggetti a continui cambiamenti.

Successivamente, come accennato in precedenza, la selezione naturale può funzionare solo su quali tratti sono presenti. Anche se un set extra di armi sarebbe utile, io sono un tetrapode. Le mie quattro appendici, insieme alle appendici di tutti gli altri tetrapodi, risalgono al nostro comune antenato. Le appendici di tutti i tetrapodi sono modifiche di quel tratto ancestrale.

Infine, gli organismi non hanno "campionato" l'intero regno delle possibili mutazioni e combinazioni di mutazioni. In altre parole, una certa mutazione o un insieme di mutazioni potrebbe effettivamente essere in grado di migliorare in modo adattivo un particolare tratto nell'ambiente attuale ma, se le mutazioni non si verificano mai, il miglioramento non potrà mai avvenire.

Abbiamo solo bisogno guardare noi stessi per renderci conto di quanto siamo adattati imperfettamente. Abbiamo problemi alla schiena e alle ginocchia perché i nostri corpi non sono progettati per camminare in posizione eretta. Ci siamo evoluti da organismi quadrupedi. Questo è successo così di recente che i cambiamenti nella struttura delle nostre ginocchia e schiena non si sono ancora evoluti (e potrebbero non esserlo mai). Cerca in Internet il test dell'occhio "punto cieco". Abbiamo una massa di vasi sanguigni nella parte anteriore della retina dei nostri occhi, che riduce la nostra accuratezza visiva. Spesso dobbiamo estrarre i denti dalle nostre mascelle perché l'appiattimento del nostro viso (rispetto ai nostri antenati australopiticini) ha accorciato le nostre mascelle. Non abbiamo tanto spazio per i nostri denti ma non abbiamo sviluppato un numero ridotto di denti.

Per quanto riguarda la tecnologia umana, essendo in grado di apportare modifiche dirette al nostro DNA per migliorare la nostra adattabilità, direi no. Anche se non ho la capacità di vedere nel futuro, la complessità del nostro genoma, e più specificamente il modo in cui i geni sono regolati, mi suggerisce che questo sarebbe un compito molto scoraggiante se non impossibile. Vedi la lunga risposta di seguito per ulteriori informazioni sui geni regolatori, ma il succo è che un piccolo insieme di geni regolatori controlla la maggior parte degli altri geni (inclusi altri geni regolatori). Le interazioni sono estremamente complesse e abbiamo una comprensione dettagliata di pochissime di queste interazioni. Suppongo che influenzare uno di questi geni in modo "positivo" abbia molte conseguenze negative non intenzionali.

Di seguito sono riportati alcuni semplici calcoli e altre idee per mostrarti come le mutazioni possono portare a molti tratti adattivi che vedi nella diversità della vita sulla terra.

Storia lunga

come si possono altrimenti spiegare così tanti salti evolutivi specifici (avanzati)?

Le mutazioni avvengono in modo casuale in tutto il genoma. La maggior parte delle mutazioni sarà neutra. Cioè, non sono né cattivi né buoni da un punto di vista evolutivo. Le mutazioni sono neutre perché il genoma della maggior parte degli organismi non è funzionale. Le mutazioni che si verificano nelle regioni funzionali del DNA (cioè, proteine ​​codificanti e regioni correlate) hanno maggiori probabilità di essere dannose (cattive) perché la mutazione può influenzare negativamente la funzione della proteina o anche la capacità di produrre la proteina. Tuttavia, alcune mutazioni sono utili. La mutazione può effettivamente migliorare la funzionalità della proteina o persino produrre nuove proteine.

Un paio di fattori devono essere considerati riguardo alle mutazioni. Il tasso di mutazione è molto basso. Ad esempio, Kumar e Subramanian (2002) hanno confrontato le sequenze di DNA di 5669 geni che codificano per proteine ​​di 326 specie di mammiferi. I loro risultati hanno suggerito che il tasso medio di mutazione tra i mammiferi è di 2,2 x 10 $ ^ {- 9} $ per coppia di basi (bp) all'anno. Ciò significa che, in media, una mutazione puntiforme ha modificato la posizione di ciascun nucleotide del DNA nel genoma dei mammiferi leggermente più di due volte (2,2 volte) ogni miliardo (10 $ ^ 9 $ ) anni. È un sacco di tempo!

Tuttavia, questo stesso tasso si verifica in ogni individuo della popolazione, quindi devi considerare le dimensioni della popolazione degli organismi. Quindi, facciamo un semplice esercizio. Considera una specie come il topo tascabile di roccia o un altro piccolo mammifero che ha un tempo di generazione molto breve. Per questo semplice esempio, supponiamo che il tempo di generazione sia un anno. Ciò significa che il tasso di mutazione di 2,2 x 10 $ ^ {- 9} $ per bp all'anno corrisponderebbe quindi a 2,2 x 10 $ ^ {- 9} $ mutazioni per bp per generazione. Il tempo di generazione è importante perché le nuove mutazioni vengono ereditate solo attraverso la riproduzione.

Supponiamo che il genoma diploide medio dei mammiferi sia di circa 6 miliardi (6 x 10 $ ^ 9 $ span>) nucleotidi di dimensione. Il numero di mutazioni ereditabili che si verificano in una singola prole è

$$ (6 \ times 10 ^ 9) \ times (2,2 \ times 10 ^ {- 9 }) = 13.2. $$

Successivamente, supponi che circa il 2,5% del genoma dei mammiferi sia composto da sequenze funzionali trascritte che possono influenzare il fenotipo (i tratti dell'organismo). Ciò significa che, di tutte le mutazioni che si verificano in ogni prole ogni generazione, circa il 2,5% potrebbe potenzialmente influenzare il fenotipo. Cioè,

$$ 13.2 \ times 0.025 = 0.33. $$

Ancora un piccolo numero. Ma ora dobbiamo tenere conto delle dimensioni della popolazione. I piccoli mammiferi, come i topi e le arvicole, hanno generalmente una popolazione di grandi dimensioni. Supponiamo che la popolazione di topi rock pocket contenga 100.000 individui in riproduzione. In tal caso,

$$ 0,33 \ times 100.000 = 33.000, $$

che è il numero di nuove mutazioni ereditabili che potrebbero verificarsi nella popolazione. La maggior parte di queste mutazioni sarà dannosa e rimossa dalla popolazione per selezione naturale ma, se anche una piccola frazione di queste nuove mutazioni è benefica, la selezione naturale può far sì che queste mutazioni benefiche aumentino rapidamente di frequenza nella popolazione durante le generazioni future. / p>

Negli esseri umani, Nachman e Crowell (2000) hanno stimato che il tasso medio di mutazione era 2,5 x 10 $ ^ {- 8} $ mutazioni per bp per generazione (non anno), confrontando i genomi di umani e scimpanzé. Se assumiamo la stessa dimensione del genoma e la dimensione effettiva della popolazione umana di 500.000 individui, quindi l'applicazione della stessa matematica suggerisce che 1.875.000 nuove mutazioni che potenzialmente influenzano il fenotipo si verificano nella popolazione umana ogni generazione. Di nuovo, solo alcuni di questi saranno utili, ma questa è ancora la possibilità di una serie di nuove mutazioni benefiche. In termini evolutivi, un topo o una generazione umana sono un battito di ciglia.

Quanto tempo impiegherebbe una mutazione benefica a diffondersi in una popolazione? Dipende da due cose. Quanto sono utili la mutazione (chiamata forza della selezione, s ) e la dimensione della popolazione? Per stimare quanto tempo impiegherebbe una mutazione benefica a diffondersi in una popolazione, possiamo utilizzare la formula,

$$ t = \ frac {2} { s} \ mathrm {ln} (2N_e), $$

dove $ t $ è il tempo in generazioni, $ s $ è la forza della selezione e $ N_e $ è la dimensione effettiva della popolazione (numero di individui in riproduzione). Per la forza della selezione, supponiamo che $ s = 0.01 $ , che è una selezione naturale debole ma positiva. Tornando ai nostri topi tascabili con $ N_e = 100.000 $ , la mutazione benefica si diffonderebbe a tutta la popolazione in sole 2441 generazioni (ricorda, stiamo parlando di evoluzioni tempo quindi 2000 anni non sono niente). Se $ N_e = 10.000 $ , la mutazione si diffonde solo nel 1981 generazioni. Se aumentiamo l'intensità della selezione t 0,2, i tempi sono 122 e 99 anni per le dimensioni della popolazione rispettivamente di 100.000 e 10.000 anni.

Questi calcoli "indietro del tovagliolo" mostrano quanto velocemente anche debolmente mutazioni benefiche possono apparire e diffondersi in una popolazione. Tuttavia, questo non include altri tipi di mutazioni come le duplicazioni geniche che possono anche consentire a nuove proteine ​​di evolversi. Ad esempio, la capacità umana di vedere i colori rossi è dovuta a una semplice duplicazione genica (Nathans et al. 1996 e riferimenti in essa). Questa duplicazione spiega anche la forma comune di daltonismo rosso-verde.

Whew!

C'è ancora di più nella nostra storia mutazionale. Considera gli umani e gli scimpanzé, che sono quasi identici dal punto di vista genetico (tra il 96-99% a seconda di come lo calcoli) eppure appaiono molto diversi. Se umani e scimpanzé si fossero discostati dal loro antenato comune negli ultimi cinque milioni di anni, come potrebbero differire così tanto? Questa domanda è stata inizialmente posta da [King e Wilson (1975)]. Hanno sostenuto che le mutazioni alle proteine ​​strutturali (come quelle che compongono ossa e muscoli) non sarebbero sufficienti per spiegare le differenze fenotipiche tra esseri umani e scimpanzé. La proposta che i geni regolatori siano la chiave per comprendere le grandi differenze. I geni regolatori sono quelli che controllano altri geni, attivandoli o disattivandoli e altre importanti funzioni. Le modifiche ai geni regolatori possono causare cambiamenti abbastanza rapidi al fenotipo.

Questa comprensione ha portato al vasto (e affascinante) campo della biologia evolutiva dello sviluppo. Questo campo si concentra su come le mutazioni nei geni regolatori associati allo sviluppo (dall'embrione all'adulto) hanno avuto un impatto evolutivo a lungo termine. Il campo è ricco di esempi, ma uno interessante è associato a zampe d'anatra e ali di pipistrello. Cominciamo con l'embrione. La maggior parte degli embrioni vertebrati ha membrane tra le dita (dita delle mani e dei piedi) durante una fase iniziale di sviluppo. Per la maggior parte dei vertebrati, le membrane vengono perse più tardi durante lo sviluppo. I piccoli lembi di pelle che hai tra le dita sono i resti delle tue membrane embrionali.

Un insieme di geni regolatori chiamati BMP (e un paio di altri) sono responsabili della perdita della membrana nei vertebrati. Tuttavia, a causa di diversi gruppi di mutazioni, i BMP non sono in grado di funzionare nelle zampe d'anatra e nelle mani di pipistrello. Quindi, entrambi finiscono con le membrane tra le loro dita ( Weatherbee et al. 2006). Pertanto, due diverse mutazioni bloccano lo stesso set di geni dello sviluppo, portando a nuovi adattamenti in due tipi molto diversi di vertebrati. Un ultimo esempio è l'evoluzione delle penne degli uccelli dalle squame. Come forse saprai, gli uccelli si sono evoluti dai dinosauri. Si scopre che le penne degli uccelli e le scaglie di alligatore (gli alligatori sono i parenti viventi più vicini) utilizzano gli stessi geni regolatori per svilupparsi. I geni sono BMP2 e SHH (riccio sonico per i fan del vecchio gioco per computer) ( Harris et al. 2002). Altri geni regolatori sono alla base dei diversi tipi di piume, come le piume lanuginose e le remiganti (Harris et al. 2002).

Letteratura citata

Harris, M.P. et al. 2002. Shh-Bmp2 Modulo di segnalazione e origine evolutiva e diversificazione delle piume. Journal of Experimental Biology 294: 160-178.

King, M.-C. e A.C. Wilson. 1975. Evoluzione a due livelli nell'uomo e negli scimpanzé. Science 188: 107-116.

Kumar, S. e S. Subramanian. 2002. Tassi di mutazione nei genomi dei mammiferi. Atti della National Academy of Sciences USA 99: 803-808.

Nachman, M.W. e S.L. Crowell. 2000. Stima del tasso di mutazione per nucleotide nell'uomo. Genetica 156: 297-304.

Weatherbee, S.D. et al. 2006. La ritenzione della tessitura interdigitale nelle ali di pipistrello illustra i cambiamenti genetici alla base della diversificazione degli arti degli amnioti. Atti della National Academy of Sciences USA 103: 15103-15107,

Sulla tua domanda

Questo tipo di domanda molto semplice ha lo svantaggio di richiedere una risposta molto lunga. Di conseguenza, la tua domanda potrebbe ottenere un voto ravvicinato. Farò del mio meglio per aiutarti, ma potresti voler esaminare qualche fonte di informazioni come introduzione alla biologia evolutiva. Alla fine un libro o l'accademia Khan forse.

Teoria dell'evoluzione di Darwin

L'espressione "teoria dell'evoluzione darwiniana" cede facilmente a malintesi perché Darwin era probabilmente il più importante scienziato (e uno dei primi se non il primo) a sviluppare la teoria dell'evoluzione ma non l'unico. La teoria dell'evoluzione non è più la teoria dell'evoluzione di Darwin.

Cos'è la selezione naturale? Ricetta Lewontin

Elenchi:

  - Sopravvivenza del più adatto- Mutazione casuale- Selezione naturale  

È un elenco di diversi concetti che potrebbero essere presenti nella biologia evolutiva, ma non è niente come una ricetta per l'evoluzione. Questo elenco penso che mostri già un punto che hai frainteso sull'evoluzione. La ricetta Lewontin è un buon modo per capire cos'è la selezione naturale e quando si verifica. La ricetta di Lewontin dice che la selezione naturale si verifica ogni volta che:

1. Gli individui in una popolazione variano in termini di un dato tratto
2. Questo tratto ha una certa ereditabilità (additiva). Ecco uno dei numerosi post che spiegano il concetto di ereditabilità. Potrebbe essere un post un po 'avanzato per te, ma in breve significa che la prole è più simile ai suoi genitori più che ad altri individui non parenti nella popolazione.
3. varia (non necessariamente in modo lineare) al variare del tratto.

Semplice esempio:

1. In una popolazione ci sono penne blu e penne rosse
2. La riproduzione è asessuata e le penne blu creano altre penne blu mentre le penne rosse creano altre penne rosse.
3. Le penne blu fanno più prole delle penne rosse.

In una situazione del genere, avviene la selezione naturale che fa sì che la frequenza delle penne blu aumenti nella popolazione mentre la frequenza delle penne rosse diminuirà.

Che cos'è l'evoluzione?

L'evoluzione non è solo selezione naturale. Ad esempio, è molto importante considerare eventi casuali. Uno di questi è mutazione , un altro è deriva genetica (non sto cercando di elencare tutti i parametri che influenzano l'evoluzione, ma solo per darvi un'idea del motivo per cui la selezione naturale è diversa da evoluzione con l'obiettivo di spiegare perché un tratto che è necessario non appare necessariamente). Sia le mutazioni che la deriva genetica spiegano perché una specie non sarà necessariamente adattata perfettamente al suo ambiente.

Mutazioni

In senso lato, la mutazione è qualsiasi cambiamento nella la sequenza del DNA. Alcuni cambiamenti sono più probabili di altri ma in ogni caso, la probabilità che questi cambiamenti avvengano non dipende dalle conseguenze che avranno sul fenotipo (in breve, un fenotipo è l'aspetto di un individuo) e sulla riproduzione successo. Quindi le mutazioni si verificano in modo casuale e la mutazione specifica che sarebbe necessaria nella popolazione potrebbe non verificarsi. Quindi dire, se un tratto è necessario (nel senso di "se un tratto sarebbe benefico"), allora si verificherà una mutazione per far sì che questo tratto esista è totalmente sbagliato. Potresti essere sorpreso dal livello di adattamento della vita, ma questo non significa che ciò di cui avevano bisogno sia stato creato con lo scopo di aiutare questi individui a sopravvivere ma significa solo che si verificano mutazioni casuali, la maggior parte di esse sono deleterie (diminuire il successo riproduttivo) mentre pochi di loro sono utili (aumentano il successo riproduttivo) e quelli che sono benefici hanno maggiori probabilità di aumentare di frequenza nella popolazione.

Deriva genetica

Se il cambiamento nella frequenza delle mutazioni dipendesse esclusivamente dalla selezione naturale, allora non avrei detto prima che una mutazione benefica ha maggiori probabilità di aumentare di frequenza, ma avrei detto che una mutazione benefica aumenterà di frequenza. Una spiegazione intuitiva di cos'è la deriva genetica può essere trovata in questo post. Ti permetterà anche di capire perché una piccola popolazione subisce un cambiamento più casuale nella frequenza dei loro geni che sono una grande popolazione.

Pertanto, quando dici di aver notato che Ogni volta che una specie ha aveva bisogno dello sviluppo di una caratteristica specifica per sopravvivere, ha sviluppato quella caratteristica e quella caratteristica precisamente è sbagliata. Hai notato che la specie ha un certo livello di adattamento solo se posso dirlo. È molto difficile immaginare quale nuova mutazione sarebbe vantaggiosa per un dato individuo in una popolazione, ma in realtà ci sono molte mutazioni benefiche che non si sono mai verificate o che sono scomparse a causa della deriva genetica. Inoltre, come è implicito nella ricetta del Lewtontin, individui diversi hanno tratti diversi che si traducono in un successo riproduttivo diverso. Se non si considerano le mutazioni che non si sono mai verificate ma solo in siti nel genoma che sono polimorfici (dove esistono diverse varianti nella popolazione), allora vale la pena sapere che ogni singolo individuo porta molte varianti deleterie. Queste mutazioni deleterie spiegano molte malattie genetiche. No, non siamo perfetti.

Di nuovo sulla tua domanda

Spero che questo aiuti un po '. Ma avrei bisogno di giorni per spiegare ulteriormente cos'è l'evoluzione. È un po 'un campo in biologia. La tua domanda è un po 'troppo ampia e come ho detto all'inizio dovresti cercare alcune informazioni da solo e tornare su questo sito con una domanda che può essere risolta più rapidamente.

Spero che ti sia d'aiuto!

Versione a risposta breve:

Mi sembra plausibile che noi (vita avanzata) potremmo avere un meccanismo biologico per "scrivere" le necessarie alterazioni nel nostro DNA o nel nostro DNA riproduttivo nel tempo , innescando gli sviluppi evolutivi molto specifici necessari alla nostra sopravvivenza senza fare affidamento su mutazioni casuali.

No, non lo è. Nonostante quello che ti dicono i tuoi sentimenti, nonostante quello che vorresti fosse il caso, non ci sono prove in biologia molecolare che suggeriscano l'esistenza di un tale meccanismo, non ci sono prove che tale meccanismo sia necessario per spiegare i diversi fenotipi che vediamo.

Ogni volta che una specie ha avuto bisogno dello sviluppo di una caratteristica specifica per sopravvivere, ha sviluppato quella caratteristica e quella caratteristica precisamente.

Questa affermazione è chiaramente falsa. I dinosauri non hanno sviluppato ciò di cui avevano bisogno, vero?

Si è scoperto che in questa occasione i mammiferi si sono adattati meglio alle condizioni del tempo, proprio come i pesci era riuscito in precedenza a prendere il sopravvento sui grossi artropodi e sulle ammoniti.

Con il senno di poi molte delle soluzioni della natura sembrano meravigliosamente eleganti, ma sono state ottenute per fortuna sotto un'intensa pressione per sopravvivere. Il fatto che i nostri occhi siano progettati con vasi sanguigni sul davanti della superficie ottica invece del retro è un esempio di un design che avrebbe potuto essere realizzato meglio se pensato da zero. Ci sono molte caratteristiche vestigiali delle generazioni precedenti che persistono, anche se non sono più necessarie. Si noti che i pesci piatti si schiudono con gli occhi sui lati opposti della testa e un occhio poi migra per essere sullo stesso lato dell'altro, e gli embrioni di balena che hanno denti che sono scomparsi al momento della nascita, ecc.

La selezione naturale è una combinazione di mutazioni fortunate che capita di adattarsi alle condizioni prevalenti. È un mondo difficile là fuori. Anche le piante si stanno strangolando a vicenda, come si può vedere in questo video: https://www.youtube.com/watch?v=aNjR4rVA8to

La tartaruga non aveva molto tempo per fissare con desiderio le foglie che non poteva raggiungere. Arrivò un'altra tartaruga con un collo leggermente più lungo e le mangiò. Ed è diventato più grande e più forte e ha combattuto con la prima tartaruga così ha avuto modo di accoppiarsi con tutte le femmine. E così la generazione successiva di tartarughe aveva il collo più lungo della precedente.

È facile dimenticare, con le nostre vite agiate, cos'è una natura combattiva. La ragione di ciò è che gli esseri umani come specie hanno sviluppato l'arma più devastante di tutte: la cooperazione. Rispetto alla maggior parte degli altri organismi, trattiamo abbastanza bene gli altri individui della stessa specie (il più delle volte) e in realtà ci insegniamo a vicenda come fare le cose. Mentre alcune altre specie cooperano tra gli individui, gli umani hanno portato questo a un livello completamente nuovo. Di conseguenza, siamo stati in grado di estirpare molte specie che rappresentano una minaccia per noi e di tenere sotto controllo molte altre specie che ci sono utili.

Se vuoi sapere perché questo non è accaduto prima: gli umani si sono evoluti da una creatura simile a una scimmia che, a causa dei cambiamenti nel suo ambiente, è scesa dagli alberi e ha iniziato a camminare per terra. Questa creatura aveva quindi le mani libere per usare gli strumenti, e per puro caso questa combinazione di fattori ha reso vantaggioso un cervello più grande, quindi questa creatura (che era già sociale, come le scimmie ma a differenza dei polpi, una delle poche altre creature benedette con l'abilità per eseguire manipolazioni complesse) divenne ancora più intelligente e iniziò a istruire i suoi figli su come controllare il suo ambiente.

Non c'è nulla in biologia che consenta di dirigere la mutazione dei geni. Infine, la tecnologia umana si è sviluppata al punto in cui potrebbe essere possibile modificare i geni direttamente. Tuttavia, ci sono importanti questioni etiche riguardanti l'uso di questa tecnologia. La fine di un essere umano "imperfetto" è disapprovata perché si ritiene che a tutti i membri della specie dovrebbe essere data la migliore possibilità di sopravvivere. Inoltre, non è affatto chiaro se esista davvero un gene "difettoso". Ad esempio, i portatori del gene responsabile dell'anemia falciforme hanno una maggiore resistenza alla malaria.

Comunque, molto prima che gli esseri umani fossero in grado di manipolare i geni direttamente, erano in grado di produrre enormi cambiamenti nel fenotipo dei cani in un numero notevolmente ridotto di generazioni. Esiste una razza di cane adattata a ogni possibile utilizzo. Una sfortunata conseguenza è che il pool genetico di ciascuna razza è piuttosto piccolo, il che porta a malattie specifiche della razza. Se queste razze venissero lasciate sole, ci vorrebbero molte generazioni prima che le mutazioni consentano ai loro genotipi di diversificarsi nuovamente. E chissà come sarebbe l'animale finale?

Mi sembra plausibile che noi (vita avanzata) potremmo avere un meccanismo biologico per "scrivere" le modifiche necessarie il nostro DNA o il nostro DNA riproduttivo nel tempo, innescando gli sviluppi evolutivi molto specifici necessari alla nostra sopravvivenza senza fare affidamento su mutazione casuale.

Là non è una prova per un tale meccanismo ed è molto poco chiaro come una mutazione possa essere dimostrata utile senza essere testata nell'ambiente. Quello che c'è è un modo per mescolare e abbinare i geni, in modo che i migliori possano propagarsi in tutta la popolazione. Gli organismi unicellulari lo fanno con una varietà di mezzi. Per gli organismi multicellulari il modo di fare è la riproduzione sessuale.

Il costo è enorme. Guarda una pianta in fiore. Quel fiore si è evoluto esclusivamente per consentire l'impollinazione, tipicamente da parte degli insetti. In alcuni casi, praticamente tutta l'energia della pianta va a produrre quel fiore e relativamente poca a produrre i veri semi. Le piante hanno un problema particolare nello scambio di geni perché non si muovono. Anche gli animali stazionari, come il barnacle, hanno problemi simili. Il barnacle risolve questo problema avendo un "pene" molte volte più lungo della sua lunghezza del corpo in modo che possa accoppiarsi con il suo vicino senza spostarsi dal suo punto. Negli esseri umani, la metà della popolazione è di sesso maschile e quindi incapace di generare prole.

La riproduzione asessuata è molto più efficiente nel produrre prole ma non consente lo scambio di geni. La prole è cloni del genitore e quindi ha gli stessi punti di forza e di debolezza genetici. La riproduzione asessuata esiste, anche in alcuni animali, ma la riproduzione esclusivamente asessuata precluderebbe la diffusione di mutazioni benefiche. Ecco perché gli organismi investono così tante energie nel sesso.

Gli afidi sono un buon esempio di un animale che si riproduce sia sessualmente che asessualmente. Nei periodi di boom dell'anno, gli afidi si riproducono asessualmente e in realtà nascono come femmine già gravide! Quando la disponibilità di cibo rallenta, passano al sistema di riproduzione sessuale più lento con maschi e femmine.

In molti animali, i maschi devono dimostrare la loro buona salute per potersi accoppiare con le femmine (che sono esigenti, perché devono sostenere il costo di sopportare i piccoli). In molti grandi mammiferi erbivori, questo è fatto dai maschi che combattono. Gli uccelli maschi spesso mostrano la loro salute con un piumaggio elaborato, il classico esempio è il pavone. È discutibile se un così cospicuo spreco di risorse sia davvero vantaggioso per la specie, ma le femmine si sono evolute per selezionare i maschi in questo modo. In alcuni pesci, c'è un solo maschio in un gruppo e quando gli succede qualcosa, la femmina più sana più grande cambia effettivamente sesso per diventare un maschio.

Quindi, se un organismo fosse in grado di farlo programmare i propri geni, perché investire così tante energie nella riproduzione sessuale?

La risposta fornita da Mike Taylor è semplicemente perfetta e completa.

Tuttavia, vorrei aggiungere alcuni miei pensieri in uno stile più colloquiale:

• La sopravvivenza del più adatto non è sempre vera. C'è anche la "sopravvivenza del più fortunato" (ad esempio il più adatto si mette in mostra in spiaggia con le altre tartarughe e viene colpito da un fulmine).

• La riproduzione non è così semplice e molte volte la femmina si accoppia con più compagni (a parte quello più in forma) e dovrebbe essere procurato un test paterno.

• I cambiamenti di mutazione non sono sempre graduali (cioè le tartarughe potrebbero sviluppare un collo lungo in una sola generazione).

• Mutazioni non sempre portano a un cambiamento del fenotipo. A volte, a seconda dell'ambiente, il cambiamento del fenotipo non si verifica. Ad esempio, le tartarughe potrebbero crescere un collo lungo solo se vivono in un'isola soleggiata.

• Non tutte le mutazioni sono benefiche e non tutte le mutazioni benefiche hanno un impatto sulla sopravvivenza (ad es. molti attori / attrici non sono molto alti anche se si riproducono con successo).

Secondo me ci sono molte sfumature di grigio tra le idee dietro l'evoluzione.

Le caratteristiche del "più adatto" a volte vengono perse per ragioni casuali come quelle elencate sopra, e le caratteristiche del "meno adatto" vengono talvolta trasmesse.

Infine, a volte, un organismo sviluppa (o sta sviluppando) un meccanismo per alterare direttamente i geni (ad esempio gli esseri umani). Dove porterebbe? L'evoluzione significa più qualcosa?

"Immagino che la tartaruga guardi quel cibo e desiderasse inconsciamente raggiungerlo, sforzandosi costantemente, per tutta la sua vita.

Mi sembra plausibile che noi ( vita avanzata) potrebbe avere un meccanismo biologico per "scrivere" le alterazioni necessarie nel nostro DNA o nel nostro DNA riproduttivo nel tempo, innescando gli sviluppi evolutivi molto specifici necessari alla nostra sopravvivenza senza fare affidamento su mutazioni casuali. "

Questa è un'idea di evoluzione pre-Darwin chiamata " eredità delle caratteristiche acquisite" o lamarckismo dal nome del filosofo naturale francese Jean-Baptiste Lamarck. Lamarck postulò che dato l'uso dei tessuti alterava quei tessuti, ad es. sollevare pesi rende i muscoli più grandi, quindi i discendenti di un organismo trarrebbero beneficio se tutto ciò che i tessuti del genitore "appreso" potesse essere trasmesso.

Ci sono effettivamente fattori epigenetici nelle cellule che attivano o disattivano selettivamente i geni o modificano in altro modo il loro uso di generazione in generazione. Ma questa non è evoluzione perché i geni sono sempre lì, pronti per essere utilizzati se necessario e non vengono mai create nuove informazioni.

I difetti del lamarckismo sono che, anche se esistesse il meccanismo per trasmettere le caratteristiche acquisite, come potrebbe sapere quali caratteristiche hanno portato a quale risultato? Come potrebbe distinguere i cambiamenti positivi da quelli negativi?

Più fatalmente, come potrebbe un organismo evolvere un sistema che non era correlato a un comportamento esistente? Affinché la tartaruga possa allungare il collo, deve desiderare di mangiare le foglie e fare uno sforzo per farlo. In primo luogo come ha acquisito il comportamento di desiderare di mangiare il congedo? Andando avanti, se le piante che mangia se ne vanno, come potrebbe mai trovare un'altra fonte di cibo? Non desidererebbe mangiare piante non commestibili, quindi non si sforzerebbe mai di farlo e non passerebbe mai quello sforzo ai suoi giovani.

Il problema nella tua comprensione del darwinismo è che sei arrivato al contrario. Le specie non trovano soluzioni e si evolvono. Non è qualcosa che fanno le specie. È qualcosa che accade alle specie, una forza dall'esterno. Non è analogo agli esseri umani che si mettono a risolvere consapevolmente un problema.

Inizialmente Darwin avrebbe usato l'analogia di "incuneamento" invece di "selezione naturale". Voleva sottolineare che è stato l'ambiente in cui le specie li hanno formati. (Oggi pensiamo ai cunei soprattutto per la loro potenza di scissione, ma ai tempi di Darwin, se si voleva comprimere qualcosa si usava un cuneo martellato lateralmente. Era uno strumento comune che svolgeva gli stessi lavori dei martinetti e dell'idraulica oggi .) Ma è andato con l'analogia antropomorfica della natura come un allevatore di animali che seleziona i tratti per il successo riproduttivo e sono seguiti molti malintesi.

L'evoluzione non è casuale. Solo le variazioni stesse sono casuali. La selezione di loro non lo è. È come tirare i dadi. La caduta dei dadi è casuale ma solo alcuni valori di dadi sono numeri vincenti e vengono "selezionati". La stessa mutazione potrebbe manifestarsi in ogni generazione per milioni di anni ma non produrre alcun cambiamento fino a quando l'ambiente non cambierà per rendere utile la mutazione.

Le specie non hanno esistenza indipendente dal loro ambiente. L'ambiente li comprime in una forma specifica, quella che meglio soddisfa le esigenze della Seconda Legge della termodinamica. Se l'ambiente non cambia, neanche l'organismo lo farà. Da quella prospettiva, l'adattamento è straordinario quanto una roccia che rotola in discesa. (Sarebbe fantastico se non conoscessi la gravità.)

Immagina di non aver mai visto l'argilla e di non aver mai visto lo stampaggio. La tua passeggiata lungo un ruscello rivestito di argilla. Camminando in un modo si passa una distesa di argilla vuota. Dopo il tuo passaggio, una foglia cade nell'artiglio e crea un'impronta quasi perfetta prima di essere spazzata via. Quando torni oltre quel punto, sembra che l'argilla si sia in qualche modo alterata, contro ogni probabilità, in un esatto duplicato speculare di una foglia. Come potresti chiederti, l'argilla potrebbe forse sapere come duplicare esattamente la forma di una foglia?

Ma l'argilla non ha fatto nulla. L'argilla non si alterava per adattarsi alla foglia, la forza della foglia che cadeva alterava l'argilla.

Allo stesso modo, le specie non si evolvono da sole, sono evolute da forze esterne. Le specie sembrano adattarsi miracolosamente alle loro nicchie ecologiche ma, proprio come l'argilla, non hanno fatto nulla per modellarsi alla nicchia. Proprio come l'argilla sarà modellata passivamente dalla pressione del modanatura, le specie non hanno altra scelta che assumere le forme che fanno.

Non è la sopravvivenza del fittista ma la sopravvivenza del adattato .

Per aggiungere alle risposte precedenti che trattano specificamente del darwinismo biologico, c'è anche il darwinismo universale che postula che l'evoluzione è un fenomeno naturale che appare quando sono presenti un insieme di condizioni e vincoli. E in effetti, è stato applicato con successo a una serie di campi (vedi sotto la citazione), il che sembra implicare che l'evoluzione non è una proprietà degli individui in evoluzione (come hai implicato) ma una proprietà del sistema dove gli individui si evolvono (purché gli individui soddisfino alcune proprietà speciali, vale a dire variazione ed ereditarietà, vedi sotto).

Ecco la definizione da Wikipedia:

Al livello più fondamentale, la teoria dell'evoluzione di Charles Darwin afferma che gli organismi si evolvono e si adattano al loro ambiente mediante un processo iterativo. Questo processo può essere concepito come un algoritmo evolutivo che ricerca nello spazio delle forme possibili (il panorama del fitness) quelle che si adattano meglio. Il processo ha tre componenti:

• variazione di un dato modulo o modello. Questo di solito (ma non necessariamente) è considerato cieco o casuale e avviene tipicamente per mutazione o ricombinazione.
• selezione delle varianti più adatte, cioè quelle che sono più adatte a sopravvivere e riprodursi nel loro ambiente dato . Le varianti non idonee vengono eliminate.
• ereditarietà o conservazione, il che significa che le caratteristiche delle varianti idonee vengono mantenute e trasmesse, ad es. nella prole.

Dopo che queste varianti di adattamento sono state mantenute, possono subire nuovamente variazioni, direttamente o nella loro prole, iniziando un nuovo ciclo dell'iterazione. Il meccanismo complessivo è simile alle procedure di risoluzione dei problemi di prova ed errore o di generazione e prova: l'evoluzione può essere vista come la ricerca della migliore soluzione per il problema di come sopravvivere e riprodursi generando nuove prove, testando come bene si comportano, eliminando i fallimenti e mantenendo i successi.

La generalizzazione fatta nel darwinismo "universale" consiste nel sostituire l '"organismo" con qualsiasi modello, fenomeno o sistema riconoscibile. Il primo requisito è che il modello possa "sopravvivere" (mantenere, essere conservato) abbastanza a lungo o "riprodursi" (replicare, essere copiato) con sufficiente frequenza in modo da non scomparire immediatamente. Questa è la componente ereditaria: le informazioni nel modello devono essere conservate o trasmesse. Il secondo requisito è che durante la sopravvivenza e la riproduzione possano verificarsi variazioni (piccoli cambiamenti nel modello). Il requisito finale è che vi sia una "preferenza" selettiva in modo che alcune varianti tendano a sopravvivere o riprodursi "meglio" di altre. Se queste condizioni sono soddisfatte, quindi, dalla logica della selezione naturale, il modello si evolverà verso forme più adattate.

Esempi di modelli che sono stati postulati per subire variazione e selezione, e quindi adattamento, sono i geni , idee (meme), neuroni e loro connessioni, parole, programmi per computer, aziende, anticorpi, istituzioni, stati quantistici e persino interi universi.

Inoltre, potresti essere interessato ad alcuni termini associati con questa teoria, ad esempio per John Maynard Smith un individuo che può evolversi in un sistema evolutivo è chiamato Unità di evoluzione [1]. Questo mostra quanto l'evoluzione astratta e generalizzabile possa essere.

[1]: Fernando C, Vasas V, Szathmáry E, Husbands P (2011) Evolucted Neuronal Paths: A Novel Basis for Information and Search in the Brain. PLoS ONE 6 (8): e23534. doi: 10.1371 / journal.pone.0023534

Esistono davvero enormi sistemi di controllo evolutivo integrati nel DNA. Costituiscono la forza principale per un cambiamento efficiente negli esseri viventi.

Le mutazioni casuali del DNA non sono benefiche come quelle controllate, puoi vedere mutazioni casuali di un singolo gene all'opera nei libri di medicina: anemia, cancro, odore di formaggio, sudore, assenza di ghiandole sudoripare, condizioni della pelle, squame, ossa fragili , tolleranza al lattosio, sono tutti esempi di mutazioni di singole proteine ​​e singoli ormoni della crescita e così via.

Invece di mutazioni casuali del DNA, le forme di vita controllano la loro velocità di cambiamento e i tipi di variazioni in modi molto efficienti, cambiamenti di colore, ossa / braccia / gambe più lunghe e più corte che puoi vedere negli esseri umani, fisici tempi di maturazione, lunghezza e quantità di peli, tutte queste cose sono sicure per un animale con molte variazioni genetiche. I cambiamenti nella lunghezza delle ossa variano di oltre il 10% in una singola generazione di esseri umani, ma cambiamenti come la tolleranza al lattosio si verificano solo ogni 100 d di generazioni. Pertanto ci sono centinaia di geni per il controllo degli ormoni della crescita in quanto è importante per la selezione. Se i cambiamenti di colore diventano importanti per un animale, ad esempio uccelli, pesci e farfalle, allora centinaia di geni sono dedicati al colore. Se il colore non è importante, ad esempio, gli animali del nord e della neve, allora pochi cambiamenti genetici sono dedicati al colore. I molti geni del colore di un animale tropicale andrebbero in letargo molto velocemente se fossero esposti a condizioni di neve.

Ha senso che il DNA favorisca gli sviluppi che incoraggiano la riproduzione e la sopravvivenza in contesti variabili, e in effetti il ​​DNA è sovralimentato per fornire cambiamenti morfologici e chimici per lo più utili in gran numero. Le piante, al contrario, hanno bisogno di cambiare molto le loro sostanze chimiche per attirare e respingere gli animali, mentre gli animali non hanno bisogno di attirare altri animali per il cibo, solo per difendersi, questo è uno dei motivi per cui gli animali hanno una varietà chimica molto inferiore rispetto alle piante. Solo i cinesi usano gli animali per la medicina e ci sono poche aspirine e sedativi derivati ​​dagli animali. Gli animali non possono produrre potenti sostanze chimiche casuali perché i loro ormoni del sistema nervoso e le pareti cellulari sono meno robusti delle cellule di cellulosa e degli ormoni vegetali. Altrimenti, gli animali avrebbero odore e sapore più variabili, ma tutti i mammiferi hanno un sapore simile.

È lo stesso con l'evoluzione del computer. Se dici a un programma per computer di variare il DNA in modo casuale o di creare forme di vita in modo casuale, avrà animali epilettici e disorganizzati che fluttuano, rotolano, colpiscono i muri, e non è quello che fanno gli animali per evolversi. Se doti un programma di evoluzione del computer con kit di strumenti DNA copiati dalla natura, avrai molto più velocemente animali significativi ... cioè semplici insetti locomotori. Se dici al computer di usare movimenti sinusoidali degli arti come pinne di pesce, zampe di millepiedi, zampe di insetti, usando impulsi nervosi e per creare forme di vita metameriche, avrai molto più successo che aggiungere semplicemente arti su parti casuali del corpo, usando casuali impulsi nervosi del modello e così via.

Non è una cosa facile da studiare, poiché è molto complessa. Mi piacerebbe alcune statistiche e riviste riguardanti i tipi di cambiamenti evolutivi che sono prevalenti nelle diverse forme di vita.