Следует ли эволюционной биологии подвергнуться серьезному пересмотру, или «революции» не предвидится?
Когда исследователи из Университета Имори в Атланте научили мышей пугаться запаха миндаля (с помощью электрошока), они пришли в ужас.
обнаруженный что и дети, и внуки этих мышей тоже боялись запаха миндаля.
Но этого не должно произойти.
Многим поколениям школьников внушали, что наследовать нажитое имущество невозможно.
Мышь не может родиться с знаниями, полученными ее родителями – это как если бы мышь, потерявшая в результате несчастного случая хвост, родила бесхвостую мышь.
Нет ничего постыдного в том, чтобы не знать о состоянии современной эволюционной биологии, если только вы не биолог.
Оно восходит к возникшему в 1940-60 гг.
синтезу наук, сочетавшему в себе механизм естественный отбор , открыть Чарльз Дарвин , с открытием Грегор Мендель наследование генов .
Традиционный, до сих пор доминирующий подход утверждает, что адаптация – все, от человеческого мозга до павлиньего хвоста – полностью и удовлетворительно объясняется естественным отбором (и последующим наследованием).
Однако с появлением новых идей геномика , эпигенетика И биология развития Большинство эволюционистов согласны с тем, что их область знаний меняется.
Множество данных свидетельствуют о том, что процесс эволюции гораздо сложнее, чем считалось ранее.
Многие специалисты по эволюционная биология , в том числе и я, призываю расширить описание теории эволюции до так называемые «расширенный эволюционный синтез» (?ЭС) [ расширенный эволюционный синтез , ЕЭС)].
Ключевой вопрос заключается в том, влияет ли то, что происходит с организмами в течение их жизни, на их развитие — важную и ранее непредвиденную роль в эволюции.
Ортодоксальная точка зрения считала, что процесс развития в значительной степени не связан с эволюцией, но взгляды РЭС считали его наиболее важным.
Авторитетные и видные сторонники обоих подходов собираются по обе стороны этой дискуссии; ведущие профессора университета Лига плюща и члены государственных академий спорят о механизмах эволюции.
Некоторые даже начинают подозревать, что в этой сфере назревает революция.
В своей книге «О человеческой природе» (1978) биолог-эволюционист ЭДвард Уилсон заявил, что человеческая культура находится на генетическом поводке.
Эта метафора была спорной по двум причинам.
Во-первых, как мы увидим, в равной степени верно и то, что культура держит гены на поводке.
Во-вторых, даже если культурное обучение находится под влиянием генетических тенденций, немногие культурные различия можно объяснить существующими генетическими различиями.
Однако эта фраза может многое объяснить.
Представьте себе человека (гены), идущего и пытающегося управлять мускулистым мастифом (человеческая культура).
Траектория этой пары (путь эволюции) отражает результат их борьбы.
Теперь представьте, что один и тот же человек дерется с несколькими собаками, идущими на поводках разной длины, причем каждая собака тянет его в разные стороны.
Эти участки отражают влияние факторов развития – эпигенетики, антител, гормонов, переданных родителями, а также экологического и культурного наследия.
Среди стаи собак – эпигенетическая, культурная и экологическая наследственность, а также родительское влияние и пластичность мозга.
Мужчина, дерущийся с собачниками, является хорошей метафорой того, как RЭS описывает процесс адаптации.
Требует ли это революции в эволюции? Чтобы ответить на этот вопрос, вам нужно понять, как работает наука.
И здесь властью будут не биологи, а философы и историки науки.
Книга Томас Кун " Структура научных революций (1962) популяризировали идею о том, что наука меняется посредством революций в понимании.
Считалось, что эти «сдвиги парадигмы» последовали за кризисом доверия к старой теории, проявившимся в ходе накопления противоречивых данных.
А также есть Карл Поппер и его гипотеза о том, что научные теории нельзя доказать, но можно опровергнуть, или фальсифицировать .
Рассмотрим гипотезу: «Все овцы белые».
Поппер утверждал, что никакое количество открытий, подтверждающих эту гипотезу, не может служить ее доказательством, поскольку нельзя исключить возможность того, что в будущем появятся свидетельства, противоречащие ей; и наоборот, наблюдение за единственной паршивой овцой определенно опровергло бы эту гипотезу.
Он утверждал, что ученые должны стремиться проводить решающие эксперименты, которые потенциально могут опровергнуть их теории.
И хотя идеи Куна и Поппера хорошо известны, с точки зрения философов и историков они остаются спорными.
Современное состояние этих областей лучше всего сформулировал венгерский философ Имре Лакатош в своей книге «Методология научных исследований» (1978):
История науки опровергает и Поппера, и Куна: при ближайшем рассмотрении критерий Поппера и революции Куна оказываются мифами.Рассуждения Поппера могут показаться логичными, но они не всегда соответствуют тому, как работает наука в реальном мире.
Научные наблюдения подвержены ошибкам измерений; ученые — это люди, привязанные к своим теориям; Научные теории могут быть чертовски сложными, что делает оценку научных гипотез ужасно запутанной.
Вместо того, чтобы признать, что наша гипотеза может быть ошибочной, мы критикуем методологию («Эта овца не черная, ваш инструмент неправильный»), спорим об интерпретации («Овца просто грязная»), придумываем поправки к гипотезе ( «Я имею в виду домашних овец, а не диких муфлонов»).
Лакатос называет такие поправки и поддерживает «вспомогательную гипотезу»; ученые предлагают их для того, чтобы защитить «основные» идеи, чтобы они не были отвергнуты.
Такое поведение ясно видно в научных дебатах об эволюции.
Возьмем, к примеру, идею о том, что новые свойства, приобретенные организмом в течение жизни, могут быть переданы следующему поколению.
Эта гипотеза стала широко известна в начале XIX века благодаря французскому биологу Жану-Батисту Ламарку, который использовал ее для объяснения эволюции.
Однако долгое время считалось, что она опровергнута экспериментально — вплоть до того, что термин «ламаркианство» имеет уничижительный оттенок в эволюционных кругах, и любого исследователя, выражающего симпатию к этой идее, по сути, называют «эксцентриком».
Мудрость, приобретенная родителями, не может повлиять на особенности их потомства.
Но на самом деле это возможно.
О том, как это происходит экспрессия генов , образуя фенотип На реальные характеристики тела влияют химические вещества, прикрепленные к генам.
Все, от диеты до загрязнения воздуха и поведения родителей, может влиять на добавление или удаление этих химических маркеров, что может вызывать включение и выключение генов.
Обычно эти так называемые «эпигенетические» добавки удаляются во время производства спермы и яйцеклеток, но оказывается, что некоторые из них избегают перезагрузки и передаются следующему поколению вместе с генами.
Этот процесс известен как «эпигенетическое наследование», и все больше и больше исследований подтверждают его реальность.
Вернемся к мышам, которые боялись миндаля.
Эпигенетическая метка, передаваемая в сперме, позволила мышам унаследовать страх.
Еще один в 2011 году.
необычное исследование сообщили, что черви реагируют на воздействие вируса, производя факторы, подавляющие вирус — химические вещества, которые его отключают, — но, что интересно, последующие поколения червей эпигенетически унаследовали эти химические вещества через регуляторные молекулы, известные как « малые РНК ".
Сейчас подобное исследовать уже сотни, многие из них опубликованы в самых престижных и известных журналах.
Биологи спорят, является ли эпигенетическое наследование ламарковским или просто напоминает мне о нем Однако от самого факта наследования приобретенных признаков никуда не деться.
По логике Поппера, единственной экспериментальной демонстрации эпигенетической наследственности — той единственной паршивой овцы — должно быть достаточно, чтобы убедить биологов-эволюционистов в ее возможности.
Однако по большей части биологи-эволюционисты не спешат менять свои теории.
Вместо этого, как предположил Лакатос, мы выдвинули вспомогательные гипотезы, которые позволяют нам поддержать нашу давнюю точку зрения (то есть, что наследование объясняется передачей генов из поколения в поколение).
К ним относятся идеи о том, что эпигенетическое наследование встречается редко, что оно не влияет на функционально важные признаки, что оно находится под генетическим контролем и что оно слишком нестабильно, чтобы поддерживать распространение признаков посредством отбора.
К несчастью для традиционалистов, эти попытки ограничить эпигенетическую наследственность не убедительны.
Уже известно, что эпигенетика очень распространен в природе, и с каждым днем примеров появляется все больше и больше.
Она влияет на функционально важных признаках, таких как размер плода, время цветения и рост корней у растений - и хотя лишь небольшая часть эпигенетических вариантов является адаптивной, то же самое верно и для генетических вариантов, поэтому такие основания вряд ли будут хорошим основанием для отказа от них.
процесс.
В некоторых системах, где скорость эпигенетических изменений тщательно измерялась, например.
Корневище Тала (Arabidopsis thaliana), скорость Оказалось, что достаточно малы для того, чтобы произошел отбор, ведущий к кумулятивной эволюции.
Математические модели показывать что системы с эпигенетическим наследованием развиваются иначе, чем системы, которые полагаются исключительно на генетическое наследование — например, отбор эпигенетических маркеров может привести к изменениям частоты генов.
Уже нет сомнений в том, что эпигенетическая наследственность заставляет нас изменить подход к изучению эволюции.
Пигенетика — это только часть истории.
От культуры и общества мы все наследуем знания и навыки, приобретенные нашими родителями.
Эволюционные биологи признали этот факт как минимум сто лет назад, но до недавнего времени считалось, что это относится только к человеку.
Но это уже не так ясно : Различные существа животного царства социально изучают диету, технологии питания, избегание хищников, общение, миграцию, выбор спаривания и места размножения.
Сотни экспериментальных исследований продемонстрировали наличие социального обучения у млекопитающих, птиц, рыб и насекомых.
Среди наиболее интересных данных можно назвать исследовать К перекрестное воспитание отличные сиськи И синие синицы .
Когда представители одного вида воспитываются представителями другого вида, они меняют различные аспекты своего поведения, чтобы стать ближе к поведению своих приемных родителей (включая высоту деревьев, на которых они кормятся, выбор добычи, метод кормления, крики и песни).
и даже выбор партнера для спаривания).
Все предполагали, что поведенческие различия между двумя видами носят генетический характер, но оказывается, что многие традиции имеют культурный характер.
У животных культура может сохраняться удивительно долго.
Археологические останки показывать что шимпанзе используют каменные орудия для открытия орехов уже как минимум 4300 лет. Однако в отношении эпигенетического наследования было бы ошибочно предполагать, что культура животных должна проявлять стабильность, аналогичную генетике, и быть эволюционно значимой.
В течение одного брачного сезона могут развиться характеристики, которые люди находят привлекательными в своих партнерах; этот процесс был экспериментально продемонстрирован на плодовых мушках, рыбах, птицах и млекопитающих, а также на математических моделях.
показывать , что такое «копирование выбора партнера» может сильно влиять на половой отбор.
Еще одна иллюстрация взята из изучения пения птиц.
Когда молодые самцы изучают свои песни (обычно у ближайших самцов), они меняют генное давление посредством естественного отбора, влияя на то, как самцы приобретают песни и какие песни предпочитают самки.
Известно, что культурная передача песни способствует развитию выводкового паразитизма – когда такие птицы, как кукушки, не вьют свои собственные гнезда, а откладывают яйца для других птиц – причем некоторые такие паразитические птицы полагаются на культурное обучение в выборе партнера.
Это также способствует видообразованию, поскольку предпочтение определенных «диалектов» песен помогает поддерживать генетические различия между популяциями.
Аналогичным образом, культурно приобретенные знания о питании косаток (различные группы специализируются на разных видах рыб, морских котиках или дельфинах) приводят к их разделению на несколько видов.
Конечно, культура достигает максимальных возможностей нашего вида – уже хорошо известный что наши культурные привычки были основной причиной естественного отбора, происходящего в наших генах.
Производство молочных продуктов и потребление молока привели к отбору генетического варианта, который увеличивает выработку лактазы (фермента, необходимого для переваривания молочных продуктов), а крахмалистые сельскохозяйственные диеты способствовали увеличению амилаза (соответствующий фермент, расщепляющий крахмал).
Все эти сложности невозможно совместить с чисто генетическим подходом к адаптивной эволюции, как уже признают многие биологи.
Они указывают на эволюционный процесс, в котором геномы (на протяжении сотен или тысяч поколений), эпигенетические модификации и унаследованные культурные факторы (на протяжении нескольких, возможно, десятков или сотен поколений) и родительские эффекты (на протяжении одного поколения) объединяются, указывая на особенности адаптации.
организмов.
Эти экстрагенетические способы наследования дают организмам гибкость, позволяющую быстро адаптироваться к окружающей среде, и влекут за собой генетические изменения – точно так же, как шумная стая собак.
Несмотря на все эти захватывающие новые данные, они вряд ли вызовут революцию в эволюции, потому что наука работает не так — по крайней мере, не изучение эволюции.
Смена парадигмы Куна, как и критические эксперименты Поппера, ближе к мифу, чем к реальности.
Изучите историю эволюционной биологии, и вы не увидите ничего похожего на революцию.
Даже общее признание теории эволюции Чарльза Дарвина посредством естественного отбора заняло в научном сообществе около 70 лет, и на рубеже 20-го века к ней относились с большим скептицизмом.
В последующие десятилетия появлялись новые идеи, которые подвергались критической оценке в научном сообществе и постепенно добавлялись к существующим знаниям.
По большей части эволюционная биология обновлялась, не переживая периодов особых «кризисов».
То же самое происходит и сегодня.
Пигенетическое наследование не опровергает генетическое наследование, но показывает, что это лишь один из нескольких механизмов наследования свойств.
Я не знаю ни одного биолога, который хотел бы порвать свои учебники или отказаться от естественного отбора.
Дебаты в эволюционной биологии касаются того, хотим ли мы расширить наше понимание причин эволюции и изменят ли они наш взгляд на процесс в целом.
В этом смысле именно это и происходит в «обычной науке».
Почему традиционалисты среди биологов-эволюционистов жалуются на заблудших радикальных эволюционистов, агитирующих за смену парадигмы? Почему журналисты пишут статьи об учёных, призывающих к революции в эволюционной биологии? Если революция никому не нужна, а научные революции и так редки, то о чем весь этот шум? Ответ на этот вопрос дает очень интересное представление о социологии эволюционной биологии.
Революция в эволюции — это миф, распространяемый маловероятным союзом консервативных эволюционистов, креационистов и средств массовой информации.
Я не сомневаюсь, что есть небольшое количество искренних и революционно настроенных радикалов, но большинство исследователей, работающих в направлении расширенного эволюционного синтеза, являются простыми работниками эволюционной биологии.
Всем известно, что сенсации хорошо продаются в газетах, а статьи, предвещающие великие потрясения, становятся популярными.
Креационисты и сторонники «разумного творения» подпитывают это впечатление пропагандой, которая преувеличивает разногласия среди эволюционистов и создает ложное впечатление о катастрофических событиях, происходящих в области эволюционной биологии.
Еще более удивительно то, как консервативные биологи утверждают, что их коллеги-эволюционисты собираются воевать против них.
Изображать оппонента как экстремиста и рассказывать людям, как на него нападают, — это старая риторическая тактика, позволяющая выиграть спор или привлечь последователей.
Я всегда ассоциировал подобные игры с политикой, а не с наукой, но теперь понимаю, что был наивен.
Некоторые из наблюдаемых мною закулисных махинаций, призванных предотвратить распространение новых идей любыми необходимыми способами, просто шокировали меня и совершенно не согласуются с практикой в других известных мне областях науки.
На карту поставлены также карьера и наследие ученых, а также финансирование, влияние и власть.
Я обеспокоен тем, что традиционалистская риторика имеет неприятные последствия, создает путаницу и непреднамеренно подпитывает креационизм, преувеличивая масштабы противоречий.
Слишком многие уважаемые учёные чувствуют необходимость изменить эволюционную биологию, чтобы всех их можно было отбросить как радикалов.
Если Расширенный Эволюционный Синтез не является призывом к революции в эволюции, то что это такое и зачем он нам нужен? Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно признать, в чем Кун был прав, а именно, что в каждой научной области существуют широко распространенные способы мышления или «концептуальные платформы».
Эволюционная биология в этом смысле мало чем отличается, и наши общие ценности и предположения влияют на то, какие данные собираются, как они интерпретируются и какие факторы участвуют в объяснении того, как работает эволюция.
Поэтому науке нужен плюрализм.
Лакатос подчеркнул, что альтернативные концептуальные платформы — то, что он назвал различными «исследовательскими программами» — могут быть ценными в том смысле, что они способствуют созданию и проверке новых гипотез или приводят к инновационным идеям.
В этом и заключается основная функция RЭS – подпитывать и открывать новые направления исследований и продуктивные методы мышления.
Хорошим примером является «предвзятость развития».
Представьте себе интересную рыбку-цихлиду из Восточной Африки.
Десятки, а возможно, и сотни видов цихлид озера Малави в озере существуют независимо развившиеся «копии» видов Танганьика – с удивительно похожими формами тела и привычками в еде.
Такое сходство обычно объясняется конвергентной эволюцией: случайные генетические варианты возникали, как обычно, но схожие условия окружающей среды отбирали гены для получения эквивалентных результатов.
То, как организмы растут и развиваются, может ограничивать возникающие свойства, но сами вариации считаются по существу случайными.
Однако крайний уровень параллелизма в эволюции этих двух озер предполагает возможность действия дополнительных факторов.
Что, если некоторые способы добычи рыбы более вероятны, чем другие? Что, если изменение свойств благоприятствует определенным решениям? Отбор по-прежнему будет частью объяснения, но параллельная эволюция будет более вероятной.
Коренные зубы млекопитающих представляют собой одно из наиболее убедительных доказательств такого искажения.
Исследования показывают, что можно использовать математическую модель, основанную на лабораторных мышах, для прогнозирования размера и количества зубов у 29 других видов грызунов.
Вместо того, чтобы иметь возможность свободно изменять любую форму или количество зубов, естественный отбор, по-видимому, направляет виды по очень специфическим путям, созданным механизмами развития.
Существование исключений — таких грызунов, как полевки с разным количеством зубов — показывает, что старый образ мышления (о том, что ограничения развития влияют на отбор) не совсем верен.
Влияние развития тоньше и интереснее: механизмы развития искажают ландшафт отбора и помогают определить, какие особенности должны проявиться.
Подобные исследования интересны, поскольку помогают эволюционной биологии стать более прогнозирующей наукой.
Почему до недавнего времени подобным идеям не уделялось столько внимания? Возвращаемся к концептуальным платформам.
Исторически биологи-эволюционисты рассматривали искажение фенотипических вариаций как «ограничение» — объяснение того, почему не произошла эволюция или адаптация.
Способ роста организмов ограничивает возможности, которые можно приобрести или адаптировать.
Традиционные эволюционисты мало что могли сказать по этому вопросу и не признали положительную роль развития как причины изменений и направления эволюции.
Потребовалась другая точка зрения (в данном случае эволюционная биология), чтобы мотивировать такие эксперименты.
С точки зрения эволюционной биологии искажение частично объясняет произошедшую эволюцию и адаптацию.
Так выглядят зубы грызунов и тела рыб, потому что то, как эти существа росли, увеличивает вероятность появления таких характеристик.
Искажение становится более важной концепцией в эволюционных объяснениях.
Выявив это явление, RЭS надеется, что оно будет исследовано.
RЭS, или, по крайней мере, как мы с коллегами представляем ее, лучше всего рассматривать как альтернативную исследовательскую программу эволюционной биологии.
Он был вдохновлен недавними открытиями в эволюционной биологии и смежных областях и начинается с предположения, что процессы развития играют важную роль в качестве новых (и потенциально полезных) вариаций фенотипа, причинах различий в устойчивости этих вариантов и причины наследования.
В отличие от традиционного взгляда на эволюцию, в RЭS бремя творчества в эволюции ложится не только на естественный отбор.
Этот альтернативный образ мышления используется для генерации новых гипотез и новых исследовательских программ.
Мы еще только в начале нашего пути, но уже есть признаки того, что эти исследования начинают приносить плоды.
Если эволюцию нельзя объяснить исключительно изменениями частоты генов; если ранее отвергнутые механизмы, такие как наследование приобретенных характеристик, все еще окажутся важными; Если эволюция всех организмов зависит от развития, обучения и других видов пластичности – будет ли все это означать появление радикально новой и очень глубокой оценки эволюции? Никто не знает: но с точки зрения нашего приспособляющегося выгуливателя собак эволюция выглядит не столько как неторопливая генетическая прогулка, сколько как яростная борьба генов, пытающихся не отставать от жестокого процесса развития.
Кевин Лаланд — профессор поведенческой и эволюционной биологии в Сент-Эндрюсе в Шотландии, руководитель проекта исследовательской программы расширенного эволюционного синтеза.
Его последняя книга — «Неоконченная симфония Дарвина: как культура создала человеческий разум».
Теги: #эволюция #биология #популярная наука #наследование #дарвинизм #расширенный эволюционный синтез
-
Mgl (Dri) Дома, Долгий Путь К Совершенству
19 Oct, 24 -
Backblaze Обновила Статистику Надежности Hdd
19 Oct, 24 -
Веселуха Из Google`s Street View
19 Oct, 24 -
Утп - Выпуск 3
19 Oct, 24 -
Занимательная Физика
19 Oct, 24 -
Последние Разработки От Nvidia
19 Oct, 24
