tananyagok mobil mesterséges intelligencia osztályú projekthez

Egyéb fejezetek
Genetikai algoritmusok
Genetikai programozás
Mesterséges embriogenezis
Evolúciós tervezés
Interaktív evolúciós számítás
Ecogrammar
Evolúciós hardver

természet

Az evolúciós elmélet alapjai

Az evolúció egy összetett folyamat, amelyben az egyszerűbb életformák bonyolultabbá, fejlődésileg magasabbá és tökéletesebbé válnak. Darwin akkor fogalmazta meg hipotézisét, amely az evolúció folyamatát magyarázta, amikor az öröklődés természetéről semmit sem tudni. A genetika tudatlansága jelentős problémákat okozott számára, amelyekről ő maga is tisztában volt, és talán ezért kapta J. B. Lamarck (1744-1829) tanításaitól a megszerzett tulajdonságok öröklésének gondolatát. Gregor Mendel (1822-1884) még élete során ismét felfedte a genetika alaptörvényeit, de ezek a felfedezések évtizedekig a feledés porába hullottak. Nyilvánvaló, hogy a genetika újrafelfedezésének szükségszerűen korrigálnia kellett Darwin elméletének bizonyos aspektusait. Darwin elképzeléseinek kiegészítése a modern genetika ismeretével és a lamarckizmus (az úgynevezett "új szintézis") utolsó nyomainak eltávolítása az egyetlen két korrekció, ami miatt néha neo-darwinizmusnak nevezik. Most megpróbálom röviden leírni az evolúciós elméletet a jelenlegi megértésben, amint azt például a darwinizmus közismert népszerűsítője, Richard Dawkins adta meg.

Ha nem különösebben hangsúlyozom ezt, akkor a faj kifejezés állatfajt fog jelenteni, nem pedig növényfajt, mert mi emberek is "állatok" vagyunk, nem növények, és a darwinizmus elsősorban azért érdekel minket, mert az eredetünkről is beszél.

Kezdeni szeretném azonban a genetika néhány fogalmának felidézésével. Az egyén testszerkezetére vonatkozó információkat olyan DNS-molekulák tartalmazzák, amelyek mindegyike pár - lineáris szekvenciájú - nukleotidból áll. Minden nukleotid nitrogénbázisból, pentózból (dezoxiribusz) és foszforsavból áll. A nukleotidok csak bázisokban különböznek egymástól, és az összes élő szervezet DNS-molekulájának csak négy különböző bázisa van (adenin, guanin, timin vagy citozin). A genetikai információ elemi egységei a nukleotidok hármasai, amelyek meghatározzák (kódolják) a fehérjék aminosavainak sorrendjét. A hármasok az "ábécé", amelyet az egész szervezetre vonatkozó genetikai információk leírására használnak, ezért kodonoknak nevezik őket. A DNS-molekulák nagyon hosszúak, ezért általában "kromoszómákba" vannak csomagolva. Ezeket minden szervezet minden sejtje tartalmazza. Azokat a szakaszokat vagy a DNS szakaszainak kombinációit, amelyek egyértelmű információkat hordoznak az egyén tulajdonságairól, géneknek nevezzük. Az egyén által definiált összes gén halmazát genomnak nevezzük. Mivel a DNS-változások nemcsak az egyes gének változásaihoz, azok rekombinációjához vezethetnek, hanem a DNS hosszának változásához és ezáltal a gének számának változásához is, pontatlan lenne csak génváltozásokról beszélni. Ezért jobban szeretem a genomváltozás kifejezést.

A gének általában több alternatívát hordoznak egy tulajdonságnak, az úgynevezett alléloknak. Az allélok példái lehetnek azok, akik felelősek a különböző szemszínért vagy a különböző vércsoportokért. Az alternatívák halmazát, amelyet az egyén a genomjában hordoz, genotípusnak nevezzük; az egyén testszerkezetében valóban megnyilvánuló tulajdonságokat fenotípusnak nevezzük. A fenotípus és a genotípus kapcsolata összefügg az o.i. a recesszió és a dominancia jelenségeivel, amelyek bizonyos allélokat okoznak, még akkor is, ha mindkét szülő genomjában jelen vannak, nem jelennek meg külsőleg az utódokban: egy barna szemű szülő kék szemű gyermeket szülhet (a barna az domináns allél).

Ezen a ponton hangsúlyozandó, hogy a genetika tudatlansága éppen azért okozott problémát Darwinnak, mert úgy gondolta, hogy szülei tulajdonságai átlagban vannak, ezért nehezen tudta megérteni, hogy miként lehet fenntartani a mutációt a mutáció nélküli partnerekkel való párosodás sok generációja alatt. Átlagolás után néhány generáció alatt el kell veszni, és ez az ötlet sok álmatlan éjszakát okozott Darwinnak. Ma már tudjuk, hogy a mutáció egy állandó változás a genomban (az egyén genetikai felszereltségében), amely az egyik utódjának következő mutációjáig nem változik. Csodálatos, hogy ennek a ténynek a tudatlansága ellenére Darwin nem hagyta el a fejlődés gondolatát apró változások felhalmozásával.

A mutáció mindig csak egyetlen egyénnel fordul elő, azaz a mutáció nem olyan, amely egy egész fajt vagy egy nagyobb állatcsoportot érint. Egyetlen mutációval az egyén olyan útra indult, amely új faj őseivé teheti, amely később új nemzetséggé, celad (familia), rend (ordo), osztály vagy gazdaivá válhat. (Phyllum).

A második fontos, de triviálisan nyilvánvaló dolog az, hogy a mutációk a reprodukció előtt, a gametogenezis során következnek be. Elvileg egy farkas különböző spermiumainak különböző mutációi lehetnek. A mutáns genom eredményeként létrejövő embrió a további fejlődés során nem tehet róla. Amikor megérik, Mendel törvénye alapján új tulajdonságot adhat át utódainak, de nem kell. Ez az egyetlen alternatíva. Mendel törvényei "binárisak", igen-nem típusúak.

A mutációk harmadik fontos jellemzője a magas gyakoriságuk, amelyet az evolúciós elmélet ellenzői szándékosan alábecsülnek. Hangsúlyozzák, hogy a valódi mutációk (a nukleotidbázisok inszerciói, deléciói vagy átrendeződései) a DNS-javító enzimek hatására következnek be, sejtenként és generációnként csak körülbelül egy millió frekvenciával. Figyelembe kell venni azonban a potenciális mutánsok számát is. Még akkor is, ha egymilliónként csak egy utódnál fordulnak elő mutációk, egy faj néhány millió utódjával, nemzedékenként többször is előfordulhatnak. És ez elég! A mutációk ritkaságának érvelése, az azoknak kitett hatalmas egyedek elfeledése triviális logikai hiba! Ezenkívül, tekintettel arra, hogy a mutációk hatással lehetnek a szabályozó génekre, figyelembe véve a duplikáció és a rekombináció szerepét, nem kell tartani attól, hogy az evolúció évmilliárd éveiben drámai változások nem lehetségesek. Most megerősítették, hogy az átlagember körülbelül 50-100 mutációval születik, amelyek közül körülbelül 3 hatékony, azaz. valójában változást okoznak a fehérjében.

A genom az embrióképzés építési terve. A nem mutált genom a faj közös fiataljait képezi. A mutált genom más embriót hoz létre. A különbség annyira káros lehet egy fiatal számára, hogy nem is fog élni, hogy szüljön vagy meghaljon fiatalon. Vannak olyan mutációk is, amelyeket nem is tud a kölyökről, és nincs hatása a jövőbeli életére - teljesen semlegesek. Ezek azonban olyanok is, amelyek valamilyen módon hasznot fognak hozni számára. Kicsit itt kell bemutatkoznom, mert a juttatás kifejezést az emberek különböző értelemben használják. A hasznos mutáció olyan, amely előnyös a szervezet számára, amelyet táplálék megszerzésével és szaporodásával érintett. Az előny nem jelent valamit, amiről az állat tud. Még egy potenciális emberi megfigyelő sem tudhat meg egy mutáció előnyeiről. Általában csak több hasznos mutáció felhalmozódása figyelhető meg, ami után egyértelmű, hogy a mutációk milyen fizikai tulajdonsággal kedveztek az egyénnek. A környezet megváltoztatásával az eredetileg semleges mutáció előnyös, de káros is lehet.

És itt elérkeztünk Darwin ötletének kulcsfontosságú koncepciójához, amelyet a természetes szelekció szelekciónak nevez, és valami ilyesmi jelent meg. Darwin észrevette, hogy a lakosság hatalmas többlete mindenféle. T. R. Malthus (1766-1834) csak azt erősítette meg számára, amit ő maga is nagyon jól tudott: azt, hogy minden faj populációja természetes körülmények között növekszik egy geometriai sorozattal. Megdöbbentette a termékenység és a felnőttek száma közötti különbség. Egyszerű számítással látható, hogy a legtöbb faj populációjának csak egy kis része él reproduktív korig. Ez a megállapítás azt jelenti, hogy nagyon nehéz túlélni természetes körülmények között, hogy túl kevés az élelem túl sok éhes szájnak, hogy túl sok ragadozó leselkedik figyelmetlenségedre, túl sok nagyon beteg betegség. Ez azt jelenti, hogy elég egy kis figyelmetlenség és vége. Amikor vadállat vagy, éjjel-nappal szemmel kell lenned a szárakon, csak hogy túlélj egyáltalán. És ha utódokat akarsz termelni, akkor túl sok versenytársad van, akik ugyanazokra a nőkre vágynak.

Darwin ezt a helyzetet életért folytatott küzdelemnek nevezte. Idézzük fel maga a szerző szavait:

"Először is meg kell említenem, hogy az életért folytatott harc kifejezést tág és átvitt értelemben használom, és ebbe az elképzelésbe belefoglalom az egyik teremtménynek a másiktól való függését. Éhség idején két kutya vadállatot helyesen mondhatunk a másik, de állítólag a sivatag peremén található növények szárazsággal küzdenek, egy növény évente több ezer magot terem, amelyből átlagosan csak egy nő, mondhatjuk, hogy a növényekkel harcol. fajok vagy más fajok, amelyek jelenleg a talajt takarják. "(A fajok eredetéről 1859.)

Ennek a helyzetnek az az egyszerű következménye, hogy minden, még a legkisebb, legjelentéktelenebb előny, egy láthatatlan előny megmentheti az életét, lehetővé teheti, hogy életében legalább egyszer elképzelje az utódokat, amelyekben élt. Ha nem lett volna a szörnyű verseny, ha nem folytatott küzdelem az életért, nem történt evolúció, nem volt verseny az egyre gyorsabb gepárdok és az egyre figyelmesebb Thompson gazellái között. A mutációk, amelyeket senki sem választana ki, olyanok lennének, mint egy nyitott papírdobozból minden irányba futó hegek. A kiválasztás ma és mindenhol működik. Csak nem látja őt ott, ahol a puszta létért folytatott küzdelem szabályozza. Minden rossz irányú eltérést azonnal kizárnak, csakúgy, mint a házi tenyésztésnél, megmarad minden eltérés, ami a tenyésztő számára tetszetős, függetlenül attól, hogy az állat számára hasznos-e vagy sem.

De ennek az ellenkezője is igaz: minden olyan eltérés a genomban, amely lehetővé teszi viselője életben maradását és utódainak megtermelését, megőrzi az utódokat. Még ha kis és kis előnyt is okoz, a népességben megnő azok aránya, akik rendelkeznek vele. A populációk száma mindig korlátozott: egy hektár szavanna oroszláncsaláddal csak bizonyos számú gazellát táplál, és ezért az egyik túlélése átvitt értelemben a másik kihalását jelenti. Szinte minden új tulajdonság előfordulása az eddig egyensúlyi populáció polarizációjához vezet.