Войти
Эволюция биологической сложности является одним из важных результатов процесса эволюция. Эволюция породила несколько удивительно сложных организмов - хотя реальный уровень сложности очень сложно определить или точно измерить в биологии, с такими свойствами, как содержание генов, количество типов клеток или морфология все предложенные в качестве возможных показателей.
Многие биологи считали, что эволюция была прогрессивной (ортогенез) и имела направление, ведущее к так называемым «высшим организмам», несмотря на отсутствие доказательства этой точки зрения. Эта идея «прогресса» и «высших организмов» в эволюции теперь рассматривается как вводящая в заблуждение, поскольку естественный отбор не имеет внутреннего направления, а организмы отбираются либо по повышенной, либо по пониженной сложности в ответ на местные условия окружающей среды. Хотя за историю жизни наблюдался рост максимального уровня сложности, всегда было большое количество маленьких и простых организмов, и появляется наиболее распространенный уровень сложности. оставаться относительно постоянным.
Обычно организмы, у которых скорость размножения выше, чем у их конкурентов, имеют эволюционное преимущество. Следовательно, организмы могут эволюционировать, чтобы стать более простыми и, таким образом, быстрее размножаться и производить больше потомства, поскольку им требуется меньше ресурсов для воспроизводства. Хорошим примером являются такие паразиты, как Plasmodium - паразит, вызывающий малярию - и mycoplasma ; эти организмы часто обходятся без черт, которые становятся ненужными из-за паразитизма на хозяине.
Линия также может обойтись без сложности, когда конкретная сложная черта просто не обеспечивает селективного преимущества в конкретной среде. Утрата этой черты не обязательно дает селективное преимущество, но может быть потеряна из-за накопления мутаций, если ее потеря не создает немедленных селективных недостатков. Например, паразитический организм может отказаться от синтетического пути метаболита, где он может легко удалить этот метаболит из своего хозяина. Отказ от этого синтеза может не обязательно позволить паразиту экономить значительную энергию или ресурсы и расти быстрее, но потеря может быть зафиксирована в популяции за счет накопления мутаций, если потеря этого пути не причинит вреда. Мутации, вызывающие потерю сложного признака, происходят чаще, чем мутации, вызывающие усиление сложного признака.
При отборе эволюция также может производить более сложные организмы. Сложность часто возникает в совместной эволюции хозяев и патогенов, при этом каждая сторона развивает все более сложные адаптации, такие как иммунная система, и множество методов, которые патогены разработали, чтобы уклоняться от нее. Например, паразит Trypanosoma brucei, вызывающий сонную болезнь, развил столько копий своего основного поверхностного антигена, что около 10% его генома выделено к разным версиям этого одного гена. Эта огромная сложность позволяет паразиту постоянно изменять свою поверхность и, таким образом, уклоняться от иммунной системы за счет антигенной изменчивости.
В целом, рост сложности может быть вызван совместной эволюцией между организмами. и экосистема из хищников, добыча и паразитов, к которым он пытается адаптироваться: поскольку любой из них становится более сложным по порядку чтобы лучше справляться с разнообразием угроз, предлагаемых экосистемой, образованной другими, другие тоже должны будут адаптироваться, становясь более сложными, вызывая тем самым продолжающуюся эволюционную гонку вооружений в сторону большей сложности. Эта тенденция может быть усилена тем фактом, что сами экосистемы имеют тенденцию к усложнению со временем, поскольку разнообразие видов увеличивается вместе с взаимосвязями или зависимостями между видами.
Сравнение пассивных и активных трендов по сложности. Организмы вначале красные. Числа показаны по высоте с последовательным увеличением времени. Если бы эволюция имела активную тенденцию к усложнению (ортогенез ), как широко считалось в 19 веке, то мы ожидали бы увидеть активная тенденция увеличения с течением времени наиболее распространенного значения (режим) сложности среди организмов.
Однако увеличение сложности также можно объяснить через пассивный процесс. Предположение о непредвзятых случайных изменениях сложности и существовании минимальной сложности ведет к увеличению со временем средней сложности биосферы. Это влечет за собой увеличение дисперсии, но режим не меняется. Тенденция к созданию некоторых организмов с более высокой сложностью с течением времени существует, но она включает в себя все более малый процент живых существ.
В этой гипотезе любое проявление эволюции, действующей с внутренним направлением в сторону все более сложных организмов, является результат того, что люди концентрируются на небольшом количестве крупных сложных организмов, которые населяют правый хвост распределения сложности, и игнорируют более простые и гораздо более распространенные организмы. Эта пассивная модель предсказывает, что большинство видов являются микроскопическими прокариотами, что подтверждается оценками от 10 до 10 существующих прокариот по сравнению с оценками разнообразия от 10 до 3 · 10 для эукариот. Следовательно, с этой точки зрения, микроскопическая жизнь доминирует на Земле, и крупные организмы кажутся более разнообразными только из-за систематической ошибки выборки.
Сложность генома в целом увеличилась с момента зарождения жизни на Земле. Некоторые компьютерные модели предполагают, что создание сложных организмов является неизбежным признаком эволюции. Белки имеют тенденцию становиться более гидрофобными со временем, и их гидрофобные аминокислоты более чередуются по основной последовательности. Увеличение размеров тела с течением времени иногда наблюдается в так называемом правиле Коупа.
В недавних работах по теории эволюции было предложено, что, ослабляя давление отбора, который обычно способствует оптимизации геномов, сложность организма увеличивается за счет процесса, называемого конструктивной нейтральной эволюцией. Поскольку эффективный размер популяции у эукариот (особенно многоклеточных организмов) намного меньше, чем у прокариот, они испытывают более низкие ограничения отбора.
Согласно этой модели, новые гены создаются не- адаптивные процессы, например, путем случайного дупликации гена. Эти новые сущности, хотя и не требуются для жизнеспособности, все же наделяют организм избыточной способностью, которая может способствовать мутационному распаду функциональных субъединиц. Если этот распад приводит к ситуации, когда теперь требуются все гены, организм оказался в ловушке нового состояния, когда количество генов увеличилось. Этот процесс иногда называют «храповым механизмом комплексирования». Затем эти дополнительные гены могут быть использованы естественным отбором в процессе, называемом неофункционализацией. В других случаях конструктивная нейтральная эволюция не способствует созданию новых частей, а скорее способствует новым взаимодействиям между существующими игроками, которые затем берут на себя новые подрабатывающие роли.
Конструктивная нейтральная эволюция также использовалась для объяснения того, как древние комплексы такие как сплайсосома и рибосома, со временем приобрели новые субъединицы, как возникают новые альтернативные сплайсированные изоформы генов, как эволюционировало скремблирование генов в инфузориях и насколько широко распространены возникли в Trypanosoma brucei.
В XIX веке некоторые ученые, такие как Жан-Батист Ламарк (1744–1829) и Рэй Ланкестер (1847–1929) считал, что у природы есть врожденное стремление усложняться с эволюцией. Эта вера может отражать современные идеи Гегеля (1770–1831) и Герберта Спенсера (1820–1903), согласно которым Вселенная постепенно эволюционирует к более высокому, более совершенному состоянию.
Эта точка зрения рассматривала эволюцию паразитов от независимых организмов к паразитическим видам как «деволюцию » или «вырождение», противоречащую природе. Социальные теоретики иногда интерпретировали этот подход метафорически, осуждая определенные категории людей как «дегенеративных паразитов». Позже ученые считали биологическую деволюцию чепухой; скорее, клоны становятся проще или сложнее в зависимости от того, какие формы имели избирательное преимущество.
