Войти
Гипотеза Красной Королевы (также называемая Эффект Красной Королевы, эффект Красной Королевы, раса Красной Королевы, Динамика Красной Королевы ) - это гипотеза в эволюционной биологии, которая предполагает, что виды должны постоянно адаптироваться, эволюционируют и размножаются, чтобы выжить, сражаясь с постоянно развивающимися противостоящими видами. Гипотеза была предназначена для объяснения постоянной (не зависящей от возраста) вероятности исчезновения, наблюдаемой в палеонтологической записи, вызванной совместной эволюцией между конкурирующими видами ; однако также было высказано предположение, что гипотеза Красной Королевы объясняет преимущество полового размножения (в отличие от бесполого размножения ) на уровне индивидов, а также положительную корреляцию между скорости видообразования и исчезновения в большинстве высших таксонов.
«Вот, видите ли, требуется все возможное, чтобы оставаться на том же месте», - предложил Льюис Кэрролл Ли Ван Вален гипотеза как «объяснительный касательный» для объяснения «Закона вымирания» (известного как закон Ван Валена), который утверждает, что вероятность исчезновения не зависит от продолжительности жизни вида (или hi таксон более высокого ранга), а не является постоянным в течение миллионов лет для любого данного таксона. Однако вероятность исчезновения сильно связана с адаптивными зонами, потому что разные таксоны имеют разные вероятности исчезновения. Другими словами, вымирание происходит случайно по возрасту, но не случайно по экологии. В совокупности эти два наблюдения предполагают, что эффективная среда для любой однородной группы организмов ухудшается со стохастически постоянной скоростью. Ван Вален предположил, что это результат эволюционной игры с нулевой суммой, движимой межвидовой конкуренцией : эволюционный прогресс (= увеличение приспособленности ) одного вида ухудшает приспособленность сосуществующих видов., но поскольку сосуществующие виды также развиваются, ни один вид не получает долгосрочного повышения приспособленности, и общая приспособленность системы остается постоянной. Название феномена происходит от заявления, которое Красная Королева сделала Алисе в Льюис Кэрролл Зазеркалье в своем объяснении природы Зазеркалье:
Итак, вы видите, требуется все возможное, чтобы оставаться в одном месте.
Ван Вален выдвинул гипотезу «Красная Королева», потому что согласно этой интерпретации, виды имеют «бежать» или развиваться, чтобы оставаться на том же месте, или же исчезнуть.
«Закон вымирания»: линейная связь между временем выживания и логарифмом числа родов предполагает, что вероятность исчезновения постоянна во времени. Заимствовано из Leigh Van Valen (1973). Палеонтологические данные предполагают, что высокая скорость видообразования коррелирует с высокой скоростью исчезновения почти всех основных таксонов. Эта корреляция была объяснена рядом экологических факторов, но она также может быть результатом ситуации с Красной Королевой, в которой каждое событие видообразования в кладе ухудшает приспособленность сосуществующих видов в одной и той же кладе (при условии, что филогенетический нишевый консерватизм ).
Обсуждение эволюции пола не было частью гипотезы Красной Королевы Ван Валена, которая рассматривала эволюцию на масштабах выше уровня вида. Была предложена микроэволюционная версия гипотезы Красной Королевы Белл (1982), также цитируя Льюиса Кэрролла, но не цитируя Ван Валена.
Гипотеза Красной Королевы независимо используется Хартунгом и Беллом для объяснения эволюции пола, Джоном Джейнике чтобы объяснить поддержание пола и У. Д. Гамильтон, чтобы объяснить роль пола в реакции на паразитов. Во всех случаях половое размножение обеспечивает видовую изменчивость и более быструю реакцию поколений на отбор, делая потомство генетическое y уникальный. Половые виды способны улучшать свой генотип в изменяющихся условиях. Следовательно, коэволюционные взаимодействия между хозяином и паразитом, например, могут выбрать для полового размножения у хозяев, чтобы снизить риск инфекции. Колебания частот генотипа наблюдаются между паразитами и хозяевами антагонистическим коэволюционным путем без необходимости изменения фенотипа. При совместной эволюции нескольких хозяев и нескольких паразитов динамика Красной Королевы может повлиять на то, какие типы хозяев и паразитов станут доминирующими или редкими. Научный писатель Мэтт Ридли популяризировал этот термин в связи с половым отбором в своей книге Красная королева 1993 года, в которой он обсуждал дебаты в теоретической биологии по поводу адаптивного преимущества полового размножения для тех видов, у которых оно проявляется. Связь Красной Королевы с этими дебатами проистекает из того факта, что традиционно принятая гипотеза наместника Брея показала адаптивное преимущество только на уровне вида или группы, а не на уровне гена . (хотя многогранная адаптация «Vicar of Bray» очень полезна для некоторых видов, принадлежащих к нижним уровням пищевой цепи ). Напротив, тезис типа Красной Королевы, предполагающий, что организмы участвуют в циклической гонке вооружений со своими паразитами, может объяснить полезность полового воспроизводства на уровне гена, утверждая, что роль пола заключается в сохранении гены, которые в настоящее время невыгодны, но станут выгодными на фоне вероятной будущей популяции паразитов.
Дальнейшие доказательства гипотезы Красной Королевы наблюдались в аллельных эффектах при половом отборе. Гипотеза красной королевы приводит к пониманию того, что аллельная рекомбинация выгодна для популяций, которые участвуют в агрессивных биотических взаимодействиях, таких как взаимодействия хищник-жертва или паразит-хозяин. В случаях отношений паразит-хозяин половое размножение может ускорить производство новых мультилокусных генотипов, позволяя хозяину избегать паразитов, которые адаптировались к предыдущим поколениям типичных хозяев. Мутационные эффекты могут быть представлены моделями для описания преимуществ рекомбинации через половое размножение. Согласно мутационной детерминированной гипотезе, если частота вредных мутаций высока и если эти мутации взаимодействуют, вызывая общее снижение приспособленности организма, то половое размножение дает преимущество перед размножающимися бесполым организмом организмами, позволяя популяциям устранять вредные мутации, а не только больше. быстро, но и наиболее эффективно. Рекомбинация - одно из основных средств, объясняющих, почему многие организмы эволюционировали для размножения половым путем.
Половые организмы должны тратить ресурсы, чтобы найти себе пару. В случае полового диморфизма обычно один из полов вносит больший вклад в выживание их потомства (обычно матери). В таких случаях единственным адаптивным преимуществом наличия второго пола является возможность полового отбора, с помощью которого организмы могут улучшить свой генотип.
Доказательства этого объяснения эволюции пола предоставляются путем сравнения скорости молекулярной эволюции генов киназ и иммуноглобулинов в иммунной система с генами, кодирующими другие белки. Гены, кодирующие белки иммунной системы, развиваются значительно быстрее.
Дальнейшее доказательство гипотезы Красной Королевы было получено путем наблюдения за долгосрочной динамикой и коэволюцией паразитов в смешанной популяции улиток (Potamopyrgus antipodarum). ). Отслеживали количество половых, количество бесполых и уровень заражения паразитами для обоих. Было обнаружено, что клоны, которых было много в начале исследования, со временем стали более восприимчивыми к паразитам. По мере роста числа паразитарных инфекций количество некогда многочисленных клонов резко сократилось. Некоторые клональные типы полностью исчезли. Между тем, популяции половых улиток со временем оставались гораздо более стабильными.
В 2011 году исследователи использовали микроскопического круглого червя Caenorhabditis elegans в качестве хозяина, а патогенную бактерию Serratia marcescens - в качестве хозяина. генерируют коэволюционную систему паразит-хозяин в контролируемой среде, что позволяет им проводить более 70 эволюционных экспериментов, проверяющих гипотезу Красной Королевы. Они генетически манипулировали системой спаривания C. elegans, заставляя популяции спариваться половым путем, путем самооплодотворения или их смеси в пределах одной популяции. Затем они подвергли эти популяции паразиту S. marcescens. Было обнаружено, что самооплодотворяющиеся популяции C. elegans быстро исчезли из-за совместного развития паразитов, в то время как пол позволял популяциям идти в ногу со своими паразитами, что согласуется с гипотезой Красной Королевы.
В настоящее время, Среди биологов нет единого мнения относительно основных сил отбора, поддерживающих секс. Конкурирующие модели, объясняющие адаптивную функцию пола, были рассмотрены Бердселлом и Уиллсом.
Отношения хищник-жертва между кроликами и лисами в соответствии с принципом гипотезы Красной Королевы. Кролик эволюционирует, увеличивая свою скорость, чтобы избежать нападения лисы, а лисица эволюционирует, увеличивая свою скорость, чтобы достичь кролика. Эта эволюция постоянна, в случае, если одна из двух перестанет развиваться, произойдет ее исчезновение. Гипотеза Красной Королевы также использовалась некоторыми авторами для объяснения эволюции старения. Основная идея заключается в том, что естественный отбор способствует старению, поскольку он позволяет быстрее адаптироваться к изменяющимся условиям, особенно для того, чтобы идти в ногу с эволюцией патогенов, хищников и добычи.
«Кролик бежит быстрее лисы, потому что кролик бежит, спасая свою жизнь, а лиса бежит только на обед». Эзоп Отношения хищник-жертва также могут быть установлены в микробном мире, вызывая тот же эволюционный феномен, который происходит в случае лисиц и кроликов. Недавно наблюдаемый пример имеет в качестве главных героев M.xanthus (хищник) и E.coli (жертва), в которых параллельная эволюция обоих видов может наблюдаться посредством геномных и фенотипических модификаций, приводящих в будущих поколениях лучшая адаптация одного из видов, которому противодействует эволюция другого, что порождает гонку вооружений, которую можно остановить только исчезновением одного из видов.
Конкурирующая эволюционная идея - гипотеза придворного шута, что указывает на то, что гонка вооружений - не движущая сила эволюции в больших масштабах, а скорее абиотические факторы.
Гипотеза Черной Королевы - это теория редуктивной эволюции, которая предполагает, что естественный отбор может заставить организмы уменьшать размер своего генома. Другими словами, ген, обеспечивающий жизненно важную биологическую функцию, может стать незаменимым для отдельного организма, если члены его сообщества экспрессируют этот ген «дырявым» способом. Как и гипотеза красной королевы, гипотеза черной королевы - это теория коэволюции.
Ван Вален первоначально представил свою статью в Журнал теоретической биологии, где она была принята к публикации. Однако, поскольку «способ обработки зависел от оплаты страницы», Ван Вален отозвал свою рукопись и основал новый журнал под названием «Эволюционная теория », в котором он опубликовал свою рукопись в качестве первой статьи. Журнал «Эволюционная теория» выпускался в офисе Ван Валенса на фотокопировальной машине под девизом «субстанция важнее формы».
Еще одна примечательная деталь - это благодарность Ван Валена Национальному научному фонду : «Я благодарю Национальный научный фонд за регулярный отказ от моих (честных) заявок на грант для работы с реальными организмами, что вынудило меня в теоретическую работу ».
