Структурализм (биология)

редактировать
Для использования в других целях, см структурализм.

В своей книге 1917 года О росте и форме, Д'Арси Томпсон иллюстрирует геометрическое преобразование из одной рыбы в форме тела в другое с 20 ° сдвига отображения. Он не обсуждает эволюционные причины такого структурного изменения и, соответственно, подозревался в витализме.

Биологический или процессный структурализм - это школа биологической мысли, которая возражает против исключительно дарвиновского или адаптационистского объяснения естественного отбора, такого как описанный в современном синтезе 20-го века. Вместо этого предлагается, что эволюция направляется иначе, в основном более или менее физическими силами, которые формируют развитие тела животного, и иногда подразумевает, что эти силы полностью вытесняют отбор.

Структуралисты предложили различные механизмы, которые, возможно, управляли формированием планов тела. До Дарвина Этьен Жоффруа Сент-Илер утверждал, что животные разделяют гомологичные части и что, если одна будет увеличена, другие будут уменьшены в качестве компенсации. После Дарвина Д'Арси Томпсон намекнул на витализм и предложил геометрические объяснения в своей классической книге 1917 года « О росте и форме». Адольф Сейлахер предложил механическое надувание «пневмоструктур» в окаменелостях эдиакарской биоты, таких как Дикинсония. Гюнтер П. Вагнер приводил доводы в пользу предвзятости в развитии, структурных ограничений эмбрионального развития. Стюарт Кауфман поддерживал самоорганизацию, идею о том, что сложная структура возникает целостно и спонтанно из динамического взаимодействия всех частей организма. Майкл Дентон отстаивал законы формы, по которым платоновские универсалии или «Типы» самоорганизуются. Стивен Дж. Гулд и Ричард Левонтин предложили биологические «спандрели», особенности, созданные как побочный продукт адаптации соседних структур. Герд Б. Мюллер и Стюарт А. Ньюман утверждали, что появление в летописи окаменелостей большинства современных типов во время кембрийского взрыва было «доменделевской» эволюцией, вызванной физическими факторами. Брайан Гудвин, описанный Вагнером как часть « маргинального движения в эволюционной биологии», отрицает, что биологическая сложность может быть сведена к естественному отбору, и утверждает, что формирование паттернов управляется морфогенетическими полями.

Биологи-дарвинисты подвергли критике структурализм, подчеркнув, что существует множество доказательств эффективности естественного отбора и, исходя из глубокой гомологии, того, что гены участвовали в формировании организмов на протяжении всей эволюционной истории. Они признают, что некоторые структуры, такие как клеточная мембрана, самоорганизуются, но отрицают способность самоорганизации управлять крупномасштабной эволюцией.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 История
    • 1.1 Закон компенсации Джеффруа
    • 1.2 Морфология Д'Арси Томпсона
    • 1.3 Пневматические конструкции Сейлачера
    • 1.4 Вагнеровские ограничения на развитие
    • 1.5 Самоорганизация Кауфмана
    • 1.6 Типы Дентона
    • 1.7 Спандрели Гулда и Левонтина
    • 1.8 Доменделевская эволюция Мюллера и Ньюмана
    • 1.9 Морфогенетические поля Гудвина
  • 2 Критика
  • 3 См. Также
  • 4 Примечания
  • 5 ссылки

История

С 19 века предлагалось множество альтернатив дарвинизму, чтобы объяснить, как происходила эволюция, учитывая, что многие ученые изначально возражали против естественного отбора. Многие из этих теорий, включая структурные ограничения или ограничения развития, привели (сплошные синие стрелки) к некоторой форме направленной эволюции ( ортогенез ) с или без использования божественного контроля (пунктирные синие стрелки). Эти теории были в значительной степени отметается в современный синтез в области генетики и естественного отбора в начале 20 - го века (пунктирные оранжевые стрелки). Дополнительная информация: Альтернативы дарвинизму

Закон компенсации Жоффруа

Основная статья: дебаты Кювье-Жоффруа

В 1830 году Этьен Жоффруа Сент-Илер выступил со структуралистским доводом против функционалистской ( телеологической ) позиции Жоржа Кювье. Жоффруа считал, что гомология строения животных указывает на то, что они разделяют идеальный образец; это означало не эволюцию, а единство плана, закон природы. Он также считал, что если одна часть будет более развита в структуре, другие части обязательно будут уменьшены в качестве компенсации, поскольку природа всегда использовала одни и те же материалы: если больше из них использовалось для одной функции, меньше было доступно для других.

Морфология Д'Арси Томпсона

Основная статья: О росте и форме

В своей «эксцентричной, красивой» 1917 книге О росте и форме, Д'Арсите Wentworth Томпсон вновь старую идею « универсальных законы формы », чтобы объяснить наблюдаемые формы живых организмов. Научный писатель Филип Болл заявляет, что Томпсон «представляет математические принципы как формирующую силу, которая может заменить естественный отбор, показывая, как структуры живого мира часто перекликаются с структурами неорганической природы», и отмечает свое «разочарование по поводу объяснений « Just So » по морфологии предлагаемых дарвинистов «. Вместо этого, пишет Болл, Томпсон уточняет, как не наследственность, а физические силы управляют биологической формой. Философ биологии Майкл Руссе так же писал, что Томпсон «было мало времени для естественного отбора», безусловно, предпочитая «механические объяснения» и, возможно, отклоняясь в витализма.

Пневматические конструкции Сейлачера

Окаменелость Dickinsonia описана как «пневмобаллон» с полостями, надутыми как стеганый надувной матрас. Согласноструктуралистскому взгляду Адольфа Зайлахера, структура определяется механически из-за необходимости распределять напряжение по поверхности, а не из-за естественного отбора.

Как и Томпсон, палеонтолог Адольф Сейлахер подчеркивал производственные ограничения формы. Он интерпретировал окаменелости, такие как Dickinsonia в эдиакарской биоте, как «пневмоструктуры», обусловленные механическим надуванием, как стеганый надувной матрас, а не вызванными естественным отбором.

Ограничения Вагнера на развитие

В своей книге 2014 года « Гомология, гены и эволюционные инновации» биолог-эволюционист Гюнтер П. Вагнер выступает за «изучение новизны в отличие от адаптации». Он определяет новизну как возникновение, когда какая-то часть тела развивает индивидуальное и квазинезависимое существование, другими словами, как отдельная и узнаваемая структура, которая, как он подразумевает, может возникнуть до того, как естественный отбор начнет адаптировать эту структуру для выполнения некоторой функции. Он формирует структуралистскую картину эволюционной биологии развития, используя эмпирические данные, утверждая, что гомология и биологическая новизна являются ключевыми аспектами, требующими объяснения, и что предвзятость развития (т.е. структурные ограничения на эмбриональное развитие) является ключевым объяснением этого.

Самоорганизация Кауфмана

Дарвинисты и структуралисты согласны с тем, что клеточные структуры, такие как клеточная мембрана, спонтанно самоорганизуются. Они не согласны с тем, насколько важна самоорганизация в других областях биологии.

В 1993 году биолог-математик Стюарт Кауфман предположил, что самоорганизация может играть роль наряду с естественным отбором в трех областях эволюционной биологии, а именно в динамике популяций, молекулярной эволюции и морфогенезе. Что касается молекулярной биологии, Kauffman была подвергнута критике за игнорирование роли энергии в стимулировании биохимических реакций в клетках, которые справедливо можно назвать само- катализирующего но не просто самоорганизоваться.

Типы Дентона

Биохимик Майкл Дентон привел структуралистские доводы в пользу самоорганизации. В статье 2013 года он утверждал, что «основные формы природного мира - Типы - имманентны природе и определяются набором особых естественных биологических законов, так называемых« законов формы »». Он утверждает, что эти «повторяющиеся паттерны и формы» являются «подлинными универсалиями ». Форма с этой точки зрения формируется не естественным отбором, а «самоорганизующимися свойствами определенных категорий материи» и «космической тонкой настройкой законов природы». Биохимик Лоуренс А. Моран раскритиковал Дентона как антидарвиновца и сторонника креационизма.

Спандрели Гулда и Левонтина

Орнаментного мост эмалированный. Стивен Дж. Гулд и Ричард Левонтин утверждали, что треугольная область является побочным продуктом адаптации структур вокруг нее. Основная статья: Спандрель (биология)

В 1979 году, под влиянием, среди прочего, Сейлачера, палеонтолог Стивен Дж. Гулд и популяционный генетик Ричард Левонтин написали то, что Вагнер назвал «самым влиятельным структуралистским манифестом», « Спандрели Сан-Марко и панглосская парадигма ». Они указали, что биологические особенности (например, архитектурные пеленки ) не обязательно имеют прямую причину адаптации. Вместо этого архитекторы не могли не создать небольшие треугольные области между арками и столбами, поскольку арки должны (развиваться) изогнутыми, а столбы должны быть вертикальными. Получающиеся в результате спандрели являются экзаптациями, следствием других эволюционных изменений. Они утверждали, что эволюция не выбирала выступающий человеческий подбородок: вместо этого, уменьшение длины зубного ряда оставляло челюсть выступающей.

Доменделевская эволюция Мюллера и Ньюмана

Экстремальные структуралисты, такие как Герд Б. Мюллер и Стюарт А. Ньюман, унаследовавшие точку зрения Д'Арси Томпсона, предложили, что основные диверсификации, такие как кембрийский взрыв, а затем кооптированные генетические механизмы, регулируются физическими законами структуры, а не генетикой.. Далее они утверждали, что существовала «доменделирующая» фаза эволюции животных, включающая физические силы, прежде чем гены взяли верх. Биологи-дарвинисты открыто признают, что физические факторы, такие как поверхностное натяжение, могут вызывать самосборку, но настаивают на том, что гены играют решающую роль. Они отмечают, например, что глубокие гомологии между широко расставленных группами организмов, такие, как сигнальные пути и факторы транскрипции из хоанофлагеллаты и многоклеточных, показывают, что гены были вовлечены в течение эволюционной истории.

Морфогенетические поля Гудвина

Естественные узоры, подобные тем, что на коже гигантского иглобрюха, могут быть созданы с помощью пространственных колебаний химических сигналов. Основная статья: Морфогенетическое поле

То, что Вагнер называет «маргинальным движением в эволюционной биологии», формой структурализма, примером которой является Брайан Гудвин, фактически отрицает важность естественного отбора или, по крайней мере, то, что биологическая сложность может быть сведена к естественному отбору. Это привело к конфликту с дарвинистами, такими как Ричард Докинз. Гудвин связал старую концепцию морфогенетического поля с пространственным распределением химических сигналов в развивающемся эмбрионе. Он продемонстрировал с помощью математической модели, что различные паттерны могут быть сформированы путем выбора значений параметров для создания либо статических геометрических паттернов, либо динамических колебаний, подразумевая, что задействованная сигнальная система каким-то образом является альтернативой естественному отбору. Докинз прокомментировал: «Он думает, что он настроен против Дарвина, хотя он не может им быть, потому что у него нет альтернативного объяснения».

Критика

Лоуренс Моран отмечает, что структурализм фокусируется в основном на животных, но животные (подчеркнуто) составляют лишь небольшую часть древа жизни.

Согласившись с тем, что существуют механизмы формирования паттернов, подобные описанным Гудвином, биологи Ричард Докинз, Стивен Дж. Гулд, Линн Маргулис и Стив Джонс критиковали Гудвина за предположение, что химическая передача сигналов является альтернативой естественному отбору.

Моран, «скептический биохимик», комментирует, что «структурализм» - это «новое модное слово... гарантированно впечатляющее толпу креационистов, потому что никто не понимает, что оно означает, но это звучит очень« научно »и философски». Философ науки Пол Э. Гриффитс пишет, что структуралисты «рассматривают это структурирование пространства биологических возможностей как часть фундаментальной физической структуры природы. Но явления филогенетической инерции и ограничений развития не подтверждают эту интерпретацию. Эти явления показывают, что эволюционные пути, доступные организму, являются функцией структуры развития организма ».

Моран резюмирует: «В науке нет ничего, что поддерживало бы взгляды структуралистов. У нас есть прекрасные объяснения того, почему шмели отличаются от грибов и почему у всех позвоночных есть позвонки, а не экзоскелеты. лента жизни, она будет выглядеть примерно так, как мы видим сегодня. Вы можете быть уверены, что, посетив другую планету, вы не найдете позвоночных ».

Эволюционный биолог Held Льюис писал, что «понятие, что аспекты анатомии могут быть объяснены с помощью физических сил (например, расширение трещин) отстаивалась ~ 100 лет назад в Д'Арси Томпсона 1917 О росте и форме и Теодор Кук 1914 книги«s Кривые жизни. За прошедшее столетие было предложено возникновение различных черт скорее механически, чем генетически: извилины мозга, уплотнения хрящей, гофры цветов, бугорки зубов и отолиты рыб. К этому странному списку мы теперь можем добавить кривую улыбку. крокодил или, по крайней мере, потрескавшаяся кожа, которая его окружает ».

Смотрите также

Примечания

использованная литература

Последняя правка сделана 2023-03-27 08:39:08
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте