Melnās karalienes noteikums. Melnās karalienes hipotēze var izskaidrot sauszemes zīdītāju izmiršanu

Vai tā ir taisnība, ka evolūcijas problēmu karaliene ir Sarkanā (arī melnā) karaliene? Nesteidzies atbildēt – neaizmirsti par hermafrodītiem!

Pat mums, cilvēkiem, ar visu mūsu spēju paredzēt notikumus, nav tik viegli rīkoties savu tuvāko pēcnācēju interesēs: atcerieties mežu iznīcināšanu, globālo sasilšanu un pārapdzīvotības problēmu. Kā tad viņa ar savu aklumu un egoismu varēja izvirzīt seksa ilgtermiņa ieguvumus iedzīvotājiem augstāk par īstermiņa dubulto cenu ar visām no tā izrietošajām nepatīkamajām sekām? (Niks Leins. Dzīves kāpnes)

Es gatavojos diezgan detalizēti apspriest populācijas vairošanās un rekombinācijas evolūcijas problēmu (ieskaitot dzimuma fenomenu). Protams, visas galvenās domas var apkopot vienā īsā tekstā, bet tajā pašā laikā tās izrādīsies deklaratīvas un nesaprotamas. Lai tos pamatotu, ir nepieciešams teksts, kas ir lielāks par visu kolonnu, taču nespeciālistiem šāds pamatojums būs nesaprotams. Cenšos pasniegt gan kompleksu labi zināmu ideju kopumu, gan pašas izstrādātos virzienus tā, lai tie būtu saprotami domīgam lasītājam, kas nav biologs. Kā mudināt šādus lasītājus saprast apspriežamo tēmu? Man nereti atrodams interesants materiāls par man nepazīstamām zināšanu nozarēm, kurās ir redzama šo jomu attīstošo cilvēku prātošanas loģika. Tā ir loģika, ko es cenšos atspoguļot šajās slejās, cik vien labi spēj un saprotu materiālu. Dabiski, ka tam nepieciešamā teksta apjoms pieaug ar lēcieniem un robežām. Šī kolonna ir jau piektā “seksa” sērijā; būs vēl trīs vai četri.

Bet vai šie eksperimenti izskaidro seksa izcelsmi? Tādas iestādes kā Aleksandrs Markovs vai Mets Ridlijs piekrīt, ka Sarkanā karaliene izskaidroja dzimuma fenomenu. Tomēr viņi saka, ka Aleksandrs Kondrašovs (pēdējā slejā minētā Kondrašova cirvja autors) turpina uzskatīt, ka dzimuma fenomens nekad nav saņēmis skaidrojumu.

Eksperimenti, par kuriem raksta Naimarks, neapšaubāmi ir pārliecinoši. Tomēr neaizmirstiet: viņi nevar pierādīt, ka Sarkanās karalienes “spēks” būtu pietiekams, lai pārvarētu dubulto auglības kritumu, ko izraisīja pāreja no klonalitātes uz dioēciju seksuālās reprodukcijas sākumā.

Kad Caenorhabditis elegans mums ir darīšana ar sugu, kurā dzimumvairošanās jau ir ideāli izveidojusies. Fakts, ka hermafrodītiem tas ir deģenerēts pašapaugļošanās dēļ, ir sekundārs efekts. Starp citu, analizējot aprakstīto eksperimentu, jāpatur prātā, ka pašizaugļošanās rezultātā izveidotie pēcnācēji izrādās vairāk vai mazāk homozigoti (ar identiskām alēlēm), bet tārpi, kas radušies, krustojot tēviņus un hermafrodīti izrādās daudz heterozigotāki (tiem ir dažādas homologu alēļu versijas). Paaugstināta heterozigotitāte pati par sevi var veicināt paaugstinātu rezistenci, neņemot vērā rekombinācijas sekas.

Vienalga Caenorhabditis ražo gan olšūnas, gan spermu. Šajos tārpos pilnībā izveidojas haplodiploīdais dzīves cikls ar apaugļošanu un mejozi. Sarkanā karaliene var palielināt tārpu īpatsvaru ar seksuālu attīstību. Tajā pašā laikā es šaubos, vai tas varētu nodrošināt evolūciju no klonālās vairošanās uz seksuālo reprodukciju, pārvarot divkāršu reproduktīvās efektivitātes zudumu.

Tagad man ir jāatzīst. Kā jau rakstīju iepriekšējā slejā, man ir sava risinājuma versija, es vienkārši veltīju laiku, lai to izskaidrotu. Lai jūs varētu novērtēt izeju no teorētiskā strupceļa, jums bija jāieved šajā strupceļā. Pat šajā slejā man nebūs laika sniegt visu lēmuma pamatojumu, bet es varu to ieskicēt.

Epigrāfā citētais gudrais (jokus pie malas) Niks Leins nedala seksu un tā “dubulto cenu”. Viņam nav taisnība. Reproduktīvās efektivitātes samazināšanās nav saistīta ar dzimumvairošanos kā tādu, bet gan ar tēviņu klātbūtni, kuri paši neatstāj pēcnācējus. Tas, ko Džons Meinards Smits nosauca par "seksa dubulto cenu", var pareizi saukt par "divmājības dubulto cenu". Hermafrodīti nemaksā šo cenu!

Ļaujiet man jums atgādināt ilustrāciju, ko sniedzu, uzsākot sarunu par rekombinācijas evolūciju.

Manā tālajā bērnībā man bija draugs (un joprojām ir), un tajā laikā viņai bija arī tēvs, kurš bija zinātnieks, kodolfiziķis. Mana drauga tēta mīļākā mūsu bērnības pasaka bija Lūisa Kerola pasaka par Alisi. Toreiz mēs viņu ne pārāk labi sapratām, un mēs arī ļoti pārpratām pasaku - varbūt tā bija parastā Pelnrušķīte un Sarkangalvīte.

Tagad es, ievērojami izaugusi un pat nedaudz gudrāka, uzzināju, ka pasaka par Alisi nav tik vienkārša un nemaz nav tracinoša, bet tieši otrādi. Un to rakstīja ne tikai kāds angļu stāstnieks Lūiss Kerols, bet arī Oksfordas universitātes matemātikas profesors Čārlzs Lutvids Dodžsons (Kerols ir pseidonīms). Mana drauga tētis, kam bija plašas zināšanas fizikā un matemātikā, saprata mūsu pasaules šifrēto likumu skaistumu Alises iedomātās pasaules varoņu uzvedībā.

Angļu etologs un evolūcijas biologs Ričards Dokinss šo principu nosauca par “evolucionāro bruņošanās sacensību”.

Ekologi Roberts Makarturs un Edvards O. Vilsons savu likumu balstīja uz to pašu Melnās karalienes efektu un formulēja to grāmatā “Salas bioģeogrāfijas teorija”. Īsāk sakot: A sugas dzīvniekus liktenis izmet uz noteiktas salas.Ienākot jaunā dzīvē, suga, visticamāk, izmirs, bet, lai izdzīvotu (kā arī ātri pielāgotos), sugai A aktīvi jāvairojas, apdzīvot jauniegūto zemi. Ja uz šo salu tiks ievesta nākamā suga B, tad tai būs jāpielāgojas ne tikai jaunajai dzīvei, bet arī sugai A. Palielinoties dzīvnieku sugu skaitam salā, palielināsies izmirušo skaits. Laika gaitā jaunpienācēji salā arvien vairāk atklās savas sugas, kas nozīmē, ka dzīvnieku sugu skaits nepalielināsies, bet arī izzušana apstāsies. Ja mēs uzzīmējam apdzīvošanās ātruma (t.i., jaunu sugu, kas ienāk noteiktā laika periodā) atkarību no to sugu skaita, kuras jau ir apdzīvojušas salu, ir pamanāms, ka apdzīvošanās līmenis ir augsts, kad salas iedzīvotāju skaits ir neliels, un mazs, ja to skaits ir liels. Šo Makartūra-Vilsona līdzsvara likumu var viegli attiecināt uz pilsētu apdzīvotības teoriju.

Sugu veidošanās un izzušanas procesu analīze, kas veikta uz paleontoloģiskām atliekām 19 kainozoja zīdītāju ģimenēm, parādīja Sarkanās karalienes hipotēzes pamatotību, saskaņā ar kuru galvenais izzušanas cēlonis bija pakāpeniska sugas kvalitātes pasliktināšanās. vide evolucionārajai kladei (radniecīgo sugu grupai). Visas grupas daudzveidība samazinās vienādi, jo samazinās sugu veidošanās ātrums un palielinās sugu izzušanas ātrums.

Sugu izmiršana, kā arī to rašanās evolūcijas procesā notiek pastāvīgi, lai gan sabiedrības uzmanību vairāk piesaista masveida izmiršana, paši notikumi ir diezgan reti. Lai izskaidrotu konstanto (fona) sugu izmiršanas ātrumu, biologi arvien vairāk pievēršas paleontologa Leja Van Valena piedāvātajai “Sarkanās karalienes hipotēzei”; sk.: L. M. Van Valen, 1973. Jauns evolūcijas likums (PDF, 2 MB). Šī hipotēze mūs aizved atpakaļ uz “Caur skata stiklu”, uz vietu šajā neparastajā Lūisa Kerola pasakā, kur Sarkanā karaliene liek Alisei skriet arvien ātrāk. Kad viņi beidzot apsēžas atpūsties zem koka, aizdususī Alise pārsteigta atklāj, ka viņi ir palikuši tajā pašā vietā. Karaliene skaidro, ka, lai skrietu tālāk, jāskrien vēl ātrāk. Un, kad Alise saka, ka viņu valstī viss nav kārtībā, karaliene ne bez ļaunuma atzīmē: "Lēna valsts!" ("Kaut kāda lēna valsts!"):

Alise ļoti pārsteigta paskatījās sev apkārt.

"Kāpēc, es uzskatu, ka mēs visu laiku esam bijuši zem šī koka! Viss ir tieši tā, kā bija!"

"Protams, tā ir," sacīja karaliene, "ko jūs to vēlētos?"

"Nu iekšā mūsu valsts,” sacīja Alise, joprojām nedaudz elsodama, “tu parasti nokļūtu kaut kur citur – ja ilgi skrietu ļoti ātri, kā mēs to darām.”

“Lēna valsts!” teica karaliene. “Tagad, šeit, redzat, ir nepieciešams viss, ko varat darīt, lai noturētos tajā pašā vietā. Ja vēlaties nokļūt kaut kur citur, jums jāskrien vismaz divreiz ātrāk!

Alise izbrīnīta paskatījās apkārt.

Kas tas ir? - viņa jautāja. - Mēs palikām zem šī koka! Vai tiešām mēs neesam spēruši nevienu soli?

Nu, protams, nē," atbildēja karaliene. - Ko tu gribēji?

U mums"," teica Alise, tikko atvilkdama elpu, "kad jūs ilgi skrienat tik ātri, cik varat, jūs noteikti nonāksit citā vietā."

Kāda lēna valsts! - teica karaliene. - Nu un Šeit, ziniet, jums ir jāskrien cik ātri vien iespējams, lai tikai paliktu tajā pašā vietā! Ja gribi tikt citā vietā, tad jāskrien vismaz divreiz ātrāk!

(N. Demurovas tulkojums)

Tomēr mūsu biosfēra nav lēna valsts. Arī tajā notiekošo dzīvo būtņu evolūcija nevar apstāties, jo vide nepārtraukti mainās. Ja daži organismi palēnina evolūcijas ātrumu un vairs nepielāgojas strauji mainīgajai videi, tie vienkārši izmirst. Dabiskās atlases procesā, izmantojot klasisko Darvina evolūciju, rodas jaunas sugas, kas ir labāk piemērotas jauniem apstākļiem.

Termins nāk no Lūisa Kerola filmas Alise caur skatienu, no Alises dialoga ar Melno karalieni:

"Pie mums," sacīja Alise, tikko atvildama elpu, "kad jūs ilgi skrienat tik ātri, cik varat, jūs noteikti nonāksit citā vietā.

Kāda lēna valsts! - iesaucās karaliene. - Nu lūk, zini, tev jāskrien cik ātri vien vari, lai tikai paliktu tajā pašā vietā.

N. Demurovas tulkojums

Ieroču sacensības

Dzimuma paradokss un tā nozīme

Zinātnes autors Mets Ridlijs popularizēja terminu "Melnās karalienes efekts", savā grāmatā saistot to ar seksuālo atlasi Sarkanā karaliene: sekss un cilvēka dabas evolūcija(1993), tulkojumā krievu valodā - “Sekss un cilvēka dabas evolūcija” (2011).

Divdzimumu dzīvo būtņu populācijās vīriešiem, kas parasti veido apmēram pusi no populācijas, nav iespējas tiešā veidā radīt pēcnācējus bez sieviešu dzimuma līdzdalības (ja viņiem nav bioloģisku spēju mainīt savu sekss). Dažām sugām, piemēram, lauvām, tēviņiem ir ierasts nogalināt mazuļus, kas dzimuši no cita tēviņa (pēc Ričarda Dokinsa domām, tā ir tā sauktā savtīgā gēna izpausme, kura mērķis ir tikai vairoties un kas var līdz ar to nomāc citu gēnu reprodukciju). Turklāt vīriešiem un sievietēm ir jātērē līdzekļi, lai piesaistītu pretējo dzimumu un sacenstos par to. Seksuālā atlase var radīt arī pazīmes, kas samazina sugas un indivīda piemērotību izdzīvošanai, piemēram, paradīzes putnu spilgtās krāsas apspalvojums, ko izmanto, lai piesaistītu dzīvesbiedru, vienlaikus palielina iespējamību, ka potenciālie plēsēji tos pamanīs. Tādējādi seksuālā pavairošana var būt ļoti neefektīva cīņā par eksistenci.

Iespējamais izskaidrojums faktam, ka gandrīz visi mugurkaulnieki ir divmāju, ir tas, ka sekss palielina spēju pielāgoties. Pirmkārt, ja labvēlīga mutācija notiek starp aseksuāli vairojošiem indivīdiem, šai mutācijai nav iespējas izplatīties un indivīdiem iegūt gēnus no citām savas sugas līnijām, kurām, iespējams, ir izveidojušās savas labvēlīgās mutācijas. Otrkārt, tas sajauc alēles. Daži iedzimtu variāciju gadījumi varētu būt izdevīgi tikai tad, ja viena mutācija tiek kombinēta ar citu mutāciju, un seksuāla vairošanās palielina šādas saiknes iespējamību.