Такая тема уже была (http://www.paleo.ru/forum/index.php/topic,402.0.html), но движок форума попросил меня создать новую.
Здравствуйте.
По роду своей деятельности (программист) я мало связан с биологией и теорией эволюции, однако вопросы естествознания меня всегда интересовали. В частности и вопрос о том "Почему в процессе эволюции возникли два пола". Задумавшись однажды над ним я придумал объяснение, которое меня удовлетворило, на том и успокоился. Однако вчера я услышал как Докинс в своей лекции назвал "sex" - одной из загадок эволюции, что меня несколько смутило. Я был уверен что данный вопрос давно разрешен и никаких загадок тут нет. Погуглив и немного почитав википедию я понял что ошибался, оказывается это действительно не решенная до сих пор загадка. После этого у меня возник резонный вопрос: То объяснение, которое я когда-то для себя придумал очевидно содержит ошибки и не объясняет данный феномен, поскольку оно слишком просто чтобы до него никто не догадался. Так в чем его ошибочность?
ПС:
Ах да, я забыл написать это объяснение :) вот оно:
Чтобы не писать очень многа букаф я рассмотрю очень очень упрощенный случай, однако думаю он достаточно наглядно иллюстрирует мою идею.
Предположим что алфавит ДНК нашего однополого существа содержит 2е а не 4е буквы (т.е. это последовательность бит), и у каждого потомка происходит мутация одного и только одного случайно выбранного бита (прошу прощения за «компьютерную» терминологию) . Разделим все биты на «правильные» и «ошибочные». Правильные – это такие, изменение которых (по одиночке) уменьшает шансы нашего существа на выживание, а неправильные – изменения (мутация) которых увеличит эти шансы.
Разумеется в реальности есть еще нейтральные мутации и вообще какие-то мутации увеличивают выживаемость чуть чуть, а какие-то очень сильно. Всё это можно учесть аккуратно рассмотрев соответствующую статистическую модель, однако основные выводы от этого не изменятся, поэтому продолжим рассматривать упрощенную модель.
Допустим изначально мы имели ДНК в которой количество правильных и неправильных битов одинаково. В процессе размножения и смены поколений очевидно будут выживать те организмы, у которых случайно мутировали неправильные биты (и стали правильными), а те, у которых правильные биты мутировали в неправильные будут вымирать. Вопрос о том, будет ли этот процесс приводить к накоплению правильных битов – разумеется спорный и его надо доказывать, однако, руководствуясь здравым смыслом, вполне логично предположить что правильные биты будут накапливаться, т.е. ДНК будет постепенно очищаться от ошибок.
К чему приведет этот процесс? Предположим в какой то момент только 10% ДНК нашего существа являются неправильными. В этом случае 90% его потомства будут иметь худшие гены чем он сам, и только 10% - лучшие. Если численность рассматриваемого вида постоянна, то из 10и его детей должен остаться в живых только 1 при этом с вероятностью как минимум 50% это должен быть «улучшившийся» ребенок, иначе «ухудшившиеся» дети будут «де факто» размножатся быстрее что приведет к деградации. Т.о. вероятности выжить у детей нашего существа должны быть распределены следующим образом:
Улучшившийся ребенок – 0.5
1ый ухудшившийся ребенок – 0.0555
2ой ухудшившийся ребенок – 0.0555
...
9ый ухудшившийся ребенок – 0.0555
Т.е. вероятность выжить у улучшившегося в результате единичной случайной мутации ребенка должна быть почти в 10 раз больше чем у любого из его менее удачливых братьев. Только в этом случае худшие и лучшие особи будут выживать примерно с одной и той же вероятностью и популяция не будет деградировать.
Если отношение вероятности выжить у улучшившегося в результате единичной случайной мутации ребенка к вероятности выжить кого либо из остальных детей назвать «качеством естественного отбора», то для отсутствия деградации в популяции однополых существ отношение количества «правильных» бит в их ДНК к количеству «неправильных» должно быть МЕНЬШЕ качества естественного отбора. Т.е. если среднестатистическая случайная мутация приносит двукратный выигрыш в выживаемости (имеет место невероятно эффективный отбор) то каждый третий бит ДНК такого организма должен быть «неправильным». А в реальных условиях, когда среднестатистические мутации повышают выживаемость только лишь на единицы процентов половина ДНК должна содержать «неправильную» информацию.
Разумеется такое положение вежей крайне невыгодно, но как его исправить?
Надо пометить «правильные» участки ДНК и запретить в них мутации, разрешив их только в «неправильных». т.о. подавив основной источник деградации (мутации правильных участков) .
Но как это сделать? Именно для этого и существует половое размножение. Чтобы разобраться в том как половое размножение подавляет мутации правильных битов нужно понять то, что полезный признак, случайно появившийся у некой однополой особи будет распространятся по популяции (за счет того что особи с этим признаком будут более живучи по сравнению с остальными) не зависимо от того, деградирует популяция или нет. Деградация обусловлена не подавлением хороших признаков а слишком быстрым возникновением плохих, так что на 1 хороший приходится 2 плохих, однако хороший признак никуда не девается.
А теперь посмотрим как будет обстоять дело у двуполых существ. У таких существ 2 источника мутаций :
1) – случайные мутации как и у бесполых собратьев
2) – кроссинговер (перестановка участков ДНК)
В итоге, полезный признак, распространившийся по всей популяции начинает встречаться как у самцов так и у самок и в результате перестановка соответствующего участка ДНК не приводит к мутациям поскольку это перестановка идентичных участков. Т.о. один из источников мутаций (кроссинговер) отключается для «правильных» участков ДНК уменьшая вероятность их деградации.
Не совсем уверен, что биологи будут Вам подробно отвечать именно на Ваши выкладки. Ну нет у них иного лозунга для отличия плохих мутаций от хороших, чем "плохие мутации не наследуются". И лозунг то исчерпывающий.
А так посудите сами, если плохо-хорошо фифти-фифти, то это будет означать, что способов выживания чего угодно ничуть не меньше, чем способов выживать в четких условиях среды - нонсенс. И если среда, условно говоря, единственна в своем роде, то полезных мутаций единица на необозримые миллионы возможных. Следовательно, ген. код, как стратегия, не дозволяет мутаций в принципе. Но они происходят. Но не все какие заблагорасудится господину случаю. А вот как происходит такое ограничение - это загадка эволюции, над которой надо работать.
Цитата: василий андреевич от марта 14, 2011, 20:48:55
Не совсем уверен, что биологи будут Вам подробно отвечать именно на Ваши выкладки.
А вы не подскажите что надо сделать чтобы получить ответ от специалистов или по крайне мере хорошо разбирающихся в этой области людей, а то среди моих знакомых биологов почему-то не оказалось.
Цитата: василий андреевич от марта 14, 2011, 20:48:55
Ну нет у них иного лозунга для отличия плохих мутаций от хороших, чем "плохие мутации не наследуются".
Я конечно не специалист в биологии, но утверждение "плохие мутации не наследуются" выглядит очень странным. "Вероятность наследования плохих мутаций меньше вероятности наследования хороших при прочих равных" - с этим бы я согласился.
Цитата: василий андреевич от марта 14, 2011, 20:48:55
А так посудите сами, если плохо-хорошо фифти-фифти, то это будет означать, что способов выживания чего угодно ничуть не меньше, чем способов выживать в четких условиях среды - нонсенс.
Не совсем понял что вы хотели сказать.
Цитата: василий андреевич от марта 14, 2011, 20:48:55
И если среда, условно говоря, единственна в своем роде, то полезных мутаций единица на необозримые миллионы возможных.
Какая именно доля полезных мутаций к вредным я честно говоря не знаю, подозреваю только что это отношение сильно больше единицы и мне казалось половое размножение как раз и призвано решить проблему высокой вероятности плохих мутаций.
Цитата: Константин Стаценко от марта 14, 2011, 21:02:17
Я конечно не специалист в биологии, но утверждение "плохие мутации не наследуются" выглядит очень странным. "Вероятность наследования плохих мутаций меньше вероятности наследования хороших при прочих равных" - с этим бы я согласился.
Константин, я не биолог и легко могу сесть в калошу. Или еще гораздо хуже: выдам неправильную информацию.
Но по поводу "вероятности" наверное смогу.
Мутации по определению случайны. Отличить какие из всех хорошие можно только по одному признаку - они наследуются. Носители плохих мутаций вымирают или не дают плодовитого потомства. Здесь статистика не работает. А вот относительно нейтральных мутаций необходимо разбираться с только с генетиками. Например, за разрез глаз отвечают какие-то участки ген. кода. Раз люди с разным разрезом глаз выживают, то такие мутации нейтральны. Но если выяснится через сотню тысяч лет, что все люди с узкими глазами, то мутации, ответственный за другие глаза будут переведены в ранг "плохих". (условность разреза глаз Вы понимаете).
Теперь допустим, что потенциально для данной популяции открыта ниша, занятая каким-то другим видом, например, голодный сапиенс хочет покушать падаль. Быстрее гиены бегать не умеет, лучше грифа видеть не может. Что делать, если остались только кости да рога с копытами, да может череп. Надо применить молоток-камень, что бы разбить кость или череп. Так сколько плохих и хороших мутаций должно было произойти, что бы будущий человек взял молоток? Рискну ответить - единственная. А сколько надо мутаций, что бы он не взял молоток? Да бесчисленное множество... Однако у гиены такой мутации произойти не могло бы в принципе.
А тут двуполость. Хотя и без разделения полов эволюция шла своим чередом. И более того, сохранить хорошо адаптированную неизменность при вегетативном делении гораздо проще. Да и передать отделившейся "почке" любую мутацию, как ненужную для выживания очень удобно. Потому, возможно, двуполость и гермофродитизм выгодны, что для встречи напарника срабатывает механизм "выбора моды", ибо выбор партнера уже не есть случайный отбор. (но боюсь я уже понес отсебятину)
Пологаю, что главной идеей является - мейоз. И сопутствующие ей процессы.
Потому что это ускоряет эволюцию. Взаимосвязь двух разных наборов генов быстрее приводит к новому видообразованию, чем копирование один-в-один. :)
Цитата: Константин Стаценко от марта 14, 2011, 21:02:17
Цитата: василий андреевич от марта 14, 2011, 20:48:55
Не совсем уверен, что биологи будут Вам подробно отвечать именно на Ваши выкладки.
А вы не подскажите что надо сделать чтобы получить ответ от специалистов или по крайне мере хорошо разбирающихся в этой области людей, а то среди моих знакомых биологов почему-то не оказалось.
В книге Докинза "Река из Эдема" есть популярный очерк эволюционного возникновения полов.
Где бы еще эту книгу достать? :)
Константин, Вам как программисту карты в руки сделать простенькую имитационную модельку.
Хотя одно возражение возникает сразу. Почему-то Вы делаете допущение, что "плохие" гены (а "битами", видимо, оказываются у Вас они, хотя вообще-то они скорее "массивы байтов" - при том, что система счисления в ДНК не двоичная, а четверичная :) ) не влияют существенным образом на успех размножения. Но тогда в чем их "плохость" с сугубо биологической точки зрения?
Цитата: erben от марта 15, 2011, 00:00:47
Пологаю, что главной идеей является - мейоз. И сопутствующие ей процессы.
Не-а... С тем же успехом можно быть гермафродитами-"перекрестниками" - а речь-то идет не половом размножении вообще, а именно о двуполости.
Цитата: Константин Стаценко от марта 14, 2011, 21:02:17
А вы не подскажите что надо сделать чтобы получить ответ от специалистов или по крайне мере хорошо разбирающихся в этой области людей, а то среди моих знакомых биологов почему-то не оказалось.
Ну, здесь и биологи вроде меня появляются. Я, кстати, несмотря на это, не одну сотню тысяч строк программного кода за 20 лет написал...
ЦитироватьТакая тема уже была, но движок форума попросил меня создать новую.
А если он попросит с крыши прыгнуть?
Пожалуйста, вставьте в первое сообщение ссылку на старую тему - разрыв обсуждения только создает неудобства, а объединять темы движок артачится.
Цитата: PVOzerski от марта 15, 2011, 10:46:22
Константин, Вам как программисту карты в руки сделать простенькую имитационную модельку.
Ок, попробую чего-нибудь помоделировать.
Цитата: PVOzerski от марта 15, 2011, 10:46:22
Хотя одно возражение возникает сразу. Почему-то Вы делаете допущение, что "плохие" гены (...) не влияют существенным образом на успех размножения. Но тогда в чем их "плохость" с сугубо биологической точки зрения?
Да, я высказал предположение что влияние среднестатистического плохого гена на "размножаемость" данной особи (т.е. на вероятность с которой этот ген передастся следующему поколению) исчисляется единицами процентов.
Мне не кажется эта оценка заниженной (если я ошибаюсь прошу меня поправить). Если рассмотреть каких-нибудь птичек со специализированными клювами. Вряд ли нынешние формы их клювов возникли сразу в том виде в котором мы их сейчас видим в результате единственной мутации. Скорее всего, клюв постепенно эволюционировал утолщаясь (если выгоден толстый клюв) или удлиняясь (ели выгоден длинный клюв) постепенно, от мутации к мутации. И мне кажется очень сомнительным, что небольшое укорочение или утоньшение клюва (отрицательная мутация, "шаг назад"), приведет к гарантированной смерти носителя этого клюва. Это конечно сократит его шансы на выживание, но не думаю что лчень сильно сократит.
Боле того, даже если бы каждая такая мутация приводила к тому что вероятность размножится у такой птицы падала бы в 2 раза по сравнению в остальными, то в её ДНК по прежнему должно быть более одной трети "неправильной" информации.
Константин, имейте в виду, что в общем случае ежели толщина клюва определяется одним геном, то вероятность превращения клюва в очень толстый не зависит от того, был ли он до мутации очень тонким или средней толщины (конечно, речь идет не о клювах как о таковых, а о генетических программах их формирования). Так что если клюв в эволюции утолщается постепенно, то его толщина, скорее всего, зависит от нескольких генов одновременно.
Почему в процессе эволюции возникли два пола? Патамушта :D
А если серьёзно, если не считать полусхоластических рассуждений Имперрора от храповике Мёллера, там то какая неразрешимая проблема не пойму? А почему вертолётные свечи зажигания имеют два независимых устройства образования искры? Да, согласен, скорость отбора от этого замедлилась, но когда структура не преемлет большую часть мутаций, это необходимая плата