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Ansätze zu einer Theorie der Innovation in der Evolution

Ansätze zu einer Theorie der Innovation in der Evolution


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Der Evolutionsbiologe Andreas Wagner schreibt in seinem Buch "The Origins of Evolutionary Innovations: A Theory of Transformative Change in Living Systems" (Oxford University Press, 2011):

Wir kennen viele Beispiele für Innovationen (qualitativ neue Phänotypen, die einen entscheidenden Nutzen bringen können), aber wir haben kein systematisches Verständnis der Prinzipien, die Organismen Innovationen ermöglichen.

Über den Begriff Innovation selbst schreibt er:

Es kann schwierig sein, streng zu definieren, was eine evolutionäre Innovation ist [538.616]. Diese und unzählige weitere Beispiele zeigen jedoch, dass es meist leicht zu erkennen ist: ein neues Feature, das seinem Träger qualitativ neue, oft bahnbrechende Fähigkeiten verleiht. Diese können nicht nur den Unterschied zwischen Leben und Tod in einer bestimmten Umgebung ausmachen (man denke nur an biosynthetische Fähigkeiten), sie können auch breite Plattformen für zukünftige Innovationen schaffen, ebenso wie Innovationen der Photosynthese und komplexer Nervensysteme.

und an anderer Stelle:

Die vielen Innovationen der Natur – einige davon unheimlich perfekt – erfordern natürliche Prinzipien, die die Innovationsfähigkeit des Lebens beschleunigen.

Können zufällige Mutationen über nur 3,8 Milliarden Jahre hinweg wirklich für Flügel, Augäpfel, Knie, Tarnung, Laktoseverdauung, Photosynthese und den Rest der kreativen Wunder der Natur verantwortlich sein? Und wenn die Antwort nein ist, was ist der Mechanismus, der die Geschwindigkeit und Effizienz der Evolution erklärt?

Dann versucht er, einen solchen Rahmen für diese entscheidende Zutat zu entwickeln, ohne die unser Verständnis des evolutionären Prozesses unvollständig erscheint.

Meine Frage
Sind die Hypothesen von Professor Wagner zur Innovation in der Evolution (was er eine "Innovationstheorie" nennt) empirisch bestätigt und gibt es andere Ansätze zu einer "Innovationstheorie" (nach seiner Definition)?

NB
Definitionen, was Prof. Wagner unter "Innovation" und "Innovationstheorie" versteht, finden sich in dem oben genannten Buch, siehe z.B. Hier.

Einen kurzen Überblick über Wagners „Innovationstheorie“ finden Sie in den Antworten auf meine Anschlussfrage: Eckpunkte von Wagners Innovationstheorie


Der Fehler in seiner Argumentation, von dem, was ich in deinen zitaten sehen kann, ist Evolution mit natürlicher Auslese gleichzusetzen. Natürliche Selektion wurde nie als Erklärung vorgeschlagen alle Evolution, noch wie vorteilhafte Eigenschaften entstehen, wurde aber vorgeschlagen, um zu erklären, wie sich vorteilhafte Merkmale ausbreiten. Letztendlich, warum ist Anpassung so weit verbreitet?

Die moderne Evolutionstheorie ist so viel mehr als eine Evolutionstheorie durch natürliche Auslese. Es kann sehr gut erklären, wie alle Variationen entstanden sind. Seine Mechanismen der Mutation, Migration, Drift und Selektion können sowohl erodieren als auch neue genetische Variationen erzeugen. Neue genetische Variationen und die damit verbundenen phänotypischen Veränderungen treten auf durch Mutation. Es können verschiedene Arten von Mutationen auftreten.

Mutationen sind zufällig in ihren Wirkung. Nun ist es möglich, dass die Mutation Preise sind nicht willkürlich; Wenn man sich zwei theoretische Arten vorstellt, die beide genetische Engpässe durchgemacht haben, so dass beide wenig genetische Variationen aufweisen, dann die Arten mit einer höheren Mutationsrate Macht haben eine bessere Chance, das Aussterben abzuwenden, da Mutationen die genetische Variation erhöhen und genetische Variation die Anpassungsrate begrenzt. Wenn es daher ein genetisch kodiertes Merkmal gibt, das die Mutationsrate erhöht, kann es sich ausbreiten. Umgekehrt ist eine Mutation im Allgemeinen schädlich (siehe Fisher's Geometrisches Modell), so dass im Allgemeinen auch auf niedrigere Mutationsraten selektiert wird. Soweit ich das über Wagners Theorie entnehmen kann Innovation ist, dass Mutation eine Art vorsätzlicher, gerichteter Mechanismus sein kann, bei dem der Organismus versucht, eine bestimmte Eigenschaft zu entwickeln. Dies wird allgemein als höchst innerhalb der evolutionsbiologischen Gemeinschaft unwahrscheinlich, und meines Wissens gibt es keine Beweise dafür.


Verwandte Beiträge, die ich zu Biologie SE verfasst habe:


Nachdem ich mehr über seine Theorie gelesen habe, denke ich, dass ich klarer bin, was er meint. Er verwendet den Begriff Innovation wie andere Evolutionsbiologen verwenden würden Anpassung. Ich habe keine Ahnung warum Wenn er dies tut, müssen Sie keine abweichenden Terminologien verwenden. Letztlich schlägt er die Anpassung durch natürliche Auslese vor.

„Sehr gelegentlich können eine oder mehrere Mutationen auch evolutionäre Innovationen hervorbringen – neue Phänotypen, die sich qualitativ unterscheiden und den bestehenden Phänotypen überlegen sind.“


„Evolutionäre Innovationen können schwer rigoros zu definieren sein [1,2], aber sie sind oft leicht als qualitativ neue und adaptive Merkmale von Organismen zu erkennen. Darüber hinaus bieten sie auch häufig neue Plattformen, auf denen sich weitere evolutionäre Veränderungen entfalten können.“

Das Problem dabei liegt darin, dass er sein eigenes Vorurteil nutzt, dass die Zeit einfach nicht ausgereicht hat, um alle genetischen Variationen entstehen zu lassen, um zu unterstellen, dass zufällige Mutationen nicht ausreichen.

"Zufällige Veränderungen allein reichen nicht aus, weil sie nicht unbedingt vorteilhafte Phänotypen hervorbringen."

Das Schreiben ist suggestiv (starke Betonung auf suggestiv, er sagt dies nie, soweit ich das beurteilen kann, aber das Schreiben neigt zu Missverständnissen), dass er sich auf eine Art gerichtetes Mutationsargument berufen wird. Seine eigentliche Idee scheint jedoch zu sein, dass Gene interagieren und dies daher die Rate erhöht, mit der Mutationen phänotypische Veränderungen verursachen. Da es zeitliche und räumliche Variationen nicht nur bei der genetischen Variation gibt, sondern auch bei der Selektion, können sich neutrale Mutationen in Genen ansammeln, die sich später auf die Fitness auswirken (entweder durch Interaktion mit neuen Mutationen an anderer Stelle im genetischen Netzwerk oder durch Verschiebungen in der adaptiven Landschaft).

„Wagner hat betont, wie Epistase – Interaktionen zwischen Genen, die die adaptiven Konsequenzen von Mutationen prägen – es neutraler Variation ermöglicht, die Auswirkungen anderer Mutationen zu modulieren, wodurch eine breite Palette möglicher mutierter Phänotypen erzeugt wird, die zu einer adaptiven Innovation führen können.“

Dies ist nichts besonders Neues oder Umstrittenes (siehe Epistase, Gennetzwerke und Lesen Sie die Evolution vom Stand im Vergleich zu neuartigen genetischen Variationen). Grundsätzlich scheint Wagner vorzuschlagen, dass Darwins Theorie auf neuartigen Mutationen beruht, die nach Selektionsänderungen eintreffen, was nicht der Fall ist, und Wagners Theorie ist einfach ein Weg, um ständige genetische Variation durch Gennetzwerke zu erhalten. Ich glaube nicht, dass das Konzept der stehenden genetischen Variation hier neu ist, aber die Möglichkeit, dass stehende genetische Variation aufgrund weiterer Mutationen an anderer Stelle im Gennetzwerk unter Selektion gerät, scheint eine Neuheit seiner Arbeit zu sein.


MattDMo macht einen hervorragenden Punkt zu Wagners Behauptung, dass alle zufällig auftretenden Mutationen über nur 3,8b Jahre ist unplausibel:

Dies ist ein Argument aus Ungläubigkeit, ein logischer Trugschluss. Nur weil du dir nicht vorstellen kannst, dass etwas passiert, heißt das nicht, dass es nicht passieren kann.


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