Jeśli na początku XX wieku zmierzyłbyś się z dżunglami chińskiej prowincji Fujian, różne relacje mówią, że mogłeś być świadkiem zadziwiająco nieoczekiwanego zwierzęcia: Błękitnego tygrysa. Tygrysy te zostały opisane jako „cudownie piękne”z ciałami” głębokim odcieniem Maltańczyków, zmieniającym się w niemal głęboki błękit na spodniej części.”Już w latach 50. myśliwi zgłaszali, że na szlakach zauważają niebieskie włosy obok tradycyjnego pomarańczowego futra innych Tygrysów Południowochińskich.
wtedy niebieskie tygrysy zniknęły. Ostatnie odnotowane obserwacje miały miejsce w 1953 roku, a błękitne tygrysy wkrótce stały się legendą, a nie tyle zachowana skóra, co dowód na ich istnienie.
kuszące jest myślenie, że niebieskość kotów była związana z jakąś wadą, która uniemożliwiła im konkurowanie z ich jasnopomarańczowymi krewnymi. Ale jest bardziej prawdopodobne, że ich dziwaczne płaszcze nie miały nic wspólnego z ich wyginięciem; to był po prostu pech, że kolor pojawił się w małej populacji, która nadal się kurczyła.
ten rodzaj przypadkowej ewolucji jest przedmiotem neutralnej teorii, historycznie kontrowersyjnej idei, że „przetrwanie najsilniejszych” nie jest jedynym, a nawet najczęstszym sposobem, w jaki gatunek zmienia się, dzieli lub zanika. Proste, jak brzmi propozycja, jego konsekwencje dla genetyki, ewolucji, ekologii, a nawet dyscyplin poza biologią zostały zmiażdżone.
nie tak neutralna teoria
losowy wzrost lub spadek wariantów genów w populacji jest znany jako dryf genetyczny. Dziś jest ona uznawana za kluczowy czynnik ewolucji i różnorodności, ale nie zawsze tak było. Aż do lat 60. biolodzy na ogół przypisywali wszystkie odmiany siłom selektywnym: szkodliwe cechy utrudniały reprodukcję jednostki, zapewniając, że z czasem cechy znikną (selekcja negatywna lub oczyszczająca). Z drugiej strony, pomocne cechy wzmocniły liczbę potomstwa osobnika i zwiększyły jego częstość występowania (selekcja pozytywna) – wszystko zgodnie z zasadą doboru naturalnego Charlesa Darwina i Alfreda Russela Wallace ’ a.
następnie sekwencjonowanie badania na białkach ujawniło znacznie więcej genetycznej zmienności w populacjach niż oczekiwano. Pomysł, że selekcja działa na wszystkie geny jednocześnie, ważąc ich efekty i wybierając, które z nich powinny zostać, A które odejść, nie spodobał się niektórym naukowcom.
w 1968 roku znany genetyk Motoo Kimura zaproponował alternatywne Wyjaśnienie, obecnie nazywane teorią neutralną. Kimura twierdził, że większość różnic między organizmami nie jest ani korzystna, ani niekorzystna. W związku z tym większość różnorodności, którą widzimy, nie jest wynikiem ukrytej ręki wyboru, ale raczej szczęścia. „Wszystko, czego potrzebujesz, to trochę zmienności, a losowe siły zrobią resztę”, powiedział Armand Leroi, biolog ewolucyjny w Imperial College London.
neutralna teoria ewolucji molekularnej Kimury wywołała debatę, ponieważ zdawała się osłabiać wpływ selekcji. Ale rewolucja genomiczna z końca XX wieku i powszechne sekwencjonowanie DNA potwierdziły, że Kimura miała rację; Zamiana jednej litery na drugą w kodzie genu zwykle nie przynosi efektu.
od tego czasu neutralna teoria jest domyślnym założeniem (lub hipotezą zerową) w genetyce. „Jeśli chcesz pokazać, że dany wariant w sekwencji DNA jest pod selekcją, najpierw musisz naprawdę pokazać, że nie można go po prostu wytłumaczyć neutralnością” – powiedział Leroi.
(populacja) rozmiar ma znaczenie
niektórzy nadal walczą z ideą, że neutralne siły napędzają różnorodność na poziomie molekularnym, ale Parul Johri, genetyk populacyjny z Arizona State University, w dużej mierze kreduje to do niezrozumienia jej roli w ewolucji. „Kimura nigdy nie powiedziała, że wszystko jest neutralne” – powiedziała. Liczy się to, jak wiele neutralnych sił ukształtowało bioróżnorodność. A to zależy w dużej mierze od wielkości grupy, na którą patrzysz.
wyobraź sobie populację 10 ptaków: jeden czerwony, jeden zielony, a reszta brązowa. Te kolory nie są szkodliwe ani pomocne, więc wszystkie ptaki mają taką samą szansę na rozmnażanie. Wtedy tornado zabija sześć brązowych ptaków, wyłącznie przez przypadek. Teraz połowa populacji jest brązowa, jedna czwarta jest czerwona, a jedna czwarta jest zielona. Zdarzenie losowe spowodowało duże zmiany w różnorodności. To dryf genetyczny.
gdyby było 98 brązowych ptaków i te same samotne czerwone i zielone, katastrofa nie miałaby większego znaczenia. Nawet jeśli tornado zabiło 60% populacji, wszystkie były brązowe, 38 brązowych ptaków zrobiłoby to razem z kolorowymi, co dało populację, która nadal jest brązowa w 95%. „Im mniejszy rozmiar populacji, tym większy dryf” – powiedział Johri.
częścią uroku neutralnej teorii jest to, że jest matematycznie prosta. „Wiele teorii było łatwych”, wyjaśnił Johri, ponieważ zasadniczo ” to wszystko jest tylko prawdopodobieństwem.”To pozwoliło genetykom po raz pierwszy spojrzeć wstecz w historię: Zakładając, że zmiany genetyczne były neutralne, naukowcy mogli obliczyć wielkość populacji w przeszłości lub określić wiek ostatniego wspólnego przodka grupy.
ale aby takie wnioski były dokładne, naukowcy muszą połączyć neutralną teorię z efektami selekcji. To był problem od końca lat 70., zauważył Johri, ponieważ matematyka nie zmieniła się tak naprawdę od czasu zawału pracy po oświadczeniu Kimury, pomimo nadmiaru nowych danych. „Ramy matematyczne-muszą ciągle ewoluować”
To jest dokładnie to, co ona i jej koledzy zamierzali zrobić w artykule z genetyki w maju. Zaproponowali nowe ramy statystyczne, które obejmowały zarówno neutralną teorię, jak i oczyszczającą selekcję, przybliżając matematykę do dopasowania rzeczywistości.
zobaczenie neutralnego lasu dla drzew
chociaż neutralna teoria została w większości zaakceptowana w genetyce populacyjnej, nadal budzi kontrowersje w innych dziedzinach — zwłaszcza ekologii. W tradycyjnej ekologii gatunki są postrzegane jako zajmujące unikalne nisze, gdzie mogą rozwijać się lepiej niż jakiekolwiek inne gatunki; im więcej jest nisz, tym więcej gatunków może być. „Matematycznie jest to dokładnie ten sam argument, którego używali genetycy populacyjni” o wariantach genów, powiedział Leroi.
Stephen Hubbell z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles zaadaptował ramy Kimury do ekologii. W książce Hubbell z 2001, the Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography, argumentował, że wiele gatunków może zajmować dowolną niszę, a to, czy ją posiadają, jest ostatecznie napędzane przez przypadek. Całe ekosystemy ewoluują poprzez losowy „dryf ekologiczny”, podobnie jak dryf genetyczny wpływał na częstotliwość cech.
To może brzmieć nie-Darwinowo-a wielu biologów uważa to za prowokację. Ale neutralni teoretycy przyjmują stanowisko, że dla pojedynczego organizmu gatunek jego konkurentów nie ma znaczenia: robin konkuruje z innymi robinami o robaki tak samo jak z kosami, a każde drzewo w lesie rywalizuje z resztą o światło słoneczne. W rezultacie zdarzenia losowe mogą decydować o tym, które gatunki się utrzymują.
w badaniach ta neutralna teoria na ogół nie była zbyt skuteczna w przewidywaniu składu ekosystemów, ale wielu ekologów nadal uważa ją za przydatną jako hipoteza zerowa do zaostrzenia swoich analiz modeli różnorodności opartych na niszach. Wielu uważa tę ideę za jeden koniec spektrum, ponieważ zarówno siły selektywne, jak i neutralne zawsze działają.
od genów do imion dzieci
rozprzestrzenianie neutralnej teorii nie zatrzymało się na ekologii. Został on użyty do wyjaśnienia różnorodności we wszystkim, od kryptowalut po imiona dla dzieci, według Leroi, ponieważ jest to” bardzo elegancki ” framework do zrozumienia, w jaki sposób różnice mogą rosnąć i spadać nawet w przypadku braku różnic funkcjonalnych między nimi.
ale siły neutralne też czasem dostają więcej uznania niż na to zasługują. W majowym artykule w Nature Human Behaviour Leroi i jego współpracownicy opisali to, co nazwali „syndromem neutralności”: tendencję do odrzucania sił selektywnych jako wyjaśnienie po prostu dlatego, że wzór zmienności można wyjaśnić neutralnością. Aby naprawdę powiedzieć, jak ważne są siły neutralne, potrzebne są lepsze testy odróżniające ich efekty od selekcji-przekonywali naukowcy. „Mam przeczucie, że kiedy będziemy mieli takie testy, odkryjemy dla kultury, a na pewno dla drzew w Amazonii, że w rzeczywistości neutralne siły nie są tak ważne” – powiedział Leroi.
jednak nie pada na paradę neutralnej teorii. „Chociaż narzekałem na to, że jest rozszerzany na inne rzeczy, jest to również dobra rzecz”, przyznał, ponieważ może generować nowatorskie spostrzeżenia w dziedzinach takich jak ekonomia.
czy chcemy to przyznać, czy nie, losowe siły zawsze subtelnie wpływają na świat. Neutralna teoria zapewnia ramy dla uczynienia tych sił znanymi i mierzalnymi. Leroi uważa, że powinna nadal rozszerzać swoje wpływy”, dopóki nie stanie się integralną częścią wyjaśniania różnorodności w każdym miejscu na świecie, czy to w supermarkecie, czy w tropikalnym lesie deszczowym.”
Ten artykuł został przedrukowany na TheAtlantic.com.