учебни материали за проект за мобилен клас по изкуствен интелект

Други глави
Генетични алгоритми
Генетично програмиране
Изкуствена ембриогенеза
Еволюционен дизайн
Интерактивно еволюционно изчисление
Екограматика
Еволюционен хардуер

природата

Основи на еволюционната теория

Еволюцията е сложен процес, при който по-простите форми на живот стават по-сложни, по-високи в развитието и по-съвършени. Дарвин формулира своята хипотеза, която обяснява процеса на еволюция, във време, когато не се знаеше нищо за естеството на наследствеността. Непознаването на генетиката му създава значителни проблеми, които самият той е осъзнавал и може би затова е получил от учението на Дж. Б. Ламарк (1744-1829) признаците на идеята за наследяване на придобити черти. Още приживе Бърно отново Грегор Мендел (1822-1884) разкрива основните закони на генетиката, но тези открития попадат в праха на забравата в продължение на десетилетия. Ясно е, че преоткриването на генетиката непременно е трябвало да коригира определени аспекти на теорията на Дарвин. Допълването на идеите на Дарвин със знания за съвременната генетика и премахване на последните следи от ламаркизма (т.нар. „Нов синтез“) са единствените две корекции, които го правят това, което понякога се нарича неодарвинизъм. Сега ще се опитам да опиша накратко еволюционната теория в сегашното разбиране, дадено например от известния популяризатор на дарвинизма Ричард Докинс.

Ако не подчертавам това по-специално, терминът вид ще означава животински, а не растителен вид, защото ние хората също сме „животни“, а не растения и ние се интересуваме от дарвинизма главно защото говори и за нашия произход.

Бих искал обаче да започна, като си припомня някои понятия за генетика. Информация за телесната структура на индивида се съдържа в ДНК молекулите, всяка от които е изградена от двойка - линейна последователност - нуклеотиди. Всеки нуклеотид се състои от азотна основа, пентоза (деоксирибуза) и фосфорна киселина. Нуклеотидите се различават един от друг само по основи, а ДНК молекулите на всички живи организми имат само четири различни основи (аденин, гуанин, тимин или цитозин). Елементарните единици на генетичната информация са триплети нуклеотиди, които определят (кодират) реда на аминокиселините в протеините. Триплетите са „азбуката“, с която се записва генетична информация за целия организъм и поради това се наричат ​​още кодони. ДНК молекулите са много дълги и следователно обикновено са "опаковани" в хромозоми. Те се съдържат във всички клетки на всеки организъм. Тези секции или комбинации от секции на ДНК, които носят недвусмислена информация за характеристиките на индивида, се наричат ​​гени. Наборът от всички гени, които индивидът определя, се нарича геном. Тъй като промените в ДНК могат да доведат не само до промени в отделните гени, до тяхната рекомбинация, но и до промяна в дължината на ДНК и по този начин до промяна в броя на гените, би било неточно да се говори само за промени в гените . Ето защо предпочитам термина промяна на генома.

Гените обикновено носят няколко алтернативи на една черта, наречена алели. Примери за алели могат да бъдат тези, които са отговорни за различни цветове на очите или различни кръвни групи. Наборът от алтернативи, които индивидът носи в генома си, се нарича генотип; чертите, които наистина се проявяват в телесната структура на индивида, се наричат ​​фенотип. Връзката между фенотип и генотип е свързана с o.i. с феномени на рецесия и господство, които причиняват някои алели, дори ако те присъстват в геномите на двамата родители, да не се появяват външно в потомството: родител с кафяви очи може да роди дете със сини очи (кафявото е доминиращ алел).

В този момент трябва да се подчертае, че непознаването на генетиката причинява на Дарвин проблем именно защото той вярва, че чертите на родителите му са осреднени, така че той е имал трудности да разбере как мутацията може да бъде поддържана за много поколения чифтосване с немутирани партньори. След осредняване тя трябва да бъде загубена за няколко поколения и тази идея е причинила на Дарвин много безсънни нощи. Днес знаем, че мутацията е постоянна промяна в генома (генетичното оборудване на индивида), която не се променя до следващата мутация в едно от неговите потомци. Възхитително е, че въпреки невежеството на този факт, Дарвин не изоставя идеята за развитие, натрупвайки малки промени.

Мутацията винаги се случва само на един индивид, т.е. мутацията не е нещо, което засяга цял вид или по-голяма група животни. С една мутация, човек се отправя на пътешествие, което може да го превърне в прародител на нов вид, който по-късно може да се превърне в нов род, celad (familia), орден (ordo), клас или фермер. (Phyllum).

Вторият важен, но тривиален въпрос, разбира се, е, че мутациите се появяват преди размножаването, по време на гаметогенезата. По принцип различните сперматозоиди на един вълк могат да имат различни мутации. Ембрионът, който е резултат от мутирал геном, не може да направи нищо по време на по-нататъшното му развитие. Когато узрее, той може да предаде нова черта на своите потомци по закона на Мендел, но не е задължително. Това са единствените алтернативи. Законите на Мендел са "двоични", те са от типа "да-не".

Трета важна характеристика на мутациите е тяхната висока честота, която противниците на еволюционната теория умишлено подценяват. Те подчертават, че истинските мутации (вмъкване, делеция или пренареждане на нуклеотидни основи) възникват в резултат на действието на ДНК-ремонтиращи ензими, с честота само около един на милион на клетка и едно поколение. Трябва обаче да се има предвид и броят на потенциалните мутанти. Дори ако мутациите са се появили само в едно потомство на милион, с няколко милиона потомци от един вид, те могат да се появят повече от веднъж във всяко поколение. И това е достатъчно! Аргументирането на рядкостта на мутациите, забравянето на огромния брой индивиди, изложени на тях, е тривиална логическа грешка! Освен това, като се има предвид, че мутациите могат да повлияят на регулаторните гени, като се има предвид ролята на дублирането и рекомбинацията, няма страх от невъзможността за драматични промени в милиардите години, които еволюцията е имала. Сега се потвърждава, че средният човек се ражда с около 50-100 мутации, от които около 3 са ефективни, т.е. те всъщност причиняват промяна в протеина.

Геномът е строителен план за формиране на ембриони. Немутиралият геном ще образува обикновени малки от вида. Мутиралият геном създава различен ембрион. Разликата може да бъде толкова вредна за младите, че той дори няма да доживее да роди или умре на млада възраст. Има и мутации, които дори не знаете за малкото и не оказват влияние върху бъдещия му живот - те са напълно неутрални. Те обаче са и такива, които ще му бъдат от полза по някакъв начин. Трябва да се представя малко тук, защото терминът полза се използва от хора в различни сетива. Полезна мутация е тази, която е от полза за тялото, което е повлияло от получаването на храна и възпроизводството. Ползата не означава нещо, за което животното знае. Дори потенциален човешки наблюдател не може да знае за ползата от една мутация. Обикновено може да се наблюдава само натрупването на няколко полезни мутации, след което става ясно по какво физическо свойство мутациите благоприятстват индивида. Чрез промяна на околната среда първоначално неутралната мутация може да стане полезна, но и вредна.

И тук стигаме до ключовата концепция на идеята на Дарвин, която се нарича селекция чрез естествен подбор, и тя се появи нещо подобно. Дарвин забеляза огромен излишък от население от всякакъв вид. Т. Р. Малтус (1766-1834) само му потвърждава онова, което самият той е знаел много добре: че популацията на всеки вид расте в естествени условия чрез геометрична редица. Той беше поразен от несъответствието между плодовитостта и броя на възрастните. Чрез просто изчисление може да се види, че само малка част от популацията на повечето видове ще доживее до репродуктивна възраст. Това откритие означава, че е много трудно да оцелееш в естествени условия, че има твърде малко храна за прекалено много гладни уста, че има твърде много хищници, които дебнат за твоето невнимание, твърде много болести, които са много болни. Означава, че е достатъчно малко невнимание и всичко е приключило. Когато сте диво животно, трябва да държите очите си върху стъблата денем и нощем, само за да оцелеете изобщо. И ако искате да създадете потомство, имате твърде много конкуренти, които жадуват за едни и същи жени.

Дарвин нарече тази ситуация борба за живот. Нека си припомним думите на самия автор:

"Трябва да отбележа още в началото, че използвам термина борба за живот в широк и преносен смисъл и включвам в това понятие зависимостта на едно същество от друго. Две кучешки животни в момент на глад с право може да се каже, че другото. но се казва, че растение на ръба на пустинята се бори да живее със суша, растение, което произвежда хиляди семена всяка година, от които само едно расте средно, можем да кажем, че се бори с растенията. видове или други видове, които в момента покриват почвата. "(За произхода на видовете 1859 г.)

Тази ситуация има простото следствие, че всяко, дори и най-малкото, най-незначително предимство, предимство, което е невидимо, може да ви спаси живота, може да ви позволи да заченете поне веднъж в живота си потомството, в което сте живели. Ако не беше ужасната конкуренция, ако нямаше борби за живот, нямаше да има еволюция, нямаше да има състезание между все по-бързите гепарди и все по-внимателните газели на Томпсън. Мутациите, които никой не би избрал, биха били като белези, течащи от отворена хартиена кутия във всички посоки. Селекцията работи днес и навсякъде. Тя просто не може да я види къде се регулира от борбата за голо съществуване. Всяко отклонение в грешната посока незабавно се изключва, точно както при домашното развъждане, всяко отклонение се запазва, което е приятно за животновъда, независимо дали е от полза за животното или не.

Но е и обратното: всяко отклонение в генома, което позволява на неговия носител да оцелее и да даде потомство, ще доведе до запазването му в потомството. Дори да причинява дори малко и малко предимство, делът на тези, които го имат, ще нараства сред населението. Популациите винаги са ограничени: един хектар савана със семейство лъвове храни само определен брой газели и следователно оцеляването на единия означава, образно казано, изчезването на другия. Появата на почти всяка нова черта води до поляризация на досегашната равновесна популация.