Vikář z Bray (vědecká hypotéza) - Vicar of Bray (scientific hypothesis)

Tento diagram ilustruje, jak může sexuální reprodukce (nahoře) vytvářet nové genotypy rychleji než nepohlavní reprodukce (dole). Výhodné alely A a B se vyskytují náhodně. Při sexuální reprodukci se obě alely rychle kombinují. Ale v nepohlavní reprodukci musí obě alely vznikat nezávisle klonální interference.

„Farář z Bray" hypotéza (nebo Fisher-Mullerův model[1]) pokusy vysvětlit, proč může mít sexuální reprodukce výhody oproti nepohlavní reprodukci. Reprodukce je proces, při kterém organismy způsobují potomky. Nepohlavní reprodukce[2] zahrnuje jednoho rodiče a vede k potomkům, kteří jsou geneticky totožní navzájem i s rodiči. Na rozdíl od nepohlavní reprodukce sexuální reprodukce zahrnuje dva rodiče. Oba rodiče produkují gamety přes redukční dělení buněk, speciální typ buněčného dělení, který snižuje chromozóm číslo na polovinu.[3] V časném stadiu meiózy, předtím, než se chromozomy oddělí ve dvou dceřiných buňkách, chromozomy podstoupí genetická rekombinace. To jim umožňuje vyměnit si některé z nich genetická informace.[4] Proto se gamety z jednoho organismu navzájem geneticky liší. Proces, ve kterém se spojují dvě gamety od dvou rodičů, se nazývá oplodnění. Polovina genetické informace od obou rodičů je kombinována. Výsledkem jsou potomci, kteří se geneticky liší od sebe navzájem i od rodičů. Stručně řečeno, sexuální reprodukce umožňuje nepřetržité přeskupování genů. Proto potomci populace sexuálně se množících jedinců budou mít pestřejší výběr fenotypy. Kvůli rychlejšímu dosažení příznivých genetických kombinací, pohlavně se množících populací rozvíjet se rychleji v reakci na změny prostředí. Podle hypotézy Vicar of Bray je sex přínosem pro populaci jako celek, ale ne pro jednotlivce v ní, což je případ výběr skupiny.[5][6]

Nevýhoda sexuální reprodukce

Sexuální reprodukce často vyžaduje hodně úsilí. Hledání partnera může být někdy nákladný, riskantní a časově náročný proces. Námluvy, páření a péče o nově narozené potomky mohou také zabrat spoustu času a energie. Z tohoto hlediska se nepohlavní reprodukce může zdát mnohem jednodušší a efektivnější. Další důležitou věcí, kterou je třeba vzít v úvahu, je, že jedinci s nejvyšší fyzickou zdatností si pravděpodobně najdou partnera a budou se množit. Proto se zvyšuje šance na potomky s vyšší kondicí. Hypotéza Vicar of Bray navrhuje, aby sexuální reprodukce byla výhodnější než nepohlavní reprodukce, a to navzdory nákladům na čas a úsilí.

Původ jména „Vikář z Bray“

Hypotéza se nazývá po farář z Bray, semi-beletrizovaný klerik který si udržel svůj církevní úřad rychlým přizpůsobením se převládajícím náboženským větrům v Anglii a přepínáním mezi různými protestant a katolík obřady, jak se změnila vládnoucí hierarchie.[7] Popsaná postava byla Simon Aleyn mezi 1540 a 1588. Hlavní dílo Thomas Fuller (d. 1661), Worthies of England, popisuje tohoto muže:[8]

Živý vikář [z Hýkání ] žijící za krále Jindřicha VIII., krále Edwarda VI., královny Marie a královny Alžběty, byl první Papeženec, potom protestant, pak papež, pak znovu protestant. Viděl upálit několik mučedníků (dvě míle daleko) Windsor a našel tento oheň příliš horký pro jeho něžnou náladu. Tento vikář, který je [napaden] jedním za to, že je přeběhlík a neustálé proměňování, řekl: „Ne tak, vždy jsem dodržoval svůj princip, kterým je tento - žít a zemřít vikářem z Bray.“[9]– Worthies of England, publikováno 1662

Původ hypotézy

Hypotéza byla poprvé vyjádřena v roce 1889 autorem August Weismann[10] a později Guenther (1906)[11]. Poté byla hypotéza formulována z hlediska populační genetiky Fisherem (1930)[12] a Muller (1932)[13] as větším matematickým formalismem Muller (1958, 1964)[14][15] a Crow a Kimura (1965)[16]. Pochybnosti o platnosti hypotézy Vicar of Bray způsobily vznik alternativních hypotéz, jako jsou:

  • Nejlepší muž (Williams, 1966; Emlen, 1973; Treisman, 1976): The Best-man hypotéza navrhuje, aby v průměru mohly být pohlavně vyprodukované potomky o něco nižší zdatnost než nepohlavně vyprodukovaných potomků, ale mnohem větší rozmanitost sexuálně vyprodukovaných potomků naznačuje, že budou zahrnovat několik jedinců mimořádně vysoké kondice. Pokud mají tito jedinci vysokou šanci na přežití a reprodukci, jejich potomci mohou mít také vysokou kondici. Pokud vezmete v úvahu, že to trvá několik generací, může se podíl jednotlivců s vysokou kondicí zvýšit tak rychle, že to bude více než dostatečné k vyrovnání nákladů na sex.
  • Zamotaná banka (Ghiselin, 1974; Burt a Bell, 1987; Ridley, 1993): The Hypotéza Tangled Bank navrhuje, aby sexuální reprodukce byla prospěšná, pokud existuje intenzivní soutěž pro vesmír, jídlo a zdroje. Tvrdí, že geneticky různorodí potomci od pohlavně se množících jedinců jsou schopni extrahovat více jídla ze svého prostředí než geneticky identičtí potomci od bezpohlavně se množících jedinců.
  • Červená královna (Van Valen, 1973; Hamilton, 1975; Levin, 1975; Charlesworth, 1976; Glesener and Tilman, 1978; Glesener, 1979; Bell, 1982; Bell a Maynard Smith, 1987; Ridley, 1993; Peters and Lively, 1999. , 2007; Otto a Nuismer, 2004; Kouyos et al., 2007; Salathé et al., 2008): Hypotéza Rudé královny navrhuje, aby se organismy musely neustále přizpůsobovat a vyvíjet, aby přežily. Pokud se druh nepřizpůsobí svým vyvíjejícím se přirozeným nepřátelům a měnícímu se prostředí, půjde vyhynulý. Tato hypotéza také navrhuje, že sexuální reprodukce je prospěšná. Ale na rozdíl od hypotézy Vicar of Bray, hypotéza Rudé královny uvádí, že sexuální reprodukce neprospívá pouze populaci jako celku, ale prospívá přímo jednotlivým genům.[7]

Matematické modely byly použity k pokusu dokázat nebo vyvrátit tyto hypotézy. U matematického modelu však musí být učiněny předpoklady. Předpoklady o velikosti populace, šlechtitelském procesu, životním prostředí, přirozených nepřátelích atd. Proto vždy budou existovat populace, pro které tento model neplatí. Některé modely lépe vysvětlují „průměrnou“ populaci, zatímco jiné lépe vysvětlují menší populace nebo populace žijící v extrémnějším prostředí. Dobrým způsobem, jak rozhodnout, který model je nejlepší, může být porovnání očekávaného výsledku z modelu s údaji z přirozených pozorování.[17]

Lidé, kteří kritizují hypotézu Vicar of Bray (a všechny ostatní hypotézy, které navrhují sexuální reprodukci, mají výhodu oproti nepohlavní reprodukci), tvrdí, že sexuální reprodukce může být v některých situacích prospěšná, ale ne vždy, proto stále existují oba způsoby reprodukce. Pokud by byla mnohem přínosnější buď sexuální reprodukce, nebo nepohlavní reprodukce, měla by evoluce vést k tomu, že jeden ze dvou způsobů reprodukce zmizí a druhý přetrvává.

Poznámky

  1. ^ Martin, Peer (2015). "Reprodukční biologie: Parthenogeneze: mechanismy, evoluce a její význam pro roli mramorovaných raků jako modelového organismu a potenciálního útočníka". V Kawai, Tadashi; Faulkes, Zen; Scholtz, Gerhard (eds.). Sladkovodní raky: globální přehled. Boca Raton: CRC Press. p. 70. ISBN  9781466586406. Citováno 2016-07-26. Hypotéza Vicar of Bray, označovaná také jako Fisher-Mullerův model na počest jeho vývojářů (Fisher 1930, Muller 1932) [...].
  2. ^ Engelstädter, leden (1. června 2017). „Nepohlavní, ale ne klonální: evoluční procesy v automatických populacích“. GENETIKA. Citováno 21. srpna 2018.
  3. ^ Freeman, Scott (2011). Biologická věda (6. vydání). Hoboken, NY: Pearson. p. 210.
  4. ^ Alberts, Bruce (2002). Molekulární biologie buňky, čtvrté vydání. New York: Garland Science. ISBN  978-0-8153-3218-3.
  5. ^ Wilson, David Sloan a Scott K. Gleeson. Velká kniha o sexu (1982) Společnost pro studium evoluce
  6. ^ Tannenbaum, Emmanuel a José F. Fontanari. "Kvázidruhový přístup k vývoji sexuální replikace v jednobuněčných organismech", Teorie v biologických vědáchSpringer: Berlín / Heidelberg, ISSN  1431-7613, Číslo vydání 127, číslo 1, březen 2008
  7. ^ A b Ridley, Matt. The Red Queen: Sex and the Evolution of Human Nature (1993), Penguin Books ISBN  0-06-055657-9
  8. ^ ‚Bray, St Michael '. Topografický slovník Anglie. Vyd. Samuel Lewis (vydavatel). Londýn 1848. 350–353. Britská historie online. Vyvolány 3 January 2015.
  9. ^ Hýkání Webové stránky historie Temže. Citováno 2015-01-03.
  10. ^ Libertini, Giacinto (2011). „WebmedCentral Zoology (2011) 2 (3): WMC001787: Shoda předpovědí simulačního modelu pro evoluční výhodu sexu s pozorovacími důkazy“. Evoluční interpretace stárnutí, fenoménu nemoci a sexu. Neapol: Copernican Editions. p. 205. ISBN  9788890648601. Citováno 2016-07-26. „Klasická“ hypotéza (alias Fisherova-Mullerova hypotéza), že sexuální reprodukce je evolučně výhodná, protože umožňuje kontinuální přeskupení genů [...], kterou Bell nazval „Vikářem Braye“ [Bell, 1982], byla poprvé vyjádřena Weismann [Weismann, 1889] [...]. Poté jej formulovali z hlediska populační genetiky Fisher [Fisher, 1930] a Muller [Muller, 1932] [...].
  11. ^ Bell, Graham (1982). Mistrovské dílo přírody: Evoluce a genetika sexuality. Kalifornie: University of California Press.
  12. ^ Fisher, Ronald Aylmer (1930). Genetická teorie přirozeného výběru. Oxford: Clarendon Press.
  13. ^ Muller, Hermann Joseph (1932). "Některé genetické aspekty sexu". Americký přírodovědec. 66 (703): 118–138. doi:10.1086/280418.
  14. ^ Muller, Hermann Joseph (1958). "Evoluce mutací". Bulletin of the American Mathematical Society. 64 (4): 137–160. doi:10.1090 / S0002-9904-1958-10191-3.
  15. ^ Muller, Hermann Joseph (1964). "Vztah rekombinace k mutačnímu postupu". Mutační výzkum / Základní a molekulární mechanismy mutageneze. 1: 2–9. doi:10.1016/0027-5107(64)90047-8. PMID  14195748.
  16. ^ J.F. Crow a M. Kimura (1965). „Evoluce v sexuální a nepohlavní populaci“. Americký přírodovědec. 99 (909): 439–450. doi:10.1086/282389.
  17. ^ Libertini G. (2011): Shoda předpovědí simulačního modelu pro evoluční výhodu sexu s pozorovacími důkazy. WebmedCentral; ZOOLOGIE; 2 (11): WMC002464.