Наместник Брея (научная гипотеза) - Vicar of Bray (scientific hypothesis)

Эта диаграмма показывает, как половое размножение (вверху) может создавать новые генотипы быстрее, чем бесполое размножение (внизу). Преимущественные аллели A и B встречаются случайным образом. При половом размножении эти два аллеля быстро сочетаются. Но при бесполом размножении эти два аллеля должны независимо возникать через клональное вмешательство.

"Викарий Брея" гипотеза (или модель Фишера-Мюллера[1]) пытается объяснить, почему половое размножение может иметь преимущества перед бесполым. Размножение это процесс, посредством которого организмы рождают потомство. Бесполое размножение[2] включает одного родителя и приводит к потомству, которое генетически идентично друг другу и родителю. В отличие от бесполого размножения, половое размножение включает двух родителей. Оба родителя производят гаметы через мейоз, особый тип деления клеток, снижающий хромосома число вдвое.[3] На ранней стадии мейоза, прежде чем хромосомы разделятся в двух дочерних клетках, хромосомы подвергаются генетическая рекомбинация. Это позволяет им обменивать некоторые из своих генетическая информация.[4] Следовательно, все гаметы одного организма генетически отличаются друг от друга. Процесс, в котором объединяются две гаметы от двух родителей, называется оплодотворение. Половина генетической информации от обоих родителей объединяется. В результате получается потомство, которое генетически отличается друг от друга и от родителей. Короче говоря, половое размножение допускает непрерывную перестройку генов. Следовательно, потомство популяции репродуктивных особей будет иметь более разнообразный выбор фенотипы. Благодаря более быстрому достижению благоприятных генетических комбинаций, популяции, воспроизводящиеся половым путем эволюционировать быстрее в ответ на изменения окружающей среды. Согласно гипотезе наместника Брея, секс приносит пользу населению в целом, но не отдельным лицам в нем, что делает его одним из групповой выбор.[5][6]

Недостаток полового размножения

Половое размножение часто требует больших усилий. Иногда поиск партнера может оказаться дорогим, рискованным и трудоемким процессом. Ухаживание, совокупление и уход за новорожденным потомством также могут отнимать много времени и энергии. С этой точки зрения бесполое размножение может показаться намного проще и эффективнее. Но еще одна важная вещь, которую следует учитывать, - это то, что люди с самой высокой физической подготовкой с большей вероятностью найдут себе пару и воспроизведут потомство. Следовательно, шансы на потомство с более высокой физической подготовкой увеличиваются. Гипотеза наместника Брея предполагает, что половое размножение более выгодно, чем бесполое, несмотря на затраты времени и усилий.

Происхождение названия «Наместник Брея»

Гипотеза называется после викарий Брея, полу-беллетризованный священнослужитель который сохранил свою церковную должность, быстро приспособившись к преобладающим религиозным ветрам в Англии, переключаясь между различными Протестантский и Католик обряды по мере смены правящей иерархии.[7] Описанная фигура была Саймон Алейн между 1540 и 1588 годами. Основная работа Томас Фуллер (ум. 1661), Достойные Англии, описывает этого человека:[8]

Жизнерадостный викарий [из Bray ], живший при короле Генрихе VIII, короле Эдуарде VI, королеве Марии и королеве Елизавете, был первым Папист, затем протестант, затем папист, затем снова протестант. Он видел сожженных мучеников (в двух милях от Виндзор и нашел этот огонь слишком горячим для его нежного нрава. Этот викарий, подвергся налогообложению [нападению] со стороны одного за то, что он перебежчик и непостоянный подменыш сказал: «Нет, потому что я всегда придерживался своего принципа, а именно - жить и умереть наместником Брея».[9]– Достойные Англии, опубликовано 1662 г.

Происхождение гипотезы

Гипотеза была впервые высказана в 1889 г. Август Вейсманн[10] а позже Гюнтер (1906)[11]. Впоследствии гипотеза была сформулирована в терминах популяционной генетики Фишером (1930).[12] и Мюллер (1932)[13] и с большим математическим формализмом Мюллером (1958, 1964)[14][15] и Ворона и Кимура (1965)[16]. Сомнения в справедливости гипотезы наместника Брея вызвали появление альтернативных гипотез, таких как:

  • Шафер (Уильямс, 1966; Эмлен, 1973; Трейсман, 1976): Гипотеза лучшего человека предполагает, что в среднем потомство, произведенное половым путем, может иметь несколько более низкую фитнес чем потомство, произведенное бесполым путем, но гораздо большее разнообразие потомков, произведенных половым путем, подразумевает, что они будут включать в себя несколько особей чрезвычайно высокой приспособленности. Если у этих особей есть высокие шансы на выживание и воспроизводство, их потомство также может иметь высокую физическую форму. Если учесть, что это происходит в течение нескольких поколений, доля людей с высокой физической подготовкой может увеличиваться настолько быстро, что этого будет более чем достаточно, чтобы компенсировать стоимость секса.
  • Запутанный банк (Ghiselin, 1974; Берт и Белл, 1987; Ридли, 1993): Гипотеза запутанного банка предполагает, что половое размножение полезно, когда существует интенсивное конкуренция на пространство, еду и ресурсы. В нем утверждается, что генетически разнородное потомство от особей, размножающихся половым путем, может извлекать больше пищи из окружающей среды, чем генетически идентичные потомки от особей, размножающихся бесполым путем.
  • Красная королева (Ван Вален, 1973; Гамильтон, 1975; Левин, 1975; Чарльзуорт, 1976; Глезенер, Тилман, 1978; Глезенер, 1979; Белл, 1982; Белл и Мейнард Смит, 1987; Ридли, 1993; Петерс и Лайвли, 1999). , 2007; Отто и Нуисмер, 2004; Куйос и др., 2007; Салате и др., 2008): Гипотеза Красной Королевы предполагает, что организмы должны постоянно адаптироваться и развиваться, чтобы выжить. Если вид не приспосабливается к эволюционирующим естественным врагам и изменяющейся среде, он уйдет. вымерший. Эта гипотеза также предполагает, что половое размножение полезно. Но в отличие от гипотезы наместника Брея, гипотеза Красной Королевы утверждает, что половое размножение приносит пользу не только населению в целом, но и непосредственно отдельным генам.[7]

Математические модели использовались, чтобы попытаться доказать или опровергнуть эти гипотезы. Однако для математической модели необходимо делать предположения. Предположения относительно размера популяции, процесса размножения, окружающей среды, естественных врагов и так далее. Вот почему всегда будут популяции, для которых модель не применима. Некоторые модели лучше объясняют «среднюю» популяцию, в то время как другие лучше объясняют меньшие группы или группы населения, которые живут в более экстремальных условиях. Хороший способ решить, какая модель является лучшей, - это сравнить ожидаемый результат модели с данными естественных наблюдений.[17]

Люди, критикующие гипотезу наместника Брея (и все другие гипотезы, предполагающие, что половое размножение имеет преимущество перед бесполым), говорят, что половое размножение может быть полезным в некоторых ситуациях, но не всегда, поэтому оба способа размножения все еще существуют. Если половое размножение или бесполое размножение было бы гораздо более выгодным, эволюция должна привести к исчезновению одного из двух способов размножения и сохранению другого.

Примечания

  1. ^ Мартин, Пер (2015). «Репродуктивная биология: партеногенез: механизмы, эволюция и его значение для роли мраморных раков как модельного организма и потенциального захватчика». В Каваи, Тадаши; Фолкес, дзен; Шольц, Герхард (ред.). Пресноводные раки: глобальный обзор. Бока-Ратон: CRC Press. п. 70. ISBN  9781466586406. Получено 2016-07-26. Гипотеза наместника Брея, также называемая моделью Фишера-Мюллера в честь ее разработчиков (Fisher 1930, Muller 1932) [...].
  2. ^ Энгельштедтер, янв (1 июня 2017 г.). «Бесполое, но не клональное: эволюционные процессы в вегетативных популяциях». ГЕНЕТИКА. Получено 21 августа, 2018.
  3. ^ Фриман, Скотт (2011). Биологические науки (6-е изд.). Хобокен, Нью-Йорк: Пирсон. п. 210.
  4. ^ Альбертс, Брюс (2002). Молекулярная биология клетки, четвертое издание. Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN  978-0-8153-3218-3.
  5. ^ Уилсон, Дэвид Слоан и Скотт К. Глисон. Большая книга о сексе (1982) Общество изучения эволюции
  6. ^ Танненбаум, Эммануэль и Хосе Фонтанари. «Квазивидовый подход к эволюции половой репликации в одноклеточных организмах», Теория в биологических науках, Springer: Берлин / Гейдельберг, ISSN  1431-7613, Выпуск 127, номер 1, март 2008 г.
  7. ^ а б Ридли, Мэтт. Красная королева: секс и эволюция человеческой природы (1993), Книги Пингвина ISBN  0-06-055657-9
  8. ^ 'Брей, Святой Михаил'. Топографический словарь Англии. Эд. Сэмюэл Льюис (издатель). Лондон 1848. 350–353. Британская история в Интернете. Дата обращения 3 января 2015.
  9. ^ Bray Сайт истории Темзы. Проверено 3 января 2015.
  10. ^ Либертини, Джачинто (2011). «WebmedCentral Zoology (2011) 2 (3): WMC001787: Соответствие предсказаний имитационной модели эволюционного преимущества пола с данными наблюдений». Эволюционные интерпретации старения, феномена болезней и пола. Неаполь: Коперниканские издания. п. 205. ISBN  9788890648601. Получено 2016-07-26. Впервые была высказана «классическая» гипотеза (также известная как гипотеза Фишера-Мюллера) о том, что половое размножение является эволюционным преимуществом, поскольку оно допускает непрерывную перестройку генов [...], которую Белл назвал «Наместником Брея» [Bell, 1982]. Вайсманна [Weismann, 1889] [...]. Впоследствии она была сформулирована в терминах популяционной генетики Фишером [Fisher, 1930] и Muller [Muller, 1932] [...].
  11. ^ Белл, Грэм (1982). Шедевр природы: эволюция и генетика сексуальности. Калифорния: Калифорнийский университет Press.
  12. ^ Фишер, Рональд Эйлмер (1930). Генетическая теория естественного отбора. Оксфорд: Кларендон Пресс.
  13. ^ Мюллер, Герман Джозеф (1932). «Некоторые генетические аспекты пола». Американский натуралист. 66 (703): 118–138. Дои:10.1086/280418.
  14. ^ Мюллер, Герман Джозеф (1958). «Эволюция путем мутации». Бюллетень Американского математического общества. 64 (4): 137–160. Дои:10.1090 / S0002-9904-1958-10191-3.
  15. ^ Мюллер, Герман Джозеф (1964). «Отношение рекомбинации к мутационному продвижению». Мутационные исследования / Фундаментальные и молекулярные механизмы мутагенеза. 1: 2–9. Дои:10.1016/0027-5107(64)90047-8. PMID  14195748.
  16. ^ Дж. Ф. Кроу и М. Кимура (1965). «Эволюция сексуальных и бесполых популяций». Американский натуралист. 99 (909): 439–450. Дои:10.1086/282389.
  17. ^ Либертини Дж. (2011): Согласование прогнозов имитационной модели об эволюционном преимуществе секса с данными наблюдений. WebmedCentral; ЗООЛОГИЯ; 2 (11): WMC002464.