Kompleksitas Hewan dan Tumbuhan Tidak Jadi Mahal Setelah Semua Dilengkapi untuk Beradaptasi

Livejurnal69 - Pabrik yang lebih kompleks atau hewan, kesulitan semakin harus beradaptasi dengan perubahan lingkungan. Itu merupakan pepatah teori evolusi sejak biologi Ronald Fisher dikemukakan ide pada tahun 1930.

Tetapi jika Prinsip itu benar, bagaimana Anda dapat menjelaskan semua bisa beradaptasi dengan baik, organisme kompleks - dari anggrek ke pondok unggas ke manusia - di dunia ini?

Hummingbird and an orchid. (Credit: iStockphoto)

Ini "biaya kompleksitas" teka-teki biologi dan amunisi menawarkan untuk pendukung perancangan cerdas, yang memegang bahwa kerumitan tersebut bisa muncul hanya melalui upaya desainer ilahi, bukan melalui seleksi alam.

Sebuah analisis baru oleh Jianzhi "George" Zhang dan rekan kerja di University of Michigan dan Kesehatan Nasional Taiwan Lembaga Penelitian mengungkapkan kelemahan dalam model-model dari mana biaya kompleksitas ide muncul dan menunjukkan bahwa kompleksitas memang dapat berkembang melalui proses evolusi. Bahkan, dalam jumlah sedang melengkapi kompleksitas terbaik organisme untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan, penelitian menunjukkan. Temuan akan dipublikasikan secara online di Proceedings of the National Academy of Sciences.

Penelitian difokuskan pada fenomena genetik yang disebut pleiotropy, di mana satu gen mempengaruhi lebih dari satu sifat. Contoh pleiotropy sangat terkenal dalam penyakit manusia tertentu, dan efeknya juga telah didokumentasikan pada hewan percobaan seperti lalat buah. Ahli biologi juga mengakui pentingnya dalam pengembangan, penuaan dan proses evolusi banyak. Namun, pleiotropy sulit untuk diukur, dan umumnya pola-pola yang kurang dipahami, kata Zhang, seorang profesor ekologi dan biologi evolusi.

Meskipun demikian, para ilmuwan telah mengembangkan model matematika dari fenomena tersebut, berdasarkan asumsi tertentu, dan telah membuat prediksi dari hasil model. Zhang dan rekan kerja memutuskan untuk menguji asumsi terhadap pengamatan kehidupan nyata dengan menganalisis beberapa database besar katalog efek dari mutasi genetik khusus tentang sifat pada organisme model (ragi, cacing gelang dan tikus). Setiap set data termasuk ratusan hingga ribuan gen dan puluhan hingga ratusan sifat.

Untuk kesederhanaan, model matematika dari pleiotropy telah diasumsikan bahwa seluruh gen pada sebuah organisme mempengaruhi semua sifat-sifat yang sampai batas tertentu. Namun kelompok Zhang menemukan bahwa gen kebanyakan hanya mempengaruhi sejumlah kecil ciri-ciri, sedangkan gen relatif sedikit mempengaruhi sejumlah besar sifat.

Terlebih lagi, mereka menemukan sebuah "modular" pola organisasi, dengan gen dan sifat-sifat dikelompokkan ke dalam set. Gen di set tertentu mempengaruhi kelompok tertentu dari sifat-sifat, tetapi tidak ciri-ciri dalam kelompok-kelompok lain.

Selain itu, para peneliti mengetahui bahwa ciri-ciri lebih gen mempengaruhi, semakin kuat pengaruhnya terhadap sifat masing-masing.

Semua penemuan ini menantang asumsi yang mendasari model matematika klasik yang menyarankan kompleksitas adalah prohibitively mahal.

Ketika Fisher pertama kali menulis tentang biaya kompleksitas, ia berpendapat bahwa mutasi acak - yang, bersama dengan seleksi alam, evolusi drive - lebih mungkin untuk manfaat organisme sederhana daripada organisme kompleks.

"Bayangkan sebuah palu dan mikroskop," kata Zhang. "Salah satunya adalah kompleks, satu adalah sederhana. Jika Anda mengubah panjang komponen sewenang-wenang sistem dengan inci, misalnya, Anda akan lebih mudah untuk memecahkan mikroskop dari palu."

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada tahun 2000, evolusi genetika H. Allen Orr of Rochester datang dengan alasan tambahan untuk biaya kompleksitas. Menurut model, bahkan jika mutasi manfaat suatu organisme kompleks, itu tidak mungkin menyebar ke seluruh seluruh penduduk dan menjadi "tetap." Dan bahkan jika tidak itu, keuntungan dari mutasi mungkin akan kecil.

Dengan menggabungkan representasi yang lebih realistis pleiotropy, analisis Zhang menemukan kebalikan dari argumen Orr untuk menjadi benar. Meskipun pengamatan Fisher masih memegang, membalikkan pernyataan Orr's meminimalkan dampaknya, sehingga mengurangi biaya kompleksitas.

Lebih lanjut, analisis menunjukkan bahwa kemampuan organisme untuk beradaptasi adalah tertinggi pada tingkat kompleksitas menengah. "Ini berarti organisme sederhana tidak terbaik, dan organisme yang sangat kompleks tidak terbaik, beberapa tingkat menengah kompleksitas yang terbaik dalam hal tingkat adaptasi," kata Zhang.

Temuan baru ini membantu penyangga biologi evolusioner terhadap kritik dari pendukung perancangan cerdas, kata Zhang. "Evolusi kompleksitas adalah satu hal yang mereka sering sasaran. Disangkal, ada beberapa kesulitan dalam menjelaskan teori evolusi karena kompleksitas dari gagasan biaya kompleksitas, tetapi dengan temuan kami kesulitan-kesulitan ini sekarang dihapus."

Zhang rekan penulis di atas kertas adalah mantan mahasiswa pascasarjana UM Zhi Wang, sekarang di Sage Bionetworks di Seattle, Washington, dan Ben-Yang Liao dari Lembaga Penelitian Kesehatan Nasional di Taiwan.

Pendanaan diberikan oleh US National Institutes of Health dan Taiwan Lembaga Penelitian Kesehatan Nasional.