Größten Geheimnisse: Welche Laufwerke Evolution?

Anmerkung der Redaktion: Wir mehrere Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen gefragt, was sie dachten, waren die größten Mysterien heute, und dann haben wir ein paar hinzugefügt wurden, die auch in unseren Köpfen. Dieser Artikel ist eine von 15 in LiveSciences "Greatest Mysteries" Serie läuft jeden Wochentag.

Von bizarren Schmetterling Flecken regenbogenfarbenen Drachen zu Anpassungen, die Eichhörnchen zu ermöglichen und sogar Schlangen zu "fliegen", können körperliche Innovationen in der natürlichen Welt umwerfend sein.

Natürliche Selektion wird von Wissenschaftlern als der wichtigste Motor das Array von Organismen und ihrer komplexen Funktionen akzeptiert. Aber ist die Evolution durch natürliche Selektion die einzige Erklärung für komplexe Organismen?

"Ich denke, eines der größten Geheimnisse in der Biologie im Moment ist, ob natürliche Selektion ist der einzige Prozess organismal Komplexität erzeugen kann", sagte Massimo Pigliucci von der Abteilung für Ökologie und Evolution Stony Brook University in New York, "oder gibt es andere Eigenschaften der Materie, die auch ins Spiel kommen. Ich vermute Letzteres herausstellen wird, um wahr zu sein."

Flexible Gene

Einige Wissenschaftler schlagen Ergänzungen zu der Liste der evolutionären Kräfte.

"In den letzten zehn Jahren ein oder zwei, Wissenschaftler haben damit begonnen, zu vermuten, dass es andere Eigenschaften komplexer Systeme (z. B. Lebewesen), die helfen können, zusammen mit der natürlichen Selektion, zu erklären, wie sich Dinge wie Augen, bakterielle Flagellen, Flügel und Schildkröte Schalen entwickeln," Pigliucci sagte LiveScience.

Eine Idee ist, dass Organismen mit der Flexibilität ausgestattet sind, um ihre körperlichen oder sonstigen Funktionen während der Entwicklung auf Umweltveränderungen, Platz für ein Phänomen namens phänotypische Plastizität zu ändern.

Die Veränderung zeigt sich nicht in der Regel in den Genen. Zum Beispiel in sozialen Bienen, sowohl die Arbeitnehmer und die Wachen haben das gleiche Genom aber unterschiedliche Gene aktiviert um ihnen unterschiedliche Verhaltensweisen und Auftritte geben. Umweltfaktoren wie Temperatur und embryonale Ernährung fordert genetische Aktivität, die eine Arbeitskraft und andererseits eine Wache Gießen eine Biene landet.

Wenn vorteilhaft, diese Flexibilität konnte an die Nachkommen weitergegeben werden und so zur Entwicklung von neuen Features in einer Art führen kann. "Diese Plastizität ist vererbbar und natürliche Selektion kann verschiedene Arten von Plastizität, abhängig von dem Bereich der Umweltbedingungen, die der Organismus auftritt, begünstigen" Pigliucci sagte.

Massanfertigung

Selbstorganisation ist eine weitere evolutionäre Kraft, dass einige Experten Peitschen bis komplexe Eigenschaften oder Verhaltensweisen spontan in lebenden und nicht lebenden Materie sagen, und diese Eigenschaften werden an die Nachkommen über Generationen weitergegeben.

"Ein klassisches Beispiel außerhalb der Biologie sind Hurrikane: Diese sind nicht zufällig Luft Bewegungen überhaupt, aber sehr organisiert atmosphärischen Strukturen, die entstehen spontan angesichts der entsprechenden Umweltbedingungen" Pigliucci sagte. " Es gibt zunehmend Hinweise, dass Lebewesen ihre Komplexität während der Entwicklung in analoger Weise zu generieren."

Eine biologische Illustration der Selbstorganisation ist Protein-Faltung. Eine lange Kette von Aminosäuren Kurven, Drehungen und faltet sich in eine dreidimensionale Protein, dessen Form die Funktion des Proteins bestimmt. Ein Protein, bestehend aus nur 100 Aminosäuren könnte auf eine endlose Anzahl von Shapes (Milliarden über Milliarden) nehmen. Während diese Formwandler nimmt in der Größenordnung von Sekunden bis Minuten in der Natur haben nicht die schnellsten Rechner den Muskel noch, das Kunststück zu ziehen.

Der Mechanismus, der die endgültige Form löst könnte zum Beispiel ein chemisches Signal.

Neuheiten in der Natur

Die Umwelt könnte auch Änderungen im Aussehen eines Tieres oder eines Phänotyps, ein Phänomen, das viele Biologen Intrigen fahren.

Beispielsweise entdeckte Sean Carroll, Molekularbiologe an der Universität von Wisconsin-Madison, Schmetterlinge in Ostafrika haben verschiedene Färbungen je nach wenn sie schlüpfen. Mit bunten Augenflecken entstehen jene während der Regenzeit schlüpfen während Angehörige Trockenzeit neutral kryptische Mäntel tragen.

Die Biologie hat ein ziemlich gutes Verständnis davon, wie Tiere aus einer befruchteten Eizelle zu einem voll ausgebildeten Organismus entwickeln.

"Wir verstehen einfach nicht wie... die Umwelt und [der] genetische Bauplan zu interagieren, während der Entwicklung", sagte Theunis Piersma des Zentrums für ökologische und evolutionäre Studien an der Universität Groningen in den Niederlanden.

Piersma Forschung auf Küstenvögel genannt rote Knoten hat ergeben, die Vögel ihre Phänotypen abhängig von ihren Migrationsrouten verwandeln können.

Wenn in Gefangenschaft gebracht und in kälteren Umgebungen mit Temperaturen, die Küstenvögel Flug Muskeln und Organe zu verkleinern, um den Wärmeverlust zu verringern. Die Vögel weitergeben an Nachkommen die Fähigkeit, diese Änderungen vorzunehmen.

Also ist das Geheimnis langsam klar um wie Artenvielfalt mit einer Reihe von Funktionen zu entwickeln. Das Feld, das in der Vergangenheit hauptsächlich auf fossilen Aufzeichnungen verlassen hatte, bekam einen Schub mit der Entwicklung der Gentechnik und die Integration der verschiedenen Sektoren der Wissenschaft verbinden, Genetik, Biologie, Ökologie und Informatik.

Während Wissenschaftler natürliche Mechanismen, die zur Form Arten arbeiten vergießen, sind viele Fragen auf dem Gebiet auf dem Labortisch brauen. Und die ursprüngliche Frage von Charles Darwin geprüft – was ist der Mechanismus, die bewirkt, neue Arten dass zu entwickeln – noch nicht vollständig erklärt werden. Und eine andere Verwandte Frage Webstühle: wie wichtig sind Zufallsereignisse, im Gegensatz zur natürlichen Selektion, an der Gestaltung der Organismen?

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