生物如何善於發展以克服環境挑戰的發展呢?這是研究人員長期以來提出的一個問題,但是答案並不清楚。現在,一項新的研究表明,進化本身可能是可以進化的過程。
即使在經歷快速生態變化的地區,生活也設法在一些難以置信的無法居住的地方蓬勃發展。以微生物為例 - 這些微小的生物已經變得如此善於快速獲得? SARS-COV-2和(H5N1)特別值得注意的是,它們能夠適應宿主的免疫系統變化。
“生活真的非常擅長解決問題。如果您環顧四周,生活中有很多多樣性,那麼所有這些事情都來自一個共同的祖先,這對我來說確實令人驚訝。在陳述。
“為什麼進化如此富有創造力?似乎這種能力是發展自己的東西。”
生物體的可發展性問題有些棘手,主要是因為它並不容易衡量。例如,進化可能是由於突變會隨著時間的推移而增加物種的適應性,從而為其在環境中生存的機會更大。但是,可發展性與健身不是相同的,這與物種未來獲得健身的潛力有關。
扎曼補充說:“這一前瞻性的可再發展功能使它引起了人們的爭議。” “我們認為這很重要。我們知道這發生了。為什麼會發生,當它發生時,我們就不太清楚了。我們試圖弄清楚:我們可以在更現實的計算模型中看到可發展性的演變嗎?”
為了測試這一點,Zaman及其同事使用一個名為Avida的框架創建了一個計算模型,該框架具有三個獎勵邏輯功能和三個有毒邏輯功能。這些邏輯功能可以理解為紅色和藍色漿果,在特定環境中可能是有益的或有毒的。例如,在模型的一種環境中,紅漿果對人群有益,但藍色漿果有毒。然後,另一方面,相反是真實的。結果是,在兩個環境中,人口都不能“好”,但只能在一個環境中取得成功。
然後,團隊運行了一系列場景,並衡量了每個場景過程中如何變化的可變性。在一種情況下,環境保持恆定,這意味著人口沒有從一個漿果轉移到另一種漿果。
在另一種情況下,人口被迫在吃紅漿果和藍色漿果之間循環。在這種情況下,團隊發現人口能夠成功地在不同的漿果之間來回跳動。特別是,環境之間的循環導致種群的“突變”顯著增加,從而使他們能夠在飲食紅漿果或藍色漿果之間成功切換。
當研究人員創建了每個邏輯功能之間循環的場景時,Avida的程序會將自己推向新的“突變社區”。這些可以被認為是由計算機代碼組成的多個基因的途徑。每當環境切換時,就需要重新配置途徑以食用替代漿果。
扎曼補充說:“種群最終佔據的突變鄰居(通過進化過程)是單個突變能夠重新配置這一途徑的地方。”
因此,在這種情況下,當程序中的計算機指令之一(實際上是其“基因”)(其“遺傳途徑”)更改時,就會發生“突變”。隨著時間的流逝,道路的重新配置最終使計算機程序的人口可以“發展”,因此他們可以在紅色漿果和藍漿果專家“ Live Next Door”的社區中成功生活。
但是時間在多大程度上是這種發展性的一個因素呢?好吧,研究人員改變了場景在環境之間循環的頻率。這是從在環境中花費一代人的人口到這種情況變為10代,然後變為100代的情況。有趣的是,他們發現,如果環境變化太快,那麼可發展性就不會增加。但是,他們確實發現,即使是相對較長的幾代的周期期,也可能產生可進化性的演變和維持。
扎曼說:“一旦人口實現了這種可發展性,似乎並沒有被未來的進化所抹去。”
這表明,一旦進化進化為更好地發展,它就不會消失。
該研究發表在雜誌上PNAS。