สิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการพัฒนาสิ่งมีชีวิตได้ดีอย่างไรเพื่อเอาชนะความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม? นี่เป็นคำถามที่นักวิจัยโพสต์มานานแล้ว แต่คำตอบยังไม่ชัดเจนเกินไป ตอนนี้การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าวิวัฒนาการของตัวเองอาจเป็นกระบวนการที่สามารถพัฒนาได้
ชีวิตมีการจัดการเพื่อความเจริญรุ่งเรืองในสถานที่ที่ไม่สามารถอยู่อาศัยได้อย่างไม่น่าเชื่อแม้ในพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงทางนิเวศวิทยาอย่างรวดเร็ว ยกตัวอย่างเช่นจุลินทรีย์ - สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านี้เป็นอย่างไร- เชื้อโรคไวรัสเช่น SARS-COV-2 และ(H5N1) เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงในระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์
“ ชีวิตเป็นสิ่งที่ดีจริงๆในการแก้ปัญหา หากคุณมองไปรอบ ๆ มีความหลากหลายในชีวิตและทุกสิ่งเหล่านี้มาจากบรรพบุรุษร่วมกันดูเหมือนจะน่าประหลาดใจสำหรับฉันจริงๆ” นักชีววิทยาวิวัฒนาการ Luis Zaman ผู้เขียนหลักของการศึกษาและผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนอธิบาย ในคำแถลง-
“ ทำไมวิวัฒนาการจึงมีความคิดสร้างสรรค์? ดูเหมือนว่าความสามารถนั้นอาจเป็นสิ่งที่พัฒนาขึ้นเอง”
คำถามเกี่ยวกับความสามารถในการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตนั้นค่อนข้างยุ่งยากในการเข้าใกล้ส่วนใหญ่เป็นเพราะมันไม่ใช่สิ่งที่ง่ายต่อการวัด ตัวอย่างเช่นวิวัฒนาการอาจเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ที่เพิ่มความฟิตของสปีชีส์เมื่อเวลาผ่านไปนำเสนอโอกาสที่จะรอดชีวิตมากขึ้นในสภาพแวดล้อม แต่ความสามารถในการพัฒนานั้นไม่เหมือนกับการออกกำลังกาย - มันมีส่วนเกี่ยวข้องกับศักยภาพของสปีชีส์ที่จะได้รับการออกกำลังกายในอนาคต
“ คุณลักษณะที่คาดการณ์ล่วงหน้านี้ทำให้เกิดความขัดแย้งได้” Zaman กล่าวเสริม “ เราคิดว่ามันสำคัญ เรารู้ว่ามันเกิดขึ้น ทำไมมันถึงเกิดขึ้นและเมื่อมันเกิดขึ้นเป็นสิ่งที่เราชัดเจนน้อยกว่า เราพยายามที่จะคิดออก: เราสามารถเห็นวิวัฒนาการของการพัฒนาในรูปแบบการคำนวณที่สมจริงยิ่งขึ้นได้หรือไม่?”
เพื่อทดสอบสิ่งนี้ Zaman และเพื่อนร่วมงานได้สร้างแบบจำลองการคำนวณโดยใช้เฟรมเวิร์กที่เรียกว่า Avida ซึ่งมีชุดฟังก์ชันตรรกะที่ได้รับรางวัลสามชุดและฟังก์ชั่นตรรกะที่เป็นพิษสามฟังก์ชั่น ฟังก์ชั่นตรรกะเหล่านี้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นผลเบอร์รี่สีแดงและสีน้ำเงินซึ่งอาจเป็นประโยชน์หรือเป็นพิษในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง ตัวอย่างเช่นในสภาพแวดล้อมของแบบจำลองหนึ่งผลเบอร์รี่สีแดงมีประโยชน์ต่อประชากร แต่สีน้ำเงินนั้นเป็นพิษ จากนั้นในอีกสิ่งหนึ่งย้อนกลับเป็นจริง ผลที่ได้คือประชากรไม่สามารถ“ ดี” ในสภาพแวดล้อมทั้งสอง แต่สามารถประสบความสำเร็จได้ในที่เดียวเท่านั้น
จากนั้นทีมก็มีชุดของสถานการณ์และวัดว่าการวิวัฒนาการสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรในแต่ละสถานการณ์ ในสถานการณ์หนึ่งสภาพแวดล้อมยังคงที่ซึ่งหมายความว่าประชากรไม่ได้ย้ายจากการกินผลเบอร์รี่หนึ่งไปยังอีก
ในอีกสถานการณ์หนึ่งประชากรถูกบังคับให้ต้องปั่นจักรยานระหว่างการกินผลเบอร์รี่สีแดงและสีน้ำเงิน ในสถานการณ์เช่นนี้ทีมพบว่าประชากรสามารถกระโดดกลับไปกลับมาระหว่างผลเบอร์รี่ที่แตกต่างกันได้สำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปั่นจักรยานระหว่างสภาพแวดล้อมทำให้ประชากรมี "การกลายพันธุ์" เพิ่มขึ้นอย่างมากทำให้พวกเขาสามารถสลับระหว่างการกินผลเบอร์รี่สีแดงหรือสีน้ำเงินได้สำเร็จ
เมื่อนักวิจัยสร้างสถานการณ์ที่ขี่จักรยานระหว่างฟังก์ชั่นลอจิกแต่ละรายการโปรแกรมใน Avida จะผลักดันตัวเองให้กลายเป็น "ย่านการกลายพันธุ์" ใหม่ สิ่งเหล่านี้สามารถคิดได้ว่าเป็นเส้นทางของยีนหลายยีนที่ประกอบด้วยรหัสคอมพิวเตอร์ ทุกครั้งที่สภาพแวดล้อมเปลี่ยนไปทางเดินจะต้องกำหนดค่าใหม่เพื่อกินผลเบอร์รี่ทางเลือก
“ ย่านการกลายพันธุ์ที่ประชากรจบลงด้วยการครอบครอง - ค้นหาผ่านวิวัฒนาการ - เป็นสถานที่ที่การกลายพันธุ์ครั้งเดียวสามารถกำหนดค่าเส้นทางนี้ใหม่ได้” Zaman กล่าวเสริม
ดังนั้นในบริบทนี้ "การกลายพันธุ์" เกิดขึ้นเมื่อหนึ่งในคำแนะนำของคอมพิวเตอร์ (มีประสิทธิภาพ "ยีน") ภายในโปรแกรม ("เส้นทางพันธุกรรม") มีการเปลี่ยนแปลง เมื่อเวลาผ่านไปการกำหนดค่าใหม่ของเส้นทางในที่สุดจะช่วยให้ประชากรของโปรแกรมคอมพิวเตอร์“ วิวัฒนาการ” เพื่อให้พวกเขาสามารถใช้ชีวิตได้สำเร็จในละแวกใกล้เคียงที่ Red Berry และ Blue Berry ผู้เชี่ยวชาญ“ Live Next Door”
แต่เวลาเท่าไหร่ที่ปัจจัยในการพัฒนานี้คืออะไร? นักวิจัยเปลี่ยนความถี่ที่สถานการณ์ขี่จักรยานระหว่างสภาพแวดล้อม สิ่งนี้แตกต่างจากประชากรที่ใช้จ่ายหนึ่งรุ่นในสภาพแวดล้อมไปสู่สถานการณ์ที่สิ่งนี้เปลี่ยนเป็น 10 รุ่นจากนั้นเป็น 100 รุ่น ที่น่าสนใจพวกเขาพบว่าหากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนไปเร็วเกินไปก็ไม่มีการเพิ่มขึ้นของการพัฒนา อย่างไรก็ตามพวกเขาพบว่าแม้ระยะเวลารอบระยะเวลาที่ค่อนข้างยาวนานหลายร้อยรุ่นสามารถสร้างวิวัฒนาการและการบำรุงรักษาความสามารถในการพัฒนา
“ เมื่อประชากรประสบความสำเร็จในการพัฒนานี้ดูเหมือนว่ามันจะไม่ถูกลบออกจากวิวัฒนาการในอนาคต” ซามานกล่าว
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าเมื่อวิวัฒนาการมีวิวัฒนาการที่ดีกว่าในการพัฒนามันจะไม่หายไป
การศึกษาถูกตีพิมพ์ในวารสารPNAs-
