Reichen Mutation und Selektion aus?

[Janina]

d) Es gibt variierende Kopien (Mutation)

Gibt es Erkenntnisse, wann und warum sich etwas variiert? - Wie schnell kann eine solche Variation stattfinden - auch plötzlich?

Klar. Man hat sogar eine Ein-Schritt-Mutation identifiziert, die einen kleinen Primaten in unserem Stammbaum befähigt hat, rot und grün zu unterscheiden. Und diese Mutation ist in ähnlicher Art dann nochmal woanders passiert. Mit ähnlicher Wirkung, aber fehlerhaft. Und seitdem haben DEREN Nachkommen ALLE das Problem mit einer fehlerhaften Rot-Grün-Unterscheidung. Wir dagegen nicht. Oder kaum, was nicht an der Qualität UNSERER Mutation liegt.

[Lamarck]

Hi ThomasM!

Ich würde gerne mal ein Thema innerhalb der Evolutionstheorie diskutieren.

(Allerdings gerne ernsthaft. Leute, die Evolution eh für Schwachfug halten, dürfen sich raushalten)

Warum?

(Was Dich umtreibt, kann ich mir schon denken. Du bist deshalb halt nur ein wenig später 'dran'. Deinem Buch nach benutzt Du die Methode des Wegdefinierens ... . )

Darwin begründete die Evolutionstheorie auf den Prinzipien Mutation (als Treiber für Änderungen in den Genen) und Selektion (als Motor der Auswahl besser passender Genkonfigurationen). Diese beiden Begriffe haben die Evolutionstheorie und auch die später gemachten Erweiterungen dominiert und noch so jemand wie Dawkings argumentierte vor etwa 20 Jahren mittels Statistik für die starke Gültigkeit dieser Prinzipien.

Darwin kannte keine Mutationen - hier griff er auf einen Lamarckismus zurück. Auch die klassische Genetik nach Mendel schien anfänglich (d.h. nach ihrer Wiederentdeckung) in das Darwinsche Evolutionsmodell nicht zu passen - der sich danach entwickelnde Streit zwischen Selektionisten und Mutationisten mündete schließlich in die STE (Synthetische Theorie der Evolution).

In Deinem Buch schreibst Du auf S. 119 von naturwissenschaftlichen Modellierungen. In diesem Sinne: Evolution lässt sich durch ein algorithmisches Modell beschreiben - es folgt dem heuristischen Prinzip von Versuch (Biologische Realisation: Mutation) und Irrtum (Biologische Realisation: Selektion). Betrachtest Du Mutation oder Selektion isoliert, ist es nicht möglich, Evolution zu sehen.






[Quelle: ewh.ieee.org]




Beispiel einer Virtualisierung:

Doch nach dem, was ich über neuere Konzepte des Evolutionsgeschehens gelesen und gelernt habe, frage ich mich, inwiefern diese beiden Begriffe noch ausreichen. Die folgenden Faktoren zeigen, dass das eventuell nicht mehr der Fall ist.

Der Mutations-&-Selektionsprozess bildet zu all diesen Phänomenen den Oberbegriff, der nicht weiter vereinfacht werden kann. Die hiervon abgeleiteten Derivate überwinden dieses Ideale Modell nicht; sie beschreiben nur mit größerer Detail- und Begründungstiefe.

1.) Als Hauptmotor für genetische Änderungen gelten heutzutage nicht mehr Mutationen, sondern Genduplikate oder Genaustausch. Das Gen ist nach wie vor funktionstüchtig, aber im eigentlich überflüssigen Duplikat (oder im eingefangenen Gen) sammeln sich Änderungen an, die für den Organismus neutral sind. Dadurch entsteht ein Pool von potenziellen Anpassungen, die sozusagen "auf Halde" liegen und dann recht einfach und zeitlich schnell aktiviert werden können . In diesem Sinn wirken die Mutationen eigentlich nicht mehr als Treiber für Änderungen, sondern nur noch wie eine Art statistisches Hintergrundrauschen.

Die Strategie des evolutionär herausgebildeten Lebens beruht wesentlich auf Duplikation - gleich, ob Individuum (Populationen), organismische Bauteile (Zellen, Segmente, ...) oder Gen (Duplikation, Horizontaler Gentransfer, ...). An der Basis stehen hier aber immer - richtig: Mutationen ... .

Die Einflussgrößen, die Du hier umschreibst, beziehen sich auf zwei Dinge gleichermaßen (die wiederum miteinander gekoppelt sind): Schrittweite des GAs und genetische Auto-Stabilisierung der Population.

2.) Neuere Forschungen zeigen die Bedeutung der Epigenetik. Epigenetik ist die Art und Weise wie Gene an- oder abgeschaltet werden (ohne sich zu verändern, also ohne Mutationen). Dabei kann ein Organismus durch Änderung des epigentischen Programms (meist getriggert durch Umwelteinflüsse) höchst unterschiedliche Formen annehmen. Die Epigenetik führt also zu einer höheren Variabilität des Organismus, auch über Generationen hinweg.

So gibt es mittlerweile gar Hinweise, dass die Lebensweise eines Individuums - etwa die Ernährung - epigenetisch eine entsprechende 'Fernwirkung' auf die Nachkommenschaft ausübt.

3.) Normalerweise heisst es, dass die Umwelt die Randbedingungen liefert, die zu einem Selektionsdruck führt, der den Mechanismus der Selektion darstellt. Aber ein Organismus hat auch die Möglichkeit, dem Selektionsdruck auszuweichen, indem er sich selbst seine Umwelt formt. Der Mensch ist hier wohl das Extrembeispiel. Statt also zu sagen "Umwelt erzeugt Selektion", muss man eigentlich sagen "Umwelt (Selektion) hat nur so weit Einfluss, wie der Organismus sich seine Umwelt nicht selbst schaffen kann".

Trotzdem ist auch Epigenetik kein Lamarckismus, bei dem die Umwelt auf direkter Weise wirkt. 'Umwelt' ist ein Abstraktum, der über einen Möglichkeitsraum die Randbedingungen darstellt; diese Randbedingungen beziehen auch den individuellen Organismus rekursiv als Teil seiner eigen Umwelt ein (Solche Rekursionen sind wiederum im Lamarckismus eben nicht möglich!).

Meines Erachtens machen diese Punkte die Begriffe Mutation und Selektion nicht ungültig, aber ergänzungsbedürftig. Und damit vermutlich komplizierter als für Normalsterbliche verstehbar.
Was meint ihr?

Du musst Dir dies nur modellhaft veranschaulichen: Wenn Du das Genom betrachtest, siehst Du einen Zellulären Automaten. Ein Zellulärer Automat wiederum ist die generelle Beschreibung eines Computers. So ist es nicht weiter schwierig, in der Basensequenz ein virtuelles [sic!] Neuronales Netzwerk eines Mehrgenerationensystems zu sehen: Es gibt hier dynamische Strukturen, die bilden Strukturen anderer Ordnungen direkt (Strukturproteine) und es gibt dynamische Strukturen, die bilden - gegebenenfalls kaskadiert - Schalter, die auf andere Strukturen einwirken. Dabei lässt sich eine Baumstruktur ausmachen: Es gibt im Genom Bereiche, die sind extrem konservativ (Hox-Gene), mit zunehmender Verästelung finden sich dann variablere Bereiche.

Trotzdem lässt sich Evolution natürlich - ebenso wie die RTn - auch für 'Normalsterbliche' darstellen. Selbst für Kinder - nur der Erwin, nur der Erwin, der versteht das nicht ... .




Cheers,

Lamarck

[Lamarck]

Hi Janina!

1.) Als Hauptmotor für genetische Änderungen gelten heutzutage nicht mehr Mutationen, sondern Genduplikate oder Genaustausch...
2.) Neuere Forschungen zeigen die Bedeutung der Epigenetik...

Ich denke nicht, dass hierbei der Begriff "Mutation" auf die Wechselwirkung von DNA mit Rötgenstrahlung eingeschränkt werden darf. Er bezeichnet allgemein JEDE wie auch immer geartete stochastische Veränderung der Basenfolge. So gehört letztlich auch Gentausch und Epigenetik dazu. Alles was die Variabilität erhöht, steigert sowohl die evolutionäre Optimierungsgeschwindigkeit, als auch den Ausschuss.

Mutationen erfolgen spontan. Entsprechende Ereignisse werden bedingt durch physikalische (Thermodynamik, ionisierende Strahlung, ...), chemische (Mutagene) und biologische (Viren) Ursachen. Und natürlich ist es mit den genannten 'Wechselwirkungen' alleine noch nicht getan - ich meine aber, Dir muss ich nichts von enzymatischen Reparatursystemen sowie Einzel- und Doppelstrangbrüchen erzählen, oder?

3.) Normalerweise heisst es, dass die Umwelt die Randbedingungen liefert, die zu einem Selektionsdruck führt, der den Mechanismus der Selektion darstellt. Aber ein Organismus hat auch die Möglichkeit, dem Selektionsdruck auszuweichen, indem er sich selbst seine Umwelt formt.

Dualist! Der Organismus ist immer Teil der Umwelt. Das ist kein Ausweichen vor dem Selektionsdruck, das ist Teil davon.

Was ich schöne und kluge Frauen liebe ... .

Diese Deine Erkenntnis ist übrigens noch nicht einmal zu allen Profis durchgedrungen ... .

Und damit vermutlich komplizierter als für Normalsterbliche verstehbar.

Das auf alle Fälle. Ist aber normal bei selbstorganisierenden Strukturen. Einfache Bildungsgesetze, unüberschaubare Ergebnisse.

Gut, ein Boolesche NK-Zufallsnetzwerk bedarf zwecks Nachvollzugs einiges an geistigen Ressourcen.

Bedeutet "Evolution"
a) dass sich im Überlebenskampf irgendeine bestehende genetische Variante durchsetzt und sich an die nächste Generation vererbt
ODER
b) dass sich die Genetik eines Fortpflanzungs-Fähigen aus einem bestimmten Grund für die nächste Generation verändert
ODER
c) beides.

d)
- Es gibt variierende Kopien (Mutation)
- Die Variationen haben Auswirkungen auf die Häufigkeit, mit der sie weiter kopiert werden (Selektion)
- Dadurch entwickelt sich Vielfalt in den Erscheinungsformen

d'):

- Positive Rückkopplung (Vermehrung)
- Zufall (Mutation)
- Negative Rückkopplung (Selektion)




Cheers,

Lamarck

[closs]

So gibt es mittlerweile gar Hinweise, dass die Lebensweise eines Individuums - etwa die Ernährung - epigenetisch eine entsprechende 'Fernwirkung' auf die Nachkommenschaft ausübt.

Aha - da möchte ich doch noch einmal auf mein vorheriges Beispiel b) zurückkommen:

Kann es sein, dass die Kriegserfahrungen meines Vaters insofern eine "Fernwirkung" auf dessen Nachkommenschaft ausüben, dass ich als Sohn unter epigenetischen Gesichtspunkten anders bin/sein könnte, als ich wäre, wenn er "stressfrei" in Frieden und Reichtum aufgewachsen wäre.

Wenn Deine Antwort "nein" ist: Was würdest Du dann mit "Fernwirkung" meinen?

[Lamarck]

Hi closs!

So gibt es mittlerweile gar Hinweise, dass die Lebensweise eines Individuums - etwa die Ernährung - epigenetisch eine entsprechende 'Fernwirkung' auf die Nachkommenschaft ausübt.

Aha - da möchte ich doch noch einmal auf mein vorheriges Beispiel b) zurückkommen:

b) ist nicht zutreffend - die "Genetik" verändert sich nicht. Epigenetik ist eher eine softe Programmierung, die im Rahmen der genetischen Optionen 'aufgesattelt' (Name!) wird.

Die Entwicklung der Bienen ist epigenetisch determiniert: Wer den üblichen Honig-Pollen-Brei verabreicht bekommt, wird sterile Arbeiterbiene, mit Gelée royale wird sich hingegen eine fertile Königin entwickeln. Weil aber hierzu die entsprechenden 'Genschalter' schon vorhanden sind, ist dies gleichwohl kein Lamarckismus.

Aus meiner Sicht besteht hier auch kein Unterschied zu dem Modifikationsbegriff in der Biologie:

https://de.wikipedia.org/wiki/Modifikat ... iologie%29 über

Die wesentliche Erkenntnis wäre dann halt nur, dass Modifikationen die Genetik des Genoms zwar unverändert lassen, aber trotzdem ausnahmsweise über die epigenetische Programmierung entsprechendes hierüber pseudoerblich transportiert wird. Bei Pantoffeltierchen gibt es ein altbekanntes Experiment, bei dem einige Wimpern 'verkehrt herum eingebaut' werden, so dass die Schlagrichtung dieser Wimpern gegensätzlich zu den übrigen erfolgt. Teilt sich das Paramecium, wird dies 'vererbt'. Aber tröste Dich, Du musst Dir von Deinem Nachwuchs wohl keine Vorwürfe machen lassen, dass Du in Deiner Jugend nicht im Bodybuilding-Studio gewesen bist ... .

Kann es sein, dass die Kriegserfahrungen meines Vaters insofern eine "Fernwirkung" auf dessen Nachkommenschaft ausüben, dass ich als Sohn unter epigenetischen Gesichtspunkten anders bin/sein könnte, als ich wäre, wenn er "stressfrei" in Frieden und Reichtum aufgewachsen wäre.

Wenn Deine Antwort "nein" ist: Was würdest Du dann mit "Fernwirkung" meinen?

Besonders in diesem Kontext darauf achten: Ich schreibe immer genau das, was ich auch meine. 'Hinweise' ist etwas anderes als eine theoretisch ausformulierte Erkenntnis. Vielleicht gibt es ja bald einen 'epigenetischen' Jogurt ... .

Was Du aber sagen kannst, ist, dass Übergewicht bei der Geburt zu einer Verdopplung des Risikos für den Säugling führt, im späteren Leben auch übergewichtig zu werden. Dabei ist noch zwischen epigenetischen und den primären genetischen Anteilen zu differenzieren. Die Korrelation ist also nicht allzu groß ... .

Stress wird wohl epigenetisch auch eine gewisse Rolle spielen können, die von Dir veranschlagte Reichweite dürfte allerdings weit außerhalb der epigenetischen Schrittweite sein.




Cheers,

Lamarck

[closs]

Aber tröste Dich, Du musst Dir von Deinem Nachwuchs wohl keine Vorwürfe machen lassen, dass Du in Deiner Jugend nicht im Bodybuilding-Studio gewesen bist ... .

Vielen Dank für die Ausführungen. - Nein - man muss daraus keine Stories machen. - Interessant aus meiner Sicht ist, dass es diesen Ansatz innerhalb der Naturwissenschaft überhaupt anerkannterweise gibt. - Persönlich vermute ich, dass da noch "Luft" ist, was konkrete Erkenntnisse angeht.

[Janina]

Mutationen erfolgen spontan.

Wenn du damit ungeplant und zufällig meinst, ist es das, was ich mit stochastisch gemeint hab.

Diese Deine Erkenntnis ist übrigens noch nicht einmal zu allen Profis durchgedrungen.

Profis in was?
Ich dachte das wäre Einstiegsvoraussetzung...

Kann es sein, dass die Kriegserfahrungen meines Vaters insofern eine "Fernwirkung" auf dessen Nachkommenschaft ausüben, dass ich als Sohn unter epigenetischen Gesichtspunkten anders bin/sein könnte, als ich wäre, wenn er "stressfrei" in Frieden und Reichtum aufgewachsen wäre?

Die "Fernwirkung" besteht schon in seiner Erziehung. Oder wenn du ihn nie kennengelernt hast, dann zumindest deine Mutter, die bei ihrer Erziehung ihn im Kopf hatte.

[closs]

Die "Fernwirkung" besteht schon in seiner Erziehung.

Das ist ja eher eine psychologische Bemerkung. - Interessiert sich die moderne Psychologie für epigenetische Erscheinungen im Kontext psychologischer Fragestellungen?

[Pluto]

Persönlich vermute ich, dass da noch "Luft" ist, was konkrete Erkenntnisse angeht.

Logisch, gibt es noch "Luft". Scließlich ist Naturwissenschaft "lebendig"; sie lebt von der Veränderung und Ereweiterung...
aber das herauszufinden, überlassen wir lieber den Experten.

[closs]

aber das herauszufinden, überlassen wir lieber den Experten.

Ja - sollen sie. - Für mich reicht es, dass es Epigenese als anerkannte Größe gibt - die Tragweite daraus kann man erschließen - was dann davon nachgewiesen werden kann, ist dann um so besser.