Направленность биологической эволюции

[mihaild]

ozheredov в сообщении #1586710 писал(а):

Любой алгоритм поиска максимума функции $targetFUN(\cdot)$ просто реализует некоторую закономерность, по которой из значения аргумента $x_n$ получается $x_{n+1}$: $x_{n+1} = F(x_n)$.

Это неправда. Есть куча неитеративных алгоритмов оптимизации.

[ozheredov]

mihaild в сообщении #1586837 писал(а):

Это неправда. Есть куча неитеративных алгоритмов оптимизации.

Согласен, для "игрушечных" рельефов типа квадратичных форм (или еще чего-то, что я не знаю) можно просто выписать аналитическое решение. Не знаю, влияет ли этот факт на правильность последующих рассуждений, но за устранение грубой неточности спасибо )

[Ende]

Сообщения aruSa-svar отделены в тему «Вопросы человека разумного на пути от мономера к клетке.» aruSa-svar, эволюция уже существующей жизни и зарождение жизни из неживой материи - это разные вопросы. Поэтому в теме "направленность биологической эволюции" не нужно ничего писать про абиогенез.

[sergey zhukov]

sergey zhukov в сообщении #1581208 писал(а):

Дарвину казалось, что естественный отбор происходит все же крайне медленно для того, чтобы достичь таких успехов за такое краткое время (во времена Дарвина было (ошибочно) подсчитано, что Земле не более 100 млн. лет).

Посмотрел расчет Кельвина по определению возраста Земли. Оказывается, он совсем простой. Кельвин взял бесконечную однородную твердую полуплоскость, задал начальную температуру этого массива 4000С, температуру на поверхности задал фиксированную (0С), температуропроводность материала взял $10^{-6}$ (квадратные метры на градус) и посмотрел, за какое время градиент температуры у поверхности упадет до настоящей величины (он взял 35С/км). Получилось 130 млн.лет.

Этот простой расчет не учитывает даже сферичность Земли. Впрочем, если посчитать, на какое расстояние за это время в такой модели проникает "остывание" (скажем, граница, на которой температура падает на 5%), то оказывается, что за 130 млн.лет это всего лишь 200 км, так что одномерное приближение вполне годится.

Интересно вот еще что. Я уже не в одном источнике читал, что немаловажная (чуть ли не главная) ошибка Кельвина в том, что он делал расчет именно для твердого тела и не учитывал конвекцию (он считал, что когда Земля была жидкой, конвекция существовала и обеспечивала хорошее перемешивание вещества и однородную температуру всего земного шара. В какой-то момент вся Земля одновременно затвердела, и с этого момента идет отсчет возраста в модели Кельвина). Но на самом же деле (говорили критики) это слишком просто: Земля не затвердела вся и одновременно. В глубине она остывает при помощи конвекции. Если это правильно учесть, возраст Земли будет больше.

Мне всегда казалось, что если учесть конвекцию, то получится, что Земля в прошлом остывала еще быстрее, чем по расчету Кельвина, поэтому ее возраст от учета конвекции может только уменьшиться, а не увеличиться. Когда посмотрел расчет, то понял: не обязательно. Да, с учетом конвекции теплопоток от Земли сильнее, но градиент температуры у поверхности во времени падает гораздо медленнее. Можно сказать, что пока конвекция работает, Земля излучает тепло сильно, но стабильно. Если же конвекции нет, теплопоток с поверхности Земли падает во времени гораздо быстрее.

Конечно, "конвективная Земля" остынет значительно раньше "твердой Земли", а теплопоток с поверхности "твердой Земли" рано или поздно станет больше, чем у "конвективной Земли". Когда это произойдет, модель Кельвина будет ошибаться в обратную сторону (завышать возраст Земли). Но до этого еще очень далеко, сейчас она ошибается в сторону занижения возраста.

[mihaild]

sergey zhukov в сообщении #1587408 писал(а):

Я уже не в одном источнике читал, что немаловажная (чуть ли не главная) ошибка Кельвина в том, что он делал расчет именно для твердого тела и не учитывал конвекцию

А разве наличие дополнительного источника тепла (радиоактивного распада) не важнее?

[sergey zhukov]

mihaild
Про то, что Кельвин не учел радиоактивность - это широко известно. Это, конечно, тоже важно. Может, и самое важное, не буду спорить. Но вот что точно можно сказать: про радиоактивность Кельвин не знал и не мог знать (хотя и упомянул о еще неизвестных возможных источниках тепла). Но вот о возможности конвекции он знал уж наверняка, при этом ее не учитывал и был весьма категоричен в своей оценке возраста Земли.

Понятно, что с конвекцией модель сильно усложняется. А самое главное - нет почти никаких исходных данных (вязкость, давление, температура, хим.состав и пр.), чтобы вообще хоть как-то разумно подсчитать эту конвекцию. В итоге расчет стал бы безнадежно неопределенным. Думаю, Кельвин этого не хотел.

[Anton_Peplov]

Перелистал конспекты. Оказывается, Марков в "Рождении сложности" (с. 361-364) все-таки упоминает три статистические тенденции, которые с натяжкой можно обозвать направленностью эволюции.
1. Появление и накопление все более сложных организмов. Более сложный организм успешнее в межвидовой борьбе, с чем, по Маркову, связана нынешняя оккупация ими верхних трофических уровней.
2. Рост устойчивости и приспособляемости таксонов. По мысли Маркова, если уж таксон появился давно и дожил до наших дней, пройдя через все кризисы и массовые вымирания, то он крут в этом.
3. Рост скорости и замкнутости биогеохимического круговорота. В эволюционно молодом современном тропическом лесу даже палая листва не успевает накопиться. Ср. с лесами каменноугольного периода.

[sergey zhukov]

Anton_Peplov в сообщении #1590894 писал(а):

1. Появление и накопление все более сложных организмов

Вот эта тенденция, вероятно, и имеется ввиду чаще всего, когда говорят о направленности биологической эволюции.

Очевидно, что жизнь изначально появилась в максимально простых формах. Поэтому как минимум в самом начале любая эволюция автоматически вела к усложнению. Конечно, в ходе такой радиации могло случиться так, что естественный отбор перестал бы давить в сторону усложнения по всем фронтам, или даже повернул бы в обратную сторону. Но с ростом разнообразия биосферы это, видимо, становится все менее и менее вероятным. Число вариантов "усложниться" постоянно растет с ростом самой сложности, какой-то из вариантов всегда оказывается подхвачен естественным отбором.

[diletto]

Anton_Peplov в сообщении #1590894 писал(а):

Перелистал конспекты. Оказывается, Марков в "Рождении сложности" (с. 361-364) все-таки упоминает три статистические тенденции, которые с натяжкой можно обозвать направленностью эволюции.
1. Появление и накопление все более сложных организмов. Более сложный организм успешнее в межвидовой борьбе, с чем, по Маркову, связана нынешняя оккупация ими верхних трофических уровней.
2. Рост устойчивости и приспособляемости таксонов. По мысли Маркова, если уж таксон появился давно и дожил до наших дней, пройдя через все кризисы и массовые вымирания, то он крут в этом.
3. Рост скорости и замкнутости биогеохимического круговорота. В эволюционно молодом современном тропическом лесу даже палая листва не успевает накопиться. Ср. с лесами каменноугольного периода.

Может быть, это прозвучит как трюизм, но пункты 1 и 3 сильно смахивают и на эволюцию техносферы. Или, точнее говоря, на эволюцию человечества, в которой уже от биологических законов совсем немного.
Таким образом, имеем тенденцию, подтверждённую как минимум двумя разными эволюциями.

[sergey zhukov]

Anton_Peplov
Сегодня в лекции Маркова услышал, что тенденция к усложнению может объясняться просто с позиций случайного блуждания (нулевая гипотеза). Он там генетический дрейф рассматривает и говорит о том, что "сложность", что бы под этим ни подразумевалось, может быть "нейтральным признаком". В таком случае работает простой закон диффузии в "пространстве сложности", и жизнь, начав, разумеется, из точки минимальной сложности, расползается во все стороны. Понятно, что в этом случае максимальная и средняя сложность жизни возрастают. Пятно чернил в воде растет со временем даже в условиях отсутствия отбора.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1685605 писал(а):

Пятно чернил в воде растет со временем даже в условиях отсутствия отбора.

Сильно сомнительно, что глаз и молекулярный мотор жгутика могли возникнуть путем случайного блуждания в условиях отсутствия отбора.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Существует даже понятие "Конструктивная нейтральная эволюция".

[Anton_Peplov]

sergey zhukov в сообщении #1685697 писал(а):

Существует даже понятие "Конструктивная нейтральная эволюция".

Точнее будет сказать, что существует такая гипотеза. Она высказана в 1999 г. в статье Stoltzfus, A. On the Possibility of Constructive Neutral Evolution. J Mol Evol 49, 169–181 (1999). https://doi.org/10.1007/PL00006540 . Можно посмотреть более позднюю работу того же автора (она в открытом доступе), которую рецензировал аж сам Кунин: Stoltzfus A. Constructive neutral evolution: exploring evolutionary theory's curious disconnect. Biol Direct. 2012 doi: 10.1186/1745-6150-7-35 . Автор, естественно, защищает свою гипотезу. Насколько серьезно к ней относятся его коллеги, не знаю.

[sergey zhukov]

Если отбор бездействует, происходит диффузия во все стороны, в т.ч. в сторону сложности. Чтобы этого не происходило, отбор должен работать против сложности. С первого взгляда довольно убедительно.

Это не отменяет естественный отбор, конечно. Это показывает, как экономное решение может незаметно для отбора разрастаться и делаться все менее экономным (бюрократизация).

[sergey zhukov]

В процессе изучения матлаба нарисовал такую картинку генетического дрейфа:

Исследуется популяция из 1000 особей неизменной во времени численности. Время идет слева направо, по вертикали отложены номера особей. Нейтральный признак - цвет особи. Изначально все особи имеют одинаковый цвет (левый конец). Верхняя и нижняя границы области склеены.

Каждая особь в основном наследует цвет предка с тем же номером. Но с некоторой вероятностью $P1$ она может наследовать цвет верхнего или нижнего соседа. Это такой способ заложить в модель неизменную численность популяции и случайную вариативность в количестве потомков у разных особей. Т.е. в данной модели каждый может иметь 0...3 потомка, причем всегда так, что общая численность сохраняется. Еще с некоторой вероятностью $P2$ каждый потомок получает мутацию, которая делает его цвет немного светлее или темнее.

Получается такая красивая картинка. Генетический дрейф приводит к постоянному уничтожению определенных "видов", а мутации - к их постоянному возникновению. Картинка имеет направленность, хотя и не очевидную: каждый "язык вида" всегда зарождается слева неясно в какой момент (дивергенция), а обрывается справа всегда очень четко (вымирание вида). Если мутации отключить, все цвета, кроме одного, скоро вымирают (точнее, они и не появляются, нужны неоднородные начальные условия в этом случае). Если мутации включены - происходит постоянное "бурление".