Evolutionsbiologer i indædt kamp om selektionsteori
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
By signing up, you agree to our Terms & Conditions and agree that Teknologiens Mediehus and the IDA Group may occasionally contact you regarding events, analyzes, news, offers, etc. by telephone, SMS and email. Newsletters and emails from Teknologiens Mediehus may contain marketing from marketing partners.

Evolutionsbiologer i indædt kamp om selektionsteori

For et halvt år siden blev Ingeniørens læsere vidne til en kopernikansk revolution inden for evolutionsbiologien, da vi skrev om et nyt paper i fagbladet Nature med titlen 'The evolution of eusociality', forfattet af de tre fremtrædende evolutionsbiologer Martin A. Nowak, Corina E. Tarnita og Edward O. Wilson fra Harvard (læs artiklen på ing.dk/k#8vcr). Artiklen gjorde op med teorien om kinselektion og sagde, at Darwins naturlige udvælgelse samt lidt ordentlig matematik var nok til at forklare oprindelsen af samarbejde og selvopofrelse i biologien. Måling af genetisk slægtskab og individuel fitness var slet ikke nødvendig, sagde forfatterne.

Siden da er der blevet kradset negle på tavlen og kastet med kridt fra en lang række biologer, også blandt herboende forskere som Trine Bilde fra Aarhus Universitet og Jacobus Boomsma fra Københavns Universitet. Sidstnævnte mente i en kommentar til Ingeniøren, at det nye paper 'ikke vil føre til en eneste ny erkendelse', og at det var ufatteligt, at Nowak, Tarnita og Wilson 'ignorerer 50 års litteratur bare for at rode op i en eller anden kontrovers'.

I denne uges udgave af Nature har Bilde, Boomsma og 135 andre biologer derfor taget til genmæle. De anklager Nowak, Tarnita og Wilson (NTW) for at forklæde floskler som revolutioner og for at ville annullere 50 års forskningsresultater. For en udenforstående ser det dog mest ud som en mærkværdig slåskamp, hvor man går efter manden, og ikke efter bolden.

Ud med epicyklerne

Men hvad er det for en kontrovers, de skændes om? Ja, hvis man læser NTW's paper, så påstår de, at en 47 år gammel og veletableret teori om altruisme, der forklarer hvordan der kan opstå samarbejde, næstekærlighed og selvopofrelse blandt beslægtede individer, er lige så død som epicyklerne i den celestiale mekanik. Og det er jo noget af et angreb. Blandt mange biologer bliver kinselektion anset som den eneste ægte nyskabelse siden Darwin. Den blev formuleret af den britiske biolog William Donald Hamilton i en serie artikler i 1964, hvor han bl.a. indførte begrebet 'inklusiv fitness' til at holde styr på summen af fordelagtige gener, der føres videre af individet selv samt af dets beslægtede individer.

For eksempel fortæller legenden, at den britiske biolog J.B.S. Haldane i 1933 over en øl sagde til sine venner, at han ville hoppe i en flod og risikere livet for at redde to brødre, men ikke én. Han ville også hoppe i floden for at redde otte fætre, men ikke syv. Koefficient for slægtskab kaldte Hamilton så senere for 'r' og formulerede formlen rB>C, som blot siger, at hvis et gen for altruisme er opstået, vil det kun overleve, hvis omkostningerne (C) er mindre end fordelene (B) ganget med sandsynligheden for, at en bror eller et andet familiemedlem også bærer dette gen.

Siden Hamiltons arbejde har kinselektion været brugt til at forklare strukturen af komplekse dyresamfund som myrer og bier med deres sterile kaster, men også for løsere familiestrukturer som primater og mennesker. Men ifølge NTW's paper i Nature er Hamiltons lineære summation over slægtskabsgenernes fitness en fattig tilnærmelse til den komplekse dynamik i ægte populationer. Kinselektion tager f.eks. ikke højde for habitatstruktur, synergetiske og andre sekundære effekter, og er derfor blot en lille approksimativ delmængde af alle de altruistiske muligheder i en naturlig selektionsmodel. Kinselektion fortæller med andre ord intet nyt, som en mere generel darwinistisk model ikke også kunne have fortalt.

En hær af modstand

Kritikken mod den påstand er voldsom i det nye nummer af Nature. Jacobus Boomsma og kolleger mener, at Harvard-forskerne har overset, at eusocial adfærd, dvs. adfærd, hvor et individ ofrer sin evne til at formere sig til fordel for andre i gruppen (som f.eks. hos myrer, bier og termitter), kun er opstået i monogame arter, hvor man ikke har halve eller kvarte søskende. Højt slægtskab er med andre ord en nødvendig forudsætning for eusocial adfærd, og ikke, som NTW påstår, blot én af mange ruter mod eusocialitet.

Andre forskere som Patrick Abbot, Joan Strassmann, Régis Ferrière og Richard Michod mener, at inklusiv fitness er meget nyttig og ikke på nogen måde i modstrid med standardmodeller for naturlig udvælgelse, og alle 137 biologer er enige i, at kinselektion bestemt har været i stand til at bidrage med nye videnskabelige indsigter, som f.eks. at forstå slægtsgenkendelse, intern kontrol mod snyltere, moder-føtus-konflikter og fordelingen af hanner og hunner i en population.

Samlet set virker det dog lidt underligt, at der er brug for så stor en hær af biologer til at forsvare kinselektion. Det er, som om argumenter ikke er nok. Pudsigt er det også, at ingen af dem ulejliger sig med at diskutere matematikken, og ingen indrømmer, at der faktisk har manglet en rigorøs matematisk analyse af betingelserne for, hvornår inklusiv fitness kan bruges og hvornår ikke. Nowak og Tamita har gjort netop dette i det supplementære materiale til artiklen, og de viser, at inklusiv fitness kun kan bruges under meget begrænsede forhold, som når to forskellige strategier er næsten lige store, eller når interaktionerne foregår parvist.

En labyrint

Enhver ny model må bedømmes på dens evne til at forudsige nye ting, og derfor har NTW da også forsøgt at formulere en alternativ mekanistisk model, der kan udforske hele mulighedsrummet for social og eusocial adfærd. De bruger kun mutation og selektion, og kigger så på interaktionerne.

De begynder med at kigge på en enkelt myre, helt alene i verden, som lever tæt på en fødekilde. Den udvikler en mutation, som gør, at den giver sit afkom mad i stedet for at lade det ernære sig selv. En anden mutation gør, at afkommet forbliver i reden i stedet for at forlade den. Derefter udvikler de instinkter for arbejdsdeling. Den ene laver et hul, den anden lægger et æg ned i. Den ene ser et æg, den anden bringer mad, osv. Modellen viser, at eusocial adfærd kan udvikles, men kun sjældent, og når den engang er skabt via en lang række mutationer, vil populationen ende med at være hyperspecialiseret og stabil mod invasioner fra egoistiske snyltere. Reproduktionen vil være overladt til en enkelt dronning og eksistensen af utallige arbejdermyrer vil være lige så naturlig som eksistensen af hvide blodlegemer i en menneskekrop.

NTW kalder denne model for en labyrint, fordi det viser sig at være meget svært at opnå ægte eusocial adfærd, hvilket også kan ses fra evolutionshistorien, da det kun er sket ganske få gange i løbet af de sidste mange millioner år. Deres model forklarer alt, hvad kinselektion kan forklare plus alt det, den ikke kan forklare, siger de. Der er slet ikke brug for at måle genetisk slægtskab og individuel fitness. De er overflødige epicykler, som enten gør beregningerne forkerte eller mere besværlige.

Udfordringen er nu at finde ud af, hvad NTW-modellen kan forudsige eller forklare som teorien om kinselektion ikke kan forklare. Det kan blive svært, fordi eusocialitet er et så sjældent og komplekst fænomen. Men forfatterne siger, at en måling af størrelsen af bi- og hvepsekolonier, af dronningens levetid og af antallet af lagte æg kan give et fingerpeg om, hvorvidt det er slægtskab eller demografiske og miljømæssige forhold, der er vigtigere for koloniens stabilitet.

Statistisk evolutionær dynamik

For at sætte den nye konflikt om kinselektion i perspektiv, kan man måske også bruge en anden analogi fra historien end den om epicyklerne - nemlig den om forskellen mellem termodynamik og statistisk mekanik.

Da Lord Kelvin og Benoît Paul Émile Clapeyron for 160 år siden formulerede termodynamikkens love, var det ud fra et fænomenologisk perspektiv, dvs. ud fra en betragtning udefra, hvor man kunne måle et tryk, en temperatur, et volumen og beregne forskellige varmekapaciteter af gasser og væsker. Det var derfor relativt let at formulere idealgasloven og anse den som fundamental, fordi man trygt kunne antage, at alle molekyler i gassen opfører sig 'ordentligt' dvs. idealt.

Teorien om kinselektion er ligesom idealgasligningen. Den udtrykker afhængighederne af de målelige, makroskopiske tilstandsvariable i en population af individer (såsom slægtskab og fitness). Det kan bruges til at formulere Hamiltons regel rB>C og afledte formler, som har vist sig at have enorm praktisk betydning, og det er jo godt.

Problemet er dog tofold. For det første var termodynamikken ikke særlig god til for alvor at 'forklare' fænomenerne tryk og temperatur. Dette skete først efter, at Maxwell og Boltzmann udviklede den statistiske mekanik, hvor de viste, at temperatur opstår som et bombardement af atomer og molekyler på en barriere. De termodynamiske variable blev i den optik altså beskrevet mere fundamentalt som et resultat af klassiske og kvantemekaniske partikelbevægelser. Det var nemmere at forstå end de mange empiriske formler, som kom dumpende ned fra himlen.

Det andet problem er, at ægte biologiske systemer er meget mere komplicerede end idealgasser. Der findes rigtig mange ad hoc tommelfingerregler og fænomenologiske formler på flere niveauer af den naturlige udvælgelse, f.eks. i spørgsmålet om hvorvidt den naturlige udvælgelse foregår på genetisk niveau, på celleniveau, individuelt niveau eller på gruppeniveau. Og mange biologer skændes om, hvilket niveau der er det 'rigtige'.

Men ifølge Nowak, Tarnita og Wilson er den slags diskussioner overflødige. Der findes kun ét udvælgelsesniveau, og det er hele den sociale population. I eusociale arter er det dronningens gener, som kolonien understøtter. Et passende sæt af differentialligninger, baseret på Darwins princip om mutation og naturlig udvælgelse, er alt, hvad der skal til.

I sidste ende er det Nowaks, Tarnitas og Wilsons drøm, at en evolutionær mekanisk dynamik vil kunne sætte hele den naturlige udvælgelse på solid matematisk grund, lidt ligesom den statistiske mekanik har gjort det for termodynamikken. Mange biologer vil sikkert fortsætte med at tvivle på den drøm - men det kan selvfølgelig også bare være, fordi de ikke helt kan forstå matematikken.

Emner : Evolution
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

idet evolutionsprincippet ikke har skabt os. dette ses ganske enkelt ved at noget så tilsyneladende enkelt som smerte ikke er muligt i fysiske systemer ej heller nødvendigt. så idet vi har det (qualia) er evolution endegyldigt modbevist da det er et udelukkende mekanistisk princip og det mekanistiske ikke kan røre det åndelige eller metafysiske om man vil.

det er ganske enkelt selvom ingen forstår det. en robot der skriger når man brænder dens hånd følte ingen smerte, havde ikke brug for det for at udføre funktionen og kan aldrig have det. helt uafhængig af kompleksitet.
det fysiske har ikke udtrykskraften til at manifestere qualia, helt analogt til hvordan en computersimuleret verden ikke har udtrykskraft til at blive fysisk.

  • 0
  • 0

Endelig en der tør sige den højtbesungne videnskab imod!

Alle i kloge hoveder der mener at alt andet end at vi er opstået ved tilfældigheder, se jer lige omkring, se på dine hænder med øjne der er et under. Se på alle de fantastiske ting der findes her på jorden. Og hvis de ikke kan få fordummelsens skæl fra jeres øjne så se på DNAét. Et fantastisk stykke ingeniørarbejde?

  • 0
  • 0

@Svend Gehrs, Frank Jørgensen,

Man kan så blive helt i tvivl om hvorvidt I (begge) er sarkastiske, eller om I virkelig med Ussher mener at Gud begyndte sit skaberværk ved 21-tiden, lørdag d. 22. oktober 4004 før Kristi fødsel?

  • 0
  • 0

Endelig en der tør sige den højtbesungne videnskab imod!

Alle i kloge hoveder der mener at alt andet end at vi er opstået ved tilfældigheder...

Det første man skal gøre inden man kvalificeret kan kritisere ideer er at man forstår dem.

Mens er er korrekt at du og jeg er opstået igennem generationer af tilfældigheder, så er det absolut ikke tilfældigheder, der har tilladt alle vores forfædre at overleve længe nok til at lave afkom.

  • 0
  • 0

what er ussher?
og jeg har ikke nævnt Gud. et ganske klart tegn på at du ikke har tænkt.

James Ussher (1581-1656) var ærkebiskop af Armagh og er mest kendt for sin lærde forskning. Ud fra nøje studier af Bibelen fandt han frem til at Gud havde begyndt skabelsen da natten faldt på, før søndag 23. oktober 4004 før Kristi fødsel:

http://en.wikipedia.org/wiki/Ussher_chrono...

Enhver cand.polyt. eller (som mig) cand.scient. bør kunne slynge noget om Ussher ud, hver gang han møder en bibelfundamentalist ... vi andre vil gerne gå tilbage til cirka 13,7 milliarder år før nu ...

  • 0
  • 0

Per, jeg skal gerne sende dig 13,7mia år tilbage i tiden hvis du laver et stykke elektronik der føler smerte.
tænk lidt, min tankeløse ven. din blinde tro forræder dig :)

  • 0
  • 0

Kinselektion er en misforståelse fordi evolution ikke virker på individ niveau.
Kinselektion er også en misforståelse fordi folk ved ikke hvilken fare de udsætter sig for.
Kinselektion er også en misforståelse fordi generne er rent mekaniske. De kan ikke lave en risiko vurdering.

Evolutionen virker ved at der gradvist bliver flere eksemplarer af B-gen istedet for det oprindelige A-gen. Den eusocial adfærd skyldes at et individ ikke kan klare sig så godt som et enkel individ. En enlig ulv er død, selvom den har mad nok, da den bliver ædt af en hel ulveflok. En myre, eller en arbejderbi har meget lille chance for at formere uden tuen. Så derfor kan de arbejde for at andre formere sig. I skoven så har forskelige plantearter et fælles rodnet. Da de ubeslægtede arter har en fordel ved at dele vandet i jorden. I en eng eller skovbund findes der meget samarbejde imellem planter og svampe.

  • 0
  • 0

hvad er dét. Når noget f.eks. er for varmt registrerer man en smerte. Heraf kan man foledes til at definere smerte som overskridelse af et signalniveau. Det kan også være et tryk. Et for kraftigt håndtryk.
Temperatur registreres som molekylers bevægelser, som kan registreres af elektroniske transducere.
Det var så , hvis smerte var overskridelse af en fysisk grænseværdi.

Mener du derimod, at smerte er noget, der relaterer til tankevirksomhed, så kan man faktisk registrere dette i MR-scannere, som jeg antager de kaldes. Der er kort sagt tale om en registrering af hjerneaktivitet forårsaget af tanker. Det er en stor smerte, at min hund er død, blot for at komme med et eksempel.

Svend Gehrs! Så vil vi gerne se dig producere en tidsmaskine!
På forhånd TAK!

Sikke en masse fejltagelser, det bliver muligt at rette op på! ;-D

  • 0
  • 0

smerte opstår ikke ved en fysisk tærskel, hverken halvleder, logisk, kemisk, mekanisk eller simuleret. en måde du kan forstå det på er ved at spørge hvornår er det smerte og hvornår er det nydelse. tænk ingeniørmæssigt f.eks en simpel robot. du kan ikke bruge mennesket for det forvirrer dig i kompleksitet og ukendte.

en anden måde det kan ses på er ved at spørge om en cpu så er i et smertehelvede siden den overskrider milliarder af tærskler i sekundet.
vi har med en dualitet at gøre, eller med andre ord, hvad du tror er en ting er to.

igen; en simpel robot der skriger når man brænder dens hånd, følte ingen smerte, har ikke brug for det og kan aldrig.
så simpelt er det at se at det åndelige er virkeligt men fordi konklusionen er rig på konsekvenser så vil de fleste af Jer fortrænge det. så svage er Jeres sind. dog kan I til hver en tid vælge at forstå. at have modet til at se Jer selv.
som den fiktive sherlock holmes sagde, hvis alt andet er udelukket, hvad end der er tilbage, uanset hvor usandsynligt det virker, må være sandheden.
ironisk nok kan jeg være mere sikker på dette end at solen vil stå op igen eller at den nogensinde er stået op.

  • 0
  • 0

at se dit vid kun kan benytte små bogstaver.
Du har det vist, som ham jeg mødte for adskillige år siden, der pludselig påstod han havde det ultraviolette bælte i judo.
Dine observationer finder vist sted i totalt mørke, da Solen aldrig står op, men befinder sig på sin centrale plads i universet, hvor den til sidst "æder" Jorden.
Jorden snurrer rundt relativt og nogle organismer på kloden snurrer endnu hurtigere rundt.
Det ender nok med det man kalder roterende fis i kasketten. Så kan du jo fundere på hvilken retning det foregår i.

Eos.

  • 0
  • 0

at der bliver sat spørgsmålstegn med kinselektionsteorierne. De er alt for fikserede på individet, hvordan ville flercellet liv se ud hvis man brugte deres teorier. Er en myreture et individ eller en samling af individer? Er en krop et individ eller en samling encellede individer?
Det kan koges ned til simpel biologi, succes og energi.

  • 0
  • 0

På trods af at jeg føler mig ramt af din kommentar om tankeløshed, er det lykkedes at finde på et lille spørgsmål og et lille paradox.

1: Er det her så en pige uden qualia - en robot simpelthen? http://www.alifewithoutpain.com/

2: Congenital analgesia (http://en.wikipedia.org/wiki/Congenital_in...)

Du skriver "smerte opstår ikke ved en fysisk tærskel, hverken halvleder, logisk, kemisk, mekanisk eller simuleret" og dog kan ovenstående syndrom opstå ved en mutation der forårsager en nonsense mutation i netop en spændingsstyret natriumkanal?

http://www.nature.com/nature/journal/v444/...

  • 0
  • 0

Hun er ikke en, men en heks.
Var det ikke netop en af prøverne for om en person var Heks, altså at de ikke kunne føle smerte?

Seriøst, så er Svend Gehrs's hentydning til dna'et som et fantastisk ingeniør arbejde reelt, men Svend husk på at DNA'et er opstået ved udvælgelse, derfor er det med tiden blevet som det er.

  • 0
  • 0

Det er en seriøs undren. Nu er jeg stødt på hans navn i forbindelse med debatter af flere nyheder inden for kort tid. I alle tilfælde har hans indlæg indeholdt, for debatten, kontroversielle eller provokerende udtalelser.

Det var vel også kun et spørgsmål om tid før titelfænomenet kom til Ingeniørens forum.

  • 0
  • 0