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为什么我们要死了?

死亡率的问题可以通过这些计算来回答。

流行病有一种令人奇迹关于死亡的方式。明白地说,在原始形式中,它首先从我们的心中升起:......由Aaron Hirsh

E.Pidemics有一种令人奇迹的方法。要简单地放置它,在原始形式中,它需要从我们的心中升起:为什么?为什么在地球上必须这样做?

瘟疫阿尔伯特卡姆斯”小说在阿尔及利亚城市耙疾病,父亲Paneloux,一个忠实的耶稣会士,步骤讲坛,并提供他的解释。“这张同样的瘟疫是杀死你,”Paneloux说,“为你的好处工作并指出你的道路。”在另一个讲道,Paneloux进一步进一步:“孩子的痛苦是我们的苦味,但没有这种面包,我们的灵魂会从它的精神饥饿中灭亡。”

一个年轻的查理达尔文,也想知道这个问题,一段时间,他认为也许他已经找到了一个答案。事实上,他的论点有一个共同与Paneloux讲道东西:死亡和痛苦是不可避免链接到一个更高的不错,虽然达尔文的良好来自Paneloux的不同。耶稣会在哪里放置精神方向和营养,达尔文插入了奇妙的生物的演变。最后一段论物种起源包括这个非凡的句子:“因此,从自然之战中,从饥荒和死亡中,我们能够怀孕的最崇高的物体,即高等动物的生产直接遵循。”

编号我们的谱系:基因组分析可以,相当令人惊讶地,给我们沿着黑猩猩 - 人类祖先的血统对人类的血统来估计。 伟大的照片 - Ben Heine / Shutterstock

抛开浩瀚的精神问题,达尔文完全正确的狭义意义:嵌入到自然选择的进化理论中是生活是死亡的思想。我的意思是这不是诗意或感情的感觉,我们在地球上为我们在地球上支付的价格是我们最终出发的悲伤。我的意思是,在更加平淡的和明确的感觉中,我们观察到的属性和欣赏生物的属性 - 精确适应性适应环境,施工复杂性,令人惊讶和多样化的能力 - 都是由需要一定的过程建造的死亡数量。

一个人甚至可以在合理的假设下计算,只是死亡。当他制定他的Theodicy时,达尔文没有意识到是什么,这是对我们有利的计算。


一世在生死问题上,我们应该是精确的,所以考虑一个简单的例子,那种理论理论家会称之为玩具模型。想象一个由100000个人组成的物种,生活在伊甸园中,与他们的资源保持着公平的平衡。每一个人都只能产生一个后代,在群体中取代他或她自己。可爱。但是如果这个物种要进化,这个伊甸园会变成什么样子呢?

比如说,一个人生来就有一个有益的基因突变——她的遗传物质,她的DNA发生了变化,这使她比所有同龄人都能更好地适应。她可以更好地隐藏或更快地搜寻;更有效地狩猎或更有力地战斗——无论突变是什么,都会给她一条腿。

将黑猩猩人的祖先转化为同性恋者,将黑猩猩 - 人的祖先转化为同性恋者?

为了使这种新突变的频率从十万分之一上升到十万分之二,携带这种突变的个体必须产生不是一个而是两个后代。但我们已经说过,由于资源有限,人口稳定在100000人。因此,对于一个携带新突变的额外个体进入种群,一个没有携带新突变的额外个体必须死亡,可以说,这为改进创造了空间。更一般地说,有益突变的患病率每增加一次,就需要额外死亡一人。要使新的突变在我们100000人中增加1%,就必须额外发生1000例死亡。让新的突变被整个人群所共享去固定作为进化生物学家将把它置于100,000岁的额外死亡。因此,进化会费以死亡的货币支付。

我们应该增加一些细微差别。有益突变的频率每增加一次,从技术上讲,这并不意味着死亡,而只是一个人无法生存和繁殖。也许有人就是不能得到她分配的后代。关键是父母的遗传血统必须终结。但在自然界中,这通常意味着未来父母或后代的死亡。一个合理的速记法就是死亡。

当我们为我们的玩具模型添加更多的生物现实主义时,情况看起来更加小。你可能会记得,几乎所有的动物都是二倍体,这意味着他们携带两种基因组副本。许多新的突变只是半导体 - 也就是说,它们在主持人的基因组中与其他副本妥协时确定主持人的外观或行为的方式。伟大的人口遗传学家J.B.S.霍尔丹写下了一个简单的数学模型来估算有多少额外的死亡人数将需要通过二倍体有机体的整个人口的新的有益突变蔓延。刚刚使用我们的玩具型号,我们推出了额外的死亡人数,传播整个进化变化的历史,将大约等于任何一代人的人口规模(100,000)。在具有半导体突变的二倍体模型中,卤化物发现,这些数量更像是任何一代人口大小的30倍。

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W.我被称为“额外”死亡的帽子也可能被称为“有用的”死亡,因为它们是导致有益突变的患病率的死亡;从进化的角度来看,死亡人数不是什么都不是无所事事。

而不是我们的想象和理想化的10万人,让我们考虑一个真实的例子。最近的黑猩猩和人类的常见祖先是一个猿,一个猿在所有四个上移动,有一个像现代黑猩猩一样的骷髅,也许最重要的是,有一个黑客大小的大脑,而不是我们的膨胀Sapiens.脑。为了非常近似的近似,所有进化变化都将我们的黑猩猩 - 人祖先转变为现代人类的遗传突变,频率在原群中增加了频率。因此,将黑猩猩人的祖先变成了多少有用死亡智人还是

我们不知道当黑猩猩的人类祖先进化成现代人类时,自然选择究竟支持了多少突变智人。但是对于此论点的目的,我们真的不需要确切的数字,只是合理的,数量级估计,这也许在覆盖范围内。基于最近的人和黑猩猩基因组的公布分析,我做了一个包络的​​计算,以估计血统中的肯定选择的突变数量,从黑猩猩 - 人类祖先带给人类。我提出了100,000。(如果您感兴趣,则表示信封,可以在下面读取。)

我们希望尽力估计(非常粗略地),从黑猩猩 - 人类祖先向人类领导的血统上有多少个正面选择的突变。

蛋白质编码基因中有大约30,000个非同义取代在烟草和人类之间的蛋白质编码基因。4.对于蛋白质编码区,广泛循环的估计是通过阳性选择来固定人和厚度的10至20%的氨基酸差异。1这种估计本身依赖于大量的巨大假设,但它与蛋白质样本的其他一些研究一致,并且可能是合理的。

因此,这是(30,000个非同义替换)*(0.15肯定选择)*(沿着沿着人类而不是黑猩猩的0.5)= 2,250个阳性选择的突变被驱动到固定。

功能性调节区域似乎组成至少7%的基因组。11.它们比蛋白质编码基因更快地发展,并且正选择的变化的分数可能更高。这证据是,监管区中的序列营业事件(定义为净化或净化选择)的速率是每种中性替代的2.5个营业额事件,而编码区中的每个中性替换是0.23次失误事件。11.这似乎表明调控区在进化过程中非常活跃,因此我们可以预期阳性选择突变的比例明显高于编码区。这也与模式生物和人类中特定调节区域的研究一致。4,5,7,9-11这显然是对我们计算的最大猜测,而是在与人口遗传学家的对话中,我听到了在功能调节区域内选择性驱动的差异的估计,其范围为中性率的十分之一到中性率。(这个想法不是那种功能监管区域是中立的,但它们受到某些网站上的选择和其他网站上的阳性选择,这将在一起对接近中立率的东西进行平衡。)如果我们认为速率是第十一个我们有中性的分歧率:

(32亿碱基对)*(基因组的0.07功能调节分数)*(0.001阳性选择突变,为中性率的十分之一)*(人类谱系的0.5)=112000。

这里有趣的含义是蛋白质编码序列中的取代是与蛋白质编码序列之外的进化中的进化变化的一部分非常小的部分,其在功能性调节序列中。

将哈尔丹30乘以100,000个阳性选择的突变6.人口大小为50,0003.每次替代12,每次替换为150亿个有用的死亡。如果大多数进化是由于站立变化而不是新突变的选择,你可以在一半(非常大致,当然)削减这个数字。

几代人数为700万年8.每代20年,8.等于350,000。黑猩猩 - 人类祖先领导的血统中死亡人数总数为5万次,等于175亿美元。

所有这些数字都是悖谬粗糙,但你看到一般点。除非我们思考性别的影响,否则我们的血统历史上没有足够的死亡,以实现我们观察到的进化变革。添加性行为,这种困难得到解决。


参考

1.博伊科,A.R。,等等。评估氨基酸突变在人类基因组中的进化影响。Plos Genetics.4.,e1000083(2008年)。

2.Castillo Davis,C.I.非编码DNA的进化:多少垃圾,多少功能?遗传趋势21., 533-536 (2005).

3.陈,F.C.&li,w.h.人类与其他同源物之间的基因组分歧以及人类和黑猩猩共同祖先的有效人口规模。美国人遗传学杂志68.,444-456(2001)。

4.黑猩猩测序和分析联盟。黑猩猩基因组的初始序列和人类基因组的比较。自然437.,69-87(2005)。

5.恩德,D.,Messer,P.W.,&Petrov,D.A。人类演化中阳性选择的基因组信号。基因组研究24.,885-895(2014)。

6.霍尔丹,J.B.S.《自然选择的成本》。遗传学杂志55.,512-524(1957)。

7. Kohn,M.H.年轻的初级调节器区域的快速序列分歧率黑腹果蝇重复基因对。遗传学和分子生物学31., 575-584 (2008).

8. Langergraber,K.E.,等等。野生黑猩猩和大猩猩的生成时间表明了大猿和人类演变的早期分歧时间。美国国家科学院院刊109.,15716-15721(2012)。

9Loehlin,D.W.,Ames,J.R.,Vaccaro,K.和Carroll,S.B.非编码调节突变在酶活性进化中的主要作用。美国国家科学院院刊116.,12383-12389(2019年)。

10. Peyrecne,S.,Boyle,M.J.,Dannemann,M.,&Prüfer,K.使用扩展谱系排序检测人类的古代积极选择。基因组研究27.,1563-1572(2017年)。

11.兰特,下午茶,牧草主,S.,Ponting,C.P.,&Lunter,G.8.2%的人类基因组受到限制:人类谱系中功能元素类的营业额的变化。Plos Genetics.10.,E1004525(2014)。

12. Tenesa,A。等等。根据连锁不平衡估计的最近人类有效种群规模。基因组研究17., 520-526 (2007).

基因组分析也可以(相当令人惊讶地)向我们估计沿着血管人群的人口大小从黑猩猩 - 人类祖先对人类的估计。显然,这个数字在数百万年的过程中改变了很多,这是黑猩猩 - 人类的祖先引起的智人。有膨胀人口和严重的瓶颈。合理的中间地面约为50,000。

回想一下,在哈尔丹对我们的玩具模型的改进中,从单一的副本推动新的突变,最终固定在一代人口中的个人中有30次“额外”或“有用”死亡所需的30倍。因此,这意味着将黑猩猩 - 人类祖先转化为真正的有用死亡人数最小智人将是100,000(这是所选突变的数量)时间50,000(这是人口大小)时间30(Haldane的因素)。这给了我们150亿个有用死亡的答案。

达尔文没有意识到的是,性感强烈地提示了我们的青睐。

嗯。这是一个非常大的数字。从黑猩猩 - 人类祖先到现代人类的血统,有多少死亡,有用或不用,有用,有用,有用。根据我们对人口规模的估计(我们刚刚使用的),平均发电时间(我们可以做出非常好的猜测),以及自烟草和人类分裂以来的总时间(来自考古和遗传学的数字),我们可以做另一个简单的计算来估计死亡总数。我刚刚把它搞清楚了,它来自...... 175亿。

哎呀。自然选择需要从其祖先进化人类的有用或额外死亡人数如何大于所发生的死亡总数?好吧,它不能。那么解释是什么?

在很大程度上,这是性的。说某人有一个有益的突变。并说某个女人拥有她自己的一个,只有它不同:它赋予了不同的优势,它位于基因组中的其他地方。并说,最后,这个男人和这个女人聚在一起,有孩子。其中一个孩子可能会得到任何有益的突变,而另一个孩子可能既不觉得。当双重幸运的孩子幸存和再现时,虽然双重不幸的孩子没有,但单一的死亡变得双重有用:它有助于同时上升两个有益突变的频率。

您可以对有两个突变,三等的父母重复参数。感谢性,单一死可以推动许多有益的突变,以达到最终的固定。因此,我们可以得出结论,虽然生命的价格是死亡,但性别提高了汇率。


L.生活中的ater达尔文似乎放弃了任何概念,即自然选择理论可能会赎回死亡和痛苦,从而捍卫一个仁慈的上帝。事实上,疫情似乎在转移他的观点方面发挥了关键作用。是什么打乱了他的信仰,因为所有人都在看着他心爱的小女孩安妮遭受猩红热和肺结核。之后,达尔文的观点似乎与Paneloux父亲的观点少于他们与那些与Rieux,Camus''Chreac叙述者博士的观点相同,他不知疲倦地停止瘟疫。Rieux强烈拒绝Paneloux的讲道。他争辩,祸害是一个祸害,并且没有诉讼。

然而,虽然达尔文可能在创造美丽的生活中没有找到死亡的最终辩护,但他将继续在这种美丽中找到深刻的喜悦。在性选择中,他发现了生活的起源最奢侈的展示。他在下降中归因于这种过程的重要性智人来自原始人类的祖先。但据我所知,他从未意识到霍尔丹和基因组学在这里帮助我们看到了什么,性可以大大减少某种程度的进化所需的代价。


亚伦·赫什是一位作家和生物学家,对教育、进化和环境有着浓厚的兴趣。他的第一本书,告诉我们前往海的路赢得了自然历史写作的全国户外书籍奖,是威廉·萨洛安国际奖的决赛。他现在正在致力于一本关于我们星球的历史和命运的书。Aaron目前也是生态项目国际董事会主席。

主要图片:gopixa/Shutterstock

本文最初标题为“生命的价格是死亡,但性别提高了汇率”,“和首次出现在2020年7月20日的“爱与性”问题中。

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