여성 노동자 꿀벌이 왜 재현 할 수 없습니까?

여성 노동자 꿀벌은 자녀보다 자매와 더 많은 DNA를 공유하기 때문에 재생산 능력을 잃었습니다.

1831 년 찰스 다윈은 hms beagle 의 갈라파고스 제도로의 전설적인 여행을 시작했습니다. 실패한 의사로서 지루한 삶을 피하기 위해. 그 여행에서 그는 인류 역사상 가장 중요한 지적 주현절 중 하나를 경험했습니다. 그는 자연 선택 이론 를 개념화하기 시작했습니다. . 또 다른 남자 인 알프레드 러셀 월리스 (Alfred Russell Wallace)는 이국적인 조류 종을 수집하면서 아마존 열대 우림에서 비슷한 주현절을 우연히 발견했습니다. 이 두 사람은 오늘날 우리가 알고있는 진화와 자연 선택의 첫 번째 기초를 마련했습니다.

그러나이 완벽한 이야기에는 하나의 작은 결함이있었습니다. 다윈은 왜 꿀벌과 같은 일부 동물에서는 한 명의 여성만이 재생산 할 수 있었지만 다른 여성은 무균 상태였습니다. 다윈은 그의 일생 에이 문제를 해결하지 못했고, 실제로는 몇 년이 더 걸렸고 마침내 만족스러운 대답에 도달하려는 수많은 용감한 시도가 필요했습니다.

여성 노동자 꿀벌은 번식 할 수 없습니다. 그들의 의무는 젊은이들을 키우고, 꽃가루를 찾고, 벌집을 유지하는 것입니다. (사진 크레딧 :Diyana Dimitrova/ Shutterstock)

생식 체력 및 짝짓기

자연 세계에서는 생식이 모두 중요합니다. 궁극적 인 목표는 가능한 한 다음 세대에 게놈을 얻는 것입니다. 이를 달성하기 위해 동물은 그들의 DNA가 우수하고 영속되어야한다는 것을 보여주기 위해 노력합니다.

다윈 피트니스

식물과 (대부분의) 동물은 현미경 또는 DNA 시퀀싱을 수행하는 사치가 없기 때문에, 다른 관찰 가능한 전략이 사용되었습니다. 화려한 색상, 정교한 춤, 큰 근육, 향수 및 큰 소리로 청각 장애가있는 포효가 있습니다. 이 모든 것은 가능한 한 많은 유전자를 다음 세대에 퍼뜨리는 큰 추구에서 이루어집니다. 이것이 진화론 생물 학자들이 다윈 피트니스 이라고 부르는 것입니다 , 상대 체력 또는 생식 체력 (이 용어는 종종 상호 교환 적으로 사용됩니다).

상대 체력은 공식적으로 유전 적 특성이 재현 될 수있는 상대적 확률로 정의됩니다. 더 간단하게, 특정 특성이 전달 될 가능성이있다. 유전자로 말하면, 유전자의 대립 유전자가 미래 세대에서 발현 될 확률이다. 가장 근본적인 수준에서 자연 선택은 유전자가 성공적으로 살아남아 번성 할 수있는 과정으로 생각할 수 있습니다.

포괄적 인 피트니스 이론

가장 많은 수의 유전자를 모집단에 분배하는 것은 두 가지 방법 중 하나로 수행 할 수 있습니다. 개별적으로 많은 자손을 가짐으로써 또는 이타 적으로 DNA의 일부를 공유 할 가능성을 높이면 많은 자손이있을 수 있습니다. 다시 말해, 자신의 체력을 높이거나 친척의 체력을 높일 수 있습니다. 이것을 포용 적 체력 이론이라고합니다.

더 설명하기 위해 J.B.S.의 비유를 사용하겠습니다. 유명한 유전 학자이자 생화학자인 Haldane. 이야기는 Haldane이 한때 생각에 충격을 받았을 때 술집에서 그의 대학원생과 함께 앉아있었습니다. Haldane은 몇 가지 빠른 계산을 수행했으며, 그의 형제 중 한두 명만이 강에서 익사한다면, 그는 그들을 구원하기 위해 귀찮게하지 않을 것이라고 말했습니다. 이 이야기는 사실이거나 그렇지 않을 수도 있고 다양한 버전의 이야기가 존재하지만 핵심 개념을 보여줍니다.

DNA의 100% (1.0)를 자신과 공유합니다. 재생산하면 각 자손은 해당 DNA의 50% (0.5)를 얻게됩니다. 자손이 많을수록 유전자 풀에 들어가는 DNA의 비율이 높아집니다. 형제 자매와 함께, 당신은 당신의 DNA의 50% (0.5)와 25% (0.25)를 조카 나 조카와 공유합니다. 그러므로 한 형제 또는 2 개의 조카를 돌보는 것은 자신의 자녀 중 하나를 돌보는 것과 표면적으로 동일합니다!

따라서 1 형제 (0.5 × 1 =0.5) 또는 3 개의 조카/조카 (0.25 × 3 =0.75)를 절약하는 것은 1.0 미만이므로 자신의 생명을 희생하면 저장하면 게놈의 일부를 잃게됩니다. 그러나 3 명의 형제 자매가 익사한다면 DNA를 자손에게 전파 할 가능성이 높기 때문에 저축 할 가치가 있습니다 (0.5 × 3 =1.50). 비슷한 계산은 5 개의 조카/조카에 대해 동일한 결론에 도달 할 것입니다 (계속해서 직접 해결하십시오)

Haldane의 비유의 표현.

Haldane은 현재 소멸 된 잡지에 발표 된 기사 에서이 효과에 대해 무언가를 말했습니다. 1953 년.

비록 이것이 사회 곤충의 독특한 재생산을 둘러싼 미스터리의 조명 부분이지만, 여성 노동자 꿀벌이 왜 멸종되었는지에 대한 완전하고 완전히 만족스러운 과학적 대답을 제공하지 않았다. 적어도 W.D. Hamilton이 현장에 들어올 때까지는 명확하지 않았습니다.

W.D. Hamilton은 진화 생물학에서 가장 중요한 발전 중 하나를 만든 영국의 진화 생물 학자이자 유전 학자였습니다. 1964 년 해밀턴은“사회적 행동의 유전 적 진화”라는 제목의 말이 있고 상대적으로 수학적 인 논문 (적어도 당시의 진화 생물학)을 출판했다. 이 논문은 웅변이 부족 했음에도 불구하고 다윈의 수수께끼를 수학적이고 우아하게 해결했습니다.

솔루션 :Hamilton 's Rule

해밀턴의 규칙.

위의 그림은 해밀턴의 규칙과 수학 공식을 단순화 된 형태로 보여줍니다.

해밀턴의 규칙은 단순히 b, 인 경우 특정 사회적 행동이 선호 될 것이라고 간단히 말합니다. 수령인 (생식 체력 측면에서)의 이점은 c 보다 큽니다. , 기증자가 태어난 비용 (생식 체력 측면에서). 수학적으로 이것은 rb 로 표현 될 수 있습니다> c, 여기서 r 공여자의 유전자와 수용자의 유전자 사이의 통계적 관계를 측정하는 관련 계수입니다.

해밀턴의 규칙은 사회 곤충과 멸균 노동자 꿀벌에 대해 어떻게 알려 주나요?

해밀턴의 규칙이 노동자 꿀벌 멸균을 어떻게 설명하는지 설명하기 전에, 우리는 꿀벌 재생산과 남성과 여성 게임 사이의 유전 물질 분포를 간단히 살펴 봐야합니다.

인간에게는 유전 물질의 단순한 절반, 암컷의 23 개의 염색체 및 수컷의 23 개의 염색체가 있습니다. 꿀벌의 경우에는 haplodiploid 이기 때문에 그렇지 않습니다. 생물, 암컷은 2N 염색체를 가지고 있지만 수컷은 N (반) 염색체 만 가지고 있음을 의미합니다. 이것은 모든 자손이 서로와 부모와 관련이있는 관련성을 바꿉니다.

꿀벌의 haplodiploidy.

딸들은 r 의 어머니와 만 관련이 있습니다 =½, 그러나 남성은 전체 게놈을 자손에게 기여하기 때문에 딸들은 아버지와 관련이 있습니다. =1. 그러므로 형제 자매가 서로 관련되는 방식은 다음과 같이 표현 될 수 있습니다. r =1+1/2 =3/4.

여성 노동자들은 r 의 자손과 관련이 있기 때문에 =½, 자손을 양육하고 여왕의 생식 체력을 높이는 이점은 비용보다 큽니다. 한 여성 노동자는 실제로 유전자 풀에 자신의 게놈을 더 잘 세우는 데 도움을주고 있습니다. 그녀는 자손보다 형제와 더 많은 DNA를 공유합니다.

해밀턴의 규칙은 진화 생물학의 복잡성에 너무 단순 해 보이지만 일부 뉘앙스 중 일부는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 해밀턴의 통치가 더 복잡한 상황과 동물 사회 (반도단 곤충 곤충을 제외하고)에 적용되는 아이디어는 복잡하며 사회적 진화 연구에서 그 유용성에 대한 많은 논쟁이 남아 있습니다.

또한 과학자들이 멸균 꿀벌의 진화 (및 다른 사회적 곤충)의 분자 작업을 조사함에 따라 퍼즐에 더 많은 누락 된 조각이있을 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 이것은 수학적 근거에있는 해밀턴의 규칙의 중요성을 감소시키지 않아 진화 과학 내에서 미래의 연구를위한 틀이 될 수 있습니다.

생체 모방이란 무엇입니까? 다른 유형은 무엇입니까?

고통의 진화 :생명체는 언제 고통을 느끼기 시작 했습니까?