진화는 기회주의의 사례로 흩어져있다. 바이러스에 감염된 숙주는 유전자 물질에 대한 새로운 용도를 발견했다. 대사 효소는 어떻게 든 눈 렌즈를 통해 광선을 굴절시켰다. 포유류는 두개골 뼈 사이의 봉합사를 활용하여 어린이가 출생 운하를 통과하는 데 도움을주었습니다. 그리고 시그니처의 예에서, 깃털은 현대 새들의 조상들이 하늘로 가져 가기 전에 화석에 나타났습니다.
이와 같은 경우, 올바른 상황이 발생했을 때 새로운 용도를 위해 기존 특성을 공동으로 선택하여 진화가 이루어졌습니다. 이 사례는 특성의 현재 사용이 항상 그 기원을 설명하는 것은 아니라는 교훈을 제공합니다.
1982 년 Stephen Jay Gould와 Elisabeth VRBA는이 현상에 이름을 썼습니다 :Exaptation. 그들이 설명했듯이, Exaptation은보다 친숙한 적응 개념에 대응합니다. Exaptations는 새로운 용도로 입대 된 특성이지만, 적응은 현재 기능에 대한 자연 선택에 의해 형성되었습니다.
.토지 거주 동물의 사지에서 뼈의 순서와 배열은 땅을 걷는 데 대한 사지입니다.이 사지는 원래 물을 탐색하기 위해 진화했기 때문입니다. 대조적으로, 뼈의 모양과 근육에 대한 변화는 적응입니다. Gould와 Vrba는 썼습니다.
이 개념은 역사적 진화의 역사적 맥락에서 퇴치의 힘과 적응의 세력을 구별하기가 너무 어려웠 기 때문에 처음 일어난 이후 논란의 여지가있다. 최근까지, 특성의 협력에 대한 증거는 깃털의 진화와 같은 사례 연구로 제한되었습니다. 그러나 형태 학적, 행동 적, 그리고 점점 더 분자 영역의 사례는 일부 생물 학자 들이이 현상이 일반적으로 인정되는 것보다 진화에서 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있다고 의심하게 만들었습니다.
.Nature in Nature 연구는 잠재적 인 종료를 포괄적으로 식별하려는 첫 번째 시도를 제공합니다. 신진 대사에 중점을 둔이 연구의 결과는 일화적인 사례를 보완하고 적어도이 시스템 내에서 Exaptation의 기여를 정량화하기위한 초기 단계를 수행한다고 연구원들은 작업에 관여하지 않았다고 말했다.
.과학자들은 계산 모델링을 사용하여 한 종류의 연료를 사용하도록 조정 된 무작위 대사 시스템을 만들었습니다. 이는 종종 이전에 소비 한 적이없는 다른 연료를 사용할 수있는 잠재력이 있음을 보여주었습니다. 따라서, 일반적인 식품 공급원을 박탈당한 가상의 유기체는 완전히 완전히 새로운 연료로 잘 관리 할 수 있습니다. 이 시나리오에서는 연료를 전환 할 수있는 용량이 예기를 일으 킵니다.
시카고 대학교 (University of Oregon)의 분자 진화 생물 학자 와이 연구에 참여하지 않은 오레곤 대학교 (University of Oregon)의 조손 턴 (Joe Thornton)은“생물학적으로 중요한 과정의 진화에서 퇴치가 매우 중요하다는 것이 점점 더 분명해지고 있다고 생각한다. "Gould와 VRBA가 가리키고있는 이러한 과정의 실제 중요성을 나타내는 증거가 점점 커지고 있습니다."
.숨겨진 잠재력 추구
퇴치를 식별하려면 역사를 되돌아 보면 대부분의 생물학적 특성으로는 쉽지 않습니다. 취리히 대학교의 Andreas Wagner와 Aditya Barve는 진화를 시뮬레이션하고 결과를 테스트 함으로써이 문제를 회피했습니다. 그들은 대사에 중점을두고, 반응 네트워크의 계산 표현을 사용하여 유기체가 음식을 분해하고 생존과 성장에 필요한 분자를 생산하는 데 사용하는 반응 네트워크의 계산 표현을 사용했습니다.
.그들은 알리고 싶었습니다. 네트워크가 포도당과 같은 특정 탄소 공급원을 사용하도록 조정 된 경우 아데노신이나 아세테이트와 같은 다른 탄소원을 사용할 수 있습니까?
이 범위에 대한 연구는 실제 유기체를 사용하여 가능하지 않기 때문에 Barve와 Wagner는 박테리아 대장균이 사용하는 1,397- 반응 네트워크 모델로 시작했습니다. 이 출발점에서, 그들은 대장균 네트워크에서 반응을 교환하고 알려진 대사 반응 풀에서 무작위로 선택된 반응으로 대체함으로써 네트워크를 발전 시키려고 노력했다. (과학은 본질적으로 모든 대사 반응을 기록하지는 않았지만, 신진 대사는 상대적으로 잘 이해되고 다른 시스템보다 작업하기가 더 쉽고 보편적입니다.)
.그들은이 스왑에 대한 하나의 요구 사항을 설정합니다. 네트워크는 포도당을 사용할 수 있어야합니다. 이 요구 사항은 자연 선택의 스탠드 인 역할을했으며 기능 장애 스왑을 필터링했습니다.
Barve와 Wagner는 500 개의 새로운 대사 네트워크를 생산했으며 각각 5,000 개의 스왑 결과입니다. 그런 다음 각각을 평가하여 포도당 외에 49 개의 다른 탄소 공급원을 대사 할 수 있는지 물었습니다. 네트워크의 96 %가 여러 탄소 공급원을 사용할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 평균 네트워크는 거의 5 개를 사용할 수 있습니다. 다시 말해, 하나의 적응 (포도당에 대한 생존력)은 다중 잠재적 인 aptations를 동반했습니다.
결과는 포도당 구동 네트워크에만 국한되지 않았습니다. Wagner와 Barve는 실험을 반복하여 다른 49 개의 탄소 공급원 분자를 사용하는 능력을 선택했으며, 무작위로 생성 된 네트워크의 대부분이 여러 탄소원에서 기능 할 수 있음을 발견했습니다.
또한 탄소 공급원 간의 소위 대사성 근접성으로 이러한 유연성을 쉽게 설명 할 수 없다는 것을 발견했습니다. 다시 말해서, 포도당을 사용할 수있는 네트워크는 포도당으로 쉽게 만들 수있는 분자를 사용할 수 있도록 확실하게 소인되지 않았다. 바그너는“이것이 퇴치 발생에 대한 유일한 설명이라면 흥미롭지 않을 것이다. "생화학의 작동 방식에 필요한 결과가 될 것입니다."
대신, 네트워크의 복잡성은 유연성을 결정하는 것으로 나타났습니다. 네트워크의 반응이 많을수록 퇴치 가능성이 커집니다. 바그너는“유기체가하는 많은 일들이 실제로 훨씬 간단한 방식으로 설계 될 수있다”고 말했다. "이 결과는 이러한 복잡성이 중요한 부산물, 즉 잠재적으로 유익한 특성을 가질 수 있음을 시사합니다."
.Barve와 Wagner의 작업은 분자 수준에서 캡처의 예를 점점 더 많이 추가합니다. 예를 들어, 손튼은 잠금과 열쇠처럼 함께 맞는 호르몬과 수용체의 진화를 연구했습니다. 올바른 상황에서 그는 새로운 호르몬 수용체 시스템을 일으키기 위해 파트너십의 절반이 협력 할 수 있다고 밝혔다.
31 년 전, Gould와 VRBA는 바이러스에서 유래 한 트랜스 포손으로 알려진 반복적 인 DNA 서열이 처음에는 직접적인 기능을 수행 할 수 없지만 나중에 큰 이점을 사용하는 데 사용될 수 있다고 제안했다. 그 이후로 연구에 따르면 트랜스 포손은 임신의 진화에 중요한 역할을했습니다. Yale University의 진화 생물 학자 인 Andreas Wagner의 전 박사 과정 고문 인 Günter Wagner는“바이러스에서 왔지만 그들이 지어지지 않은 것에 활용 될 수 있습니다. 둘은 관련이 없습니다.
균형 이동
신진 대사 연구에 따르면 새로운 특성의 건강한 부분이 출발으로 시작됩니다. 실제로, 비율은 그렇게 크게 왜곡됩니다. 포도당의 생존력 인 하나의 특성으로 선택된 네트워크는 평균적으로 거의 5 개의 비 적응성 특성을 가졌다. Barve와 Wagner는 이것이 유익한 특성의 기원에 대한 가정을 다시 생각해야한다고 주장합니다.
바그너는 시나리오를 제공함으로써 설명했다. 미생물학자가 새로운 박테리아를 분리하고 박테리아가 상당히 일반적인 탄소원에서 생존 할 수 있다고 생각한다. 바그너는“이 미생물 학자는 반사적으로 박테리아가 탄소 공급원에서 생존 할 수 있다고 말할 것이다. 왜냐하면 그것은 적응이기 때문이다. “그러나 우리의 관찰에 따르면 그것이 반드시 사실은 아닙니다. 어쩌면 이것은 부산물 특성 중 하나 일뿐입니다.”
Wagner는“일반적으로 우리가 찾은 것이 일반적으로 보유하고 있다면 적응이 아닌 특성과 적응하는 특성을 구별하기가 매우 어려워 질 것입니다.”라고 Wagner는 말했습니다.
이 연구 이전에도, 두 가지 개념, 즉 적응 대 예정 (다른 목적을 위해 적응하지 않은 특성 또는 특성으로 인한)은 분리하기가 어려웠습니다. Gould와 VRBA에는 하나가 다른 사람으로 이어질 수 있고 복잡한 기능이 모두 포함되어 있음을 인정했습니다.
그러나 다른 사람들은 적응을 Exaptation과 구별하는 것이 불가능하다고 말하고 Gould 및 VRBA의 Exaptation 중복 정의를 렌더링하는 것은 불가능하다고 말합니다. Durham University의 진화 생물학자인 Greger Larson은“현재 사용되는 것을 위해 설계된 것은 없었습니다. 그와 그의 동료들은 진화 생물학 문헌의 적응에 비해 exaptation의 사용 감소를 식별하고 명확한 구별이 부족한 경향을 비난한다. 그들은 용어를 재정의 할 것을 제안합니다.
과거의 선택 압력의 어리 석음은 어떤 특성이라도 진정으로 적응력이 있다고 말하기가 어렵습니다. 조류와 박쥐의 날개는 팔의 appeaptations라고 할 수 있습니다. 그러나“당신은 역사적 사건에 대해 이야기하고 있기 때문에 그에 따른 구조적 변화는 적응이라고 불릴 수 없습니다. VRBA와 함께 공부 한 미국 자연사 박물관의 척추 동물 고생물학자인 Mark Norell은 말했습니다.
그러나, 캡처와 적응이 실제로는 뚜렷하고 의미있는 현상이지만, 차이는 미묘 할 수 있지만 일부는 뚜렷하고 의미있는 현상입니다. Thornton은 이메일로 썼다.“실제로 모든 것이 이전 형식의 수정입니다. "하지만 그게 요점이 아닙니다." 그와 다른 사람들은 결정적인 요인은 자연 선택의 행동입니다.
Thornton은 두 가지 예를 제시했습니다. 새로운 돌연변이가 환경에 존재하는 살충제를 해독 할 수있는 새로운 돌연변이가 있으면 해독 활성은 적응입니다. 즉, 자연 선택의 결과로 나타났습니다. 반면에, 한 과정을 조절하는 호르몬이 두 번째 과정을 조절하기 위해 한 번 조절 된 경우, 두 번째 과정을 조절하기 위해 자연 선택에 의해 발전하지 않았기 때문에 이는 예를 들어 보입니다.
.Barve와 Wagner의 이론적 접근의 강점은 역사적 맥락 이외의 상황에서 벗어날 가능성을 확실히 보여줄 수 있다는 것이었다. 대사 네트워크를 무작위로 조립함으로써 그들은 실제 미생물에 수반되는 진화 수하물을 회피 할 수있었습니다. 그러나 진화에서의 exaptation의 역할을 진정으로 평가하려면 살아있는 유기체에서 결과를 검증해야합니다. 그것이 그들이 다음에하고 싶은 일이지만, 정확히 어떻게 볼 수 있는지에 대한 것입니다. 바그너는“우리는 여전히 그것을 알아 내려고 노력하고있다. "정말 어려운 문제입니다."
