Complexiteit en natuurlijke selectie

Naarmate de tijd verstrijkt komen er steeds complexere levensvormen voor. Ongetwijfeld zal er ooit wel eens een neergaande lijn zijn geweest. Hoe is die toename te verklaren?
Plaats reactie
Kees
Berichten: 32
Lid geworden op: 19-07-2010 21:27

Bericht door Kees » 27-08-2010 15:08

Complexiteit zit niet alleen in de cel maar ook in de wijze waarop miljarden cellen gegroepeerd zijn tot één organisme en de wijze waarop die cellen met elkaar interacteren. In het kader van de evolutietheorie beschouw ik dat als een interessantere vorm van complexiteit dan die van één enkele cel. De eerste exemplaren daarvan zullen ongetwijfeld complex geweest zijn, maar het ontstaan ervan wordt afgedekt door de abiogenese.

@Carel

Ik ben Terrence artikel aan het lezen en kom dit tegen:
It must be emphasized, however, that the cost identified here need not preclude the evolution of more complex forms. The point is merely that organismal complexity is attended by costs of calculable magnitude. But there may well be other, and perhaps more than compensatory, ecological advantages to complexity (e.g., the ability to invade specialized niches) that are not reflected in such population genetic calculations. Strictly speaking, we cannot even conclude that complex organisms pay an inevitable cost in terms of adaptive substitution rate. We can only conclude that, when using mutations of the same size, complex organisms adapt more slowly than simple ones, as different organisms could obviously produce different spectra of mutations (Appendix 2). It should also be understood that we are not concerned with the cost of producing a more complex organism; these calculations instead tally the evolutionary cost paid by an existing complex organism in its attempt to adaptively track a changing environment.
Volgens mij blijkt niet uit het artikel dat complexe organismen kwetsbaarder zijn. Er wordt betoogd dat een complex organisme kwetsbaar is voor mutaties en dus een prijs betaalt in termen van het vermogen om als soort te veranderen. Volgens mij levert complexiteit namelijk wel het vermogen op om invloeden van buitenaf beter te weerstaan of het vermogen om andere niches te bezetten.

Terrence
Berichten: 88
Lid geworden op: 06-08-2010 19:35

Bericht door Terrence » 27-08-2010 16:19

WVZ schreef: Het verder ontwikkelen van eencellige naar meercellige organismen, dus verdere toename in complexiteit, is lastiger evolutionair te verklaren. Maar daarover later meer.
Het grappige is wel dat veel genen die verantwoordelijk zijn voor meercelligheid van dieren ook aangetroffen werden in de naaste verwanten van de dieren (de Choanoflagellaten):
A critical step in the transition to multicellularity was the evolution of mechanisms for stable cell adhesion. M. brevicollis encodes a diverse array of cell adhesion and extracellular matrix (ECM) protein domains previously thought to be restricted to metazoans (Fig. 3).
Uit: King, N. et al. (2008). The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origin of metazoans. Nature, 451, 783-788.
http://www.nature.com/nature/journal/v4 ... 06617.html

En de eerste stap in meercelligheid in planten (en daarna ook in dieren) werd misschien veroorzaakt door predatie:
Abstract:

Predation was a powerful selective force promoting increased morphological complexity in a unicellular prey held in constant environmental conditions. The green alga, Chlorella vulgaris, is a well-studied eukaryote, which has retained its normal unicellular form in cultures in our laboratories for thousands of generations. For the experiments reported here, steady-state unicellular C. vulgaris continuous cultures were inoculated with the predator Ochromonas vallescia, a phagotrophic flagellated protist (‘flagellate’). Within less than 100 generations of the prey, a multicellular Chlorella growth form became dominant in the culture (subsequently repeated in other cultures). The prey Chlorella first formed globose clusters of tens to hundreds of cells. After about 10–20 generations in the presence of the phagotroph, eight-celled colonies predominated. These colonies retained the eight-celled form indefinitely in continuous culture and when plated onto agar. These self-replicating, stable colonies were virtually immune to predation by the flagellate, but small enough that each Chlorella cell was exposed directly to the nutrient medium.
Uit: Boraas, M. E. et al. (1998). Phagotrophy by a flagellate selects for colonial prey: A possible origin of multicellularity. EVOLUTIONARY ECOLOGY, volume 12, Number 2, 153-164.
Link: http://www.springerlink.com/content/q239365007h43465/

Ik heb dit artikel op papier gekregen van een vriend (ik heb zelf geen speciale toegang tot artikelen waar voor betaald moet worden helaas).

Een aantal algen werd meercellig (of een voorstadium van meercelligheid). Ze namen dus een niche in die nog niet eerder was gevuld. Zo kwamen er ook niches open voor organismen die meercellige planten op konden eten dus zaten de dieren en schimmels op de hielen van de planten om ook complexer te worden in organisatie.
Kees schreef:Complexiteit zit niet alleen in de cel maar ook in de wijze waarop miljarden cellen gegroepeerd zijn tot één organisme en de wijze waarop die cellen met elkaar interacteren. In het kader van de evolutietheorie beschouw ik dat als een interessantere vorm van complexiteit dan die van één enkele cel. De eerste exemplaren daarvan zullen ongetwijfeld complex geweest zijn, maar het ontstaan ervan wordt afgedekt door de abiogenese.
Ik ben zelf juist iets meer geïnteresseerd in de complexiteit binnen de cel (ik ben bijzonder geïnteresseerd in het ontstaan van eukaryoten).

Het zijn inderdaad twee verschillende soorten complexiteit. Planten en protisten dichter verwant aan planten dan aan dieren zijn over het algemeen complexer binnen de cel dan dieren, schimmels en de andere protisten. Maar een eencellige is nog steeds maar een eencellige en op het niveau van organisme wel een stukje 'simpeler' dan een meercellig organisme.

carel
Berichten: 1569
Lid geworden op: 15-07-2010 10:40

Bericht door carel » 27-08-2010 16:53

Hi Kees,

Klopt wat je schrijft. Wel moeten we hier bedenken dat men het probleem van complexiteit via statistiek te lijf gaat. Kansberekening dat het een of het ander gebeurt is een aantoonbare bruikbare weg, maar wat mij betreft mag hier ook wel wat 'gewoon' denkwerk aan te pas komen.

Laat ik het bedrijfsleven als voorbeeld nemen. Een bedrijf bestaat ook uit een hierarchie van cellen en functies, in dit geval mensen die samengegroepeerd worden tot (bedijfs)functies als verkoop en administratie. Om de vergelijking (die ook hier natuurlijk mank gaat, want een bedrijf is een door mensen bedachte constructie en geen geevolueerd organisme), niet al te ingewikkeld te maken zet ik een groot en een klein bedrijf naast elkaar, met als criterium 'kwetsbaarheid' en 'complexiteit'.

Groot bedrijf (complex organisme):

- teweerstellen tegen kwetsbaarheid is toebedeeld aan bedrijfsfuncties
- kan meerdere niches bespelen
- heeft beinvloedingsfactoren als 'macht' en 'verspreiding'
- ontwikkelt zich langzaam, reus op lemen voeten effect
- kan functies in reserve houden (net als 'slapend' dna)
- kan te snelle wijzigingen in de omgeving niet aan
- verandert langzaam
- sommige mensen (cellen) worden 'ziek' van de werkdruk en beperkte zeggenschap

Klein bedrijf (eencellig organisme):

- teweerstellen tegen kwetsbare omstandigheden is een blijvend aandachtspunt van de ondernemer zelf
- heeft een beperkte reikwijdte wat betreft niches
- heeft kwaliteit als beinvloedingsfactor en rechtstreeks klantcontact
- kan zich snel ontwikkelen in gunstige omstandigheden maar kan snel weg zijn bij ongunstige
- geen functies in reserve, behalve natuurlijk (financieel) vermogen, waardoor slechte tijden kunnen worden 'bestreden'
- kan snelle wijzigingen heel goed aan, mits de ondernemer voldoende kennis en kunde op die nieuwe terreinen bezit.
- verandert snel of gaat failliet
- sommige mensen worden ziek van het 'er alleen voorstaan'

Bij beide zijn de 'cellen' overigens uiterst complex: de mensen

Ook hier kun je goed met statistiek terecht trouwens. Het grote geheel van kleine bedrijven is dan bijvoorbeeld sterker (minder kwetsbaar) dan die paar (in verhouding) grote bedrijven.

Moeilijker wordt de vergelijking met vormen van moderne bedrijfsvoering, zoals je bij gsm telefoons en al die andere electronische producten ziet: allemaal kleine tot iets grotere bedrijven, samenwerkend onder een of enkele briljante ontwikkelaars, verbonden via internet. Daar zie je de macht van het grote bedrijf en de flex van (veel) kleine.

Misschien heeft zo'n netwerkorganisatie wel parallellen met een mierenkolonie. De koningin als 'bepaler' (in mijn vergelijk de idee-eigenaar bij het netwerkbedrijf) en de verschillende mierengroepen, werkers, strijders, voedselhalers en zo, zijn dan de kleine bedrijven.
groet
Carel

Er zijn twee oneindigheden, het universum en de menselijke domheid. maar van het eerste ben ik niet helemaal zeker. Albert Einstein. :wink:

WVZ
Berichten: 25
Lid geworden op: 26-08-2010 00:41

Bericht door WVZ » 27-08-2010 22:31

carel schreef:Overigens WVZ, je noemt de evolutietheorie een hypothese. Daarmee doe je deze theorie echt tekort. Het is een theorie, zelfs de sterkst onderbouwde die we kennen. Binnen de evolutietheorie komen natuurlijk allerlei hypothesen voor, zoals die rond de eusocialisatie, maar dat gebeurt in elke theorie, kijk maar eens naar de hypothesen rond het ontstaan van het universum, dat lijkt soms wel science fiction.
Helemaal gelijk. Op wetenschapsforum heeft Ypsilon daarover goede uitleg gegeven http://www.wetenschapsforum.nl/index.ph ... pic=101488 . Daar staat oa dat een theorie opgebouwd is uit hypothesen. Overigens betekent de kwalificatie "theorie" niet dat die ook waar is. En theorieën kunnen continue worden aangepast en bijgeschaafd, of zelfs uiteindelijk weer worden verworpen. Dat wilde ik zeggen met "dynamisch".

WVZ
Berichten: 25
Lid geworden op: 26-08-2010 00:41

Bericht door WVZ » 27-08-2010 22:57

Terrence schreef:Maar een eencellige is nog steeds maar een eencellige en op het niveau van organisme wel een stukje 'simpeler' dan een meercellig organisme.
Ik weet niet of deze discussie wel zo ter zake doet, maar kwaad kan het niet: Prokaryoten (Archae, bacteriae) ontstonden waarschijnlijk al zo'n 3,5 miljard jaar geleden en Eukaryoten pas 1,2 mljd. De ontwikkeling van die enorm complexe Eukaryoten heeft dus wel een tijdje geduurd. De verdere ontwikkeling naar de complexe meercelligen ging heel wat sneller.
Een aardige hypothese van Bill Bryson is dat wij (meercelligen) slechts bestaan als host voor de prokaryoten. "Wij" zijn er een tijdje (paar miljoen jaar) en verdwijnen weer. Dan ontstaan er weer andere hosts, terwijl die kleine donderstenen maar door blijven leven. Interessant hierbij is je te realiseren dat het aantal prokaryoten dat in ons lichaam huist (in je darm, op je huid, enz) een veelvoud is van het aantal cellen waaruit je bent opgebouwd :?

carel
Berichten: 1569
Lid geworden op: 15-07-2010 10:40

Bericht door carel » 27-08-2010 23:10

Hi WVZ,
Ypsilon schreef:In de meest eenvoudige versie begin je met een bepaalde vraag of observatie. Aan de hand daarvan stel je een hypothese op. Die ga je testen aan de hand van een experiment. Een theorie is het ruimere verhaal dat een aantal (bevestigde) hypothesen samenbrengt. Uit die theorie vallen dan nieuwe hypothesen (of predicties) af te leiden, die op hun beurt getest worden. Indien zo'n hypothese weerlegd wordt, moet de theorie mogelijk aangepast of verworpen worden. Dat betekent dus dat zowel een theorie als een hypothese onjuistheden kunnen bevatten.
Nu heel precies, want dit is behoorlijk exact geformuleerd, maar niet exact genoeg denk ik.

Een hypothese is een te toetsen en als toetsbaar te kwalificeren visie/observatie/analyse rond een onderwerp. Het is dus een al of niet precies geformuleerde stelling 'het zou zou kunnen zijn dat XXX'. Bij Einstein is het zo dat hij relaties en verbanden wiskundig heeft beschreven, dat was toen inderdaad een (fantastische) hypothese, waar pas veel later het 'bewijs' of de 'aannemelijkheidsverklaring' voor kon worden geleverd.

Een theorie is iets dat wetenschappelijk de hoogste status heeft. Wat dat betreft is het - nog steeds - erg goed om On The Origin, eerste druk, goed te lezen. Daarin zie je dat Darwin erg precies onderscheid maakt tussen hypothesen en theorievorming. Een theorie is de facto op allerlei manieren aannemelijk gemaakt, door experiment, toetsing door derden, pogingen tot falsificatie. Als de hypothese door al die proeven heenkomt kun je spreken van een theorie. En natuurlijk ontwikkelt men rond die theorie nieuwe hypothesen.

En natuurlijk, ook theorieen kunnen foutief blijken te zijn, door nieuwe waarnemingen, door nieuwe inzichten. Goed voorbeeld is de wet van Newton over de werking van de zwaartekracht en de algemene relativiteitstheorie, waarin wordt beschreven dat de zwaartekracht beter gezien kan worden als een zwaartekrachtveld.

Een hypothese (toen) waarin de wet van Newton onder relativistische omstandigheden - waarin de snelheid van objecten merkbaar in de buurt komt van C of waarin zwaartekrachtvelden hun omgeving anders gaan beinvloeden dan onder 'normale' onstandigheden gebeurt - in steeds grotere mate gaat afwijken van wat er in werkelijkheid gebeurt en die nieuwe hypothese van Einstein voorspelde dat wel heel exact. Met het beroemde voorbeeld van de baan van Mercurius die, dicht bij de zon, een (klein beetje) afweek van hetgeen de wetten van Newton voorspelden en Einsteins AR wel exact bleek.

Newton is dus als theorie 'foutief' gebleken, maar is voor dagelijkse omstandigheden nog steeds een uitstekend bruikbare 'wet'. Binnen 'normale' omstandigheden is dat dus nog steeds een prima theorie. Inclusief alle observaties, experimenten, afleidingen en deducties.
groet
Carel

Er zijn twee oneindigheden, het universum en de menselijke domheid. maar van het eerste ben ik niet helemaal zeker. Albert Einstein. :wink:

WVZ
Berichten: 25
Lid geworden op: 26-08-2010 00:41

Bericht door WVZ » 27-08-2010 23:11

Kees schreef:De eerste exemplaren daarvan zullen ongetwijfeld complex geweest zijn, maar het ontstaan ervan wordt afgedekt door de abiogenese.
Ja, abiogenese is een prille en interessante theorie. Waar eindigt het proces van abiogenese, en begint het evolutionaire proces? Dat hangt af van de definitie van leven. Zodra leven "leven" is, is abiogenese ten einde. Dus zodra de cel leeft kun je spreken van evolutie en de verdere ontwikkeling van de prokaryoten is dan een evolutionair proces.
En daar begint dan ook meteen die progressie naar complexiteit. En is dat evolutionaire winst? Misschien niet. Zie mijn vorige post: die prokaryoten zijn er nog altijd en zullen er altijd blijven, terwijl de complexere levensvormen komen en gaan (volgens Bryson)

WVZ
Berichten: 25
Lid geworden op: 26-08-2010 00:41

Bericht door WVZ » 28-08-2010 11:12

carel schreef:Nu heel precies, want dit is behoorlijk exact geformuleerd, maar niet exact genoeg denk ik.........
Bedankt voor de aanvulling. Gedeeltelijk is het ook een kwestie van semantiek; hypothesen - theorie - wet. Maar toch: mooi overzicht!

FonsV
Berichten: 807
Lid geworden op: 20-07-2010 14:31

Hoe is toenemende complexiteit te verklaren?

Bericht door FonsV » 05-09-2010 14:17

Ik vraag me af: Denken een paar aanwezigen op dit deel van het ontmoetingsplein niet meer door? Ils ne pensent plus, donc ils ne sont plus?

R.I.P. :cry:

Groeten.

Fons.
Een theoloog die naar exactheid streeft, heeft de eerste stap gezet op de weg naar het atheïsme. Een agnost is geen naïeveling, maar iemand die god nauwkeurig 'kent', voor wie dus veel, zo niet alle gods'voorstellingen' hun betekenis hebben verloren.

WVZ
Berichten: 25
Lid geworden op: 26-08-2010 00:41

Re: Hoe is toenemende complexiteit te verklaren?

Bericht door WVZ » 06-09-2010 13:28

FonsV schreef:Ik vraag me af: Denken een paar aanwezigen op dit deel van het ontmoetingsplein niet meer door?

Fons.
Sorry Fons,
Maar ben nu druk bezig het boekje van Labusagne door te lezen..... :lol:

Plaats reactie