Model geometryczny Fishera

Model geometryczny Fishera ( FGM ) to ewolucyjny model rozmiarów efektów i wpływu na dopasowanie spontanicznych mutacji , zaproponowany przez Ronalda Fishera w celu wyjaśnienia rozkładu skutków mutacji, które mogą przyczynić się do ewolucji adaptacyjnej .

Konceptualizacja

Czasami nazywany modelem Fishera-Orra, model Fishera rozwiązuje problem adaptacji (i do pewnego stopnia złożoności ) i nadal jest punktem odniesienia we współczesnych badaniach nad genetycznymi i ewolucyjnymi konsekwencjami plejotropii .

Model ma dwie formy, formalizm geometryczny i analogię mikroskopu . Mikroskop, który ma wiele pokręteł do regulacji soczewek w celu uzyskania ostrego obrazu, ma niewielkie szanse na uzyskanie optymalnie działającego obrazu poprzez losowe obracanie pokręteł. Szanse na wyraźny obraz nie są takie złe, jeśli liczba pokręteł jest niewielka, ale szanse drastycznie spadają, jeśli liczba regulowanych parametrów (pokręteł) jest większa niż dwa lub trzy. Fisher wprowadził metaforę geometryczną, która ostatecznie stała się znana jako geometryczny model Fishera.

W swoim modelu Fisher argumentuje, że funkcjonowanie mikroskopu jest analogiczne do sprawności organizmu. Wydajność mikroskopu zależy od stanu różnych pokręteł, którymi można manipulować, odpowiadających odległościom i orientacjom różnych soczewek, podczas gdy sprawność organizmu zależy od stanu różnych cech fenotypowych, takich jak wielkość ciała oraz długość i głębokość dzioba . Wzrost sprawności organizmu przez przypadkowe zmiany jest więc analogiczny do próby poprawienia działania mikroskopu poprzez przypadkową zmianę położenia pokręteł na mikroskopie.

Analogię między mikroskopem a ewoluującym organizmem można sformalizować, przedstawiając fenotyp organizmu jako punkt w wielowymiarowej przestrzeni danych , gdzie wymiary tej przestrzeni odpowiadają cechom organizmu. Im bardziej niezależne wymiary zmienności ma fenotyp, tym trudniejsza jest poprawa wynikająca ze zmian losowych. Jeśli istnieje wiele różnych sposobów zmiany fenotypu, jest bardzo mało prawdopodobne, aby przypadkowa zmiana wpłynęła na właściwą kombinację cech we właściwy sposób, aby poprawić sprawność. Fisher zauważył, że im mniejszy efekt, tym większa szansa, że ​​zmiana będzie korzystna. Z jednej strony zmiany o nieskończenie małym efekcie mają 50% szans na poprawę kondycji. Argument ten doprowadził do szeroko rozpowszechnionego poglądu, że ewolucja przebiega poprzez małe mutacje.

Ponadto Orr odkrył, że zarówno prawdopodobieństwo utrwalenia korzystnej mutacji, jak i przyrost sprawności wynikający z utrwalenia korzystnej mutacji zmniejszają się wraz ze złożonością organizmu. Zatem przewidywane tempo adaptacji szybko spada wraz ze wzrostem złożoności organizmu, co jest teoretycznym odkryciem znanym jako „koszt złożoności”.