Wikariusz Bray (hipoteza naukowa)

Ten diagram ilustruje, w jaki sposób rozmnażanie płciowe (na górze) może tworzyć nowe genotypy szybciej niż rozmnażanie bezpłciowe (na dole). Korzystne allele A i B występują losowo. Podczas rozmnażania płciowego oba allele szybko się łączą. Ale w rozmnażaniu bezpłciowym dwa allele muszą niezależnie powstać w wyniku interferencji klonalnej .

Hipoteza „ Wikariusza Bray ” (lub model Fishera-Mullera) próbuje wyjaśnić, dlaczego rozmnażanie płciowe może mieć przewagę nad rozmnażaniem bezpłciowym. Rozmnażanie to proces, w wyniku którego organizmy dają początek potomstwu. Rozmnażanie bezpłciowe obejmuje jednego rodzica i skutkuje potomstwem, które jest genetycznie identyczne ze sobą iz rodzicem.

W przeciwieństwie do rozmnażania bezpłciowego, rozmnażanie płciowe obejmuje dwoje rodziców. Oboje rodzice wytwarzają gamety poprzez mejozę , specjalny rodzaj podziału komórek, który zmniejsza liczbę chromosomów o połowę. Na wczesnym etapie mejozy, zanim chromosomy zostaną rozdzielone w dwóch komórkach potomnych, chromosomy przechodzą rekombinację genetyczną . To pozwala im na wymianę niektórych informacji genetycznych . Dlatego wszystkie gamety z jednego organizmu różnią się genetycznie od siebie. Proces, w którym dwie gamety od obojga rodziców łączą się, nazywa się zapłodnieniem . Połowa informacji genetycznej od obojga rodziców jest połączona. Powoduje to, że potomstwo różni się genetycznie od siebie i od rodziców.

Krótko mówiąc, rozmnażanie płciowe umożliwia ciągłą rearanżację genów. Dlatego potomstwo populacji osobników rozmnażających się płciowo będzie wykazywać bardziej zróżnicowany wybór fenotypów . Ze względu na szybsze osiąganie korzystnych kombinacji genetycznych, populacje rozmnażające się płciowo ewoluują szybciej w odpowiedzi na zmiany środowiskowe . Zgodnie z hipotezą Vicar of Bray seks przynosi korzyści całej populacji, ale nie jednostkom w jej obrębie, co czyni go przypadkiem selekcji grupowej .

Wady rozmnażania płciowego

Rozmnażanie płciowe często wymaga dużego wysiłku. Znalezienie partnera może być czasem kosztownym, ryzykownym i czasochłonnym procesem. Zaloty, kopulacja i opieka nad nowo narodzonym potomstwem również mogą pochłaniać dużo czasu i energii. Z tego punktu widzenia rozmnażanie bezpłciowe może wydawać się dużo łatwiejsze i wydajniejsze. Ale inną ważną rzeczą do rozważenia jest to, że osoby o najwyższej sprawności mają większe szanse na znalezienie partnera i rozmnażanie się. Wzrastają zatem szanse na potomstwo o wyższej sprawności. Hipoteza Vicar of Bray sugeruje, że rozmnażanie płciowe jest bardziej korzystne niż rozmnażanie bezpłciowe, pomimo kosztów czasu i wysiłku.

Pochodzenie nazwy „Wikariusz Bray”

Hipoteza została nazwana na cześć wikariusza Bray , na wpół fabularyzowanego duchownego , który zachował swój kościelny urząd, szybko dostosowując się do panujących w Anglii wiatrów religijnych, przełączając się między różnymi obrządkami protestanckimi i katolickimi , gdy zmieniała się hierarchia rządząca. Opisana postać to Simon Aleyn między 1540 a 1588 rokiem. Główne dzieło Thomasa Fullera (zm. 1661), Godni Anglii , opisuje tego człowieka:

Żywy wikariusz [z Bray ] żyjący pod rządami króla Henryka VIII, króla Edwarda VI, królowej Marii i królowej Elżbiety, był najpierw papistą , potem protestantem, potem papistą, a potem znowu protestantem. Widział, jak kilku męczenników płonęło (dwie mile stąd) w Windsorze i uznał, że ten ogień jest zbyt gorący dla jego delikatnego usposobienia. Ten wikariusz, będąc opodatkowanym [zaatakowanym] przez jednego za bycie zdrajcą i niestałym odmieńcem, powiedział: „Nie tak, ponieważ zawsze przestrzegałem mojej zasady, którą jest to - żyć i umrzeć jako wikariusz Bray”. – Godni Anglii , opublikowana 1662

Geneza hipotezy

Hipoteza ta została po raz pierwszy wyrażona w 1889 roku przez Augusta Weismanna , a później przez Guenthera (1906). Następnie hipoteza została sformułowana w kategoriach genetyki populacyjnej przez Fishera (1930) i Mullera (1932), az większym formalizmem matematycznym przez Mullera (1958, 1964) oraz Crow i Kimura (1965). Wątpliwości co do słuszności hipotezy Vicar of Bray spowodowały pojawienie się hipotez alternatywnych, takich jak:

• Best-Man (Williams, 1966; Emlen, 1973; Treisman, 1976): Hipoteza Best-Mana sugeruje, że przeciętnie potomstwo urodzone drogą płciową może mieć nieco niższą sprawność niż potomstwo urodzone bezpłciowo, ale znacznie większa różnorodność potomstwo urodzone drogą płciową sugeruje, że będzie wśród nich kilka osobników o wyjątkowo wysokiej sprawności. Jeśli osobniki te mają duże szanse na przeżycie i rozmnożenie się, ich potomstwo również może odznaczać się wysoką sprawnością. Jeśli wziąć pod uwagę, że dzieje się tak przez wiele pokoleń, odsetek osób o wysokiej sprawności może wzrosnąć tak szybko, że będzie to więcej niż wystarczające, aby zrekompensować koszty seksu.
• Tangled Bank (Ghiselin, 1974; Burt i Bell, 1987; Ridley, 1993): Hipoteza Tangled Bank sugeruje, że rozmnażanie płciowe jest korzystne, gdy istnieje silna konkurencja o przestrzeń, żywność i zasoby. Twierdzi, że zróżnicowane genetycznie potomstwo osobników rozmnażających się płciowo jest w stanie wydobyć więcej pożywienia ze swojego środowiska niż genetycznie identyczne potomstwo osobników rozmnażających się bezpłciowo.
• Czerwona królowa (Van Valen, 1973; Hamilton, 1975; Levin, 1975; Charlesworth, 1976; Glesener i Tilman, 1978; Glesener, 1979; Bell, 1982; Bell i Maynard Smith, 1987; Ridley, 1993; Peters i Lively, 1999 , 2007; Otto i Nuismer, 2004; Kouyos i in., 2007; Salathé i in., 2008): Hipoteza Czerwonej Królowej sugeruje, że organizmy muszą stale dostosowywać się i ewoluować, aby przetrwać. Jeśli gatunek nie dostosuje się do swoich ewoluujących naturalnych wrogów i zmieniającego się środowiska, wyginie . Hipoteza ta sugeruje również, że rozmnażanie płciowe jest korzystne. Ale w przeciwieństwie do hipotezy Vicar of Bray, hipoteza Czerwonej Królowej głosi, że rozmnażanie płciowe nie tylko przynosi korzyści całej populacji, ale bezpośrednio przynosi korzyści poszczególnym genom.

Aby udowodnić lub obalić te hipotezy, zastosowano modele matematyczne. Jednak w przypadku modelu matematycznego należy przyjąć założenia. Założenia dotyczące wielkości populacji, procesu rozmnażania, środowiska, wrogów naturalnych i tak dalej. Dlatego zawsze będą istniały populacje, dla których model nie ma zastosowania. Niektóre modele lepiej wyjaśniają „przeciętną” populację, podczas gdy inne lepiej wyjaśniają mniejsze populacje lub populacje żyjące w bardziej ekstremalnym środowisku. Dobrym sposobem na podjęcie decyzji, który model jest najlepszy, może być porównanie oczekiwanego wyniku z modelu z danymi z obserwacji naturalnych.

Ludzie, którzy krytykują hipotezę Vicar of Bray (i wszystkie inne hipotezy, które proponują rozmnażanie płciowe mają przewagę nad rozmnażaniem bezpłciowym) twierdzą, że rozmnażanie płciowe może być korzystne w niektórych sytuacjach, ale nie zawsze, dlatego nadal istnieją oba sposoby rozmnażania. Jeśli rozmnażanie płciowe lub rozmnażanie bezpłciowe byłoby znacznie bardziej korzystne, ewolucja powinna doprowadzić do zniknięcia jednego z dwóch sposobów rozmnażania i przetrwania drugiego.