Aplikace evoluce - Applications of evolution

Evoluční biologie , zejména porozumění tomu, jak se organismy vyvíjejí přirozeným výběrem, je oblast vědy s mnoha praktickými aplikacemi. Kreacionisté často tvrdí, že evoluční teorie postrádá jakékoli praktické aplikace; toto tvrzení však vědci vyvrátili.

Širší biologie

Evoluční přístup je klíčem k mnoha současným výzkumům v biologii, které nestanoví studium evoluce jako takové, zejména v biologii organismu a ekologii . Například evoluční myšlení je klíčem k teorii historie života . Anotace genů a jejich funkcí závisí do značné míry na komparativních, tj. Evolučních přístupech. Pole evoluční vývojové biologie zkoumá, jak vývojové procesy fungují, pomocí komparativní metody k určení, jak se vyvinuly.

Umělý výběr

Hlavní technologickou aplikací evoluce je umělá selekce , což je záměrný výběr určitých znaků v populaci organismů. Lidé používají domestikaci rostlin a zvířat po tisíce let umělou selekci . V poslední době se taková selekce stala důležitou součástí genetického inženýrství , přičemž k manipulaci s DNA v molekulární biologii se používají selektovatelné markery, jako jsou geny rezistence na antibiotika . Je také možné použít opakované cykly mutace a selekce k vývoji proteinů se zvláštními vlastnostmi, jako jsou modifikované enzymy nebo nové protilátky , v procesu zvaném řízená evoluce .

Lék

Schematické znázornění toho, jak se rezistence na antibiotika vyvíjí přirozeným výběrem. Horní část představuje populaci bakterií před expozicí antibiotiku. Střední část ukazuje populaci přímo po expozici, fázi, ve které proběhla selekce. Poslední část ukazuje distribuci rezistence u nové generace bakterií. Legenda označuje úrovně odporu jednotlivců.

Antibiotická rezistence může být výsledkem bodových mutací v genomu patogenu rychlostí přibližně 1 z 108 na chromozomální replikaci. Antibiotické působení proti patogenu lze chápat jako tlak prostředí; ty bakterie, které mají mutaci, která jim umožňuje přežít, se budou dál rozmnožovat. Poté předají tuto vlastnost svým potomkům, což povede k plně odolné kolonii.

Pochopení změn, ke kterým došlo během evoluce organismu, může odhalit geny potřebné ke konstrukci částí těla, geny, které se mohou podílet na lidských genetických poruchách . Například mexická tetra je albínská jeskynní ryba, která během evoluce ztratila zrak. Společný chov různých populací této slepé ryby produkoval některé potomky s funkčními očima, protože v izolovaných populacích, které se vyvinuly v různých jeskyních, došlo k různým mutacím. To pomohlo identifikovat geny potřebné pro vidění a pigmentaci, jako jsou krystaliny a receptor melanokortinu 1 . Podobně srovnání genomu antarktické ledovky , která postrádá červené krvinky , s blízkými příbuznými, jako je antarktický rockcod, odhalilo geny potřebné k výrobě těchto krvinek.

Počítačová věda

Protože evoluce může produkovat vysoce optimalizované procesy a sítě, má mnoho aplikací v počítačové vědě . Zde začaly simulace evoluce pomocí evolučních algoritmů a umělého života prací Nilse Aalla Barricelliho v 60. letech a rozšířil je Alex Fraser , který publikoval řadu článků o simulaci umělého výběru . Umělá evoluce se stala široce uznávanou optimalizační metodou jako výsledek práce Inga Rechenberga v 60. a na začátku 70. let, který používal evoluční strategie k řešení složitých technických problémů. Zejména genetické algoritmy se staly populární díky psaní Johna Hollanda . Jak akademický zájem rostl, dramatický nárůst výkonu počítačů umožňoval praktické aplikace, včetně automatického vývoje počítačových programů. Evoluční algoritmy se nyní používají k efektivnějšímu řešení vícerozměrných problémů než software vytvořený lidskými designéry a také k optimalizaci návrhu systémů.

Reference