Origin of Species by Means of Natural Selection

Die Fragen, die wir noch nicht den Verstand zu fragen, wird eine wachsende Beschäftigung der Wissenschaft in den nächsten 50 Jahren. Das ist, was zeigt die Erfahrung. Stand der Wissenschaft mehr als vor einem Jahrhundert betrachten, im Jahr 1899. Damals wie heute waren die Menschen Nachdenken über die Errungenschaften der vergangenen 100 Jahre. Eine solide Erfolg war der Nachweis von John Dalton im Jahre 1808, daß die Materie aus Atomen besteht. Ein weiteres war die Demonstration (von James Prescott Joule in 1851), die Energie ist in der Tat erhalten und die ältere Vermutung (von Französisch Physikers Sadi Carnot), dass die Effizienz, mit der eine Form von Energie in eine andere begrenzt ist inhärent umgewandelt werden: gemeinsam, gab diese Entwicklungen uns, was heißt Thermodynamik und die Idee, dass die grundlegenden Gesetze der Natur ein "Pfeil der Zeit zu übernehmen."

Es gab auch Charles Darwin, dessen Origin of Species by Means of Natural Selection (published in 1859) angeblich für die Vielfalt des Lebens auf der Erde berücksichtigt, sagte aber nichts über den Mechanismus der Vererbung oder sogar über die Gründe, warum verschiedene, aber verwandte Arten sind in der Regel gegenseitig unfruchtbar. Schließlich, im Katalog der 19. Jahrhunderts von Selbstzufriedenheit, war James Clerk Maxwell Demonstration, wie Elektrizität und Magnetismus kann durch eine Reihe von mathematischen Gleichungen auf rein Newtonschen Linien vereinheitlicht werden. Ganz allgemein Newton's Gesetze hatten so gut von der Praxis verfeinert, dass ihnen eine Lösung für jedes Problem in der realen Welt, die genau definiert werden konnte. Was für ein wunderbarer Jahrhundert 1800er worden sein!

Nur die scharfsinnige Menschen geschätzt, im Jahr 1899, dass es Mängel in dieser Position. Einer davon war von Hendrik Antoon Lorentz LeidenUniversität in der Niederlande, Der sah, dass Maxwell's Theorie ausgebildet implizit ein Widerspruch: Die Theorie vermutet, dass es eine alles durchdringende Äther, durch die elektromagnetische Störungen weitergegeben werden müssen, aber es ist viel einfacher zu diesem Zeitpunkt annehmen, vergeht langsam auf ein Objekt, das sich relativ zum Beobachter . Es war ein kleiner Schritt von dort (über Henri Poincaré der Universitätvon Paris) An speziellen Relativitätstheorie Albert Einstein's Relativitätstheorie im Jahre 1905 veröffentlicht. Die spezielle Theorie, die impliziert, dass relativen Geschwindigkeiten nicht die Lichtgeschwindigkeit überschreiten kann verfälscht Newton nur philosophisch: weder Raum noch Zeit kann eine Art von unsichtbaren Raster, gegen die die Position eines Objekts, oder der Zeitpunkt, zu dem es erreicht, dass Position, gemessen werden kann. Vor einem Jahrhundert nur wenige Menschen zu haben scheinen geschätzt, dass AA Michelson und EW Morley, in den 1880er Jahren, ein Experiment, dessen einfachste Erklärung ist, dass Maxwell's Äther nicht existiert durchgeführt hatte.

Für die Unzufriedenen aus, oder sogar beleidigt, die vorherrschende Selbstzufriedenheit von 1899, viele andere Beweise dafür zu haben angedeutet, dass akzeptiert Grundlagenforschung Position war in Schwierigkeiten. Atome sollten als unteilbar, so wie man könnte erklären, wie es schien, Fragmente von Atomen, die Elektronen und die "Strahlen" durch radioaktive Atome abgegeben, entdeckte im Jahre 1897? Ebenso, obwohl Darwin hatte angenommen, dass die vererbbaren (wir würden jetzt sagen, "genetische") Veränderungen in der Verfassung des Einzelnen sind immer kleine, die Wiederentdeckung der Arbeit Gregor Mendel in den 1850er Jahren (vor allem durch Hugo de Vries in den Niederlanden) vorgeschlagen, dass die spontane genetische Veränderungen diskret sind, sondern, und erheblich. Diese Entwicklung führte, unter der Leitung von Thomas Hunt Morgan, um die Entstehung von der Columbia University in New York City als die Burg von dem, was heute als klassische Genetik (ein Ausdruck, erst 1906 geprägt wurde), und die Anerkennung in den 1930er Jahren, dass der Widerspruch zwischen Darwinismus und "Mendel-Morganismus" (wie die Sowjets in den 1950er Jahren zur Arbeit kamen Columbia nennen) ist nicht so scharf, wie es zunächst schien.

Jetzt können wir staunen, wie diese Widersprüche gelöst haben und vieles mehr. Unsere eigene Zufriedenheit mit unserem Jahrhundert übertrifft die des Jahres 1899. Nicht weniger wichtig ist das Gefühl der persönlichen Befreiung, die wir genießen, die von Anwendungen der Wissenschaft in den ersten Jahren des 20. centuryMarconi die Überbrückung des Atlantiks mit Radiowellen und maß die Wright brothers "Meile der Flucht in ein schwerer als Luft Maschine stammt. (Wilbur und Orville hatte ein einfaches Windkanal an ihrer Basis in bebauten Ohiovor dem Risiko, sich in die Höhe.) Die Kommunikations-und Luftfahrtindustrie haben von den Anfängen. Unsere Tische sind mit leistungsstarken Rechenmaschinen unübersichtlich, dass niemand sah im Jahre 1900. Und wir sind auch viel gesünder: Man denke an Penicillin!

Ein Katalog der Zufriedenheit

In der Grundlagenwissenschaft, haben wir genauso viel oder mehr zu prahlen, als die des 19. Jahrhunderts. Spezielle Relativitätstheorie ist nicht mehr nur Newtonaus philosophisch respektabel. Durch die Implikation, dass Raum und Zeit mit müssen gleichberechtigt behandelt hat, es zu einem entscheidenden Prüfstein für die Gültigkeit von Theorien in der Grundlagenforschung in der Physik.

Die drei anderen Sehenswürdigkeiten in der Grundlagenwissenschaft dieses Jahrhunderts waren kaum vorgesehen. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie im Jahre 1915, die besser gewesen wäre als seine "relativistischen Theorie der Gravitation, wäre" eine Überraschung für alle gewesen, aber nahe Leser von Ernst Mach, der Wiener Physiker und Philosoph positivistischen. Durch die Setzung, die Gravitationskräfte sind überall eine Folge eines Gravitationsfeldes, die bis in die hintersten Winkel des Kosmos, ins Leben gerufen Einstein die Vorstellung, dass die Struktur und Entwicklung des Universums sind unlöslich miteinander verbunden. Aber auch Einstein war überrascht, als Edwin Hubble im Jahre 1929 entdeckt, dass das Universum expandiert.

Die Quantenmechanik war ein weiterer Blitz aus heiterem Himmel, auch wenn die Menschen hatte sich Gedanken über die Eigenschaften der Strahlung von heißen Objekten fast einem halben Jahrhundert. Das Problem war, zu erklären, wie sie entsteht, dass die Strahlung von einem Objekt hängt wesentlich von der Temperatur, so dass der prominenteste Frequenz in der Emission ist direkt proportional zur Temperatur, zumindest dann, wenn die Temperatur vom absoluten Nullpunkt gemessen (die 273 ist Grad Celsius unter dem Gefrierpunkt von Wasser oder -459 Grad Celsius, und das selbst war von dem 19. Jahrhundert Thermodynamik definiert). Die Lösung von Max Planck im Jahre 1900 angeboten wurde, dass die Energie zwischen einem heißen Objekt und seine Umgebung ist nur in endlichen (aber sehr klein) Beträge, Quanten nannte übertragen. Die tatsächliche Menge an Energie in einem Quantenzustand, hängt von der Frequenz der Strahlung, und zwar proportional zu. Planck gestand damals, dass er nicht wisse, was dieses Ergebnis bedeutete, und vermutete, dass seine Zeitgenossen würde auch ratlos sein.

Wie wir wissen, es dauerte ein Vierteljahrhundert nach Plancks Schwierigkeiten gelöst werden, dank der Bemühungen von Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Paul Dirac, zusammen mit einer kleinen Armee dieses Jahrhunderts klügsten und besten. Wer hätte das gedacht, im Jahr 1900, dass das Ergebnis des Unternehmens-Planck begann wäre ein neues System der Mechanik, so umfassend wie Newtons in dem Sinne, dass es für alle gut gestellte Probleme, sondern gilt nur für Atome, Moleküle und die Teile thereofelectrons und so weiter?

Schon jetzt gibt es Leute, die behaupten, dass die Quantenmechanik der Paradoxe ist voll, aber das ist eine bewusste (und oft boshaft) Lesen, was passiert ist im ersten Quartal dieses Jahrhunderts. Unser intuitives Verständnis davon, wie Objekte in der makroskopischen Welt verhalten (verkörpert durch Newton's Gesetze) ist auf die Wahrnehmung unserer Sinne, die sich der Evolution Produkte der natürlichen Selektion in einer Welt, in der die Vermeidung von makroskopischen Objekten (Räuber) oder ihrer Gefangennahme (Lebensmittel) Überleben der Art begünstigt hätte beruhen. Es ist schwierig, was selektiven Vorteil unserer Vorfahren von einem Kapazität gewonnen zu haben, um das Verhalten der subatomaren Teilchen Sinne vorstellen. Die Quantenmechanik ist also kein Paradox, sondern eine Entdeckung über die Natur der Realität auf den Skalen (von Zeit und Entfernung), die sehr klein sind. Von dieser Offenbarung unserem heutigen Verständnis von flossen, wie Partikel der nuklearen Frage festsetzen kann statt, um aus Quarks bestehen und die likean herausragende geistige Leistung ist jedoch vorläufig sein mag.

Die dritte Überraschung dieses Jahrhunderts hat sich von der Entdeckung der DNA-Struktur von James D. Watson und Francis Crick im Jahre 1953 gefolgt. Das soll nicht heißen, dass Watson und Crick die Bedeutung ihrer Entdeckung keine Kenntnis hatte. Von den frühen 1950er Jahren war es zu einer Peinlichkeit geworden, dass die Gene, welche die ColumbiaSchule der Genetik hatten gezeigt, sind in einem linear entlang der Chromosomen angeordnet, nicht zugeordnet wurde mit der chemischen Struktur einer Art. Die Überraschung war, dass die Struktur der DNA nicht nur berücksichtigt, wie Nachkommen erben ihre physikalischen Eigenschaften von ihren Eltern, sondern auch dafür, wie einzelne Zellen aller Organismen überleben von Millisekunden bis in Millisekunden die Art und Weise, in der die natürliche Auslese sie geprägt hat. Das Geheimnis des Lebens ist nicht mehr versteckt.

A Catalogue of Ignorance

Sowohl in der Quantenmechanik und der DNA-Struktur haben unser Verständnis der Welt in einem Maße erweitert, dass ihre Urheber nicht und konnte nicht vorhergesagt. Es gibt keine Möglichkeit zu sagen, die kleinen Stein in den nächsten 50 Jahren aufgehoben werden, um eine ganz neue Welt der Wissenschaft führen. Das Beste, was man tun kann, ist ein Katalog von unserer gegenwärtigen ignoranceof, das es eine große dealand dann in die Zukunft extrapoliert werden aktuelle Trends in der Forschung zu machen. Doch auch dieses Verfahren schlägt eine Agenda für die Wissenschaft in der nächsten halben Jahrhundert, dass Spiele, in ihrem Interesse und Begeisterung alles, was in diesem Jahrhundert hat ein Ende passiert ist. Unsere Kinder und Enkelkinder werden gebannt.

Ein Preis jetzt fast bereit für die Aufnahme ist die Rekonstruktion der genetischen Geschichte des Homo sapiens, der Rasse, der Homo sapiens. Ein Triumph des vergangenen Jahrzehnts hat die Entwirrung der Genetik der Ontogenese wurde, die Umwandlung eines befruchteten Embryos in ein Erwachsener im Laufe der Schwangerschaft und Kindheit. Die Baupläne von Tieren und Pflanzen erscheinen zunächst durch die Gene eines gemeinsamen gestaltet werden Familie (so genannte Hox Gene) und dann durch artspezifische Entwicklungsgene. Obwohl Molekularbiologen immer noch Schwierigkeiten zu verstehen, wie die hierarchische Reihenfolge der Entwicklungs-Genen gesteuert wird und wie Gene, die ihre Arbeit getan haben, werden dann deaktiviert, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die Gene in den verschiedenen Phasen des Homo sapiens Entwicklung beteiligt sind in der Reihenfolge, in der sie ins Spiel kommen.

Dann wird es möglich sein, aus einem Vergleich zwischen Homo sapiens und sagen, sagen wir, Schimpansen Gene wann und in welcher Weise die wesentlichen Unterschiede zwischen Homo sapienss und die großen Menschenaffen entstanden. Das Wesen der Geschichte ist aus der Überlieferung bekannt: die Hominiden Großhirnrinde hat sich in Größe in den letzten 4,5 Millionen Jahren zugenommen; Hominiden waren in der Lage, aufrecht zu gehen mit Homo erectus 2,1 Millionen Jahren, und die Fähigkeit des Sprechens und trat wahrscheinlich mit mitochondrialen Eva vielleicht vor kurzem als 125.000 Jahren. Die Kenntnis der genetischen Grundlagen dieser Veränderungen wird uns ein authentischer Geschichte unserer Gattung und ein tieferes Verständnis für unseren Platz in der Natur.

Dieses Verständnis bringt bedeutsame Nebenprodukte. Es kann der Schluss zu ziehen, warum manche Arten der Hominiden, von denen die Neandertaler sind nicht nur ein, um die modernen Zeiten zu überleben. Noch wichtiger ist, dass die genetische Geschichte von H. sapiens ist wahrscheinlich ein Testfall für den Mechanismus der Artbildung. Trotz der Formulierung "Entstehung der Arten" in den Titel Darwin's großen Artikel, hatte der Autor nichts darüber, warum die Mitglieder der verschiedenen Arten sind in der Regel gegenseitig unfruchtbar sagen. Doch das auffälligste genetische Unterschied zwischen Homo sapienss und die großen Menschenaffen ist, dass der Homo sapienss 46 Chromosomen (23 Paare), während unsere nächsten Verwandten haben 48. (Ein Großteil der fehlenden Affen-Chromosom scheint am langen Ende des Homo sapiens werden Chromosom 2, aber auch andere Fragmente an anderer Stelle erscheinen in der Homo sapiens Genom, insbesondere auf dem X-Chromosom.) Es ist wichtig für die Biologie der Regel wissen, ob diese Umlagerung der Chromosomen war die Hauptursache des Homo sapiens Evolution oder ob es nur eine sekundäre Folge der genetischen Mutation.

Die kommenden 50 Jahren wird auch eine Intensivierung der laufenden Bemühungen um die Ermittlung der genetischen Korrelate der Entwicklung ganz allgemein. Vergleich der Aminosäuresequenzen von Proteinen aus ähnlichen oder verwandten Arten der Sequenzen von Nukleotiden in acidsthe verwandte Nukleinsäure RNA-Moleküle in Ribosomen sind ein favoriteis im Prinzip eine Möglichkeit zu sagen, das Alter des gemeinsamen Vorfahren der beiden Arten. Es ist einfach notwendig, um die Geschwindigkeit, an welcher Mutationen kommen in der Natur in den betroffenen Moleküle.

Aber das ist keine einfache Frage. Mutation Preise unterscheiden sich von einem Protein-oder Nukleinsäure-Molekül zum anderen und variieren von Ort zu Ort entlang ihrer Länge. Constructing eine verlässlichere "molekularen Uhr" muss ein Ziel für die nahe Zukunft. (Die Aufgabe ist ähnlich, aber wenn etwas mehr als erschreckend, Mühe Kosmologen ", um eine zuverlässige Entfernung Maßstab für das Universum zu bauen.) Dann werden wir imstande sein, auf die Ursachen der großen Wendepunkte in der Evolution des Lebens auf erraten Earththe Entwicklung der Krebs-Zyklus, mit dem alle Bakterienzellen, sondern wiederum Chemikalien in Energie, den Ursprung der Photosynthese, das Erscheinen der ersten mehrzelligen Organismen (jetzt fest vor mehr als 2500 Millionen Jahren gelegt).

Mit etwas Glück werden die gleichen Anstrengungen auch uns etwas über die Rolle der viruslike Agenten in der frühen Evolution des Lebens. Der Homo sapiens Genom ist vollgestopft mit DNA-Sequenzen, zu Nukleinsäure-Fossilien von einer Zeit, als genetische Information war leicht zwischen verschiedenen Arten viel wie Bakterien in der modernen Welt übertragen Erwerb bestimmter Merkmale erscheinen (z. B. Resistenz gegen Antibiotika) durch den Austausch von DNA-Strukturen genannt Plasmide. Wir werden nicht wissen, dass unsere wahren Platz in der Natur, bis wir, wie die scheinbar nutzlose DNA im Genom des Homo sapiens zu verstehen (was Crick war der erste, der "Junk")-Aufruf dazu beigetragen, unsere Entwicklung.

Verstehen alle Genome, deren vollständige Struktur bekannt ist, wird nicht, zeigen sich, zurück zum Ursprung des Lebens als solchem. Es sollte jedoch geben mehr Aufschluss über die Natur der Lebewesen in der sogenannten RNA-Welt, soll die überwiegend DNA Leben vorausgegangen sind, die uns umgibt. Es ist auffällig, und doch bezeichnend für etwas, das moderne Zellen verwenden noch RNA-Moleküle für bestimmte grundlegende functionsas die Redakteure der DNA im Zellkern, zum Beispiel, und als Vorlagen für die Herstellung der Strukturen Telomere genannt, dass die Enden der Chromosomen zu stabilisieren.

Irgendwann wird es schon, aber wahrscheinlich mehr als einem halben Jahrhundert von heute, wird jemand einen ernsthaften Versuch machen, einen Organismus auf RNA im Labor aufbauen. Aber das Problem des Ursprungs des Lebens von anorganischen Chemikalien braucht Verständnis jetzt lackingnot mindestens ein Verständnis davon, wie Strom von Strahlung, wie sie von der Sonne kann im Laufe der Zeit, Kraft der Bildung komplexer von einfacheren Chemikalien. Etwas von der Art ist bekannt, dass in großen Molekülwolken innerhalb unserer Galaxie, wo Radioastronomen worden finden zunehmend komplexer Chemikalien, zuletzt Fullerene (gemeinhin als "Bucky-Bälle"), wie C60 auftreten. Die Notwendigkeit für das Verständnis der Beziehung zwischen Komplexität und das Fließen der Strahlung. Das ist ein Problem in der irreversiblen Thermodynamik, dem zu wenig Beachtung geschenkt worden ist.

In der Tat haben Biologen in der Regel zu wenig Aufmerksamkeit auf die quantitativen Aspekte ihrer Arbeit in den vergangenen Jahrzehnten hektischen bezahlt. Das ist verständlich, wenn es so viele interessante (und wichtigen) Daten zu sammeln. Aber wir sind schon an dem Punkt, wo tieferes Verständnis davon, wie, sagen wir, ist Zellen funktionieren durch die Vereinfachung der Realität mittlerweile auch in der Zellbiologie und geneticsand durch die Flut von Daten sammeln überall behindert. Vereinfachung? In der Genetik ist es üblich, zu suchen (und zu sprechen) die "Funktion" eines neu entdeckten Gens. Aber was, wenn die meisten der Gene im Genom des Homo sapiens, oder zumindest ihrer Eiweiss-Produkte haben mehr als eine Funktion, vielleicht sogar in antagonistischen welche? Klartext-Konten von zellulären Ereignissen werden dann auf irreführende oder sinnlose gesichert, es sei denn durch quantitative Modelle irgendeiner Art.

Ein Beispiel ist die horrenden Zellteilung Zyklus, bei dem die Zahl der bekannten Enzyme, sich daran zu beteiligen gewesen zu sein scheint zunehmend in den letzten Jahren in Höhe von einem Enzym in der Woche. Es ist ein großer Erfolg, dass ein Komplex von Proteinen, das als Auslöser für die Zellteilung (zumindest in Hefe) festgestellt wurde, aber warum diese komplexe Funktionen als Auslöser und wie der Trigger selbst ist durch Einflüsse innerhalb und außerhalb der Zelle ausgelöst Fragen sind noch unbeantwortet. Sie wird auch so bleiben, bis die Forscher numerische Modelle von Zellen in ihrer Gesamtheit gebaut haben. Diese Erklärung ist nicht so sehr eine Prognose, wie ein Wunsch.

Trotz der Illusion, wir genießen, dass das Tempo der Entdeckung beschleunigt, ist es wichtig, dass in einigen Bereichen der Wissenschaft, viele Ziele scheinen erreichbar sein, nur langsam und von großen kollektiven Anstrengung. Um sicher zu sein, die jetzt Raumschiffe erkunden das Sonnensystem sind in der Regel entwickelt ein Jahrzehnt oder so vor ihrer Markteinführung. Nach einem Jahrhundert der Seismologie, die erst jetzt Mess-und Analyseverfahren empfindlich genug, zu versprechen, dass wir bald ein Bild von dem Inneren des Planeten, auf dem wir leben, ein, das zeigt die steigende Federn Konvektion des Erdmantels rock, dass die tektonischen Platten-Laufwerk haben, werden über die Oberfläche der Erde. Seit den 1960er Jahren haben Molekularbiologen dem Ziel, das Verständnis der Art, wie die Gene von lebenden Organismen geregelt hatten, aber nicht einmal die einfachsten Bakterien noch umfassend berücksichtigt worden. Und wir werden froh sein, wenn die neuronalen Korrelate des Denkens identifiziert in dem halben Jahrhundert vor. Die Anwendung von dem, was wir bereits wissen, wird den Jahrzehnten unmittelbar vor beleben, aber es gibt viele wichtige Fragen, die nur sehr schwer zu beantworten sein wird.

Und wir werden überrascht sein. Die Entdeckung von Lebewesen einer Art in anderen Teilen der Galaxie würde radikal die allgemeine Meinung von unserem Platz in der Natur verändern, aber es werden subtiler Überraschungen, die man aus der Not, nicht vorweggenommen werden. Sie sind die Mittel, mit denen die Bilanz der letzten 500 Jahre hat die Wissenschaft immer wieder belebt. Sie sind auch die Mittel, mit denen die vor einem halben Jahrhundert wird die Praktiker begeistern und ändern Sie das Leben der Rest von uns.

Ein Artikel eingereicht von Donis F.

Disclaimer:Unsere Website ist nicht verantwortlich für den Inhalt dieses Artikels. Webarticles ist eine kostenlose Informationsquelle.
Wichtig: Dieser Artikel "Origin of Species by Means of Natural Selection" wurde durch ein automatisches Software übersetzt. Wir fühlen uns leid für alle Rechtschreibfehler, die möglicherweise aufgetreten sind. Vielen Dank für Ihr Verständnis.