Monday, November 16, 2015

Berapa lama waktu yang diperlukan untuk suatu sifat yang berhubungan dengan makanan untuk berkembang?

Sering dalam diskusi tentang gizi Paleolitik, dan buku-buku tentang subjek, kita melihat spekulasi tentang berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk populasi untuk beradaptasi dengan jenis makanan tertentu. Banyak spekulasi yang jauh dari sasaran; beberapa berpikir bahwa bahkan 10.000 tahun tidak cukup bagi evolusi terjadi.

Posting ini membahas pertanyaan: Berapa lama waktu yang diperlukan untuk suatu sifat yang berhubungan dengan makanan untuk berkembang?

Kami membutuhkan sedikit Genetika 101 pertama, dibahas di bawah. Untuk lebih jelasnya lihat, misalnya, Hartl & Clark, 2007; dan salah satu favorit saya: Maynard Smith, 1998. referensi lengkap disediakan pada akhir posting ini.

Gen yang diinduksi sifat baru, termasuk sifat-sifat yang mempengaruhi gizi, muncul dalam populasi melalui proses tampak sederhana. Sebuah mutasi genetik baru muncul dalam populasi, biasanya dalam satu individu, dan salah satu dari dua hal terjadi: (a) mutasi genetik menghilang dari populasi; atau (b) mutasi genetik menyebar dalam populasi. Evolusi adalah istilah yang umumnya digunakan untuk merujuk kepada suatu sifat gen yang diinduksi menyebar dalam suatu populasi.

Sifat dapat berkembang melalui dua proses utama. Salah satunya adalah penyimpangan genetik, di mana sifat-sifat netral berevolusi secara kebetulan. Proses ini mendominasi pada populasi yang sangat kecil (misalnya, 50 orang). Yang lain adalah seleksi, di mana sifat kebugaran-meningkatkan berevolusi dengan meningkatkan keberhasilan reproduksi individu yang memiliki mereka. Kebugaran, dalam konteks ini, diukur sebagai jumlah yang masih hidup keturunan (atau grand-anak) dari seorang individu.

Ya, sifat dapat berkembang secara kebetulan, dan sering melakukannya dalam populasi kecil.

Mengatakan sekelompok 20 nenek moyang manusia menjadi terisolasi untuk beberapa alasan; misalnya, melakukan perjalanan ke sebuah pulau dan mendapat terdampar di sana. Mari kita asumsikan bahwa kelompok memiliki arti umum termasuk setidaknya beberapa wanita di dalamnya; idealnya lebih dari laki-laki, karena perempuan yang benar-benar hambatan reproduksi penduduk apapun.

Dalam generasi baru satu individu mengembangkan gigi manis, yang merupakan mutasi netral karena pulau ini tidak memiliki supermarket. Atau, apa yang akan menjadi lebih mungkin, salah satu dari 20 orang yang sudah memiliki mutasi sebelum mencapai pulau. (Variabilitas genetik biasanya tinggi di antara kelompok individu yang tidak berhubungan, sehingga mutasi netral yang berbeda biasanya hadir.)

Secara kebetulan saja, bahwa sifat baru dapat menyebar ke seluruh (lebih besar sekarang) penduduk di 80 generasi, atau sekitar 1.600 tahun; asumsi generasi baru yang muncul setiap 20 tahun. Bahwa seluruh penduduk kemudian tumbuh lebih jauh, dan akan agak bercampur dengan kelompok-kelompok lain dalam populasi yang lebih besar (mereka menemukan jalan keluar dari pulau). Keturunan dari penduduk pulau asli semua memiliki gigi manis. Yang menyebabkan peningkatan diabetes di antara mereka, dibandingkan dengan kelompok lain. Mereka menemukan bahwa masalahnya adalah genetik, dan bertanya-tanya bagaimana evolusi bisa membuat mereka seperti itu.

Panel di bawah ini menunjukkan formula untuk perhitungan jumlah waktu yang diperlukan untuk suatu sifat berevolusi untuk fiksasi dalam suatu populasi. Hal ini diambil dari satu set slide I digunakan dalam presentasi (file PowerPoint di sini). Berevolusi untuk fiksasi berarti menyebar ke semua individu dalam populasi. Hasil beberapa simulasi juga ditampilkan. Misalnya, suatu sifat yang menyediakan menit keuntungan selektif dari 1% pada populasi 10.000 orang mungkin akan berkembang untuk fiksasi di 1.981 generasi, atau 39.614 tahun. Bukan jutaan tahun sering disebutkan dalam diskusi tentang evolusi.



Saya katakan mungkin di atas karena sifat juga dapat menghilang dari populasi secara kebetulan, dan sering melakukannya pada tahap awal evolusi, bahkan jika mereka meningkatkan keberhasilan reproduksi individu yang memiliki mereka. Misalnya, mutasi metabolik baru yang menguntungkan muncul, tetapi tuan rumah yang fatal jatuh dari tebing oleh kecelakaan, kontrak penyakit yang tidak terkait dan mati dll, sebelum meninggalkan keturunan apapun.

Kenapa catatan fosil menunjukkan bahwa evolusi biasanya memakan waktu jutaan tahun? Alasannya adalah bahwa hal itu biasanya memakan waktu lama untuk sifat kebugaran-meningkatkan baru muncul dalam suatu populasi. Kebanyakan ilmu pelet mutasi genetik yang baik netral atau merugikan, dalam hal keberhasilan reproduksi. Ini juga membutuhkan waktu untuk situasi yang tepat untuk datang ke tempat untuk pergeseran genetik terjadi misalnya, kepunahan besar-besaran, meninggalkan anggota yang masih hidup beberapa. Setelah elemen yang tepat berada di tempat, evolusi dapat terjadi dengan cepat.

Jadi, apa implikasi untuk sifat yang mempengaruhi gizi? Atau, lebih khusus, bisa populasi yang dimulai mengkonsumsi jenis makanan tertentu berevolusi menjadi diadaptasi untuk itu dalam waktu singkat?

Jawabannya adalah ya. Dan adaptasi yang dapat mengambil jumlah yang sangat singkat waktu untuk terjadi, relatif berbicara.

Mari kita berasumsi bahwa semua anggota populasi yang terisolasi mulai pada diet tertentu, yang tidak diet optimal untuk mereka. Pengecualian adalah satu individu beruntung tunggal yang memiliki mutasi genetik khusus, dan untuk siapa diet adalah salah optimal atau quasi-optimal. Mari kita juga menganggap bahwa mutasi menyebabkan individu dan nya keturunan untuk memiliki, rata-rata, dua kali lebih banyak anak-anak yang masih hidup sebagai individu yang tidak terkait lainnya. Yang diterjemahkan menjadi keuntungan selektif (s) dari 100%. Akhirnya, mari kita konservatif menganggap bahwa populasi relatif besar, dengan 10.000 orang.

Dalam hal ini, mutasi akan menyebar ke seluruh penduduk di sekitar 396 tahun.

Keturunan dari individu dalam populasi itu (misalnya, keturunan dari Yanomam) mungkin dimiliki sifat tersebut, bahkan setelah beberapa pencampuran adil dengan keturunan populasi lain, karena sifat yang masuk ke fiksasi memiliki peluang bagus yang terkait dengan alel dominan. (Alel adalah varian yang berbeda dari gen yang sama.)

Spreadsheet Excel ini (link ke file .xls) adalah bagi mereka yang ingin bermain sedikit dengan angka, menggunakan rumus di atas, dan mungkin berspekulasi tentang apa yang mereka bisa diwarisi dari nenek moyang yang tidak begitu jauh mereka. Men-download file, dan membukanya dengan Excel atau sistem spreadsheet yang kompatibel. Rumus yang sudah ada; mengubah hanya sel ditandai dengan warna kuning.

Referensi:

Hartl, D.L., & Clark, A.G. (2007). Prinsip genetika populasi. Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Maynard Smith, J. (1998). Genetika evolusi. New York, NY: Oxford University Press.

Dapatkan Sample GRATIS Produk sponsor di bawah ini, KLIK dan lihat caranya