Das Dollosche Gesetz der Irreversibilität - Dollo's law of irreversibility

Sobald ein Organismus hat entwickelte sich in einer bestimmten Art und Weise, wird es nicht wieder genau auf eine frühere Form. Dies wird hier in zwei Dimensionen veranschaulicht; in Wirklichkeit entwickeln sich sowohl Biomoleküle als auch Organismen in vielen verschiedenen Dimensionen.

Das Dollosche Gesetz der Irreversibilität (auch bekannt als Dollosches Gesetz und Dollosches Prinzip ), das 1893 vom belgischen Paläontologen Louis Dollo vorgeschlagen wurde, besagt, dass "ein Organismus nie genau in einen früheren Zustand zurückkehrt, selbst wenn er sich in identischen Existenzbedingungen wiederfindet in dem es zuvor gelebt hat ... es behält immer eine Spur der Zwischenstadien, die es durchlaufen hat."

Die Aussage wird oft so fehlinterpretiert, dass sie behauptet, dass die Evolution nicht umkehrbar ist oder dass verlorene Strukturen und Organe durch keinen Devolutionsprozess in derselben Form wieder auftauchen können . Laut Richard Dawkins ist das Gesetz "wirklich nur eine Aussage über die statistische Unwahrscheinlichkeit, genau der gleichen evolutionären Bahn zweimal (oder tatsächlich einer bestimmten Bahn) in beide Richtungen zu folgen". Stephen Jay Gould schlug vor, dass die Irreversibilität bestimmte evolutionäre Pfade ausschließt, sobald breite Formen entstanden sind: „[Zum Beispiel], sobald Sie den gewöhnlichen Körperplan eines Reptils annehmen , sind Hunderte von Optionen für immer geschlossen, und zukünftige Möglichkeiten müssen sich innerhalb der Grenzen des Vererbten entfalten Entwurf."

Dieses Prinzip wird klassisch auf die Morphologie , insbesondere von Fossilien , angewendet , kann aber auch zur Beschreibung molekularer Ereignisse wie einzelner Mutationen oder Genverluste verwendet werden.

Verwendung in der Phylogenetik

In maximaler Sparsamkeit bezieht sich Dollo Sparsamkeit auf ein Modell, bei dem ein Charakter nur einmal gewonnen und bei Verlust nie wiederhergestellt werden kann. So ließen sich beispielsweise die Evolution und der wiederholte Zahnverlust bei Wirbeltieren unter Dollo-Parsimony gut modellieren, wobei Zähne aus Hydroxyapatit nur einmal am Ursprung der Wirbeltiere entstanden und dann mehrfach verloren gingen, bei Vögeln , Schildkröten und Seepferdchen . unter anderen.

Dies gilt auch für molekulare Merkmale wie Verluste oder Inaktivierung einzelner Gene selbst. Der Verlust von Gulonolacton-Oxidase , dem letzten Enzym im Biosyntheseweg von Vitamin C , ist für den Nahrungsbedarf von Vitamin C beim Menschen sowie bei vielen anderen Tieren verantwortlich.

Ein molekulares Beispiel

Eine Studie aus dem Jahr 2009 zur Evolution der Proteinstruktur schlug einen neuen Mechanismus für das Dollosche Gesetz vor. Es untersuchte einen Hormonrezeptor , der sich aus einem angestammten Protein entwickelt hatte , das in der Lage war, zwei Hormone an ein neues Protein zu binden , das spezifisch für ein einzelnes Hormon war. Diese Änderung wurde durch zwei erzeugt Aminosäuresubstitutionen , die aus dem zweiten Hormonbindungs verhindern. Später traten jedoch mehrere andere Veränderungen auf, die selektiv neutral waren, da sie die Hormonbindung nicht beeinflussten. Als die Autoren versuchten, das Protein durch Mutation der beiden "Bindungsreste" in seinen angestammten Zustand zurückzuversetzen, stellten sie fest, dass die anderen Veränderungen den angestammten Zustand des Proteins destabilisiert hatten. Sie kamen zu dem Schluss, dass mehrere unabhängige neutrale Mutationen rein zufällig und ohne Selektionsdruck auftreten müssten , damit sich dieses Protein umgekehrt entwickeln und seine Fähigkeit wiedererlangen kann, zwei Hormone zu binden . Da dies äußerst unwahrscheinlich ist, könnte dies erklären, warum die Evolution tendenziell in eine Richtung verläuft.

Vorgeschlagene Ausnahmen

Obwohl die genaue Schwelle für Verstöße gegen das Dollosche Gesetz unklar ist, gibt es mehrere Fallstudien, deren Ergebnisse die Gültigkeit einiger Interpretationen bestreiten. Zum Beispiel haben viele Taxa von Gastropoden reduzierte Schalen , und einige haben die Aufwicklung ihrer Schale ganz verloren. In Stephen Jay Goulds Interpretation des Dolloschen Gesetzes wäre es nicht möglich, eine gewundene Schale wiederzugewinnen, nachdem die Windung verloren gegangen ist. Dennoch können einige Gattungen in der Familie der Pantoffelschnecken ( Calyptraeidae ) ihren Entwicklungszeitpunkt verändert haben ( Heterochronie ) und aus einem schneckenähnlichen Gehäuse ein gewundenes Gehäuse zurückgewonnen haben.

Andere vorgeschlagene "Ausnahmen" umfassen die Flügel von Stabheuschrecken , die Larvenstadien von Salamandern , verlorene Zehen bei Eidechsen, verlorene untere Zähne bei Fröschen, Schlüsselbeine bei nicht-Vogel- Theropoden- Dinosauriern und Hals, Brustbereich und Muskulatur der oberen Gliedmaßen bei Primaten, einschließlich der Abstammungslinie, die zum Menschen führt.

Siehe auch

Verweise

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