Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см структурализм .

В своей книге 1917 года О росте и форме , Д'Арси Томпсон иллюстрирует геометрическое преобразование из одной рыбы в форме тела в другое с 20 ° сдвига отображения . Он не обсуждает эволюционные причины такого структурного изменения и, соответственно, подозревался в витализме . [1]

Биологический или процессный структурализм - это школа биологической мысли, которая возражает против исключительно дарвиновского или адаптационистского объяснения естественного отбора , как это описано в современном синтезе 20-го века . Вместо этого он предполагает, что эволюция направляется иначе , в основном более или менее физическими силами, которые формируют развитие тела животного, и иногда подразумевает, что эти силы полностью вытесняют отбор.

Структуралисты предложили различные механизмы, которые, возможно, управляли формированием планов тела . До Дарвина Этьен Жоффруа Сент-Илер утверждал, что животные разделяют гомологичные части и что, если одна будет увеличена, другие будут уменьшены в качестве компенсации. После Дарвина Д'Арси Томпсон намекнул на витализм и предложил геометрические объяснения в своей классической книге 1917 года « О росте и форме» . Адольф Сейлахер предложил механическое надувание «пневмоструктур» в окаменелостях эдиакарской биоты, таких как Дикинсония . Гюнтер П. Вагнерприводил доводы в пользу смещения развития, структурных ограничений эмбрионального развития . Стюарт Кауфман поддерживал самоорганизацию , идею о том, что сложная структура возникает целостно и спонтанно из динамического взаимодействия всех частей организма . Майкл Дентон отстаивал законы формы, по которым платоновские универсалии или «Типы» самоорганизуются. Стивен Дж. Гулд и Ричард Левонтин предложили биологические «спандрели» , особенности, созданные как побочный продукт адаптации близлежащих структур. Герд Б. Мюллери Стюарт А. Ньюмен утверждал , что появление в палеонтологической летописи большей части текущего фил в кембрийский взрыв был «доменделевской» [а] эволюции , вызванные физическими факторами. Брайан Гудвин , описанный Вагнером как часть « маргинального движения в эволюционной биологии» [2], отрицает, что биологическая сложность может быть сведена к естественному отбору, и утверждает, что формирование паттернов движется морфогенетическими полями .

Биологи-дарвинисты подвергли критике структурализм, подчеркнув, что существует множество доказательств эффективности естественного отбора и, исходя из глубокой гомологии , того, что гены участвовали в формировании организмов на протяжении всей эволюционной истории . Они признают, что некоторые структуры, такие как клеточная мембрана, самоорганизуются, но отрицают способность самоорганизации управлять крупномасштабной эволюцией.

История [ править ]

Начиная с XIX века предлагалось множество альтернатив дарвинизму , чтобы объяснить, как происходила эволюция, учитывая, что многие ученые изначально возражали против естественного отбора . Многие из этих теорий, включая структурные ограничения или ограничения развития, привели (сплошные синие стрелки) к некоторой форме направленной эволюции ( ортогенез ) с или без использования божественного контроля (пунктирные синие стрелки). Эти теории были в значительной степени отметается в современный синтез в области генетики и естественного отбора в начале 20 - го века (пунктирные оранжевые стрелки). [3]

Дополнительная информация: Альтернативы дарвинизму

Закон компенсации Джеффруа [ править ]

Основная статья: дебаты Кювье-Жоффруа

В 1830 году Этьен Жоффруа Сен-Илер выступил с аргументами структуралистов против функционалистской ( телеологической ) позиции Жоржа Кювье . Джеффруа считал, что гомология строения животных указывает на то, что они разделяют идеальный образец; это означало не эволюцию, а единство плана, закон природы. [b] Он также считал, что если одна часть будет более развита в структуре, другие части обязательно будут уменьшены в качестве компенсации, поскольку природа всегда использовала одни и те же материалы: если больше из них использовалось для одной функции, меньше было доступно для другие. [4]

Морфология Д'Арси Томпсона [ править ]

Основная статья: О росте и форме

В своем «эксцентрика, красивый» [5] 1917 книга О росте и форме , Д'Арси Wentworth Томпсон вновь старую идею « универсальных законов формы » , чтобы объяснить наблюдаемые формы живых организмов. [1] Научный писатель Филип Болл заявляет, что Томпсон «представляет математические принципы как формирующую силу, которая может заменить естественный отбор, показывая, как структуры живого мира часто перекликаются с структурами неорганической природы», и отмечает свое «разочарование по поводу« справедливости ». Итак, «объяснения морфологии, предложенные дарвинистами». Вместо этого Болл пишет:Томпсон уточняет, как не наследственность, а физические силы управляют биологической формой.[6] философ биология Майкл Руссе так же писалчто Томпсон «было мало времени для естественного отбора», безусловнопредпочитая «механические объяснения» ивозможноотклоняясь в витализм . [1]

Пневматические конструкции Сейлачера [ править ]

Окаменелость Dickinsonia описана как «пневмоструктура» с полостями, надутыми как стеганый надувной матрас . Согласноструктуралистскому взгляду Адольфа Зайлахера , структура определяется механически необходимостью распределения напряжения по поверхности, а не естественным отбором.

Как и Томпсон, палеонтолог Адольф Сейлахер подчеркивал производственные ограничения формы. Он интерпретировал окаменелости, такие как Dickinsonia в эдиакарской биоте, как «пневмоструктуры», обусловленные механическим надуванием, как стеганый надувной матрас , а не вызванными естественным отбором. [7] [8]

Ограничения Вагнера на развитие [ править ]

В своей книге 2014 года « Гомология, гены и эволюционные инновации» биолог-эволюционист Гюнтер П. Вагнер утверждает, что «исследование новизны в отличие от адаптации». Он определяет новизну как возникновение, когда какая-то часть тела развивает индивидуальное и квазинезависимое существование, другими словами, как отдельная и узнаваемая структура, которая, как он подразумевает, может возникнуть до того, как естественный отбор начнет адаптировать эту структуру для выполнения некоторой функции. [2] [9] Он формирует структуралистскую картину эволюционной биологии развития , используя эмпирические данные, утверждая, что гомологияи биологическая новизна являются ключевыми аспектами, требующими объяснения, и что предвзятость развития (т.е. структурные ограничения эмбрионального развития) является ключевым объяснением этого. [10] [11]

Самоорганизация Кауфмана [ править ]

Дарвинисты и структуралисты согласны с тем, что клеточные структуры, такие как клеточная мембрана, спонтанно самоорганизуются . Они не согласны с тем, насколько важна самоорганизация в других областях биологии.

В 1993 году биолог-математик Стюарт Кауфман предположил, что самоорганизация может играть роль наряду с естественным отбором в трех областях эволюционной биологии , а именно в динамике популяций , молекулярной эволюции и морфогенезе . Что касается молекулярной биологии, Kauffman была подвергнута критике за игнорирование роли энергии в стимулировании биохимических реакций в клетках, которые справедливо можно назвать само- катализирующего но не просто самоорганизоваться. [12]

«Типы» Дентона [ править ]

Биохимик Майкл Дентон привел структуралистские аргументы в пользу самоорганизации. В статье 2013 года он утверждал, что «основные формы природного мира - Типы - имманентны природе и определяются набором особых естественных биологических законов, так называемых« законов формы »». Он утверждает, что эти «повторяющиеся паттерны и формы» являются «подлинными универсалиями ». [c] Форма с этой точки зрения формируется не естественным отбором, а «самоорганизующимися свойствами определенных категорий материи» и «космической тонкой настройкой законов природы». [14] Дентон подвергся критике со стороны биохимика Лоуренса А. Морана как антидарвиновского сторонника креационизма . [15]

Спандрели Гулда и Левонтина [ править ]

Орнаментного мост эмалированный . Стивен Дж. Гулд и Ричард Левонтин утверждали, что треугольная область является побочным продуктом адаптации структур вокруг нее.
Основная статья: Спандрель (биология)

В 1979 году, находясь под влиянием Зайлахера, среди прочих, палеонтолог Стивен Дж. Гулд и популяционный генетик Ричард Левонтин написали то, что Вагнер назвал «самым влиятельным структуралистским манифестом», « Спандрели Сан-Марко и парадигма панглоссов ». [16] [2] Они указали, что биологические особенности (например, архитектурные узоры ) не обязательно имели прямую причину адаптации . Вместо этого архитекторы не могли не создавать небольшие треугольные области между арками и столбами , поскольку арки должны (развиваться) быть изогнутыми, а столбы должны быть вертикальными. Полученные перемычкиэксаптации , последствия других эволюционных изменений. Они утверждали, что эволюция не выбирала выступающий человеческий подбородок: вместо этого уменьшение длины зубного ряда оставляло челюсть выступающей. [2]

Доменделианская эволюция Мюллера и Ньюмана [ править ]

Экстремальные структуралисты, такие как Герд Б. Мюллер и Стюарт А. Ньюман, унаследовавшие точку зрения Д'Арси Томпсона, предположили, что физические законы структуры, а не генетика , управляют основными диверсификациями, такими как кембрийский взрыв , за которым позже следуют кооптированные генетические механизмы. . [17] [18] Далее они утверждали, что была «доменделирующая» фаза эволюции животных, включающая физические силы, прежде чем гены взяли верх. [17] [19] Дарвиновские биологи свободно признают, что физические факторы, такие как поверхностное натяжение, могут вызывать самосборку , но настаивают на том, что гены играют решающую роль. Они отмечают, например, что глубокие гомологиимежду широко расставленных группами организмов, такие , как сигнальные пути и факторы транскрипции из хоанофлагеллаты и многоклеточных , показывает , что гены были вовлечены в течение эволюционной истории . [20]

Морфогенетические поля Гудвина [ править ]

Естественные узоры, подобные тем, что на коже гигантского иглобрюха, могут быть созданы с помощью пространственных колебаний химических сигналов.
Основная статья: Морфогенетическое поле

То , что Вагнер называет «движением интерференционных полос в эволюционной биологии», [2] форма структурализма на примере Brian Goodwin , [2] [21] эффективно отрицает , что естественный отбор имеет важное значение, [2] [22] или , по крайней мере , что биологическая сложность можно свести к естественному отбору. [22] [23] Это привело к конфликту с дарвинистами, такими как Ричард Докинз . [24] Гудвин связал старую концепцию морфогенетического поля с пространственным распределением химических сигналов в развивающемся эмбрионе. [25] Он продемонстрировал с помощью математической модели, что различныепаттерны могут быть сформированы путем выбора значений параметров для создания статических геометрических паттернов или динамических колебаний [22] [23], подразумевая, что задействованная сигнальная система каким-то образом является альтернативой естественному отбору. [15] Докинз прокомментировал: «Он думает, что он настроен против Дарвина, хотя это не так, потому что у него нет альтернативного объяснения». [26]

Критика [ править ]

Лоуренс Моран отмечает, что структурализм фокусируется в основном на животных , но животные (подчеркнуто) составляют лишь небольшую часть древа жизни . [15]

Согласившись с тем, что существуют механизмы формирования паттернов, подобные описанным Гудвином, биологи Ричард Докинз, Стивен Дж. Гулд, Линн Маргулис и Стив Джонс критиковали Гудвина за предположение, что химическая передача сигналов является альтернативой естественному отбору. [15]

Моран, «скептический биохимик», комментирует, что «структурализм» - это «новое модное слово ... гарантированно впечатляющее толпу креационистов, потому что никто не понимает, что оно означает, но это звучит очень« научно »и философски». [15] Философ науки Пол Э. Гриффитс пишет, что структуралисты «рассматривают это структурирование пространства биологических возможностей как часть фундаментальной физической структуры природы. Но явления филогенетической инерции и ограничений развития не поддерживают эту интерпретацию. явления показывают, что эволюционные пути, доступные организму, являются функцией структуры развития организма ". [27]

Моран резюмирует: «В науке нет ничего, что поддерживало бы взгляды структуралистов. У нас есть прекрасные объяснения того, почему шмели отличаются от грибов и почему у всех позвоночных есть позвонки, а не экзоскелеты. Нет никаких доказательств, подтверждающих идею о том, что если вы воспроизведете лента жизни, она будет выглядеть примерно так, как мы видим сегодня. Вы можете быть уверены, что, посетив другую планету, вы не найдете позвоночных ». [15]

Эволюционный биолог Held Льюис писал , что «понятие , что аспекты анатомии могут быть объяснены с помощью физических сил (например , расширение трещин) отстаивалась ~ 100 лет назад в Д'Арси Томпсона 1917 О росте и форме и Теодор Кук 1914 книги«s Кривые жизни . [D] За прошедшее столетие было предложено возникновение различных черт скорее механически , чем генетически : извилины мозга, уплотнения хрящей, гофры цветов, бугорки зубов и отолиты рыб. К этому странному списку мы теперь можем добавить кривая улыбка крокодила или, по крайней мере, потрескавшаяся кожа, которая его окружает ». [e][28]

См. Также [ править ]

  • Альтернативы дарвинизму
  • Затмение дарвинизма
  • Расширенный эволюционный синтез
  • Ортогенез

Примечания [ править ]

  1. ^ Грегор Мендель был пионером в изучении генетики .
  2. ^ В этом гомологии Жоффруа походили на формы Аристотеля .
  3. ^ Универсалии занимают центральное место в древнегреческой теории платонического реализма . [13]
  4. ^ Художник Теодор Кук " Кривые жизни" , Констебль, 1914 в некоторой степени предвосхитил Д'Арси Томпсона, исследуя спирали в искусстве и природе.
  5. ^ Последний пункт Хельда заключался в том, что трещины на коже крокодила на самом деле объясняются растрескиванием, в отличие от всех других примеров, которые он перечисляет. [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Русе, Майкл (2013). «17. От органики к механизму - и на полпути назад?» . В Хеннинге, Брайан Дж .; Скарф, Адам (ред.). За пределами механизма: возвращение жизни в биологию . Lexington Books. п. 419. ISBN 9780739174371.
  2. ^ Б с д е е г Вагнера, Гюнтер Р. , Гомология генов и эволюционной инноваций . Издательство Принстонского университета. 2014. ISBN 978-0691156460 . Страницы 7–38, 125 
  3. ^ Боулер, Питер Дж. (1989) [1983]. Затмение дарвинизма: антидарвиновские эволюционные теории в период около 1900 года . Издательство Университета Джона Хопкинса. С. 261–262, 280–281. ISBN 978-0-8018-4391-4.
  4. ↑ Расин, Валери (7 октября 2013 г.). «Очерк: дебаты Кювье-Жоффруа» . Энциклопедия проекта «Эмбрион», Университет штата Аризона . Проверено 10 декабря 2016 .
  5. ^ Леруа, Armand Мари (2014). Лагуна: как Аристотель изобрел науку . Блумсбери. п. 13. ISBN 978-1-4088-3622-4.
  6. ↑ Болл, Филипп (7 февраля 2013 г.). «Ретроспективно: о росте и форме». Природа . 494 (7435): 32–33. Bibcode : 2013Natur.494 ... 32B . DOI : 10.1038 / 494032a . S2CID 205076253 . 
  7. ^ Seilacher, Адольф (1991). «Самоорганизующиеся механизмы в морфогенезе и эволюции». В Шмидт-Киттлер, Норберт; Фогель, Клаус (ред.). Конструкционная морфология и эволюция . Springer. С. 251–271. DOI : 10.1007 / 978-3-642-76156-0_17 . ISBN 978-3-642-76158-4.
  8. ^ Seilacher, Адольф (июль 1989). "Vendozoa: Органические конструкции в протерозойской биосфере". Летая . 22 (3): 229–239. DOI : 10.1111 / j.1502-3931.1989.tb01332.x .
  9. ^ Симпсон, Карл; Эрвин, Дуглас Х. (цитируется). "Гомология, гены и эволюционные инновации Гюнтер П. Вагнер" . Издательство Принстонского университета . Проверено 9 декабря +2016 .
  10. ^ Браун, Рэйчел Л. (ноябрь 2015 г.). «Почему развитие имеет значение». Биология и философия . 30 (6): 889–899. DOI : 10.1007 / s10539-015-9488-9 . S2CID 82602032 . 
  11. ^ Мюллер, Великобритания; Вагнер, Г.П. (1991). «Новинка эволюции: реструктуризация концепции» (PDF) . Ежегодный обзор экологии и систематики . 22 (1): 229–256. DOI : 10.1146 / annurev.es.22.110191.001305 . ISSN 0066-4162 . Архивировано 26 сентября 2017 года (PDF) .  
  12. ^ Фокс, Рональд Ф. (декабрь 1993 г.). "Обзор Стюарта Кауфмана, Истоки порядка: самоорганизация и отбор в эволюции" . Биофиз. Дж . 65 (6): 2698–2699. Bibcode : 1993BpJ .... 65.2698F . DOI : 10.1016 / s0006-3495 (93) 81321-3 . PMC 1226010 . 
  13. ^ Сильверман, Аллан. «Метафизика и эпистемология Платона среднего периода» . В Залте, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
  14. ^ Дентон, Майкл Дж. (Август 2013 г.). «Типы: стойкий структуралистский вызов дарвиновскому пан-селекционизму» . БИО-сложность . 2013 (3). DOI : 10,5048 / BIO-C.2013.3 .
  15. ^ Б с д е е Moran, Лоуренс А. (2016-02-02). «Что такое структурализм?» . Sandwalk (блог признанного эксперта) . Проверено 9 декабря +2016 .
  16. ^ Стивен Джей Гулд ; Ричард Левонтин (1979). «Spandrels Сан-Марко и панглосская парадигма: критика адаптационистской программы». Proc. Рой. Soc. Лондон. B . 205 (1161): 581–598. Bibcode : 1979RSPSB.205..581G . DOI : 10,1098 / rspb.1979.0086 . PMID 42062 . S2CID 2129408 .  
  17. ^ a b Эрвин, Дуглас Х. (сентябрь 2011 г.). «Эволюционный униформизм». Биология развития . 357 (1): 27–34. DOI : 10.1016 / j.ydbio.2011.01.020 . PMID 21276788 . 
  18. ^ Мюллер, Герд Б .; Ньюман, Стюарт А. (2005). «Инновационная триада: повестка дня EvoDevo». J. Exp. Zool. (Мол. Дев Эвол) . 304B (6): 487–503. CiteSeerX 10.1.1.501.1440 . DOI : 10.1002 / jez.b.21081 . PMID 16299770 .  
  19. ^ Ньюман, Стюарт А .; Форгач, Габор; Мюллер, Герд Б. (2006). «До программ: физическое происхождение многоклеточных форм» . Международный журнал биологии развития . 50 (2–3): 289–299. DOI : 10.1387 / ijdb.052049sn . PMID 16479496 . 
  20. ^ Король, Николь (2004). "Одноклеточные предки развития животных". Клетка развития . 7 (3): 313–325. DOI : 10.1016 / j.devcel.2004.08.010 . PMID 15363407 . 
  21. ^ Гудвин, Брайан (2009). Рус, Майкл ; Трэвис, Джозеф (ред.). За пределами дарвиновской парадигмы: понимание биологических форм . Эволюция: первые четыре миллиарда лет . Издательство Гарвардского университета. ISBN 978-0674062214.
  22. ^ a b c Прайс, Екатерина СК; Гудвин, Брайан (1995). «Структурно несостоятельный». Эволюция . 49 (6): 1298. DOI : 10,2307 / 2410461 . JSTOR 2410461 . 
  23. ^ a b Wake, Дэвид Б. (1996). «Как леопард изменил свои пятна: эволюция сложности, Брайан Гудвин». Американский ученый . 84 (3): 300–301. JSTOR 29775684 . 
  24. ^ Брайан Гудвин некролог - The Guardian , 9 августа 2009
  25. ^ Дикинсон, У. Джозеф (1998). "Форма и трансформация: генеративные и реляционные принципы в биологии. Джерри Вебстер; Брайан Гудвин". Ежеквартальный обзор биологии . 73 (1): 62–63. DOI : 10.1086 / 420070 .
  26. ↑ Докинз, Ричард (1 мая 1996 г.). «Глава 3« Машина выживания » » . Edge . Проверено 11 февраля 2018 .
  27. ^ Гриффитс, Пол Э. (1996). «Дарвинизм, структурализм процессов и естественные виды». Философия науки . 63 : S1 – S9. DOI : 10.1086 / 289930 . JSTOR 188505 . 
  28. ^ a b Held, Льюис Ирвинг (2014). Как змея потеряла ноги: любопытные рассказы с пределов эво-дево . Кембридж, Соединенное Королевство Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 121. ISBN. 978-1-107-62139-8.