Klassifizierung der Selektion als natürliche, künstliche, neutrale oder durch Design

Beitrag des Monats: August 2010

von
Howard Hershey 

Betreff:    | Unterschied zwischen Zufälligkeit und automatischer Selektion
Datum:      | 11. Aug. 2010
Message-ID: | d264a418-82d5-4769-b2ce-1f0289cc451d@l20g2000yqm.googlegroups.com

Howard Hershey hatte zuvor nach einer Begründung eines Punktes in Bezug auf die natürliche Selektion (NS) gefragt:
>> But you may continue to present the rest of this with appropriate
>> citation as to when, where, and who and how it fits into whatever
>> argument you have (if any) with the *modern* scientific understanding
>> of NS.

Den Protagonisten fragen, was NS ist:
> What would this be?

Das moderne wissenschaftliche Verständnis der NS? Ich habe es bereits beschrieben. Lassen Sie mich es wiederholen:

Howard postet eine seiner früheren Erklärungen neu:
Rather than use examples unrelated to the biological meaning of the phrases "natural selection", "artificial selection", and "selective neutrality", let's use examples that clearly point out their meaning. I will give you an opportunity to make simple replies, but you will ebenfalls have to justify those replies. I will justify what I say by always giving a "because" explanation of why I made the choice of terms I did.

Denken Sie daran, dass „natürliche Selektion" einen Vergleich zweier alternativer Merkmale eines Organismus anhand eines Maßes für den „differenziellen Fortpflanzungserfolg" beinhaltet. Ich werde in meinen Beispielen das Maß des „differenziellen Überlebens bis zur geschlechtsreifen Reife" verwenden, denken Sie aber daran, dass es andere mögliche Möglichkeiten gibt, den „Fortpflanzungserfolg" zu messen.

Wir werden uns ein fiktives Organismus (das jedoch Merkmale aufweist, die bei vielen realen Organismen vorkommen) ansehen, den Lake Monroe-Ostern. Die Muscheln haben zwei alternative Merkmale: einige sind rot und schmecken wie Scheiße, andere sind blau und schmecken wie Ambrosia. Einmal im Jahr strecken die Muscheln, etwa eine Tausend stark, ihre kleinen Beine aus und gehen zu einem kleinen Teich, der Gene Poole gehört, wo sie all ihre Gameten (Spermien und Eier) abgeben und dann sterben, ohne jemals wieder nach Lake Monroe zurückzukehren. Aber 10 Tage später gehen alle kleinen Muschelbabys (etwa 10.000 stark) vom Teich von Gene Poole zurück nach Lake Monroe, wo sie entweder im Laufe des nächsten Jahres heranwachsen oder sterben. Die Überlebenden wiederholen dann den Prozess, um die nächste Generation zu erzeugen. Und so weiter.

Beispiel 1: Die Erwachsenen, die zum Gene Poole Pond gehen, bestehen zu 30 % aus rot/Scheiße und zu 70 % aus blau/Ambrosia. Sie entleeren ihre Gameten in den Gene Poole Pond und, da die Fusion zur Bildung von Zygoten ein zufälliger Prozess ist gemäß der Mendelschen Genetik und gemäß den Regeln von Hardy-Weinberg, erhalten wir fast genau 30 % rote und 70 % blaue Nachkommen im Pond, die zurück zu Lake Monroe wandern werden. Eine ganze Anzahl dieser Nachkommen (etwa 90 %) wird im Laufe des Jahres sterben (siehe Malthus für eine Erklärung). Aber, wenn wir die Nachkommen betrachten, die ihr Jahr in Lake Monroe überleben und zurück zum Gene Poole Pond gehen für den nächsten Austernorgie, beobachten wir, dass 30 % rot und 70 % blau sind. Was dies bedeutet ist, dass es keine „differential survival until reproductive maturity" bezüglich der beiden alternativen Merkmale (Phänotypen) gibt, die wir verfolgen: rot oder blau. Das heißt, all der Tod, der stattgefunden hat, war entweder allein auf Zufall oder auf Merkmale zurückzuführen, die nicht mit der Farbe/ dem Geschmack der Austern verknüpft sind. Das entscheidende Merkmal, auf das man achten muss, ist der % von rot versus blau in der Elterngeneration bei der Geburt (tatsächlich bei der Zygottenfusion) und bei den adulten Züchtern.

Nun, natürlich werden die tatsächlichen Prozentwerte wahrscheinlich nicht genau 30/70 betragen, aus demselben Grund, aus dem Sie nicht erwarten, genau 50 Mal Kopf zu werfen: 50 Mal Zahl, wenn Sie eine ehrliche Münze 100 Mal werfen. Es gibt jedoch statistische Methoden, um zu schätzen, ob das beobachtete Ergebnis signifikant von einer solchen zufälligen Erwartung abweicht. Ein Verhältnis von 31% zu 69% wäre kein überraschendes Ergebnis, wenn die Zahlen in der Population oder in einer zufälligen Stichprobe aus der Population klein genug sind. In diesem Fall würden wir bei den adulten Züchtern ein Verhältnis von 310 Rot zu 690 Blau beobachten. Eine Abweichung von der Erwartung, die so groß oder kleiner ist als die erwarteten 300 und 700, würde zufällig etwa die Hälfte der Zeit eintreten, daher würde ich dies als bloße zufällige Abweichung und nicht als signifikante Abweichung betrachten. [Ich verwende einen einfachen Chi-Quadrat-Test und betrachte jede Abweichung, die zu 95% durch Zufall eintreten könnte, als nicht signifikant.]

Ein zweiter, wenn auch evolutionär wichtiger Punkt ist, dass, wie viele Glücksspieler erfahren haben, „der Zufall kein Gedächtnis hat". Wenn die neuen % in den Gene Poole Pond eintreten 31%/69%, ist die Erwartung des Zufalls, dass dies (anstatt 30/70) die erwarteten %s sein werden, die im nächsten Jahr den Lake Monroe betreten und ihn verlassen. Dies ist der Grund, warum selektive Neutralität zu neutraler Drift und schließlich zur Fixierung eines oder des anderen Phänotyps führt.

Ein dritter, kleinerer Punkt. Ich ignoriere die diploide Genetik dieses Falls und untersuche daher keine spezifischen Genotypen. Falls ich dies tun würde, könnte ich feststellen, dass dies ein Beispiel für eine „stabilisierende Selektion" ist, wie sie bei der Sichelzellenanämie beobachtet wird. Dies wäre nur über mehrere Generationen hinweg beobachtbar (durch Abweichung von den Erwartungen der zufälligen Drift) oder durch die Untersuchung der Verhältnisse von Homozygoten und Heterozygoten in den Genen.

Dies ist ein Beispiel für das Fehlen einer "signifikanten differentiellen Selektion". Oder, wenn Sie es lieber so ausdrücken möchten, ein Beispiel, bei dem keine der beiden Farben einen unterschiedlichen Einfluss auf das Überleben hatte. In der Biologie wird dieser rein zufällige Prozess nicht als "natürliche Selektion" bezeichnet, da es keine differentielle Selektion im Zusammenhang mit den Merkmalen gibt. Dieses Beispiel wird (vorläufig) als "selektive Neutralität" bezeichnet und führt zur "neutralen Drift". Auch dies wird nicht als "natürliche Selektion" betrachtet. Allerdings führt der durch die "neutrale Drift" verursachte Random Walk im Laufe der Zeit zur Evolution (genetischen Veränderung), in dem Maße, in dem diese Merkmale genetisch sind. [Und dies würde auch zur Entdeckung einer "stabilisierenden Selektion" führen, wenn dies der Grund für das scheinbare Fehlen von Veränderungen wäre.]

Zusammenfassend: In Abwesenheit von Belegen für Selektion gibt es keine „natürliche Selektion"; es gibt „selektive Neutralität", die zu „neutraler Drift" führt. Mit anderen Worten: reiner Zufall und nur Zufall ist NICHT „natürliche Selektion". Es ist „selektive Neutralität" und nur selektive Neutralität, die reinen Zufall darstellt. Im Fall selektiver Neutralität gibt es überhaupt keine differenzielle Selektion, es sei denn, sie wurde von einem Designer durchgeführt, der versuchte und es schaffte, einen völlig zufälligen Prozess nachzuahmen (was für Menschen sehr schwierig ist, ohne irgendeine Art von Zufallszahlengenerator zu verwenden); dann kann ein solches Ergebnis auf keinen Fall als Produkt eines „Designs" bezeichnet werden. Daher ist „selektive Neutralität" fast immer ein „Muster" und speziell ist es immer ein „zufälliges Muster" bezogen auf das gemessene Maß der „differenziellen reproduktiven Erfolgsrate zwischen den beiden alternativen Merkmalen". Der einzige Weg, auf dem ein solches Ergebnis jemals ein „Design" sein kann, ist, wenn ein „Designer" erfolgreich ein zufälliges, rein zufälliges Ergebnis nachahmt.

Der einzige Weg, dies zu wissen, ist durch Kenntnis der Existenz und des Willens des "Entwerfers". Es wäre unmöglich, dies allein durch Untersuchung des "Musters" festzustellen. Und zunächst ist es (wenn die Genetik unbekannt ist) nicht möglich, zwischen "stabilisierender Selektion" aufgrund von Heterozygotenvorteil und "selektiver Neutralität" zu unterscheiden. Der Unterschied zwischen ihnen würde erst offensichtlich, wenn sich das Muster über viele Generationen hinweg von den Wahrscheinlichkeitserwartungen neutraler Drift unterscheidet.

Nun, es ist an Ihrer Reihe. Erzeugt der oben beschriebene zufällige, nicht-selektive Prozess, den Biologen als „selektive Neutralität" bezeichnen, ein „Muster" oder ein „Design"? Erklären Sie, warum Sie dies so denken, falls Ihre Überlegungen von meinen abweichen.

Beispiel 2: Die Erwachsenen, die zum Gene-Poole-Teich wandern, sind zu 30 % rot/Scheiße und zu 70 % blau/Ambrosia und produzieren etwa 30 % rote und 70 % blaue Nachkommen im Teich, die zurück zum Lake Monroe zurückkehren. Eine beträchtliche Anzahl dieser Nachkommen stirbt im Laufe des Jahres (siehe Malthus für eine Erklärung). Doch wenn wir die Nachkommen betrachten, die ihr Jahr im Lake Monroe überleben und für die nächste Austernorgie wieder zum Gene-Poole-Teich zurückkehren, stellen wir fest, dass nun 80 % rot und 20 % blau sind.

Menschen waren während des gesamten Jahres im Einzugsgebiet des Lake Monroe verboten, weil dort eine giftige (für Menschen) Algenblüte aufgetreten war. Der See war zudem deutlich wärmer als üblich.

Dies ist jedoch ein Fall, in dem es zu einem signifikanten unterschiedlichen Einfluss auf die Metrik des "unterschiedlichen Überlebens bis zur geschlechtsreifen Reife" kam, der eindeutig stark mit der Farbe der Austern korreliert. Rote Austern haben ihre Häufigkeit von 30% auf 80% erhöht, während blaue Austern entsprechend abgenommen haben. Dies alles ohne menschliches Eingreifen. Völlig ohne jegliche bekannte bewusste „Gestaltung" oder Absicht. Dies ist ein Beispiel dafür, was Darwin mit „natürlicher Selektion" meinte. Und nicht überraschend erfüllt es auch die Anforderung des „unterschiedlichen Fortpflanzungserfolgs aufgrund alternativer Phänotypen", wie sie in der modernen Definition der NS zu finden ist. Ein einfacher Chi-Quadrat-Test zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Unterschied zufällig auftritt, viel geringer als 0,01% ist. Das heißt, der Unterschied im „unterschiedlichen Fortpflanzungserfolg" (gemessen am unterschiedlichen Überleben bis zum geschlechtsreifen Alter) ist statistisch signifikant.

Ein Biologe könnte hypothetisieren, dass dieses Beispiel für „natürliche Selektion" darauf zurückzuführen ist, dass die roten Austern widerstandsfähiger gegen das Gift der Algen sind oder auf einen Temperatureffekt (direkt oder indirekt), aber die Identifizierung oder sogar die korrekte Identifizierung der Ursache ist nicht notwendig, um zu erklären, dass dies die Anforderung erfüllt, „natürliche Selektion" zu sein, gemäß der Idee, die von Darwin verwendet wurde, als er diesen Begriff benutzte. Alles, was benötigt wird, ist Evidenz, die unterstützt, dass dies signifikant anders ist als die Erwartungen des Zufalls allein (wie in Beispiel 1 beschrieben) und nicht als absichtliches Produkt eines bewussten Akteurs bekannt ist.

Zusammenfassend: Dies ist ein Beispiel für „natürliche Selektion", das heißt, signifikante unterschiedliche Fortpflanzungserfolge eines Phänotyps gegenüber der Alternative in Abwesenheit menschlicher Intervention in einer bestimmten Umgebung (Lake Monroe in diesem Jahr). Es ist die Abwesenheit bewusster menschlicher Intervention, die diese „Selektion" in Darwins Terminologie „natürlich" statt „künstlich" macht. Da kein beobachtbarer „Gestalter" beteiligt war, der die Absicht oder das Bewusstsein hatte, das Verhältnis selektiv von den Erwartungen eines „zufälligen Musters" zu ändern, kann man dieses Beispiel für „natürliche Selektion" nicht als „Design" bezeichnen. Das Ergebnis dieser „natürlichen Selektion" ist ein „Muster" und insbesondere ein „nicht-zufälliges Muster" wegen der unterschiedlichen Selektion und der Abwesenheit eines Gestalters.

Ihr Zug: Stimmen Sie zu, dass das obige Beispiel ein Beispiel für „natürliche Selektion" ist, wie dieser Begriff von Darwin verwendet wurde, sowohl weil es eine Auswahl beinhaltet als auch weil es den Menschen nicht einbezieht (und daher nach seiner Verwendung nicht „künstlich" ist)? Stimmen Sie zu, dass es NS ist, wie von modernen biologischen Wissenschaftlern definiert und konzipiert? Stimmen Sie zu, dass dies ein Beispiel für ein „Muster" ist und nicht für ein „Design", aufgrund der Abwesenheit der Beteiligung eines Menschen oder eines anderen Gestalters, und auch dass es ein „nicht-zufälliges Muster" darstellt? Erklären Sie.

Beispiel 3: Beginnen Sie mit demselben 30/70-Verhältnis von roten/blauen Austern. Aber jetzt führen wir Menschen ein, die die blauen Austern lieben und tatsächlich Teil einer Blue Oyster Cult sind. Die Blue Oyster Cult hat den Lebenszyklus der Austern beobachtet und erkennt bewusst, dass sie, wenn sie zum Gene Poole Pond gehen und verhindern, dass die schrecklich schmeckenden roten Austern den Teich erreichen, mehr der köstlichen blauen Sorte haben werden. Daher entfernen sie frustriert rote Austern (und kompostieren sie). Nur 1/6 der ursprünglichen 30% roten Austern schaffen es noch, den Teich zu erreichen. Das heißt, das Verhältnis der neuen Austern im Teich ist jetzt 5 zu 70 (7% zu 93%) rot zu blau. Die nächste Generation, die den Teich erreicht, ist ebenfalls 7%/93% (was darauf hindeutet, dass in Abwesenheit der menschlichen Intervention die Merkmale voneinander nicht unterscheidbar waren und selektiv neutral waren; in diesem Fall können wir „stabilisierende Selektion" durch heterozygoten Vorteil ausschließen). Dies ist ein Beispiel dafür, was Darwin mit „künstlicher Selektion" gemeint hat, und stellt eine signifikante bewusste Änderung der Frequenz aufgrund der bewussten Handlungen der Menschen dar, um das blaue Merkmal gegenüber dem roten selektiv zu begünstigen.

Dies wäre ein Beispiel für ein „Design", ebenso wie jedes Beispiel einer bewussten „künstlichen Selektion".

Ihr Zug. Stimmen Sie zu, dass dies ein Beispiel für "Design" nach Ihrem Verständnis dieses Begriffs und für "künstliche Selektion" darstellt, wie es von Darwin verwendet wurde? Stimmen Sie zu, dass die definierende Eigenschaft von "Design" die Beteiligung von Menschen oder anderer belebter Design-Agenten erfordert (zumindest, obwohl ich hinzufügen würde, dass der Design-Agent seine Selektion durch bewusste Handlung vornimmt)? Erklären Sie dies, insbesondere wenn Sie einen anderen Weg haben, um Design konsistent zu identifizieren, der kein Wissen über einen Designer erfordert.

Die oben genannten 3 Beispiele sind recht eindeutig. Sie decken die typischen Beispiele für NS, AS und selektive Neutralität ab. Natürlich sind, wie in allen Wissenschaften und in der auf Induktion und Statistik basierenden Wissenschaft, alle Schlüsse auf Zufälligkeit und Nicht-Zufälligkeit vorläufig, und es kann Grenzfälle geben, bei denen man nicht sicher ist, ob das Ergebnis auf Zufälligkeit (bzw. selektive Neutralität), natürliche Selektion (nicht-zufällig und ohne Gestalter) oder künstliche Selektion (nicht-zufällig aufgrund der bewussten Handlung eines gestaltenden Akteurs) zurückzuführen ist.

Wir haben bereits die Möglichkeit eines Gestalters erwähnt, der bewusst versucht, ein nicht-selektives Ergebnis nachzuahmen, und darauf hingewiesen, dass dies für Menschen schwer zu erreichen ist. Und wir haben einen möglichen „selektiven" Mechanismus (Heterozygotenvorteil) erwähnt, der „selektive Neutralität" vorübergehend nachahmen könnte, wenn man die Genetik des Systems nicht kennen würde. Das ist ein Grund dafür, warum wissenschaftliche Erklärungen immer vorläufig sind und sich im Lichte weiterer Beweise ändern können. Ebenso könnten wir ein Beispiel für „natürliche Selektion" neu überdenken, wenn sich empirische Beweise für einen wahrscheinlichen Gestalter ergäben.

Aber es gibt mindestens ein anderes Beispiel, das mehrdeutig ist. Nämlich die Selektion durch einen Gestalter, der unbewusst oder unwissend ist, dass er ein nicht-zufälliges Ergebnis erzeugt. Und dieses Beispiel wurde in der realen Welt im Hinblick auf die Größe von Fischen bei der Geschlechtsreife beobachtet.

Beispiel 4: Wie in den anderen Beispielen besteht die Ausgangspopulation aus 30 % roten und 70 % blauen Austern, und dies ist auch der %s der Nachkommen, die in den Lake Monroe einlaufen, um zu reifen. Doch jetzt haben Menschen, die den Geschmack der blauen Austern sehr lieben, statt wie in Beispiel 3 eine Selektion durchzuführen, um die Häufigkeit der blauen Austern zu erhöhen, reife blaue Austern im Lake Monroe kurz vor der Jahreszeit, in der die Austern zum Gene Poole Pond wandern, um sich zu paaren, geerntet. Sie stellen die blauen Austern in ihre Töpfe, köcheln sie ein und werfen die roten Austern zurück, weil sie die blauen gerne essen und von den roten ekelhaft berührt sind. Die Menschen ignorieren die Austern, nachdem sie den Lake Monroe verlassen und zum Gene Poole Pond wandern. Nicht überraschend ist der %, der den Teich nun erreicht, verändert, zu einem signifikant unterschiedlichen 50 % rot und 50 % blau, aufgrund der selektiven Ernte der blauen Austern durch Menschen.

Somit beträgt das Verhältnis der nächsten Generation von Austern nun 50:50 rot:blau, statt 30:70, und es gibt in Lake Monroe immer weniger blaue und immer mehr rote Austern, was den Wert und die Kosten der blauen Austern erheblich steigert. Dies ist offensichtlich nicht die bewusste Absicht der (eher unwissenden) Menschen, die die Austern ernten, da dies bedeutet, dass es immer weniger der begehrten blauen Austern geben wird. Aber es scheint auf den ersten Blick wie eine „künstliche Selektion", sowohl weil sie auf menschlicher Beteiligung beruht als auch weil sie eine differenzierte, nicht-zufällige Selektion der alternativen Austertypen darstellt. Ist dies also ein Beispiel für ein „Muster" statt für ein „Design", weil die Selektion nicht bewusst durchgeführt wurde, um das Ergebnis zu erzielen, sondern das Ergebnis eine unbeabsichtigte Folge der selektiven Prädation war, die ohne Nachdenken oder intelligente Voraussicht bezüglich der Konsequenzen (die denen eines bewusst handelnden Menschen entgegengesetzt sind) vorgenommen wurde? Oder ist dies ein Beispiel für ein „Design", weil es ein nicht-zufälliges Ergebnis ist, das von einem aktiven Gestalteragenten produziert wurde, auch wenn dieses Ergebnis nicht die Absicht des Gestalters war? Vielleicht sollte „künstliche Selektion" auf solche Fälle beschränkt werden, bei denen Menschen bewusst für ihre eigenen Zwecke vorgehen, wie zum Beispiel die Züchtung von Spielzeugpudeln, weil sie niedlich sind, und von Schäferhunden, weil sie für Hirten nützlich sind.

Die unbewusste Selektion durch differenzielle Prädation ohne die Absicht, selektiv zu züchten, könnte besser als „natürlich" betrachtet werden, auch wenn sie von Menschen durchgeführt wird, genau wie es der Fall wäre, wenn sie von Wölfen durchgeführt würde. Im Gegensatz zu den anderen Beispielen, die ziemlich eindeutig sind, ist dieses Beispiel mehrdeutiger, und ich könnte je nach der spezifischen Definition der verwendeten Begriffe sowohl „Design" als auch „Muster" für diesen Fall unterstützen. Wenn man „Design" auf solche Muster beschränkt, die bewusst mit dem Ziel des Gestalters erzeugt werden, dann ist dies kein „Design". Es bedeutet auch, dass Ameisenhügel und Blattlaus-Sklaven kein „Design" sind, da die Organismen, die diese entwerfen, kein Bewusstsein haben, sondern nur Instinkt. Aber fühlen Sie sich frei, ein Argument für die eine oder die andere Seite vorzubringen. Ich bitte nur, dass Sie konsistent sind, wenn Sie können.

Beispiel 5: Erfinden Sie einen unsichtbaren, nicht nachweisbaren, überintelligenten und omnipotenten Agenten, der alles produzieren kann, was er will und was beobachtet werden kann, ohne selbst beobachtet zu werden. Erklären Sie alle oder eine beliebige zufällige Teilmenge der anderen Beispiele als Resultat der Handlungen dieses unsichtbaren und nicht nachweisbaren Agenten; somit ist alles auf die Handlungen dieses unbeobachtbaren Agenten zurückzuführen. Ist dann alles „Entwurf"? Oder gibt es immer noch einige Ergebnisse, die nur ein „Muster" sind? Welche sind das?

And tell me why Example 2 ("natural selection") is a tautology?