自然選択 vs. 偶然: なぜ進化は宝くじではないのでしょうか?

非常にありえない出来事が時々起こってしまうのはなぜでしょうか？

不滅の猿が、ピアノを 1 秒間に 2 回ランダムに叩き、各音の長さをランダムに選択すると、平均すると次のようになります。 ≈ 1.6 × 10⁹⁸³⁴偶然ベートーベンの交響曲第5番を全曲演奏する数年前。 したがって、無限の多元宇宙にいる不死の猿であっても、それは事実上不可能です。

細菌から人間になることは、不死の猿のベートーベンを演奏することよりもさらにありそうもないことのように思えます。 それでもそれは起こった。

生物学的進化は、ピアノを弾く猿のような純粋にランダムなプロセスとどう違うのでしょうか?

進化は（自然選択によって）指示され、蓄積され、天文学的な時間と資源を利用するプロセスです。ピアノを弾く猿とは異なり、人生は世代ごとに「ゼロから始まる」わけではありません。奇跡的に見えることは、何十億年にもわたる試行錯誤と適切な環境での適応の成功の結果にすぎません。

それは、純粋にランダムな確率（サル）と、物理的および生物学的規則によって導かれた確率（進化）との違いです。

ランダムな突然変異はランダムな進化を意味しない

進化を、まったくの偶然の産物である宇宙的なサイコロのゲームとして想像したくなります。 結局のところ、集団に多様性をもたらす遺伝子変異はランダムです。 しかし、進化は単純な確率的変動ではありません。それは、基本的な非ランダム原理に基づいています。自然選択。 この仕組みを定式化したのは、チャールズ・ダーウィン(1809-1882) はフィルターとして機能し、環境に最も適した変異を保持することで進化を方向付けます。

完全にランダムにタイプを決定するサルとは異なり、生物学的進化は自然選択によって導かれる非ランダムなプロセスです。有利な突然変異は保持され、その他は排除されます。

よくある間違いは混乱することです突然変異(ランダム) と進化(ガイド付きプロセス)。 便利な例えは、不死の猿がピアノを叩くことです。統計的には、偶然にベートーベンの交響曲第 5 番を演奏することはできますが、\(10^{9834}\) 年未満でそれを達成できる確率は極めて低いです。 進化とは逆に、成功を積み重ねる何世代にもわたって。 彼女はすべての組み合わせをランダムに試しているわけではありません。彼女学ぶ。

選択による累積的なプロセス

進化は各段階でゼロから始まるわけではありません。それぞれのイノベーション (DNA、真核細胞、多細胞性など) は、次のステップの基礎として機能します。各音が独立しているピアノとは異なり、これは累積的なプロセスです。

サルが最初に 1 小節を再現し、次に 2 小節を再現し、次に音楽フレーズを (ヒット曲を暗記して) 再現した場合、確率は大幅に増加します。 サルは良い音を奏でるピアノを持っていません。

自然選択は最適化アルゴリズムとして機能します。つまり、生存と繁殖を増加させる遺伝的変異を保持します。中立的またはわずかに不利な突然変異であっても、環境状況に応じて存続したり消滅したりする可能性があります。この変異と選択の間の絶え間ない相互作用により、方向性はないものの恣意的ではない進化の軌跡が生じます。

言い換えれば、生命の複雑さは統計的な奇跡によってもたらされたものではありません。それは、反復プロセス遺伝的ノイズと適応型ソーティングを組み合わせます。目や脳などの非常に複雑な生物学的構造は、偶然に突然生じたものではなく、発展してきました。ゆっくり洗練された進化的アルゴリズムのように、層ごとに。

進化を永遠のコイントスと比較することは、生物の決定的な役割を無視することになります。環境からのフィードバック。後者は、機能するものを選択することにより、次の形式を導入します。新興秩序一見混沌としたシステムの中で。これはまさに、ランダムにプレイするサルと、複雑に向かって進化する生物学的システムを区別するものです。

ガイド付き進化 vs. 純粋な偶然: 基本的な対比

出典: ダーウィン (1859)、メイナード・スミス (1986)、ドーキンス (1986)、グールド (1990)、ノワク (2006)、レーニンガー (2021)

進化: 偶然を超えて

奇跡的に見えることは、何十億年にもわたる試行錯誤と適切な環境での適応の成功の結果にすぎません。 それは、純粋にランダムな確率（サル）と、物理的および生物学的規則によって導かれた確率（自然選択による進化）との違いです。