Waiting for Two Mutations: With Applications to Regulatory Sequence Evolution and the Limits of Darwinian Evolution

Durrett, Rick; Schmidt, Deena

doi:10.1534/genetics.107.082610

Cited by 72 publications

(95 citation statements)

References 24 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…However, in all but very small populations, complex adaptations appear to be achieved by the fortuitous appearance of combinations of mutations within single individuals before fixation of any intermediate steps at the population level (e.g., refs. [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26].…”

mentioning

confidence: 99%

Scaling expectations for the time to establishment of complex adaptations

Lynch

2010

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

View full text Add to dashboard Cite

Although the vast majority of research in evolutionary biology is focused on adaption, a general theory for the population-genetic mechanisms by which complex adaptations are acquired remains to be developed. The issue explored here is the procurement of novel traits that specifically require multiple mutations to achieve a fitness advantage. By highlighting the roles played by the forces of mutation, recombination, and random genetic drift, and drawing from observations on the joint constraints on these factors, the ways in which rates of acquisition of specific types of adaptations scale with population size are explored. These general results provide insight into a number of ongoing controversies regarding the molecular basis of adaptation, including the adaptive utility of recombination and the role of drift in the passage through adaptive valleys.adaptive evolution | complex traits | evolutionary rate | molecular evolution | recombination R ecent empirical observations imply that approximate scaling laws exist for several fundamental evolutionary forces (1-3). First, across the full domain of life, there is an inverse relationship between population density and organism size. This relationship bears importantly on the power of random genetic drift, which is expected to scale negatively (although not necessarily linearly) with total population size (4). Second, the recombination rate per physical distance on chromosomes scales inversely with genome size. This feature is a simple consequence of an apparent structural constraint across all sexually reproducing eukaryotes-the occurrence of approximately one crossover event per chromosome arm per meiosis, and the fact that most variation in genome size is associated with variation in chromosome size rather than chromosome number. Finally, the mutation rate per nucleotide site per generation scales negatively with the genetic effective size of a population, possibly because lineages more vulnerable to random genetic drift are less efficient at maintaining high-fidelity replication/repair machinery (3, 5). The fact that all three of these nonadaptive forces of evolution influence the efficiency of selection raises the question as to whether general scaling laws also exist for the exploitation of various pathways to adaptive evolution.The development of theory in this area is rendered difficult by the multidimensional nature of the problem. One strategy has been to ignore all deleterious mutations and to assume that selection is strong enough and mutation weak enough relative to the power of random genetic drift and recombination that evolution always proceeds by the sequential fixation of single mutations (e.g., refs. 6-11). Such an approach provides a useful entree into the evolutionary dynamics of rare adaptive mutations with large effects. Under these conditions, the expectations are clear-with larger numbers of mutational targets and a reduced power of random genetic drift, the rate of adaptation will increase with population size, although more slowly than ex...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Scaling expectations for the time to establishment of complex adaptations

Lynch

2010

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Badania genetyczne i matematyczne wykazują, że zmiany w genach nie zachodzą na tyle często, by na przeciągu zaledwie kilku milionów lat doprowadzić do powstania jakiegokolwiek organu, narządu lub tym bardziej systemu. Durrett i Schmidt na podstawie danych eksperymentalnych szacują, że w przypadku muszki owocówki (drosophila) około 10 milionów pokoleń musiałoby minąć, by nastąpiła sekwencja dwóch mutacji prowadzących do "przełączenia" w genach z jednego miejsca wiązania czynnika transkrypcyjnego na drugi; w przypadku człowieka musiałoby minąć 162 mln lat [23]. Chyba nie muszę wykazywać, że jedna taka zmiana w genach jeszcze nie doprowadzi do powstania gałki ocznej, nie mówiąc już o całym skomplikowanym aparacie wizyjnym...…”

Section: Rys 3 Schemat Blokowy Sterowania Procesem Akomodacji Oka [19]unclassified

Technological obstacles of the evolution driven by natural selection

Rucki¹

2015

Mechanik

View full text Add to dashboard Cite

BARIERY TECHNICZNE EWOLUCJI STEROWANEJ PRZEZ DOBÓR NATURALNYW artykule omówiono niektóre problemy techniczne, jakie pojawiałyby się w trakcje realizacji procesu ewolucji biologicznej sterowanej przez przypadkowe mutacje i dobór naturalny. Podane przykłady dotyczą ewolucji aparatu wizyjnego od plamki światłoczułej do oka kręgowca, przekształcenia łuski gada w pióro ptaka oraz wydłużenia szyi żyrafy. W połączeniu z niemożnością techniczną nawet celowego ożywienia materii nieżywej, bariery te wskazują na niemożliwość zachodzenia procesu ewolucji biologicznej, prowadzącej do powstania życia i jego samoczynnego rozwoju od form "prostych" do bardziej złożonych. TECHNOLOGICAL OBSTACLES OF THE EVOLUTION DRIVEN BY NATURAL SELECTIONIn the article, there are presented some technical problems that would appear during biological evolution driven by random mutations and natural selection. The examples concern with evolution of the visual apparatus from a light-sensitive point to the fully developed vertebrate eye, transformation of the reptile scale into the bird's feather, and the elongation of the giraffe's neck. Taking into consideration technological impossibility of making non-living matter to live, even intentionally, those obstacles indicate that the process of biological evolution with appearance of life by chance and its emergence into various forms from one or few primordial ancestors is virtually impossible. WSTĘPKiedy 20 lat temu jako doktorant po raz pierwszy uczestniczyłem w konferencji naukowej, usłyszałem w referacie plenarnym ciekawą tezę. "Mam dowód, -mówił poważny profesor, -że metrologia jest najstarszą z nauk. Na początku bowiem był chaos, a przecież ktoś musiał ten chaos stworzyć".Niewątpliwie, od tamtych czasów nauka znacznie posunęła się do przodu, i po metrologach inni naukowcy wiele rzeczy uporządkowali. Jednak często wracam myślami do początków -do czasów, kiedy nie istniał jeszcze człowiek, który mógłby przeprowadzić obserwacje i pomiary, i wprowadzić chaos.Ewidentnie prehistoria poprzedzająca zaistnienie pierwszego człowieka jest poza naszymi możliwościami poznania. Jednak dzisiejsza nauka coraz częściej dochodzi do wniosku o konieczności odwołania się do metafizyki, lub nawet do osoby stojącej za tym wszystkim, co możemy zaobserwować i zmierzyć, jak to zauważa Hawking: "teoria klasyczna nie jest w stanie wyliczyć, co mogłoby powstać ze wszechświata w początkowym momencie, gdy materia była nieskończenie gęsta, ponieważ prawa fizyki w tych warunkach nie działają. Oznacza to, że nauka nie może opisać, jak mógł zaistnieć wszechświat. Zamiast tego nauka jest zmuszona odwoływać się do czynnika spoza wszechświata"[1]. PRZYPADKOWA PRECYZJA?Każdy inżynier wie, ile trzeba się namęczyć, by zachować zadaną precyzję. Metrolodzy potem muszą dokonać pomiarów z jeszcze większą precyzją, dlatego opracowują metodykę pomiarów, budują urządzenia pomiarowe i oceniają niepewność pomiarów (zob. np.[2], [3], [4]). Generalnie nie słyszy się, by precyzyjne urzą-dzenia wychodziły komuś przypadkowo; odwrotnie, sposób uzyska...

show abstract

“…I then wrote that ''for humans to achieve a mutation like this by chance, we would have to wait 100 million times 10 million years'' (Behe 2007) (because that is the extrapolated time that it would take to produce 10 20 humans). Durrett andSchmidt (2008, p. 1507) retort that my number ''is 5 million times larger than the calculation we have just given'' using their model (which nonetheless gives a prohibitively long waiting time of 216 million years).…”

mentioning

confidence: 90%

“…Generally, when the results of a simple model disagree with observational data, it is an indication that the model is inadequate. Furthermore, Durrett and Schmidt (2008) err in several ways in applying their model to the PfCRT data:…”

mentioning

confidence: 99%

“…When Durrett and Schmidt (2008) noted that their own estimate of obtaining two needed mutations in humans was an unrealistically long 216 million years, they pondered that, if the regulatory ''neighborhood'' for a gene was not just 1 kb but 1000 kb, then ''we expect to find 16 copies'' of the already complete transcriptionfactor-binding site there. But if many useful binding sites already exist in the neighborhood, why model the appearance of yet another one?…”

mentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation