Wie lange dauert eine Änderung der DNS/DNA?

[Namronia]

wie lange dauert es eigentlich, bis sich die dna langfristig über mehrere generationen ändert und durchsetzt, wenn sich die gegebenheiten ändern?

[nocquae]

[Namronia]

[tridi]

[Wraith]

[Namronia]

[Wraith]

[tridi]

[Namronia]

[Mr Schnuffi]

[Wraith]

[tridi]

[tridi]

[Namronia]

[tridi]

[Namronia]

[tridi]

[Namronia]

[tridi]

nun auch noch mit sex.

erstmal sei das gute gen dominant, urspruenglich seien 10% der gene im genpool gut (d.h. 81% haben das gen nicht, 18% mischerbige, 1 % reinerbige; insgesamt haben wegen der domninanz 19% die verbesserten ueberlebenschancen von 80% statt 50%). der anteil von 10% entwickelt sich wie folgt:

0,1
0,143626571
0,198109931
0,261060966
0,328280125
0,395138722
0,457970666
0,514674071
0,564538622
0,607756149
0,644968041
0,676966831
0,704536332
0,728381384
0,749106349
0,767216776
0,783130386
0,797190564
0,809679363
0,820828869
0,830830709
0,839843781
0,84800049
0,85541173
0,862170859
0,868356883

anfangs waechst das also aehnlich schnell wie im fall der ungeschlechtlichen vermehrung, allerdings stirbt das schlechte gen spaeter nur sehr langsam aus, da ja zB nach 25 generationen (entspricht der letzten zeile von eben) eh 98,3% schon geschuetzt sind, mischerbigkeit reicht ja.

nun der fall der rezessivitaet, sonst alles gleich, also urspruenglich seien 10% der gene im genpool gut (d.h. 81% haben das gen nicht, 18% mischerbige, 1 % reinerbige; insgesamt haben wegen der rezessivitaet nur 1% die verbesserten ueberlebenschancen von 80% statt 50%). der anteil von 10% entwickelt sich wie folgt:

0,1
0,105367793
0,111287881
0,117843184
0,125132761
0,133275572
0,142415219
0,152725915
0,16441996
0,177757032
0,19305552
0,210705919
0,23118574
0,255074104
0,283061711
0,315947115
0,354602275
0,399878816
0,452415117
0,512307494
0,57865842
0,649147302
0,719953063
0,786386685
0,844196421
0,890863324

anfangs also steigt der anteil nur recht langsam, denn nur die ganz wenigen reinerbigen traeger des guten gens haben ueberhaupt einen vorteil davon, und das ist anfangs ein relativ geringer anteil. spaeter aber gehts dem schlechten gen an den kragen, das stirbt dann doch recht schnell aus (die obigen zahlen wachsen am ende noch deutlich, anders als im dominanten fall eben).

zahlen ohne gewaehr, ich kann mich auch mal vertippen...

[Namronia]

wieder sehr interessante zahlen, danke!


wie könnte man das jetzt "weiterdenken"?

[tridi]

du koenntest natuerlich an den parametern spielen. (und wirst dann natuerlich sehen, dass die veraenderungen langsamer verlaufen, wenn der selektionsvorteil geringer ist.)

aber was obiges model noch gar nicht beruecksichtigt, sind mutationen (z.b., im obigen modell, eine mutation, die die ueberlebenswahrscheinlichkeit auf 95% steigert.) sowas ist aber schwer vorhersehbar oder berechenbar: gibt es ueberhaupt eine einzige stelle im erbgut, die man so aendern koennte, dass sich ploetzlich diese resistenz ergaebe? wenn ja, dann koennte man vielleicht statistiken ueber mutationen suchen, um herauszufinden, wie viele mutationen so im mittel stattfinden und nach welcher zeit diese mutation zu erwarten waere...

moeglicherweise ist es wahrscheinlicher, dass einzelne mutationen allenfalls zu einer geringfuegig verbesserten resistenz fuehren und erst mehrere mutationen zusammen wirklich einen solch grossen effekt (wie die anhebung der ueberlebenswahrscheinlichkeit von 80% auf 95%) bewirken. dann muss sich jede einzelne dieser mutationen erstmal durchsetzen (vgl. meine excel-tabellen von oben), so dass dann eine wesentliche wahrscheinlichkeit dafuer besteht, dass auch die naechste dieser mutationen dazu kommen kann usw... (es sei denn, diese mutationen betreffen verschiedene chromosomen, dann hilft ggf. auch, diese durch sex zu kombinieren )

also... weiterdenken kann man noch vieles.

aber wenn jemanden das wirklich interessiert... es gibt ja nun auch experimente dazu, und zwei davon fand ich sehr eindrucksvoll.

ein experiment hat meine biolehrerin damals im unterricht gemacht: man nehme kleine bunte plaettchen, z.b. indem man farbiges papier mit einem locher bearbeitet und den locher hinterher ausschuettet, und schuette diese plaettchen auf eine bunte tischdecke, zB ne blaue tischdecke mit vielen bluemchen drauf oder so, irgendwas unruhiges. dann spiele man fressfeind, d.h. man sammelt von der tischdecke eine bestimmte zeit lang moeglichst viele plaettchen, die man findet, auf. nach ablauf der zeit gelten die noch auf der tischdecke befindlichen plaettchen als ueberlebend, diese sammelt man nun ein, zaehlt durch, wie viele von jeder farbe vorhanden sind, und vermehrt diese plaettchen (zB so dass fuer jedes blaue plaettchen ein blaues dazu kommt, fuer jedes rote ein rotes usw), damit wieder aehnlich viele plaettchen wie am anfang da sind. die plaettchen streut man nun wieder auf die tischdecke, man spielt wieder fressfeind usw.

nach wenigen generationen haben die meisten plaettchen irgendeine farbe, die auf der tischdecke besonders schlecht auffaellt. dann kann man mal die tischdecke wechseln, statt einer ueberwiegend blauen tischdecke gibts dann ne ueberwiegend gruene oder so. man macht das spiel weiter (also mit den ueberlebenden nach 10 generationen blauer tischdecke oder so), wieder 10 generationen, und siehe da, die meisten schnipsel haben dann eine farbe, die auf der neuen tischdecke kaum auffaellt.

das ist eigentlich das, was ich oben auch in meinen zahlentabellen gemacht habe: keine mutationen, nur veraenderungen der haeufigkeiten der bereits vorhandenen gene im genpool, die zur anpassung an die neuen umweltbedingungen fuehren. (mutation koennte man in das modell aber auch einbauen... muss man halt gelegentlich mal bei einem kind-plaettchen ne andere farbe nehmen als die farbe des mutterplaettchens.

soweit dies experiment.

ich muss sagen, man kann viel theoretisch ueber evolution labern, aber das wird nie alle ueberzeugen. statt zu labern muss man auch mal wirklich tun, man muss es erleben, wie gut evolution funktioniert... und ich muss sagen, sie funktioniert fantastisch. wenn man es erlebt hat, hat man keine zweifel mehr. es ist wirklich beeindruckend. so auch das zweite experiment, das leider nicht ganz so einfach durchfuehrbar ist, sondern etwas programmierkenntnisse erfordert:

bei diesem zweiten experiment geht es um den sogenannten genetischen algorithmus. man hat irgendein optimierungsproblem, und statt sich irgendeinen intelligenten algorithmus zur bestimmung der optimalen loesung einfallen zu lassen, macht man erstmal was total dummes, man startet naemlich mit hundert zufaellig ausgewaehlten und daher ziemlich suboptimalen loesungen. jede dieser loesungen nennt man ein individuum, die menge aller hundert zufaellig gewaehlten loesungen ist die population. dann nimmt man jeweils eine dieser loesungen, also ein individuum, kopiert es, macht dabei aber eine zufaellige kleine veraenderung (mutation) und schmeisst diese leicht veraenderte kopie (kind) mit in die population. nun hat man 101 loesungen (individuen) und laesst die schlechteste davon sterben (selektion). das wiederholt man dann ein paar tausend mal, d.h. man evolviert die population... im computer dauert das ja nicht lang.

konkretes beispiel ist das travelling salesman problem: ein handelsvertreter muss 40 orte anfahren, eine entfernungstabelle zwischen den orten liegt vor, gesucht ist eine moeglichst optimale route vom wohnort zu alle 40 anderen orten und am schluss zurueck zum wohnort. theoretisch gibt es fakultaet(40) moegliche routen, es gibt keine chance, so viele routen alle durchzuprobieren (sind zu viele), auch sonst gibts so recht kein bekanntes verfahren, dass wirklich zielsicher die beste route finden kann.

der genetische algorithmus bedeutet hier, dass man erstmal zufaellige routen bildet, sie individuen nennt und in die startpopulation schmeisst. diese individuen sind entsetzlich schlecht, fuehren einen von hamburg nach muenchen dann nach bremen, dann nach stuttgart, dann nach amsterdam, nach leipzig, nach essen, nach stettin... voellig idiotisch, da ja zufaellig gebildet. unglaublich, dass daraus jemals irgendwie ne brauchbare route werden kann.

aber dann nimmst du jeweils eine tour aus deiner population, verpasst ihr ein modifiziertes (mutiertes) kind und laesst das schlechteste individuum sterben (kann gut sein, dass es das neue kind selbst ist). (schlechtes individuum = tour mit laengster gesamtkilometerzahl.) mach das dann paar tausend mal, und guck dir gelegentlich zwischendurch an, wie gut die touren in deiner population sind. es ist einfach fantastisch, zu sehen und zu beobachten, wie die touren besser werden... die evolution funktioniert einfach spitzenmaessig. wie gut, das glaubt man einfach erst, wenn man es sieht.

(ein detail zur mutation: die erfolgt selbstverstaendlich nicht zielgerichtet, sondern zufaellig. allerdings gibt es mutationsarten, die mehr erfolg versprechen als andere. hier beim travelling salesman problem sind mutationen durch vertauschung zweier beliebiger orte (z.b. dritter oder mit vierundzwanzigstem tauschen) bei schon relativ guter mutter mit verdammt hoher wahrscheinlichkeit fuer das kind toedlich. besser ist es, einen zufaelligen teil der tour auszuschneiden und die orte in diesem teil beim kind in der anderen reihenfolge zu durchlaufen. auch das ist eine rein zufaellige mutation, aber eine, die mit hoeherer wahrscheinlichkeit ueberlebbar ist.)

[beachbernie]

[tridi]

nachtrag zu meinem hinweis von eben auf den genetischen algorithmus bei der loesung des travalling salesman problems: auch den gibt es mit und ohne sex

bei der sex-variante nimmt man jeweils zwei individuen, mutter-tour und vater-tour, und kombiniert deren eigenschaften (erbanlagen) zur kind-tour. funktioniert aber beides, mit und ohne sex.

[kereng]

Als Antwort auf die Ausgangsfrage fehlt mir noch das Lenski-Langzeit-Experiment mit E.coli:

http://de.wikipedia.org/wiki/Richard_Lenski#E._coli-Langzeitexperiment
http://fisch-blog.blog.de/2008/06/14/zufall-in-der-evolution-4314368/
http://evilunderthesun.blogspot.com/2008/06/ein-neues-spielzeug-und-ein-bisschen.html
http://myxo.css.msu.edu/lenski/pdf/2008,%20PNAS,%20Blount%20et%20al.pdf