A long-standing challenge to evolutionary theory has been whether it can explain the origin of complex organismal features. We examined this issue using digital organisms -- computer programs that self-replicate, mutate, compete and evolve. Populations of digital organisms often evolved the ability to perform complex logic functions requiring the coordinated execution of many genomic instructions. Complex functions evolved by building on simpler functions that had evolved earlier, provided that these were also selectively favoured. However, no particular intermediate stage was essential for evolving complex functions. The first genotypes able to perform complex functions differed from their non-performing parents by only one or two mutations, but differed from the ancestor by many mutations that were also crucial to the new functions. In some cases, mutations that were deleterious when they appeared served as stepping-stones in the evolution of complex features. These findings show how complex functions can originate by random mutation and natural selection.
進化論の長年の課題は、複雑な生物の起源を説明することができるかどうかだった。我々は、自己複製するコンピュータプログラムであるデジタル生物を使って、突然変異と生存競争と進化について検討した。デジタル生物は、多くの遺伝情報を協調して実行する必要がある複雑な論理機能を実行する能力を進化させた。初期に進化した単純な機能の上に築かれた複雑な機能により、デジタル生物は選択において選好された。しかし、複雑な機能を進化させるために不可欠な中間段階は存在しなかった。複雑な機能を実行可能な最初のゲノムタイプは、それを実行不可能な親と比べて、ひとつかふたつの突然変異しか違いがなかった。ある例では、複雑な機能の進化における飛び石としての役割を果たす有害な突然変異が見られた。これらのことは、複雑な機能がランダムな突然変異の自然選択によって生じることを示している。