Sådan fungerer naturligt udvalg

For flere hundrede millioner år siden, der var ingen hvirveldyr på land. De eneste hvirveldyrarter i verden var fisk, som alle levede under vandet. Konkurrencen om mad var intens. Nogle fiskearter, der levede nær kysten, udviklede en mærkelig mutation:evnen til at presse sig selv i mudder og sand på kysten med deres finner. Dette gav dem adgang til fødekilder, som ingen andre fisk kunne nå. Fordelen gav dem større reproduktiv succes, så mutationen blev givet videre. Dette er hvad vi kalder naturlig selektion .

Naturligt valg er motoren, der kører udvikling . De organismer, der er bedst egnet til at overleve under deres særlige omstændigheder, har større chance for at videregive deres egenskaber til den næste generation. Men planter og dyr interagerer på meget komplekse måder med andre organismer og deres miljø. Disse faktorer arbejder sammen for at producere den forbløffende mangfoldige vifte af livsformer, der findes på Jorden.

Ved at forstå det naturlige udvalg, vi kan lære, hvorfor nogle planter producerer cyanid, hvorfor kaniner producerer så mange afkom hvordan dyr først opstod fra havet for at leve på land, og hvordan nogle pattedyr til sidst gik tilbage igen. Vi kan endda lære om mikroskopisk liv, såsom bakterier og vira, eller finde ud af, hvordan mennesker blev mennesker.

Charles Darwin opfandt udtrykket "naturligt udvalg". Du hører det typisk ved siden af ​​den ofte misforståede evolutionære slagord " den stærkeste overlever . "Men de stærkeste overlevelse er ikke nødvendigvis den blodige, tand-og-klo kamp for overlevelse vi har en tendens til at gøre det til at være (selvom det nogle gange er det). Hellere, det er et mål for, hvor effektivt et træ er til at sprede frø; en fisk evne til at finde en sikker gydeplads, før hun lægger sine æg; den færdighed, hvormed en fugl henter frø fra dybet, duftende kop af en blomst; en bakteries resistens over for antibiotika.

Med lidt hjælp fra Darwin selv, vi kommer til at lære om naturligt udvalg og hvordan det skabte den forbløffende kompleksitet og mangfoldighed af liv på planeten Jorden.

1. Forståelse af evolution
2. Fitness
3. Befolkningstryk
4. Superorganismen vs. den egoistiske gen
5. Case Studies in Natural Selection

Forståelse af evolution

Evolution er resultatet af tendensen til, at nogle organismer har bedre reproduktiv succes end andre - naturlig selektion.

Det er vigtigt at huske, at forskelle mellem individer, selv individer fra forskellige generationer, udgør ikke evolution. Det er bare variationer af træk . Egenskaber er karakteristika arvelig - de kan overføres fra den ene generation til den næste. Ikke alle træk er fysiske - evnen til at tolerere tæt kontakt med mennesker er et træk, der udviklede sig hos hunde. Her er et eksempel, der hjælper med at forklare disse begreber:

Forestil dig nu, at der opstår nogle forhold, der gør det mere sandsynligt for jockeys at reproducere med succes end basketballspillere. Jockeys får børn oftere, og disse børn har en tendens til at være korte. Basketballspillere har færre børn, så der er færre høje mennesker. Efter et par generationer, gennemsnitshøjden på mennesker falder. Mennesker har udviklet sig til at være kortere.

Evolution handler om forandring, men hvad er mekanismen, der forårsager disse ændringer? Hver levende ting har alt om sin konstruktion kodet i en speciel kemisk struktur kaldet DNA. Inde i DNA'et er kemiske sekvenser, der definerer en bestemt egenskab eller et sæt træk. Disse sekvenser er kendt som gener. Den del af hvert gen, der resulterer i den forskellige ekspression af træk, kaldes en allel . Fordi et træk er et udtryk for en allel, tendensen af ​​et bestemt træk til at vise sig i en befolkning omtales som allelfrekvens . I det væsentlige, evolution er en ændring i allelfrekvenser i løbet af flere generationer.

Forskellige alleler (og dermed forskellige træk) skabes på tre måder:

• Mutationer er tilfældige ændringer, der sker i gener. De er relativt sjældne, men over tusinder af generationer, de kan tilføje op til meget dybtgående ændringer. Mutationer kan introducere egenskaber, der er helt nye og aldrig har vist sig i den art før.
• Seksuel reproduktion blander hver forælders gener ved at splitte, bryde og blande kromosomer (de tråde, der indeholder DNA) under oprettelsen af ​​hver sæd og æg. Når sæd og æg kombineres, nogle gener fra den mandlige forælder og nogle gener fra den kvindelige forælder blandes tilfældigt, skaber en unik blanding af alleler i deres afkom.
• Bakterie, som ikke reproducerer seksuelt, kan absorbere stumper af DNA, de støder på og inkorporere det i deres egen genetiske kode gennem forskellige metoder til genetisk rekombination [kilde:Vinder].

Selve seksuel reproduktion er et produkt af naturlig selektion - organismer, der blander gener på denne måde, får adgang til en større variation af træk, hvilket gør dem mere tilbøjelige til at finde de rigtige træk til overlevelse. For mere detaljeret information om evolution, gå til How Evolution Works.

EN befolkning er en defineret gruppe af organismer. Med hensyn til evolutionær videnskab, en befolkning refererer normalt til en gruppe organismer, der har reproduktiv adgang til hinanden. For eksempel, zebraer, der lever på Afrikas sletter, er en befolkning. Hvis andre zebraer boede i Sydamerika (ingen gør, men lad os lade som om de gør det af eksemplets skyld), de ville repræsentere en anden befolkning, fordi de er for langt væk til at parre sig med de afrikanske zebraer. Løver, der lever på Afrikas sletter, er også en anden befolkning, fordi løver og zebraer biologisk ikke er i stand til at parre sig med hinanden.

Fitness

Fitness er nøglen til naturligt valg. Vi taler ikke om, hvor mange reps en havodder kan brænde igennem i fitnesscentret - biologisk egnethed er en organismes evne til med succes at overleve længe nok til at reproducere. Udover det, det afspejler også en organismes evne til at reproducere godt. Det er ikke nok for et træ at skabe en flok frø. Disse frø har brug for evnen til at ende i frugtbar jord med nok ressourcer til at spire og vokse.

Fitness og naturligt udvalg blev først forklaret detaljeret af Charles Darwin , der observerede dyreliv rundt om i verden, tog rigelige noter, søgte derefter at forstå, hvad han havde set. Naturligt udvalg forklares nok bedst med hans ord, taget fra hans skelsættende værk "On Species Origin".

Organismer viser variation af træk . "De mange små forskelle, der optræder i de samme forældres afkom, kan kaldes individuelle forskelle. Ingen formoder, at alle individer af den samme art er støbt i den samme egentlige skimmel."

Flere organismer fødes end nogensinde kunne støttes af planetens ressourcer . "Hvert væsen ... må lide ødelæggelse i en periode af sit liv, Ellers, på princippet om geometrisk stigning, dens tal ville hurtigt blive så ... store, at intet land kunne støtte produktet. "

Derfor, alle organismer skal kæmpe for at leve . "Efterhånden som der produceres flere individer, end de overhovedet kan overleve, der må i alle tilfælde være en kamp for tilværelsen, enten et individ med et andet af samme art, eller med individer af forskellige arter, eller med livets fysiske forhold. "

Nogle træk giver fordele i kampen . "Kan vi tvivle på, at personer, der har nogen fordel, dog let, over andre, ville have den bedste chance for at overleve og formere sig? "

Organismer, der har disse egenskaber, er mere tilbøjelige til at reproducere med succes og overføre egenskaberne til den næste generation . "De mindste forskelle kan vende den pænt afbalancerede skala i kampen for livet, og så bevares. "

Succesfulde variationer akkumuleres over generationer, da organismerne udsættes for befolkningspres. "Natural Selection virker udelukkende ved at bevare og akkumulere variationer, der er gavnlige under de betingelser, som hvert væsen udsættes for. Det endelige resultat er, at hvert væsen har en tendens til at blive mere og mere forbedret i forhold til dets forhold."

Lad os dykke dybere ned i begrebet befolkningspres.

Befolkningstryk

Processen med naturlig selektion kan fremskyndes enormt af et stærkt befolkningspres. Befolkningstryk er en omstændighed, der gør det sværere for organismer at overleve. Der er altid en slags befolkningspres, men begivenheder som oversvømmelser, tørke eller nye rovdyr kan øge det. Under højt tryk, flere medlemmer af en befolkning vil dø, før de reproducerer. Det betyder, at kun de personer med træk, der giver dem mulighed for at håndtere det nye pres, vil overleve og overføre deres alleler til den næste generation. Dette kan resultere i drastiske ændringer af allelfrekvenser inden for en eller to generationer.

Her er et eksempel - forestil dig en giraffepopulation med individer, der varierer i højden fra 10 fod til 20 fod høje. En dag, en børsteild fejer igennem og ødelægger al vegetationen under 15 fod. Kun girafferne højere end 15 fod kan nå de højere blade for at spise. Giraffer under den højde kan slet ikke finde mad. De fleste af dem sulter, før de kan formere sig. I den næste generation, meget få korte giraffer fødes. Befolkningens gennemsnitlige højde er steget med flere fod.

Der er andre måder til hurtigt og drastisk at påvirke allelfrekvensen. En måde er a befolkningens flaskehals . I en stor befolkning, alleler er jævnt fordelt over befolkningen. Hvis en begivenhed, såsom en sygdom eller en tørke, udsletter en stor procentdel af befolkningen, de resterende individer kan have en allelfrekvens, der er meget forskellig fra den større befolkning. Ved en ren tilfældighed, de kan have en høj koncentration af alleler, der var relativt sjældne før. Når disse personer formerer sig, de tidligere sjældne træk bliver gennemsnittet for befolkningen.

Det grundlægger effekt kan også medføre hurtig udvikling. Dette sker, når et lille antal personer migrerer til et nyt sted, "grundlægger" en ny befolkning, der ikke længere parrer sig med den gamle befolkning. Ligesom med en befolkningsflaskehals, disse personer kan have usædvanlige allelfrekvenser, får de efterfølgende generationer til at have meget forskellige træk fra den oprindelige befolkning, som stifterne migrerede fra.

Forskellen mellem langsom, gradvise ændringer i mange generationer ( gradualisme ) og hurtige ændringer under højt befolkningspres spækket med lange perioder med evolutionær stabilitet ( punkteret ligevægt ) er en løbende debat inden for evolutionær videnskab.

Indtil nu, vi har set på det naturlige udvalg som en forandringsagent. Når vi ser os om i verden, imidlertid, vi ser mange dyr, der har været relativt uændrede i titusinder af år - i nogle tilfælde endda millioner af år. Hajer er et eksempel. Det viser sig, at naturlig selektion også er en agent for stabilitet .

Nogle gange når en organisme en evolutionstilstand, hvor dens egenskaber er meget velegnede til sit miljø. Når intet sker for at udøve et stærkt befolkningspres på den befolkning, naturlig selektion favoriserer allelfrekvensen, der allerede er til stede. Når mutationer forårsager nye træk, naturlig selektion lukker disse træk ud, fordi de ikke er så effektive som de andre.

Superorganismen vs. den egoistiske gen

Evolutionærbiologen Richard Dawkins skrev en bog kaldet "The Selfish Gene" i 1970'erne. Dawkins 'bog omformulerede evolution ved at påpege, at naturlig selektion favoriserer overførsel af gener, ikke selve organismen. Når en organisme med succes har formeret sig, naturlig selektion er ligeglad med, hvad der sker efter. Dette forklarer, hvorfor visse mærkelige træk fortsat eksisterer - træk, der synes at forårsage skade på organismen, men gavner generne. I nogle edderkoppearter, hunnen spiser hannen efter parring. Hvad angår naturligt udvalg, en hanedderkop, der dør 30 sekunder efter parring, er lige så vellykket som en, der lever fuldt ud, rigt liv.

Siden udgivelsen af ​​"The Selfish Gene, "De fleste biologer er enige om, at Dawkins ideer forklarer meget om naturligt valg, men de svarer ikke på alt. Et af de vigtigste stikpunkter er altruisme . Hvorfor gør mennesker (og mange dyrearter) gode ting for andre, selv når det ikke giver nogen direkte fordel for dem selv? Forskning har vist, at denne adfærd er instinktiv og forekommer uden kulturel træning hos spædbørn [kilde:CBC]. Det forekommer også hos nogle primater. Hvorfor ville naturlig udvælgelse favorisere et instinkt til at hjælpe andre?

En teori kredser om slægtskab . Folk, der er i familie med dig, deler mange af dine gener. At hjælpe dem kan hjælpe med at sikre, at nogle af dine gener går i arv. Forestil dig to familier af tidlige mennesker, begge konkurrerer om de samme fødekilder. En familie har alleler til altruisme - de hjælper hinanden med at jage og dele mad. Den anden familie gør det ikke - de jager hver for sig, og hvert menneske spiser kun det, han kan fange. Andelsgruppen er mere tilbøjelig til at opnå reproduktiv succes, passerer langs allelerne for altruisme.

Biologer undersøger også et begreb kendt som superorganisme . Det er dybest set en organisme, der består af mange mindre organismer. Modelsuperorganismen er insektkolonien. I en myrekoloni, kun dronningen og et par hanner vil nogensinde overføre deres gener til den næste generation. Tusinder af andre myrer tilbringer hele deres liv som arbejdere eller droner uden absolut chance for at videregive deres gener direkte. Alligevel arbejder de på at bidrage til koloniens succes. Med hensyn til det "egoistiske gen, "dette giver ikke meget mening. Men hvis man ser på en insektkoloni som en enkelt organisme, der består af mange små dele (myrerne), det gør det. Hver myr arbejder på at sikre koloniens samlede reproduktive succes. Nogle forskere mener, at superorganismekonceptet kan bruges til at forklare nogle aspekter af menneskelig evolution [kilde:Wired Science].

Alle organismer bærer egenskaber, der ikke længere giver dem nogen reel fordel med hensyn til naturlig selektion. Hvis egenskaben ikke skader organismen, så vil det naturlige udvalg ikke luge det ud, så disse egenskaber holder fast i generationer. Resultatet:organer og adfærd, der ikke længere tjener deres oprindelige formål. Disse egenskaber kaldes vestigial .

Der er mange eksempler i menneskekroppen alene. Halebenet er en rest af en forfæders hale, og evnen til at vrikke med dine ører er tilovers fra en tidligere primat, der var i stand til at flytte ørerne rundt for at lokalisere lyde. Planter har også vestigiale træk. Mange planter, der engang reproducerede seksuelt (kræver bestøvning af insekter) udviklede evnen til at reproducere aseksuelt. De behøver ikke længere insekter for at bestøve dem, men de producerer stadig blomster, som oprindeligt var nødvendige for at lokke insekter til at besøge planten.

Sommetider, en mutation får en vestigial egenskab til at udtrykke sig mere fuldstændigt. Dette er kendt som en atavisme . Mennesker er undertiden født med små haler. Det er ret almindeligt at finde hvaler med bagben. Nogle gange har slanger det samme som tånegle, selvom de ikke har tæer. Eller fødder.

Case Studies in Natural Selection

Vi tænker normalt på evolution som noget, vi ikke ser ske lige foran vores øjne, i stedet ser man på fossiler for at finde beviser for, at det skete i fortiden. Faktisk, evolution under intens befolkningspres sker så hurtigt, at vi har set det forekomme inden for en menneskelig levetid.

Afrikanske elefanter har typisk store stødtænder. Elfenbenet i stødtænderne er højt værdsat af nogle mennesker, så jægere har jaget og dræbt elefanter for at rive deres stødtænder ud og sælge dem (normalt ulovligt) i årtier. Nogle afrikanske elefanter har en sjælden egenskab - de udvikler aldrig slagtænder. I 1930, omkring 1 procent af alle elefanter havde ingen stødtænder. Elfenbenjægerne gad ikke dræbe dem, fordi der ikke var noget elfenben at komme sig efter. I mellemtiden, elefanter med stødtænder blev dræbt af hundredvis, mange af dem, før de nogensinde havde en chance for at reproducere.

Allelerne for "ingen stødtænder" blev passeret over kun få generationer. Resultatet:Hele 38 procent af elefanterne i nogle moderne befolkninger har ingen stødtænder [kilde:BBC News]. Desværre, dette er egentlig ikke en lykkelig slutning for elefanterne, da deres stødtænder bruges til at grave og forsvare.

Bolleormen, et skadedyr, der spiser og skader bomuldsafgrøder, har vist, at naturlig selektion kan handle endnu hurtigere, end forskere genetisk kan manipulere noget. Nogle bomuldsafgrøder er blevet genetisk modificeret til at producere et toksin, der er skadeligt for de fleste bolorme. Et lille antal bolorm havde en mutation, der gav dem immunitet over for toksinet. De spiste bomuld og levede, mens alle ikke-immune boldeorm døde. Det intense befolkningstryk har produceret bred immunitet over for toksinet i hele arten inden for et par år [kilde:EurekAlert].

Nogle kløverarter udviklede en mutation, der fik giftcyanidet til at dannes i plantens celler. Dette gav kløveren en bitter smag, gør det mindre sandsynligt at blive spist. Imidlertid, når temperaturen falder til under frysepunktet, nogle celler brister, frigive cyanidet i plantens væv og dræbe planten. I varme klimaer, naturlig selektion handlede til fordel for det cyanidproducerende kløver, men hvor vintrene er kolde, ikke-cyanidkløver blev foretrukket. Hver slags findes næsten udelukkende i hvert klimaområde [kilde:Purves].

Hvad med mennesker? Er vi også underlagt naturligt udvalg? Det er sikkert, at vi var - mennesker blev kun mennesker, fordi et udvalg af træk (større hjerner, gå oprejst) gav fordele til de primater, der udviklede dem. Men vi er i stand til at påvirke fordelingen af ​​vores gener direkte. Vi kan bruge prævention, så de af dem, der er "dygtigste" med hensyn til naturlig selektion, måske slet ikke videregiver vores gener. Vi bruger medicin og videnskab til at give mange mennesker mulighed for at leve (og reproducere), som ellers ikke sandsynligvis ville overleve tidligere barndom. Ligesom husdyr, som vi opdrætter for specifikt at favorisere visse træk, mennesker påvirkes af en slags unaturlig selektion.

Imidlertid, vi udvikler os stadig. Nogle mennesker har mere reproduktiv succes end andre, og de faktorer, der påvirker denne ligning, har tilføjet et lag af menneskelig kompleksitet oven på de allerede komplicerede interaktioner i dyreverdenen. Med andre ord, vi ved ikke rigtigt, hvad vi skal udvikle os til. Forandring er uundgåelig, men husk, at det naturlige udvalg ikke er ligeglad med at gøre "bedre" mennesker, bare flere af os.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer evolution
• Sådan fungerer atavismer
• Hvorfor går mennesker på to ben?
• Sådan fungerer befolkningen
• Sådan fungerer migrering af dyr
• Sådan fungerer menneskelig migration
• Sådan fungerer den videnskabelige metode
• Sådan fungerer kreationisme
• Sådan fungerer intelligent design
• Sådan fungerer DNA
• Sådan fungerer sex

Flere store links

• Huffington Post:Farvel, Egoistisk gen
• Wired:Revolutionær Evolutionist

Kilder

• BBC. "Afrika -elefanter 'grøfter stødtænder' for at overleve." 25. september, 1998. http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/africa/180301.stm
• CBC Nyheder. "Spædbørn viser tidlige tegn på altruisme." 2. marts 2006. http://www.cbc.ca/health/story/2006/03/02/altruism060302.html
• Darwin, Charles. Om arternes oprindelse ved hjælp af naturligt udvalg, eller bevarelse af begunstigede løb i kampen for livet. 1859.
• Dawkins, Richard. Den egoistiske gen. Oxford University Press, USA; 3 udgave. 25. maj kl. 2006.
• Keim, Brandon. "En kort historie om superorganismen, Første del. "Kablet, 11. juli kl. 2007. http://blog.wired.com/wiredscience/2007/07/a-brief-history.html
• Purves, William K., Sadava, David, Orienter, Gordon H., og Heller, H. Craig. Livet:Biologiens videnskab. Sinauer Associates og W. H. Freeman. 5. december kl. 2003.
• University of Arizona College of Agriculture and Life Sciences. "Første dokumenterede tilfælde af skadedyrsresistens over for bioteknologisk bomuld." http://www.eurekalert.org/pub_releases/2008-02/uoa-fdc020508.php
• Vinder, Bob. "Rekombination i bakterier." http://www.emunix.emich.edu/~rwinning/genetics/bactrec.htm