Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Biologi

Evolution ved naturlig udvælgelse:eksempler og virkninger af tilpasning

En kolibris lange næb og tunge udviklede sig til at lade fuglen nå dybt ind i en blomst efter nektar. lavinfotografering / Getty Images

For flere hundrede millioner år siden var der ingen hvirveldyr på land. Den eneste hvirveldyr i verden var fisk, som alle levede under vandet. Konkurrencen om mad var intens.

Det er her et af de bedste eksempler på naturligt udvalg kom i spil. Nogle fiskearter, der levede nær kysten, udviklede en mærkelig mutation:evnen til at skubbe sig frem i mudderet og sandet 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 videregivet.

Indhold
  1. Hvad er naturligt udvalg?
  2. Forstå evolution
  3. Fitness
  4. Befolkningstryk
  5. Superorganismen vs. det selviske gen
  6. Eksempler på naturlig udvælgelse

Hvad er naturligt udvalg?

Naturlig udvælgelse er motoren, der driver evolutionen. De individuelle organismer med den variation, der er bedst egnet til at overleve under deres særlige omstændigheder, har en større chance for at give den egenskab videre til næste generation.

Men planter og dyr interagerer på meget komplekse måder med andre organismer og deres miljø. Disse faktorer arbejder sammen om at producere den utroligt mangfoldige række af livsformer, der findes på Jorden.

Ved at forstå naturlig udvælgelse kan vi lære, hvorfor nogle planter producerer cyanid, hvorfor kaniner producerer så mange afkom, hvordan dyr først dukkede op 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 til mennesker.

Charles Darwin opfandt udtrykket "naturligt udvalg". Du vil typisk høre det sammen med den ofte misforståede evolutionære slagord "survival of the fittest."

Men survival of the fittest er ikke nødvendigvis den blodige kamp med tænder og klo for overlevelse, som vi plejer at gøre det til (selvom det nogle gange er det).

Naturlig udvælgelse sker snarere, når arterne ændrer sig for at tilpasse sig livet:hvor effektivt er et træ til at sprede frø; en fisks evne til at finde en sikker gydeplads, før den lægger sine æg; den dygtighed, hvormed en fugl henter frø fra den dybe, duftende kop af en blomst; en bakteries modstandsdygtighed over for antibiotika.

Med lidt hjælp fra Darwin selv skal vi lære, hvordan naturlig udvælgelse forklarer livets forbløffende kompleksitet og mangfoldighed på planeten Jorden.

Forståelse af evolution

Skanneelektronmikrofotografi (SEM) af Campylobacter foster bakterier, forstørret 4.976 gange. SMC Images/The Image Bank/Getty Images

Evolution er resultatet af tendensen til, at nogle organismer har bedre reproduktionssucces end andre - naturlig udvælgelse.

Arvede egenskaber

Det er vigtigt at huske, at forskelle mellem individer, selv individer fra forskellige generationer, ikke udgør evolution. Det er blot variationer af træk.

Træk er egenskaber, der er arvelige - de kan overføres fra en generation til den næste. Ikke alle egenskaber er fysiske - evnen til at tolerere tæt kontakt med mennesker er en egenskab, der udviklede sig hos hunde. Her er et eksempel, der hjælper med at forklare disse begreber:

Basketballspillere er generelt høje, mens jockeyer generelt er lave. Dette er en genetisk variation af højden. Høje forældre har tendens til at have høje børn, så vi kan se, at egenskaben er arvelig.

Forestil dig nu, at der opstår nogle forhold, der gør det mere sandsynligt for jockeyer at reproducere sig med succes end basketballspillere. Jockeyer får børn oftere, og disse børn har tendens til at være lave. Basketballspillere har færre børn, så der er færre høje mennesker. Efter et par generationer falder den gennemsnitlige højde for mennesker. Mennesker har udviklet sig til at være kortere.

Allelfrekvens

Evolution handler om forandring over tid, men hvad er mekanismen, der forårsager disse ændringer? Enhver levende ting har alt om sin konstruktion kodet i en særlig kemisk struktur kaldet DNA.

Inden i DNA'et er kemiske sekvenser, der definerer en bestemt egenskab eller et sæt af egenskaber. Disse sekvenser er kendt som gener. Den del af hvert gen, der resulterer i den varierende ekspression af egenskaber, kaldes en allel.

Fordi en egenskab er et udtryk for en allel, omtales tendensen af ​​en bestemt egenskab til at dukke op i en population som allelfrekvens. I bund og grund er evolution 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 kan de tilføje op til meget dybtgående ændringer. Mutationer kan introducere egenskaber, der er helt nye og aldrig har optrådt hos den art før.
  • Seksuel reproduktion blander generne fra hver forælder ved at opdele, bryde og blande kromosomer (de strenge, der indeholder DNA) under skabelsen af ​​hver sæd og æg. Når sæden og ægget kombineres, blandes nogle gener fra den mandlige forælder og nogle gener fra den kvindelige forælder tilfældigt, hvilket skaber en unik blanding af alleler i deres afkom.
  • Bakterier, som ikke formerer sig seksuelt, kan absorbere stumper af DNA, de møder, og inkorporere det i deres egen genetiske kode gennem forskellige metoder til genetisk rekombination .

Seksuel reproduktion er i sig selv et produkt af naturlig udvælgelse - organismer, der blander gener på denne måde, får adgang til en større variation af egenskaber, hvilket gør dem mere tilbøjelige til at finde de rigtige egenskaber for at overleve.

Hvad er en befolkning?

En population er en defineret gruppe af organismer. Med hensyn til evolutionær videnskab refererer en befolkning normalt til en gruppe af organismer, der har reproduktiv adgang til hinanden. For eksempel er zebraer, der lever på de afrikanske sletter, en befolkning.

Hvis andre vilde zebraer levede i Sydamerika (det gør ingen, men lad os lade som om de gør det for eksemplets skyld), ville de repræsentere en anden population, fordi de er for langt væk til at parre sig med de afrikanske zebraer. Løver, der lever på de afrikanske sletter, er også en anden befolkning, fordi løver og zebraer er biologisk ude af stand til at parre sig med hinanden.

Fitness

Manden selv, Charles Darwin. FPG/Taxi/Getty-billeder

Fitness er nøglen til naturlig udvælgelse. Vi taler ikke om, hvor mange reps en havodder kan brænde igennem i fitnesscentret; biologisk fitness er en organismes evne til at overleve længe nok til at producere afkom.

Ud over det afspejler det også en organismes evne til at reproducere sig 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 tilstrækkelige ressourcer til at spire og vokse.

Fitness og naturlig udvælgelse blev først forklaret i detaljer af Charles Darwin, som observerede dyreliv rundt om i verden, tog rigelige noter og derefter søgte at forstå, hvad han havde set. Naturlig udvælgelse er nok bedst forklaret i hans ord, hentet fra hans skelsættende værk "On the Origin of Species."

  • Organismer viser variation af egenskaber. "De mange små forskelle, som optræder i afkom af de samme forældre, kan kaldes individuelle forskelle. Ingen antager, at alle individer af samme art er støbt i den samme egentlige form."
  • Der fødes flere organismer, end der nogensinde kunne blive understøttet af planetens ressourcer. "Ethvert væsen ... skal lide under ødelæggelse på en eller anden periode af sit liv, ellers ville dets antal efter princippet om geometrisk stigning hurtigt blive så ... stort, at intet land kunne støtte produktet."
  • Derfor må alle organismer kæmpe for at leve. "Da der produceres flere individer, end der overhovedet kan overleve, må der 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 de fysiske livsbetingelser."
  • Nogle fordelagtige egenskaber hjælper i kampen for at overleve og reproducere. "Kan vi tvivle på ... at individer, der har nogen fordel, uanset hvor lille, frem for andre, ville have den bedste chance for at overleve og formere sig?"
  • Organismer, der har disse nyttige egenskaber, er mere tilbøjelige til at reproducere og videregive deres egenskaber til næste generation. "De mindste forskelle kan vende den pænt afbalancerede skala i kampen for livet og dermed blive bevaret."
  • Vellykkede variationer akkumuleres over generationerne, efterhånden som organismerne udsættes for befolkningstryk. "Naturlig selektion virker udelukkende ved at bevare og akkumulere variationer, som er gavnlige under de forhold, som hvert væsen udsættes for. Det ultimative resultat er, at hvert væsen har en tendens til at blive mere og mere forbedret i forhold til dets forhold."

Befolkningstryk

Giraffer og akacietræer, Kenya, Samburu naturreservat. Keren Su/Photodisc/Getty Images

Processen med naturlig udvælgelse kan fremskyndes enormt af stærkt befolkningspres. Befolkningstryk er en omstændighed, der gør det sværere for organismer at overleve. Der er altid en form for befolkningspres, men begivenheder som oversvømmelser, tørke eller nye rovdyr kan øge det.

Under højt pres vil flere medlemmer af en befolkning dø, før de formerer sig. Det betyder, at kun de individer med egenskaber, der tillader dem at håndtere det nye pres, vil overleve og videregive deres alleler til næste generation. Dette kan resultere i drastiske ændringer af allelfrekvenser inden for en eller to generationer.

Eksempel på befolkningstryk

Forestil dig en girafpopulation med individer, der varierer i højden fra 10 fod til 20 fod høje. En dag fejer en børstebrand igennem og ødelægger al vegetationen under 15 fod. Kun giraffer, der er højere end 15 fod, kan nå de højere blade for at spise.

Giraffer under den højde er slet ikke i stand til at finde noget mad. De fleste af dem sulter, før de kan formere sig. I den næste generation fødes meget få korte giraffer. Befolkningens gennemsnitlige højde stiger med flere fod.

Befolkningsflaskehals

Der er andre måder til hurtigt og drastisk at påvirke allelfrekvensen. En måde er en befolkningsflaskehals.

I en stor population er alleler jævnt fordelt over befolkningen. Hvis en begivenhed, såsom en sygdom eller en tørke, udsletter en stor procentdel af befolkningen, kan de resterende individer have en allelfrekvens, der er meget forskellig fra den større population.

Ved et rent tilfælde kan de have en høj koncentration af alleler, der var relativt sjældne før. Efterhånden som disse individer formerer sig, bliver de tidligere sjældne egenskaber gennemsnittet for befolkningen.

Founder Effect

Grundlæggereffekten kan også medføre hurtig udvikling. Dette sker, når et lille antal individer migrerer til et nyt sted og "grundlægger" en ny population, der ikke længere parrer sig med den gamle population.

Ligesom med en befolkningsflaskehals kan disse individer have usædvanlige allelfrekvenser, hvilket fører til, at efterfølgende generationer har meget forskellige træk fra den oprindelige befolkning, som grundlæggerne migrerede fra.

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

Evolutionær stabilitet

Indtil videre har vi set på naturlig udvælgelse som en agent for forandring. Når vi ser rundt i verden, ser vi imidlertid 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 udvælgelse også er en agent for stabilitet.

Nogle gange når en organisme en udviklingstilstand, hvor dens egenskaber er meget velegnede til dens miljø. Når der ikke sker noget for at udøve et stærkt befolkningspres på denne befolkning, favoriserer naturlig selektion den allelfrekvens, der allerede er til stede.

Når mutationer forårsager nye træk, luger naturlig selektion disse træk ud, fordi de ikke er så effektive som de andre.

Superorganismen vs. det selviske gen

Kæmpe fiskeedderkop parrer par. Emanuele Biggi/Getty Images

Evolutionsbiolog Richard Dawkins skrev en bog kaldet "The Selfish Gene" i 1970'erne. Dawkins' bog omformulerede evolutionen ved at påpege, at naturlig selektion favoriserer videregivelse af gener, ikke organismen selv.

Når først en organisme har reproduceret sig med succes, er naturlig udvælgelse ligeglad med, hvad der sker efter. Dette forklarer, hvorfor visse mærkelige egenskaber fortsat eksisterer - egenskaber, der ser ud til at skade organismen, men som gavner generne.

Hos nogle edderkoppearter spiser hunnen hannen efter parring. Hvad angår naturlig udvælgelse, er en hanedderkop, der dør 30 sekunder efter parring, lige så vellykket som en, der lever et fuldt, rigt liv.

Altruisme og slægtskab

Siden udgivelsen af ​​"The Selfish Gene" er de fleste biologer enige om, at Dawkins' ideer forklarer en hel del om naturlig udvælgelse, men de svarer ikke på alt. Et af de vigtigste problemer 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 vises uden kulturel træning hos menneskelige spædbørn [kilde:Barragan et al.]. Det forekommer også hos nogle primatarter. Hvorfor ville naturlig udvælgelse favorisere et instinkt til at hjælpe andre?

En teori drejer sig om slægtskab. Folk, der er relateret til dig, deler mange af dine gener. At hjælpe dem kan hjælpe med at sikre, at nogle af dine gener videregives. Forestil dig to familier af tidlige mennesker, der begge konkurrerer om de samme fødekilder.

En familie har alleler for altruisme - de hjælper hinanden med at jage og dele mad. Det gør den anden familie ikke - de jager hver for sig, og hvert menneske spiser kun, hvad han kan fange. Den kooperative gruppe er mere tilbøjelige til at opnå reproduktiv succes, idet den passerer langs allelerne for altruisme.

Superorganisme

Biologer udforsker også et koncept kendt som superorganismen. Det er dybest set en organisme lavet af mange mindre organismer. Modelsuperorganismen er insektkolonien.

I en myrekoloni vil kun dronningen og nogle få hanner nogensinde give deres gener videre til næste generation. Tusindvis af andre myrer tilbringer hele deres liv som arbejdere eller droner uden absolut ingen chance for at videregive deres gener direkte. Alligevel arbejder de på at bidrage til koloniens succes.

Med hensyn til det "egoistiske gen" giver dette ikke ret meget mening. Men hvis man ser på en insektkoloni som en enkelt organisme, der består af mange små dele (myrerne), gør den det. Hver myre arbejder for at sikre reproduktiv succes for kolonien som helhed. Nogle videnskabsmænd mener, at superorganismekonceptet kan bruges til at forklare nogle aspekter af menneskelig evolution [kilde:Keim].

Vestigiale og atavistiske træk

Alle organismer har egenskaber, som ikke længere giver dem nogen reel fordel i form af naturlig selektion. Hvis egenskaben ikke skader organismen, vil naturlig udvælgelse ikke luge den ud, så disse egenskaber bliver ved i generationer. Resultatet:organer og adfærd, der ikke længere tjener deres oprindelige formål. Disse træk kaldes rudimentielle.

Der er mange eksempler i den menneskelige krop alene. Halebenet er en rest af en forfaders hale, og evnen til at vrikke med dine ører er rester fra en tidligere primat, der var i stand til at flytte deres ører rundt for at lokalisere lyde.

Planter har også rudimentære træk. Mange planter, der engang reproducerede sig seksuelt (kræver bestøvning af insekter), udviklede evnen til at formere sig ukønnet. De har ikke længere brug for insekter for at bestøve dem, men de producerer stadig blomster, som oprindeligt var nødvendige for at lokke insekter til at besøge planten.

Nogle gange får en mutation et rudimentært træk til at udtrykke sig mere fuldstændigt. Dette er kendt som en atavisme. Mennesker er nogle gange født med små haler. Det er ret almindeligt at finde hvaler med bagben. Nogle gange har slanger det, der svarer til tånegle, selvom de ikke har tæer. Eller fødder.

Eksempler på naturligt udvalg

Afrikanske elefanter (Loxodonta africana ) krydser floden, Samburu Isiolo Wildlife Preserve, Kenya. Winfried Wisniewski/The Image Bank/Getty Images

Vi tænker normalt på evolution som noget, vi ikke ser ske lige foran vores øjne, i stedet kigger vi på fossiler for at finde beviser for, at det er sket i fortiden. Faktisk sker evolution under intenst befolkningspres så hurtigt, at vi har set det ske inden for et menneskeligt liv.

Elefantstøtænder

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 stødtænder overhovedet. I 1930 havde omkring 1 procent af alle elefanter ingen stødtænder. Elfenbensjægerne gad ikke dræbe dem, fordi der ikke var noget elfenben at komme tilbage. I mellemtiden blev elefanter med stødtænder dræbt i hundredvis, mange af dem før de nogensinde havde en chance for at formere sig.

Allelerne for "ingen stødtænder" blev videregivet i løbet af blot et par generationer. Resultatet:Så mange som halvdelen af ​​de kvindelige elefanter i nogle moderne befolkninger har ingen stødtænder [kilde:BBC News, New York Times]. Desværre er dette ikke rigtig en lykkelig slutning for elefanterne, da deres stødtænder bruges til at grave og forsvare.

Sklædebestandighed

Bollormen, et skadedyr, der æder og skader bomuldsafgrøder, har vist, at naturlig udvælgelse kan handle endnu hurtigere, end forskerne kan gensplejse noget. Nogle bomuldsafgrøder er blevet genetisk modificeret til at producere et toksin, der er skadeligt for de fleste bollorme.

Et lille antal bollorme havde en mutation, der gav dem immunitet over for toksinet. De spiste bomulden og levede, mens alle ikke-immune bollorme døde. Det intense befolkningstryk har produceret bred immunitet mod toksinet i hele arten inden for et par år [kilde:EurekAlert].

Kløver og cyanid

Nogle kløverarter udviklede en mutation, der fik giften cyanid til at dannes i plantens celler. Dette gav kløveren en bitter smag, hvilket gjorde den mindre tilbøjelig til at blive spist. Men når temperaturen falder til under frysepunktet, brister nogle celler og frigiver cyaniden i plantens væv og dræber planten.

I varme klimaer virkede naturlig udvælgelse til fordel for den cyanidproducerende kløver, men hvor vintrene er kolde, blev ikke-cyanidkløver favoriseret. Hver slags eksisterer næsten udelukkende i hvert klimaområde [kilde:Purves].

Naturlig selektion hos mennesker

Hvad med mennesker? Er vi også underlagt naturlig udvælgelse? Det er sikkert, at vi var - mennesker blev kun mennesker, fordi et udvalg af træk (større hjerner, at 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, der er "stærkest" med hensyn til naturlig udvælgelse, måske slet ikke videregiver vores gener. Vi bruger medicin og videnskab til at give mange mennesker mulighed for at leve (og formere sig), som ellers sandsynligvis ikke ville overleve tidligere barndom. Ligesom tamme dyr, som vi opdrætter for specifikt at favorisere bestemte egenskaber, er mennesker påvirket af en slags unaturlig udvælgelse.

Vi er dog stadig under udvikling. Nogle mennesker har mere reproduktiv succes end andre, og de faktorer, der påvirker denne ligning, har tilføjet et lag af menneskelig kompleksitet oven i dyreverdenens allerede komplicerede interaktioner.

Med andre ord, vi ved ikke rigtig, hvad vi skal udvikle os til. Forandring er uundgåelig, men husk, at naturlig udvælgelse er ligeglad med at gøre "bedre" mennesker, bare flere af os.

Mange flere oplysninger

Relaterede HowStuffWorks-artikler

  • Sådan fungerer evolution
  • Sådan fungerer Atavisms
  • Hvorfor går mennesker på to ben?
  • Sådan fungerer dyremigrering
  • Sådan fungerer menneskelig migration
  • Sådan fungerer den videnskabelige metode
  • Sådan fungerer kreationisme
  • Sådan fungerer intelligent design
  • Sådan virker DNA
  • Sådan fungerer menneskelig reproduktion

Kilder

  • BBC. "Afrika-elefanter 'grøfter stødtænder' for at overleve." 25. september 1998.http://news.bbc.co.uk/1/hi/world/africa/180301.stm
  • CBC News. "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 Naturlig Udvælgelse eller Bevarelsen af ​​begunstigede Racer i Kampen for Livet. 1859.
  • Dawkins, Richard. Det selviske gen. Oxford University Press, USA; 3 udgave. 25. maj 2006.
  • Keim, Brandon. "En kort historie om superorganismen, del 1." Wired, 11. juli 2007. http://blog.wired.com/wiredscience/2007/07/a-brief-history.html
  • Purves, William K., Sadava, David, Orians, Gordon H. og Heller, H. Craig. Liv:Videnskaben om biologi. Sinauer Associates og W.H. Freeman. 5. december 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
  • Vejrer, Bob. "Rekombination i bakterier." http://www.emunix.emich.edu/~rwinning/genetics/bactrec.htm



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com