Hummingbird Image Gallery Rufous kolibri ( Selasphorus rufus ). En kolibris långnäbb och tunga utvecklades för att låta fågeln nå djupt in i en blomma för nektar. Se mer kolibrier bilder . Tim Zurowski/Alla foton i Kanada/Getty Images För flera hundra miljoner år sedan, det fanns inga ryggradsdjur på land. De enda ryggradsdjur i världen var fisk, som alla levde under vattnet. Konkurrensen om mat var intensiv. Vissa fiskarter som bodde nära kusten utvecklade en märklig mutation:förmågan att tränga sig fram i leran och sanden på stranden med fenorna. Detta gav dem tillgång till matkällor som ingen annan fisk kunde nå. Fördelen gav dem större reproduktiv framgång, så mutationen gick vidare. Detta är vad vi kallar naturligt urval .
Naturligt urval är motorn som driver Evolution . De organismer som är bäst lämpade att överleva under sina speciella omständigheter har större chans att överföra sina egenskaper till nästa generation. Men växter och djur interagerar på mycket komplexa sätt med andra organismer och deras miljö. Dessa faktorer samverkar för att producera det otroligt varierande utbudet av livsformer som finns på jorden.
Genom att förstå naturligt urval, vi kan lära oss varför vissa växter producerar cyanid, varför kaniner producerar så många avkommor, hur djur först dök upp från havet för att leva på land, och hur några däggdjur så småningom gick tillbaka igen. Vi kan till och med lära oss om mikroskopiskt liv, såsom bakterier och virus, eller ta reda på hur människor blev människor.
Charles Darwin myntade termen "naturligt urval". Du kommer vanligtvis att höra det tillsammans med den ofta missförstådda evolutionära slagordet " den starkaste överlever . "Men de starkas överlevnad är inte nödvändigtvis den blodiga, tand-och-klo-kamp för överlevnad tenderar vi att göra det till (även om det ibland är det). Snarare, det är ett mått på hur effektivt ett träd är att sprida frön; en fiskas förmåga att hitta en säker lekplats innan hon lägger sina ägg; den skicklighet som en fågel hämtar frön från djupet, doftande kopp av en blomma; en bakteries resistens mot antibiotika.
Med lite hjälp från Darwin själv, vi kommer att lära oss om naturligt urval och hur det skapade den häpnadsväckande komplexiteten och mångfalden av liv på planeten Jorden.
Innehåll
Scanning electron micrograph (SEM) of Campylobacter -foster bakterie, förstorad 4, 976 gånger SMC Images/The Image Bank/Getty Images Evolution är resultatet av tendensen för vissa organismer att ha bättre reproduktiv framgång än andra - naturligt urval.
Det är viktigt att komma ihåg att skillnader mellan individer, även individer från olika generationer, utgör inte evolution. Det är bara varianter av egenskaper . Egenskaper är egenskaper som är ärftlig - de kan överföras från en generation till nästa. Alla egenskaper är inte fysiska - förmågan att tolerera nära kontakt med människor är en egenskap som utvecklats hos hundar. Här är ett exempel som hjälper till att förklara dessa begrepp:
Basketspelare är i allmänhet långa, medan jockeys i allmänhet är korta. Detta är en variation på höjdens drag. Långa föräldrar brukar ha långa barn, så vi kan se att egenskapen är ärftlig.
Föreställ dig nu att vissa förhållanden uppstår som gör det mer troligt för jockeys att reproducera framgångsrikt än basketspelare. Jockeys får barn oftare, och dessa barn tenderar att vara korta. Basketspelare har färre barn, så det är färre långa människor. Efter några generationer, den genomsnittliga höjden på människor minskar. Människor har utvecklats till att bli kortare.
Evolution handlar om förändring, men vad är mekanismen som orsakar dessa förändringar? Varje levande varelse har allt om dess konstruktion kodat i en speciell kemisk struktur som kallas DNA. Inom DNA finns kemiska sekvenser som definierar en viss egenskap eller uppsättning egenskaper. Dessa sekvenser är kända som gener. Den del av varje gen som resulterar i varierande uttryck för egenskaper kallas en allel . Eftersom en egenskap är ett uttryck för en allel, tendensen hos ett visst drag att dyka upp i en befolkning kallas allelfrekvens . I huvudsak, evolution är en förändring av allelfrekvenser under flera generationer.
Olika alleler (och därmed olika egenskaper) skapas på tre sätt:
Sexuell reproduktion i sig är en produkt av naturligt urval - organismer som blandar gener på detta sätt får tillgång till en större variation av egenskaper, vilket gör dem mer benägna att hitta rätt egenskaper för överlevnad. För mer detaljerad information om evolution, gå till How Evolution Works.
Vad är en befolkning?A befolkning är en definierad grupp av organismer. När det gäller evolutionär vetenskap, en befolkning hänvisar vanligtvis till en grupp organismer som har reproduktiv tillgång till varandra. Till exempel, zebror som lever på Afrikas slätter är en befolkning. Om andra zebror bodde i Sydamerika (ingen gör, men låt oss låtsas att de gör det för exemplets skull), de skulle representera en annan befolkning eftersom de är för långt borta för att para sig med de afrikanska zebrorna. Lejon som lever på Afrikas slätter är också en annan befolkning, för lejon och zebror är biologiskt oförmögna att para sig med varandra.
Mannen själv, Charles Darwin FPG/Taxi/Getty Images Fitness är nyckeln till naturligt urval. Vi pratar inte om hur många reps en havsutter kan bränna igenom på gymmet - biologisk kondition är en organism förmåga att framgångsrikt överleva tillräckligt länge för att reproducera sig. Bortom det, det återspeglar också en organism förmåga att reproducera väl. Det räcker inte för ett träd att skapa en massa frön. Dessa frön behöver förmågan att hamna i bördig jord med tillräckligt med resurser för att gro och växa.
Fitness och naturligt urval förklarades först i detalj av Charles Darwin , som observerade vilda djur runt om i världen, tog stora anteckningar, försökte sedan förstå vad han hade sett. Naturligt urval är förmodligen bäst förklarat i hans ord, taget från sitt landmärkeverk "On the Origin of Species".
Organismer visar variation av egenskaper . "De många små skillnader som förekommer hos samma föräldrars avkomma kan kallas individuella skillnader. Ingen antar att alla individer av samma art är gjutna i samma faktiska mögel."
Fler organismer föds än någonsin skulle kunna stödjas av planetens resurser . "Varje varelse ... måste lida förstörelse under någon period av sitt liv, annat, på principen om geometrisk ökning, dess antal skulle snabbt bli så ... stora att inget land kunde stödja produkten. "
Därför, alla organismer måste kämpa för att leva . "Eftersom fler individer produceras än vad som kan överleva, det måste i alla fall finnas en kamp för existens, antingen en individ med en annan av samma art, eller med individer av olika arter, eller med livets fysiska förhållanden. "
Vissa egenskaper erbjuder fördelar i kampen . "Kan vi tvivla på att individer har någon fördel, dock liten, över andra, skulle ha den bästa chansen att överleva och föröka sig? "
Organismer som har dessa egenskaper är mer benägna att framgångsrikt reproducera och överföra egenskaperna till nästa generation . "De minsta skillnaderna kan vända den snyggt balanserade skalan i kampen för livet, och så bevaras. "
Framgångsrika variationer ackumuleras över generationerna då organismerna utsätts för befolkningstryck. "Naturligt urval verkar uteslutande genom att bevara och ackumulera variationer som är fördelaktiga under de förhållanden som varje varelse utsätts för. Det slutliga resultatet är att varje varelse tenderar att bli mer och mer förbättrad i förhållande till sina förhållanden."
Låt oss fördjupa djupare i begreppet befolkningstryck.
Giraffer och akaciaträd, Kenya, Samburu naturreservat Keren Su/Photodisc/Getty Images Processen med naturligt urval kan påskyndas oerhört av stark befolkningstryck. Befolkningstryck är en omständighet som gör det svårare för organismer att överleva. Det finns alltid någon form av befolkningstryck, men händelser som översvämningar, torka eller nya rovdjur kan öka det. Under högt tryck, fler medlemmar av en befolkning kommer att dö innan de reproducerar. Detta innebär att endast de individer med egenskaper som gör att de kan hantera det nya trycket kommer att överleva och överföra sina alleler till nästa generation. Detta kan resultera i drastiska förändringar av allelfrekvenser inom en eller två generationer.
Här är ett exempel - föreställ dig en giraffpopulation med individer som varierar i höjd från 10 fot till 20 fot långa. En dag, en penseleld sveper igenom och förstör all växtlighet under 15 fot. Endast girafferna som är högre än 15 fot kan nå de högre bladen för att äta. Giraffer under den höjden kan inte hitta någon mat alls. De flesta svälter innan de kan föröka sig. I nästa generation, väldigt få korta giraffer föds. Befolkningens genomsnittliga höjd har stigit med flera meter.
Det finns andra sätt att snabbt och drastiskt påverka allelfrekvensen. Ett sätt är a befolkningens flaskhals . I en stor befolkning, alleler är jämnt fördelade över befolkningen. Om någon händelse, såsom en sjukdom eller en torka, utplånar en stor andel av befolkningen, de återstående individerna kan ha en allelfrekvens som skiljer sig mycket från den större befolkningen. Av en ren slump, de kan ha en hög koncentration av alleler som var relativt sällsynta tidigare. När dessa individer reproducerar, de tidigare sällsynta egenskaperna blir genomsnittet för befolkningen.
De grundare effekt kan också leda till snabb utveckling. Detta inträffar när ett litet antal individer migrerar till en ny plats, "grunda" en ny befolkning som inte längre parar sig med den gamla befolkningen. Precis som med en befolkningsflaskhals, dessa individer kan ha ovanliga allelfrekvenser, ledande efterföljande generationer har mycket olika drag från den ursprungliga befolkningen som grundarna migrerade från.
Skillnaden mellan långsam, gradvisa förändringar under många generationer ( gradualism ) och snabba förändringar under högt befolkningstryck varvat med långa perioder av evolutionär stabilitet ( punkterad jämvikt ) är en pågående debatt inom evolutionär vetenskap.
Evolutionär stabilitetÄn så länge, Vi har tittat på naturligt urval som en förändringsagent. När vi tittar runt i världen, dock, vi ser många djur som har varit relativt oförändrade i tiotusentals år - i vissa fall till och med miljoner år. Hajar är ett exempel. Det visar sig att naturligt urval också är en agent för stabilitet .
Ibland når en organism ett utvecklingsläge där dess egenskaper är mycket väl lämpade för sin miljö. När ingenting händer för att utöva stark befolkningstryck på den befolkningen, naturligt urval gynnar allelfrekvensen som redan finns. När mutationer orsakar nya drag, naturligt urval avlägsnar dessa egenskaper eftersom de inte är lika effektiva som de andra.
Läs mer
Jätte fiske spindel par i par Emanuele Biggi/Getty Images Evolutionärbiologen Richard Dawkins skrev en bok som heter "The Selfish Gene" på 1970 -talet. Dawkins bok omformulerade evolutionen genom att påpeka att naturligt urval gynnar överföring av gener, inte själva organismen. När en organism framgångsrikt har reproducerat sig, naturligt urval bryr sig inte om vad som händer efteråt. Detta förklarar varför vissa konstiga egenskaper fortsätter att existera - egenskaper som verkar orsaka skada på organismen men gynnar generna. I vissa spindelarter, honan äter hanen efter parning. När det gäller naturligt urval, en hanspindel som dör 30 sekunder efter parning är lika framgångsrik som en som lever fullt ut, rikt liv.
Sedan publiceringen av "The Selfish Gene, "De flesta biologer är överens om att Dawkins idéer förklarar mycket om naturligt urval, men de svarar inte på allt. En av de viktigaste stickpunkterna är altruism . Varför gör människor (och många djurarter) bra saker för andra, även om det inte ger någon direkt nytta för dem själva? Forskning har visat att detta beteende är instinktivt och förekommer utan kulturell utbildning hos spädbarn [källa:CBC]. Det förekommer också hos vissa primatarter. Varför skulle naturligt urval gynna en instinkt att hjälpa andra?
En teori kretsar runt släktskap . Människor som är släkt med dig delar många av dina gener. Att hjälpa dem kan hjälpa till att se till att några av dina gener försvinner. Tänk dig två familjer av tidiga människor, båda tävlar om samma matkällor. En familj har alleler för altruism - de hjälper varandra att jaga och dela mat. Den andra familjen gör det inte - de jagar separat, och varje människa äter bara vad hon kan fånga. Samarbetsgruppen är mer sannolikt att uppnå reproduktiv framgång, passerar längs allelerna för altruism.
Biologer utforskar också ett koncept som kallas superorganism . Det är i grunden en organism som består av många mindre organismer. Modellen superorganism är insektkolonin. I en myrkoloni, bara drottningen och några få män kommer någonsin att överföra sina gener till nästa generation. Tusentals andra myror tillbringar hela sitt liv som arbetare eller drönare och har absolut ingen chans att överföra sina gener direkt. Ändå arbetar de för att bidra till kolonins framgång. När det gäller den "själviska genen, "Det här är inte mycket meningsfullt. Men om du ser på en insekts koloni som en enda organism som består av många små delar (myrorna), det gör det. Varje myra arbetar för att säkerställa reproduktionen av kolonin som helhet. Vissa forskare tror att superorganismskonceptet kan användas för att förklara vissa aspekter av mänsklig utveckling [källa:Wired Science].
Vestigiala och atavistiska dragAlla organismer bär egenskaper som inte längre ger dem någon verklig fördel när det gäller naturligt urval. Om egenskapen inte skadar organismen, då kommer naturligt urval inte att rensa bort det, så dessa egenskaper håller fast i generationer. Resultatet:organ och beteenden som inte längre tjänar sitt ursprungliga syfte. Dessa egenskaper kallas rudimentär .
Det finns många exempel bara i människokroppen. Svansbenet är resten av en förfader svans, och förmågan att vifta med dina öron är kvar från en tidigare primat som kunde röra öronen för att hitta ljud. Växter har också vestigiala drag. Många växter som en gång reproducerades sexuellt (som krävde pollinering av insekter) utvecklade förmågan att reproducera aseksuellt. De behöver inte längre insekter för att pollinera dem, men de producerar fortfarande blommor, som ursprungligen behövdes för att locka insekter att besöka växten.
Ibland, en mutation gör att ett vestigialt drag uttrycker sig mer fullständigt. Detta är känt som en atavism . Människor föds ibland med små svansar. Det är ganska vanligt att hitta valar med bakben. Ibland har ormar motsvarande tånaglar, även om de inte har tår. Eller fötter.
Läs mer
Afrikanska elefanter ( Loxodonta africana ) korsar floden, Samburu Isiolo Wildlife Preserve, Kenya Winfried Wisniewski/The Image Bank/Getty Images Vi brukar tänka på evolution som något som vi inte ser hända precis framför våra ögon, istället titta på fossiler för att hitta bevis på att det har hänt tidigare. Faktiskt, evolution under intensivt befolkningstryck sker så snabbt att vi har sett det inträffa inom en mänsklig livstid.
Afrikanska elefanter har vanligtvis stora tänder. Elfenbenet i betarna värderas högt av vissa människor, så jägare har jagat och dödat elefanter för att riva ut sina bets och sälja dem (vanligtvis olagligt) i årtionden. Vissa afrikanska elefanter har en sällsynt egenskap - de utvecklar aldrig tänder alls. År 1930, cirka 1 procent av alla elefanter hade inga tänder. Elfenbensjägarna brydde sig inte om att döda dem eftersom det inte fanns något elfenben att återhämta sig. Under tiden, elefanter med tänder dödades av hundratals, många av dem innan de någonsin hade en chans att reproducera.
Allelerna för "inga tänder" överfördes under bara några generationer. Resultatet:Så många som 38 procent av elefanterna i vissa moderna populationer har inga bets [källa:BBC News]. Tyvärr, det här är inte riktigt ett lyckligt slut för elefanterna, eftersom deras tänder används för grävning och försvar.
Bollwormen, ett skadedjur som äter och skadar bomullsgrödor, har visat att naturligt urval kan verka ännu snabbare än forskare kan genetiskt manipulera något. Vissa bomullsgrödor har genetiskt modifierats för att producera ett toxin som är skadligt för de flesta bollworms. Ett litet antal bollworms hade en mutation som gav dem immunitet mot toxinet. De åt bomullen och levde, medan alla icke-immuna bollmaskar dog. Det intensiva befolkningstrycket har gett bred immunitet mot toxinet i hela arten inom bara några år [källa:EurekAlert].
Vissa klöverarter utvecklade en mutation som fick giftet cyanid att bildas i växtens celler. Detta gav klövern en bitter smak, vilket gör det mindre troligt att bli ätit. Dock, när temperaturen sjunker under fryspunkten, några celler brister, släppa ut cyaniden i växtens vävnader och döda växten. I varma klimat, naturligt urval agerade till förmån för den cyanidproducerande klövern, men där vintrarna är kalla, icke-cyanidklöver gynnades. Varje sort existerar nästan uteslutande i varje klimatområde [källa:Purves].
Hur är det med människor? Är vi också utsatta för naturligt urval? Det är säkert att vi var det - människor blev bara människor eftersom ett sortiment av egenskaper (större hjärnor, gå upprätt) gav fördelar till de primater som utvecklade dem. Men vi kan påverka fördelningen av våra gener direkt. Vi kan använda preventivmedel, så att de av dem som är "piggaste" när det gäller naturligt urval kanske inte överför våra gener alls. Vi använder medicin och vetenskap för att låta många människor leva (och reproducera sig) som annars inte troligtvis skulle överleva tidigare barndom. Ungefär som tamdjur, som vi odlar för att specifikt gynna vissa egenskaper, människor påverkas av ett slags onaturligt urval.
Dock, vi utvecklas fortfarande. Vissa människor har mer reproduktiv framgång än andra, och de faktorer som påverkar den ekvationen har lagt till ett lager av mänsklig komplexitet ovanpå de redan komplicerade interaktionerna mellan djurvärlden. Med andra ord, vi vet inte riktigt vad vi ska utvecklas till. Förändring är oundviklig, men kom ihåg att det naturliga urvalet inte bryr sig om att göra "bättre" människor, bara fler av oss.
