För flera hundra miljoner år sedan fanns det inga ryggradsdjur på land. Den enda ryggradsdjursarten i världen var fiskar, som alla levde under vattnet. Konkurrensen om maten var hård.
Det är här ett av de bästa exemplen på naturligt urval kom till spel. Vissa fiskarter som levde nära kusten utvecklade en märklig mutation:förmågan att tränga sig fram i leran och sanden på stranden med sina fenor.
Detta gav dem tillgång till matkällor som ingen annan fisk kunde nå. Fördelen gav dem större reproduktionsframgång, så mutationen fördes vidare.
InnehållDet naturliga urvalet är motorn som driver evolutionen. De individuella organismerna med den variation som är bäst lämpad för att överleva under deras speciella omständigheter har större chans att föra den egenskapen vidare 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 mångfald av livsformer som finns på jorden.
Genom att förstå naturligt urval kan vi lära oss varför vissa växter producerar cyanid, varför kaniner producerar så många avkommor, hur djur först dök upp ur havet för att leva på land och hur vissa däggdjur så småningom gick tillbaka igen. Vi kan till och med lära oss om mikroskopiskt liv, som 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 "survival of the fittest."
Men de starkastes överlevnad är inte nödvändigtvis den blodiga, kugg-och-klo-kamp för överlevnad vi tenderar att göra det till (även om det ibland är det).
Snarare sker naturligt urval när arter förändras för att anpassa sig till livet:hur effektivt ett träd är på att sprida frön; en fisks förmåga att hitta en säker lekplats innan den lägger sina ägg; skickligheten med vilken en fågel hämtar frön från den djupa, doftande bägaren av en blomma; en bakteries resistens mot antibiotika.
Med lite hjälp från Darwin själv ska vi lära oss hur naturligt urval förklarar livets häpnadsväckande komplexitet och mångfald på planeten jorden.
Evolution är resultatet av tendensen hos vissa organismer att ha bättre reproduktionsframgång än andra – naturligt urval.
Det är viktigt att komma ihåg att skillnader mellan individer, även individer från olika generationer, inte utgör evolution. Det är bara variationer av egenskaper.
Egenskaper är egenskaper som är ärftliga - 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 genetisk variation på egenskapen höjd. Långa föräldrar tenderar att ha långa barn, så vi kan se att egenskapen är ärftlig.
Föreställ dig nu att vissa förhållanden uppstår som gör det mer sannolikt för jockeys att reproducera sig 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 minskar medellängden hos människor. Människor har utvecklats till att vara kortare.
Evolution handlar om förändring över tid, men vad är mekanismen som orsakar dessa förändringar? Varje levande varelse har allt om sin konstruktion kodat i en speciell kemisk struktur som kallas DNA.
Inom DNA:t 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 olika uttryck av egenskaper kallas en allel.
Eftersom en egenskap är ett uttryck för en allel, kallas tendensen hos en viss egenskap att dyka upp i en population som allelfrekvens. Evolution är i huvudsak en förändring av allelfrekvenserna 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 de rätta egenskaperna för att överleva.
En population är en definierad grupp av organismer. I termer av evolutionsvetenskap avser en population vanligtvis en grupp organismer som har reproduktiv tillgång till varandra. Till exempel är zebror som lever på Afrikas slätter en population.
Om andra vilda zebror levde i Sydamerika (ingen gör det, men låt oss låtsas att de gör det för exemplets skull), skulle de representera en annan population eftersom de är för långt borta för att para sig med de afrikanska zebrorna. Lejon som lever på Afrikas slätter är också en annan population, eftersom lejon och zebror är biologiskt oförmögna att para sig med varandra.
Fitness är nyckeln till naturligt urval. Vi pratar inte om hur många reps en havsutter kan bränna igenom på gymmet; biologisk kondition är en organisms förmåga att framgångsrikt överleva tillräckligt länge för att producera avkomma.
Utöver det återspeglar det också en organisms förmåga att föröka sig bra. Det räcker inte med ett träd för 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 rikliga anteckningar och sedan försökte förstå vad han hade sett. Naturligt urval förklaras förmodligen bäst i hans ord, hämtade från hans landmärkeverk "On the Origin of Species."
Processen med naturligt urval kan påskyndas oerhört av starkt befolkningstryck. Befolkningstrycket 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 kommer fler medlemmar av en befolkning att dö innan de reproducerar sig. Detta innebär att endast de individer med egenskaper som tillåter dem att hantera det nya trycket kommer att överleva och vidarebefordra sina alleler till nästa generation. Detta kan resultera i drastiska förändringar av allelfrekvenser inom en eller två generationer.
Föreställ dig en giraffpopulation med individer som varierar i höjd från 10 fot till 20 fot långa. En dag sveper en penselbrand igenom och förstör all vegetation under 15 fot. Endast giraffer som är högre än 15 fot kan nå de högre löven för att äta.
Giraffer under den höjden kan inte hitta någon mat alls. De flesta av dem svälter innan de kan fortplanta sig. I nästa generation föds väldigt få korta giraffer. Befolkningens medelhöjd går upp med flera fot.
Det finns andra sätt att snabbt och drastiskt påverka allelfrekvensen. Ett sätt är en befolkningsflaskhals.
I en stor population är alleler jämnt fördelade över befolkningen. Om någon händelse, såsom en sjukdom eller torka, utplånar en stor andel av befolkningen, kan de återstående individerna ha en allelfrekvens som skiljer sig mycket från den större populationen.
Av en ren slump kan de ha en hög koncentration av alleler som var relativt sällsynta tidigare. När dessa individer förökar sig blir de tidigare sällsynta egenskaperna genomsnittet för befolkningen.
Grundareffekten kan också åstadkomma snabb utveckling. Detta inträffar när ett litet antal individer migrerar till en ny plats och "grundar" en ny population som inte längre parar sig med den gamla populationen.
Precis som med en populationsflaskhals kan dessa individer ha ovanliga allelfrekvenser, vilket leder till att efterföljande generationer har mycket olika egenskaper från den ursprungliga populationen som grundarna migrerade från.
Skillnaden mellan långsamma, gradvisa förändringar över många generationer (gradualism) och snabba förändringar under högt befolkningstryck varvat med långa perioder av evolutionär stabilitet (punkterad jämvikt) är en pågående debatt inom evolutionsvetenskapen.
Hittills har vi tittat på naturligt urval som en förändringsagent. När vi tittar runt i världen ser vi dock många djur som har förblivit relativt oförändrade i tiotusentals år - i vissa fall till och med miljontals år. Hajar är ett exempel.
Det visar sig att naturligt urval också är ett medel för stabilitet.
Ibland når en organism ett evolutionstillstånd där dess egenskaper är mycket väl lämpade för dess miljö. När ingenting händer för att utöva ett starkt befolkningstryck på den populationen, gynnar naturligt urval den allelfrekvens som redan finns.
När mutationer orsakar nya egenskaper så rensar naturligt urval bort dessa egenskaper eftersom de inte är lika effektiva som de andra.
Evolutionsbiologen 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 organismen själv.
När en organism väl har reproducerat sig, bryr det naturliga urvalet sig inte om vad som händer efter. Detta förklarar varför vissa konstiga egenskaper fortsätter att existera – egenskaper som verkar skada organismen men gynnar generna.
Hos vissa spindelarter äter honan hanen efter parning. När det gäller naturligt urval är en spindelhane som dör 30 sekunder efter parning lika framgångsrik som en som lever ett fullt och rikt liv.
Sedan publiceringen av "The Selfish Gene" är de flesta biologer överens om att Dawkins idéer förklarar en hel del om naturligt urval, men de svarar inte på allt. En av de viktigaste knäckpunkterna är altruism.
Varför gör människor (och många djurarter) bra saker för andra, även när det inte ger någon direkt fördel för dem själva? Forskning har visat att detta beteende är instinktivt och uppträder utan kulturell träning hos mänskliga spädbarn [källa:Barragan et al.]. Det förekommer också hos vissa primatarter. Varför skulle naturligt urval gynna en instinkt att hjälpa andra?
En teori kretsar kring släktskap. Människor som är släkt med dig delar många av dina gener. Att hjälpa dem kan hjälpa till att säkerställa att några av dina gener förs vidare. Föreställ dig två familjer av tidiga människor som båda konkurrerar 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 han kan fånga. Den kooperativa gruppen är mer benägna att uppnå reproduktiv framgång och passera längs allelerna för altruism.
Biologer undersöker också ett koncept som kallas superorganismen. Det är i grunden en organism gjord av många mindre organismer. Modellens superorganism är insektskolonin.
I en myrkoloni kommer bara drottningen och ett fåtal hanar någonsin att överföra sina gener till nästa generation. Tusentals andra myror tillbringar hela sitt liv som arbetare eller drönare med absolut ingen chans att föra sina gener vidare direkt. Ändå arbetar de för att bidra till framgången för kolonin.
När det gäller den "egoistiska genen" är detta inte så vettigt. Men om man ser på en insektskoloni som en enda organism som består av många små delar (myrorna), så gör den det. Varje myra arbetar för att säkerställa reproduktiv framgång för kolonin som helhet. Vissa forskare tror att superorganismkonceptet kan användas för att förklara vissa aspekter av mänsklig evolution [källa:Keim].
Alla organismer bär på egenskaper som inte längre ger dem någon verklig fördel när det gäller naturligt urval. Om egenskapen inte skadar organismen, så kommer det naturliga urvalet inte att rensa bort det, så dessa egenskaper finns kvar i generationer. Resultatet:organ och beteenden som inte längre tjänar sitt ursprungliga syfte. Dessa egenskaper kallas rudimentala.
Det finns många exempel bara i människokroppen. Svanskotan är en rest av en förfaders svans, och förmågan att vicka på öronen är överbliven från en tidigare primat som kunde flytta runt sina öron för att lokalisera ljud.
Växter har också rudimentala egenskaper. Många växter som en gång förökade sig sexuellt (krävde pollinering av insekter) utvecklade förmågan att föröka sig asexuellt. 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 får en mutation att ett rudimentärt 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, trots att de inte har tår. Eller fötter.
Vi brukar tänka på evolution som något vi inte ser hända mitt framför våra ögon, istället tittar vi på fossiler för att hitta bevis på att det har hänt i det förflutna. Faktum är att evolution under intensivt befolkningstryck sker så snabbt att vi har sett det ske inom en mänsklig livstid.
Afrikanska elefanter har vanligtvis stora betar. Elfenbenet i betar värderas högt av vissa människor, så jägare har jagat och dödat elefanter för att slita ut deras betar och sälja dem (vanligtvis olagligt) i decennier.
Vissa afrikanska elefanter har en sällsynt egenskap:De utvecklar aldrig betar alls. 1930 hade cirka 1 procent av alla elefanter inga betar. Elfenbensjägarna brydde sig inte om att döda dem eftersom det inte fanns något elfenben att ta igen. Under tiden dödades elefanter med betar i hundratals, många av dem innan de någonsin hade en chans att fortplanta sig.
Allelerna för "inga betar" fördes vidare under bara några generationer. Resultatet:Så många som hälften av de kvinnliga elefanterna i vissa moderna populationer har inga betar [källa:BBC News, New York Times]. Tyvärr är detta inte riktigt ett lyckligt slut för elefanterna, eftersom deras betar används för grävning och försvar.
Bollaren, en skadegörare som äter och skadar bomullsgrödor, har visat att naturligt urval kan agera ännu snabbare än vad forskare kan genmanipulera något. Vissa bomullsgrödor har modifierats genetiskt för att producera ett toxin som är skadligt för de flesta bollmaskar.
Ett litet antal bollmaskar hade en mutation som gav dem immunitet mot toxinet. De åt bomullen och levde, medan alla icke-immuna bollmaskar dog. Det intensiva befolkningstrycket har producerat bred immunitet mot toxinet i hela arten inom loppet av bara några år [källa:EurekAlert].
Vissa arter av klöver utvecklade en mutation som gjorde att giftet cyanid bildades i växtens celler. Detta gav klövern en bitter smak, vilket gjorde det mindre troligt att den skulle ätas. Men när temperaturen sjunker under fryspunkten spricker vissa celler, vilket släpper ut cyaniden i växtens vävnader och dödar växten.
I varma klimat verkade naturligt urval till förmån för den cyanidproducerande klövern, men där vintrarna är kalla gynnades icke-cyanidklövern. Varje slag existerar nästan uteslutande i varje klimatområde [källa:Purves].
Hur är det med människor? Är vi också föremål för naturligt urval? Det är säkert att vi var - människor blev bara människor eftersom ett urval av egenskaper (större hjärnor, gå upprätt) gav fördelar till de primater som utvecklade dem. Men vi kan direkt påverka fördelningen av våra gener.
Vi kan använda preventivmedel, så att de som är "snyggast" när det gäller naturligt urval kanske inte överför våra gener alls. Vi använder medicin och vetenskap för att låta många människor leva (och fortplanta sig) som annars sannolikt inte skulle överleva tidigare barndomar. Ungefär som domesticerade djur, som vi föder upp för att specifikt gynna vissa egenskaper, påverkas människor av ett slags onaturligt urval.
Men 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 i djurvärlden.
Med andra ord, vi vet inte riktigt vad vi ska utvecklas till. Förändring är oundviklig, men kom ihåg att naturligt urval inte bryr sig om att göra "bättre" människor, bara fler av oss.
