Główna zawartość
Dobór naturalny w populacjach
Jak działa dobór naturalny na poziomie genów, alleli, genotypów i fenotypów. Tłumaczenie na język polski: Fundacja Edukacja Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.
Kluczowe punkty
- Dobór naturalny może powodować mikroewolucję (zmianę częstotliwości występowania alleli), przy czym allele zwiększające przystosowanie stają się coraz częstsze w populacji.
- Przystosowanie jest miarą sukcesu reprodukcyjnego (ile potomstwa pojawi się z jednego osobnika w następnym pokoleniu, w stosunku do innych w grupie).
- Dobór naturalny może oddziaływać na cechy określone przez alternatywne allele pojedynczego genu lub na cechy poligeniczne (cechy określone przez wiele genów).
- Dobór naturalny cech determinowanych przez wiele genów może przybrać postać selekcji stabilizującej, selekcji kierunkowej lub selekcji różnicującej.
Wprowadzenie
Poznaliśmy już kilka różnych mechanizmów ewolucji. Dryf genetyczny, migracja, mutacja ... lista jest długa. Wszystkie te mechanizmy mogą sprawić, że populacja ewoluuje czyli zmienia się jej układ genetyczny z pokolenia na pokolenie.
Ale jest jeden mechanizm ewolucji, który jest nieco bardziej znany niż inne, a jest nim dobór naturalny. Co sprawia, że dobór naturalny jest tak wyjątkowy? Ze wszystkich mechanizmów ewolucji to jedyny, który z czasem może konsekwentnie prowadzić do zwiększenia adaptacji populacji, czyli lepszego przystosowywania do środowiska.
Być może już spotkałeś się z pojęciem doboru naturalnego jako część teorii ewolucji Darwina. W tym artykule zanurkujemy głębiej - w rzeczywistości głębiej, niż mógłby zejść sam Darwin. Przeanalizujemy dobór naturalny z poziomu genetyki populacyjnej pod względem częstości występowania alleli, genotypów i fenotypów.
Szybka powtórka z doboru naturalnego
Oto krótkie przypomnienie tego, jak populacja ewoluuje w wyniku doboru naturalnego:
- Organizmy z dziedzicznymi (uwarunkowanymi genetycznie) cechami, które pomagają im przetrwać i rozmnażać się w określonym środowisku, zwykle pozostawiają więcej potomstwa niż ich rówieśnicy.
- Jeśli będzie to trwać przez pokolenia, dziedziczne cechy, które pomagają przetrwać i rozmnażać się, będą coraz bardziej powszechne w populacji.
- Populacja nie tylko będzie ewoluować (zmieni się jej układ genetyczny i odziedziczone cechy), ale będzie ewoluować w taki sposób, że zwiększy się jej adaptacja czyli będzie lepiej przypasowana do swojego środowiska.
Dobór naturalny może powodować mikroewolucję
Dobór naturalny oddziałuje na fenotyp organizmu, czyli obserwowalne cechy. Fenotyp jest często w dużej mierze obrazem genotypu (alleli, czyli wersji genów, które organizm nosi). Kiedy fenotyp wytwarzany przez określone allele pomaga organizmom przetrwać i rozmnażać się lepiej niż ich rówieśnicy, dobór naturalny może zwiększyć częstotliwość występowania pomocnych alleli z pokolenia na pokolenie - to znaczy może spowodować mikroewolucję.
Przykład: kolor sierści królika
Jako przykład wyobraźmy sobie populację brązowych i białych królików, których kolor sierści jest określony przez dominujący allel brązowego (B) i recesywny allel białego (b) pojedynczego genu. Jeśli drapieżnik, taki jak jastrząb, łatwiej na tle trawiastego pola dostrzega białe króliki (genotyp bb) niż brązowe króliki (BB i Bb), brązowe króliki mają większe szanse przeżyć polowanie jastrzębia, niż białe. Ponieważ więcej brązowych królików przeżyje i będzie się rozmnażać, następne pokolenie prawdopodobnie będzie zawierało wyższą częstość występowania alleli B.
Możemy to sobie zademonstrować, posługując się przykładem. Zacznijmy od zestawu częstości alleli i fenotypów, przedstawionych na poniższym diagramie, i zobaczmy, jak zmieniają się one w następnym pokoleniu, jeśli połowa białych królików (ale żaden z brązowych królików) jest zjadana przez jastrzębie:
W tym przykładzie częstość promującego przeżycie allelu B wzrosła z
Czy recesywne allele b znikną z populacji w wyniku doboru naturalnego? Może kiedyś, ale nie od razu. Dzieje się tak, ponieważ mogą „ukrywać się” przed drapieżnikami u heterozygotycznych (Bb) brązowych królikach. To dobre przypomnienie, że dobór naturalny oddziałuje na fenotypy, a nie genotypy. Jastrząb może odróżnić brązowego królika od białego królika, ale nie może odróżnić królika BB od królika Bb.
Przystosowanie = sukces reprodukcyjny
Fenotypy i genotypy faworyzowane przez dobór naturalny niekoniecznie muszą być tylko tymi, które mają największą zdolność przetrwania. Mogą to być te, które mają najlepsze ogólne przystosowanie. Przystosowanie jest miarą tego, jak skutecznie organizmy potrafią przeżyć i rozmnażać się, z naciskiem na „rozmnażanie”. Oficjalnie, przystosowanie definiuje się jako liczbę potomstwa, które średnio pozostawiają organizmy o określonym genotypie lub fenotypie w porównaniu z innymi w populacji.
Przetrwanie jest jednym z ważnych elementów przystosowania. Aby w ogóle pozostawić potomstwo, organizm musi osiągnąć wiek rozrodczy. Na przykład w powyższym przykładzie brązowe króliki były lepiej przystosowane niż białe króliki, ponieważ większa część brązowych królików przeżyła i rozmnażała się. W trakcie życia osobnika przez dłuższy okres czasu może być również możliwość rozmnażania się w większej liczbie w oddzielonych od siebie okresach (np. z większą liczbą partnerów lub w ciągu wielu lat).
Jednak przetrwanie nie jest jedyną składową równania przystosowania. Przystosowanie zależy również od zdolności przyciągania partnera i liczby potomstwa wydanego za jednym razem. Organizm, który przeżył wiele lat, ale nigdy nie przyciągnął partnera ani nie miał potomstwa, miałby bardzo (zerowe) słabe przystosowanie.
Przystosowanie zależy od środowiska
To, które cechy faworyzuje dobór naturalny (to znaczy, które cechy sprawiają, że organizm jest lepiej przystosowany), zależy od środowiska. Na przykład brązowy królik może być lepiej przystosowany niż biały królik w brązowawym, trawiastym krajobrazie, gdzie występują drapieżniki o bystrych oczach. Jednak w jasnym krajobrazie (takim jak wydmy piaskowe) białe króliki mogą być lepsze w unikaniu drapieżników niż brązowe. A gdyby nie było żadnych drapieżników, oba kolory sierści mogą być równie dobrze przystosowane!
W wielu przypadkach cecha wiąże się również z kompromisami. Oznacza to, że może mieć pozytywny i negatywny wpływ na przystosowanie. Na przykład określony kolor sierści może sprawić, że królik będzie mniej widoczny dla drapieżników, ale także mniej atrakcyjny dla potencjalnych partnerów. Ponieważ przystosowanie jest funkcją zarówno przetrwania, jak i reprodukcji, to, czy kolor sierści jest „wygraną” netto, będzie zależeć od względnej siły drapieżnika i preferencji partnera.
Dobór naturalny może działać na cechy kontrolowane przez wiele genów
W niektórych przypadkach różne fenotypy w populacji są determinowane tylko przez jeden gen. Tak było na przykład w przypadku naszych hipotetycznych królików. Jest to również prawdziwe w niektórych rzeczywistych przypadkach doboru naturalnego odnośnie koloru sierści (np. u myszy)
Jednak w wielu przypadkach fenotypy są kontrolowane przez wiele genów, z których każdy ma niewielki wpływ na ogólny wynik. Takie fenotypy są często nazywane cechami poligenicznymi i zazwyczaj tworzą spektrum, przyjmując wiele nieco różnych form. Wykreślenie częstości różnych form w populacji często daje wykres z krzywą dzwonową. Wzrost (patrz wykres poniżej) i wiele innych cech u ludzi jest poligenicznych.
Możemy sprawdzić, czy dobór naturalny oddziałuje na cechę poligeniczną, obserwując, jak rozkład fenotypów w populacji zmienia się w czasie. Pewne charakterystyczne zmiany mówią nam, że zachodzi selekcja, nawet jeśli nie wiemy dokładnie, które geny kontrolują tę cechę.
Jak dobór naturalny może zmienić rozkłady fenotypów
Istnieją trzy podstawowe sposoby, w jakie dobór naturalny może wpływać na rozmieszczenie fenotypów zależnych od cech poligenicznych w populacji. Aby zilustrować te formy selekcji, posłużmy się wyimaginowaną populacją chrząszczy, w której kolor chrząszczy jest kontrolowany przez wiele genów i zmienia się w spektrum od jasno- do ciemnozielonego.
- Selekcja stabilizująca. W selekcji stabilizującej fenotypy pośrednie są bardziej przystosowane niż skrajne. Na przykład średnio-zielone chrząszcze mogą być najlepiej zakamuflowane, a tym samym mieć największe szanse na przeżycie na runie leśnym pokrytym średnio-zielonymi roślinami. Selekcja stabilizująca ma tendencję do zawężania krzywej.
- Selekcja kierunkowa. Jeden skrajny fenotyp jest bardziej przystosowany niż wszystkie inne fenotypy. Na przykład, jeśli populacja chrząszczy przeniesie się do nowego środowiska z ciemną glebą i roślinnością, ciemnozielone chrząszcze mogą być lepiej ukryte i mieć większe szanse na przeżycie niż średnio- lub jasno-zielone chrząszcze. Selekcja kierunkowa przesuwa krzywą w kierunku korzystnego fenotypu.
- Selekcja różnicująca. Oba skrajne fenotypy są bardziej dopasowane niż te pośrednie. Na przykład, jeśli chrząszcze przeniosą się do nowego środowiska z jasnozielonym mchem i ciemnozielonymi krzewami, zarówno jasne, jak i ciemne chrząszcze mogą być lepiej ukryte (i mieć większe szanse na przeżycie) niż średnio-zielone chrząszcze. Zróżnicowanie selekcji powoduje powstanie wielu pików na krzywej.
Podsumowanie
Dobór naturalny może powodować mikroewolucję, czyli zmianę częstości występowania alleli w czasie, przy czym allele polepszające przystosowanie stają się coraz bardziej powszechne w populacji z pokolenia na pokolenie. Przystosowanie jest miarą względnego sukcesu reprodukcyjnego. Odnosi się do tego, ile organizmów potomnych o określonym genotypie lub fenotypie opuszcza następne pokolenie w stosunku do innych w grupie.
Dobór naturalny może oddziaływać na cechy determinowane przez różne allele pojedynczego genu lub na cechy poligeniczne (cechy determinowane przez wiele genów). Cechy poligeniczne w populacji często tworzą rozkład krzywej dzwonowej. Dobór naturalny cech poligenicznych może przybrać postać:
- Selekcji stabilizującej: Fenotypy pośrednie mają najlepsze przystosowanie, a krzywa dzwonowa ma tendencję do zawężania się.
- Selekcji kierunkowej: Jeden z ekstremalnych fenotypów ma najlepsze przystosowanie. Krzywa dzwonowa przesuwa się w kierunku bardziej dopasowanego fenotypu.
- Selekcji różnicującej: Oba skrajne fenotypy mają lepsze przystosowanie niż fenotypy pośrednie. Krzywa dzwonowa ma dwa piki.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji