Evoluția și Selecția Naturală

Evoluția și Selecția Naturală

Figura 1: Un filogenetic „pomul vieții”, construite prin analiză computerizată de cyochrome c moleculele din organismele arătat; sunt atât de mulți copaci diferite de viață, deoarece există metode de analiză pentru construirea ei.,cu toate acestea, până în secolul al XIX-lea, un număr de istorici naturali au început să se gândească la schimbarea evolutivă ca la o explicație pentru modelele observate în natură. Următoarele idei au făcut parte din climatul intelectual al timpului lui Darwin.

• nimeni nu știa cât de vechi era pământul, dar geologii începeau să estimeze că Pământul era considerabil mai vechi decât se explică prin creația biblică. Geologii învățau mai multe despre straturi sau straturi formate din perioade succesive de depunere a sedimentelor., Acest lucru a sugerat o secvență de timp, cu straturi mai tinere suprapuse straturi mai vechi.
• Un concept numit uniformismului, datorită în mare măsură la influente geologul Charles Lyell, s-a angajat să descifreze istoria pământului sub ipoteza de lucru care prezintă condiții și procese sunt cheia pentru trecut, prin investigarea în curs de desfășurare, observabile procese, cum ar fi eroziunea și depunerea de sedimente.
• descoperirile fosilelor s-au acumulat în secolele XVIII și XIX., La început naturaliștii au crezut că găsesc rămășițe de specii necunoscute, dar încă vii. Cu toate acestea, pe măsură ce descoperirile fosile au continuat, a devenit evident că nimic asemănător cu dinozaurii uriași nu era cunoscut de oriunde de pe planetă. Mai mult, încă din 1800, Cuvier a subliniat că, cu cât straturile sunt mai adânci, cu atât fosilele mai puțin similare erau cu speciile existente.
• asemănările dintre grupurile de organisme au fost considerate dovezi ale înrudirii, care la rândul lor au sugerat schimbări evolutive., Predecesorii intelectuali ai lui Darwin au acceptat ideea relațiilor evolutive între organisme, dar nu au putut oferi o explicație satisfăcătoare pentru modul în care a avut loc evoluția.
• Lamarck este cel mai faimos dintre acestea. În 1801, el a propus evoluția organică ca explicație pentru similitudinea fizică între grupurile de organisme și a propus un mecanism de schimbare adaptivă bazat pe moștenirea caracteristicilor dobândite., El a scris de girafa:

„știm că acest animal, cel mai inalt dintre mamifere, locuiește în interiorul Africii, în locuri unde solul, aproape întotdeauna aride și fără ierburi, o obligă să navigați pe copaci și să tulpina în sine în mod continuu pentru a ajunge la ele. Acest obicei susținut de mult timp, a avut ca rezultat toți membrii rasei sale că membrele anterioare au crescut mai mult decât picioarele posterioare și că gâtul său a devenit atât de întins, încât girafa, fără să stea pe picioarele posterioare, își ridică capul la o înălțime de șase metri.,”

În esență, aceasta spune că gâturi de Girafe devenit mult ca urmare a continuu de stretching pentru a ajunge la frunze. Larmarck a fost incorectă în ipoteza mecanism, desigur, dar exemplul său face clar că naturaliști au fost de gândire cu privire la posibilitatea de schimbare evolutiva la începutul anilor 1800.

• Darwin a fost influențată și de observațiile făcute în timpul tinereții sale călătorie ca naturalist, pe nava Beagle., Pe insulele Galapagos a observat variațiile ușoare care făceau țestoasele din diferite insule distincte. El a observat, de asemenea, o serie întreagă de cinteze unice, faimoasele „cinteze ale lui Darwin”, care prezentau mici diferențe de la insulă la insulă. În plus, toate păreau să semene, dar diferă de, finch comune pe continentul Ecuador, 600 mile la est. Modelele în distribuția și similitudinea organismelor au avut o influență importantă asupra gândirii lui Darwin., Imaginea din partea de sus a acestei pagini este a schițelor proprii ale lui Darwin de cinteze în jurnalul său de Cercetări.

• În 1859, Darwin a publicat celebrul său Despre Originea Speciilor prin Intermediul Selecției Naturale, un volum de peste 500 de pagini, care adunate numeroase dovezi pentru teoria lui. Publicarea cărții a provocat o furie-fiecare copie a cărții a fost vândută în ziua în care a fost lansată. Membrii comunității religioase, precum și unii colegi științifici, au fost indignați de ideile lui Darwin și au protestat., Majoritatea oamenilor de știință au recunoscut însă puterea argumentelor lui Darwin. Astăzi, consiliile școlare încă dezbat validitatea și adecvarea teoriei lui Darwin în curricula științifică și un întreg corp de dezbateri a crescut în jurul controversei (a se vedea site-ul WWW Talk.Origini pentru un dialog continuu). Nu avem timp să acoperim toate dovezile și argumentele lui Darwin, dar putem examina ideile de bază. Ce spune această teorie a evoluției?

teoria lui Darwin

teoria evoluției lui Darwin implică următoarele idei fundamentale., Primele trei idei erau deja în discuție între naturaliștii anteriori și contemporani care lucrau la „problema speciilor”, pe măsură ce Darwin și-a început cercetarea. Contribuțiile originale ale lui Darwin au fost mecanismul selecției naturale și cantități abundente de dovezi pentru schimbarea evolutivă din mai multe surse. El a oferit, de asemenea, explicații minuțioase despre consecințele evoluției pentru înțelegerea istoriei vieții și a diversității biologice moderne.

• specii (populații de organisme interbreeding) schimba în timp și spațiu., Reprezentanții speciilor care trăiesc astăzi diferă de cei care au trăit în trecutul recent, iar populațiile din diferite regiuni geografice diferă ușor în formă sau comportament. Aceste diferențe se extind în registrul fosil, care oferă un sprijin amplu pentru această afirmație.toate organismele au strămoși comuni cu alte organisme. De-a lungul timpului, populațiile se pot împărți în diferite specii, care împărtășesc o populație ancestrală comună. Destul de departe în timp, orice pereche de organisme are un strămoș comun., De exemplu, oamenii au împărtășit un strămoș comun cu cimpanzeii cu aproximativ opt milioane de ani în urmă, cu balenele cu aproximativ 60 de milioane de ani în urmă și cu cangurii cu peste 100 de milioane de ani în urmă. Descendența comună explică asemănările organismelor care sunt clasificate împreună: asemănările lor reflectă moștenirea trăsăturilor de la un strămoș comun. schimbarea evolutivă este graduală și lentă în viziunea lui Darwin., Această afirmație a fost susținută de episoadele lungi de schimbare treptată a organismelor din registrul fosil și de faptul că niciun naturalist nu a observat apariția bruscă a unei noi specii în timpul lui Darwin. De atunci, biologii și paleontologii au documentat un spectru larg de rate lente până la rapide de schimbare evolutivă în linii. mecanismul principal al schimbării în timp este selecția naturală, elaborată mai jos. Acest mecanism determină modificări ale proprietăților (trăsăturilor) organismelor din linii de la o generație la alta., procesul de selecție naturală procesul de selecție naturală al lui Darwin are patru componente.

  1. variație. Organismele (în cadrul populațiilor) prezintă variații individuale în aspect și comportament. Aceste variații pot implica dimensiunea corpului, culoarea părului, marcajele faciale, proprietățile vocale sau numărul de descendenți. Pe de altă parte, unele trăsături arată puțin sau deloc variații între indivizi—de exemplu, numărul de ochi la vertebrate.
  2. moștenire. Unele trăsături sunt transmise în mod constant de la părinte la descendenți., Astfel de trăsături sunt ereditare, în timp ce alte trăsături sunt puternic influențate de condițiile de mediu și prezintă o heritabilitate slabă.
  3. rata ridicată de creștere a populației. Majoritatea populațiilor au mai mulți descendenți în fiecare an decât pot sprijini resursele locale, ceea ce duce la o luptă pentru resurse. Fiecare generație se confruntă cu o mortalitate substanțială.
  4. supraviețuire diferențială și reproducere. Persoanele care posedă trăsături potrivite pentru lupta pentru resursele locale vor contribui la mai mulți descendenți la următoarea generație., de la o generație la alta, lupta pentru resurse (ceea ce Darwin a numit „lupta pentru existență”) va favoriza indivizii cu unele variații față de alții și, prin urmare, va schimba frecvența trăsăturilor din cadrul populației. Acest proces este selecția naturală. Trăsăturile care conferă un avantaj acelor indivizi care lasă mai mulți descendenți se numesc adaptări.pentru ca selecția naturală să funcționeze pe o trăsătură, trăsătura trebuie să posede variație ereditară și trebuie să confere un avantaj în competiția pentru resurse., Dacă una dintre aceste cerințe nu apare, atunci trăsătura nu experimentează selecția naturală. (Acum știm că astfel de trăsături se pot schimba prin alte mecanisme evolutive care au fost descoperite încă de pe vremea lui Darwin.)

     selecția naturală funcționează prin avantaj comparativ, nu printr-un standard absolut de proiectare. „…pe măsură ce selecția naturală acționează prin concurența pentru resurse, ea adaptează locuitorii fiecărei țări numai în raport cu gradul de perfecțiune al asociaților lor” (Charles Darwin, despre originea speciilor, 1859).,în secolul al XX-lea, genetica a fost integrată cu mecanismul lui Darwin, permițându-ne să evaluăm selecția naturală ca supraviețuire diferențială și reproducere a genotipurilor, corespunzătoare fenotipurilor particulare. Selecția naturală poate funcționa numai pe variația existentă în cadrul unei populații. Astfel de variații apar prin mutație, o schimbare într-o parte a codului genetic pentru o trăsătură. Mutațiile apar din întâmplare și fără previziune pentru potențialul avantaj sau dezavantaj al mutației. Cu alte cuvinte, variațiile nu apar deoarece sunt necesare.,

     dovada selecției naturale

     să ne uităm la un exemplu pentru a ajuta la clarificarea selecției naturale.

     melanism Industrial este un fenomen care a afectat peste 70 de specii de molii în Anglia. Acesta a fost cel mai bine studiat în molia piperată, Biston betularia. Înainte de 1800, molia tipică a speciei avea un model ușor (vezi Figura 2). Moliile de culoare închisă sau melanică erau rare și, prin urmare, erau obiecte de colecție.

     
     Figura 2., Imaginea moliei piperate

     în timpul Revoluției Industriale, funinginea și alte deșeuri industriale au întunecat trunchiurile de copaci și au ucis lichenii. Morfa de culoare deschisă a moliei a devenit rară, iar Morfa întunecată a devenit abundentă. În 1819, a fost văzută prima morfă melanică; până în 1886, era mult mai comună — ilustrând schimbarea evolutivă rapidă.

     în cele din Urmă lumina morphs au fost frecvente doar în câteva locații din oraș, departe de zonele industriale., Cauza acestei schimbări a fost considerată a fi prădarea selectivă de către păsări, ceea ce a favorizat colorarea camuflajului în molie.

     în anii 1950, biologul Kettlewell a făcut experimente de Release-recapture folosind ambele morphs. Un scurt rezumat al rezultatelor sale este prezentat mai jos. Observând prădarea păsărilor de la jaluzele, el a putut confirma că vizibilitatea moliei a influențat foarte mult șansa de a fi mâncată.,

     Recapture Success

     	light moth	dark moth
     non-industrial woods	14.6 %	4.,7 %
     industriale pădure	13 %	27.5 %

     de Adaptare Locale – Mai multe Exemple

     până în prezent, în lecția de azi am subliniat faptul că selecția naturală este piatra de temelie a teoriei evoluționiste. Acesta oferă mecanismul de schimbare adaptivă., Orice schimbare a mediului (cum ar fi o schimbare a culorii de fundal a trunchiului de copac pe care vă așezați) poate duce la adaptarea locală. Orice populație larg răspândită este probabil să experimenteze condiții de mediu diferite în diferite părți ale gamei sale. În consecință, în curând va consta dintr-un număr de sub-populații care diferă ușor, sau chiar considerabil.

     următoarele sunt exemple care ilustrează adaptarea populațiilor la condițiile locale.,

     • rat snake, Elaphe obsoleta, a recunoscut ca populații diferite în diferite locații din estul Americii de Nord (a se vedea Figura 3). Dacă acestea ar trebui să fie numite „rase” geografice sau subspecii este discutabil. Aceste populații cuprind toate o singură specie, deoarece împerecherea poate avea loc între populațiile adiacente, determinând specia să împartă un bazin genetic comun (vezi prelegerea despre speciație).,

     

     Figura 3: Subspecii de rat snake Elaphe obsoleta, care se încrucișa în cazul în care lor variază cunosc.

     • cintezele Galapagos sunt celebrul exemplu din călătoria lui Darwin. Fiecare insulă din Galapagos pe care Darwin a vizitat-o avea propriul său tip de finch (14 în total), găsit nicăieri altundeva în lume., Unele aveau ciocuri adaptate pentru a mânca semințe mari, altele pentru semințe mici, unele aveau ciocuri asemănătoare papagalilor pentru a se hrăni cu muguri și fructe, iar altele aveau ciocuri subțiri pentru a se hrăni cu insecte mici (vezi Figura 4). Unul a folosit un ghimpe pentru a cerceta larvele insectelor din lemn, așa cum fac unii ciocănitori. (Șase erau pământeni, și opt erau cinteze de copac.) (Această diversificare în diferite roluri ecologice, sau nișe, este considerat a fi necesar pentru a permite coexistența mai multor specii, un subiect vom examinat într-o prelegere ulterioară.,) Pentru Darwin, se pare că fiecare a fost ușor modificat de la un colonist original, probabil cinteza de pe continentul Americii de Sud, la aproximativ 600 de mile spre est. Este probabil ca radiațiile adaptive să fi dus la formarea atâtor specii, deoarece alte păsări erau puține sau absente, lăsând nișe goale de umplut; și pentru că numeroasele insule din Galapagos au oferit oportunități ample de izolare geografică.,

     
     Figura 4

     de Stabilizare, Direcționale, și Diversificarea Selecție

     în cele din Urmă, ne vom uita la un statistice mod de gândire despre selecție. Să presupunem că fiecare populație poate fi portretizat ca o distribuție de frecvență pentru unele trăsătură-dimensiunea cioc, de exemplu. Rețineți din nou că variația într-o trăsătură este materia primă critică pentru evoluția să apară.

     cum va arăta distribuția frecvenței în următoarea generație?,

     
     Figurile 5a-c

     în Primul rând, proporția de persoane cu fiecare valoare de trasatura (dimensiune de cioc, sau greutate corporală) ar putea fi exact la fel. În al doilea rând, pot exista schimbări direcționale într-o singură direcție. În al treilea rând (și cu o astfel de raritate încât existența sa este discutabilă), ar putea exista schimbări simultane în ambele direcții (de exemplu, sunt favorizate atât ciocurile mai mari, cât și cele mai mici, în detrimentul celor de dimensiuni intermediare). Cifrele 5a-c surprind aceste trei categorii majore de selecție naturală.,

     
     Figura 6

     Sub selecție de stabilizare, extrem de soiuri de la ambele capete ale distribuției de frecvență sunt eliminate. Distribuția frecvenței arată exact așa cum a făcut-o în generația anterioară (vezi figura 5a). Probabil aceasta este cea mai comună formă de selecție naturală și de multe ori o greșim pentru nici o selecție. Un exemplu din viața reală este acela al greutății la naștere a bebelușilor umani (vezi Figura 6).,

     În selecția direcțională, persoane fizice, la un capăt de distribuție de cioc dimensiuni faci foarte bine, și deci frecvența de distribuție de particularități în generarea ulterioară este mutat de la locul unde a fost în parental generație (a se vedea Figura 5b). Aceasta este ceea ce ne gândim de obicei ca selecție naturală. Melanismul Industrial a fost un astfel de exemplu.

     
     Figura 7

     fosili neam de cal oferă o demonstrație remarcabilă a direcționale succesiune., Întregul neam este destul de complicată și nu este doar o simplă linie de mici zori calul Hyracotherium de Eocenului inferior, de astăzi familiar Equus. În general, însă, calul a evoluat de la un strămoș mic, construit pentru a se deplasa prin păduri și păduri, la descendentul său cu picioare lungi, construit pentru viteză pe pășunile deschise. Această evoluție a implicat schimbări bine documentate în dinți, lungimea piciorului și structura picioarelor (vezi Figura 7).,

     în cadrul selecției diversificatoare (perturbatoare), ambele extreme sunt favorizate în detrimentul soiurilor intermediare (a se vedea figura 5c). Acest lucru este neobișnuit, dar de interes teoretic, deoarece sugerează un mecanism de formare a speciilor fără izolare geografică (vezi prelegerea despre speciație).

     Sumar

     teoria evoluției a lui Darwin s-a schimbat fundamental direcția de viitor gândirii științifice, deși a fost construit pe un organism tot mai mare de crezut că au început să se întrebe înainte de idei despre lumea naturală.,

     nucleul teoriei lui Darwin este selecția naturală, un proces care are loc pe generații succesive și este definit ca reproducerea diferențială a genotipurilor.

     selecția naturală necesită variație ereditară într-o anumită trăsătură, iar supraviețuirea și reproducerea diferențială asociate cu posesia acelei trăsături.

     Exemple de selecție naturală sunt bine documentate, atât prin observare, cât și prin evidența fosilă.,

     selecția acționează asupra frecvenței trăsăturilor și poate lua forma stabilizării, direcționării sau diversificării selecției.

     lecturi sugerate

     o Darwin, C. 1959. Cu privire la Originea speciilor prin selecție naturală sau la conservarea raselor favorizate în lupta pentru viață. Londra: J. Murray.

     o Futuyma, D. J. 1986. Biologia Evoluționistă. Sunderland, Mass: Sinauer Associates, Inc.

     o Dawkins, R. 1989. Gena Egoistă. Oxford: Oxford University Press.,