Φυσική επιλογή

Η διαδικασία

Η φυσική επιλογή εξηγεί γιατί οι ζωντανοί οργανισμοί αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και αποκτούν την ανατομία, τις λειτουργίες και τη συμπεριφορά που έχουν. Λειτουργεί ως εξής:

1. Όλα τα έμβια όντα έχουν τέτοια γονιμότητα που το μέγεθος του πληθυσμού τους θα μπορούσε να αυξάνεται ραγδαία για πάντα.
2. Στην πραγματικότητα, το μέγεθος των πληθυσμών δεν αυξάνεται σε αυτόν τον βαθμό. Ως επί το πλείστον, οι αριθμοί παραμένουν περίπου οι ίδιοι.
3. Τα τρόφιμα και οι άλλοι πόροι είναι περιορισμένοι. Έτσι, υπάρχει ανταγωνισμός για την τροφή και τους πόρους.
4. Κανένα άτομο δεν είναι ίδιο με το άλλο. Ως εκ τούτου, δεν έχουν τις ίδιες πιθανότητες να ζήσουν και να αναπαραχθούν.
5. Μεγάλο μέρος αυτής της διακύμανσης είναι κληρονομικό. Οι γονείς μεταβιβάζουν τα χαρακτηριστικά στα παιδιά μέσω των γονιδίων τους.
6. Η επόμενη γενιά προέρχεται από εκείνους που επιβιώνουν και αναπαράγονται. Η εξάλειψη προκαλείται από τη σχετική προσαρμογή μεταξύ των ατόμων και του περιβάλλοντος στο οποίο ζουν. Μετά από πολλές γενιές, ο πληθυσμός έχει περισσότερες χρήσιμες γενετικές διαφορές και λιγότερες επιβλαβείς. Η φυσική επιλογή είναι στην πραγματικότητα μια διαδικασία εξάλειψης.

Παραδείγματα

Υπάρχουν πλέον αρκετά παραδείγματα φυσικής επιλογής σε φυσικούς πληθυσμούς.

Αντοχή στα αντιβιοτικά

Ένα γνωστό παράδειγμα της φυσικής επιλογής σε δράση είναι η ανάπτυξη ανθεκτικότητας των μικροοργανισμών στα αντιβιοτικά. Από την ανακάλυψη της πενικιλλίνης το 1928 από τον Alexander Fleming, τα αντιβιοτικά χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση βακτηριακών ασθενειών. Οι φυσικοί πληθυσμοί βακτηρίων περιέχουν, μεταξύ του τεράστιου αριθμού των μεμονωμένων μελών τους, σημαντική ποικιλία στο γενετικό τους υλικό, ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων. Όταν εκτίθενται σε αντιβιοτικά, τα περισσότερα βακτήρια πεθαίνουν γρήγορα, αλλά ορισμένα έχουν μεταλλάξεις που τα καθιστούν ελαφρώς λιγότερο ευαίσθητα. Εάν η έκθεση στα αντιβιοτικά είναι σύντομη, τα άτομα αυτά θα επιβιώσουν από τη θεραπεία. Η εξάλειψη των ατόμων που δεν έχουν ανθεκτικότητα αποτελεί παράδειγμα φυσικής επιλογής.

Με την πάροδο αρκετού χρόνου και την επαναλαμβανόμενη έκθεση στο αντιβιοτικό, θα δημιουργηθεί ένας πληθυσμός βακτηρίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά. Αυτό οδηγεί σε αυτό που είναι γνωστό ως εξελικτική κούρσα εξοπλισμών ή συν-εξέλιξη, κατά την οποία τα βακτήρια συνεχίζουν να αναπτύσσουν στελέχη που είναι λιγότερο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά, ενώ οι ιατρικοί ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέα αντιβιοτικά που μπορούν να τα σκοτώσουν. Οι στρατηγικές αντιμετώπισης περιλαμβάνουν συνήθως τη χρήση διαφορετικών, ισχυρότερων αντιβιοτικών- ωστόσο, πρόσφατα εμφανίστηκαν νέα στελέχη του MRSA που είναι ανθεκτικά ακόμη και σε αυτά τα φάρμακα. Μια παρόμοια κατάσταση συμβαίνει με την ανθεκτικότητα στα φυτοφάρμακα στα φυτά και τα έντομα και με την ανθεκτικότητα της ελονοσίας στην κινίνη.

Καμουφλάζ

Μια διάσημη μελέτη περίπτωσης είναι η μελέτη της εξέλιξης του πιπεριού, ενώ υπάρχουν πολλά άλλα παραδείγματα. Οι περισσότεροι από αυτούς τους πεταλούδες που πετούσαν την ημέρα είχαν ανοιχτό χρώμα, αλλά μόνο λίγοι από τους πεταλούδες ήταν σκούροι. Στην αρχή, οι ανοιχτόχρωμοι σκώροι επιβίωναν καλύτερα επειδή καμουφλάρονταν έναντι του ανοιχτού χρώματος των κοντινών δέντρων. Αυτό δυσκόλευε τα πουλιά να τους δουν.

Όταν χτίστηκαν τα εργοστάσια, η ρύπανση έκανε όλα τα δέντρα να φαίνονται μαύρα. Τώρα οι ανοιχτόχρωμοι σκώροι ήταν εμφανείς σε σχέση με τον σκούρο φλοιό. Οι σκουρόχρωμοι σκώροι είχαν το πλεονέκτημα μετά την αλλαγή του περιβάλλοντος. Τα γονίδια που ελέγχουν το σκούρο χρώμα εξαπλώθηκαν στον πληθυσμό των σκώρων. Μετά τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο, οι έλεγχοι κατά της ρύπανσης λειτούργησαν ώστε το περιβάλλον να γίνει καθαρότερο. Τότε οι ανοιχτόχρωμοι σκώροι είχαν και πάλι το πλεονέκτημα και είναι τώρα πολύ πιο συνηθισμένοι.

Η μίμηση είναι ένα άλλο παράδειγμα: Ορισμένα ακίνδυνα έντομα μιμούνται άλλα έντομα που είναι επικίνδυνα ή που έχουν άσχημη γεύση. Ο μιμητισμός εξελίσσεται επειδή οι καλύτεροι μιμητές επιβιώνουν καλύτερα. Ζουν για να παράγουν περισσότερους απογόνους από τους λιγότερο καλούς μιμητές. Τα γονίδια των καλύτερων μιμητών γίνονται πιο κοινά στο είδος. Με την πάροδο του χρόνου, τα μιμητικά είδη πλησιάζουν περισσότερο στα πρότυπά τους.

Η ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά αυξάνεται με την επιβίωση ατόμων που έχουν ανοσία στις επιδράσεις του αντιβιοτικού. Οι απόγονοί τους κληρονομούν την ανθεκτικότητα, δημιουργώντας έναν νέο πληθυσμό ανθεκτικών βακτηρίων.

Σεξουαλική επιλογή

Η σεξουαλική επιλογή είναι ένα ιδιαίτερο είδος φυσικής επιλογής. Πρόκειται για μια θεωρία του Κάρολου Δαρβίνου σύμφωνα με την οποία ορισμένα εξελικτικά χαρακτηριστικά μπορούν να εξηγηθούν από τον ανταγωνισμό εντός ενός είδους. Ο Δαρβίνος όρισε τη σεξουαλική επιλογή ως τα αποτελέσματα της "πάλης μεταξύ των ατόμων του ενός φύλου, γενικά των αρσενικών, για την κατοχή του άλλου φύλου". Συνήθως είναι τα αρσενικά που μάχονται μεταξύ τους. Τα χαρακτηριστικά που επιλέγονται από την καταπολέμηση των αρσενικών ονομάζονται δευτερογενή σεξουαλικά χαρακτηριστικά (συμπεριλαμβανομένων των κεράτων, των κέρατων κ.λπ.) και μερικές φορές αναφέρονται ως "όπλα". Τα χαρακτηριστικά που επιλέγονται από την επιλογή συντρόφου ονομάζονται "στολίδια".

Τα θηλυκά συχνά προτιμούν να ζευγαρώνουν με αρσενικά με εξωτερικά στολίδια-υπερβολικά χαρακτηριστικά της μορφολογίας. Τα γονίδια που επιτρέπουν στα αρσενικά να αναπτύσσουν εντυπωσιακά στολίδια ή ικανότητα μάχης μπορεί απλώς να επιδεικνύουν μεγαλύτερη αντοχή στις ασθένειες ή πιο αποτελεσματικό μεταβολισμό - χαρακτηριστικά που ωφελούν επίσης τα θηλυκά. Η ιδέα αυτή είναι γνωστή ως υπόθεση των "καλών γονιδίων". Η σεξουαλική επιλογή ερευνάται και συζητείται ακόμη και σήμερα.

Ο Ernst Mayr είπε:

"Από την εποχή του Δαρβίνου έχει γίνει σαφές ότι αυτό το είδος επιλογής περιλαμβάνει ένα πολύ ευρύτερο πεδίο φαινομένων, και αντί για σεξουαλική επιλογή είναι προτιμότερο να αναφέρεται ως επιλογή για αναπαραγωγική επιτυχία... πρόκειται για πραγματική επιλογή, όχι για εξάλειψη, σε αντίθεση με την επιλογή επιβίωσης. Λαμβάνοντας υπόψη πόσα νέα είδη επιλογής για την αναπαραγωγική επιτυχία ανακαλύπτονται χρόνο με το χρόνο, αρχίζω να αναρωτιέμαι αν δεν είναι ακόμη πιο σημαντική από την επιλογή επιβίωσης, τουλάχιστον σε ορισμένους ανώτερους οργανισμούς".

Εικονογράφηση από το βιβλίο The Descent of Man and selection in relation to sex του Κάρολου Δαρβίνου που δείχνει την φουντωτή κοκέτα Lophornis ornatus, θηλυκό στα αριστερά, διακοσμημένο αρσενικό στα δεξιά.