Naravni izbor (evolucija): definicija, mehanizem in primeri

Naravni izbor: jasna definicija, mehanizem in osupljivi primeri evolucije. Razumite, kako prilagoditve nastanejo, preživijo in oblikujejo življenje.

Naravni izbor je osrednji koncept evolucije. Angleška biologa Charles Darwin in Alfred Russel Wallace, včasih pa jo imenujemo tudi preživetje najmočnejših. Darwin je ime izbral kot analogijo z umetno selekcijo (selektivno vzrejo).

Naravni izbor je proces, v katerem se organizmi z ugodnimi lastnostmi pogosteje razmnožujejo. Pri tem te lastnosti prenesejo na naslednjo generacijo. Sčasoma se organizmi s tem procesom prilagodijo svojemu okolju. Pogostost genov za ugodne lastnosti se namreč v populaciji povečuje.

Člani vrste si niso vsi enaki, deloma zaradi razlik v dednosti (genetiki). To velja celo za otroke istih staršev. Nekatere od teh razlik lahko povzročijo, da en organizem v določenem okolju preživi in se razmnožuje bolje kot drugi. Ko se ta organizem razmnoži, njegovi otroci dobijo gene, ki so mu dali prednost. Nekatere prilagoditve so zelo dolgotrajne in uporabne v številnih habitatih. Razvoj kril v okolju ptic ostaja enak. Če se okolje dovolj spremeni, se lahko drug organizem bolje obnese.

Mehanizem naravnega izbora

Naravni izbor deluje, kadar so izpolnjeni trije osnovni pogoji:

• Variabilnost: člani populacije se med seboj razlikujejo po lastnostih (morfologija, vedenje, fiziologija).
• Dednost: vsaj del razlik ima genetsko podlago in se prenaša na potomce.
• Diferencialna reprodukcija: posamezniki z določenimi lastnostmi imajo več potomcev oziroma več možnosti, da njihovi geni preživijo v naslednjih generacijah.

Ta proces ni vnaprej usmerjen: ne ustvarja ciljev, ampak selekcionira lastnosti, ki v trenutnih okoliščinah povečajo verjetnost preživetja in razmnoževanja. Ključni pojem je prilagodljivost (fitness), ki meri relativno uspešnost nekega gena ali fenotipa v določeni okoljski situaciji.

Vrste naravnega izbora

• Usmerjen (directional) izbor: selekcija premika povprečno vrednost lastnosti v eno smer (npr. večja velikost telesa, daljši kljun).
• Stabilizirajoč izbor: izloča ekstremne oblike in ohranja srednje vrednosti (npr. porazdelitev telesne mase pri novorojenčkih).
• Razcepljevalni (disruptive) izbor: spodbuja ekstremne fenotipe na obeh koncih porazdelitve, kar lahko vodi k razcepu populacije in sčasoma k speciaciji.
• Seksualna selekcija: izbiranje partnerjev na podlagi lastnosti, povezanih z uspešnostjo parjenja (barve, petje, razpoloženje – npr. paunov rep).
• Frekvenčno odvisna selekcija: koristnost lastnosti je odvisna od njene pogostosti v populaciji (reden primer so patogeni in antigene gostitelja).

Primeri naravnega izbora

• Industrijska melanizem pri pepelnici (Biston betularia): povzročena z onesnaženjem, temne oblike so bile v industrijskih območjih bolj prikrite pred plenilci.
• Odpornost bakterij na antibiotike: mutacije, ki omogočajo preživetje ob izpostavljenosti antibiotikom, se hitro razširijo v populaciji bakterij zaradi močne selekcije.
• Darwinove zebece: različni dolžinski kljunov pri ptičih na Galapagosu so se razvili kot odziv na razpoložljivost hrane po sušnih in deževnih obdobjih.
• Sickle-cell anemija in odpor proti malariji: heterozigotni nosilci mutacije imajo delno zaščito pred malarijo, kar ohranja prisotnost mutacije v določenih regijah.

Pogoste zmote in razlaga

• "Preživetje najmočnejših": ta izraz lahko zavaja — naravni izbor ne pomeni nujno fizične moči, temveč boljše prilagajanje okolju (večja uspešnost pri pridobivanju virov, izogibanju plenilcem, razmnoževanju).
• Teleologija: organizmi ne "stremijo" k popolnosti; spremembe so posledica naključnih mutacij in selekcije okolja, ne predvidene namere.
• Selektivni enota: naravni izbor deluje na posameznike (in njihove fenotipe / gene), medtem ko so dolgotrajne spremembe rezultat sprememb v populaciji skozi generacije.

Dokazi in posledice

Dokazi za delovanje naravnega izbora izhajajo iz različnih virov: fosilnega zapisa (prikaz in prehodnih oblik), primerjalne anatomije, embrionalnega razvoja, molekularne genetike (homologije v DNK in proteinih) ter iz neposrednih opazovanj in eksperimentov (hitre spremembe pri mikroorganizmih, dolgotrajni evolucijski poskusi z bakterijami). Posledice naravnega izbora so nastanek prilagoditev, diverzifikacija vrst in včasih speciacijo — torej nastanek novih vrst.

Kdaj naravni izbor ne velja sam

Poleg naravnega izbora v evoluciji pomembno vlogo igrajo tudi drugi procesi, kot so genetski drift (naključne spremembe frekvenc genov v majhnih populacijah), mutacije (vir nove genetske variabilnosti), migracije (gene flow) in kulturni ali vedenjski vplivi pri vrstah z učenjem. Skupaj ti procesi oblikujejo biološko raznolikost, ki jo opazujemo danes.

Če povzamemo: naravni izbor je mehanizem, ki razlaga, kako se skozi čas v populacijah kopičijo gensko pogojene lastnosti, ki izboljšajo preživetje in razmnoževanje v danem okolju. Razumevanje tega procesa pomaga razložiti številne pojave v biologiji in medicini ter je temelj moderne evolucijske biologije.

Primeri

Danes poznamo precej primerov naravne selekcije v naravnih populacijah.

Odpornost na antibiotike

Dobro znan primer delovanja naravne selekcije je razvoj odpornosti mikroorganizmov na antibiotike. Odkar je Alexander Fleming leta 1928 odkril penicilin, se antibiotiki uporabljajo za boj proti bakterijskim boleznim. Naravne populacije bakterij med velikim številom posameznih članov vsebujejo precejšnje razlike v svojem genskem materialu, ki so posledica mutacij. Večina bakterij ob stiku z antibiotiki hitro umre, vendar imajo nekatere mutacije, zaradi katerih so nekoliko manj občutljive. Če je izpostavljenost antibiotikom kratka, bodo ti posamezniki zdravljenje preživeli. Izločanje osebkov, ki niso odporni, je primer naravne selekcije.

Ob dovolj dolgem času in ponavljajoči se izpostavljenosti antibiotiku se bo pojavila populacija bakterij, odpornih na antibiotik. To vodi v tako imenovano evolucijsko oboroževalno tekmo ali koevolucijo, v kateri bakterije še naprej razvijajo seve, ki so manj občutljivi na antibiotike, medtem ko medicinski raziskovalci še naprej razvijajo nove antibiotike, ki jih lahko uničijo. Strategije odzivanja običajno vključujejo uporabo drugih, močnejših antibiotikov, vendar so se nedavno pojavili novi sevi MRSA, ki so odporni tudi na ta zdravila. Podobno se dogaja z odpornostjo rastlin in žuželk proti pesticidom ter z odpornostjo malarije proti kininu.

Kamuflaža

Znana študija primera je študija evolucije popernega molja, obstajajo pa še številni drugi primeri. Večina teh dnevno letečih moljev je bila svetle barve, le nekaj moljev pa je bilo temnih. Sprva so svetli molji bolje preživeli, saj so se maskirali pred svetlo barvo bližnjih dreves. Tako so jih ptice težko opazile.

Ko so zgradili tovarne, so zaradi onesnaževanja vsa drevesa postala črna. Zdaj so bili svetli molji vidni na temnem lubju. Temno obarvani molji so bili po spremembi okolja v prednosti. Geni, ki nadzorujejo temno barvo, so se razširili v populaciji moljev. Po drugi svetovni vojni je okolje postalo čistejše zaradi nadzora nad onesnaževanjem. Takrat so imeli svetlejši molji ponovno prednost in so zdaj veliko pogostejši.

Drug primer je posnemanje: Nekatere neškodljive žuželke posnemajo druge žuželke, ki so nevarne ali imajo neprijeten okus. Mimikrija se razvija, ker boljši posnemovalci bolje preživijo. Doživijo več potomcev kot manj dobri posnemovalci. Geni boljših posnemovalcev postanejo pogostejši v vrsti. Sčasoma se vrste, ki posnemajo, približajo svojim modelom.

Odpornost na antibiotike se povečuje s preživetjem osebkov, ki so imuni na učinke antibiotika. Njihovi potomci podedujejo odpornost, s čimer se ustvari nova populacija odpornih bakterij.

Spolna izbira

Spolni izbor je posebna vrsta naravnega izbora. To je teorija Charlesa Darwina, ki pravi, da je nekatere evolucijske lastnosti mogoče razložiti s tekmovalnostjo znotraj vrste. Darwin je spolni izbor opredelil kot učinek "boja med osebki enega spola, običajno samci, za posest drugega spola". Običajno se med seboj borijo samci. Lastnosti, izbrane z bojem med samci, se imenujejo sekundarne spolne značilnosti (vključno z rogovi, rogovi itd.) in se včasih imenujejo "orožje". Lastnosti, ki se izbirajo z izbiro partnerja, se imenujejo "okraski".

Samice se pogosto raje parijo s samci z zunanjimi okraski - pretiranimi morfološkimi značilnostmi. Geni, ki samcem omogočajo razvoj impresivnih okraskov ali bojnih sposobnosti, lahko preprosto kažejo večjo odpornost proti boleznim ali učinkovitejšo presnovo - lastnosti, ki koristijo tudi samicam. Ta zamisel je znana kot hipoteza "dobrih genov". Spolno selekcijo še vedno raziskujejo in o njej razpravljajo.

Ernst Mayr je dejal:

"Od Darwinovih časov je postalo jasno, da ta vrsta selekcije vključuje veliko širše področje pojavov in jo je namesto spolne selekcije bolje imenovati selekcija za razmnoževalni uspeh ... za razliko od selekcije za preživetje gre za pravo selekcijo, ne za izločanje. Glede na to, koliko novih vrst selekcije za razmnoževalni uspeh odkrivamo iz leta v leto, se začenjam spraševati, ali ni vsaj pri nekaterih višjih organizmih celo pomembnejša od selekcije za preživetje."

Ilustracija iz knjige The Descent of Man and selection in relation to sex Charlesa Darwina, ki prikazuje kokoško Lophornis ornatus, samica na levi, okrašen samec na desni.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je naravna selekcija?

V: Kdo je predlagal naravni izbor?

V: Kako se naravna selekcija imenuje drugače?

V: Kako deluje naravni izbor?

V: Ali so prilagoditve vedno koristne v številnih habitatih?

V: Ali obstajajo razlike med otroki istih staršev?

Išči po črki