Φυσική Επιλογή: Ορισμός, Θεωρία του Δαρβίνου, Παραδείγματα & Γεγονότα

Η έννοια της φυσικής επιλογής προτάθηκε για πρώτη φορά επίσημα σε ένα συνέδριο βιολογίας της Linnean Society. Την 1η Ιουλίου 1858, ένα κοινό έγγραφο για το θέμα αυτό παρουσιάστηκε και στη συνέχεια δημοσιεύθηκε. Περιλάμβανε συνεισφορές από τον Charles Darwin και Άλφρεντ Ράσελ Γουάλας.

Και οι δύο άνδρες έγραψαν για την ιδέα ότι η φυσική επιλογή συνέβαλε στην εξέλιξη της γης μέσω του επιβίωση οργανισμών που ταιριάζουν περισσότερο στο περιβάλλον τους. Οι επιστήμονες τότε συνειδητοποίησαν ότι η εξέλιξη έλαβε χώρα αλλά δεν ήξεραν πώς εξελίχθηκαν τα είδη.

Μετά από αυτήν την εισαγωγή της φυσικής επιλογής, ο Δαρβίνος εξήγησε το θέμα με τη θεωρία της εξέλιξης και το βιβλίο του, Σχετικά με την προέλευση των ειδών, δημοσιεύθηκε το 1859. Η δουλειά του με τα σπίτια του Δαρβίνου και οι ιδέες του επιβίωση του ισχυρότερου εξήγησε τον μηχανισμό της φυσικής επιλογής και πώς θα μπορούσε να οδηγήσει σε πολλαπλασιασμό πολλών διαφορετικών ειδών οργανισμών.

Η εξέλιξη είναι η σωρευτική αλλαγή στα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού ή ενός πληθυσμού τις επόμενες γενιές. Μερικές φορές συνοψίζεται ως

Για να είναι ένα ενεργό χαρακτηριστικό ή ένα χαρακτηριστικό που προκαλεί τη φυσική επιλογή, το χαρακτηριστικό πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Κληρονομικότητα. Ένα χαρακτηριστικό μπορεί να επηρεάσει την εξέλιξη μόνο μέσω της φυσικής επιλογής εάν μεταφερθεί από τους γονείς στους απογόνους.
• Λειτουργικότητα. Το χαρακτηριστικό πρέπει να έχει μια λειτουργία. Τα χαρακτηριστικά πρέπει να κάνουν κάτι για να πραγματοποιηθεί η φυσική επιλογή.
• Πλεονέκτημα. Για να επιλεγεί για μετάδοση στους απογόνους, το χαρακτηριστικό πρέπει να παρέχει ένα πλεονέκτημα στον οργανισμό που τον έχει, ή να καταστήσει τον οργανισμό πιο κατάλληλο για επιβίωση στο περιβάλλον του.
• Προέλευση. Το χαρακτηριστικό πρέπει να έχει προκαλέσει την ανάπτυξη των οργανισμών, διότι έκανε τους οργανισμούς που το είχαν πιο κατάλληλο για επιβίωση. Εάν οι οργανισμοί άλλαξαν λόγω ενός άλλου μηχανισμού, όπως η γενετική μετάλλαξη, αυτό δεν οφείλεται στη φυσική επιλογή.

Με βάση τα απολιθώματα, είναι σαφές ότι τα είδη αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και νέα είδη αναπτύσσονται ενώ άλλα πεθαίνουν. Πριν από τον Ντάργουιν, δεν υπήρχε εξήγηση για το πώς θα μπορούσαν να γίνουν τέτοιες αλλαγές.

ο θεωρία της εξέλιξης περιγράφει τι συμβαίνει καθώς κυριαρχούν τα χαρακτηριστικά ορισμένων ατόμων ενός είδους και ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ περιγράφει πώς συμβαίνει αυτή η κυριαρχία.

Ο Δαρβίνος σπούδασε φυσική επιλογή σε σπίνους. Ακόμα και όταν ένας άλλος μηχανισμός όπως η μετάλλαξη αλλάζει έναν πληθυσμό, εάν η μετάλλαξη δεν παρέχει ένα φυσικό πλεονέκτημα, μπορεί να εξαφανιστεί λόγω της φυσικής επιλογής.

Σε ένα είδος, ένας τυπικός πληθυσμός περιλαμβάνει άτομα με διαφορετικά χαρακτηριστικά επειδή λαμβάνουν τα μισά γενετικός κώδικας από τον πατέρα και τα μισά από τη μητέρα. Για χαρακτηριστικά με γενετική βάση, αυτός ο συνδυασμός γονιδίων από γονείς οδηγεί σε μια μεγάλη ποικιλία χαρακτηριστικών στα άτομα του πληθυσμού.

Ο συνδυασμός χαρακτηριστικών σε ορισμένα άτομα τους δίνει ένα πλεονέκτημα στην αναζήτηση τροφής, την αναπαραγωγή ή την αντοχή αρπακτικών ή ασθενειών. Άλλα άτομα λαμβάνουν χαρακτηριστικά που τα θέτουν σε μειονεκτική θέση.

Τα προνομιούχα άτομα θα ζήσουν περισσότερο και θα παράγουν περισσότερους απογόνους. Οι απόγονοί τους θα λάβουν ως επί το πλείστον γονίδια που έχουν ως αποτέλεσμα τα πλεονεκτήματα. Με την πάροδο του χρόνου, το μεγαλύτερο μέρος του πληθυσμού θα εξελιχθεί με τα πλεονεκτήματα και τα χαρακτηριστικά που δίνουν μειονέκτημα θα εξαφανιστούν. Η φυσική επιλογή έχει επιλέξει το άτομα με θετικά χαρακτηριστικά.

Το 1831, το βρετανικό ναυτικό έστειλε το σκάφος έρευνας το HMS Beagle σε μια αποστολή χαρτογράφησης σε όλο τον κόσμο. Ο Κάρολος Ντάργουιν ήρθε στο πλοίο ως φυσιοδίφης που ανέλαβε να παρατηρήσει την τοπική πανίδα και χλωρίδα. Η αποστολή διήρκεσε πέντε χρόνια και πέρασε πολύ χρόνο στις ακτές του Ατλαντικού και του Ειρηνικού της Νότιας Αμερικής.

Φεύγοντας από τη Νότια Αμερική για τη διέλευση του Ειρηνικού προς τη Νέα Ζηλανδία, το πλοίο πέρασε πέντε εβδομάδες για να εξερευνήσει τα Νησιά Γκαλαπάγκος. Όπως έκανε παντού, ο Δαρβίνος σημείωσε εκτενείς σημειώσεις σχετικά με τα χαρακτηριστικά των φυτών και των ζώων που βρήκε. Τελικά αυτές οι σημειώσεις θα αποτελούσαν τη βάση για την ανάπτυξή του της έννοιας της φυσικής επιλογής και της θεωρίας του για την εξέλιξη.

Πίσω στην Αγγλία, ο Ντάργουιν και ένας ορνιθολόγος συνεργάτης εξέτασαν τις νότες του Ντάργουιν στα σπίτια των Νησιών Γκαλαπάγκος. Προφανώς, τα νησιά φιλοξενούσαν 13 διαφορετικά είδη σπίνων, ενώ η πλησιέστερη μάζα της Νότιας Αμερικής που ήταν 600 μίλια μακριά είχε μόνο ένα είδος. Η κύρια διαφορά μεταξύ των ειδών ήταν η μέγεθος και σχήμα των ράμφων.

Η ανάλυση των σημειώσεων του Δαρβίνου τον οδήγησε να εξαγάγει τα ακόλουθα συμπεράσματα:

• Οι σπίνοι είχαν διαφορετικά ράμφη επειδή ζούσαν σε διαφορετικά νησιά το διαφορετικά περιβάλλοντα.
• Το περιβάλλον δεν προκάλεσε τις διαφορές στα ράμφη επειδή δεν υπήρχε μηχανισμός για τέτοια επιρροή.
• Τα διαφορετικά χαρακτηριστικά ράμφος πρέπει να υπήρχαν όλα στον αρχικό πληθυσμό finch.
• Καθώς οι σπίνοι από τον αρχικό πληθυσμό εγκαταστάθηκαν σε ένα νησί, οι σπίνοι με τα ράμφη καλύτερα προσαρμοσμένο στην τοπική προσφορά τροφίμων θα είχε ένα πλεονέκτημα.
• Οι σπίνοι με ράμφη ταιριάζουν καλύτερα στην πηγή τροφίμων στο νησί τους επιβιώνουν σε μεγαλύτερο αριθμό από τα λιγότερο προσαρμοσμένα σπίτια.
• Τελικά, σε πολλές γενιές, οι σπίνοι σε ένα νησί θα σχηματίσουν ένα ξεχωριστό είδος με ένα διακριτό μέγεθος και σχήμα ράμματος, επειδή οι σπίνοι με αυτά τα ράμφος θα ήταν οι πιο κατάλληλοι για τους περιβάλλον.

Με αυτά τα συμπεράσματα, ο Δαρβίνος εξήγησε την εξέλιξη των ράβδων finch στα Νησιά Γκαλαπάγκος προτείνοντας το μηχανισμός φυσικής επιλογής. Συνοψίζει αυτόν τον μηχανισμό ως επιβίωση του ισχυρότερου, όπου η φυσική κατάσταση ορίστηκε ως αναπαραγωγική επιτυχία.

Για τα συμπεράσματά του, ο Δαρβίνος βασίστηκε στις σημειώσεις του, στις δικές του παρατηρήσεις και στην ερμηνεία του για τα γραπτά του Thomas Robert Malthus. Ο Μάλθος ήταν ένας Άγγλος λόγιος ο οποίος, το 1798, δημοσίευσε τη θεωρία του ότι η αύξηση του πληθυσμού θα ξεπερνά πάντα την προσφορά τροφίμων. Το συμπέρασμα είναι ότι, σε οποιονδήποτε πληθυσμό, πολλά άτομα θα πεθάνουν λόγω του ανταγωνισμού για περιορισμένη προσφορά τροφίμων.

Οι τρεις παρατηρήσεις που επέτρεψαν στον Δαρβίνο να αναπτύξει τη θεωρία του για την εξέλιξη και τη φυσική επιλογή ήταν:

1. Τα άτομα σε έναν πληθυσμό εμφανίζουν μια μεταβολή σε χαρακτηριστικά όπως το χρώμα, η συμπεριφορά, το μέγεθος και το σχήμα λόγω γενετικής μεταβολής.
2. Μερικά από τα χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται από γονείς σε απογόνους και είναι κληρονομικά.
3. Οι γονείς σε έναν πληθυσμό υπερπαραγάγουν απογόνους έτσι ώστε μερικοί δεν θα επιβιώσουν.

Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, ο Ντάργουιν πρότεινε ότι εκείνα τα άτομα με χαρακτηριστικά που τα έκαναν να ταιριάζουν θα είναι αυτά που θα επιβιώσουν ενώ το λιγότερο κατάλληλο θα πεθάνει. Με την πάροδο του χρόνου, ο πληθυσμός κυριαρχείται από άτομο με τα χαρακτηριστικά που τους έκαναν πιο κατάλληλους.

Οι πληθυσμοί βακτηρίων εμφανίζουν πολύ ισχυρή φυσική επιλογή επειδή μπορούν να πολλαπλασιαστούν γρήγορα. Συνήθως πολλαπλασιάζονται μέχρι να φτάσουν σε περιορισμούς όπως έλλειψη τροφής, χώρου ή άλλων πόρων. Σε αυτό το σημείο, αυτά τα βακτήρια που ταιριάζουν καλύτερα στο περιβάλλον τους θα επιβιώσουν ενώ τα υπόλοιπα θα πεθάνουν.

Ένα παράδειγμα φυσικής επιλογής στα βακτήρια είναι η ανάπτυξη αντοχή στα αντιβιοτικά. Όταν τα βακτήρια προκαλούν λοίμωξη και το άτομο αντιμετωπίζεται με αντιβιοτικά, τυχόν βακτήρια που έχουν το χαρακτηριστικό αντοχής στα αντιβιοτικά θα επιβιώσουν ενώ όλα τα άλλα θα πεθάνουν. Ο πολλαπλασιασμός ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων είναι ένα σημαντικό ιατρικό πρόβλημα.

Τα φυτά εξελίσσονται για να ταιριάζουν στο περιβάλλον τους μέσω της φυσικής επιλογής. Ορισμένα φυτά εξελίσσονται σε χρώματα λουλουδιών για να προσελκύσουν επικονιαστές ενός συγκεκριμένου είδους και να αναπτύξουν ειδικούς μηχανισμούς για τη διάδοση των σπόρων τους. Πρέπει να προσαρμοστούν στο περισσότερο ή λιγότερο φως του ήλιου και να καταπολεμήσουν τα παράσιτα.

Οι κάκτοι είναι ένα παράδειγμα φυσικής επιλογής στα φυτά. Στην έρημο όπου ζουν, υπάρχει πολύ φως του ήλιου, λίγο νερό και περιστασιακά ένα ζώο που θα λατρέψει ένα ζουμερό δάγκωμα.

Ως αποτέλεσμα, οι κάκτοι έχουν αναπτύξει συμπαγή σώματα ή μικρά, παχύφυτα φύλλα με πυκνά δέρματα για προστασία από τον έντονο ήλιο και ελαχιστοποίηση της απώλειας νερού. Μπορούν επίσης να αποθηκεύουν νερό και να έχουν αιχμηρές αιχμές για να αποθαρρύνουν τα ζώα. Οι κάκτοι με αυτά τα χαρακτηριστικά ήταν οι πιο κατάλληλοι και εξακολουθούν να εξελίσσονται.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αλλαγή στο φυτό μουστάρδας που οφείλεται στην ξηρασία στη Νότια Καλιφόρνια. Για να επιβιώσουν από μια ξηρασία, τα φυτά πρέπει να μεγαλώσουν, να ανθίσουν και να διανείμουν τους σπόρους τους γρήγορα. Τα φυτά μουστάρδας της Νότιας Καλιφόρνιας που άνθισαν νωρίς έγιναν κυρίαρχα, ενώ αυτά που ανθίστηκαν αργότερα εξαφανίστηκαν

Τα ζώα έχουν περισσότερες δυνατότητες να επηρεάσουν την επιβίωσή τους επειδή μπορούν να συμμετάσχουν σε περίπλοκα πρότυπα συμπεριφοράς. Τα γνωρίσματα που μπορούν να καθορίσουν τη φυσική κατάσταση εμπίπτουν σε τρεις κύριες κατηγορίες. Η ικανότητα εύρεσης αρκετών τροφίμων μέσω του κυνηγιού ή της τροφής είναι το κλειδί για την επιβίωση.

Τα περισσότερα ζώα έχουν θηρευτές, και συγκεκριμένα χαρακτηριστικά τους επιτρέπουν να αποφεύγουν να τρώγονται. Τέλος, η ικανότητα εύρεσης και προσέλκυσης ενός ζευγαριού τους επιτρέπει να μεταδώσουν τα θετικά τους χαρακτηριστικά στους απογόνους.

Τυπικά χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τη φυσική επιλογή περιλαμβάνουν:

• Κίνηση. Η ικανότητα να τρέχει, να κολυμπά ή να πετάει γρήγορα καθορίζει εάν ένα ζώο μπορεί να κυνηγήσει επιτυχώς ή να ξεφύγει από τους αρπακτικούς.
• Καμουφλάζ. Εάν ένα ζώο μπορεί να κρυφτεί με επιτυχία, μπορεί να αποφύγει τους αρπακτικούς ή τους ενέδρους.
• Ασυλία, ανοσία. Μερικά ζώα θα είναι πιο ανθεκτικά σε μια ασθένεια από άλλα και θα επιβιώσουν.
• Δύναμη. Ο αγώνας για έναν σύντροφο συνεπάγεται συχνά δοκιμές αντοχής με άλλα μέλη του ίδιου είδους.
• Αισθήσεις. Τα ζώα που μπορούν να δουν, να μυρίσουν ή να ακούσουν καλύτερα μπορεί να έχουν περισσότερες πιθανότητες επιβίωσης.
• Σεξουαλικά χαρακτηριστικά. Η φυσική επιλογή στα ζώα εξαρτάται από την επιτυχή αναπαραγωγή αφού προσελκύσει έναν σύντροφο.

Τα ζώα εξελίσσονται συνεχώς, πρώτα για καλύτερη προσαρμογή σε ένα δεδομένο περιβάλλον και στη συνέχεια, εάν το περιβάλλον αλλάξει, στο νέο περιβάλλον. Η φυσική επιλογή μπορεί να προκαλέσει εξελικτικές αλλαγές στους υπάρχοντες πληθυσμούς και μπορεί επίσης να ευνοήσει το ένα είδος από το άλλο εάν δύο είδη ανταγωνίζονται για τον ίδιο χώρο και πόρους.

Η φυσική επιλογή στα ζώα παρατηρείται καλύτερα όταν το περιβάλλον αλλάζει με κάποιο τρόπο και τα ζώα με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά γίνονται πιο κατάλληλα και σύντομα γίνονται κυρίαρχα.

Για παράδειγμα, ο σκώρος με πιπέρι στο Λονδίνο ήταν ανοιχτόχρωμος με σκούρα σημεία. Κατά τη βιομηχανική επανάσταση, τα κτίρια σκουριάστηκαν με αιθάλη. Τα πουλιά μπορούσαν εύκολα να δουν τους ανοιχτόχρωμους σκώρους στο σκοτεινό φόντο και σύντομα έμειναν μόνο σκουρόχρωμοι σκώροι. Η φυσική επιλογή ευνόησε τους σκώρους με όλο και μεγαλύτερες σκοτεινές κηλίδες.

Σε ένα άλλο παράδειγμα, ας πούμε ότι ορισμένα έντομα γίνονται γρήγορα ανθεκτικά σε ένα χημικό φυτοφάρμακο. Ακόμα κι αν λίγα άτομα είναι ανθεκτικά, τα υπόλοιπα θα πεθάνουν και τα ανθεκτικά έντομα θα επιβιώσουν. Τα έντομα παράγουν συνήθως μεγάλο αριθμό απογόνων, έτσι τα έντομα με τα ανθεκτικά γονίδια θα αναλάβουν γρήγορα.

Σε ένα παράδειγμα αναπαραγωγικής προτίμησης, τα θηλυκά παγώνια επιλέγουν συντρόφους με βάση το μέγεθος και τη φωτεινότητα των ουρών τους. Μετά τα αποτελέσματα του ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ, σχεδόν όλα τα αρσενικά παγώνι σήμερα έχουν μεγάλες, έντονα χρωματισμένες ουρές.

Ενώ ο Ντάργουιν είναι πιο γνωστός για τις δημοσιεύσεις του σχετικά με τη θεωρία της εξέλιξης, είναι φυσική επιλογή που οι δυνάμεις αλλάζουν και προσαρμόζονται στα είδη. Το έγγραφο του Charles Darwin το 1858, με συνεισφορές από τον Alfred Russel Wallace του οποίου το έγγραφο δημοσιεύθηκε ταυτόχρονα, για πάντα άλλαξε πώς οι άνθρωποι είδαν την εξέλιξη και τις φυσικές αλλαγές στα φυτά και τα ζώα που συνέβαιναν συνεχώς γύρω τους.