Natural Selection: Definisjon, Darwins teori, eksempler og fakta

Konseptet med naturlig utvalg ble først foreslått formelt på en biologikonferanse i Linnean Society. 1. juli 1858 ble en felles artikkel om emnet presentert og deretter publisert. Det inkluderte bidrag fra Charles Darwin og Alfred Russel Wallace.

Begge mennene skrev om ideen om at naturlig utvalg bidro til jordens utvikling gjennom organismenes best mulig overlevelse. Forskere på den tiden innså at evolusjon fant sted, men visste ikke hvordan arter utviklet seg.

Etter denne introduksjonen av naturlig utvalg, utdypet Darwin temaet med evolusjonsteorien og boken sin, Om artenes opprinnelse, utgitt i 1859. Hans arbeid med Darwins finker og hans ideer om overlevelse av de sterkeste forklarte mekanismen for naturlig seleksjon og hvordan den kunne føre til spredning av mange forskjellige organismer.

Evolusjon er den kumulative endringen i egenskapene til en organisme eller en befolkning i løpet av de neste generasjonene. Noen ganger er det oppsummert som nedstigning med modifikasjon. Naturlig utvalg er en av mekanismene som driver evolusjonen.

For å være en aktiv egenskap eller egenskap som forårsaker naturlig seleksjon, må egenskapen ha følgende funksjoner:

• Arvelighet. Et trekk kan bare påvirke evolusjonen gjennom naturlig seleksjon hvis det overføres fra foreldre til etterkommere.
• Funksjonalitet. Egenskapen må ha en funksjon. Egenskaper må gjøre noe for at naturlig utvalg skal finne sted.
• Fordel. For å bli valgt for å overføre til etterkommere, må egenskapen gi organismen som har den en fordel, eller gjøre organismen mer egnet til å overleve i omgivelsene.
• Opprinnelse. Egenskapen må ha fått organismer til å utvikle seg fordi den gjorde organismer som hadde den mer egnet til å overleve. Hvis organismene endret seg på grunn av en annen mekanisme, for eksempel genetisk mutasjon, skyldtes det ikke naturlig seleksjon.

Basert på fossilregisteret er det klart at arter endrer seg over tid og nye arter utvikler seg mens andre dør av. Før Darwin var det ingen forklaring på hvordan slike endringer kunne finne sted.

De evolusjonsteori beskriver hva som skjer når egenskapene til noen individer av en art blir dominerende og naturlig utvalg beskriver hvordan denne overvekt kommer til.

Darwin studerte naturlig seleksjon i finker. Selv når en annen mekanisme som mutasjon endrer en populasjon, kan mutasjonen ikke dø ut på grunn av naturlig utvalg hvis mutasjonen ikke gir en naturlig fordel.

Innenfor en art inkluderer en typisk populasjon individer med forskjellige trekk fordi de får halvparten av deres genetisk kode fra faren og halvparten fra moren. For egenskaper med genetisk grunnlag resulterer denne kombinasjonen av gener fra foreldre i et bredt utvalg av egenskaper hos individer i befolkningen.

Kombinasjonen av egenskaper hos noen individer gir dem en fordel i å lete etter mat, reprodusere eller motstå rovdyr eller sykdom. Andre individer får egenskaper som setter dem i en ulempe.

De fordelaktige individene vil leve lenger og produsere flere etterkommere. Etterkommerne deres vil for det meste motta gener som resulterer i de fordelaktige egenskapene. Over tid vil det meste av befolkningen utvikle seg med de fordelaktige egenskapene, og egenskapene som gir en ulempe vil forsvinne. Naturlig utvalg har valgt individer med positive egenskaper.

I 1831 sendte den britiske marinen undersøkelsesfartøyet HMS Beagle på en kartleggingsekspedisjon rundt om i verden. Charles Darwin kom om bord som naturforskeren som hadde til hensikt å observere lokal fauna og flora. Ekspedisjonen tok fem år og tilbrakte mye tid langs Atlanterhavet og Stillehavskysten i Sør-Amerika.

Da de forlot Sør-Amerika for Stillehavsovergangen til New Zealand, brukte skipet fem uker på å utforske Galapagosøyene. Som han gjorde overalt, tok Darwin omfattende notater om egenskapene til plantene og dyrene han fant. Til slutt vil disse notatene danne grunnlaget for hans utvikling av begrepet naturlig utvalg og hans evolusjonsteori.

Tilbake i England undersøkte Darwin og en ornitologassistent Darwins notater om finken på Galapagosøyene. Øyene var tilsynelatende hjemmet til 13 forskjellige arter av finker, mens den nærmeste søramerikanske landmassen 600 miles unna bare hadde en art. Hovedforskjellen mellom arten var størrelse og form på nebbet.

Darwins analyse av notatene hans førte ham til å trekke følgende konklusjoner:

• Finkene hadde forskjellige nebber fordi de bodde på forskjellige øyer i forskjellige miljøer.
• Miljøet forårsaket ikke forskjellene i nebb fordi det ikke var noen mekanisme for en slik innflytelse.
• De forskjellige nebbetegnene må alle ha vært til stede i den opprinnelige finkpopulasjonen.
• Da finnene fra den opprinnelige befolkningen slo seg ned på en øy, var finnene med nebbet best tilpasset den lokale matforsyningen ville ha en fordel.
• Finkene med nebb passer best til matkilden på øya deres overleve i større antall enn de mindre tilpassede finkene.
• Til slutt, i løpet av mange generasjoner, ville finkene på en øy danne en distinkt art med en distinkt nebbstørrelse og form fordi finker med disse nebbene ville være den mest passende for deres miljø.

Med disse konklusjonene forklarte Darwin utviklingen av finknebbene på Galapagosøyene ved å foreslå mekanisme for naturlig utvalg. Han oppsummerte denne mekanismen som overlevelse av de sterkeste, hvor kondisjon ble definert som reproduktiv suksess.

For sine konklusjoner stolte Darwin på notatene sine, sine egne observasjoner og hans tolkning av skrifter av Thomas Robert Malthus. Malthus var en engelsk forsker som i 1798 publiserte sin teori om at befolkningsveksten alltid vil overgå matforsyningen. Resultatet er at mange individer i enhver befolkning vil dø av på grunn av konkurranse om en begrenset tilgang på mat.

De tre observasjonene som tillot Darwin å utvikle sin evolusjonsteori og naturlige utvalg var:

1. Individer i en populasjon viser en variasjon i egenskaper som farge, oppførsel, størrelse og form på grunn av genetisk variasjon.
2. Noen av egenskapene overføres fra foreldre til etterkommere og er arvelige.
3. Foreldrene i en befolkning overproduserer avkom slik at noen ikke vil overleve.

Basert på disse observasjonene foreslo Darwin at de personene med egenskaper som gjorde dem bedre, ville være de som skulle overleve mens de som var minst i form, ville dø av. Over tid ville befolkningen bli dominert av enkeltpersoner med egenskapene som gjorde dem bedre.

Populasjoner av bakterier viser veldig sterkt naturlig utvalg fordi de kan formere seg raskt. De multipliserer vanligvis til de når en begrensning som mangel på mat, plass eller andre ressurser. På det tidspunktet vil de bakteriene som passer best i miljøet overleve mens resten vil dø av.

Et eksempel på naturlig seleksjon hos bakterier er utviklingen av antibiotikaresistens. Når bakterier forårsaker en infeksjon og individet behandles med antibiotika, vil alle bakterier som har antibiotikaresistensegenskapene overleve mens alle andre vil dø av. Spredning av antibiotikaresistente bakterier er et stort medisinsk problem.

Planter utvikler seg for å bli tilpasset miljøet sitt gjennom naturlig utvalg. Noen planter utvikler blomsterfarger for å tiltrekke seg pollinatorer av en bestemt art og utvikle spesielle mekanismer for å spre frøene sine. De må tilpasse seg mer eller mindre sollys og bekjempe skadedyr.

Kaktus er et eksempel på naturlig seleksjon i planter. I ørkenen der de bor, er det mye sollys, lite vann og noen ganger et dyr som vil elske en saftig bit.

Som et resultat har kaktuser utviklet kompakte kropper eller små, saftige blader med tykke skinn for å beskytte mot sterk sol og minimere vanntap. De kan også lagre vann og ha skarpe pigger for å motvirke dyr. Kaktusene med disse egenskapene var de sterkeste, og de er fortsatt i utvikling.

Et annet eksempel er endringen i sennepsplanten forårsaket av tørken i Sør-California. For å overleve en tørke, må planter vokse, blomstre og distribuere frøene sine raskt. Sør-California felt sennepsplanter som blomstret tidlig ble dominerende mens de blomstrende senere døde ut.

Dyr har mer rom for å påvirke overlevelsen fordi de kan delta i komplekse atferdsmønstre. Egenskaper som kan bestemme kondisjon faller inn under tre hovedkategorier. Evnen til å finne nok mat gjennom jakt eller fôring er en nøkkel for å overleve.

De fleste dyr har rovdyr, og spesifikke egenskaper gjør at de kan unngå å bli spist. Endelig gjør evnen til å finne og tiltrekke seg en ektefelle dem til å formidle sine positive egenskaper til avkom.

Typiske egenskaper som påvirker naturlig utvalg inkluderer:

• Bevegelse. Evnen til å løpe, svømme eller fly raskt avgjør om et dyr kan jakte vellykket eller unnslippe rovdyr.
• Kamuflere. Hvis et dyr kan gjemme seg vellykket, kan det unngå rovdyr eller angripe byttedyr.
• Immunitet. Noen dyr vil være mer motstandsdyktige mot en sykdom enn andre og vil overleve.
• Styrke. Å konkurrere om en kompis innebærer ofte styrketester med andre medlemmer av samme art.
• Sanser. Dyr som kan se, lukte eller høre bedre, kan ha større sjanse for å overleve.
• Seksuelle egenskaper. Naturlig seleksjon hos dyr avhenger av vellykket reproduksjon etter å ha tiltrukket seg en kompis.

Dyr utvikler seg kontinuerlig, først for bedre å tilpasse seg et gitt miljø og deretter, hvis miljøet endres, til det nye miljøet. Naturlig utvalg kan forårsake evolusjonære endringer i eksisterende populasjoner og kan også favorisere en art fremfor en annen hvis to arter konkurrerer om samme rom og ressurser.

Naturlig seleksjon hos dyr sees best når miljøet endrer seg på en eller annen måte, og dyr med spesifikke egenskaper blir bedre egnet og snart blir dominerende.

For eksempel var den pepperede møllen i London lysfarget med mørke flekker. Under den industrielle revolusjonen ble bygninger mørke med sot. Fugler kunne lett se de lyse møllene mot den mørke bakgrunnen, og snart var bare mørkfargede møll igjen. Naturlig utvalg favoriserte møllene med flere og større mørke flekker.

I et annet eksempel, si at noen insekter blir resistente mot et kjemisk plantevernmiddel veldig raskt. Selv om bare noen få individer er resistente, vil resten dø av, og de resistente insektene vil overleve. Insekter produserer vanligvis et stort antall avkom, så insektene med de resistente genene vil raskt ta over.

I et eksempel på reproduktiv preferanse velger kvinnelige påfugler kamerater basert på størrelsen og lysstyrken på halene. Etter effekten av naturlig utvalg, nesten alle påfuglhanner i dag har store, fargerike haler.

Mens Darwin er best kjent for sine publikasjoner om evolusjonsteorien, er det naturlig utvalg som driver endring og tilpasning hos arter. Charles Darwins 1858-papir, med bidrag fra Alfred Russel Wallace, hvis papir ble utgitt samtidig, for alltid forandret hvordan folk så på evolusjon og de naturlige endringene i planter og dyr som kontinuerlig skjedde rundt dem.