Естественный отбор: определение, теория Дарвина, примеры и факты

Концепция естественного отбора была впервые официально предложена на конференции Линнея по биологии. 1 июля 1858 г. был представлен и впоследствии опубликован совместный доклад по этому поводу. Он включал вклад Чарльза Дарвина и Альфред Рассел Уоллес.

Оба мужчины писали об идее, что естественный отбор способствовал эволюции Земли через выживание организмов, наиболее приспособленных к их среде обитания. Ученые того времени понимали, что эволюция имеет место, но не знали, как развивались виды.

После этого введения естественного отбора Дарвин подробно остановился на этой теме в своей теории эволюции и в своей книге: О происхождении видов, опубликовано в 1859 г. Его работа с зябликами Дарвина и его идеи о выживание сильнейшего объяснил механизм естественного отбора и то, как он может привести к размножению множества различных видов организмов.

Эволюция - это совокупное изменение характеристик организма или популяции в течение следующих поколений. Иногда его резюмируют как спуск с модификацией. Естественный отбор - один из механизмов эволюции.

Чтобы быть активной характеристикой или признаком, вызывающим естественный отбор, эта черта должна иметь следующие особенности:

• Наследственность. Признак может влиять на эволюцию только посредством естественного отбора, если он передается от родителей к потомкам.
• Функциональность. Черта должна иметь функцию. Чтобы произошел естественный отбор, черты должны что-то делать.
• Преимущество. Чтобы быть отобранным для передачи потомкам, эта черта должна давать преимущество организму, у которого она есть, или делать организм более приспособленным к выживанию в окружающей среде.
• Источник. Эта черта, должно быть, вызвала эволюцию организмов, потому что она сделала организмы, у которых она была, более пригодной для выживания. Если организмы изменились из-за другого механизма, такого как генетическая мутация, это произошло не из-за естественного отбора.

На основании летописи окаменелостей становится ясно, что виды со временем меняются, и появляются новые виды, а другие вымирают. До Дарвина не было объяснения того, как могут происходить такие изменения.

В теория эволюции описывает, что происходит, когда характеристики некоторых особей вида становятся преобладающими и естественный отбор описывает, как возникает это преобладание.

Дарвин изучал естественный отбор зябликов. Даже когда другой механизм, такой как мутация, изменяет популяцию, если мутация не дает естественного преимущества, она может исчезнуть из-за естественного отбора.

Внутри вида типичная популяция включает особей с разными признаками, потому что они получают половину своего генетический код от отца и половина от матери. Для признаков, имеющих генетическую основу, такая комбинация генов от родителей приводит к широкому разнообразию характеристик у людей в популяции.

Сочетание черт у некоторых людей дает им преимущество в поисках пищи, воспроизведении или противостоянии хищникам или болезням. Другие люди получают черты, которые ставят их в невыгодное положение.

Благополучные люди будут жить дольше и производить больше потомков. Их потомки в основном получат гены, которые приводят к благоприятным чертам. Со временем большая часть населения будет развиваться с улучшенными чертами, а черты, вызывающие недостаток, исчезнут. Естественный отбор выбрал лица с положительными характеристиками.

В 1831 году британский флот отправил исследовательское судно HMS Beagle в кругосветную картографическую экспедицию. Чарльз Дарвин вступил на борт в качестве естествоиспытателя, которому было поручено наблюдать за местной фауной и флорой. Экспедиция длилась пять лет и много времени проводила вдоль атлантического и тихоокеанского побережья Южной Америки.

Покинув Южную Америку для перехода через Тихий океан в Новую Зеландию, корабль провел пять недель, исследуя Галапагосские острова. Как и везде, Дарвин делал подробные записи об особенностях найденных им растений и животных. В конце концов, эти заметки лягут в основу его концепции естественного отбора и теории эволюции.

Вернувшись в Англию, Дарвин и его помощник-орнитолог изучили записи Дарвина о зябликах Галапагосских островов. Судя по всему, на островах обитало 13 различных видов зябликов, в то время как на ближайшем южноамериканском участке суши в 600 милях обитал только один вид. Основное различие между видами заключалось в размер и форма клювов.

Анализ Дарвином своих записей привел его к следующим выводам:

• Зяблики имели разные клювы потому что они жили на разных островах в разные среды.
• Окружающая среда не вызывала различий в клювах, потому что не было механизма такого воздействия.
• Все разные характеристики клюва должны были присутствовать в исходной популяции зябликов.
• Когда зяблики из первоначальной популяции поселились на острове, зяблики с клювами лучше всего адаптирован к местным продуктам питания имел бы преимущество.
• Зяблики с клювами, лучше всего подходящие к источнику пищи на их острове, будут выжить в большем количестве чем менее приспособленные зяблики.
• В конце концов, в течение многих поколений зяблики на острове сформировали отдельный вид с различный размер и форма клюва, потому что зяблики с такими клювами лучше всего подходят для среда.

Этими выводами Дарвин объяснил эволюцию клювов вьюрков на Галапагосских островах, предложив механизм естественного отбора. Он резюмировал этот механизм как выживание сильнейшего, где приспособленность определялась как репродуктивный успех.

В своих выводах Дарвин опирался на свои записи, собственные наблюдения и свою интерпретацию писаний Томас Роберт Мальтус. Мальтус был английским ученым, который в 1798 году опубликовал свою теорию о том, что рост населения всегда будет опережать рост продовольствия. Следствием этого является то, что в любой популяции многие особи вымрут из-за конкуренции за ограниченный запас пищи.

Три наблюдения, которые позволили Дарвину разработать свою теорию эволюции и естественного отбора, были:

1. Люди в популяции демонстрируют вариации в таких чертах, как цвет, поведение, размер и форма из-за генетической изменчивости.
2. Некоторые черты передаются от родителей к потомкам и передаются по наследству.
3. Родители в популяции слишком производят потомство, поэтому некоторые из них не выживают.

Основываясь на этих наблюдениях, Дарвин предположил, что люди с особенностями, делающими их более приспособленными, выживут, в то время как наименее приспособленные вымрут. Со временем в популяции будут преобладать особи с особенностями, делающими их более приспособленными.

Популяции бактерий демонстрируют очень сильный естественный отбор, потому что они могут быстро размножаться. Обычно они размножаются до тех пор, пока не достигнут такого ограничения, как нехватка еды, места или других ресурсов. В этот момент те бактерии, которые лучше всего подходят для окружающей среды, выживут, а остальные вымрут.

Одним из примеров естественного отбора у бактерий является развитие устойчивость к антибиотикам. Когда бактерии вызывают инфекцию и человек лечится антибиотиками, любые бактерии, обладающие чертой устойчивости к антибиотикам, выживут, в то время как все остальные погибнут. Распространение устойчивых к антибиотикам бактерий является серьезной медицинской проблемой.

Растения эволюционируют, чтобы приспособиться к окружающей среде посредством естественного отбора. Некоторые растения развивают окраску цветов, чтобы привлечь опылителей определенного вида и разработать специальные механизмы для распространения семян. Им приходится приспосабливаться к большему или меньшему количеству солнечного света и бороться с вредителями.

Кактусы - это пример естественного отбора растений. В пустыне, где они живут, много солнечного света, мало воды и иногда животные, которым понравится сочный укус.

В результате у кактусов образовались компактные тела или маленькие сочные листья с толстой кожицей, чтобы защитить от сильного солнца и минимизировать потерю воды. Они также могут накапливать воду и иметь острые шипы, чтобы отпугивать животных. Кактусы с этими признаками были наиболее приспособленными, и они все еще развиваются.

Другой пример - изменение на полевом горчице, вызванное засухой в Южной Калифорнии. Чтобы пережить засуху, растения должны быстро расти, цвести и распространять семена. Растения полевой горчицы в Южной Калифорнии, которые рано зацвели, стали доминирующими, тогда как цветущие позже вымерли.

У животных больше возможностей влиять на свое выживание, потому что они могут участвовать в сложных моделях поведения. Черты характера, определяющие физическую форму, подразделяются на три основные категории. Способность находить достаточно пищи с помощью охоты или кормодобывания - ключ к выживанию.

У большинства животных есть хищники, а специфические черты позволяют им избежать употребления в пищу. Наконец, способность находить и привлекать партнера позволяет им передавать свои положительные качества потомству.

Типичные характеристики, влияющие на естественный отбор, включают:

• Движение. Способность быстро бегать, плавать или летать определяет, сможет ли животное успешно охотиться или ускользнет от хищников.
• Камуфляж. Если животное может успешно спрятаться, оно может уклоняться от хищников или устраивать засаду на добычу.
• Иммунитет. Некоторые животные будут более устойчивы к болезням, чем другие, и выживут.
• Сила. Соревнование за партнера часто включает испытания на силу с другими представителями того же вида.
• Чувства. Животные, которые лучше видят, обоняют или слышат, могут иметь больше шансов на выживание.
• Половые характеристики. Естественный отбор у животных зависит от успешного воспроизводства после привлечения партнера.

Животные непрерывно развиваются, сначала для того, чтобы лучше адаптироваться к данной среде, а затем, если она изменяется, к новой среде. Естественный отбор может вызывать эволюционные изменения в существующих популяциях, а также может отдавать предпочтение одному виду перед другим, если два вида конкурируют за одно и то же пространство и ресурсы.

Естественный отбор у животных лучше всего проявляется, когда окружающая среда каким-либо образом изменяется, и животные с определенными характеристиками становятся лучше приспособленными и вскоре становятся доминирующими.

Например, в Лондоне пяденица перечная была светлой с темными пятнами. Во время промышленной революции здания потемнели от копоти. Птицы легко могли видеть светлые бабочки на темном фоне, и вскоре остались только темные бабочки. Естественный отбор благоприятствовал появлению у бабочек более крупных темных пятен.

В другом примере предположим, что некоторые насекомые очень быстро становятся устойчивыми к химическим пестицидам. Даже если только несколько особей окажутся устойчивыми, остальные вымрут, а устойчивые насекомые выживут. Насекомые обычно производят большое количество потомства, поэтому насекомые с устойчивыми генами быстро возьмут верх.

В качестве примера репродуктивных предпочтений самки павлинов выбирают себе самок на основе размера и яркости их хвостов. После воздействия естественный отбор, почти все самцы павлина сегодня имеют большие ярко окрашенные хвосты.

Хотя Дарвин наиболее известен своими публикациями по теории эволюции, именно естественный отбор способствует изменению и адаптации видов. Статья Чарльза Дарвина 1858 года при участии Альфреда Рассела Уоллеса, статья которого была опубликована в то же время, навсегда изменил взгляды людей на эволюцию и естественные изменения растений и животных, которые постоянно происходили вокруг их.