Natural Selection: Definition, Darwins teori, exempel och fakta

Begreppet naturligt urval föreslogs först formellt vid en biologiskonferens i Linnean Society. Den 1 juli 1858 presenterades ett gemensamt dokument om ämnet och publicerades därefter. Det inkluderade bidrag från Charles Darwin och Alfred Russel Wallace.

Båda männen skrev om tanken att naturligt urval bidrog till jordens utveckling genom organismer som är mest lämpade för deras miljö. Forskare vid den tiden insåg att evolutionen ägde rum men visste inte hur arter utvecklades.

Efter denna introduktion av naturligt urval utarbetade Darwin ämnet med sin evolutionsteori och sin bok, Om arternas ursprung, publicerad 1859. Hans arbete med Darwins finkar och hans idéer om den starkaste överlever förklarade mekanismen för naturligt urval och hur det kan leda till en spridning av många olika slags organismer.

Evolution är den kumulativa förändringen i egenskaperna hos en organism eller en befolkning under de kommande generationerna. Ibland sammanfattas det som härkomst med modifiering. Naturligt urval är en av de mekanismer som driver evolutionen.

För att vara en aktiv egenskap eller egenskap som får naturligt urval att äga rum måste egenskapen ha följande funktioner:

• Ärftlighet. Ett drag kan bara påverka utvecklingen genom naturligt urval om det överförs från föräldrar till ättlingar.
• Funktionalitet. Egenskapen måste ha en funktion. Egenskaper måste göra något för att naturligt urval ska kunna äga rum.
• Fördel. För att väljas för att överlämna till ättlingar måste egenskapen ge organismen som har den en fördel, eller göra organismen mer lämplig för överlevnad i sin miljö.
• Ursprung. Egenskapen måste ha fått organismerna att utvecklas eftersom det gjorde organismerna som hade det mer lämpligt för överlevnad. Om organismerna förändrades på grund av en annan mekanism, såsom genetisk mutation, berodde det inte på naturligt urval.

Baserat på fossilregistret är det tydligt att arter förändras med tiden och nya arter utvecklas medan andra dör av. Innan Darwin fanns det ingen förklaring till hur sådana förändringar kunde ske.

De evolutionsteori beskriver vad som händer när egenskaper hos vissa individer av en art blir dominerande och naturligt urval beskriver hur denna övervägande uppstår.

Darwin studerade naturligt urval i finkar. Även om en annan mekanism som mutation förändrar en population, kan mutationen inte dö ut på grund av naturligt urval om mutationen inte ger en naturlig fördel.

Inom en art inkluderar en typisk population individer med olika egenskaper eftersom de får hälften av deras genetisk kod från fadern och hälften från mamman. För egenskaper med genetisk grund resulterar denna kombination av gener från föräldrar i en mängd olika egenskaper hos individerna i befolkningen.

Kombinationen av egenskaper hos vissa individer ger dem en fördel när de letar efter mat, reproducerar eller motstår rovdjur eller sjukdom. Andra individer får egenskaper som gör dem missgynnade.

De gynnade individerna kommer att leva längre och producera fler ättlingar. Deras ättlingar får mestadels gener som resulterar i de fördelaktiga egenskaperna. Med tiden kommer de flesta av befolkningen att utvecklas med de fördelaktiga egenskaperna, och de egenskaper som ger en nackdel försvinner. Naturligt urval har valt individer med positiva egenskaper.

1831 skickade den brittiska flottan undersökningsfartyget HMS Beagle på en kartläggningsexpedition runt om i världen. Charles Darwin kom ombord som naturforskaren som fick i uppdrag att observera lokal fauna och flora. Expeditionen tog fem år och tillbringade mycket tid längs Atlant- och Stillahavskusten i Sydamerika.

När de lämnade Sydamerika för Stillahavskorsningen till Nya Zeeland tillbringade fartyget fem veckor på att utforska Galapagosöarna. Som han gjorde överallt tog Darwin omfattande anteckningar om egenskaperna hos de växter och djur han hittade. Så småningom skulle dessa anteckningar ligga till grund för hans utveckling av begreppet naturligt urval och hans evolutionsteori.

Tillbaka i England undersökte Darwin och en ornitologassistent Darwins anteckningar om finkarna på Galapagosöarna. Tydligen hade öarna 13 olika finkarter, medan den närmaste sydamerikanska landmassan 600 mil bort hade bara en art. Den största skillnaden mellan arten var näbbens storlek och form.

Darwins analys av hans anteckningar fick honom att dra följande slutsatser:

• Finkarna hade olika näbbar eftersom de bodde på olika öar i olika miljöer.
• Miljön orsakade inte skillnader i näbb eftersom det inte fanns någon mekanism för ett sådant inflytande.
• De olika näbbegenskaperna måste alla ha varit närvarande i den ursprungliga finkpopulationen.
• När finkarna från den ursprungliga befolkningen bosatte sig på en ö, finkarna med näbben bäst anpassad till den lokala livsmedelsförsörjningen skulle ha en fördel.
• Finkarna med näbb som bäst passar matkällan på deras ö skulle överleva i större antal än de mindre anpassade finkarna.
• Så småningom, under många generationer, skulle finkarna på en ö bilda en distinkt art med en tydlig näbbstorlek och form eftersom finkar med dessa näbbar skulle vara den lämpligaste för deras miljö.

Med dessa slutsatser förklarade Darwin utvecklingen av finknäbben på Galapagosöarna genom att föreslå mekanism för naturligt urval. Han sammanfattade denna mekanism som den starkaste överlever, där kondition definierades som reproduktiv framgång.

För sina slutsatser litade Darwin på sina anteckningar, sina egna observationer och hans tolkning av skrifterna av Thomas Robert Malthus. Malthus var en engelsk forskare som 1798 publicerade sin teori om att befolkningstillväxten alltid kommer att överträffa livsmedelsförsörjningen. Resultatet är att många individer i alla befolkningar kommer att dö av på grund av konkurrens om ett begränsat utbud av mat.

De tre observationer som gjorde det möjligt för Darwin att utveckla sin teori om evolution och naturligt urval var:

1. Individerna i en befolkning uppvisar en variation i egenskaper som färg, beteende, storlek och form på grund av genetisk variation.
2. Några av egenskaperna överförs från föräldrar till ättlingar och är ärftliga.
3. Föräldrarna i en befolkning överproducerar avkommor så att vissa inte kommer att överleva.

Baserat på dessa iakttagelser föreslog Darwin att de individer med egenskaper som gjorde dem fitare skulle vara de som skulle överleva medan de minst lämpliga skulle dö av. Med tiden skulle befolkningen domineras av individer med de egenskaper som gjorde dem fitare.

Populationer av bakterier uppvisar mycket starkt naturligt urval eftersom de kan föröka sig snabbt. De multiplicerar vanligtvis tills de når en begränsning som brist på mat, utrymme eller andra resurser. Vid den tiden kommer de bakterier som bäst passar deras miljö att överleva medan resten kommer att dö av.

Ett exempel på naturligt urval hos bakterier är utvecklingen av antibiotikaresistens. När bakterier orsakar en infektion och individen behandlas med antibiotika kommer alla bakterier som har antibiotikaresistensegenskap att överleva medan alla andra kommer att dö av. Spridningen av antibiotikaresistenta bakterier är ett stort medicinskt problem.

Växter utvecklas för att anpassas till sin miljö genom naturligt urval. Vissa växter utvecklar blommor för att locka pollinatorer av ett specifikt slag och utveckla speciella mekanismer för att sprida sina frön. De måste anpassa sig till mer eller mindre solljus och bekämpa skadedjur.

Kaktusar är ett exempel på naturligt urval i växter. I öknen där de bor finns det mycket solljus, lite vatten och ibland ett djur som skulle älska en saftig bit.

Som ett resultat har kaktusar utvecklat kompakta kroppar eller små, saftiga löv med tjocka skinn för att skydda mot stark sol och minimera vattenförlust. De kan också lagra vatten och ha skarpa spikar för att avskräcka djur. Kaktuserna med dessa egenskaper var de starkaste och de utvecklas fortfarande.

Ett annat exempel är förändringen i fält senapsväxt orsakad av torken i södra Kalifornien. För att överleva en torka måste växterna växa, blomma och sprida sina frön snabbt. Södra Kaliforniens fält senapsväxter som blommade tidigt blev dominerande medan de blommande senare dog ut.

Djur har större utrymme för att påverka deras överlevnad eftersom de kan delta i komplexa beteendemönster. Egenskaper som kan avgöra kondition faller under tre huvudkategorier. Förmågan att hitta tillräckligt med mat genom jakt eller födosök är en nyckel för överlevnad.

De flesta djur har rovdjuroch specifika egenskaper gör att de kan undvika att äta. Slutligen tillåter förmågan att hitta och locka en kompis dem att förmedla sina positiva egenskaper till avkomman.

Typiska egenskaper som påverkar naturligt urval inkluderar:

• Rörelse. Förmågan att springa, simma eller flyga snabbt avgör om ett djur kan jaga framgångsrikt eller fly rovdjur.
• Kamouflage. Om ett djur kan gömma sig framgångsrikt kan det undvika rovdjur eller bakhåll.
• Immunitet. Vissa djur kommer att vara mer resistenta mot en sjukdom än andra och kommer att överleva.
• Styrka. Att tävla om en kompis innebär ofta styrketester med andra medlemmar av samma art.
• Känner. Djur som kan se, lukta eller höra bättre kan ha bättre chans att överleva.
• Sexuella egenskaper. Naturligt urval hos djur beror på framgångsrik reproduktion efter att ha lockat en kompis.

Djur utvecklas kontinuerligt, först för att bättre anpassa sig till en viss miljö och sedan, om miljön förändras, till den nya miljön. Naturligt urval kan orsaka evolutionära förändringar i befintliga populationer och kan också gynna en art framför en annan om två arter tävlar om samma utrymme och resurser.

Naturligt urval hos djur ses bäst när miljön förändras på något sätt och djur med specifika egenskaper blir bättre lämpade och snart blir dominerande.

Till exempel var den peppar mal i London ljusfärgad med mörka fläckar. Under den industriella revolutionen blev byggnaderna mörka med sot. Fåglar kunde lätt se de ljusa malarna mot den mörka bakgrunden, och snart var bara mörkfärgade kvar. Naturligt urval gynnade malarna med fler och större mörka fläckar.

I ett annat exempel, säg att vissa insekter blir resistenta mot ett kemiskt bekämpningsmedel mycket snabbt. Även om bara ett fåtal individer är resistenta kommer resten att dö av och de resistenta insekterna kommer att överleva. Insekter producerar vanligtvis ett stort antal avkommor, så insekterna med de resistenta generna tar snabbt över.

I ett exempel på reproduktiv preferens väljer kvinnliga påfåglar kompisar baserat på storleken och ljusstyrkan på svansarna. Efter effekterna av naturligt urval, nästan alla påfågelhannor idag har stora, färgglada svansar.

Medan Darwin är mest känd för sina publikationer om evolutionsteorin är det naturligt urval som driver förändring och anpassning hos arter. Charles Darwins artikel från 1858, med bidrag från Alfred Russel Wallace vars papper publicerades samtidigt, förändrade för alltid hur människor betraktade evolutionen och de naturliga förändringar i växter och djur som kontinuerligt ägde rum omkring dem.