Природний відбір: визначення, теорія Дарвіна, приклади та факти

Концепція природного відбору вперше була офіційно запропонована на конференції з біології Товариства Ліннея. 1 липня 1858 р. Була представлена ​​спільна стаття на цю тему, яка згодом була опублікована. Він включав внески Чарльза Дарвіна і Альфред Рассел Воллес.

Обидва чоловіки писали про ідею того, що природний відбір сприяв еволюції Землі через виживання організмів, найбільш підходящих для їх середовища. Тоді вчені зрозуміли, що еволюція відбулася, але не знали, як еволюціонували види.

Після цього введення природного відбору Дарвін детально розробив цю тему зі своєю теорією еволюції та своєю книгою, Про походження видів, опублікований у 1859 році. Його робота з в'юрками Дарвіна та його ідеї щодо природний відбір пояснив механізм природного відбору та те, як він може призвести до поширення багатьох різних видів організмів.

Еволюція - це кумулятивна зміна характеристик організму чи популяції протягом наступних поколінь. Іноді це узагальнено як спуск з модифікацією. Природний відбір є одним із механізмів, що рухає еволюцію.

Щоб бути активною характеристикою або ознакою, що спричиняє природний відбір, вона повинна мати такі ознаки:

• Спадковість. Риса може впливати на еволюцію лише шляхом природного відбору, якщо вона передається від батьків нащадкам.
• Функціональність. Риса повинна мати функцію. Риси повинні щось робити, щоб відбувся природний відбір.
• Перевага. Для того, щоб бути відібраним для передачі нащадкам, ознака повинна надавати перевагу організму, який його має, або зробити організм більш придатним для виживання у своєму середовищі.
• Походження. Ця ознака, мабуть, призвела до того, що організми еволюціонували, оскільки це зробило організми, які мали його, більш придатними для виживання. Якщо організми змінювалися внаслідок іншого механізму, наприклад, генетичної мутації, це відбулося не через природний відбір.

На основі даних викопних копалин стає зрозуміло, що види з часом змінюються, і нові види розвиваються, тоді як інші відмирають. До Дарвіна не було пояснень того, як можуть відбуватися такі зміни.

теорія еволюції описує те, що відбувається, коли характеристики деяких особин виду стають переважаючими і Природний відбір описує, як відбувається це переважання.

Дарвін вивчав природний відбір у зябликів. Навіть коли інший механізм, такий як мутація, змінює популяцію, якщо мутація не надає природних переваг, вона може згаснути внаслідок природного відбору.

У межах виду типова популяція включає особин з різними ознаками, оскільки вони отримують половину своїх генетичний код від батька і половина від матері. Для ознак, що мають генетичну основу, ця комбінація генів батьків призводить до різноманітних характеристик у особин популяції.

Поєднання ознак у деяких особин дає їм перевагу у пошуку їжі, розмноженні або протистоянні хижакам чи хворобам. Інші особи отримують риси, які ставлять їх у невигідне становище.

Особи, що перебувають у вигідному становищі, житимуть довше і дадуть більше нащадків. Їхні нащадки здебільшого отримуватимуть гени, що призводять до переваг, що мають переваги. З часом більша частина населення буде еволюціонувати з вигідними рисами, а риси, що дають недолік, зникнуть. Природний відбір вибрав особи з позитивними характеристиками.

У 1831 р. Британський флот відправив обстежувальне судно HMS Beagle в картографічну експедицію по всьому світу. Чарльз Дарвін прийшов на борт як натураліст, якому доручено спостерігати за місцевою фауною та флорою. Експедиція зайняла п’ять років і провела багато часу уздовж атлантичного та тихоокеанського узбережжя Південної Америки.

Виїхавши з Південної Америки на Тихоокеанський перехід до Нової Зеландії, корабель провів п'ять тижнів, досліджуючи Галапагоські острови. Як і скрізь, Дарвін робив великі нотатки про особливості знайдених ним рослин і тварин. Врешті-решт ці нотатки лягли б в основу його розробки концепції природного відбору та теорії еволюції.

Повернувшись в Англію, Дарвін та його співробітник-орнітолог вивчали замітки Дарвіна про зябликів Галапагоських островів. Очевидно, на островах мешкало 13 різних видів зябликів, тоді як найближча південноамериканська наземна маса за 600 миль мала лише один вид. Основною відмінністю між видами було розмір і форма дзьобів.

Аналіз своїх записок Дарвіна змусив його зробити наступні висновки:

• Зяблики мали різні дзьоби тому що вони жили на різних островах у Росії різних середовищах.
• Навколишнє середовище не викликало відмінностей у дзьобів, оскільки не було механізму такого впливу.
• Потрібно, щоб всі різні характеристики дзьоба були присутніми у вихідної популяції зябликів.
• Оскільки зяблики від вихідної популяції оселилися на острові, зяблики з дзьобами найкраще пристосована до місцевого продовольчого забезпечення мав би перевагу.
• Зяблики з дзьобами найкраще підходили до джерела їжі на їхньому острові вижити у більшій кількості ніж менш пристосовані зяблики.
• Зрештою, протягом багатьох поколінь зяблики на острові утворювалимуть окремий вид із різний розмір і форма дзьоба, тому що зяблики з цими дзьобами найкраще підходять для них середовище.

Цими висновками Дарвін пояснив еволюцію дзьоба зябликів на Галапагоських островах, запропонувавши механізм природного відбору. Він підсумував цей механізм як природний відбір, де придатність визначалася як репродуктивний успіх.

Для своїх висновків Дарвін спирався на свої замітки, власні спостереження та інтерпретацію творів Росії Томас Роберт Мальтус. Мальтус був англійським вченим, який у 1798 р. Опублікував свою теорію про те, що приріст населення завжди буде випереджати продовольчі запаси. Висновок полягає в тому, що в будь-якій популяції багато людей загинуть через конкуренцію за обмежений запас їжі.

Три спостереження, які дозволили Дарвіну розвинути свою теорію еволюції та природного відбору, були:

1. Особи в популяції виявляють різницю в таких рисах характеру, як колір, поведінка, розмір і форма через генетичні варіації.
2. Деякі риси передаються від батьків нащадкам і є спадкоємними.
3. Батьки в популяції надмірно продукують потомство, тому деякі не виживають.

Виходячи з цих спостережень, Дарвін припустив, що ті люди, які мають риси, які робили їх більш пристосованими, будуть тими, хто виживе, тоді як найменш придатні помруть. З часом серед населення переважатимуть особи, що мають риси, які робили їх більш пристосованими.

Популяції бактерій мають дуже сильний природний відбір, оскільки вони можуть швидко розмножуватися. Зазвичай вони розмножуються, поки не досягнуть таких обмежень, як брак їжі, простору чи інших ресурсів. На той момент ті бактерії, які найкраще підходять для їхнього середовища, виживуть, тоді як решта загинуть.

Одним із прикладів природного відбору у бактерій є розвиток стійкість до антибіотиків. Коли бактерії спричиняють інфекцію, а особа отримує лікування антибіотиками, будь-які бактерії, що мають ознаку стійкості до антибіотиків, виживуть, тоді як всі інші відмирають. Розповсюдження стійких до антибіотиків бактерій є основною медичною проблемою.

Рослини еволюціонують, щоб пристосовуватися до навколишнього середовища шляхом природного відбору. Деякі рослини розвивають кольори квітів, щоб залучити запилювачів певного виду та розробити спеціальні механізми розповсюдження їх насіння. Їм доводиться пристосовуватися до більш-менш сонячного світла і боротися з шкідниками.

Кактуси є прикладом природного відбору у рослин. У пустелі, де вони живуть, є багато сонячного світла, мало води, а іноді і тварина, яка любила б соковитий укус.

В результаті у кактусів з’явилися компактні тіла або невеликі соковиті листя з товстою шкіркою для захисту від сильного сонця та мінімізації втрат води. Вони також можуть накопичувати воду і мати гострі шипи, щоб знеохотити тварин. Кактуси з цими рисами були найбільш підходящими, і вони все ще розвиваються.

Інший приклад - зміна польової гірчиці, спричинена посухою в Південній Каліфорнії. Щоб пережити посуху, рослини повинні швидко рости, цвісти та розподіляти своє насіння. Польові гірчичні рослини південної Каліфорнії, які рано зацвіли, стали домінуючими, а ті, що цвіли, згодом відмерли.

Тварини мають більше можливостей впливати на своє виживання, оскільки вони можуть брати участь у складних моделях поведінки. Риси, які можуть визначити фізичну форму, підпадають під три основні категорії. Можливість знайти достатню кількість їжі на полюванні чи видобутку їжі є запорукою виживання.

Більшість тварин мають хижаки, а специфічні риси дозволяють їм уникати з’їдання. Нарешті, здатність знаходити та залучати пару дозволяє їм передати свої позитивні риси нащадкам.

Типові характеристики, що впливають на природний відбір, включають:

• Рух. Здатність швидко бігати, плавати або літати визначає, чи може тварина успішно полювати або рятуватися від хижаків.
• Камуфляж. Якщо тварина може успішно сховатися, вона може ухилитися від хижаків або засідки.
• Імунітет. Деякі тварини будуть стійкіші до хвороби, ніж інші, і виживуть.
• Сила. Змагання за партнера часто передбачає випробування на міцність з іншими представниками того ж виду.
• Почуття. Тварини, які краще бачать, нюхають або чують, можуть мати більше шансів вижити.
• Статеві ознаки. Природний відбір у тварин залежить від успішного розмноження після залучення пару.

Тварини еволюціонують безперервно, спочатку для кращої адаптації до певного середовища, а потім, якщо середовище змінюється, до нового середовища. Природний відбір може спричинити еволюційні зміни в існуючих популяціях, а також може надавати перевагу одному виду іншому, якщо два види змагаються за один і той же простір та ресурси.

Природний відбір у тварин найкраще видно, коли навколишнє середовище якимось чином змінюється, а тварини зі специфічними характеристиками стають краще пристосованими і незабаром стають домінуючими.

Наприклад, перчена моль у Лондоні була світлого кольору з темними плямами. Під час промислової революції будівлі потемніли від сажі. Птахи могли легко побачити світлих метеликів на темному тлі, і незабаром від них залишилася лише молі темного кольору. Природний відбір сприяв молі з більшими і більшими темними плямами.

В іншому прикладі, скажімо, деякі комахи дуже швидко стають стійкими до хімічного пестициду. Навіть якщо лише кілька особин стійкі, решта загинуть, а стійкі комахи виживуть. Зазвичай комахи приносять велику кількість потомства, тому комахи з стійкими генами швидко заберуть над собою.

На прикладі репродуктивних переваг жінки-павичі вибирають собі партнерів на основі розміру та яскравості хвостів. Після наслідків Природний відбір, майже всі самці павичів сьогодні мають великі, яскраво забарвлені хвости.

Хоча Дарвін найбільш відомий своїми публікаціями з теорії еволюції, природний відбір є силою зміни та адаптації у видів. Стаття Чарльза Дарвіна 1858 р., За участю Альфреда Рассела Уоллеса, стаття якої була опублікована одночасно, назавжди змінився, як люди сприймали еволюцію та природні зміни у рослинах та тваринах, що постійно відбувались навколо їх.