معلومة

التطور والانتقاء الطبيعي # - علم الأحياء

التطور والانتقاء الطبيعي # - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

التطور والانتقاء الطبيعي

لمحة موجزة

تطور و الانتقاء الطبيعي هي مفاهيم أساسية في علم الأحياء يتم استدعاؤها عادةً للمساعدة في شرح تنوع الحياة والعلاقات بين الحياة على الأرض ، سواء الموجودة أو المنقرضة. لحسن الحظ ، في BIS2A ، تحتاج إلى فهم واستخدام بعض الأفكار الأساسية المتعلقة بالتطور والانتقاء الطبيعي. نصف هذه أدناه. سوف توسع فهمك وتضيف تفاصيل إلى هذه المفاهيم الأساسية في BIS2B و BIS2C.

الفكرة الأولى التي تحتاج إلى فهمها هي أنه يمكن تعريف التطور ببساطة على أنه تطور / تغيير لشيء ما بمرور الوقت. في صناعة السيارات ، يمكن القول إن أشكال السيارات وميزاتها تتطور (تتغير بمرور الوقت). في الموضة ، يمكن القول أن الأسلوب يتطور. في علم الأحياء ، والحياة ، وعلى وجه الخصوص ، تكاثر السكان من الكائنات الحية سمات مختلفة تطور.

الشيء الثاني الذي يجب فهمه هو أن الانتقاء الطبيعي هو عملية تقوم من خلالها الطبيعة بتصفية الكائنات الحية في مجتمع ما. ما هو الفلتر؟ هنا يصبح الأمر أكثر تعقيدًا قليلاً (لكن قليلاً فقط). أبسط تفسير هو أن المرشح الانتقائي هو مجرد مزيج من جميع العوامل الحية وغير الحية في البيئة ، والتي تؤثر على مدى نجاح الكائن الحي في التكاثر. تُعرف العوامل التي تؤثر على قدرة الكائن الحي على التكاثر باسم ضغوط انتقائية. من المضاعفات الصغيرة ولكن المهمة أن هذه العوامل ليست هي نفسها في كل مكان ؛ يتغيرون في الوقت والمكان. وبالتالي ، فإن الضغوط الانتقائية التي تُنشئ المرشح تتغير باستمرار (أحيانًا بسرعة ، وأحيانًا ببطء) ، وتتغير الكائنات الحية في نفس الوقت التكاثر تعداد السكان يمكن أن يتعرضوا لضغوط مختلفة في أوقات مختلفة وفي مواقع مختلفة.

تجمع نظرية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي هاتين الفكرتين معًا ؛ ينص على أن التغيير في علم الأحياء يحدث بمرور الوقت وأن التباين في المجتمع يخضع باستمرار للاختيار بناءً على كيفية تأثير الاختلافات في السمات على التكاثر. ولكن ما هي هذه الخصائص أو الصفات؟ ما السمات / الميزات / الوظائف التي يمكن أن تخضع للاختيار؟ الإجابة المختصرة هي: أي شيء مرتبط بالكائن الذي يوجد له تباين في مجتمع ما ، والذي يؤدي فيه هذا الاختلاف إلى احتمال تفاضل لتوليد ذرية ، من المحتمل أن يخضع للترشيح عن طريق الانتقاء الطبيعي. كما نسمي هذه الصفات بالوراثة الأنماط الظاهرية. يقال إن الكائنات الحية في المجتمع التي لها أنماط ظاهرية ، والتي تمكنها من اجتياز المرشح الانتقائي بكفاءة أكبر من غيرها ، لديها ميزة انتقائية و / أو لياقة أكبر.

من المهم إعادة التأكيد على أنه في حين أن الأنماط الظاهرية التي تحملها الكائنات الحية الفردية قد تخضع للاختيار ، فإن عملية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي تتطلب وتعمل على الاختلاف المظهرى داخل السكان. إذا لم يكن هناك تباين أو مجموعات يمكن أن يقيم فيها هذا الاختلاف ، فلا توجد فرصة أو حاجة للاختيار. كل شيء ويبقى كما هو.

المفاهيم الخاطئة الشائعة وملاحظة خاصة بالدورة التدريبية

أخيرًا ، نلفت انتباهك إلى نقطة حرجة ومفهوم خاطئ شائع بين الطلاب المبتدئين في علم الأحياء. يمكن أن ينشأ هذا المفهوم الخاطئ عندما نقرر ، من أجل المناقشة ، تجسيد الطبيعة من خلال إعطائها عقلًا. على سبيل المثال ، قد نحاول بناء مثال للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي من خلال اقتراح وجود فائض من طعام معين في بيئة وأن هناك كائنًا قريبًا يتضور جوعاً. سيكون من الصحيح التفكير في أنه إذا كان بإمكان الكائن الحي أن يأكل هذا الطعام ، فقد يمنحه هذا ميزة انتقائية على الكائنات الحية الأخرى التي لا تستطيع ذلك. إذا وجدنا لاحقًا مثالًا للكائنات الحية التي لديها القدرة على تناول هذا الطعام الفائض ، فقد يكون من المغري أن نقول إن الطبيعة تطورت لحل مشكلة فائض الطعام. ومع ذلك ، فإن عملية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي تحدث بشكل عشوائي وبدون اتجاه. أي أن الطبيعة لا تحدد "المشاكل" التي تحد من اللياقة. لا تحدد الطبيعة الميزات التي من شأنها أن تجعل الكائن الحي أكثر نجاحًا ثم تبدأ في إنشاء حلول متنوعة تلبي هذه الحاجة. لا يتم توجيه توليد التباين. يحدث التباين ويقوم الاختيار الطبيعي بتصفية ما يعمل بشكل أفضل. إن ملاحظة وجود كائن حي يمكنه أن يأكل فائض الطعام ليس انعكاسًا للطبيعة التي تحل المشكلة بفعالية ، بل هي انعكاس لأي عمليات أدت إلى تباين في النمط الظاهري في مجموعة أسلاف خلقت - من بين العديد من المتغيرات الأخرى - نمطًا ظاهريًا التي زادت من اللياقة (ربما لأن كائنات الأجداد كانت قادرة على أكل الطعام الفائض).

هذه النقطة من الفقرة السابقة مهمة بشكل خاص لفهمها في سياق BIS2A بسبب الطريقة التي سنستخدم بها تحدي التصميم لفهم علم الأحياء. بينما يهدف تحدي التصميم إلى المساعدة في تركيز انتباهنا على الوظائف قيد الاختيار وعلاقتها بتحديد اللياقة ، فقد يكون من السهل - إذا لم نكن منتبهين - الانزلاق إلى لغة من شأنها أن توحي بأن الطبيعة تصمم حلولاً هادفة لحل مشاكل معينة . تذكر دائمًا أننا ننظر بأثر رجعي إلى ما اخترته الطبيعة وأننا نحاول فهم سبب اختيار نمط ظاهري معين على العديد من الاحتمالات الأخرى. من خلال القيام بذلك ، سوف نستنتج أو نفترض قدر استطاعتنا (وهو أمر خاطئ أحيانًا) سببًا معقولًا لشرح سبب تقديم النمط الظاهري لميزة انتقائية. نحن لا نقول أن النمط الظاهري تطور ليوفر ميزة انتقائية محددة. قد يكون التمييز بين هاتين الفكرتين دقيقًا ، لكنه بالغ الأهمية!

ملاحظة: مناقشة ممكنة

ما هي السمات الجسدية التي يمكنك التفكير بها والتي تمنح ميزة انتقائية لأنواع معينة؟ تحت أي شروط ستمنح هذه السمة تلك المزايا؟ تحت أي ظروف قد تكون هذه السمة عيبًا انتقائيًا؟

ملاحظة: مناقشة ممكنة

إن الأنواع الكبيرة من سلالات الكلاب المستأنسة التي يمكننا أن نختار منها للرفقة هي أيضًا نتيجة لعملية التطور عن طريق الانتقاء. وبالمثل ، فإن تطور العديد من المحاصيل المختلفة للغاية - الملفوف ، وبراعم بروكسل ، والكرنب ، واللفت ، والقرنبيط ، والقرنبيط - هو أيضًا نتيجة للتطور عن طريق الانتقاء. ومع ذلك ، في هاتين الحالتين تتم الإشارة إلى عملية الاختيار أو التصفية الانتقاء الاصطناعي بدلا من الانتقاء الطبيعي. ناقش كيف أن الانتقاء الاصطناعي والطبيعي متشابهان ومختلفان؟

ملاحظة: مناقشة ممكنة

كيف تؤثر العوامل البيئية والسياسية على عمليات التصنيع مثل تصميم السيارات؟ موضة؟ إلخ. ما هي الجوانب المشابهة لتطور الكائن الحي ، وما هي الجوانب المختلفة؟

ملاحظة: مناقشة ممكنة

هناك مفهوم خاطئ مرتبط ولكن مختلف قليلاً حول التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي وهو أن هذه العملية تؤدي إلى إنشاء أكثر الحلول كفاءة للمشكلات. ما هي مشكلة هذه الفكرة؟


تطور وبيولوجيا الجنس

ج. سيركز الكثير من مناقشتنا حول علم الأحياء التطوري على الانتقاء الطبيعي (التغيير التطوري التكيفي): العملية التطورية التي تؤدي إلى زيادة & # 8220fit & # 8221 بين مجموعة من الكائنات الحية وبيئتها.

أساسيات الانتقاء الطبيعي:

1. إذا كانت هناك اختلافات وراثية بين الأفراد في السكان ، و

2. تؤدي هذه الاختلافات في النهاية إلى اختلافات بين الأفراد من حيث عدد النسل الذي ينتجه كل متغير ، إذن

3. سيكون هناك بالضرورة زيادة في وتيرة النوع الذي يتكاثر بشكل أفضل.

د. بسبب العملية التطورية ، يمكن لعلماء الأحياء طرح نوعين مختلفين جدًا من الأسئلة عن نفس الظاهرة البيولوجية:

1. أسئلة المستوى التقريبي (& # 8220how & # 8221 الأسئلة): أسئلة تهدف إلى فهم التفسيرات الآلية للظاهرة (على سبيل المثال ، في علم وظائف الأعضاء)

2. أسئلة المستوى النهائي (& # 8220 لماذا & # 8221 سؤال & # 8221): أسئلة تهدف إلى فهم الفائدة الإنجابية لسمات معينة (أي ، على أساس الانتقاء الطبيعي)

تجعل هذه الخصائص معًا من علم الأحياء مجالًا فريدًا في العلوم. وعلى وجه الخصوص ، هناك مجالان عريضان في علم الأحياء ، وعلم الأحياء الوظيفي (التعامل مع أسئلة المستوى القريب) وعلم الأحياء التطوري (التعامل مع أسئلة المستوى النهائي). هذان المجالان ليسا مختلفين تمامًا ، ولا يزال علماء الأحياء الذين يعملون بشكل أساسي في مجال واحد ، بالطبع ، بحاجة إلى التفكير في المجال الآخر وأن يكونوا على دراية به. أيضًا ، التاريخ مهم في علم الأحياء لأن كل شيء في علم الأحياء (من الجزيئات إلى المحيط الحيوي) سيكون له تاريخ تطوري مرتبط به.

II. منتجات التطور

أ. سجل الحفريات: ربما يكون السجل الأحفوري هو أفضل طريقة معروفة لدراسة التطور منذ ذلك الحين

من الواضح أن الحفريات هي سجل من الماضي. ومع ذلك ، فإن السجل الأحفوري مجزأ ومنحاز لأنواع معينة من الكائنات الحية (أي تلك التي تحتوي على كائنات بحرية صلبة). تسجل الصخور الرسوبية تاريخ الكوكب: المستويات المنخفضة تكون أقدم وتغطيها الطبقات الأصغر سنًا. ومن ثم ، تشير الحفريات الموجودة في طبقات مختلفة إلى أعمارها النسبية.

1. تأريخ الحفريات: يمكن تحقيقه من خلال:

أ. طرق المواعدة النسبية: فحص العلاقات الكرونولوجية بين الحفريات أو طبقات الصخور. يمكن القيام بذلك بطريقتين:

1) تراكب: المواضع النسبية للحفريات في طبقات الصخور تسمح بترتيب الحفريات كرونولوجي

2) فهرس الحفريات: أحافير منتشرة وموجودة في منطقة جغرافية كبيرة ولكنها تتميز بفترة زمنية محددة جيدًا

ب. طرق التأريخ المطلقة (علم الأرض): يتم إجراؤه بشكل أساسي من خلال قياس تحلل النظائر المشعة (النظير = الذرات التي تختلف من حيث عدد النيوترونات) ويقاس العمر من خلال تحديد نسب المنتج الأصلي (الأصل) والمنتج المتحلل (الابنة). أمثلة: 14 درجة مئوية إلى 14 نيوتن 40 كلفن 40 ع

2. أنواع الحفريات

أ. انطباعات: آثار أقدام ، آثار الذيل ، مطبوعات لكامل الجسم

ب. بقايا: مواد عضوية محفوظة (مثل الأوراق) ، حشرات محفوظة في العنبر

ج. الحفريات المعدنية: مادة عضوية أصلية تم استبدالها بالمعادن

3. الظروف التي تفضل التحجر

أ. الدفن السريع للكائن الحي

ب. وجود أجزاء صلبة من الجسم

د. بيئة لاهوائية (خالية من الأكسجين)

ه. عضو في مجموعة كبيرة وموزعة على نطاق واسع وطويلة العمر

4. الأنماط في السجل الأحفوري

أ. أقدم الحفريات هي من أبسط الكائنات بينما تظهر أكثر تعقيدًا في وقت لاحق

ب. كلما تقدمت الحفرية ، زاد الفرق بينها وبين الأنواع الحية

ج. الأحافير من التكوينات الجيولوجية المتتالية أكثر تشابهًا من تلك الموجودة في البعيدة

د. هناك فترات مميزة من الانقراض والتنويع (سيتم مناقشتها لاحقًا)

ه. الأشكال الانتقالية معروفة للعديد من المجموعات (على سبيل المثال ، الخيول ، الفيلة ، الحيتان ، رباعيات الأرجل ، الطيور)

F. الطبيعة المجزأة المتأصلة في السجل الأحفوري المتمثلة في وجود & # 8220 أحافير حية & # 8221 (على سبيل المثال ، الكولاكانث)

ب. علم التشريح المقارن: بمقارنة أوجه التشابه والاختلاف البنيوية بين الكائنات الحية ، يمكن دراسة عملية التطور.

1. هياكل متشابهة: الهياكل المشتركة من قبل مجموعة من

الكائنات الحية الناتجة عن التواجد في الهياكل المتجانسة لأسلاف مشترك قد يتم تعديلها لاستخدامات مختلفة في كائنات مختلفة (على سبيل المثال ، الأطراف الأمامية للثدييات)

2. هياكل مماثلة: هياكل من نفس الشكل وتؤدي وظيفة مماثلة ، لكن التشابه لا يرجع إلى الأصل المشترك ، بل إن التشابه ناتج عن تطور متقاربة: يمكن أن تؤدي الضغوط الانتقائية المماثلة التي تعمل على كائنات مختلفة غير مرتبطة إلى حلول & # 8220 & # 8221 (على سبيل المثال ، الزعانف وشكل الجسم في الكائنات البحرية).

3. الهياكل الأثرية: الهياكل التي تبدو غير وظيفية (على سبيل المثال ، ثعبان & # 8220 أرجل & # 8221).

ج. علم الأحياء النمائي:

1. علم الأجنة المقارن: تمر الأصناف ذات الصلة الوثيقة بمراحل نمو مماثلة للأجنة وقد تحتفظ بخصائص تعكس النسب (على سبيل المثال ، المراحل الجنينية المماثلة للأسماك والضفادع والثعابين والطيور ووجود البشر لأكياس الخياشيم في الأجنة البشرية). اقترح أصلا أن الجنين (النمط التنموي للفرد) احتفظ بسجل مفصل لـعلم تطور السلالات (التاريخ التطوري) للأنواع (على سبيل المثال ، & # 8220 التوليد يلخص نسالة & # 8221: E Haeckel). من المعروف الآن أنه ليس بهذه البساطة (على سبيل المثال ، الأجنة البشرية لا تصبح & # 8217t & # 8220 تصبح & # 8221 سمكة ثم & # 8220 تصبح & # 8221 برمائيات ، وما إلى ذلك). ومع ذلك ، يمكننا فحص المسارات التنموية الشاملة للكائنات الحية لمعرفة كيف تم العبث بالتسلسلات التنموية السابقة (على سبيل المثال ، تطور الأطراف في الدجاج).

د. الانتقاء الاصطناعي: نسخة من الانتقاء الطبيعي من صنع الإنسان وموجهة نحو الهدف. أمثلة: سلالات الكلاب والمحاصيل الزراعية والنباتات السريعة في مختبر BIOL 1001

E. الانتقاء الطبيعي الملاحظ في الطبيعة (الملاحظة المباشرة): ستتم مناقشة أمثلة محددة في وقت لاحق من الدورة وتتضمن تغييرات قابلة للقياس في حجم المنقار في عصافير غالاباغوس استجابة لتطور العث المتخلل للإمدادات الغذائية لمقاومة المضادات الحيوية. الانتقاء الطبيعي موثق جيدًا في الطبيعة.

F. الأدلة البيوكيميائية: تستخدم المقارنة بين الجزيئات الحيوية (خاصة الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي والبروتينات) بشكل شائع لإعادة بناء السلالات. وجود رمز جيني مشترك هو دليل دامغ على طبيعة الحياة أحادية النمط. دور وتشابه الجينات المثلية في تطوير مجموعة واسعة من الكائنات الحية.

ج. الجغرافيا الحيوية: دراسة توزيعات الكائنات الحية في الماضي والحاضر. يمكن ممارسة التحليلات البيوجغرافية على مجموعة متنوعة من المقاييس (على سبيل المثال ، بين جزر أرخبيل في جميع أنحاء العالم).

ثالثا. علم اللاهوت النظامي و التصنيف

أ. مقدمة: إذا كان التطور = GUT للبيولوجيا ، فإن هذا له تأثيران:

& # 8211 خلقت العملية التطورية التنوع الذي نراه في العالم البيولوجي

& # 8211 هناك وحدة بين هذا التنوع بسبب التاريخ التطوري بين الكائنات الحية

نظرًا لأن المجموعات السكانية يمكن أن تتغير في تكوينها الجيني (= تتطور) ، فمن المنطقي توقع أن السكان يمكن أن يتباعدوا بشكل كبير عن بعضهم البعض. هذا هو في الواقع كيف يمكن أن يكون تنوع الحياة على هذا الكوكب. لكن عملية التنويع هذه تعني أيضًا أنه سيكون هناك بعض القواسم المشتركة بين الكائنات الحية بسبب الأصل المشترك. تتم دراسة هذه العلاقات التطورية من قبل فرع علم الأحياء المعروف باسم علم اللاهوت النظامي (الدراسة العلمية لتنوع الكائنات الحية وعلاقاتها التطورية) ضمن علم اللاهوت النظامي ، هو التصنيف، علم تسمية ووصف وتصنيف الكائنات الحية.

ب. التصنيف والتصنيف: لكي يدرس علماء الأحياء الكائنات الحية ، يجب أن تكون هناك طريقة رسمية لتحديد المجموعات المختلفة وأوجه التشابه والاختلاف فيما بينها. إلى حد ما ، هذا مشابه للمكتبة: يتم وضع الكتب الخاصة بموضوع معين معًا على الرفوف ويسمح مخطط التنظيم (مثل نظام مكتبة الكونجرس) باستخدام العلاقات بين العناوين والموضوعات والمؤلفين لتجميع المواد ذات الصلة والعثور عليها. بدون بعض مخططات التصنيف ، لن يتمكن أي شخص من العثور على أي شيء من بين ملايين المجلدات. لتتبع تصنيف الكائنات الحية ، هناك حاجة إلى نظام مماثل لإدارة المعلومات.

يجب أن يكون للنظام الهرمي معنى بديهيًا لأنه يمكننا بسهولة تحديد مجموعات الكائنات الحية: على سبيل المثال ، النباتات والأشجار وأشجار البلوط. يشار إلى هذه المستويات المختلفة من التنظيم باسم التصنيف (تصنيف مفرد). يتكون النظام الهرمي المستخدم من قبل علماء الأحياء من ثمانية مستويات (تم تطويره في الأصل بواسطة كارولوس لينيوس في القرن الثامن عشر) ويُعرف باسم نظام لينيان للتصنيف:

اختصاص حقيقيات النوى

مملكة الحيوان

حق اللجوء الحبليات

فصل أفيس

ترتيب الجواسيس

أسرة Fringillidae

جنس جيوسبيزا

صنف ماغنيروستريس

المدرجة أعلاه هي مثال على تصنيف Geospiza magnirostris، أحد العصافير في أرخبيل غالاباغوس. المجالات هي الأنواع الأكثر شمولاً المستويات هي الأكثر تحديدًا. فقط مستوى الأنواع له صلة بيولوجية فعلية: يتم التعرف على الأنواع كوحدات بيولوجية طبيعية ومستويات التصنيف الأخرى عبارة عن إنشاءات اصطناعية أنشأها البشر لأغراض التصنيف.

التسميات ذات الحدين: نظام التسمية المكون من جزأين المستخدم لتحديد الأنواع. هناك قواعد محددة حول كيفية تسمية الأنواع وكيفية استخدام الأسماء (البشر ، الانسان العاقل).

ج. جولة في الممالك: في وقت مبكر في التصنيف التصنيفي ، كانت هناك مملكتان (نباتات وحيوانات). في الستينيات ، تم اقتراح نظام الممالك الخمس وأصبح معتمدًا على نطاق واسع. أدت الأدلة الأحدث & # 8212 خاصة الكيمياء الحيوية & # 8212 إلى إنشاء كل من نظام المملكة الست ومستوى المجال فوق المملكة. يعكس التغيير الاكتشاف ، بناءً على العمل الذي بدأه Carl Woese ، أن البكتيريا تتكون في الواقع من مجموعتين مختلفتين تمامًا (انقسمت Monera إلى Eubacteria و

Archaebacteria) وهذا يعكس أيضًا حقيقة أن العلم بشكل عام والتصنيف

(النظاميات) على وجه الخصوص تتغير باستمرار ويتم إعادة تقييمها مع جمع المزيد من المعلومات.

1. المجال Eubacteria (يشار إليها عمومًا باسم بكتيريا المجال)

أ. المملكة Eubacteria

2. عتائق المجال

أ. المملكة الأثرية

البكتيريا Eubacteria و Archaebacteria بدائية النواة:

& # 8211 لا عضيات مرتبطة بالغشاء

& # 8211 انقسام الخلية عن طريق الانشطار الثنائي

& # 8211 حجم خلية صغير نسبيًا

في المقابل ، فإن الممالك المتبقية كلها حقيقيات النوى:

& # 8211 عضيات مرتبطة بالغشاء (على سبيل المثال ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات الخضراء)

& # 8211 أحادية الخلية أو متعددة الخلايا

& # 8211 انقسام الخلايا عن طريق الانقسام و / أو الانقسام الاختزالي

& # 8211 حجم خلية كبير نسبيًا

3. مجال حقيقيات النوى

أ. المملكة بروتيستا: تشمل الأمثلة أحادية الخلية أو البسيطة متعددة الخلايا بشكل أساسي الأميبا والطحالب والدياتومات وقوالب الوحل وعشب البحر يمكن أن يكون ضوئيًا (طحالب) أو غيرية التغذية (أخرى). كانت مملكة بروتيستا فئة شاملة لحقيقيات النوى التي من الواضح أنها ليست نباتات أو فطريات أو حيوانات. تم اقتراح أن هذه المملكة الواحدة قد تمثل في الواقع ما يصل إلى 20 مملكة منفصلة (على سبيل المثال ، انظر الشكل 28.7 في النص).

ب. فطريات المملكة: جسم مغاير التغذية يتكون من خيوط شبيهة بالخيط تشكل كتلة متشابكة

ج. المملكة بلانتاي: ضوئي متعدد الخلايا

د. مملكة الحيوان: غيرية التغذية متعددة الخلايا

قراءات معينة

• فصل في الكتاب المدرسي: التطور وأصول الحياة

• "الملكة الحمراء" ، الفصل الأول: الطبيعة البشرية

اختياري: & # 8220Evolution 101 & # 8221 Podcasts ، على وجه التحديد: Evolution 101: ما هو Evolution؟ و Evolution 101: ما هو ليس التطور؟

  • افهم ما نعنيه بالتطور والانتقاء الطبيعي
  • قدِّر الأنواع المختلفة من أدلة التطور

بنهاية قراءتك ومناقشتنا داخل الفصل ، يجب أن تكون قادرًا على ...

• التمييز بين التطور كظاهرة طبيعية والانتقاء الطبيعي باعتباره الآلية التي يحدث بها التطور التكيفي


4 إجابات 4

لدىkate ما هو على الأرجح الإجابة الأكثر صحة للنمط المرصود.

ولكن كتجربة ، قمت بإعداد محاكاة أساسية لتقريب الشروط التي حددتها:

  1. يبدأ متوسط ​​الارتفاع من 5'8 "(172.72 سم) و 5'4" (162.56 سم) بانحراف معياري 2.8 بوصة (7.112 سم) ، لقد استخدمت سم ، لأنه أسهل من التعامل مع البوصات.
  2. لن يتزاوج الذكور مع إناث أطول منها.
  3. لن تتزاوج الإناث مع ذكور أطول من 8 بوصات.
  4. لن يتزاوج الذكور مع الإناث أكثر من 8 بوصات أقصر (يتبع رقم 3 أعلاه).

كانت المشكلة التي واجهتها بسرعة هي أنه من خلال اقتطاع جزء من التوزيع الطبيعي ، انخفض التباين في الارتفاع في كل جيل تدريجيًا. بعد حوالي 20 جيلًا ، لم تتطور الوسيلة لأن هناك اختلافًا طفيفًا في الارتفاع.

يعد طول الإنسان أحد أكثر السمات الكمية التي تمت دراستها ، حيث يعود إلى أكثر من 100 عام لبعض الإحصائيين الأوائل (فيشر ، جالتون). الارتفاع هو سمة متعددة الجينات ذات قابلية وراثية عالية جدًا (ح 2 = 0.8) 1. أبلغت دراسات الارتباط على مستوى الجينوم عن 54 جينًا متورطًا في تحديد ارتفاع الإنسان 2.

تخيل أن كل جين من هذه الجينات البالغ عددها 54 يحتوي على أليلين فقط: أ وب. يعطي a +1 للارتفاع. يعطي b a -1 للارتفاع. إذن aa ستكون +2 أو ab أو ba 0 و bb -2. يرتبط مجموع كل هذه الأليلات بالارتفاع. لذا إذا كان العدد 54 كله aa ، فسيكون الارتفاع +108.

تأتي المشكلة عندما يتزاوج الناس فقط مع الأشخاص الأطول. بمرور الوقت ، ستنخفض نسبة b ، وستزداد نسبة a ، ولكن فقط إلى نقطة. بمجرد إصلاح جميع الأليلات عند a ، لن يتبقى أي مكان. سيتم استنفاد الاختلاف الجيني. بدون إدخال أليلات جديدة ، سيتوقف الارتفاع عن التطور.

2 فيشر ، PM. 2008. تحجيم التباين في الطول البشري. نات جينيه 40(5):489-90.

(كان ينبغي أن يكون هذا تعليقًا ، لكن ليس لدي سمعة كافية حتى الآن. آسف!)

لقد طرحت سؤالًا مثيرًا للاهتمام ، لكنني لست متأكدًا من أسبابك.

أولاً ، "الاتجاه" الذي وصفته ، وهو أنه في القرن الماضي نما البشر أطول من أي وقت مضى ، وهي ظاهرة معروفة لمعظم البلدان الأوروبية ، وهي إحدى ما يسمى "الاتجاهات العلمانية": تغيير أحادي الاتجاه في الارتفاع (أو النمو rate) خلال فترة زمنية. ثبت أن ارتفاع البالغين زاد بمقدار 1 إلى 3 سم لكل عقد حتى عام 1980 (باستثناء أوقات الحرب العالمية الثانية ، والتي كان لها تأثير معاكس في بعض الأماكن). ومع ذلك ، حدثت هذه التغييرات بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا تكون ذات أصل وراثي ويمكن تفسيرها بشكل أفضل من خلال زيادة جودة الحياة. تماشيا مع هذا التفسير هو الزيادة في الطول ووتيرة النمو التي نراها الآن في دول العالم الثالث ، من الواضح تأثير تحسين ظروف الحياة.

ثانيًا ، في رأيي ، يمكن أن يكون تفضيل المرأة للرجل الأعلى مظهرًا آخر من مظاهر رغبتها ببساطة في الحصول على أفضل ذكر. لا أرى أي ميزة خاصة للمرأة في أن تريد رجلاً أعلى منها ، لكن كما أشرت ، تشير الأدلة القصصية إلى خلاف ذلك.

شاهد المزيد عن الاتجاهات العلمانية في:

للإجابة على السؤال بسؤال معقد ، افترض أن التفضيل القصصي للرجال "طويل القامة" والنساء "القصيرات" هو في الحقيقة مجرد دافع نحو القاعدة؟ لنفترض أن النساء يبحثن عن الرجال الأطول بما يتناسب مع تصورهم الذاتي على أنهم "أقصر من المتوسط" - فكلما اقتربت المرأة من متوسط ​​الطول (الأنثوي) ، قل احتمال بحثها عن رفيق أطول بشكل ملحوظ؟

في تجربتي غير العلمية ، لا يهم الطول بالنسبة للأشخاص الذين يكون طولهم طبيعيًا إلى حد ما.

بعد ذلك ، مع بعض الافتراضات حول ارتفاعات نسل الأزواج الذين تختلف ارتفاعاتهم ، قد يكون الاتجاه نحو متوسط ​​ثابت. كما لوحظ في إجابات أخرى ، ربما تكون التغذية عاملاً هامًا في المكاسب الأخيرة في أوروبا وآسيا وأفريقيا.

سيكون من الصعب وضع نموذج رياضي لهذا الأمر ، ولست مقتنعًا بأن النتيجة ستلقي الكثير من الضوء على السؤال ، خاصة (كما لوحظ أعلاه) في ضوء الطبيعة متعددة الجينات للسمة.

الميل إلى دفع متوسط ​​الطول إلى الأعلى أمر طبيعي عند التفكير في حقيقتين
(التي تم استبعادها هنا حتى الآن):

مع ارتفاع تكاليف الإنجاب التي تتحملها الإناث بشكل عام ، فإنهن هن الجنس "الأكثر اختيارًا" ، لذلك عندما يتعلق الأمر باختيار الشريك ، فإن تفضيلات الإناث تكون أكثر أهمية. لذلك ، فإن ميل الذكور إلى تفضيل الإناث الأقصر (إذا كان هذا صحيحًا) لن يكون له تأثير مساوٍ أو معاكس.

لا توجد نسبة 1: 1 بين الذكور والإناث الذين ينقلون جيناتهم. الانحراف المعياري لعدد الأطفال أعلى للذكور ، و نسبة الذكور أعلى من الإناث تنجب 0 ذريةوبالتالي "اقتطاع جزء من التوزيع الطبيعي" في كل جيل أكثر للذكور منه للإناث. مرة أخرى ، حتى لو كان هناك قدر كبير من التفضيل للإناث قصيرات القامة مثل تفضيل الإناث للذكور طوال القامة ، ساكن يكون الاتجاه التصاعدي في متوسط ​​الارتفاع. هذه الحقيقة لها علاقة بسرعة التغيير وليس ما إذا كان التغيير سيحدث أم لا.

يجب ذكر حقيقتين تمت مناقشتهما بالفعل ولكن لم يتم الاعتراف بهما على نطاق واسع هنا بشكل صريح مرة أخرى:

يؤثر كل من ارتفاع الذكور والإناث على الطول في كل من الذكور والإناث. هذا مهم لأنه حتى لو كان هناك تفضيل ليس للذكر جدا أطول بكثير من الأنثى ، وهذا لن يوقف الاتجاه التصاعدي في الطول لأن الإناث تتجه باستمرار إلى الأعلى في الارتفاع. هكذا، الإناث لن تكون بمثابة أي نوع من "المرساة" للارتفاع.

ترجع التغيرات في الطول إلى أكثر من مجرد جينات (يمكن أن تتفوق آثارها في حالة عدم وجود طفرة ، كما ذكر kmm) ، ولكن على أي حال ، فإن الطفرة ليست مهملة بالنسبة لطول الإنسان (كما ذكرت Marta Cz-C) ، لذلك عدم وجود تراكيب وراثية محتملة للارتفاع الأقصى الذي نتحدث عنه ليس مشكلة. في الواقع ، هذا واضح من حقيقة أن هناك بالفعل (خصوبة) أشخاص أطول من العتبة المذكورة في هذا السؤال.
(الوحيد حقيقة أسباب الحد الأعلى لطول الإنسان ، والتي لم يتم ذكرها هنا ، معروضة بشكل جيد في هذا الفيديو: ما هو الحجم الذي يمكن أن يصل إليه الشخص ؟، و أولئك يؤدي إلى أقصى ارتفاع في مكان ما فوق 213 سم (7 أقدام) الذي نتحدث عنه.)

بعض الأشياء التي تم ذكرها هنا ، على الرغم من صحتها أو ربما صحتها ، ليست ذات صلة بالسؤال:

حد على كم الثمن أطول الأب من الأم بالنسبة للطفل العادي (الذي تفرضه تفضيل الأنثى أو الذكر) لا يغير إجابة السؤال الرئيسي (اتجاه متوسط ​​الارتفاع ، إن وجد) ، فقط السرعة ("في" مئات السنين " "). (هذا يتبع من تعليق "المرساة" أعلاه).

حقيقة أن هناك العديد من العوامل الأخرى غير الطول لاختيار الشريك ، وحتى أن العديد من هذه العوامل أكثر أهمية من الطول ، لا يغير أيضًا إجابة السؤال الرئيسي. (هذا ما لم تضع العوامل الأخرى التي ترتبط بارتفاع أقل ضغطًا هبوطيًا عليه. لا أعتقد أن أي شخص قد يجادل في هذا ، لكنني سأقدم مثالاً لأنني أعتقد أنه مثير للاهتمام: إذا كان الذكور أقصر ، في المتوسط ​​، أكثر أذكى من الذكور الأطول ، حتى لو فضلت الإناث الذكور الأطول (الذكاء متساوٍ) ، إذا فضلوا أيضًا الذكور الأكثر ذكاءً من الطول البشري استطاع تنزل (بينما يرتفع معدل الذكاء البشري).)

بالطبع ، فإن تعميم كل هذا على البشر في الحاضر والمستقبل (تبديل اللغة من "الذكور" و "الإناث" إلى "الرجال" و "النساء") يستند إلى بعض الافتراضات:

تلك النساء ، خاصة أولئك الذين لديهم أطفالتفضل و احصل على الرجال الأطول. قد لا يكون هذا هو الحال في مواجهة المنافسة من النساء اللواتي يفضلن أيضًا الرجال الأطول ولكن ليس لديهم أطفال. قد يتغير هذا أيضًا بسبب عكس تفضيل الارتفاع أو بسبب زيادة التفضيل ل آخر العوامل التي ترتبط بانخفاض الطول مقترنة بانخفاض بريق طول الذكور للإناث. وكمثال على ذلك ، فإن الأهمية المتناقصة باستمرار للمنافسة الجسدية بين الذكور ومستوى الأمان المتزايد باستمرار من الهجوم غير المسلح في العالم الحديث يعني أن الارتفاع (ومقاييس القوة الأخرى) مهم بشكل أقل وأقل. كمثال آخر ، يجب أن يؤدي الانخفاض في إعدادات مكان العمل وجهًا لوجه ، والتي لا شك أنها مسؤولة جزئيًا على الأقل عن رواتب الرجال الأطول أكثر من الرجال الأقصر ، إلى أن تكون الثروة (وهو عامل بحد ذاته) أقل من يرتبط بالارتفاع وبالتالي يقلل من اختيار الارتفاع.

أن ما تفضله المرأة استمر يهم أكثر من تفضيلات الرجال ، لاختيار الشريك. إذا كانت النساء والرجال ممثلين عقلانيين تمامًا ، فيمكن لهذا بالفعل تغيرت بسبب الأخيرة انخفاض في تكاليف التكاثر للإناث (في الغالب بسبب طبي التغييرات ، مثل انخفاض معدل الوفيات المرتبطة بالحمل) و الزيادات في تكاليف التكاثر للذكور (في الغالب بسبب قانوني التغييرات ، ربما إلى النقطة التي تكون فيها تكاليف الذكور أعلى من الإناث). إن الطريقة التي يفكر بها الرجال والنساء ويشعرون بها فيما يتعلق باختيار الشريك منحازة بشدة تجاه الظروف الطبيعية في تاريخنا التطوري ، على الرغم من (زيادة الاستثمار الأنثوي) ، ومن الصعب التصرف ضدها.


التطور والانتقاء الطبيعي # - علم الأحياء

الجزء الرابع. التطور وعلم البيئة

13. التطور والانتقاء الطبيعي

13.2. تطور الفكر التطوري

لعدة قرون ، اعتقد الناس أن الأنواع المختلفة من النباتات والحيوانات لم تتغير منذ وقت إنشائها. على الرغم من أننا نعلم اليوم أن هذا ليس صحيحًا ، إلا أنه يمكننا أن نفهم لماذا يعتقد الناس أنه كان صحيحًا. نظرًا لأنهم لا يعرفون شيئًا عن الحمض النووي أو الانقسام الاختزالي أو علم الوراثة أو علم الوراثة السكانية ، لم يكن لديهم الأدوات لفحص الطبيعة الجينية للأنواع. علاوة على ذلك ، فإن عملية التطور بطيئة للغاية بحيث لا يتم التعرف على نتائج التطور عادة خلال حياة الإنسان. حتى أنه من الصعب على العلماء المعاصرين التعرف على هذا التغيير البطيء في العديد من أنواع الكائنات الحية.

التفكير المبكر في التطور

في منتصف القرن الثامن عشر الميلادي ، تساءل جورج لويس بوفون ، عالم الطبيعة الفرنسي ، عما إذا كانت الحيوانات قد خضعت للتغيير (تطورت) بمرور الوقت. بعد كل شيء ، إذا لم تتغير الحيوانات ، فإنها ستبقى كما هي ، وأصبح من الواضح من دراسة الأحافير أن التغييرات قد حدثت. ومع ذلك ، لم يتوصل بوفون إلى أي اقتراحات حول كيفية حدوث مثل هذه التغييرات. في عام 1809 ، اقترح جان بابتيست دي لامارك ، أحد طلاب بوفون ، عملية يمكن من خلالها حدوث التطور. اقترح أن يتم نقل الخصائص المكتسبة إلى النسل. الخصائص المكتسبة هي السمات المكتسبة خلال حياة الكائن الحي ولا يتم تحديدها وراثيًا. على سبيل المثال ، اقترح أن الزرافات لها أعناق قصيرة في الأصل ، ولكن لأنها كانت تمد رقابها باستمرار للحصول على الطعام ، فقد أصبحت أعناقها أطول قليلاً (الشكل 13.2). عندما تتكاثر هذه الزرافات ، اكتسب نسلهم أعناق والديهم الأطول. ولأن النسل امتد أيضًا لتناول الطعام ، فقد انتهى الجيل الثالث برقاب أطول. ولذا كان يُعتقد أن قصة لامارك تشرح سبب احتواء الزرافات التي نراها اليوم على أعناق طويلة. على الرغم من أننا نعلم الآن أن نظرية لامارك كانت خاطئة (لأن الخصائص المكتسبة ليست موروثة) ، فقد حفزت مزيدًا من التفكير حول كيفية حدوث التطور. من منتصف القرن الثامن عشر حتى منتصف القرن التاسع عشر ، استمرت الجدالات الحية حول إمكانية التغيير التطوري. يعتقد البعض ، مثل لامارك وآخرون ، أن التغيير قد حدث بالفعل ، وقال آخرون إنه لم يكن ممكنًا حتى. لقد كان تفكير اثنين من العلماء الإنجليز هو الذي قدم أخيرًا آلية لشرح كيفية حدوث التطور.

الشكل 13.2. الأفكار المتناقضة لامارك ونظرية داروين والاس

(أ) اعتقد لامارك أن الخصائص المكتسبة يمكن نقلها إلى الجيل التالي. لذلك ، افترض أنه عندما تمد الزرافات أعناقها للحصول على الطعام ، أصبحت أعناقها أطول قليلاً. تم نقل هذه الخاصية إلى الجيل التالي ، الذي سيكون له أعناق أطول. (ب) تنص نظرية داروين والاس على أن هناك تباينًا بين السكان وأن أولئك الذين لديهم أعناق أطول هم أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة والتكاثر ، ويمررون جيناتهم لأعناق طويلة إلى الجيل التالي.

نظرية الانتقاء الطبيعي

في عام 1858 ، اقترح تشارلز داروين وألفريد والاس نظرية الانتقاء الطبيعي كآلية للتطور. نظرية الانتقاء الطبيعي هي فكرة أن بعض الأفراد الذين تفضل تركيباتهم الجينية الحياة في محيطهم هم أكثر عرضة للبقاء على قيد الحياة والتكاثر ونقل جيناتهم إلى الجيل التالي من الأفراد الذين لديهم مجموعات وراثية غير مواتية. تم تحديد هذه النظرية بوضوح في عام 1859 من قبل داروين في كتابه عن أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي ، أو الحفاظ على السلالات المفضلة في النضال من أجل الحياة (كيف يعمل العلم 13.1).

تستند نظرية الانتقاء الطبيعي على الافتراضات التالية حول طبيعة الكائنات الحية:

1. جميع الكائنات الحية تنتج ذرية أكثر مما يمكنها البقاء على قيد الحياة.

2. لا يوجد كائنان متماثلان تمامًا.

3. Among organisms, there is a constant struggle for survival.

4. Individuals that possess favorable characteristics for their environment have a higher rate of survival and produce more offspring.

5. Favorable characteristics become more common in the species, and unfavorable characteristics are lost.

Using these assumptions, the Darwin-Wallace theory of evolution by natural selection offers a different explanation for the development of long necks in giraffes (figure 13.2b):

1. In each generation, more giraffes would be born than the food supply could support.

2. In each generation, some giraffes would inherit longer necks, and some would inherit shorter necks.

3. All giraffes would compete for the same food sources.

4. Giraffes with longer necks would obtain more food, have a higher survival rate, and produce more offspring.

5. As a result, succeeding generations would show an increase in the number of individuals with longer necks.

Modern Interpretations of Natural Selection

The logic of the Darwin-Wallace theory of evolution by natural selection seems simple and obvious today, but at the time Darwin and Wallace proposed their theory, the processes of meiosis and fertilization were poorly understood, and the concept of the gene was only beginning to be discussed. Nearly 50 years after Darwin and Wallace suggested their theory, the rediscovery of the work a monk, Gregor Mendel (see chapter 10) provided an explanation for how characteristics could be transmitted from one generation to the next. Mendel’s concepts of the gene explained how traits could be passed from one generation to the next. It also provided the first step in understanding mutations, gene flow, and the significance of reproductive isolation. All of these ideas are interwoven into the modern concept of evolution. If we update the five basic ideas from the thinking of Darwin and Wallace, they might look something like the following:

1. An organism’s ability to overreproduce results in surplus organisms.

2. Because of mutation, new, genetically determined traits enter the gene pool. Because of sexual reproduction, involving meiosis and fertilization, new genetic combinations are present in every generation. These processes are so powerful that each individual in a sexually reproducing population is genetically unique. The genetic information present is expressed in the phenotype of the organism.

3. Resources, such as food, soil nutrients, water, mates, and nest materials, are in short supply, so some individuals do without. Other environmental factors, such as disease organisms, predators, and helpful partnerships with other species, also affect survival. All the specific environmental factors that affect survival by favoring certain characteristics are called selecting agents.

4. Selecting agents favor individuals with the best combination of alleles—that is, those individuals are more likely to survive and reproduce, passing on more of their genes to the next generation. An organism is selected against if it has fewer offspring than other individuals that have a more favorable combination of alleles. The organism does not need to die to be selected against.

5. Therefore, alleles or allele combinations that produce characteristics favorable to survival become more common in the population and, on the average, the members of the species will be better adapted to their environment.

Evolution results when there are changes in allele frequency in a population. Recall that individual organisms cannot evolve—only populations can. Although evolution is a population process, the mechanisms that bring it about operate at the level of the individual.

Recall that a theory is a well-established generalization supported by many kinds of evidence. The theory of natural selection was first proposed by Charles Darwin and Alfred Wallace. Since the time it was first proposed, the theory of natural selection has been subjected to countless tests yet remains the core concept for explaining how evolution occurs.

The Voyage of HMS Beagle, 1831-1836

Probably the most significant event in Charles Darwin's life was his opportunity to sail on the British survey ship Beagle.

Surveys were common at that time they helped refine maps and chart hazards to shipping. Darwin was 22 years old and probably would not have had the opportunity, had his uncle not persuaded Darwin's father to allow him to take the voyage. Darwin was to be a gentleman naturalist and companion to the ship's captain, Robert Fitzroy. When the official naturalist left the ship and returned to England, Darwin replaced him and became the official naturalist for the voyage. The appointment was not a paid position.

The voyage of the Beagle lasted nearly 5 years. During the trip, the ship visited South America, the Galapagos Islands, Australia, and many Pacific Islands. The Beagle's entire route is shown on the accompanying map. Darwin suffered greatly from seasickness and, perhaps because of it, made extensive journeys by mule and on foot some distance inland from wherever the Beagle happened to be at anchor. These inland trips gave Darwin the opportunity to make many of his observations. His experience was unique for a man so young and very difficult to duplicate because of the slow methods of travel used at that time.

Charles Darwin set forth on a sailing vessel similar to this, the HMS Beagle, in 1831 at the age of 22.

Although many people had seen the places that Darwin visited, never before had a student of nature collected volumes of information on them. Also, most other people who had visited these faraway places were military men or adventurers who did not recognize the significance of what they saw. Darwin's notebooks included information on plants, animals, rocks, geography, climate, and the native peoples he encountered. The natural history notes he took during the voyage served as a vast storehouse of information, which he used in his writings for the rest of his life. Because Darwin was wealthy, he did not need to work to earn a living and could devote a good deal of his time to the further study of natural history and the analysis of his notes. He was a semiinvalid during much of his later life. Many people think his ill health was caused by a tropical disease he contracted during the voyage of the Beagle. As a result of his experiences, he wrote several volumes detailing the events of the voyage, which were first published in 1839 in conjunction with other information related to the voyage. His volumes were revised several times and eventually were entitled The Voyage of the Beagle. He also wrote books on barnacles, the formation of coral reefs, how volcanoes might have been involved in reef formation, and finally On the Origin of Species. This last book, written 23 years after his return from the voyage, changed biological thinking for all time.

2. Why has Lamarck’s theory been rejected?

3. List five assumptions about the nature of living things that support the concept of evolution by natural selection.


Evolution and Natural Selection # - Biology

PART IV. EVOLUTION AND ECOLOGY

13. Evolution and Natural Selection

13.5. What Influences Natural Selection?

Now that you have a basic understanding of how natural selection works, we can look in more detail at the factors that influence it. Genetic diversity within a species, the degree of genetic expression, and the ability of most species to reproduce excess offspring all exert an influence on the process of natural selection.

The Mechanisms That Affect Genetic Diversity

For natural selection to occur there must be genetic differences among the individuals of an interbreeding population of organisms. Consider what happens in a population of genetically identical organisms. In this case, it does not matter which individuals reproduce, because the same genes will be passed on to the next generation and natural selection cannot occur. However, when genetic differences exist among individuals in a population and these differences affect fitness, natural selection can take place. Therefore, it is important to identify the processes that generate genetic diversity within a population. Genetic diversity within a population is generated by the mutation and migration of organisms and by sexual reproduction and genetic recombination.

Spontaneous mutations are changes in DNA that cannot be tied to a particular factor. Mutations may alter existing genes, resulting in the introduction of entirely new genetic information into a gene pool. It is suspected that cosmic radiation or naturally occurring mutagenic chemicals might be the cause of many of these mutations. Subjecting organisms to high levels of radiation or to certain chemicals increases the rate at which mutations occur. It is for this reason that people who are exposed to mutagenic chemicals or radiation take special safety precautions.

Naturally occurring mutation rates are low. The odds of a gene mutating are on the order of 1 in 100,000. Most of these mutations are harmful. Rarely does a mutation occur that is actually helpful. However, in populations of millions of individuals, each of whom has thousands of genes, over thousands of generations it is quite possible that a new, beneficial piece of genetic information will come about as a result of mutation. Remember that every allele originated as a modification of a previously existing piece of DNA. For example, the allele for blue eyes may be a mutated brown-eye allele, or blond hair may have originated as a mutated brown-hair allele. In a species such as corn (Zea mays), there are many different alleles for seed color. Each probably originated as a mutation. Thus, mutations have been very important in introducing genetic material into species over time.

For mutations to be important in the evolution of organisms, they must be in cells that give rise to gametes (eggs or sperm). Mutations in other cells, such as those in the skin or liver, will affect only those cells and will not be passed on to the next generation.

Recall that migration is another way in which new genetic material can enter a population. When individuals migrate into a population from some other population, they may bring alleles that were rare or absent. Similarly, when individuals leave a population, they can remove certain alleles from the population.

Sexual Reproduction and Genetic Recombination

Sexual reproduction is important in generating new genetic combinations in individuals. Although sexual reproduction does not generate new genetic information, it does allow for the mixing of genes into combinations that did not occur previously. Each individual entering a population by sexual reproduction carries a unique combination of genes—half donated by the mother and half donated by the father. During meiosis, unique combinations of alleles are generated in the gametes through crossing-over between homologous chromosomes and the independent assortment of nonhomologous chromosomes. This results in millions of possible genetic combinations in the gametes of any individual. When fertilization occurs, one of the millions of possible sperm unites with one of the millions of possible eggs, resulting in a genetically unique individual. This genetic mixing that occurs as a result of meiosis and fertilization is known as genetic recombination.

The new individual has a set of genes that is different from that of any other organism that ever existed. When genetic recombination occurs, a new combination of alleles may give its bearer a selective advantage, leading to greater reproductive success.

Organisms that primarily use asexual reproduction do not benefit from genetic recombination. In most cases, however, when their life history is studied closely, it is apparent that they also can reproduce sexually at certain times. Organisms that reproduce exclusively by asexual methods are not able to generate new genetic combinations but still acquire new genetic information through mutation.

As scientists have learned more about the nature of species, it has become clear that genes can be moved from one organism to another that was considered to be a different species. In some cases, it appears that whole genomes can be added when the cells of two different species combine into one cell. This process of interspecific hybridization is another method by which a species can have new genes enter its population.

The Role of Gene Expression

Even when genes are present, they do not always express themselves in the same way. For genes to be selected for or against, they must be expressed in the phenotype of the individuals possessing them. There are many cases of genetic characteristics being expressed to different degrees in different individuals. Often, the reason for this difference in expression is unknown.

Penetrance is a term used to describe how often an allele expresses itself. Some alleles have 100% penetrance others express themselves only 80% of the time. For example, there is a dominant allele that causes people to have a stiff little finger. The expression of this trait results in the tendons being attached to the bones of the finger in such a way that the finger does not flex properly. This dominant allele does not express itself in every person who contains it occasionally, parents who do not show the characteristic in their phenotype have children that show the characteristic. Expressivity is a term used to describe situations in which an allele is not expressed equally in all individuals who have it. An example of expressivity involves a dominant allele for six fingers or toes, a condition known as polydactyly. Some people with this allele have an extra finger on each hand some have an extra finger on only one hand. Furthermore, some sixth fingers are well-formed with normal bones, whereas others are fleshy structures that lack bones.

Why Some Genes May Avoid Natural Selection

There are many reasons a specific allele may not feel the effects of natural selection. Some genetic characteristics can be expressed only during specific periods in the life of an organism. If an organism dies before the characteristic is expressed, it never has the opportunity to contribute to the overall fitness of the organism. Say, for example, a tree has genes for producing very attractive fruit. The attractive fruit is important because animals select the fruit for food and distribute the seeds as they travel. However, if the tree dies before it can reproduce, the characteristic may never be expressed. By contrast, genes such as those that contribute to heart disease or cancer usually have their effect late in a person’s life. Because they were not expressed during the person’s reproductive years, they were not selected against, because the person reproduced before the effects of the gene were apparent. Therefore, such genes are less likely to be selected against (eliminated from the population) than are those that express themselves early in life.

In addition, many genes require an environmental trigger to be expressed (i.e., they are epigenetic). If the trigger is not encountered, the gene never expresses itself. It is becoming clear that many kinds of human cancers are caused by the presence of genes that require an environmental trigger. Therefore, we try to identify triggers and prevent these negative genes from being turned on and causing disease.

When both dominant and recessive alleles are present for a characteristic, the recessive alleles must be present in a homozygous condition before they have an opportunity to express themselves. For example, the allele for albinism is recessive. There are people who carry this recessive allele but never express it, because it is masked by the dominant allele for normal pigmentation (figure 13.5).

Some genes have their expression hidden because the action of a completely unrelated gene is required before they can express themselves. The albino individual shown in figure 13.5 has alleles for dark skin and hair that will never have a chance to express themselves because of the presence of two alleles for albinism. The alleles for dark skin and hair can express themselves only if the person has the ability to produce pigment, and albinos lack that ability.

FIGURE 13.5. Gene Expression

Genes must be expressed to allow the environment to select for or against them. The recessive allele c for albinism shows itself only in individuals who are homozygous for the recessive characteristic. The man in this photo is an albino who has the genotype cc. The characteristic is absent in those who are homozygous dominant and is hidden in those who are heterozygous. The dark-skinned individuals could be either Cc or CC. However, because the albino individual cannot produce pigment, characteristics for dark skin and dark hair cannot be expressed.

Natural Selection Works on the Total Phenotype

Just because an organism has a “good” gene does not guarantee that it will be passed on. The organism may also have “bad” genes in combination with the good, and the “good” characteristics may be overshadowed by the “bad” characteristics. All individuals produced by sexual reproduction probably have certain genetic characteristics that are extremely valuable for survival and others that are less valuable or harmful. However, natural selection operates on the total phenotype of the organism. Therefore, it is the combination of characteristics that is evaluated—not each characteristic individually. For example, fruit flies may show resistance to insecticides or lack of it, may have well-formed or shriveled wings, and may exhibit normal vision or blindness. An individual with insecticide resistance, shriveled wings, and normal vision has two good characteristics and one negative one, but it would not be as successful as an individual with insecticide resistance, normal wings, and normal vision.

The Importance of Excess Reproduction

A successful organism reproduces at a rate in excess of that necessary to merely replace the parents when they die (figure 13.6). For example, geese have a life span of about 10 years on average, a single pair can raise a brood of about eight young each year. If these two parent birds and all their offspring were to survive and reproduce at this rate for a 10-year period, there would be a total of 19,531,250 birds in the family.

FIGURE 13.6. Reproductive Potential

The ability of a population to reproduce greatly exceeds the number necessary to replace those who die. Here are some examples of the prodigious reproductive abilities of some species.

However, the size of goose populations and most other populations remains relatively constant over time. Minor changes in number may occur but, if the environment remains constant, a population does not experience dramatic increases in size. A high death rate tends to offset the high reproductive rate and population size remains stable. But this is not a “static population.” Although the total number of organisms in the species may remain constant, the individuals that make up the population change. It is this extravagant reproduction that provides the large surplus of genetically unique individuals that allows natural selection to take place.

If there are many genetically unique individuals within a population, it is highly probable that some individuals will survive to reproduce even if the environment changes somewhat, although the gene frequency of the population may be changed to some degree. For this to occur, members of the population must be eliminated in a non-random manner. Even if they are not eliminated, some may have greater reproductive success than others. The individuals with the greatest reproductive success will have more of their genetic information present in the next generation than will those that die or do not reproduce very successfully. Those that are the most successful at reproducing are those that are, for the most part, better suited to the environment.

8. What factors can contribute to diversity in the gene pool?

9. Why is over-reproduction necessary for evolution?

10. Why is sexual reproduction important to the process of natural selection?

11. How might a harmful allele remain in a gene pool for generations without being eliminated by natural selection?

إذا كنت مالك حقوق الطبع والنشر لأي مادة واردة على موقعنا وتعتزم إزالتها ، فيرجى الاتصال بمسؤول الموقع للحصول على الموافقة.


Adaptive Evolution

Natural selection only acts on the population’s heritable traits: selecting for beneficial alleles and thus increasing their frequency in the population, while selecting against deleterious alleles and thereby decreasing their frequency—a process known as adaptive evolution. Natural selection does not act on individual alleles, however, but on entire organisms. An individual may carry a very beneficial genotype with a resulting phenotype that, for example, increases the ability to reproduce (fecundity), but if that same individual also carries an allele that results in a fatal childhood disease, that fecundity phenotype will not be passed on to the next generation because the individual will not live to reach reproductive age. Natural selection acts at the level of the individual it selects for individuals with greater contributions to the gene pool of the next generation, known as an organism’s evolutionary (Darwinian) fitness.

Fitness is often quantifiable and is measured by scientists in the field. However, it is not the absolute fitness of an individual that counts, but rather how it compares to the other organisms in the population. This concept, called relative fitness, allows researchers to determine which individuals are contributing additional offspring to the next generation, and thus, how the population might evolve.

There are several ways selection can affect population variation: stabilizing selection, directional selection, diversifying selection, frequency-dependent selection, and sexual selection. As natural selection influences the allele frequencies in a population, individuals can either become more or less genetically similar and the phenotypes displayed can become more similar or more disparate.

Stabilizing Selection

If natural selection favors an average phenotype, selecting against extreme variation, the population will undergo stabilizing selection (الشكل 7). In a population of mice that live in the woods, for example, natural selection is likely to favor individuals that best blend in with the forest floor and are less likely to be spotted by predators. Assuming the ground is a fairly consistent shade of brown, those mice whose fur is most closely matched to that color will be most likely to survive and reproduce, passing on their genes for their brown coat. Mice that carry alleles that make them a bit lighter or a bit darker will stand out against the ground and be more likely to fall victim to predation. As a result of this selection, the population’s genetic variance will decrease.

Figure 7. In stabilizing selection, an average phenotype is favored.

Directional Selection

When the environment changes, populations will often undergo directional selection (Figure 8), which selects for phenotypes at one end of the spectrum of existing variation. A classic example of this type of selection is the evolution of the peppered moth in eighteenth- and nineteenth-century England. Prior to the Industrial Revolution, the moths were predominately light in color, which allowed them to blend in with the light-colored trees and lichens in their environment. But as soot began spewing from factories, the trees became darkened, and the light-colored moths became easier for predatory birds to spot. Over time, the frequency of the melanic form of the moth increased because they had a higher survival rate in habitats affected by air pollution because their darker coloration blended with the sooty trees. Similarly, the hypothetical mouse population may evolve to take on a different coloration if something were to cause the forest floor where they live to change color. The result of this type of selection is a shift in the population’s genetic variance toward the new, fit phenotype.

Figure 8. In directional selection, a change in the environment shifts the spectrum of phenotypes observed.

Diversifying Selection

Sometimes two or more distinct phenotypes can each have their advantages and be selected for by natural selection, while the intermediate phenotypes are, on average, less fit. معروف ك diversifying selection (Figure 9), this is seen in many populations of animals that have multiple male forms. Large, dominant alpha males obtain mates by brute force, while small males can sneak in for furtive copulations with the females in an alpha male’s territory. In this case, both the alpha males and the “sneaking” males will be selected for, but medium-sized males, which can’t overtake the alpha males and are too big to sneak copulations, are selected against. Diversifying selection can also occur when environmental changes favor individuals on either end of the phenotypic spectrum. Imagine a population of mice living at the beach where there is light-colored sand interspersed with patches of tall grass. In this scenario, light-colored mice that blend in with the sand would be favored, as well as dark-colored mice that can hide in the grass. Medium-colored mice, on the other hand, would not blend in with either the grass or the sand, and would thus be more likely to be eaten by predators. The result of this type of selection is increased genetic variance as the population becomes more diverse.

Figure 9. In diversifying selection, two or more extreme phenotypes are selected for, while the average phenotype is selected against.

سؤال الممارسة

Different types of natural selection can impact the distribution of phenotypes within a population (refer back to Figures 7, 8, and 9). In recent years, factories have become cleaner, and less soot is released into the environment. What impact do you think this has had on the distribution of moth color in the population?

Frequency-dependent Selection

Another type of selection, called frequency-dependent selection, favors phenotypes that are either common (positive frequency-dependent selection) or rare (negative frequency-dependent selection). An interesting example of this type of selection is seen in a unique group of lizards of the Pacific Northwest. Male common side-blotched lizards come in three throat-color patterns: orange, blue, and yellow.

Figure 10. A yellow-throated side-blotched lizard is smaller than either the blue-throated or orange-throated males and appears a bit like the females of the species, allowing it to sneak copulations. (credit: “tinyfroglet”/Flickr)

Each of these forms has a different reproductive strategy: orange males are the strongest and can fight other males for access to their females blue males are medium-sized and form strong pair bonds with their mates and yellow males (Figure 10) are the smallest, and look a bit like females, which allows them to sneak copulations. Like a game of rock-paper-scissors, orange beats blue, blue beats yellow, and yellow beats orange in the competition for females. That is, the big, strong orange males can fight off the blue males to mate with the blue’s pair-bonded females, the blue males are successful at guarding their mates against yellow sneaker males, and the yellow males can sneak copulations from the potential mates of the large, polygynous orange males.

In this scenario, orange males will be favored by natural selection when the population is dominated by blue males, blue males will thrive when the population is mostly yellow males, and yellow males will be selected for when orange males are the most populous. As a result, populations of side-blotched lizards cycle in the distribution of these phenotypes—in one generation, orange might be predominant, and then yellow males will begin to rise in frequency. Once yellow males make up a majority of the population, blue males will be selected for. Finally, when blue males become common, orange males will once again be favored.

Negative frequency-dependent selection serves to increase the population’s genetic variance by selecting for rare phenotypes, whereas positive frequency-dependent selection usually decreases genetic variance by selecting for common phenotypes.

Sexual Selection

Males and females of certain species are often quite different from one another in ways beyond the reproductive organs. Males are often larger, for example, and display many elaborate colors and adornments, like the peacock’s tail, while females tend to be smaller and duller in decoration. Such differences are known as sexual dimorphisms (Figure 11), which arise from the fact that in many populations, particularly animal populations, there is more variance in the reproductive success of the males than there is of the females. That is, some males—often the bigger, stronger, or more decorated males—get the vast majority of the total matings, while others receive none. This can occur because the males are better at fighting off other males, or because females will choose to mate with the bigger or more decorated males. In either case, this variation in reproductive success generates a strong selection pressure among males to get those matings, resulting in the evolution of bigger body size and elaborate ornaments to get the females’ attention. Females, on the other hand, tend to get a handful of selected matings therefore, they are more likely to select more desirable males.

Sexual dimorphism varies widely among species, of course, and some species are even sex-role reversed. In such cases, females tend to have a greater variance in their reproductive success than males and are correspondingly selected for the bigger body size and elaborate traits usually characteristic of males.

Figure 11. Sexual dimorphism is observed in (a) peacocks and peahens, (b) Argiope appensa spiders (the female spider is the large one), and in (c) wood ducks. (credit “spiders”: modification of work by “Sanba38”/Wikimedia Commons credit “duck”: modification of work by Kevin Cole)

The selection pressures on males and females to obtain matings is known as sexual selection it can result in the development of secondary sexual characteristics that do not benefit the individual’s likelihood of survival but help to maximize its reproductive success. Sexual selection can be so strong that it selects for traits that are actually detrimental to the individual’s survival. Think, once again, about the peacock’s tail. While it is beautiful and the male with the largest, most colorful tail is more likely to win the female, it is not the most practical appendage. In addition to being more visible to predators, it makes the males slower in their attempted escapes. There is some evidence that this risk, in fact, is why females like the big tails in the first place. The speculation is that large tails carry risk, and only the best males survive that risk: the bigger the tail, the more fit the male. This idea is known as the handicap principle.

ال good genes hypothesis states that males develop these impressive ornaments to show off their efficient metabolism or their ability to fight disease. Females then choose males with the most impressive traits because it signals their genetic superiority, which they will then pass on to their offspring. Though it might be argued that females should not be picky because it will likely reduce their number of offspring, if better males father more fit offspring, it may be beneficial. Fewer, healthier offspring may increase the chances of survival more than many, weaker offspring.

In both the handicap principle and the good genes hypothesis, the trait is said to be an honest signal of the males’ quality, thus giving females a way to find the fittest mates—males that will pass the best genes to their offspring.

No Perfect Organism

Natural selection is a driving force in evolution and can generate populations that are better adapted to survive and successfully reproduce in their environments. But natural selection cannot produce the perfect organism. Natural selection can only select on existing variation in the population it does not create anything from scratch. Thus, it is limited by a population’s existing genetic variance and whatever new alleles arise through mutation and gene flow.

Natural selection is also limited because it works at the level of individuals, not alleles, and some alleles are linked due to their physical proximity in the genome, making them more likely to be passed on together (linkage disequilibrium). Any given individual may carry some beneficial alleles and some unfavorable alleles. It is the net effect of these alleles, or the organism’s fitness, upon which natural selection can act. As a result, good alleles can be lost if they are carried by individuals that also have several overwhelmingly bad alleles likewise, bad alleles can be kept if they are carried by individuals that have enough good alleles to result in an overall fitness benefit.

Furthermore, natural selection can be constrained by the relationships between different polymorphisms. One morph may confer a higher fitness than another, but may not increase in frequency due to the fact that going from the less beneficial to the more beneficial trait would require going through a less beneficial phenotype. Think back to the mice that live at the beach. Some are light-colored and blend in with the sand, while others are dark and blend in with the patches of grass. The dark-colored mice may be, overall, more fit than the light-colored mice, and at first glance, one might expect the light-colored mice be selected for a darker coloration. But remember that the intermediate phenotype, a medium-colored coat, is very bad for the mice—they cannot blend in with either the sand or the grass and are more likely to be eaten by predators. As a result, the light-colored mice would not be selected for a dark coloration because those individuals that began moving in that direction (began being selected for a darker coat) would be less fit than those that stayed light.

Finally, it is important to understand that not all evolution is adaptive. While natural selection selects the fittest individuals and often results in a more fit population overall, other forces of evolution, including genetic drift and gene flow, often do the opposite: introducing deleterious alleles to the population’s gene pool. Evolution has no purpose—it is not changing a population into a preconceived ideal. It is simply the sum of the various forces described in this chapter and how they influence the genetic and phenotypic variance of a population.

أسئلة الممارسة

Give an example of a trait that may have evolved as a result of the handicap principle and explain your reasoning.

List the ways in which evolution can affect population variation and describe how they influence allele frequencies.


شاهد الفيديو: الماسونية والجمعيات السرية بين الخرافة والحقيقة - أحمد سعد زايد (قد 2022).