Естествен отбор

Естественият подбор (на англ. natural selection) е биологичен процес, при който полезните за организма наследствени черти стават по-често срещани във всяко следващо поколение на една популация, а неблагоприятните - по-рядко срещани, поради разлики във възобновяването на генотиповете. Естественият подбор оказва влияние върху фенотипа (външните белези на един организъм), като организми с по-благоприятен фенотип имат по-голям шанс да оцелеят и имат поколение, отколкото други с по-неблагоприятен фенотип. Честотата на срещаемост на генотипа на по-приспособения към условията на средата фенотип се увеличава от поколение на поколение. Естественият подбор може да доведе в течение на времето до приспособяване и специализация на организма към определена екологична ниша, което може да завърши с образуването на нов вид. С други думи, естественият подбор е механизмът, чрез който еволюцията се извършва в популацията на даден организъм.

В днешно време естественият подбор е един от крайъгълните камъни на модерната биология. Терминът е въведен през 1859 г. от английския естествоизпитател Чарлз Дарвин, когато излиза от печат неговата най-известна книга „Произход на видовете“ („The Origin of Species“). В нея естествения подбор е описан по аналогия на изкуствената селекция, практикувана от човека, при която животни с желани белези или качества биват отделяни и използвани за разплод.

Идеята за естествения подбор бива развита по време, когато липсва достоверна теория, обясняваща наследствеността. По времето, когато Дарвин пише за еволюция, естествен подбор и произход на видове, още нищо не се знае за наследствеността и законите на генетиката. Въпреки че Грегор Мендел, бащата на модерната генетика, е съвременник на Дарвин, трудовете му остават непознати до началото на 20 век. Събирането в едно на класическата Дарвинова теория с извършените впоследствие открития в областта на класическата и молекулярната генетика дава началото на съвременната теория за еволюцията. Въпреки, че биват открити и други механизми на молекулярната еволюция, като например неутралната теория на Мотоо Кимура, които също са важни фактори, обуславящи генетичното разнообразие, естественият подбор остава единственото първично обяснение на адаптивната еволюция.

Основни принципи

Илюстрации на Чарлз Дарвин на изменението на човката при чинките от островите Галапагос, на които обитават 13 тясно свързани вида, които се различават помежду си главно по формата на човката. Човката на всеки вид подхожда на предпочитаната храна, което говори за оформянето ѝ от естествения подбор

Естественият подбор влияе върху фенотипа (физичните характеристики) на един организъм. Фенотипът се определя от генетичния състав на организма (генотипа) и от условията на околната среда, в които живее той. Често пъти естественият подбор оказва влияние върху специфични черти на един индивид, като термините "фенотип" и "генотип" се използват в тесен смисъл, за да укажат тези специфични белези.

Когато отделните организми в една популация притежават различен набор от гени, определящи даден белег, всяка една от тях се нарича алел. Именно тази генетична изменчивост е в основата на фенотипните белези. Типичен пример в това отношение е комбинацията от няколко гена за цвят на очите при човека, които заедно определят фенотипа на сините очи. Когато всички индивиди в една популация притежават един и същ алел за определен белег, и този белег е постоянен във времето, става въпрос за фиксиран алел в тази популация.

Някои белези се контролират само от един-единствен ген, но по-голямата част от белезите се определя от взаимодействието на няколко гени. Изменчивост в един от тези гени може да има малко влияние върху фенотипа. Заедно, тези гени водят до континуум от възможни фенотипни стойности.

Номенклатура и употреба

Терминът "естествен подбор" може за има различно значение (само нюанси) в зависимост от контекста. Най-общо се използва, когато се има предвид, че оказва влияние върху унаследяеми черти. Понякога обаче може да се отнася до характерен размножителен успех на фенотипове, независимо дали последните са унаследяеми или не. Действието на естествения подбор е "сляпо", в смисъл - нивото на размножаване на индивида е функция от фенотипа, а не дали и в каква степен фенотипът се унаследява. Първоначално терминът е употребяван от Дарвин едновременно и за описание на следствията от сляпата селекция, и за нейния механизъм. Понякога се налага да се прави изрична разлика между механизма на подбора и неговите последствия. Тогава учените дават допълнително следното определение - "този механизъм, който допринася за селекцията на индивиди, които се размножават", без значение дали селекцията се прави по унаследяеми или неунаследяеми черти. Това понякога се обозначава като "фенотипен естествен подбор".

Черти, които спомагат за подобряване на успеха при размножаването, често се казва, че са подложени на положителна селекция. Обратно, тези, които намаляват шансовете за създаване на поколение, са подложени на отрицателна селекция. При положителна селекция на даден белег често води до положителна селекция и на други белези, свързани с него, без те да оказват пряко влияние на приспособимостта. Това може да доведе до плеитропия или свързване на гени.

Приспособимост

За повече информация вижте основната статия Приспособимост

Понятието "приспособимост" е централно за естествения подбор. Както и при понятието "естествен подбор", съществуват различни мнения относно точната му дефиниция. Въпреки, че на разговорен език под "приспособимост" се разбира качество или качества, които помагат на даден индивид да оцелее - например в прочутата фраза "оцеляване на най-приспособения" - съвременната теория за еволюцията обвързва определението на термина с размножаването на индивида. Идеята на този подход е следната - ако един индивид живее два пъти по-малко от друг от същия вид, но оставя два пъти повече потомци в сравнение него, които оцеляват и дават потомство, то неговите гени стават по-често срещани сред зрелите индивиди в популацията на следващото поколение. Това е известно като диференциално размножаване.

Макар и естественият подбор да оказва влияние върху всеки един от индивидите от една популация поотделно, приспособимостта на един генотип се изразява като средностатистическото влияние на естествения подбор върху всички индивиди с този генотип. Генотип с много ниска приспособимост води до това, че носителите му средно имат малко на брой или никакви потомци. За пример при хората може да се дадат случаите на генетични смущения от типа на муковисцидозата. Реалността обаче е по-комплексна. Наличието например на дрепаноцитоза наистина води до ниска приспособимост в човешката популация като цяло. От друга страна, поради факта, че същата дава имунитет срещу маларията, то в популации с висока степен на заразимост от малария, ефектът се изразява във високи стойности на приспособимостта. Най-общо казано, приспособимостта на един организъм е функция от приспособимостта на всичките му алели. Понеже приспособимостта е средностатистическа величина, възможно е благоприятна мутация да се появи в индивид, който обаче не доживява до зряла възраст (съответно не оставя поколение) по съвсем други причини.

Видове отбор

Естественият подбор може да оказва въздействие върху която и да е фенотипна черта, а който и да е фактор на околната среда (включително брачен партньор или други представители на рода) може да оказва селективно влияние. Въпреки това, това не означава, че естественият подбор задължително и последователно води до адаптивна еволюция. Най-често ролята на естествения подбор се изразява в поддържане на статуквото, като по-слабо приспособените варианти биват елиминирани.

Селекционната единица (нивото, на което става подборът) може да бъде не само отделният индивид, но и всяко друго йерархично ниво от биологичната организация, като гени, клетки или роднински групи. Въпросът дали естественият подбор оказва влияние на групи организми или видове, като води до образуването на адаптации, които благоприятстват група от нероднински представители, е все още силно дискусионен. Оборът на ниво гени например може да доведе до увеличаване на приспособимостта на даден ген, като същевременно приспособимостта на индивидите, носители на същия ген, може да намалее. Процесът е познат като вътрегеномен конфликт. Като цяло, селекционният натиск на всички възможни нива определя общата приспособимост на даден индивид, а оттук и резултатът от естествения подбор.

Естественият подбор се проявява на всеки един етап от живота на даден индивид. Той трябва да оцелее до достигане на зряла възраст преди достигането на полова зрялост, като подборът на тези индивиди, които достигат до нея, се нарича подбор по жизненост. При много видове, полово зрелите индивиди трябва да се конкурират за намирането на брачен партньор, в което се изразява половият подбор. От успеха в тази конкуренция зависи кой от тях ще стане родител на следващото поколение. Когато индивидите имат повече от един размножителен период в живота си, по-продължителното оцеляване в периода на полова активност увеличава броя на потомците, в което се изразява подбора по оцеляване. Плодовитостта на мъжките и женските индивиди може да бъде ограничена от подбора по плодовитост. Възможно е да съществуват разлики в жизнеността на произведените гамети, а интергеномният конфликт от типа на мейотичното привличане между хаплоидните гамети може да доведе до гаметен или генен подбор. Не на последно място, някои съчетания от яйцеклетки и сперматозоиди може да са по-съвместими от други, в което се изразява подборът по съвместимост.

Полов подбор

Добре е да се прави разлика между екологичен подбор и терминът с по-тясно значение "полов подбор". Екологичният подбор включва всички селекционни механизми (включително влиянието на роднините при роднинския подбор, както и на индивидите от същия вид, изразяващо се например в конкуренция или детеубийство), докато сексуалният подбор се отнася специално за конкуренцията при намиране на брачен партньор между индивиди от един вид . Сексуалният подбор може да бъде интрасексуален, когато в една популация се конкурират индивиди от един и същ пол, и интерсексуален, когато единият от половете контролира размножителния процес, упражнявайки избор всред популация от налични брачни партньори. Най-често интрасексуалният подбор представлява съперничество между мъжки екземпляри, а интерсексуалния се изразява в избора на брачен партньор от страна на женската, поради общо взето по-голямото количество ресурси, вложени от женския индивид в сравнение с мъжкия в единица потомство.

Генетична теория за естествения подбор

Естественият подбор само по себе си е проста концепция, в която разликите в приспособимостта между различните фенотипове играе решаваща роля. Съчетанието между естествения подбор като механизъм с генетичния материал като работна материя придава огромна сила на еволюционната теория.

Насока на подбора

Когато някоя съставна част на един белег е унаследяема, подборът води до промяна в честотата на различните алели (или честотата на вариантите на гена, които обуславят вариантите на белега). подборът може да бъде разделен на три вида, в зависимост от влиянието му върху алелната честота .

Движещ естествен подбор се наблюдава в случаите, когато някои алели имат по-голяма приспособимост от други, което води до увеличена честота на тези алели. Този процес може да продължава до момента, в който алелът бива фиксиран и оттам нататък цялата популация представя само най-приспособения фенотип. Далеч по-често наблюдаван е стабилизиращият естествен подбор. При него се намалява честотата на гените, които имат вреден ефект върху фенотипа (т.е., които водят до организми с намалена приспособимост). Този процес може да доведе в крайна сметка до елиминиране на гена от популацията.

Еволюция посредством естествения подбор

Натруфената опашка на пауна се счита за резултат на сексуалния подбор, упражняван от женските. Този паун е албинос - той е носител на мутация, която го прави неспособен да произвежда меланин. Отрицателната селекция при албиносите в природата е интензивна, защото те лесно се забелязват от хищниците или нямат успех в борбата за брачен партньор, като така тези мутации биват обикновено бързо елиминирани при естествения подбор.

Предпоставка за това естественият подбор да доведе до адаптивна еволюция, нови черти или видообразуване е наличието на генетично разнообразие, което довежда до разлики в приспособимостта. Генетичното разнообразие е резултат на мутации, рекомбинации и изменения в кариотипа (брой, форма, размери и вътрешна организация на хромозомите). Всяка една от тези промени може да има силно положителни или определено вредни последствия, като мащабни промени са много рядко срещани. В миналото множество промени в генетичния материал са били считани за неутрални или близки до неутралните, защото настъпват само в некодираща ДНК или довежда само до синонимно заместване. Последните изследвания показват обаче, че редица мутации в некодираща ДНК в действителност имат в слаба степен вредно влияние. Въпреки, че и темпа на мутиране, и последствията от мутациите за средната приспособимост зависят от организма, оценки въз основа на данни при хората, че по-голямата част от мутациите имат слаб вреден ефект.

От определението за приспособимост, по-приспособени индивиди имат по-големи шансове да имат потомство в следващото поколение, докато вероятността по-слабо приспособените индивиди да умрат преди да участват в размножаването са по-големи. В резултат на това, алели, които средно осигуряват по-голяма приспособимост, стават по-често срещани в следващото поколение, докато алели, намаляващи приспособимостта, стават по-редки. Ако селекционната сила остава непроменена в течение на много поколения, благотворните алели стават все по-често срещани, докато в крайна сметка не доминират в цялата популация, докато алелите, свързани с ниска приспособимост, изчезват. Във всяко поколение се появяват спонтанно нови мутации и рекомбинации, което дава начало на нов спектър от фенотипове. По този начин, всяко ново поколение ще бъде обогатявано от увеличеното относително участие на алелите, които допринасят за появата на тези черти, селектирани от естествения подбор, засилващи същевременно тези черти от поколение на поколение.

Източници

Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Natural selection“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите.