Prirodna selekcija

Prirodna selekcija je diferencijalno preživljavanje i/ili razmnožavanje jedinki koje se razlikuju u osobinama, odnosno fenotipu. Jedinica selekcije može biti gen, jedinka ili čitava populacija.[1] Selekcija podrazumeva odabiranje jedinki (potomaka) koji će činiti sledeću generaciju. Izdvajanjem određenih fenotipova, odnosno genotipova, oni se favorizuju pri čemu se menja genetička struktura populacije. Ključni mehanizam evolucije je promena naslednih osobina karakterističnih za populaciju tokom generacija. Čarls Darvin je popularizovao termin „prirodna selekcija“, suprotno veštačkoj selekciji, koja je po njegovom mišljenju namerna, dok prirodna selekcija nije.

Varijacije postoje u svim populacijama organizama. One nastaju jer se slučajne mutacije javljaju u genomu organizma, a njihovo potomstvo može naslediti takve mutacije. Tokom života pojedinaca, njihovi genomi su u interakciji sa okruženjem što uzrokuje razlike u osobinama. Okruženje genoma obuhvata procese u ćeliji, drugim ćelijama, drugim jedinkama, populacijama, vrstama, kao i abiotičko okruženje. Budući da osobe sa određenim varijantama osobine teže da prežive i razmnožavaju se više od jedinki sa drugim manje uspešnim varijantama, populacija evoluira. Ostali faktori koji utiču na reproduktivni uspeh uključuju seksualnu selekciju (koja je sada često uključena u prirodnu selekciju) i selekciju plodnosti (fekunditet).

Prirodna selekcija deluje na fenotip, odnosno osobine organizma koje zapravo stupaju u interakciju sa okolinom, a genetička (nasledna) osnova svakog fenotipa koja mu omogućava reproduktivnu prednost može postati češća u populaciji. Vremenom se na ovaj način mogu formirati populacije koje su specijalizovane za određene ekološke niše (mikroevolucija), što na kraju dovodi do specijacije (pojava novih vrsta, makroevolucija), a sve to označava da je prirodna selekcija ključni proces u evoluciji populacije.

Prirodna selekcija se često označava i kao kamen temeljac moderne biologije. Ovakav koncept su objavili Darvin i Alfred Rasel Valas tokom prezentacije radova 1858. godine, a razrađen je i u Darvinovoj knjizi „O poreklu vrsta” iz 1859. godine. Darvin je prirodnu selekciju opisao analogno veštačkoj selekciji, procesu kojim uzgajivači favorizuju (odabiraju) životinje i biljke sa osobinama koje smatraju poželjnim, poput boljeg prinosa, otpornosti na bolesti i vremenske uslove itd. Koncept prirodne selekcije prvobitno se razvio u odsustvu validne teorije nasleđivanja zbog nedostatka znanja iz oblasti genetike.

Terminologija uredi

Pojam prirodna selekcija najčešće se definiše kao mehanizam koji deluje na nasledne osobine, međutim, prirodna selekcija može biti „slepa“ u smislu da promene u fenotipu mogu dati reproduktivnu prednost bez obzira na to da li je osobina nasledna ili ne.[2][3][4][5] Ponekad je bitno razlikovati mehanizme i efekte selekcije. Kada je ova razlika važna, naučnici definišu „(fenotipsku) prirodnu selekciju„ konkretno kao „one mehanizme koji doprinose selekciji jedinki koje se razmnožavaju“, bez obzira na to da li je osnova selekcije nasledna.[6][7][8] Kaže se da se selekcijom biraju i favorizuju osobine koje dovode do većeg reproduktivnog uspeha organizma, dok se one koje smanjuju uspeh eliminišu.[9]

Mehanizmi uredi

 
Industrijski melanizam. Prikazani su moljci svetlije i tamije obojenosti.

Varijacije nasleđivanja, diferencijalna reprodukcija uredi

Varijacije se javljaju među jedinkama bilo koje populacije i neke od razlika mogu poboljšati verovatnoću preživljavanja i razmnožavanja jedinke tako da se poveća njegova reproduktivna stopa tokom života, što znači da ostavlja više potomaka. Ako su osobine koje dovode do toga nasledne, odnosno prenose se sa roditelja na potomstvo, tada se javlja diferencijalna reprodukcija—nešto veći udeo potomaka poput bržih zečeva ili efikasnijih algi u narednoj generaciji. Bilo koja povoljna/pozitivna nasledna osobina će postati dominantna u populaciji nakon mnogo generacija nasleđivanja. Darvin je opisao to da spoljašnje, prirodno okruženje jedinke „bira”, odnosno selektuje osobine koje daju reproduktivnu prednost jedinkama, time uzrokujući evolutivne promene.[10] Za razliku od prirodne, veštačka selekcija je namenska tamo gde prirodna selekcija nije, a biolozi često koriste teleološki jezik da bi je opisali.[11]

Najpoznatiji primer je Biberasti moljac koji se javlja u tamnim i svetlim bojama u Velikoj Britaniji. Tokom industrijske revolucije mnoga stabla koja su prirodno stanište moljcima su pocrnela od čađi, što je tamno obojenim moljcima dalo prednost u skrivanju od predatora. Tada su tamni moljci imali veće šanse za preživljavanje i ostavljali su potomstvo takođe tamne boje. Za samo pedeset godina od prve selekcije tamnog moljca, gotovo svi moljci u industrijskom Mančesteru bili su tamno obojeni. Ravnoteža obojenosti je preokrenuta pomoću uvedenog Zakona o čistom vazduhu iz 1956, čime su tamni moljci ponovo postali retki, što direktno pokazuje uticaj prirodne selekcije na evoluciju biberastog moljca. Ovakav efekat je poznat i kao Industrijski melanizam.[12]

Još jedan od primera delovanja prirodne selekcije na učestalost pojedinačnih genskih alela u ljudskim populacijama odnosi se na bolest srpastu anemiju, čestu bolest kod afričkih urođenika. Ovu anemiju (malokrvnost) određuje dominantan alel (S) koji dovodi do stvaranja izmenjenog hemoglobina (HbS). Taj hemoglobin je smanjene rastvorljivosti usled čega se ne raspoređuje normalno po eritrocitima pa oni dobijaju srpast oblik. Izmenjeni hemoglobin ima i smanjenu sposobnost vezivanja O2 što dovodi do anemije i niza drugih poremećaja. U homozigotnom stanju (SS) gen je letalan zbog teškog oblika anemije. Osobe koje su recesivni homozigoti (ss) nisu anemične, ali zato lako oboljevaju od malarije, bolesti koja je česta u Africi. Heterozigoti (Ss) se odlikuju najvećom životnom sposobnošću jer imaju blag oblik anemije i istovremeno imaju i manju šansu da obole od malarije. Ovo je primer za delovanje ravnotežne selekcije, koja favorizuje heterozigote, a odstranjuje homozigote i tako se u populaciji održavaju dva alela (S i s).

Adaptivna vrednost uredi

Koncept fitnesa (adaptivna vrednost) je važan za prirodnu selekciju. Sposobnost opstanka jednog genotipa u prirodi najbolje se meri brojem potomaka koje on ostavlja sledećoj generaciji (reproduktivni uspeh). Prema tome, ukoliko jedinke žive i upola kraće od ostalih vrsta, ali daju dvostruko više potomaka koji preživljavaju do doba adulta, njihovi geni će postati češći u narednim generacijama.

Adaptivna vrednost je broj reproduktivno zrelih potomaka jednog genotipa u odnosu na neki drugi genotip u istoj populaciji.[13] Na primer, ako genotip AA daje za 20%, a genotip aa za 10% manje potomaka od genotipa Aa, onda će njihove relativne adaptivne vrednosti (W) iznositi – za genotip AA 0,8, a za genotip aa 0,9. Skup faktora koji smanjuje njihovu adaptivnu vrednost čini selekcioni koeficijent (S). Adaptivna vrednost i selekcioni koeficijent dopunjuju se do 1, ili 100%—W + S = 1.

Kompeticija uredi

U biologiji se kompeticija označava kao interakcija između organizama u kojoj se fitnes jednog organizma smanjuje prisustvom drugog organizma. Kompeticija može nastati zbog korišćenja istih ograničenih prirodnih resursa poput vode, hrane, teritorije itd.[14] Može biti direktna ili indirektna, unutar jedne ili između različitih vrsta. Vrste koje su slabije u ovom odnosu bi se trebale ili prilagoditi ili će izumreti jer konkurencija ima jaču ulogu u prirodnoj selekciji.[15]

Kompeticija je predstavljena r/K teorijom selekcije koja je zasnovana na izučavanjima ostrvske biogeografije Roberta Makartura i Edvarda Vilsona.[16] U ovoj teoriji, selektivni pritisci pokreću evoluciju u jednom od dva pravca: ka r- ili K-selekciji.[17] Termini, r i K, mogu se ilustrovati u logističkom modelu populacione dinamike:[18]

 

gde r predstavlja stopu rasta populacije (N), a K kapacitet lokalnog okruženja. Vrste koje pripadaju r-selekciji zauzimaju prazne niše i daju mnogo potomstva, svako sa relativno malom verovatnoćom da preživi do doba adulta. Suprotno tome, u slučaju K-selekcije vrste su snažni konkurenti u nišama koje su naseljene različitim vrstama i ulažu više energije u manje brojno potomstvo, svako sa relativno velikom verovatnoćom da preživi do adultnog stadijuma.[18]

Klasifikacija selekcije uredi

Prirodna selekcija je mehanizam koji može delovati na veliki broj fenotipskih osobina[19], a selektivni pritisak može biti izazvan od strane bilo kog aspekta spoljašnje sredine, uključujući kompeticiju i seksualnu selekciju.[20][21] Prirodna selekcija nije uvek usmerena ka adaptivnoj evoluciji, već često samo održava postojeće odnose u ravnoteži tako što uklanja manje uspešne varijante.[10]Selekcija se može klasifikovati na osnovu uticaja na osobine, genetički diverzitet (raznovrsnost), faze životnog ciklusa u kojoj deluje, jedinice selekcije itd.

Uticaj na osobinu uredi

 
1. Direkciona selekcija 2. Stabilizaciona selekcija 3. Disruptivna selekcija X osa - fenotipska osobina Y osa - broj organizama Grupa A - populacija pre selekcije Grupa B - populacija nakon delovanja selekcije.

Razlikujemo stabilizacionu, direkcionu i disruptivnu selekciju. Stabilizaciona selekcija deluje sa ciljem da se osobina održi u optimumu (favorizovanje osobina sa srednjom vrednošću). Direkciona selekcija favorizuje jednu od ekstremnih vrednosti neke osobine, bilo da su u pitanju minimum ili maksimum. Disruptivna selekcija favorizuje obe ekstremne vrednosti i tada se unimodalna raspodela pretvara u bimodalnu.[22][10]

Uticaj na genetički diverzitet uredi

Negativna selekcija deluje tako što uklanja genetičke varijante iz populacija. Međutim, suprotno negativnoj selekciji, de novo mutacije uvode nove varijacije.[23][24] Suprotno ovom mehanizmu, ravnotežna selekcija teži da održi genetičku varijabilnost u populaciji. Primer je prednost heterozigota (jedinke sa dva različita alela imaju selektivnu prednost) u odnosu na homozigote (jedna varijanta alela). Polimorfizam lokusa ljudske ABO krvne grupe je objašnjen pomoću ovih mehanizama.[25]

Uticaj na jedinicu selekcije uredi

Selekcija može delovati na nivou gena, jedinke ili populacije. Još uvek su aktuelne debate o primerima i verovatnoći selekcije na nivou populacije u prirodi.[26]

Trka u naoružanju uredi

Primer prirodne selekcije koji je lako uočljiv je razvoj rezistencije mikroorganizama na antibiotike. Zloupotreba antibiotika u kliničkoj upotrebi dovela je do razvoja rezistencije bakterija na lekove, poput vrste Staphylococcus aureus koja je otporna na meticilin i time predstavlja pretnju po zdravlje.[27] Potencijalno rešenje za ovakav problem je upotreba različitih i jačih antibiotika, ali u ovom slučaju, bakterija je pokazala otpornost čak i na ove lekove.[28] Ovaj primer predstavlja takozvanu evolucionu trku u naoružanju, što znači da sa jedne strane naučnici pokušavaju da razviju delotvornije i jače antibiotike, dok sa druge strane bakterije razvijaju sojeve koji su manje osetljivi na antibiotike. Slično se javlja i u odnosu pesticid-biljke ili insekti.

Evolucija putem prirodne selekcije uredi

Da bi prirodna selekcija rezultirala adaptivnom evolucijom, novim osobinama i specifikacijama, potrebno je prisustvo naslednih genetičkih varijacija koje imaju različite vrednosti fitnesa. Varijacije su rezultat mutacija, genetičkih rekombinacija i razlika u kariotipu, odnosno broju i veličini hromozoma. Iako bez većih efekata, promene ipak mogu imati pozitivan ili negativan efekat. Ranije se smatralo da su mutacije u naslednom materijalu neutralne i da dovode do sinonimnih supstitucija (zamena). Međutim, mnoge mutacije u nekodirajućim delovima DNK mogu biti štetne.[29][30] Ukoliko se mutacije javljaju u regulatornim genima, to može dovesti do velikih i vidljivih promena na nivou fenotipa iz prostog razloga što regulatorni geni ne deluju zasebno, već regulišu funkciju i ekspresiju velikog broja drugih gena u čijoj regulaciji učestvuju. Primer za mutacije u regulatornim genima su i neke od nesmrtonosnih poput mutacija u HOX genima kod čoveka koje dovode do pojave cervikalnog rebra ili polidaktilije kada se povećava broj prstiju na ekstremitetima.[31]

Kada mutacije dovode do većeg fitnesa, odnosno veće adaptivne vrednosti, prirodna selekcija će težiti da favorizuje ovakve fenotipove i osobina će se nasleđivati i širiti u populaciji. Osobine i njihov fitnes nisu nepromenljivi jer određena osobina može biti povoljna u određenim uslovima životne sredine, ali sa njihovom promenom, menja se i efekat kao i vrednost fitnesa.

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ Stojković, Biljana; Tucić, Nikola (2012). Od molekula do organizma - molekularna i fenotipska evolucija. Beograd: Službeni glasnik. str. 424. ISBN 978-86-519-1408-2. 
  2. ^ Darvin, Čarls (1859)
  3. ^ Fišer, Ronald (1930)
  4. ^ Vilijams, Džordž (1966)
  5. ^ Endler, Džon (1986)
  6. ^ Haldane, J.B.S. (1954)
  7. ^ Lande, R.; Arnold, S. J. (1983). „The Measurement of Selection on Correlated Characters”. Evolution; International Journal of Organic Evolution. 37 (6): 1210—1226. PMID 28556011. S2CID 36544045. doi:10.1111/j.1558-5646.1983.tb00236.x. 
  8. ^ Futuyma, Douglas J. (2005)
  9. ^ Sober, Elliott (1993)
  10. ^ a b v "Evolution and Natural Selection". University of Michigan. 10 October 2010. Retrieved 9 November 2016.
  11. ^ "Teleological Notions in Biology". Stanford Encyclopedia of Philosophy. 18 May 2003. Retrieved 28 July 2016.
  12. ^ Hof, Arjen E. van't; Campagne, Pascal; Rigden, Daniel J.; Yung, Carl J.; Lingley, Jessica; Quail, Michael A.; Hall, Neil; Darby, Alistair C.; Saccheri, Ilik J. (2016). „The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element”. Nature. 534 (7605): 102—105. Bibcode:2016Natur.534..102H. PMID 27251284. S2CID 3989607. doi:10.1038/nature17951. .
  13. ^ Orr, H. Allen (2009). „Fitness and its role in evolutionary genetics”. Nature Reviews Genetics. 10 (8): 531—539. PMC 2753274 . PMID 19546856. doi:10.1038/nrg2603. .
  14. ^ Begon, Michael; Townsend, Colin R.; Harper, John L. (1996). Ecology: Individuals, Populations and Communities (3rd ed.). Oxford; Cambridge, MA: Blackwell Science. ISBN 978-0-632-03801-5. LCCN 95024627. OCLC 32893848
  15. ^ Sahney, Sarda; Benton, Michael J.; Ferry, Paul A. (2010). „Links between global taxonomic diversity, ecological diversity and the expansion of vertebrates on land”. Biology Letters. 6 (4): 544—547. PMC 2936204 . PMID 20106856. doi:10.1098/rsbl.2009.1024. .
  16. ^ MacArthur, Robert H.; Wilson, Edward O. (2001) [Originally published 1967]. The Theory of Island Biogeography. Princeton Landmarks in Biology. New preface by Edward O. Wilson. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-08836-5. LCCN 00051495. OCLC 45202069
  17. ^ Pianka, Eric R. (1970). „On r- and K-Selection”. The American Naturalist. 104 (940): 592—597. S2CID 83933177. doi:10.1086/282697. 
  18. ^ a b Verhulst, Pierre François (1838). "Correspondance mathématique et physique. 1827. " (in French). Brussels, Belgium. 10: 113–121. OCLC 490225808
  19. ^ Zimmer, Carl; Emlen, Douglas J. (2013). Evolution: Making Sense of Life (1st ed.). Greenwood Village, CO: Roberts and Company Publishers. ISBN 978-1-936221-17-2. LCCN 2012025118. OCLC 767565909
  20. ^ Miller 2000, str. 8
  21. ^ Arnqvist, Göran; Rowe, Locke (2005). Sexual Conflict. Princeton University Press. pp. 14–43. Arnqvist, Göran; Rowe, Locke (25. 7. 2005). Sexual Conflict. Princeton University Press. str. 15. ISBN 978-0-691-12218-2. OCLC 937342534. 
  22. ^ Tucić N. 2003. Evoluciona biologija. NNK International: Beograd. ISBN 978-86-83635-24-5.
  23. ^ Lemey, Salemi & Vandamme 2009
  24. ^ Loewe, Laurence (2008). "Negative Selection". Nature Education. Cambridge, MA: Nature Publishing Group. OCLC 310450541
  25. ^ Villanea, Fernando A.; Safi, Kristin N.; Busch, Jeremiah W. (2015). „A General Model of Negative Frequency Dependent Selection Explains Global Patterns of Human ABO Polymorphism”. PLOS ONE. 10 (5): e0125003. Bibcode:2015PLoSO..1025003V. PMC 4422588 . PMID 25946124. doi:10.1371/journal.pone.0125003 . .
  26. ^ Wade, Michael J.; Wilson, David S.; Goodnight, Charles; Taylor, Doug; Bar-Yam, Yaneer; De Aguiar, Marcus A. M.; Stacey, Blake; Werfel, Justin; Hoelzer, Guy A.; Brodie Iii, Edmund D.; Fields, Peter; Breden, Felix; Linksvayer, Timothy A.; Fletcher, Jeffrey A.; Richerson, Peter J.; Bever, James D.; Van Dyken, J. David; Zee, Peter (2010). „Multilevel and kin selection in a connected world”. Nature. 463 (7283): E8—E9. Bibcode:2010Natur.463....8W. PMC 3151728 . PMID 20164866. doi:10.1038/nature08809. .
  27. ^ Harvey, Fiona; Carson, Mary; O'Kane, Maggie; Wasley, Andrew (18 June 2015). "MRSA superbug found in supermarket pork raises alarm over farming risks". The Guardian.
  28. ^ Schito, G.C. (2006). „The importance of the development of antibiotic resistance in Staphylococcus aureus”. Clinical Microbiology and Infection. 12: 3—8. PMID 16445718. S2CID 27281066. doi:10.1111/j.1469-0691.2006.01343.x. .
  29. ^ Kryukov, Gregory V.; Schmidt, Steffen; Sunyaev, Shamil (2005). „Small fitness effect of mutations in highly conserved non-coding regions”. Human Molecular Genetics. 14 (15): 2221—2229. PMID 15994173. doi:10.1093/hmg/ddi226. .
  30. ^ Bejerano, Gill; Pheasant, Michael; Makunin, Igor; Stephen, Stuart; Kent, W. James; Mattick, John S.; Haussler, David (2004). „Ultraconserved Elements in the Human Genome”. Science. 304 (5675): 1321—1325. Bibcode:2004Sci...304.1321B. PMID 15131266. S2CID 2790337. doi:10.1126/science.1098119. .
  31. ^ Zákány, József; Fromental-Ramain, Catherine; Warot, Xavier; Duboule, Denis (1997). „Regulation of number and size of digits by posterior Hox genes: A dose-dependent mechanism with potential evolutionary implications”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 94 (25): 13695—13700. Bibcode:1997PNAS...9413695Z. PMC 28368 . PMID 9391088. doi:10.1073/pnas.94.25.13695 . .

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi