19.3: التطور التكيفي
- Page ID
- 196057
المهارات اللازمة للتطوير
- اشرح الطرق المختلفة التي يمكن أن يؤدي بها الانتقاء الطبيعي إلى تشكيل السكان
- وصف كيف يمكن لهذه القوى المختلفة أن تؤدي إلى نتائج مختلفة من حيث التباين السكاني
يعمل الانتقاء الطبيعي فقط على السمات الوراثية للسكان: اختيار الأليلات المفيدة وبالتالي زيادة تواترها بين السكان، مع الاختيار مقابل الأليلات الضارة وبالتالي تقليل تواترها - وهي عملية تعرف باسم التطور التكيفي. ومع ذلك، فإن الانتقاء الطبيعي لا يؤثر على الأليلات الفردية، ولكن على الكائنات الحية بأكملها. قد يحمل الفرد نمطًا وراثيًا مفيدًا جدًا مع النمط الظاهري الناتج الذي، على سبيل المثال، يزيد من القدرة على التكاثر (الخصوبة)، ولكن إذا كان هذا الشخص نفسه يحمل أيضًا أليلًا ينتج عنه مرض مميت في مرحلة الطفولة، فلن يتم نقل هذا النمط الظاهري للخصوبة إلى الجيل التالي لأن الفرد لن يعيش حتى يبلغ سن الإنجاب. يعمل الانتقاء الطبيعي على مستوى الفرد؛ فهو يختار الأفراد الذين لديهم مساهمات أكبر في مجموعة الجينات للجيل القادم، والمعروفة باسم اللياقة التطورية (الداروينية) للكائن الحي.
غالبًا ما تكون اللياقة قابلة للقياس الكمي ويتم قياسها من قبل العلماء في هذا المجال. ومع ذلك، ليست اللياقة المطلقة للفرد هي المهمة، بل كيفية مقارنتها بالكائنات الحية الأخرى في المجتمع. يسمح هذا المفهوم، المسمى باللياقة النسبية، للباحثين بتحديد الأفراد الذين يساهمون بنسل إضافي للجيل القادم، وبالتالي، كيف يمكن أن يتطور السكان.
هناك عدة طرق يمكن أن يؤثر بها الاختيار على التباين السكاني: تثبيت الاختيار، والاختيار الاتجاهي، والتنويع في الاختيار، والاختيار المعتمد على التردد، والاختيار الجنسي. نظرًا لأن الانتقاء الطبيعي يؤثر على ترددات الأليل في السكان، يمكن للأفراد إما أن يصبحوا متشابهين وراثيًا إلى حد ما ويمكن أن تصبح الأنماط الظاهرية المعروضة أكثر تشابهًا أو أكثر تباينًا.
اختيار الاستقرار
إذا كان الانتقاء الطبيعي يفضل النمط الظاهري المتوسط، مع الاختيار مقابل التباين الشديد، فسيخضع السكان لعملية اختيار مستقرة (الشكل\(\PageIndex{1}\)). في مجموعة من الفئران التي تعيش في الغابة، على سبيل المثال، من المرجح أن يفضل الانتقاء الطبيعي الأفراد الذين يندمجون بشكل أفضل مع أرضية الغابة ويقل احتمال رصدهم من قبل الحيوانات المفترسة. بافتراض أن الأرض ذات ظل ثابت إلى حد ما من اللون البني، فإن تلك الفئران التي يتطابق فراؤها بشكل وثيق مع هذا اللون ستكون على الأرجح على قيد الحياة والتكاثر، وتنقل جيناتها لمعطفها البني. الفئران التي تحمل الأليلات التي تجعلها أخف قليلاً أو أغمق قليلاً ستبرز على الأرض وستكون أكثر عرضة للوقوع ضحية للافتراس. نتيجة لهذا الاختيار، سينخفض التباين الجيني للسكان.
اختيار اتجاهي
عندما تتغير البيئة، غالبًا ما يخضع السكان للاختيار الاتجاهي (الشكل\(\PageIndex{1}\))، والذي يختار الأنماط الظاهرية في أحد طرفي طيف التباين الحالي. والمثال الكلاسيكي لهذا النوع من الاختيار هو تطور العثة المتبلة في إنجلترا في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. قبل الثورة الصناعية، كانت الفراشات فاتحة اللون في الغالب، مما سمح لها بالاندماج مع الأشجار والأشنات ذات الألوان الفاتحة في بيئتها. ولكن عندما بدأ السخام ينطلق من المصانع، أصبحت الأشجار مظلمة، وأصبح من السهل على الطيور المفترسة اكتشاف العث ذي الألوان الفاتحة. مع مرور الوقت، زاد تواتر الشكل الميلاني للعثة بسبب ارتفاع معدل بقائها في الموائل المتأثرة بتلوث الهواء لأن لونها الداكن امتزج مع الأشجار السخامية. وبالمثل، قد تتطور مجموعة الفئران الافتراضية لتأخذ لونًا مختلفًا إذا تسبب شيء ما في تغيير لون أرضية الغابة التي تعيش فيها. نتيجة هذا النوع من الاختيار هي تحول في التباين الجيني للسكان نحو النمط الظاهري الجديد المناسب.
تنويع الاختيار
في بعض الأحيان يمكن أن يكون لكل من الأنماط الظاهرية المميزة أو أكثر مزاياها ويتم اختيارها عن طريق الانتقاء الطبيعي، في حين أن الأنماط الظاهرية المتوسطة تكون، في المتوسط، أقل ملاءمة. يُعرف هذا باسم الانتقاء المتنوع (الشكل\(\PageIndex{1}\))، ويظهر هذا في العديد من مجموعات الحيوانات التي لها أشكال ذكورية متعددة. يحصل ذكور ألفا الكبار المهيمنون على رفقاء بالقوة الغاشمة، بينما يمكن للذكور الصغار التسلل لإجراء عمليات زواج خفية مع الإناث في منطقة ذكر ألفا. في هذه الحالة، سيتم اختيار كل من ذكور ألفا والذكور «المتسللين»، ولكن يتم اختيار الذكور متوسطي الحجم، الذين لا يمكنهم تجاوز ذكور ألفا وهم أكبر من أن يتسربوا في التزاوج، ضدهم. يمكن أن يحدث التنويع في الاختيار أيضًا عندما تكون التغييرات البيئية لصالح الأفراد على طرفي الطيف المظهري. تخيل مجموعة من الفئران تعيش على الشاطئ حيث توجد رمال فاتحة اللون تتخللها بقع من العشب الطويل. في هذا السيناريو، يفضل استخدام الفئران ذات الألوان الفاتحة التي تمتزج بالرمل، وكذلك الفئران ذات الألوان الداكنة التي يمكن أن تختبئ في العشب. من ناحية أخرى، لن تمتزج الفئران ذات الألوان المتوسطة مع العشب أو الرمل، وبالتالي ستكون أكثر عرضة للأكل من قبل الحيوانات المفترسة. نتيجة هذا النوع من الاختيار هي زيادة التباين الجيني حيث يصبح السكان أكثر تنوعًا.
التمارين\(\PageIndex{1}\)
في السنوات الأخيرة، أصبحت المصانع أكثر نظافة، وتم إطلاق كميات أقل من السخام في البيئة. ما هو تأثير ذلك في رأيك على توزيع لون العثة بين السكان؟
- إجابة
-
لقد تحول العث إلى لون أفتح.
اختيار يعتمد على التردد
هناك نوع آخر من الاختيار، يسمى الاختيار المعتمد على التردد، ويفضل الأنماط الظاهرية الشائعة (الاختيار الإيجابي المعتمد على التردد) أو النادرة (التحديد السلبي المعتمد على التردد). يظهر مثال مثير للاهتمام لهذا النوع من الاختيار في مجموعة فريدة من السحالي في شمال غرب المحيط الهادئ. تأتي ذكور السحالي الجانبية الشائعة بثلاثة أنماط من ألوان الحلق: البرتقالي والأزرق والأصفر. لكل من هذه الأشكال استراتيجية تناسلية مختلفة: الذكور البرتقاليون هم الأقوى ويمكنهم محاربة الذكور الآخرين للوصول إلى الإناث؛ الذكور الزرق متوسطون الحجم ويشكلون روابط زوجية قوية مع زملائهم؛ والذكور ذوو اللون الأصفر (الشكل\(\PageIndex{2}\)) هم الأصغر، ويشبهون الإناث قليلاً، والتي يسمح لهم بتسلل عمليات الجماع. مثل لعبة المقص الورقي الصخري، يتفوق البرتقالي على الأزرق والأزرق يتفوق على الأصفر والأصفر يتفوق على البرتقالي في المنافسة للإناث. أي أن الذكور ذوي اللون البرتقالي الكبير والقوي يمكنهم محاربة الذكور الزرق للتزاوج مع الإناث ذات العلاقة الزوجية الزرقاء، وينجح الذكور الزرق في حماية زملائهم من الذكور ذوي الأحذية الرياضية الصفراء، ويمكن للذكور ذوي اللون الأصفر التسلل من الأزواج المحتملين للذكور ذوي اللون البرتقالي الكبير متعدد الزوجات.
في هذا السيناريو، سيتم تفضيل الذكور ذوي اللون البرتقالي عن طريق الانتقاء الطبيعي عندما يهيمن الذكور الزرق على السكان، وسوف يزدهر الذكور ذوو اللون الأزرق عندما يكون معظم السكان من الذكور ذوي اللون الأصفر، وسيتم اختيار الذكور ذوي اللون الأصفر عندما يكون الذكور البرتقاليون هم الأكثر اكتظاظًا بالسكان. نتيجة لذلك، تدور مجموعات السحالي ذات البقع الجانبية في توزيع هذه الأنماط الظاهرية - في جيل واحد، قد يكون اللون البرتقالي هو السائد، ثم يبدأ الذكور الأصفر في الارتفاع في التواتر. بمجرد أن يشكل الذكور ذوو اللون الأصفر غالبية السكان، سيتم اختيار الذكور ذوي اللون الأزرق. أخيرًا، عندما تصبح الذكور الزرقاء شائعة، سيتم تفضيل الذكور البرتقاليين مرة أخرى.
يعمل الاختيار السلبي المعتمد على التردد على زيادة التباين الجيني للسكان عن طريق اختيار الأنماط الظاهرية النادرة، في حين أن الانتقاء الإيجابي المعتمد على التردد عادة ما يقلل التباين الجيني عن طريق اختيار الأنماط الظاهرية الشائعة.
الاختيار الجنسي
غالبًا ما يختلف الذكور والإناث من أنواع معينة تمامًا عن بعضهم البعض بطرق تتجاوز الأعضاء التناسلية. غالبًا ما يكون الذكور أكبر حجمًا، على سبيل المثال، ويظهرون العديد من الألوان والزخارف المتقنة، مثل ذيل الطاووس، بينما تميل الإناث إلى أن تكون أصغر حجمًا وأكثر باهتة في الزخرفة. تُعرف هذه الاختلافات باسم ازدواج الشكل الجنسي (الشكل\(\PageIndex{3}\))، والتي تنشأ من حقيقة أنه في العديد من المجموعات السكانية، وخاصة مجموعات الحيوانات، هناك تباين في النجاح الإنجابي للذكور أكثر من الإناث. أي أن بعض الذكور - غالبًا ما يكونون الذكور الأكبر أو الأقوى أو الأكثر تزينًا - يحصلون على الغالبية العظمى من إجمالي التزاوج، بينما لا يحصل الآخرون على أي شيء. يمكن أن يحدث هذا لأن الذكور أفضل في محاربة الذكور الآخرين، أو لأن الإناث ستختار التزاوج مع الذكور الأكبر حجمًا أو الأكثر تزينًا. في كلتا الحالتين، يولد هذا الاختلاف في النجاح الإنجابي ضغطًا قويًا على الاختيار بين الذكور للحصول على هذا التزاوج، مما يؤدي إلى تطور حجم أكبر للجسم والزخارف المتقنة لجذب انتباه الإناث. من ناحية أخرى، تميل الإناث إلى الحصول على عدد قليل من حالات التزاوج المختارة؛ لذلك، من المرجح أن يختارن الذكور الأكثر جاذبية.
يختلف إزدواج الشكل الجنسي بشكل كبير بين الأنواع، بالطبع، بل إن بعض الأنواع يتم عكس دورها الجنسي. في مثل هذه الحالات، تميل الإناث إلى أن يكون لديهن تباين أكبر في نجاحهن الإنجابي مقارنة بالذكور ويتم اختيارهن وفقًا لحجم الجسم الأكبر والسمات المعقدة التي عادة ما تكون مميزة للذكور.
تُعرف ضغوط الاختيار على الذكور والإناث للحصول على التزاوج باسم الانتقاء الجنسي؛ يمكن أن يؤدي إلى تطوير خصائص جنسية ثانوية لا تفيد احتمالية بقاء الفرد على قيد الحياة ولكنها تساعد على تعظيم نجاحه الإنجابي. يمكن أن يكون الانتقاء الجنسي قويًا جدًا لدرجة أنه يختار السمات التي تضر بالفعل ببقاء الفرد. فكر مرة أخرى في ذيل الطاووس. في حين أنها جميلة والذكر ذو الذيل الأكبر والأكثر ألوانًا من المرجح أن يفوز بالأنثى، إلا أنها ليست الزائدة الأكثر عملية. بالإضافة إلى كونه أكثر وضوحًا للحيوانات المفترسة، فإنه يجعل الذكور أبطأ في محاولات الهروب. هناك بعض الأدلة على أن هذا الخطر، في الواقع، هو سبب إعجاب الإناث بالذيول الكبيرة في المقام الأول. تكمن التكهنات في أن الذيول الكبيرة تنطوي على مخاطر، وأن أفضل الذكور فقط هم الذين ينجون من هذا الخطر: فكلما كبر الذيل، كان الذكر أكثر ملاءمة. تُعرف هذه الفكرة بمبدأ الإعاقة.
تنص فرضية الجينات الجيدة على أن الذكور يطورون هذه الزخارف الرائعة لإظهار التمثيل الغذائي الفعال أو قدرتهم على مكافحة الأمراض. ثم تختار الإناث الذكور الذين يتمتعون بالصفات الأكثر إثارة للإعجاب لأنها تشير إلى تفوقهم الجيني، والذي سوف ينقلونه بعد ذلك إلى نسلهم. على الرغم من أنه قد يُقال إن الإناث لا ينبغي أن يكونوا انتقائيين لأنه من المحتمل أن يقلل ذلك من عدد ذريتهم، إلا أنه إذا كان من الأفضل أن ينجب الذكور ذرية أكثر ملاءمة، فقد يكون ذلك مفيدًا. قد يؤدي عدد أقل من النسل الأكثر صحة إلى زيادة فرص البقاء على قيد الحياة أكثر من العديد من النسل الأضعف.
في كل من مبدأ الإعاقة وفرضية الجينات الجيدة، يُقال إن السمة هي إشارة صادقة لجودة الذكور، وبالتالي تمنح الإناث طريقة للعثور على الأصلح - الذكور الذين سيمررون أفضل الجينات إلى ذريتهم.
لا يوجد كائن مثالي
يعد الانتقاء الطبيعي قوة دافعة في التطور ويمكن أن يولد مجموعات سكانية تتكيف بشكل أفضل للبقاء والتكاثر بنجاح في بيئاتهم. لكن الانتقاء الطبيعي لا يمكن أن ينتج الكائن الحي المثالي. يمكن للانتقاء الطبيعي فقط تحديد الاختلاف الحالي في عدد السكان؛ لا يخلق أي شيء من الصفر. وبالتالي، فهي محدودة بسبب التباين الجيني الحالي للسكان وأي أليلات جديدة تنشأ من خلال الطفرة وتدفق الجينات.
الانتقاء الطبيعي محدود أيضًا لأنه يعمل على مستوى الأفراد، وليس الأليلات، وترتبط بعض الأليلات بسبب قربها المادي من الجينوم، مما يزيد من احتمالية انتقالها معًا (اختلال توازن الربط). قد يحمل أي فرد بعض الأليلات المفيدة وبعض الأليلات غير المواتية. إنه التأثير الصافي لهذه الأليلات، أو لياقة الكائن الحي، الذي يمكن أن يعمل عليه الانتقاء الطبيعي. ونتيجة لذلك، يمكن فقدان الأليلات الجيدة إذا حملها أفراد لديهم أيضًا العديد من الأليلات السيئة للغاية؛ وبالمثل، يمكن الاحتفاظ بالأليلات السيئة إذا حملها أفراد لديهم ما يكفي من الأليلات الجيدة لتحقيق فائدة عامة في اللياقة البدنية.
علاوة على ذلك، يمكن تقييد الانتقاء الطبيعي بالعلاقات بين الأشكال المتعددة المختلفة. قد يمنح أحد الأشكال لياقة أعلى من الآخر، ولكنه قد لا يزداد في التردد نظرًا لحقيقة أن الانتقال من السمة الأقل فائدة إلى السمة الأكثر فائدة يتطلب المرور بنمط ظاهري أقل فائدة. فكر مرة أخرى في الفئران التي تعيش على الشاطئ. بعضها ذو ألوان فاتحة ويمتزج مع الرمال، بينما يكون البعض الآخر داكنًا ويمتزج مع بقع العشب. قد تكون الفئران ذات الألوان الداكنة، بشكل عام، أكثر ملاءمة من الفئران ذات الألوان الفاتحة، وللنظرة الأولى، قد يتوقع المرء اختيار الفئران ذات الألوان الفاتحة لتلوين أغمق. لكن تذكر أن النمط الظاهري المتوسط، وهو معطف متوسط اللون، سيء جدًا للفئران - فهي لا يمكن أن تمتزج مع الرمل أو العشب ومن المرجح أن تأكلها الحيوانات المفترسة. ونتيجة لذلك، لن يتم اختيار الفئران ذات الألوان الفاتحة للحصول على لون داكن لأن هؤلاء الأفراد الذين بدأوا في التحرك في هذا الاتجاه (بدأ اختيارهم لطبقة داكنة) سيكونون أقل ملاءمة من أولئك الذين ظلوا فاتحين.
أخيرًا، من المهم أن نفهم أن التطور ليس كله قابلاً للتكيف. في حين أن الانتقاء الطبيعي يختار الأفراد الأكثر لياقة وغالبًا ما يؤدي إلى مجموعة سكانية أكثر ملاءمة بشكل عام، فإن قوى التطور الأخرى، بما في ذلك الانجراف الجيني وتدفق الجينات، غالبًا ما تفعل العكس: إدخال الأليلات الضارة إلى مجموعة الجينات للسكان. ليس للتطور أي غرض - فهو لا يغير السكان إلى نموذج مثالي مسبق. إنه ببساطة مجموع القوى المختلفة الموصوفة في هذا الفصل وكيفية تأثيرها على التباين الجيني والظاهري للسكان.
ملخص
نظرًا لأن الانتقاء الطبيعي يعمل على زيادة تواتر الأليلات والصفات المفيدة مع تقليل تواتر الصفات الضارة، فهو تطور تكيفي. يعمل الانتقاء الطبيعي على مستوى الفرد، حيث يختار الأشخاص الذين يتمتعون بلياقة عامة أعلى مقارنة ببقية السكان. إذا كانت الأنماط الظاهرية الملائمة هي تلك المتشابهة، فإن الانتقاء الطبيعي سيؤدي إلى تثبيت الاختيار، وانخفاض عام في تباين السكان. يعمل الاختيار الاتجاهي على تحويل تباين السكان نحو نمط ظاهري جديد مناسب، مع تغير الظروف البيئية. في المقابل، يؤدي تنويع الاختيار إلى زيادة التباين الجيني عن طريق اختيار نمطين ظاهريين متميزين أو أكثر.
تشمل الأنواع الأخرى من الاختيار الاختيار المعتمد على التردد، حيث يتم اختيار الأفراد الذين لديهم إما اختيار شائع (اختيار إيجابي يعتمد على التردد) أو نادر (اختيار يعتمد على التردد السلبي). أخيرًا، ينتج الانتقاء الجنسي عن حقيقة أن أحد الجنسين لديه تباين في النجاح الإنجابي أكثر من الآخر. ونتيجة لذلك، يتعرض الذكور والإناث لضغوط انتقائية مختلفة، والتي يمكن أن تؤدي غالبًا إلى تطور الاختلافات المظهرية، أو إزدواج الشكل الجنسي، بين الاثنين.
مسرد المصطلحات
- تطور تكيفي
- زيادة تواتر الأليلات المفيدة وانخفاض الأليلات الضارة بسبب الاختيار
- اختيار اتجاهي
- الاختيار الذي يفضل الأنماط الظاهرية في أحد طرفي طيف الاختلاف الحالي
- تنويع الاختيار
- الاختيار الذي يفضل اثنين أو أكثر من الأنماط الظاهرية المتميزة
- اللياقة التطورية
- (أيضًا اللياقة الداروينية) قدرة الفرد على البقاء والتكاثر
- اختيار يعتمد على التردد
- الاختيار الذي يفضل الأنماط الظاهرية الشائعة (الاختيار الإيجابي المعتمد على التردد) أو النادرة (الاختيار السلبي المعتمد على التردد)
- فرضية الجينات الجيدة
- نظرية الانتقاء الجنسي التي تجادل بأن الأفراد يطورون زخارف مثيرة للإعجاب لإظهار التمثيل الغذائي الفعال أو القدرة على مكافحة الأمراض
- مبدأ الإعاقة
- نظرية الانتقاء الجنسي التي تقول إن الأفراد الأكثر لياقة فقط هم الذين يمكنهم تحمل سمات باهظة الثمن
- إشارة صادقة
- سمة تعطي انطباعًا صادقًا عن لياقة الفرد
- اللياقة النسبية
- قدرة الفرد على البقاء والتكاثر بالنسبة لبقية السكان
- إزدواج الشكل الجنسي
- الفرق المظهري بين الذكور والإناث من السكان
- استقرار الاختيار
- الاختيار الذي يفضل الأنماط الظاهرية المتوسطة