Piemērotība (bioloģija) — definīcija, piemēri un dabiskā atlase
Piemērotība bioloģijā: definīcija, skaidri piemēri un dabiskās atlases nozīme evolūcijā. Uzzini, kā genotipi ietekmē organisma izdzīvošanu un reprodukciju.
Piemērotība bioloģijā ir organisma relatīvā spēja izdzīvot un nodot savus gēnus nākamajai paaudzei. p160 Tā ir viena no pamatkategorijām evolūcijas teorijā. Parasti piemērotība tiek izteikta kā indivīda vai genotipa spēja radīt pēcnācējus, salīdzinot ar citiem indivīdiem vai genotipiem tajā pašā populācijā, un to bieži formulē kā indivīda gēnu īpatsvaru visos nākamās paaudzes gēnos.
Tāpat kā visi evolūcijas bioloģijas termini, arī piemērotība ir definēta attiecībā uz savstarpēji krustojošos populāciju, kas var būt vai nebūt vesela suga. Ja individuālo genotipu atšķirības ietekmē piemērotību, tad genotipu biežums paaudžu gaitā mainās; genotipi ar augstāku piemērotību kļūst izplatītāki. Šo procesu sauc par dabisko atlasi. Dabiska atlase darbojas tikai tad, ja pastāv mainība, pēcnācēju nododamība un atšķirības reproduktīvos panākumos starp variantiem.
Indivīda piemērotību nosaka tā fenotips, un to nodod tālāk ar genotipu. Dažādu indivīdu ar vienu un to pašu genotipu fitness ne vienmēr ir vienāds. Tas ir atkarīgs no vides, kurā indivīdi dzīvo, un no nejaušiem notikumiem. Tomēr, tā kā genotipa fitness ir vidējais lielums, tas atspoguļo visu indivīdu ar šo genotipu reproduktīvos rezultātus.
Veidi un mērvienības
Piemērotību var izteikt dažādos veidos:
- Absolūtā piemērotība — parasti gaidāmais pēcnācēju skaits, ko dod indivīds noteiktā laikā vai dzīves ciklā.
- Relatīvā piemērotība — salīdzinājums ar kādu referencia indivīdu vai genotipu; bieži apzīmē ar simbolu w. Relatīvā piemērotība rāda, cik reižu veiksmīgāks ir viens genotips par otru.
- Inkluzīvā piemērotība — ņem vērā ne tikai indivīda paša pēcnācējus, bet arī radinieku reproducētās pēcnācējas, kas nodrošina kopējo gēnu pārnesi (saistīts ar Dž. Hamilton idejām par radniecības izvēli).
Piemērotību ietekmējošie faktori
Galvenie faktori, kas ietekmē piemērotību:
- Izdzīvošana (mirstības rādītāji) — vai indivīds izdzīvo līdz reproduktīvajai vecumdienai.
- Reproduktīvā veiktspēja — cik daudz un cik veiksmīgu pēcnācēju tas rada (auglība, pārošanās panākumi, pēcnācēju izdzīvošana).
- Laika un vides svārstības — klimats, barības pieejamība, plēsēji, slimības u. c. apstākļi.
- Ģenētiskie faktori — pleiotrija, epistāze un gēnu saskarsme var radīt kompromisus starp īpašībām (piem., augsta reprodukcija pret īsāku mūžu).
- Stohastiski faktori — ģenētiskais dreifs, fundācija efekti un nejaušas katastrofas var mainīt genotipu biežumus neatkarīgi no to piemērotības.
Dabiska atlase un evolūcija
Dabiskā atlase iedarbojas uz piemērotības atšķirībām: ja kādam genotipam ir lielāka piemērotība, tā biežums populācijā palielināsies, līdz tas kļūst dominējošs vai tiek aizvietots. Selection coefficient (atlases koeficients, bieži apzīmēts ar s) raksturo, cik lielā mērā kāda iezīme samazina vai palielina relatīvo piemērotību. Tomēr sekmīga izplatīšanās nav garantēta — vides maiņa var mainīt atlases virzienu, un frekvences atkarīgā atlase var uzturēt vairāku genotipu daudzveidību.
Piemēri
Konkrēti piemēri, kas ilustrē, kā piemērotība darbojas dabā:
- Industriālā melanisms — laikā, kad meža stāvokļi mainījās, tumšāki melnā filca kodes (peppered moth) bija labāk maskētas un to piemērotība pieauga pretī gaišajām formām.
- Antibiotiku rezistence — baktēriju rezistentajām klonām piemīt augstāka piemērotība antibiotiku klātienē, tādēļ tās kļūst dominējošas ārstēšanas gadījumā.
- Sickle-cell alela un malārija — heterozigota stāvoklī cilvēkiem ir paaugstināta izturība pret malāriju, tādējādi heterozigotiem ir lielāka piemērotība malārijas reģionos, kas uztur šo alelu populācijā.
Mērīšana un empīriski pētījumi
Piemērotību var mērīt eksperimentāli (piem., kontrolētās selekcijas eksperimentās, lauka pētījumu marķēšanas un atkārtošanas pētījumos) vai aprēķināt, izmantojot populāciju ģenētikas modeļus. Lai noteiktu genotipa fitness, pēta vidējo pēcnācēju skaitu, izdzīvošanas tempus un reproduktīvās iespējas visu indivīdu vidū ar attiecīgo genotipu. Svarīgi ir ņemt vērā vides variāciju, lai results nebūtu maldinoši specifisks vienai situācijai.
Ierobežojumi un piezīmes
Piemērotība nav stabils, nemainīgs īpašums indivīdam vai gēnam — tā ir konteksta atkarīga. Viena un tā paša genotipa piemērotība var būt ļoti atšķirīga dažādās vidēs vai laika posmos. Turklāt pēcnācēju skaits nav vienīgais svarīgais rādītājs: laiks līdz reprodukcijai, pēcnācēju izdzīvošana un radniecības ietekme (inkluzīvā piemērotība) arī nosaka evolūcijas iznākumu.
Kopsavilkumā, piemērotība bioloģijā raksturo, cik veiksmīgi gēni tiek nodoti nākamajām paaudzēm, un tā ir centrālais mehānisms, caur kuru darbojas dabiska atlase. Sapratne par piemērotības modeļiem, to mērīšanu un vides atkarību ļauj izskaidrot, kā un kāpēc sugas un populācijas mainās laika gaitā.
Saistība
Piemērotība nosaka indivīda gēnu kopiju skaitu nākamajā paaudzē. Nav svarīgi, kā gēni nonāk nākamajā paaudzē. Indivīdam ir vienlīdz "izdevīgi" vairoties pašam vai palīdzēt radiniekiem ar līdzīgiem gēniem vairoties, ja vien nākamajā paaudzē tiek nodots līdzīgs skaits indivīda gēnu kopiju. Selekciju, kas veicina šāda veida palīdzošo uzvedību, sauc par radniecīgo selekciju.
Mūsu tuvākajiem radiniekiem (vecākiem, brāļiem un māsām, brāļiem un māsām un mūsu pašu bērniem) ir vidēji 50% (puse) mūsu gēnu. Vēl soli tālāk ir vecvecāki. Ar katru no viņiem mums ir kopīgi vidēji 25% (ceturtā daļa) mūsu gēnu. Tas ir mūsu radniecības ar viņiem rādītājs. Tālāk seko pirmās pakāpes brālēni un māsīcas (mūsu vecāku brāļu un māsu bērni). Mums ir 12,5 % (1/8) no viņu gēniem. p100
Hamiltona noteikums
Viljams Hamiltons papildināja fitnesa jēdzienu ar dažādām idejām. Viņa noteikums paredz, ka dārga darbība jāveic, ja:
C < R × B {\displaystyle C<R\reiz B} kur:
- c {\displaystyle c\ }
ir altruista reproduktīvās izmaksas, - b {\displaystyle b\ }
ir altruistiskās uzvedības saņēmēja reproduktīvais ieguvums, un - r {\displaystyle r\ }
ir varbūtība, ka indivīdiem ir kopīgs altruisma gēns, kas pārsniedz populācijas vidējo rādītāju - "radniecības pakāpe".
Fitnesa izmaksas un ieguvumi tiek mērīti auglībā.
Iekļaujošais fitnesa veids
Iekļaujošā piemērotība ir termins, kas būtībā ir tas pats, kas piemērotība, bet uzsver gēnu grupu, nevis indivīdus.
Bioloģiskā piemērotība norāda, cik labi organisms spēj vairoties un izplatīt savus gēnus pēcnācējiem. Iekļaujošās piemērotības teorija saka, ka organisma piemērotība palielinās arī tādā mērā, kādā vairojas arī tā tuvi radinieki. Tas ir tāpēc, ka radinieki dalās ar gēniem proporcionāli to radniecības pakāpei.
Vēl viens veids, kā to pateikt: organisma iekļaujošā piemērotība nav paša organisma īpašība, bet gan tā gēnu kopuma īpašība. To aprēķina no indivīda reproduktīvajiem panākumiem, pieskaitot tā radinieku reproduktīvos panākumus, katru no tiem nosverot ar attiecīgu radniecības koeficientu.
Vēsture
Britu sociālais filozofs Herberts Spensers savā 1864. gada darbā "Bioloģijas principi" (Principles of biology) lietoja frāzi "izdzīvo stiprākais", lai apzīmētu to, ko Čārlzs Darvins sauca par dabisko atlasi. Sākotnējā frāze bija "izdzīvo labāk piemērotais".
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir piemērotība bioloģijā?
A: Fitnesa spēja bioloģijā ir organisma relatīvā spēja izdzīvot un nodot savus gēnus nākamajai paaudzei.
J: Vai piemērotība ir svarīga ideja evolūcijas teorijā?
A: Jā, piemērotība ir galvenā ideja evolūcijas teorijā.
J: Kā parasti mēra piemērotību?
A.: Fitnespēja parasti ir vienāda ar indivīda gēnu īpatsvaru visos nākamās paaudzes gēnos.
J: Kā notiek dabiskā atlase?
A: Ja individuālo genotipu atšķirības ietekmē piemērotību, tad paaudžu gaitā mainās genotipu biežums; genotipi ar augstāku piemērotību kļūst izplatītāki. Šo procesu sauc par dabisko atlasi.
J: Kas nosaka indivīda piemērotību?
A: Indivīda piemērotību nosaka tā fenotips, un to nodod tālāk ar genotipu.
Vai dažādu indivīdu ar vienu un to pašu genotipu piemērotība ir obligāti vienāda?
A: Nē, dažādu indivīdu ar vienādu genotipu piemērotība ne vienmēr ir vienāda. Tas ir atkarīgs no vides, kurā indivīdi dzīvo, un no nejaušiem notikumiem.
J: Ko atspoguļo genotipa piemērotība?
A: Tā kā genotipa piemērotība ir vidējais lielums, tā atspoguļo visu indivīdu ar šo genotipu reproduktīvos rezultātus.
Meklēt