Selezione naturale

Avete mai sentito la frase sopravvivenza del più adatto? Quando la maggior parte delle persone sente questa frase, pensa a caratteristiche di forma fisica come velocità, forza e resistenza. Ma cosa intendono veramente i biologi per fitness?

Tutto ebbe inizio quando Charles Darwin pubblicò L'origine delle specie nel 1859 che suscitò molto dibattito. La Teoria della Selezione Naturale di Darwin, che definì come "... il principio mediante il quale ogni minima variazione, se utile, viene preservata", suscitò l'interesse di un importante pensatore del XIX secolo, Herbert Spencer. Nel suo libro, Principi di biologia, Spencer ha coniato l'espressione "sopravvivenza del più adatto" per spiegare la selezione naturale di Darwin. Questa frase risuonò con molti, incluso lo stesso Darwin, e il termine fitness divenne popolare.

Tuttavia, quando i biologi pensano alla forma fisica di un organismo, non pensano alla sua forza, velocità o resistenza. Invece, considerano semplicemente la fitness come il successo riproduttivo di un organismo rispetto agli altri. Prendi queste lepri con le racchette da neve, per esempio. Gli organismi con una maggiore fitness relativa hanno adattamenti che consentono loro di avere più prole che sopravvive e si riproduce. Questi adattamenti sono chiamati fenotipi, definiti semplicemente come un'espressione visiva di un tratto. Ad esempio, le lepri con le racchette da neve sono marroni in estate, ma crescono un mantello bianco quando la temperatura scende. La possibilità di cambiare il colore della pelliccia consente alle lepri con le racchette da neve di mimetizzarsi. Poiché le lepri con il mantello invernale bianco sono meno visibili ai predatori nella neve, i tassi di sopravvivenza sono molto più alti per le lepri che diventano bianche in inverno. Di conseguenza, sopravviveranno più lepri cangianti per riprodursi in estate.

Per determinare se è in corso una selezione contro un fenotipo, gli scienziati calcolano la fitness di ciascun fenotipo, nota come fitness relativa, o 'w'. Questo viene fatto moltiplicando il tasso di sopravvivenza - che è la proporzione di quel fenotipo sopravvissuto - per il tasso di riproduzione per ciascun fenotipo, che è la dimensione media della cucciolata per stagione degli amori. Quindi, il valore del prodotto di ciascun fenotipo viene diviso per il valore del prodotto più alto tra i fenotipi.

Una volta che gli scienziati conoscono la fitness relativa, possono calcolare il coefficiente di selezione, o 's', che è la forza della selezione rispetto a un fenotipo, sottraendo la fitness relativa da 1. Numeri più alti significano una selezione più forte rispetto a quel fenotipo individuale. Gli scienziati possono utilizzare i coefficienti di sopravvivenza, fitness relativa e selezione per capire se le popolazioni possono cambiare nel tempo. Ad esempio, dopo la rivoluzione industriale, la sopravvivenza e la relativa idoneità delle falene pepate di colore chiaro sono diminuite e il coefficiente di selezione contro di loro è aumentato. L'effetto sulla popolazione delle falene melaniche è stato esattamente l'opposto, perché le condizioni erano favorevoli alla loro sopravvivenza. Dopo l'approvazione del Clean Air Act, la fuliggine si è diradata e i valori di sopravvivenza, fitness relativa e coefficiente di selezione per entrambi i fenotipi si sono mossi in direzioni opposte, il che dimostra che la selezione ha favorito nuovamente le falene leggere.

In generale, la maggior parte dei caratteri biologici con diversi fenotipi potenziali mostrano una distribuzione normale. Prendiamo come esempio le macchie su questo gruppo di coccinelle. Possiamo vedere che hanno un numero variabile di macchie da zero fino a 12, ma il valore medio del tratto è nel mezzo, indicato come una distribuzione normale poiché la maggior parte delle coccinelle in questa popolazione ha sei macchie. L'altezza della curva indica il numero di individui nella popolazione che mostrano il tratto dato. Ora immagina che ci sia una selezione contro le coccinelle con poche o nessuna macchia perché assorbono meno calore e non sopravvivono così bene a basse temperature. Questo sarebbe un esempio di selezione direzionale che favorisce valori estremi di un tratto in una direzione.

Per capire un altro tipo di selezione, diamo un'occhiata ai pettirossi. Se una femmina di pettirosso depone cinque o più uova in una singola covata, il rischio di malnutrizione aumenta per i pulcini. Ma se i pettirossi depongono tre o meno uova, potrebbero non avere una prole vitale. Quindi, qui, la selezione stabilizzante ha un tratto, la dimensione della covata delle uova, ma un valore ottimale... qualsiasi deviazione dal quale è svantaggiosa. Quindi, la maggior parte dei pettirossi depone quattro uova.

Nell'Africa occidentale, i fringuelli cracker dal ventre nero dal becco grande rompono facilmente i semi duri più grandi di un tipo di erba di carice mentre i fringuelli dal becco piccolo manovrano e rompono senza sforzo i semi più piccoli di un diverso tipo di carice. I fringuelli dal becco medio non possono aprire nessuno dei semi in modo efficiente e quindi sono raramente osservati. Questo tipo di selezione è indicato come dirompente, in cui gli estremi di un fenotipo sono ottimali, il che crea una distribuzione bimodale che si discosta dal normale.

In questo laboratorio, modellerai quattro scenari di popolazione utilizzando scovolini di vari colori e lunghezze che rappresentano diversi fenotipi e quindi determinerai il tipo di selezione che si verifica in ogni scenario><.