Sztuczna selekcja

Dobór naturalny i ewolucja adaptacyjna

W środowisku naturalnym ewolucja adaptacyjna odbywa się przez dobór naturalny, proces, w którym różnice w cechach prowadzą do różnic w przetrwaniu i sukcesie reprodukcyjnym między osobnikami. Dzieje się tak, ponieważ osobniki o określonych fenotypach mają większe prawdopodobieństwo przeżycia i/lub produkują więcej ocalałego potomstwa niż osoby o innych fenotypach.
Klasycznym tego przykładem było badanie Rosemary i Petera Grantów populacji zięb średnich na wyspie Daphne Major w^archipelagu Galapagos1. Pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku na wyspach nawiedziła susza, podczas której niewiele roślin zakwitło i wydało nasiona. Ptaki zostały zmuszone do przetrwania na dużych, grubo łuskanych nasionach pozostałych z poprzednich lat. Z populacji tylko ptaki z większymi dziobami mogły wydajnie zbierać plony. W konsekwencji wyginęły ptaki z małymi dziobami; Nieliczne ptaki, które przeżyły, były większe i miały grubsze, mocniejsze dzioby. Te różnice w wielkości dzioba były genetyczne, a zatem dziedziczne, więc potomstwo urodzone w następnym roku miało średnio większy dziób i rozmiary ciała niż było obecne w populacji przed suszą. Co ciekawe, 8 lat później wystąpiły szczególnie obfite opady deszczu, co spowodowało odrodzenie się małych roślin nasiennych. Zaobserwowano, że zięby z małymi dziobami są liczniejsze w kolejnych latach. Rzeczywiście, w ciągu ostatnich 5 dekad populacja zięb oscylowała zgodnie z dostępnym rodzajem pokarmu^1,2,<br /> Mówiąc bardziej ogólnie, dobór naturalny prowadzi do ewolucji populacji, ponieważ populacje zawierają zmienność genetyczną, która skutkuje ekspresją różnych fenotypów. W przypadku zięb ptaki obecne w populacji przed suszą różniły się wielkością dziobów, a te różnice z kolei wpływały na wielkość nasion, które każdy osobnik był w stanie najlepiej zjeść. Bez takiej zmienności ewolucja nie może się wydarzyć, ponieważ nie ma zmienności, na którą mogłaby oddziaływać selekcja.

Sztuczna selekcja i udomowienie roślin i zwierząt

Ludzie wykorzystali naturalną zmienność, aby stworzyć szeroką gamę udomowionych roślin i zwierząt poprzez sztuczną selekcję, znaną również jako hodowla selektywna. W tym przypadku ludzie powodują selekcję, ponieważ wybierają, które fenotypy zwierząt będą się rozmnażać, aby wyprodukować następne pokolenie. Sztuczna selekcja była stosowana przez większą część historii ludzkości w celu uzyskania plonów i zwierząt, które są bardziej wydajne lub mają pożądane cechy, takie jak rośliny, które produkują większe owoce i warzywa, lub krowy, które produkują więcej mleka.
Jeśli dobór jest stosowany konsekwentnie przez wiele pokoleń, możliwe jest wytworzenie organizmu, który prawie nie przypomina tego, z którego pochodzi. Psy tak różnorodne, jak chihuahua i dogi niemieckie, wywodzą się od szarych wilków w ciągu kilku tysięcy lat. To tempo zmian mówi nam, że znaczna część zmienności genetycznej niezbędnej do wytworzenia tych ras domowych była obecna w populacji wilków, z której pierwotnie pochodziły. Naukowcy badają genetykę współczesnych ras psów, aby określić, jakie elementy genetyczne różnią się między nimi, które mogą być skorelowane z ich oczywistymi różnicami w wyglądzie, a nawet zachowaniu. Może to służyć jako dobry model do zrozumienia różnorodności genetycznej człowieka³.
Sztuczną selekcję roślin można wyraźnie dostrzec w różnorodności roślin kapustnych pochodzących z Brassica olaracea, dużej rośliny liściastej pochodzącej z wybrzeża Europy Południowej i Zachodniej. Został wyhodowany przez populacje ludzkie w wielu miejscach, przez setki lat, w celu wyprodukowania około 400 różnych warzyw, takich jak rzepa, kapusta, jarmuż, brokuły, kalafior i brukselka⁴,
Naukowcy, a także rolnicy, wykorzystali inny gatunek z tego samego rodzaju, B. rapus, którego podgatunek został wyhodowany tak, aby miał wyjątkowo krótki cykl życia wynoszący około jednego miesiąca. Odmiana ta znana jest jako "Wisconsin Fast Plants" ⁵ i jest używana jako organizm modelowy w badaniach i edukacji. B. rapus kiełkuje w ciągu kilku dni, kwitnie po dwóch tygodniach i wytwarza żywotne nasiona pod koniec czterech tygodni. Roślina na ogół umiera pod koniec tego cyklu.

Odwołania:

1. Rosemary B. Grant, Peter R. Grant; What Darwin's Finchs Can Teach Us about the Evolutionary Origin and Regulation of Biodiversity, BioScience, tom 53, wydanie 10, 1 października 2003, strony 965–975, https://doi.org/10.1641/0006-3568(2003)053[0965:WDFCTU]2.0.CO; cyfra arabska
2. Weiner, Jonatan. Dziób zięby. Losowy dom pingwina. 30 maja 1995 | 352-stronicowy
3. Wayne RK1, Ostrander EA. Wnioski wyciągnięte z genomu psa. Trendy Genet. 2007 listopad; 23(11):557-67. EPUB 25 października 2007. PMID: 17963975 DOI: 10.1016/j.tig.2007.08.013
4. J.W. Fahey, BRASSICAS, redaktor: Benjamin Caballero, Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (wydanie drugie), Academic Press, 2003, strony 606-615, ISBN 9780122270550, https://doi.org/10.1016/B0-12-227055-X/00118-8. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B012227055X001188)
5. https://fastplants.org/ Znaleziono 21 sierpnia 2018

Kiedy patrzysz na populację zwierząt, możesz zauważyć pewne różnice lub różnice między osobnikami tego samego gatunku. Być może niektóre są większe od innych lub występują różnice w ich ubarwieniu. Różnice te służą jako podstawa doboru naturalnego, w którym zachowane zostaną korzystne cechy populacji, które pozytywnie wpływają na przetrwanie i reprodukcję. Na przykład zwierzęta, które mogą łatwiej kamuflować się w swoim otoczeniu, unikają drapieżników i częściej przekazują swoje geny niż te, które tego nie robią. To ubarwienie kamuflażowe jest fenotypem, definiowanym jako wizualny wyraz cechy. Genotyp odnosi się do zestawu genów odpowiedzialnych za fenotyp. Dlatego w wyniku doboru naturalnego pewne genotypy są utrzymywane w czasie, podczas gdy mniej korzystne zmiany znikają, co napędza ewolucję populacji.

My, ludzie, badaliśmy ten proces i wykorzystywaliśmy naturalnie występujące różnice, aby celowo ewoluować rośliny i zwierzęta, które można uprawiać lub trzymać jako towarzyszy. Proces ten jest znany jako sztuczna selekcja, rozmnażanie i udomowienie roślin i zwierząt w celu uzyskania korzystnych cech. Spójrzmy na przykład na psy. Tysiące lat temu ludzie zaczęli selektywnie hodować pary wilków pod kątem takich cech jak uległość, ochrona i sprawność łowiecka wraz z wyglądem. Kontynuowaliśmy tę selektywną hodowlę przez niezliczone pokolenia, co doprowadziło do powstania wielu współczesnych ras psów, w tym doga niemieckiego i chihuahua, które z kolei bardzo różnią się wyglądem i charakterem od swojego przodka, wilka.

Wdrożyliśmy również sztuczną selekcję w roślinach. Brassica oleracea była kiedyś dużą, liściastą rośliną, ale została sztucznie wyselekcjonowana na różne sposoby, aby uzyskać wiele popularnych warzyw, które jemy dzisiaj, w tym jarmuż, kapustę, kalafior, a nawet kalarepę. Inny gatunek z tej samej rodziny, Brassica napus, jest powszechnie znany jako rzepak oleisty ze względu na obfitą zawartość oleju w jego nasionach, które doskonale nadają się do gotowania lub produkcji paliwa.

W tym laboratorium będziesz sztucznie selekcjonować cechy z poszczególnych roślin rzepaku, aby uzyskać dwie linie wykazujące różne poziomy cechy, owłosienia.