Μηχανισμοί της Εξέλιξης

Transcript

1 Μηχανισμοί της Εξέλιξης

2 Τι είναι εξέλιξη? Τα φύλλα των δέντρων αλλάζουν χρώμα και πέφτουν κάτω μετά από αρκετές εβδομάδες. Οι οροσειρές διαβρώνονται σε διάρκεια εκατομμυρίων ετών. Μια γενεαλογία δείχνει εμφανώς αλλαγή με κληρονομικότητα σε μικρόαριθμόετών. Πάνω από ένα μεγάλο αριθμό ετών, η εξέλιξη παράγει τεράστια ποικιλότητα μορφών ζωής.

3 Πώς ξέρουμε τι συνέβη πότε; Η ζωή άρχισε 3.8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, και τα έντομα διαφοροποιήθηκαν 290 εκατομμύρια χρόνια πριν, αλλά οι γενεαλογικές σειρές των ανθρώπων και των χιμπατζήδων απέκλιναν μόνο πέντε εκατομμύρια έτη πριν. Πώς οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει τις ημερομηνίες των εξελικτικών γεγονότων του παρελθόντος; Μορφή ζωής Microbial (procaryotic cells) Complex (eucaryotic cells) First multicellular animals Shell-bearing animals Vertebrates (simple fishes) Amphibians Reptiles Mammals Nonhuman primates Earliest apes Australopithecine ancestors of humans Modern humans Εκατ. Έτη από εμφάνιση

4 Μηχανισμοί Εξέλιξης Γενετική παραλλαγή Μεταλλαγές Οι αιτίες των μεταλλαγών Ροή γονιδίων Φύλο και γενετική μετάθεση Ανάπτυξη ημιουργία, διατήρηση, περιορισμός ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ Μεταβίβαση στους απογόνους Παρουσία στον πληθυσμό. Γενετική κλίση Φυσική επιλογή Σεξουαλική επιλογή Τεχνητή επιλογή ΕΠΙΛΟΓΗ Προσαρμογή Coevolution

5 Μηχανισμοί: οι διαδικασίες της εξέλιξης Εξέλιξη είναι η διαδικασία μέσω της οποίας οι σύγχρονοι οργανισμοί κατάγονται από αρχαίους προγόνους. Η εξέλιξη είναι υπεύθυνη και για τις αξιοπρόσεκτες ομοιότητες που βλέπουμε σε όλη τη ζωή και την καταπληκτική ποικιλομορφία αυτής της ζωής - αλλά πώς ακριβώς λειτουργεί; Θεμελιώδες στη διαδικασία είναι η γενετική ποικιλότητα επάνω στην οποία οι δυνάμεις επιλογής μπορούν να ενεργήσουν για να λάβει χώρα η εξέλιξη. Αυτό το τμήμα εξετάζει τους μηχανισμούς της εξέλιξης επικεντρώνοντας στη:

6 Καταγωγή και στις γενετικές διαφορές που είναι κληρονομήσιμες και περνούν στην επόμενη γενεά Μεταλλαγή, μετανάστευση (ροή γονιδίων), γενετική παρεκκλιση, και φυσική επιλογή ως μηχανισμοί της αλλαγής Η σημασία της γενετικής ποικιλότητας Την τυχαία φύση της γενετικής παρέκκλισης και τα αποτελέσματα μιας μείωσης της γενετικής ποικιλότητας Πώς η ποικιλότητα, η διαφοροποιημένη αναπαραγωγή, και η κληρονομικότητα καταλήγει στην εξέλιξη μέσω της φυσικής επιλογής και Πώς τα διαφορετικά είδη μπορούν να επηρεάσουν στην εξέλιξη το ένα το άλλο μέσω της συνεξέλιξης.

7 Φυσική Επιλογή και Γενετική Ούτε ο αρβίνος ούτε ο Wallace δεν θα μπορούσαν να εξηγήσουν πώς η εξέλιξη εμφανίστηκε: πώς αυτά τα κληρονομικά γνωρίσματα (παραλλαγές) μεταφέρθηκαν στην επόμενη γενεά; (Θυμίζουμε ότι ο Gregor Mendel δεν είχε ακόμα δημοσιεύσει τις ιδέες του για τη Γενετική). Κατά τη διάρκεια του 20ού αιώνα, η Γενετικήπαρείχετην απάντηση, και συνδέθηκε με την εξέλιξη στο νεο αρβινισμό, επίσης γνωστό ως Σύγχρονη Σύνθεση.

8 Γενετική Ποικιλότητα Πληθυσμοί Γενετική πληθυσμών Μεταλλαγές στο Γονιδίωμα Γενετικός Ανασυνδυασμός ΟνόμοςHardy Weinberg Ρυθμός μεταλλαγής Πρόσθετες πηγές ποικιλότητας

9 Πληθυσμός Ένας πληθυσμός είναι μια ομάδα δυνητικά διασταυρούμενων οργανισμών του ιδίου είδους που καταλαμβάνουν μια ορισμένη γεωγραφική περιοχή. Τα άτομα ενός πληθυσμού μοιράζονται μια κοινή δεξαμενή γονιδίων που είναι το άθροισμα όλων των γενετικών πληροφοριών που φέρουν τα μέλη ενός πληθυσμού. Τα μέλη ενός πληθυσμού διαφέρουν μεταξύ τους. Αυτή η ποικιλότητα είναι η πρώτη ύλη στην οποία η φυσική επιλογή επενεργεί.

10 Γενετική Πληθυσμών Όλη η γενετική παραλλαγή σε έναν πληθυσμό παράγεται από τις μεταλλαγές. Η μεταλλαγή είναι οποιαδήποτε κληρονομήσιμη αλλαγή στο DNA. Οι μεταλλαγές μπορούν να είναι αλλαγές μιας μόνο βάσης νουκλεοτιδίου ή μπορεί να περιλαμβάνει αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. Εάν μια μεταλλαγή είναι καλή, ουδέτερη, ή επιβλαβήςεξαρτάται από τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζει την επιβίωση και την αναπαραγωγική επιτυχία. Χωρίς παραλλαγές (που απορρέουν από τις μεταλλαγές των μορίων DNA που παράγουν νέα αλληλόμορφα γονίδια) η φυσική επιλογή δεν θα είχε τίποτα για να δράσει.

11 Μεταλλαγές στο Γονιδίωμα το πρώτο βήμα της εξέλιξης Μεταλλαγή είναι μια αλλαγή στο DNA, το κληρονομικό υλικό της ζωής. Το DNA ενός οργανισμού επηρεάζει τον φαινότυπο δηλαδή τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού. Υπάρχουν διάφοροι τύποι μεταλλαγών: στο επίπεδο του γονιδίου=σημειακές μεταλλαγές: αντικατάσταση, εξάλειψη, προσθήκη ενός ή λίγων γειτονικών νουκλεοτιδίων. στο επίπεδο του χρωμοσώματος=χρωμοσωμικές μεταλλαγές: α) αλλαγές στον αριθμό χρωμοσωμάτων, β) αλλαγές στη θέση των γονιδίων ή περιοχών λόγω αναστροφών και μεταθέσεων, γ) αλλαγή στον αριθμό των γονιδίων ή περιοχών (εξάλειψη, διπλασιασμός).

12 Μεταλλαγές Οι μεταλλαγές είναι τυχαίες Οι μεταλλαγές μπορούν να είναι ευεργετικές, ουδέτερες, ή επιβλαβείς για τον οργανισμό. Οι μεταλλαγές είναι τυχαίες - εάν μια ιδιαίτερη μεταλλαγή συμβαίνει ή όχι είναι ανεξάρτητη από το πόσο χρήσιμη θα ήταν. Όλες οι μεταλλαγές δεν έχουν σημασία για την εξέλιξη εδομένου ότι όλα τα κύτταρα στο σώμα μας περιέχουν DNA, υπάρχουν πλήθος θέσεων για να εμφανιστούν μεταλλαγές εντούτοις, δεν έχουν σημασία όλες οι μεταλλαγές για την εξέλιξη. Οι σωματικές μεταλλαγές εμφανίζονται σε μη-αναπαραγωγικά κύτταρα και δεν περνούνστοναπόγονο. Οι μόνες μεταλλαγές που έχουν σημασία στη μεγάλης κλίμακας εξέλιξη είναι εκείνες που μπορούν να μεταφερθούν στους απογόνους. Αυτές εμφανίζονται στα αναπαραγωγικά κύτταρα, όπως είναι τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια, και καλούνται μεταλλάξεις γαμετοκυττάρων (germ line mutations). Οι μεταλλαγές γονιδίων παρέχουν τα νέα αλληλόμορφα γονίδια, κάνοντας αυτές τις μεταλλαγές την τελευταία πηγή ποικιλότητας.

13 Τα αποτελέσματα μιας μετάλλαξης σε γαμέτη Καμία αλλαγή δεν εμφανίζεται στο φαινότυπο Μερικές μεταλλαγές δεν έχουν οποιαδήποτε αξιοπρόσεχτη επίδραση στο φαινότυπο ενός οργανισμού. Αυτό μπορεί να συμβεί σε πολλές καταστάσεις: ίσως η μεταλλαγή εμφανίζεται σε ένα τμήμα του DNA μη λειτουργικό, ή ίσωςη μεταλλαγή εμφανίζεται σε μια περιοχή κωδικοποίησης πρωτεΐνης, αλλά καταλήγει να μην επηρεάζει την ακολουθία αμινοξέων της πρωτεΐνης. Μικρή αλλαγή εμφανίζεται στο φαινότυπο Μια μοναδιαία μετάλλαξη έγινε αιτία τα αυτιά αυτής της γάτας να γυρίσουν ελαφρώς προς τα πίσω. Μεγάλη αλλαγή εμφανίζεται στο φαινότυπο Μερικές πραγματικά σημαντικές φαινοτυπικές αλλαγές, όπως η αντίσταση των εντόμων στο DDT προκαλούνται μερικές φορές από μοναδιαίες μεταλλάξεις. Μια μοναδιαία μετάλλαξη μπορεί επίσης να έχει ισχυρά αρνητικά αποτελέσματα στον οργανισμό. Μεταλλαγές που προκαλούν το θάνατο ενός οργανισμού καλούνται θανάσιμες ή θνησιγόνες- και δεν υπάρχουν περισσότερο αρνητικές από αυτές.

14 Αιτίες των μεταλλαγών Οι μεταλλαγές συμβαίνουν για διάφορους λόγους. Το DNA αποτυγχάνει να αντιγραφεί με ακρίβεια. Εάν τα επιδιορθωτικά ένζυμα δεν αποκαταστήσουν τη βλάβη τότε κάτα τη διαδικασία της αντιγραφής του DNA εγκαθίστανται μεταλλάξεις στο γονιδίωμα. Εξωτερικές επιρροές μπορούν να δημιουργήσουν μεταλλαγές. Οι μεταλλαγές μπορούν επίσης να προκληθούν από την έκθεση σε συγκεκριμένες χημικές ουσίες ή την ακτινοβολία. Αυτοί οι παράγοντες αναγκάζουν το DNA να αποσυντίθεται. Αυτό δεν είναι απαραιτήτως αφύσικο - ακόμη και στα απομονωμένα και παρθενικά περιβάλλοντα, το DNA αποσυντίθεται. Εντούτοις, όταν το κύτταρο διορθώνει το DNA του, θα μπορούσε να μην κάνει μια εργασία τέλειας διόρθωσης. Έτσι το κύτταρο θα κατέληγε με DNA ελαφρώς διαφορετικό από το αρχικό DNA και ως εκ τούτου, σε μια μεταλλαγή.

15 Μεταλλαγές στο Γονιδίωμα Οι μεταλλαγές γονιδίων παρέχουν τα νέα αλληλόμορφα γονίδια. Μια μεταλλαγή γονιδίου είναι μια αλλαγή στην νουκλεοτιδική ακολουθία DNA, που παράγει μια εναλλακτική ακολουθία, που καλείται αλληλόμορφο γονίδιο (allele). Ομόζυγα άτομα: τα ομόλογα γονίδια ταυτίζονται (ταυτόσημα αλληλόμορφα πχ. ΑΑ, αα) Ετερόζυγα άτομα: τα ομόλογα γονίδια διαφέρουν (διαφορετικά αλληλόμορφα, πχ Αα) Γονότυπος: αναφέρεται στην πληροφορία των γονιδίων, στον διπλοειδή δηλαδή συνδυασμό των αλληλομόρφων ενός γενετικού τύπου (πχ. ΑΑ, αα, Αα) Ποικιλότητα: εάν υπάρχουν μόνο 2 αλληλόμορφα Πολυμορφισμός: εάν υπάρχουν τουλάχιστον 2 αλληλόμορφα Γονιδίωμα: το πλήρες νουκλεοτιδικό σύνολο της απλοειδούς σειράς κάθε κυττάρου

16 Γενετικός Ανασυνδυασμός Στους εγγενώς αναπαραγόμενους οργανισμούς, ο γενετικός ανασυνδυασμός είναι η ανακατανομή των αλληλόμορφων γονιδίων και των χρωμοσωμάτων. Ο ανασυνδυασμός προκύπτει από διασκελλισμό κατά τη διάρκεια της μείωσης, τυχαίου διαχωρισμού των χρωμοσωμάτων στους γαμέτες κατά τη διάρκεια της μειωτικής διαίρεσης, και τυχαίου συνδυασμού των γαμετών κατά τη διάρκεια της γονιμοποίησης. Ολόκληρος ο γονότυπος υπόκειται σε φυσική επιλογή δεδομένου ότι οι νέοι συνδυασμοί των αλληλόμορφων γονιδίων μπορεί να βελτιώσουν την αναπαραγωγική επιτυχία του οργανισμού. Για τα πολυγονιδιακά χαρακτηριστικά, ο ευνοϊκότερος συνδυασμός μπορεί να εμφανιστεί όταν ομαδοποιηθούν τα σωστά αλληλόμορφα γονίδια με ανασυνδυασμό.

17 Συχνότητα αλληλόμορφων γονιδίων Οι παραλλαγές δεν δημιουργούνται μόνο, αλλά επίσης συντηρούνται και μεταφέρονται από τη μια γενεά στην επόμενη. εξαμενή γονιδίων είναι το σύνολο όλων των αλληλόμορφων γονιδίων σε έναν πληθυσμό, στο πλαίσιο των συχνοτήτων γονιδίων. Ούτε η κυριαρχία ούτε η σεξουαλική αναπαραγωγή δεν αλλάζουν τις συχνότητες των αλληλόμορφων γονιδίων.

18 ΟνόμοςHardy - Weinberg Αυτόςονόμοςδηλώνειότιμιαισορροπία συχνοτήτων των αλληλόμορφων γονιδίων και των γονοτύπων σε μια δεξαμενή γονιδίων (που χρησιμοποιεί έναν τύπο p2 + 2pq + q2) παραμένει στην ουσία σε κάθε διαδεχόμενη γενεά ενός σεξουαλικά αναπαραγόμενου πληθυσμού εάν πέντε όροι ικανοποιούνται. 1. Καμία μεταλλαγή: δεν εμφανίζεται καμία αλληλόμορφη αλλαγή. 2. Καμία ροή γονιδίων: δεν εμφανίζεται μετανάστευση αλληλόμορφων γονιδίων από ή προς τον πληθυσμό. 3. Τυχαίο ζευγάρωμα: ζευγάρι ατόμων κατά τύχη και όχι σύμφωνα με τους γονοτύπους ή τους φαινότυπούς τους. 4. Καμία γενετική παρέκκλιση: ο πληθυσμός είναι μεγάλος έτσι αλλαγές στις συχνότητες των αλληλόμορφων γονιδίων λόγω τύχης είναι ασήμαντες. 5. Καμία επιλογή: καμία εκλεκτική πίεση δεν ευνοεί έναν γονότυπο ως προς έναν άλλο.

19 ΟνόμοςHardy - Weinberg ΑυτοίοιόροιτουνόμουHardy-Weinberg ικανοποιούνται σπάνια στη φύση, έτσι οι συχνότητες των αλληλόμορφων γονιδίων στην γονιδιακή δεξαμενή ενός πληθυσμού αλλάζουν από μια γενεά στην επόμενη, με συνέπεια την εξέλιξη. Μπορούμε τώρα να θεωρήσουμε ότι οποιαδήποτε αλλαγή των συχνοτήτων αλληλόμορφων γονιδίων σε μια δεξαμενή γονιδίων δείχνει ότι η εξέλιξη έχει συμβεί. Μια ισορροπία Hardy-Weinberg παρέχει μια βασική γραμμή από την οποία μπορεί κάποιος να κρίνει εάν η εξέλιξη έχει εμφανιστεί. ΗισορροπίαHardy-Weinberg είναι μια σταθερότητα των συχνοτήτων στη γονιδιακή δεξαμενή που παραμένει κατά τη διάρκεια των γενεών, και θα μπορούσε καλύτερα να βρίσκεται μεταξύ των σταθερών πληθυσμών χωρίς τη φυσική επιλογή ή όπου η επιλογή είναι σταθεροποιημένη. Μικροεξέλιξη είναι η συσσώρευση των μικρών αλλαγών σε μια δεξαμενή γονιδίων κατά τη διάρκεια μιας σχετικά μικρής χρονικής περιόδου.

20 Ρυθμός μεταλλαγής Οι μεταλλαγές γονιδίων οδηγούν σε νέα αλληλόμορφα γονίδια, και είναι η πηγή ποικιλότητας μέσα στους πληθυσμούς. Οι μεταλλαγές γονιδίων είναι τελικά πίσω από τους άλλους μηχανισμούς που παρέχουν την ποικιλότητα. Λόγω της αντιγραφής του DNA και των μηχανισμών επιδιόρθωσης, τα ποσοστά μεταλλαγής μεμονωμένων γονιδίων είναι χαμηλά, αλλά δεδομένου ότι κάθε οργανισμός έχει πολλά γονίδια, και ένας πληθυσμός έχει πολλά άτομα, νέες μεταλλαγές προκύπτουν στους πληθυσμούς συνέχεια. Κατά συνέπεια, οι μεταλλαγές είναι σχετικά συνήθης, και ο ρυθμός μεταλλαγής είναι μια επαρκής πηγή νέων αλληλόμορφων γονιδίων. Υψηλά επίπεδα της μοριακής ποικιλότητας είναι συνήθη στους φυσικούς πληθυσμούς, αν και πολλές μεταλλαγές (συνήθως υπολειπόμενες) είναι κρυμμένες.

21 Ρυθμός μεταλλαγής Ο ρυθμός μεταλλαγής ποικίλλει πολύ μεταξύ των ειδών και ακόμη και μεταξύ των γονιδίων ενός ατόμου. Οι μεταλλαγές προκαλούνται από λάθη στον διπλασιασμό του DNA, τιςχημικέςουσίες, ή την ακτινοβολία. Μεγάλης κλίμακας αποτελέσματα της μεταλλαγής προκύπτουν μόνο όταν η μεταλλαγή συνδυάζεται με άλλους παράγοντες που ανακατατάσσουν τη γονιδιακή δεξαμενή. Η επιλογή ενεργεί στα άτομα, όχι στα μεμονωμένα γονίδιά τους. Η εγγενής αναπαραγωγή αυξάνει την ποικιλότητα με την ανακατάταξη των γενετικών πληροφοριών των γονέων σε νέους συνδυασμούς στον απόγονό τους. Οι μεταλλαγές παράγουν νέα αλληλόμορφα γονίδια.

22 Γενετική Ποικιλότητα Χωρίς γενετική ποικιλότητα μερικοί από τους βασικούς μηχανισμούς της εξελικτικής αλλαγής δεν μπορούν να λειτουργήσουν. Υπάρχουν τρεις κύριες πηγές γενετικής ποικιλότητας: 1. Μεταλλαγές είναι αλλαγές στο DNA. Μια μοναδιαία μεταλλαγή μπορεί να έχει μια μεγάλη επίδραση, αλλά σε πολλές περιπτώσεις, η εξελικτική αλλαγή βασίζεται στη συσσώρευση πολλών μεταλλαγών. 2. Ροή γονιδίων είναι οποιαδήποτε μετακίνηση γονιδίων από έναν πληθυσμό σε άλλο και είναι μια σημαντική πηγή γενετικής ποικιλότητας. 3. Το φύλο μπορεί να εισαγάγει νέους συνδυασμούς γονιδίων σε έναν πληθυσμό. Αυτή το γενετικό ανακάτωμα (shuffling) είναι μια άλλη σημαντική πηγή γενετικής ποικιλότητας. Το γενετικό ανακάτωμα είναι μία πηγή ποικιλότητας

23 Ροή γονιδίων Η ροή γονιδίων - επίσης αποκαλούμενη μετανάστευση - είναι οποιαδήποτε μετακίνηση γονιδίων από έναν πληθυσμό σε άλλο. Η ροή γονιδίων περιλαμβάνει πολλά διαφορετικών ειδών γεγονότα, όπως είναι π.χ. η μεταφορά της γύρης με τον αέρα σε νέο προορισμό ή η μετακίνηση των ανθρώπων σε νέες πόλεις ή χώρες. Εάν γονίδια μεταφέρονται σε έναν πληθυσμό όπου τέτοια γονίδια προηγουμένως δεν υπήρχαν, η ροή γονιδίων μπορεί να είναι μια πολύ σημαντική πηγή γενετικής ποικιλότητας. Στο σχήμα παρακάτω, το γονίδιο με τον καφετί χρωματισμό κινείται από έναν πληθυσμό προς άλλο.

24 Ροή γονιδίων Η ροή γονιδίων κινεί τα αλληλόμορφα γονίδια μεταξύ των πληθυσμών μέσω της διασταύρωσης καθώς επίσης και από τη μετανάστευση των ατόμων αναπαραγωγής. Η ροή γονιδίων αυξάνει την ποικιλότητα μέσα σε έναν πληθυσμό με την εισαγωγή νέων αλληλόμορφων γονιδίων παραχθέντων σε έναν άλλο πληθυσμό. Η συνεχής ροή γονιδίων τείνει να μειώσει την ποικιλομορφία μεταξύ των πληθυσμών, αναγκάζοντας τις δεξαμενές γονιδίων να γίνονται παρόμοιες. Η μείωση ή ο περιορισμός της ροής γονιδίων μεταξύ των πληθυσμών είναι ουσιαστικές για την ανάπτυξη νέων ειδών. Η συχνότητα των αλληλόμορφων γονιδίων μπορεί να αλλάζει από γενεά σε γενεά ως τυχαίο αποτέλεσμα μόνο σε μια μικρή γονιδιακή δεξαμενή. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως γενετική παρέκκλιση.

25 Γένη και γενετικό ανακάτωμα Τα γένη μπορεί να εισάγουν νέους συνδυασμούς γονιδίων σε έναν πληθυσμό και είναι σημαντική πηγή γενετικής ποικιλότητας. Ξέρετε πιθανόν από εμπειρία ότι οι αμφιθαλείς αδελφοί δεν είναι γενετικά ίδιοι με τους γονείς τους ή ο ένας με τον άλλον (εκτός από, φυσικά, τους μονογενείς δίδυμους). Αυτό γίνεται επειδή όταν αναπαράγονται εγγενώς οι οργανισμοί, κάποιο γενετικό «ανακάτωμα» εμφανίζεται, συγκεντρώνοντας νέους συνδυασμούς γονιδίων. Παραδείγματος χάριν, θα μπορούσατε να έχετε θαμνώδη φρύδια και μεγάλη μύτη αφού η μητέρα σας είχε γονίδια για θαμνώδη φρύδια και ο πατέρας σας γονίδια για μεγάλη μύτη. Αυτοίοισυνδυασμοί μπορούν να είναι καλοί, κακοί, ή ουδέτεροι. Εάν ο σύζυγός σας έχει φυσική κατάσταση το συνδυασμό θαμνώδη φρύδια/μεγάλη μύτη, ήσαστε τυχεροί και πετύχατε έναν συνδυασμό νίκης! Αυτό το ανακάτωμα είναι σημαντικό για την εξέλιξη επειδή μπορεί να εισάγει νέους συνδυασμούς γονιδίων σε κάθε γενεά. Εντούτοις, μπορεί επίσης να καταστρέψει τους «καλούς» συνδυασμούς γονιδίων.

26 Εξελικτικοί Μηχανισμοί Γενετική Ποικιλότητα Μεταλλαγές Ροή γονιδίων Γένη και γενετικό ανακάτωμα Γενετική Παρέκκλιση Μετανάστευση Προσαρμογή Ανάπτυξη ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ

27 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΕΚΚΛΙΣΗ Η γενετική παρέκκλιση είναι αλλαγές στις συχνότητες αλληλόμορφων γονιδίων μιας δεξαμενής γονιδίων λόγω ευκαιριών ή τυχαίων γεγονότων. Αυτό μπορεί να εμφανιστεί σε μεγάλους ή μικρούς πληθυσμούς. Η γενετική παρέκκλιση αναγκάζει τις δεξαμενές γονιδίων δύο απομονωμένων πληθυσμών να γίνουν ανόμοιες καθώς μερικά αλληλόμορφα γονίδια χάνονται και άλλα σταθεροποιούνται. Η γενετική παρέκκλιση εμφανίζεται όταν ιδρυτές (ή άποικοι) ιδρύουν έναν νέο πληθυσμό, μετά από γενετικό bottleneck και συνισταμένη διασταύρωση. Η επίδραση των ιδρυτών είναι μια περίπτωση γενετικής παρέκκλισης στην οποία σπάνια αλληλόμορφα γονίδια, ή συνδυασμοί αλληλόμορφων γονιδίων, εμφανίζονται σε υψηλότερη συχνότητα σε έναν πληθυσμό απομονωμένο από το γενικό πληθυσμό. Τα ιδρυόμενα άτομα περιέχουν ένα μέρος της συνολικής γενετικής ποικιλομορφίας της αρχικής γονιδιακής δεξαμενής. Τα αλληλόμορφα γονίδια που μεταφέρονται από τους ιδρυτές καθορίζονται μόνο από τύχη. Θεωρήστε τους αποίκους στη Νέα Αγγλία. Με κανένα τρόπο δεν αντιπροσώπευσαν όλη τη γενετική ποικιλότητα των ανθρώπινων ειδών ή ακόμα και της γενετικής ποικιλότητας μεταξύ των Ευρωπαίων.

28 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΕΚΚΛΙΣΗ Όταν ένας νέος πληθυσμός αρχίζει από ένα ή μερικά άτομα που χωρίζουν τυχαία από έναν μεγαλύτερο πληθυσμό, η τύχη μπορεί να υπαγορεύσει ότι οι συχνότητες αλληλόμορφων γονιδίων στο νέο πληθυσμό μπορούν να είναι πολύ διαφορετικές από εκείνες του αρχικού πληθυσμού. Πολλά είδη στα νησιά (όπως οι διάσημοι σπίνοι του αρβίνου στα Galapagos) επιδεικνύουν την επίδραση των ιδρυτών. Τα νησιά Galapagos είναι ηφαιστειακά νησιά στα ανοικτά των ακτών της Νότιας Αμερικής. Είχαν λιγότερους τύπους οργανισμών από την ηπειρωτική χώρα της Νότιας Αμερικής. Τα είδη στα νησιά διαφέρουν από εκείνα της ηπειρωτικής χώρας, και μεταξύ τους από νησί σε νησί. Κάθε νησί είχε μια παραλλαγή χελώνας που συσχετίστηκε με τη διαφορετική βλάστηση και τις περιβαλλοντικές συνθήκες που υπάρχουν στο εν λόγω νησί. Χελώνες στα Galapagos. Σημειώστε τη διαφορά στο ύψος του κελύφους μεταξύ της άνω και κάτω εικόνας.

29 Οι σπίνοι στα νησιά Galápagos έμοιαζαν με τους σπίνους της ηπειρωτικής χώρας αλλά όμως υπήρχαν περισσότεροι τύποι. Τα είδη των σπίνων στα νησιά Galápagos ποικίλλαν όσον αφορά την θέση της φωλιάς, το μέγεθος του ράμφους, και τις συνήθειες του φαγητού. Ένας ασυνήθιστος σπίνος χρησιμοποίησε έναν κλαδίσκο ή ένα αγκάθι για να ανοίξει στα έντομα, μια εργασία που γίνεται κανονικά από έναν δρυοκολάπτη. Οι σπίνοι έκαναν τον αρβίνο να αναρωτηθεί: είναι απόγονοι από έναν πρόγονο της ηπειρωτικής χώρας, τα νησιά επιτρέπουν στους απομονωμένους πληθυσμούς να εξελιχθούν ανεξάρτητα, και θα μπορούσαν τα σημερινά είδη να έχουν προκύψει από τις αλλαγές που παρατηρούνται σε κάθε απομονωμένο πληθυσμό; Παρέκκλιση των σπίνων των Galapagos από τους προγονικούς αποίκους της ηπειρωτικήςχώραςτηςνότιαςαμερικής.

30 Φαινόμενο bottleneck Μία επίδραση bottleneck είναι η γενετική παρέκκλιση στην οποία μια σφοδρή μείωση του μεγέθους του πληθυσμού προκύπτει από φυσική καταστροφή, ασθένεια, αρπακτικά ζώα, ή μείωση βιoτόπων. Αυτό οδηγεί σε μια σφοδρή μείωση της συνολικής γενετικής ποικιλομορφίας της αρχικής γονιδιακής δεξαμενής. Πρόβλημα για πολλά απειλούμενα υπό εξαφάνιση είδη. Ακόμα και όταν ο πληθυσμός αυξάνεται στο αρχικό του μέγεθός, ένα τμήμα της αρχικής γενετικής ποικιλομορφίας του παραμένει χαμένο. Η επίδραση των bottleneck εμποδίζει τους περισσότερους γονοτύπους να συμμετάσχουν στην παραγωγή της επόμενης γενεάς. Το bottleneck ενός μεγαλόσωμου αιλουροειδούς της Αφρικής προκαλεί σχετική στειρότητα λόγω της έντονης ενδογαμίας. Πρόσφατες μελέτες στους ανθρώπους προτείνουν ότι μπορεί να είχαν συμβεί μία ή περισσότερες περιπτώσεις σφοδρών γενετικών bottleneck στην προϊστορία μας.

31 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΕΚΚΛΙΣΗ Το τυχαίο ζευγάρωμα περιλαμβάνει τα άτομα που ζευγαρώνουν κατά τύχη, όχι σύμφωνα με τους γενοτύπους ή τους φαινότυπούς τους. Το μη τυχαίο ζευγάρωμα περιλαμβάνει την ενδογαμία ατόμων και το εκλεκτικό ζευγάρωμα. Η ενδογαμία είναι ζευγάρωμα μεταξύ συγγενών σε μεγαλύτερη έκταση απ' ό,τι κατά τύχη. Ενδογαμία μπορεί να εμφανιστεί εάν η διασπορά είναι τόσο χαμηλή που σύντροφοι είναι πιθανό να είναι συγγενείς και δεν αλλάζουν οι συχνότητες των αλληλόμορφων γονιδίων, αλλά μειώνεται η αναλογία των ετεροζυγωτών και αυξάνονται οι αναλογίες των ομοζυγωτών σε όλα τα γονίδια. Το εκλεκτικό ζευγάρωμα εμφανίζεται όταν τείνουν τα άτομα να ζευγαρώσουν με εκείνους που έχουν τον ίδιο φαινότυπο. Το εκλεκτικό ζευγάρωμα διαιρεί έναν πληθυσμό σε δύο φαινοτυπικές κατηγορίες με μειωμένη ανταλλαγή γονιδίων.

32 ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΠΑΡΕΚΚΛΙΣΗ Η γενετική παρέκκλιση - μαζί με τη φυσική επιλογή, τη μεταλλαγή, και τη μετανάστευση - είναι ένας από τους βασικούς μηχανισμούς της εξέλιξης. Σε κάθε γενεά, μερικά άτομα, κατά τύχη, μπορούν να αφήσουν πίσω λίγο περισσότερους απογόνους (και τα γονίδια, φυσικά!) από άλλα άτομα. Τα γονίδια της επόμενης γενεάς θα είναι τα γονίδια των «τυχερών» ατόμων, όχι απαραιτήτως τα υγιέστερα ή τα «καλύτερα» άτομα. Αυτή, εν συντομία, είναι η γενετική παρέκκλιση. Συμβαίνει σε ΟΛΟΥΣ τους πληθυσμούς - δεν μπορεί να αποφευχθούν οι ιδιορρυθμίες της τύχης. Νωρίτερα χρησιμοποιήσαμε αυτά τα υποθετικά κινούμενα σκαθάρια. Η γενετική παρέκκλιση έχει επιπτώσεις στη γενετική διόρθωση του πληθυσμού αλλά, αντίθετα με τη φυσική επιλογή, μέσω μιας εξ ολοκλήρου τυχαίας διαδικασίας. Έτσι, αν και η γενετική παρέκκλιση είναι ένας μηχανισμός εξέλιξης, δεν λειτουργεί για να παραγάγει προσαρμογές.

33 Εξελικτικοί Μηχανισμοί Γενετική Ποικιλότητα Μεταλλαγές Ροή γονιδίων Γένη και γενετικό ανακάτωμα Γενετική Παρέκκλιση Μετανάστευση Προσαρμογή Ανάπτυξη ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ

34 ΜΕΤΑΝΑΣΤΕΥΣΗ Η μετανάστευση από ή σε έναν πληθυσμό μπορεί να εξασθενίσει τις γενετικές διαφορές μεταξύ πληθυσμών. Οι μεταλλαγές που αναπτύσσονται σε έναν πληθυσμό μπορούν να διαδοθούν σε άλλους πληθυσμούς με τη μετανάστευση. Αυτό χρησιμεύει, όπως και η μεταλλαγή, στο να εισαχθούν νέα αλληλόμορφα γονίδια στους πληθυσμούς.

35 Προσαρμογή Μια προσαρμογή είναι ένα χαρακτηριστικό που είναι σύνηθες σε έναν πληθυσμό διότι παρέχει κάποια βελτιωμένη λειτουργία. Οι προσαρμογές εναρμονίζονται καλά με τη λειτουργία τους και παράγονται μέσω φυσικής επιλογής. Οι προσαρμογές μπορούν να λάβουν πολλές μορφές: μια συμπεριφορά που επιτρέπει την καλύτερη διαφυγή των αρπακτικών ζώων, μια πρωτεΐνη που λειτουργεί καλύτερα στη θερμοκρασία σώματος, ή ένα ανατομικό χαρακτηριστικό που επιτρέπει στον οργανισμό να έχει πρόσβαση σε έναν πολύτιμο νέο πόρο - όλααυτάθαμπορούσαννα είναι προσαρμογές. Πολλά από τα πράγματα που μας εντυπωσιάζουν στη φύση είναι πιθανόν προσαρμογές.

36 Τι γίνεται με την προσαρμοστικότητα; Οι βιολόγοι χρησιμοποιούν την λέξη προσαρμοστικότητα για να περιγράψουν το πόσο καλός είναι ένας ιδιαίτερος γονότυπος στο να αφήνει απογόνους στην επόμενη γενεά σχετικά με άλλους γονοτύπους. Έτσι εάν τα καφετί σκαθάρια αφήνουν με συνέπεια περισσότερους απογόνους από τα πράσινα σκαθάρια λόγω του χρώματός τους, θα λέγατε ότι τα καφετί σκαθάρια είχαν μια υψηλότερη προσαρμοστικότητα. Τα καφετί σκαθάρια έχουν μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα σχετικά με τα πράσινα. Φυσικά, η προσαρμοστικότητα είναι ένα σχετικό μέγεθος. Η προσαρμοστικότητα ενός γονοτύπου εξαρτάται από το περιβάλλον στο οποίο ζει ο οργανισμός. Ο καταλληλότερος γονότυπος κατά τη διάρκεια της εποχής των παγετώνων, για παράδειγμα, δεν είναι πιθανόν ο καταλληλότερος γονότυπος και μόλις τελειώσει η εποχή των παγετώνων.

37 Παραδείγματα Προσαρμοστικότητας Η μίμηση των φύλλων από τα έντομα είναι μια προσαρμογή για την παράκαμψη των αρπακτικών. Αυτό το παράδειγμα είναι ένας γρύλος από την Κόστα Ρίκα. Ο θάμνος creosote είναι φυτό της ερήμου που παράγει τοξίνες οι οποίες εμποδίζουν άλλα φυτά να αναπτυχθούν εκεί κοντά, μειώνοντας έτσι τον ανταγωνισμό για τις θρεπτικέςουσίεςκαιτονερό. Ο εντοπισμός με ήχο στις νυχτερίδες είναι μια προσαρμογή για τη σύλληψη των εντόμων.

38 Τι δεν είναι μια προσαρμογή; Η απάντηση: πολλά πράγματα. Ένα παράδειγμα είναι οι υπολειμματικές δομές. Μια υπολειμματική δομή είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα που ήταν μια προσαρμογή για τον πρόγονο του οργανισμού, αλλά που εξελίχθηκε να είναι μη λειτουργική επειδή το περιβάλλον του οργανισμού άλλαξε. Τα είδη ψαριών που ζουν σε απολύτως σκοτεινές σπηλιές έχουν υπολειμματικά, μη λειτουργικά μάτια. Όταν οι με όραση πρόγονοί τους κατέληξαν στις σπηλιές, δεν υπήρχε πλέον οποιαδήποτε φυσική επιλογή που θα διατηρούσε τη λειτουργία των ματιών των ψαριών. Έτσι, τα ψάρια με καλύτερη όραση δεν ήταν πλέον εκτός συναγωνισμού με τα ψάρια με χειρότερη όραση. Σήμερα, αυτά τα ψάρια έχουν ακόμα μάτια - αλλά δεν είναι λειτουργικά και δεν είναι μια προσαρμογή, είναι ακριβώς τα υποπροϊόντα της εξελικτικής ιστορίας των ψαριών.

39 Εξελικτικοί Μηχανισμοί Γενετική Ποικιλότητα Μεταλλαγές Ροή γονιδίων Γένη και γενετικό ανακάτωμα Γενετική Παρέκκλιση Μετανάστευση Προσαρμογή Ανάπτυξη ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ

40 Ανάπτυξη Η ανάπτυξη είναι η διαδικασία μέσω της οποίας ένα έμβρυο γίνεται ένας ενήλικος οργανισμός και τελικά πεθαίνει. Μέσω της ανάπτυξης, ο γονότυπος ενός οργανισμού εκφράζεται ως φαινότυπος, που εκθέτει τα γονίδια στη δράση της φυσικής επιλογής. Οι μελέτες της ανάπτυξης είναι σημαντικές στην Εξελικτική Βιολογία για διάφορους λόγους: Εξήγηση σημαντικής εξελικτικής αλλαγής. Οι αλλαγές στα γονίδια που ελέγχουν την ανάπτυξη μπορούν να έχουν σημαντική επίδραση στη μορφολογία του ενήλικου οργανισμού. Επειδή αυτές οι επιδράσεις είναι τόσο σημαντικές, οι επιστήμονες υποπτεύονται ότι οι αλλαγές στα αναπτυξιακά γονίδια έχουν βοηθήσει στην πρόκληση μεγάλης κλίμακας εξελικτικών μετασχηματισμών. Οι αναπτυξιακές αλλαγές μπορούν να βοηθήσουν στην εξήγηση, παραδείγματος χάριν, πως μερικά θηλαστικά με οπλές εξελίχθηκαν σε κατοίκους ωκεανών, πώς τα φυτά από το νερό εισέβαλαν στο έδαφος, και πώς μικρά, θωρακισμένα ασπόνδυλα εξέλιξαν τα φτερά.

41 Πληροφόρηση περί της εξελικτικής ιστορίας: Η ανάπτυξη ενός οργανισμού μπορεί να περιέχει ενδείξεις για την ιστορία του που οι βιολόγοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να δημιουργήσουν τα εξελικτικά δέντρα. Περιορισμός εξελικτικών αλλαγών: Οι αναπτυξιακές διαδικασίες μπορούν να περιορίσουν την εξέλιξη, εμποδίζοντας ορισμένους χαρακτήρες να εξελιχθούν σε ορισμένες γενεαλογίες. Για παράδειγμα, η ανάπτυξη μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση του γιατί πραγματικά δεν υπάρχει κανένα εξάποδο στα τετράποδα.. Μεταλλαγές στα γονίδια που ελέγχουν την ανάπτυξη των μυγών των φρούτων μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές αλλαγές στη μορφολογία, όπως π.χ. δύο ζευγάρια φτερών αντί ενός. Μια άλλη αναπτυξιακή μεταλλαγή γονιδίων μπορεί να αναγκάσει τις μύγες των φρούτων να έχουν πόδια εκεί που είναι κανονικά οι κεραίες, όπως φαίνεται στη μύγα δεξιά

42 Οι χαρακτήρες που εμφανίζονται στα έμβρυα μπορούν να βοηθήσουν να ξεκαθαρίσει το μοτίβο των σχέσεων μεταξύ των γενεαλογιών

43 Εξελικτικοί Μηχανισμοί Γενετική Ποικιλότητα Μεταλλαγές Ροή γονιδίων Γένη και γενετικό ανακάτωμα Γενετική Παρέκκλιση Μετανάστευση Προσαρμογή Ανάπτυξη ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ

44 Φυσική Επιλογή Η φυσική επιλογή είναι ένας από τους βασικούς μηχανισμούς της εξέλιξης, μαζί με τη μεταλλαγή, τη μετανάστευση, και τη γενετική παρέκκλιση. Η μεγάλη ιδέα του αρβίνου της εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής είναι σχετικά απλή αλλά συχνά παραννοημένη. Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί, φανταστείτε έναν πληθυσμό σκαθαριών:

45 Υπάρχει ποικιλότητα στα γνωρίσματα. Παραδείγματος χάριν, μερικά σκαθάρια είναι πράσινα και μερικά είναι καφετί. Υπάρχει διαφοροποιημένη αναπαραγωγή. εδομένου ότι το περιβάλλον δεν μπορεί να υποστηρίξει απεριόριστη αύξηση του πληθυσμού, δεν εξαντλούν όλα τα άτομα την αναπαραγωγική τους δυνατότητα. Σε αυτό το παράδειγμα, σε σύγκριση με τα καφετί σκαθάρια, τα πράσινα σκαθάρια τρώγονται από τα πουλιά και ως εκ τούτου επιζούν λιγότερα για να αναπαραχθούν Υπάρχει κληρονομικότητα. Τα επιζώντα καφετί σκαθάρια έχουν καφετί μωρά επειδή αυτό το γνώρισμα έχει γενετική βάση. Τελικό αποτέλεσμα: Το πιο συμφέρον γνώρισμα, ο καφετί χρωματισμός, που επιτρέπει στο σκαθάρι να έχει περισσότερους απογόνους, γίνεται πιό σύνηθες στον πληθυσμό. Εάν αυτή η διαδικασία συνεχίζεται, τελικά, όλα τα άτομα στον πληθυσμό θα γίνουν καφετί.

46 Εάν υπάρχει ποικιλότητα, διαφοροποιημένη αναπαραγωγή, και κληρονομικότητα, θα υπάρχει εξέλιξη μέσω της φυσικής επιλογής ως έκβαση.

47 Φυσική Eπιλογή Όλα τα μέλη ενός πληθυσμού δεν έχουν απαραιτήτως ίση πιθανότητα επιβίωσης και αναπαραγωγής (λόγω του ανταγωνισμού για τους πόρους και τους συντρόφους). Λόγω της μικρής φαινοτυπικής ποικιλότητας, μερικά άτομα προσαρμόζονται καλύτερα στο περιβάλλον τους από ό,τι άλλα. Τα καλύτερα προσαρμοσμένα άτομα είναι περισσότερο «κατάλληλα» και τείνουν να επιζήσουν και να αναπαραχθούν, δίνοντας τις προσαρμογές τους στην επόμενη γενεά με μεγαλύτερη συχνότητα από τις προσαρμογές των λιγότερων «κατάλληλων» μελών του πληθυσμού. Η Φυσική Επιλογή είναι η διαδικασία διαφοροποιημένης επιβίωσης και αναπαραγωγής που οδηγεί αναπόφευκτα σε αλλαγές στις συχνότητες αλληλόμορφων γονιδίων με την πάροδο του χρόνου καθώς τα άτομα εκείνα που είναι «καταλληλότερα» επιζούν και αφήνουν περισσότερους απογόνους. Υπάρχουν τρία πρότυπα, ή τύποι, φυσικής επιλογής:

48 Σταθεροποιημένη Eπιλογή (εξισορροπούσα ή σταθεροποιούσα) Η σταθεροποιημένη επιλογή, από μια σειρά φαινοτύπων, ευνοεί τον ενδιάμεσο φαινότυπο. Οι ακραίες διακυμάνσεις δεν επιλέγονται. Νήπια που ζυγίζουν σημαντικά λιγότερο ή περισσότερο από 7.5 λίβρες έχουν τα υψηλότερα ποσοστά θνησιμότητας νηπίων. Η επιλογή εργάζεται αντίθετα ως προς τις δύο ακραίες τιμές. Απολιθώματα ζώντων οργανισμών όπως ο κοιλάκανθος, το ginko,ο βασιλικός κάβουρας είναι παραδείγματα οργανισμών που δεν έχουν αλλάξει σχετικά από τους μακρινούς προγόνους τους.

49 Κατευθυνόμενη Επιλογή (Κατευθύνουσα) Η κατευθυνόμενη επιλογή τείνει να ευνοεί φαινότυπους του ενός άκρου της σειράς ποικιλότητας. Η αντίσταση στα εντομοκτόνα είναι ένα παράδειγμα. Το DDT ήταν ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο εντομοκτόνο. Μετά από μερικά έτη εκτενούς χρήσης, το DDT έχασε την αποτελεσματικότητά του στα έντομα. Η αντίσταση στο DDT είναι ένα γενετικό χαρακτηριστικό που ηπαρουσίαddt στο περιβάλλον το μετέτρεψε σε ένα ευνοημένο χαρακτηριστικό. Μόνο τα έντομα που ήταν ανθεκτικά στο DDT επέζησαν, οδηγώντας με την πάροδο του χρόνου τους πληθυσμούς να είναι σε μεγάλο βαθμό ανθεκτικοί στο DDT.

50 Ένα άλλο παράδειγμα είναι ο σκώρος (betularia Biston). Πριν από τη Βιομηχανική Επανάσταση στο 18ο και στις αρχές του 19ου αιώνα, μόνο σκώροι ανοικτού χρώματος συγκεντρώθηκαν στις ανοικτού χρωματισμού δασώδεις περιοχές της Αγγλίας. Υπήρχε και μια σπάνια, σκοτεινού χρώματος μορφή. Με τη ρύπανση που προκλήθηκε με την ταφή του άνθρακα, οι ανοικτού χρωματισμού κορμοί δέντρων έγιναν σκοτεινότεροι εξ αιτίας της αιθάλης. Οι άλλοτε σπάνιοι σκοτεινού χρώματος σκώροι έγιναν επικρατέστεροι, ενώ οι άλλοτε -κοινοί ανοικτού χρώματος σκώροι έγιναν όλο και περισσότερο σπάνιοι. Ο λόγος: η αρπαγή τους από τα πουλιά. Το χρώμα που έκανε τη μεγαλύτερη αντίθεση με το φόντο (κορμό δέντρων) ήταν μειονέκτημα. Ο καθαρισμός του δάσους κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1950 έγινε αιτία για την αντιστροφή των συχνοτήτων των αλληλόμορφων γονιδίων των ανοικτών και σκούρων σκώρων στα προ της Βιομηχανικής Επανάστασης επίπεδα, σκοτεινοί σκώροι είναι τώρα σπάνιοι, οι ανοικτού χρώματος σκώροι είναι τώρα κοινοί. Η αντίσταση πολλών βακτηριακών ειδών στα αντιβιοτικά είναι ένα άλλο παράδειγμα της κατευθυνόμενης επιλογής. Πάνω από 200 είδη παρουσιάζουν κάποιο βαθμό αντίστασης στα αντιβιοτικά, κάνοντας αναγκαία την ανάπτυξη και τη συνετότερη χρήση μιας νέας γενεάς αντιβιοτικών φαρμάκων.

51 ιασπαστική Επιλογή ( ιαφοροποιούσα) Η διασπαστική επιλογή ευνοεί τα άτομα που βρίσκονται στα δύο άκρα της ποικιλότητας: η επιλογή είναι αντίθετη προς τη μέση της καμπύλης. Αυτό προκαλεί ασυνέχεια στην ποικιλότητα, προκαλώντας δύο ή περισσότερες μορφές ή ευδιάκριτους φαινοτύπους. Η αφρικανική πεταλούδα swallowtail (dardanus Papilo) παράγει δύο ευδιάκριτες μορφές, που και οι δύο μοιάζουν λαμπρά χρωματισμένες αλλά αηδιαστικές πεταλούδες άλλων ειδών. Κάθε μορφή κερδίζει προστασία από την αρπαγή αν και είναι στην πραγματικότητα αρκετά εδώδιμη.

52 Προσαρμοστικότητα Η προσαρμοστικότητα είναι μια βολική έννοια επειδή συσσωρεύει σε μια ιδέα όλα αυτά που υπολογίζονται στη φυσική επιλογή (την επιβίωση, την εύρεση συντρόφου, την αναπαραγωγή). Το καταλληλότερο άτομο δεν είναι απαραιτήτως το ισχυρότερο, το γρηγορότερο, ή το μεγαλύτερο. Η προσαρμοστικότητα ενός γονοτύπου περιλαμβάνει τη ικανότητά του να επιζήσει, να βρεί σύντροφο, να παραγάγει απογόνους - και να αφήσει τελικά τα γονίδιά του στην επόμενη γενεά. Φροντίζοντας για τους απογόνους, και παράγοντας χιλιάδες νεολαίους πολλοί από τους οποίους δεν θα επιζήσουν, και επιδεικνύοντας φανταχτερά φτερά που προσελκύουν θηλυκά είναι ένα βάρος στην υγεία και την επιβίωση του γονέα. Αυτές οι στρατηγικές, εντούτοις, αυξάνουν την προσαρμοστικότητα επειδή βοηθούν τους γονείς να πάρουν περισσότερους απογόνους στην επόμενη γενεά

53 Φυλετική επιλογή Η φυλετική επιλογή είναι μια «ειδική περίπτωση» φυσικής επιλογής. Η φυλετική επιλογή επενεργεί στη δυνατότητα ενός οργανισμού να αποκτήσει (συχνα με οποιοδηποτε μεσο ειναι απαραιτητο) ή ναζευγαρώσει επιτυχώς με έναν σύντροφο. Η επιλογή κάνει πολλούς οργανισμούς να συμπεριφέρονται ακραία για το φύλο: τα παγώνια διατηρούν περίτεχνες ουρές, οι θαλάσιοι ελέφαντες μάχονται στο έδαφος, οι μύγες των φρούτων χορεύουν, και μερικά είδη παραδίδουν πειστικά δώρα. Πηγαίνοντας σε ακόμη πιό ακραίες συμπεριφορές, η αρσενική κόκκινη αράχνη κυριολεκτικά εκσφενδονίζεται μέχρι θανάτου προκειμένου να ζευγαρώσει επιτυχώς. Η φυλετική επιλογή είναι τόσο ισχυρή που συχνά δημιουργεί χαρακτηριστικά γνωρίσματα επιβλαβή για την επιβίωση του ατόμου. Παραδείγματος χάριν, τα υπερβολικά και ζωηρόχρωμα φτερά ή τα πτερύγια ουρών είναι ελκυστικά να προσελκύσουν αρπακτικά ζώα καθώς επίσης και ενδιαφερόμενα μέλη του αντίθετου φύλου. Γίνεται σαφές γιατί η φυλετική επιλογή είναι τόσο ισχυρή όταν εξετάζεται τι συμβαίνει στα γονίδια ενός ατόμου που ζει σε βαθειά γηρατειά αλλά ποτέ δεν ζευγάρωσε: κανένας απόγονος σημαίνει κανένα γονίδιο στην επόμενη γενεά, το οποίο σημαίνει ότι όλα εκείνα τα γονίδια για τη διαβίωση σε βαθειά γηρατειά δεν περνούν σε κανέναν! ηλαδή, η προσαρμοστικότητα του είναι μηδέν.

54 Φυλετική επιλογή Η φυλετική επιλογή συνήθως λειτουργεί με δύο τρόπους, αν και σε μερικές περιπτώσεις βλέπουμε αντιστροφές του ρόλου των φύλων: Ανταγωνισμός αρσενικών Τα αρσενικά ανταγωνίζονται για την προσέγγιση των θηλυκών, το ποσόν του χρόνου που δαπανάται για σύζευξη με τα θηλυκά, και ακόμη εκείνου για να πάρουν το σπέρμα που θα γονιμοποιήσει τα αυγά. Παραδείγματος χάριν, τα αρσενικά damselflies τρίβουντοσπέρματου αντιπάλου έξω ζευγάρωμα. από το θηλυκό αναπαραγωγικό σωλήνα κατά τη Επιλογή θηλυκών Τα θηλυκά επιλέγουν με ποια αρσενικά θα ζευγαρώσουν, πόσο καιρό θα ζευγαρώσουν, και ακόμη ποιανού σπέρμα θα γονιμοποιήσει τα αυγά τους. Μερικά θηλυκά μπορούν να εκτινάξουν το σπέρμα από έναν ανεπιθύμητο σύντροφο.

55 Τεχνητή Επιλογή Πολύ πριν από τον αρβίνο και τον Wallace, κατά τη διάρκεια δεκαετιών, οι αγρότες και οι κτηνοτρόφοι χρησιμοποιούσαν την ιδέα της επιλογής για να προκαλέσουν σημαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των φυτώνκαιτωνζώωντους. Οι αγρότες και οι κτηνοτρόφοι επέτρεπαν μόνο στα φυτά και τα ζώα με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά να αναπαραχθούν, προκαλώντας έτσι την εξέλιξη του αγροτικού κεφαλαίου. Αυτή η διαδικασία καλείται τεχνητή επιλογή επειδή οι άνθρωποι (αντί της φύσης) επιλέγουν ποιοί οργανισμοί θα αναπαραχθούν. Όπως παρουσιάζεται παρακάτω, οι αγρότες έχουν καλλιεργήσει πολυάριθμες δημοφιλείς φυτείες για συγκομιδή από άγρια μουστάρδα, μέσω τεχνητής επιλογής για ορισμένα χαρακτηριστικά. Αυτά τα κοινά λαχανικά καλλιεργήθηκαν από μορφές άγριας μουστάρδας. Αυτό είναι εξέλιξη μέσω της τεχνητής επιλογής.

56 Οι επιστήμονες έχουν επεξεργαστεί πολλά παραδείγματα φυσικής επιλογής, έναν από τους βασικούς μηχανισμούς της εξέλιξης. Η συμπεριφορά μπορεί επίσης να διαμορφωθεί από τη φυσική επιλογή. Συμπεριφορές όπως, τα τελετουργικά ζευγαρώματα των πουλιών, ο χορός των μελισσών, η ικανότητα των ανθρώπων να μάθουν γλώσσα έχουν γενετικά συνιστώσες και υπόκεινται στη φυσική επιλογή. Η αρσενική σούλα με τα μπλέ πόδια, που παρουσιάζεται δεξιά, υπερβάλλει τις μετακινήσεις των ποδιών του για να προσελκύσει σύντροφο.

57 Αναπαραγωγικοί μηχανισμοί απομόνωσης Ένας αναπαραγωγικός μηχανισμός απομόνωσης είναι ένα δομικό, λειτουργικό, ή χαρακτηριστικό συμπεριφοράς που εμποδίζει την επιτυχή αναπαραγωγή να συμβεί. Αυτοί οι μηχανισμοί διαιρούνται σε προσυζευκτικούς ή προζυγωτικούς και μετασυζευκτικούς ή μεταζυγωτικούς μηχανισμούς. Προσυζευκτικοί μηχανισμοί απομόνωσης: Η απομόνωση ενδιαιτημάτων εμφανίζεται όταν δύο είδη καταλαμβάνουν διαφορετικά ενδιαιτήματα, ακόμη και μέσα στην ίδια γεωγραφική περιοχή, έτσι ώστε να είναι λιγότερο πιθανό να συναντηθούν και να προσπαθήσουν να αναπαραχθούν. Η χρονική απομόνωση εμφανίζεται όταν δύο είδη ζουν στην ίδια θέση, αλλά κάθε ένα αναπαράγεται σε μια διαφορετική εποχή του έτους, αποτρέποντας ένα επιτυχές ζευγάρωμα. Η απομόνωση συμπεριφοράς εμφανίζεται όταν υπάρχουν διαφορές στη συμπεριφορά ζευγαρώματος μεταξύ δύο ειδών. Η μηχανική απομόνωση είναι το αποτέλεσμα των διαφορών στις αναπαραγωγικές δομές ή άλλων μερών του σώματος μεταξύ δύο ειδών, έτσι ώστε το ζευγάρωμα να αποτρέπεται.

58 Μετασυζευκτικοί μηχανισμοί απομόνωσης Είναι το αποτέλεσμα των αναπτυξιακών ή φυσιολογικών διαφορών μεταξύ των μελών δύο ειδών μετά το ζευγάρωμα. Η απομόνωση γαμετών είναι το φυσικό ή χημικό ασυμβίβαστο των γαμετών δύο διαφορετικών ειδών. Εάν οι γαμέτες στερούνται τους υποδοχείς για να διευκολύνουν την συγχώνευση, δεν μπορούν να διαμορφώσουν ένα ζυγωτό. Ένα ωάριο μπορεί να έχει υποδοχείς μόνο γιατοσπέρμαατόμωντουείδουςτου. Η θνησιμότητα των ζυγωτών είναι ένας μηχανισμός που λειτουργεί όταν δενζουνταυβρίδια(απόγονοι των γονέων δύο διαφορετικών ειδών) για να αναπαραχθούν. Η στειρότητα των υβριδίων εμφανίζεται όταν ο υβριδικός απόγονος είναι στείρος (π.χ., μουλάρια).

59 Παράδειγμα δράσης μηχανισμών εξέλιξης Έχουμε ορίσει την εξέλιξη ως καταγωγή με τροποποίηση από έναν κοινό πρόγονο, αλλά ακριβώς τι έχει τροποποιηθεί; Η εξέλιξη εμφανίζεται μόνο όταν υπάρχει μια αλλαγή στη συχνότητα γονιδίων μέσα σε έναν πληθυσμό με την πάροδο του χρόνου. Αυτές οι γενετικές διαφορές είναι κληρονομήσιμες και μπορούν να μεταφερθούν στην επόμενη γενεά - που είναι αυτό που έχει πραγματικά σημασία στην εξέλιξη: η μακροπρόθεσμη αλλαγή. Συγκρίνετε τα δύο παρακάτω παραδείγματα της αλλαγής στους πληθυσμούς των σκαθαριών. Ποιο είναι ένα παράδειγμα εξέλιξης;

60 1. Σκαθάρια σε σίτιση Φανταστείτε ένα ή δύο έτη ξηρασίας κατά τα οποία υπάρχουν λίγα φυτά που τα σκαθάρια μπορούν να φάνε. Όλα τα σκαθάρια έχουν τις ίδιες πιθανότητες επιβίωσης και αναπαραγωγής, αλλά λόγω των περιορισμών σίτισης, τα σκαθάρια στον πληθυσμό είναι λίγο μικρότερα από την προηγούμενη γενεά σκαθαριών. 2. Σκαθάρια ενός διαφορετικού χρώματος Τα περισσότερα από τα σκαθάρια στον πληθυσμό (πέστε 90%) έχουν γονίδια για χρωματισμό φωτεινού πράσινου και μερικά από αυτά (10%) έχουν ένα γονίδιο που τα καθιστά πιό καφετί. Κάποιο αριθμό γενεών αργότερα, τα πράγματα έχουν αλλάξει: τα καφετί σκαθάρια είναι πιό συνήθη από ότι ήταν και αποτελούν το 70% του πληθυσμού.

61 Ποιο παράδειγμα επεξηγεί καταγωγή με τροποποίηση - μια αλλαγή στη συχνότητα γονιδίων με την πάροδο του χρόνου; Η διαφορά σε βάρος στο παράδειγμα 1 ήρθε περίπου λόγω των περιβαλλοντικών επιρροών - το χαμηλό ανεφοδιασμό τροφίμων - όχι λόγω αλλαγής στη συχνότητα των γονιδίων. Επομένως, το παράδειγμα 1 δεν είναι εξέλιξη. Επειδή το μικρό μέγεθος σώματος σε αυτόν τον πληθυσμό δεν καθορίστηκε γενετικά, αυτή η γενεά των μικρόσωμων σκαθαριών θα παραγάγει σκαθάρια που θα αυξηθούν στο κανονικό μέγεθος εάν έχουν έναν κανονικό ανεφοδιασμό τροφίμων. Το μεταβαλλόμενο χρώμα στο παράδειγμα 2 είναι σίγουρα εξέλιξη: αυτές οι δύο γενεές του ίδιου πληθυσμού είναι γενετικά διαφορετικές. Αλλά πώς συνέβη αυτό;

62 Μηχανισμοί αλλαγής Μεταλλαγή Μια μεταλλαγή θα μπορούσε να είναι αιτία ώστε γονείς με γονίδια χρωματισμού φωτεινού πράσινου να έχουν απογόνους με γονίδιο καφετί χρωματισμού. Αυτό θα καθιστούσε τα γονίδια για τα καφετί σκαθάρια συχνότερα στον πληθυσμό.

63 Μετανάστευση Μερικά άτομα από έναν πληθυσμό καφετί σκαθαριών θα μπορούσαν να έχουν σμίξει με έναν πληθυσμό πράσινων σκαθαριών. Αυτό θα καθιστούσε τα γονίδια για τα καφετί σκαθάρια συχνότερα στον πληθυσμό των πράσινων σκαθαριών.

64 Γενετική παρέκκλιση Φανταστείτε ότι σε μια γενεά, δύο καφετί σκαθάρια συνέβη να έχουν τέσσερις επιζώντες απογόνους για να αναπαραχθούν. ιάφορα πράσινα σκαθάρια σκοτώθηκαν όταν κάποιος περπάτησε πάνω τους και δεν απέκτησαν απογόνους. Η επόμενη γενεά θα είχε μερικά πιό καφετί σκαθάρια από την προηγούμενη γενεά - αλλά μόνο από τύχη. Αυτές οι τυχαίες αλλαγές από γενεά σε γενεά είναι γνωστές ως γενετική παρέκκλιση.

65 Φυσική επιλογή Φανταστείτε ότι τα πράσινα σκαθάρια είναι ευκολότερο να εντοπισθούν από τα πουλιά (και ως εκ τούτου, να φαγωθούν από αυτά). Τα καφετί σκαθάρια είναι λίγο πιθανότερο να επιζήσουν για να παράγουν απογόνους. Περνούν τα γονίδιά τους για τον καφετί χρωματισμό στους απογόνους τους. Έτσι στην επόμενη γενεά, τα καφετί σκαθάρια είναι πιό συνήθη απ' ό, τι στην προηγούμενη γενεά.

66 Συμπεράσματα Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στις συχνότητες των γονιδίων στους πληθυσμούς, και έτσι όλοι τους είναι μηχανισμοί εξελικτικής αλλαγής. Εντούτοις, η φυσική επιλογή και η γενετική παρέκκλιση δεν μπορούν να λειτουργήσουν εκτός και αν υπάρχει γενετική ποικιλότητα δηλαδή, εκτός και αν μερικά άτομα είναι γενετικά διαφορετικά από τα άλλα. Εάν ο πληθυσμός των σκαθαριών ήταν 100% πράσινος, η επιλογή και η παρέκκλιση δεν θα είχαν οποιαδήποτε επίδραση επειδή η γενετική σύνθεσή τους δεν θα μπορούσε να αλλάξει. Συνεπώς, ποιες είναι οι πηγές γενετικής ποικιλότητας;

67 Παρερμηνείες για τη Φυσική Επιλογή Επειδή η φυσική επιλογή μπορεί να δημιουργήσει καταπληκτικές προσαρμογές, είναι δελεαστικό να θεωρηθεί ως μία παντοδύναμη ισχύ, που ωθεί τους οργανισμούς προς τα επάνω, ωθώντας συνεχώς στην κατεύθυνση της προόδου - αλλά αυτό δεν είναι καθόλου αυτό που είναι ηφυσικήεπιλογή. Κατ' αρχάς, η φυσική επιλογή δεν είναι παντοδύναμη, δεν παράγει την τελειότητα. Εάν τα γονίδιά σας είναι «αρκετά καλά», θα πάρετε κάποιο απόγονο στην επόμενη γενεά - δεν ειναι απαραίτητο να είστε τέλειοι. Αυτό πρέπει να γίνει αρκετά σαφές ακριβώς εξετάζοντας τους πληθυσμούς γύρω μας: οι άνθρωποι μπορούν να έχουν γονίδια για γενετικές ασθένειες, τα φυτά μπορεί να μην έχουν γονίδια για να επιζήσουν μιας ξηρασίας, ένα αρπακτικό ζώο μπορεί να μην είναι αρκετά γρήγορο για να πιάσει το θήραμά του κάθε φορά που είναι πεινασμένο. Κανένας πληθυσμός ή οργανισμός δεν προσαρμόζεται τέλεια.

68 εύτερον, είναι ακριβέστερο να σκεφτείτε τη φυσική επιλογή ως μία διαδικασία παρά ως ένα χέρι καθοδήγησης. Η φυσική επιλογή είναι το απλό αποτέλεσμα της ποικιλότητας, της διαφοροποιημένης αναπαραγωγής, και της κληρονομικότητας - είναι απρόσεκτη και μηχανιστική. εν έχει κανέναν στόχο. εν προσπαθεί να παράγει «την πρόοδο» ή ένα ισορροπημένο οικοσύστημα. Η εξέλιξη δεν λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο.

69 Γι αυτό «η ανάγκη,» «η δοκιμή,» και «η θέληση» δεν είναι πολύ ακριβείς λέξεις όταν εξηγούμε την εξέλιξη. Ο πληθυσμός ή το άτομο «δεν θέλει» ή «δεν προσπαθεί» να εξελιχθεί, και η φυσική επιλογή δεν μπορεί να προσπαθήσει να παρέχει αυτό που ένας οργανισμός «χρειάζεται.» Η φυσική επιλογή ακριβώς επιλέγει μεταξύ οποιασδήποτε ποικιλότητας υπάρχει μέσα στον πληθυσμό. Το αποτέλεσμα είναι εξέλιξη.

70 Στο αντίθετο άκρο της κλίμακας, η φυσική επιλογή ερμηνεύεται μερικές φορές ως τυχαία διαδικασία. Αυτό είναι επίσης μια παρερμηνεία. Η γενετική ποικιλότητα που εμφανίζεται σε έναν πληθυσμό λόγω της μεταλλαγής είναι τυχαία-αλλά η επιλογή ενεργεί σε εκείνη την ποικιλότητα με έναν πολύ μη τυχαίο τρόπο: οι γενετικές παραλλαγές που βοηθούν την επιβίωση και την αναπαραγωγή είναι πιθανότερο να γίνουν συνήθεις στο πληθυσμό. Ηφυσικήεπιλογή ΕΝείναιτυχαία!

71 Συνεξέλιξη Ο όρος συνεξέλιξη χρησιμοποιείται για να περιγράψει περιπτώσεις όπου δύο (ή περισσότερα) είδη επηρεάζουν αμοιβαία το ένα την εξέλιξη του άλλου. Έτσι, για παράδειγμα, μια εξελικτική αλλαγή στη μορφολογία ενός φυτού, μπορεί να έχει επιπτώσεις στη μορφολογία ενός χορτοφάγου ζώου που τρώει τα φυτά, που στη συνέχεια μπορεί να έχει επιπτώσεις στην εξέλιξη των φυτών, που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την εξέλιξη του χορτοφάγου ζώου και τα λοιπά. Η Συνεξέλιξη είναι πιθανόν να συμβεί όταν διαφορετικά είδη έχουν στενές οικολογικές αλληλεπιδράσεις το ένα με το άλλο. Αυτές οι οικολογικές σχέσεις περιλαμβάνουν: Θηρευτής/θήραμα και παράσιτο/ξενιστής Ανταγωνιστικά είδη Αμοιβαιότητα ειδών

72 Τα φυτά και τα έντομα αντιπροσωπεύουν μια κλασική περίπτωση συνεξέλιξης κάτι που είναι συχνό, αλλά όχι πάντα μία σχέση αμοιβαιότητας. Πολλά φυτά και οι επικονιαστές τους είναι τόσο εξαρτημένοι ο ένας από τον άλλο και οι σχέσεις τους είναι τόσο αποκλειστικές που οι βιολόγοι δικαίως σκέφτονται ότι το «ταίριασμα» μεταξύ των δύο είναι το αποτέλεσμα μιας συνεξελικτικής διαδικασίας. Αλλά μπορούμε να δούμε αποκλειστικά «ταιριάσματα» μεταξύ φυτών και εντόμων ακόμα και όταν δεν εμπλέκεται η γονιμοποίηση. Μερικά είδη ακακίας της Κεντρικής Αμερικής έχουν κοίλα αγκάθια και πόρους στις βάσεις των φύλλων τους που εκκρίνουν νέκταρ (δείτε την εικόνα δεξιά). Αυτά τα κοίλα αγκάθια είναι η αποκλειστική φωλιά-θέση μερικών ειδών μυρμηγκιού που πίνουν το νέκταρ. Αλλά τα μυρμήγκια δεν εκμεταλλεύονται μόνο τα φυτά - υπερασπίζουν επίσης τις ακακίες από τα φυτοφάγα ζώα.

73 Αυτό το σύστημα είναι πιθανώς το προϊόν συνεξέλιξης: τα φυτά δεν θα είχαν εξελίξει κοίλα αγκάθια ή πόρους με νέκταρ εκτός και εάν η εξέλιξή τους επηρεαζόταν από τα μυρμήγκια, και τα μυρμήγκια δεν θα είχαν εξελίξει αμυντικές συμπεριφορές στα φυτοφάγα ζώα εκτός και εάν η εξέλιξή τους επηρεαζόταν από τα φυτά.

74 Μια ανάλυση υπόθεσης συνεξέλιξης Σκίουροι, πουλιά, και τα κουκουνάρια που τρέφονται Η σκηνή: Οι παίκτες: Τα Βραχώδη Όρη Κόκκινοι Σκίουροι Πουλιά Σταυρομύτες Lodgepole Πεύκα

75 Η πλοκή: Στα Βραχώδη Όρη, οι κόκκινοι σκίουροι είναι σημαντικοί θηρευτές για τους σπόρους των πεύκων lodgepole. Μαζεύουν κουκουνάρια από τα δέντρα και τα αποθηκεύουν όλο το χειμώνα. Εντούτοις, τα πεύκα δεν είναι ανυπεράσπιστα: οι σκίουροι έχουν πρόβλημα με τα μεγάλα κουκουνάρια που ζυγίζουν πολύ αλλά έχουν λιγότερους σπόρους. Τα πουλιά Σταυρομύτες ζουν σε αυτές τις περιοχές και επίσης τρώνε σπόρους πεύκων, αλλά οι σκίουροι φτάνουν στους σπόρους πρώτοι, έτσι αυτά τα πουλιά δεν παίρνουν τόσο πολλούς σπόρους. Εντούτοις, σε μερικές απομονωμένες περιοχές, δεν υπάρχει κανένας κόκκινος σκίουρος, και οι σταυρομύτες είναι οι σημαντικότεροι θηρευτές των σπόρων των πεύκων lodgepoles. Πάλι, τα δέντρα δεν είναι ανυπεράσπιστα: οι σταυρομύτες έχουν περισσότερη δυσκολία να παίρνουν σπόρους από κουκουνάρια με μεγάλα, παχιά ξυλώδη φύλλα. Αλλά τα πουλιά έχουν έναν τρόπο αντεπίθεσης: οι σταυρομύτες με τα βαθύτερα, κοντύτερα, λιγότερο κυρτά ράμφη είναι ικανότεροι στο να εξαγάγουν σπόρους από τα σκληρά κουκουνάρια.

76 Η ερώτηση παραμένει: υπάρχει συνεξέλιξη; Προκειμένου να παρουσιαστεί η συνεξέλιξη, χρειαζόμαστε στοιχεία που προτείνουν ότι το θήραμα (τα δέντρα) έχει εξελιχθεί σε συνδυασμό με το θηρευτή (σκίουροι ή πουλιά) και ότι ο θηρευτής έχει εξελιχθεί σε συνδυασμό με το θήραμα. Οι ερευνητές Craig Benkman, William Holiman, και Julie Smith προτίθενται να δουν εάν οι παρατηρήσεις τους θα υποστήριζαν την υπόθεση αυτή της συνεξέλιξης.

77 Βασισμένοι στις υποθέσεις τους, οι επιστήμονες που έκαναν αυτήν την μελέτη έκαναν και μερικές προβλέψεις: Πρέπει να υπάρχουν γεωγραφικές διαφορές στα κουκουνάρια. Εάν τα δέντρα έχουν εξελιχθεί σε απάντηση των θηρευτών των σπόρων τους, πρέπει να παρατηρήσουμε γεωγραφικές διαφορές στα κουκουνάρια: όπου οι σκίουροι είναι οι κύριοι θηρευτές των σπόρων, τα δέντρα πρέπει να έχουν ισχυρότερες άμυνες ενάντια στην αρπακτικότητα των σκίουρων, και εκεί πού τα πουλιά είναι οι κύριοι θηρευτές των σπόρων, τα δέντρα πρέπει να έχουν τις ισχυρότερες άμυνες ενάντια στην αρπακτικότητα των πουλιών. Αυτό αποδεικνύεται αληθινό. Όπου υπάρχουν σκίουροι, τα κουκουνάρια είναι βαρύτερα με λιγότερους σπόρους, αλλά έχουν λεπτύτερα ξυλώδη φύλλα, όπως το κουκουνάρι αριστερά. Όπου υπάρχουν μόνο σταυρομύτες, τα κουκουνάρια είναι ελαφρύτερα με περισσότερους σπόρους, αλλά έχουν πυκνά ξυλώδη φύλλα, όπως αυτό δεξιά. Κουκουνάρι πεύκου Lodgepole προσαρμοσμένο στους σκίουρους, ευκολότερο να το φάνε τα πουλιά. Κουκουνάρι πεύκου Lodgepole προσαρμοσμένο στους σταυρομύτες, ευκολότερο να το φάνε οι σκίουροι.

78 Γεωγραφικές διαφορές στους θηρευτές πρέπει να αντιστοιχούν με τις διαφορές στο θήραμα. Εάν οι σταυρομύτες έχουν εξελιχθεί σε απάντηση στα πεύκα, πρέπει να παρατηρήσουμε τις γεωγραφικές διαφορές στα πουλιά: όπου τα κουκουνάρια έχουν παχιά ξυλώδη φύλλα, τα πουλιά πρέπει να έχουν μακρύτερα, λιγότερο κυρτα ράμφη (κάτω αριστερά) από όπου τα κουκουνάρια έχουν λεπτά ξυλώδη φύλλα (κάτω δεξιά). Αυτό αποδεικνύεται επίσης αληθινό. Το ράμφος είναι λιγότερο κυρτό σε αυτόν τον θηλυκό κόκκινο σταυρομύτη Το ράμφος είναι πιό πολύ κυρτωμένο σε αυτόν τον αρσενικό κόκκινο σταυρομύτη

79 Έτσι έχουμε στοιχεία ότι τα δέντρα έχουν προσαρμοστεί στα πουλιά (και τους σκίουρους) και ότι τα πουλιά έχουν προσαρμοστεί στα δέντρα. Εντούτοις, σημειώστε ότι δεν έχουμε στοιχεία ότι οι σκίουροι έχουν προσαρμοστεί στα δέντρα. Είναι εύκολο να δούμε γιατί αυτό καλείται κούρσα εξοπλισμών συνεξέλιξης: φαίνεται δυνατό το εξελικτικό «ένα - παραπάνω» να συνεχίζει και να συνεχίζει...ακόμη περισσότερο παχιάξυλώδη φύλλα κουκουναριού ευνοούνται από τη φυσική επιλογή, που αναγκάζει τα μακρύραμφα πουλιά να ευνοούνται, το οποίο προκαλεί ακόμη πιό παχιά ξυλώδη φύλλα κουκουναριού για να ευνοηθεί,...και ούτω καθεξής.

80 Μικροεξέλιξη Πώς η εξέλιξη λειτουργεί σε μικρή κλίμακα; Ορισμός της μικροεξέλιξης. Ανίχνευση της μικροεξελικτικής αλλαγής. Μηχανισμοί μικροεξέλιξης.

81 Μικροεξέλιξη Τα σπουργίτια έχουν προσαρμοστεί στο κλίμα της Βόρειας Αμερικής, τα κουνούπια έχουν εξελιχθεί ανταποκρινόμενα στη παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, και τα έντομα έχουν εξελίξει αντίσταση στα φυτοφάρμακά. Αυτά είναι όλα παραδείγματα μικροεξέλιξης - εξέλιξη σε μικρή κλίμακα. Μικροεξέλιξη είναι εξέλιξη σε μικρή κλίμακα δηλ. μέσα σε έναν μόνο πληθυσμό. Αυτό σημαίνει ότι περιορίζουμε το πεδίο εστίασής μας σε έναν μόνο κλάδο του δέντρου της ζωής. Εάν θα μπορούσατε να μεγεθύνετε την κλίμακα μέσα σε έναν κλάδο του δέντρου της ζωής - τα έντομα, για παράδειγμα- θα βλέπατε μια άλλη φυλογένεια σχετική με όλες τις διαφορετικές γενεαλογικές σειρές των εντόμων. Εάν συνεχίζετε να μεγεθύνετε, επιλέγοντας τον κλάδο που αντιπροσωπεύει τα σκαθάρια, θα βλέπατε μια άλλη φυλογένεια σχετική με τα διαφορετικά είδη σκαθαριών. Θα μπορούσατε να συνεχίσετε μεγεθύνοντας έως ότου δείτε τις σχέσεις μεταξύ των πληθυσμών των σκαθαριών.