🐢

Η Θεωρία της Φυσικής Επιλογής

Το ταξίδι του Beagle, Γκαλαπάγκος, Λάυελ και Μάλθους, 5 παρατηρήσεις και 3 συμπεράσματα, τεχνητή επιλογή

Γιατί με νοιάζει;

Ένας νεαρός που απογοήτευσε τον πατέρα του στην Ιατρική και στη Θεολογία μπήκε σε ένα πλοίο για ένα ταξίδι πέντε χρόνων. Όταν γύρισε, είχε στα χέρια του την ιδέα που άλλαξε τον τρόπο που βλέπουμε όλη τη ζωή στη Γη — και τον εαυτό μας. Ποια ήταν αυτή η ιδέα και πώς «δουλεύει»;

Ο Δαρβίνος και το ταξίδι του Beagle

Ο Κάρολος Δαρβίνος γεννήθηκε το 1809 στην Αγγλία. Το ταξίδι με τη φρεγάτα «Beagle» ξεκίνησε το 1831 και διήρκεσε 5 χρόνια: συνέλεξε ζώα, φυτά και απολιθώματα και έκανε γεωλογικές, κλιματολογικές και ανθρωπολογικές παρατηρήσεις (Αμαζόνιος, Αργεντινή, Άνδεις, νησιά Γκαλαπάγκος). Πριν από το ταξίδι πίστευε στη σταθερότητα των ειδών· μετά οδηγήθηκε στην ιδέα ότι τα είδη μεταβάλλονται. Αν και είχε τις βασικές αρχές ήδη από το 1839, δημοσίευσε τη θεωρία του το 1858, θέλοντας να συλλέξει πρόσθετο αποδεικτικό υλικό· το βιβλίο του «Η προέλευση των ειδών διά της φυσικής επιλογής» εξαντλήθηκε με την κυκλοφορία του.

Γκαλαπάγκος: σύμπλεγμα νησιών περίπου 600 μίλια από τις ακτές του Εκουαδόρ. Εκεί είδε διαφορετικά είδη χελωνών και σπίνων (13 είδη σπίνων) που δεν υπήρχαν πουθενά αλλού και διέφεραν από νησί σε νησί, αλλά έμοιαζαν μεταξύ τους και με είδη της Νότιας Αμερικής· πιθανότατα είχαν κοινούς προγόνους από την ήπειρο, που προσαρμόστηκαν στις συνθήκες κάθε νησιού.

Επιρροές: Λάυελ και Μάλθους

Τσαρλς Λάυελ, «Οι αρχές της Γεωλογίας»: η επιφάνεια της Γης διαμορφώθηκε βαθμιαία από φυσικές δυνάμεις που δρουν ακόμη και σήμερα (βροχή, άνεμοι, σεισμοί, ηφαίστεια). Αφού η Γη εξελίχθηκε στον χρόνο, γιατί όχι και οι οργανισμοί της;
Τόμας Μάλθους, «Δοκίμιο επί των αρχών του πληθυσμού»: ο πληθυσμός αυξάνεται με ρυθμό γεωμετρικής προόδου, ενώ τα αγαθά με ρυθμό αριθμητικής προόδου. Ο Δαρβίνος απέδωσε τη σταθερότητα του μεγέθους των πληθυσμών στη δράση της φυσικής επιλογής. (Ο Μάλθους διαψεύστηκε ως προς τα αγαθά: η σύγχρονη γεωργία αύξησε πολύ την παραγωγή τροφής.)

Η θεωρία: 5 παρατηρήσεις, 3 συμπεράσματα

Παρατήρηση 1: οι πληθυσμοί τείνουν να αυξάνονται από γενιά σε γενιά με ρυθμό γεωμετρικής προόδου.
Παρατήρηση 2: εκτός από εποχικές διακυμάνσεις, τα μεγέθη των πληθυσμών μένουν σχετικά σταθερά.
Συμπέρασμα 1: άρα μερικά άτομα δεν επιβιώνουν ή δεν αναπαράγονται — διεξάγεται αγώνας επιβίωσης.
Παρατήρηση 3: τα άτομα ενός είδους δεν είναι όμοια — υπάρχει τεράστια ποικιλομορφία.
Παρατήρηση 4: τα περισσότερα χαρακτηριστικά των γονέων κληροδοτούνται στους απογόνους.
Συμπέρασμα 2: η επιτυχία στον αγώνα επιβίωσης δεν είναι τυχαία· όσοι κληρονόμησαν χαρακτηριστικά που τους προσαρμόζουν καλύτερα επιβιώνουν περισσότερο ή/και αφήνουν περισσότερους απογόνους.
Συμπέρασμα 3: τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται με μεγαλύτερη συχνότητα· με τον χρόνο η συσσώρευσή τους μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση νέου είδους.

Φυσική επιλογή είναι η διαδικασία με την οποία οι οργανισμοί που είναι περισσότερο προσαρμοσμένοι στο περιβάλλον τους επιβιώνουν και αναπαράγονται περισσότερο από τους λιγότερο προσαρμοσμένους. Ο όρος σε αντιδιαστολή με την τεχνητή επιλογή, που κάνει ο άνθρωπος όταν επιλέγει ζώα ή φυτά με επιθυμητά χαρακτηριστικά για αναπαραγωγή.

$\text{υπερπαραγωγή} + \text{ποικιλομορφία} + \text{κληρονομικότητα} \Rightarrow \text{φυσική επιλογή}$

Γρήγορος έλεγχος

Από ποιες παρατηρήσεις προκύπτει το συμπέρασμα ότι υπάρχει αγώνας επιβίωσης;

Κόλπο μνήμης

Η φυσική επιλογή σε τρία «Π»: Πολλοί γεννιούνται (υπερπαραγωγή), Ποικίλοι είναι (ποικιλομορφία), Περνούν τα γνωρίσματα στα παιδιά (κληρονομικότητα) → επιβιώνουν οι καταλληλότεροι για το συγκεκριμένο περιβάλλον.

Μέθοδος: εξηγώ ένα γνώρισμα «κατά Δαρβίνο»

Στον προγονικό πληθυσμό υπήρχε ποικιλομορφία για το γνώρισμα (π.χ. λαιμοί διαφορετικού μήκους).
Γεννιούνται περισσότερα άτομα απ' όσα μπορεί να θρέψει το περιβάλλον → αγώνας επιβίωσης.
Τα άτομα με το ευνοϊκό γνώρισμα επιβιώνουν και αφήνουν περισσότερους απογόνους.
Το γνώρισμα είναι κληρονομήσιμο → η συχνότητά του αυξάνεται γενιά με τη γενιά.

Προσοχή: δεν λες ότι οι οργανισμοί «απέκτησαν το γνώρισμα επειδή το χρειάζονταν».

Άσκηση: Ποιες ήταν οι δύο εργασίες άλλων επιστημόνων που επηρέασαν τον Δαρβίνο και τι κράτησε από την καθεμία;

Λύση:

Λάυελ: η Γη διαμορφώθηκε βαθμιαία με φυσικές δυνάμεις που δρουν ακόμη· αν η Γη εξελίχθηκε, μπορεί να εξελίχθηκαν και οι οργανισμοί.
Μάλθους: ο πληθυσμός αυξάνεται γεωμετρικά ενώ τα αγαθά αριθμητικά· ο Δαρβίνος απέδωσε τη σταθερότητα των πληθυσμών στη φυσική επιλογή (αγώνας επιβίωσης).

Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: Να εξηγήσεις, σύμφωνα με τη θεωρία της φυσικής επιλογής, την επικράτηση του μακριού λαιμού στις καμηλοπαρδάλεις.

Λύση:

Στο προγονικό είδος υπήρχαν ζώα με λαιμούς ποικίλου μήκους (ποικιλομορφία).
Γεννιούνταν περισσότερα ζώα απ' όσα μπορούσε να θρέψει το περιβάλλον → αγώνας επιβίωσης.
Η φυσική επιλογή ευνόησε τα άτομα με ψηλότερο λαιμό, που έφταναν τροφή καλύτερης ποιότητας ή μεγαλύτερης ποσότητας· επιβίωναν και άφηναν περισσότερους απογόνους.
Το γνώρισμα κληροδοτήθηκε· τα άτομα με κοντό λαιμό λιγόστευαν σταδιακά και τελικά εξαφανίστηκαν. Ο μακρύς λαιμός έγινε χαρακτηριστικό του είδους.

Ήξερες ότι;

Τη θεωρία της φυσικής επιλογής την είχε συλλάβει ανεξάρτητα και ο Βρετανός φυσιοδίφης Alfred Russel Wallace. Όταν ο Δαρβίνος έλαβε το δοκίμιό του το 1858, οι δύο ιδέες παρουσιάστηκαν μαζί στη Λινναία Εταιρεία του Λονδίνου· το βιβλίο του Δαρβίνου κυκλοφόρησε τον επόμενο χρόνο, το 1859.

Πρόκληση

Ένα ζευγάρι πουλιών γεννά 4 νεοσσούς τον χρόνο, που στον επόμενο χρόνο αναπαράγονται κι αυτοί (υπόθεσε ότι κάθε ζευγάρι δίνει 4 απογόνους και οι γονείς πεθαίνουν). (α) Πόσα πουλιά θα υπάρχουν μετά από 5 γενιές αν επιβιώνουν όλα; (β) Αν ο πληθυσμός στην πραγματικότητα μένει σταθερός στα 2, πόσοι από τους 4 νεοσσούς κάθε ζευγαριού επιβιώνουν κατά μέσο όρο ως την αναπαραγωγή; (γ) Ποια παρατήρηση και ποιο συμπέρασμα του Δαρβίνου επιβεβαιώνεις;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) Κάθε γενιά ο πληθυσμός διπλασιάζεται (2 γονείς → 4 απόγονοι): $2 \cdot 2^5 = 64$ πουλιά (γεωμετρική πρόοδος).

(β) Για να μένει σταθερός στα 2, από τους 4 νεοσσούς επιβιώνουν και αναπαράγονται κατά μέσο όρο 2, δηλαδή το 50%.

(γ) Παρατηρήσεις 1–2 (γεωμετρική τάση αύξησης αλλά σταθερό μέγεθος) → Συμπέρασμα 1: διεξάγεται αγώνας επιβίωσης.

Γρήγορος έλεγχος

Ποια είναι η διαφορά φυσικής και τεχνητής επιλογής;

Γρήγορος έλεγχος

Ποιο βιβλίο επηρέασε τον Δαρβίνο με την ιδέα ότι η Γη διαμορφώθηκε βαθμιαία από φυσικές δυνάμεις;

Συνηθισμένα λάθη

«Το ζώο απέκτησε το γνώρισμα επειδή το χρειαζόταν». Κατά Δαρβίνο, το γνώρισμα προϋπήρχε στην ποικιλομορφία και η φυσική επιλογή το ευνόησε.
«Επιβιώνει ο δυνατότερος». Επιβιώνει και αναπαράγεται περισσότερο ο καλύτερα προσαρμοσμένος στο συγκεκριμένο περιβάλλον.
Ξεχνάς την κληρονομικότητα. Αν το γνώρισμα δεν κληροδοτείται, η επιλογή δεν αλλάζει τον πληθυσμό.

Σύνοψη — τι κρατάμε

Δαρβίνος: ταξίδι Beagle (1831, 5 χρόνια), Γκαλαπάγκος (σπίνοι, χελώνες)· επιρροές Λάυελ και Μάλθους.
5 παρατηρήσεις: γεωμετρική τάση αύξησης, σταθερό μέγεθος πληθυσμών, ποικιλομορφία, κληρονομικότητα.
3 συμπεράσματα: αγώνας επιβίωσης· επιβιώνουν/αναπαράγονται περισσότερο οι καλύτερα προσαρμοσμένοι· συσσώρευση ευνοϊκών γνωρισμάτων → νέο είδος.
Φυσική επιλογή vs τεχνητή επιλογή (από τον άνθρωπο).

Ο Δαρβίνος και το ταξίδι του Beagle

Η θεωρία: 5 παρατηρήσεις, 3 συμπεράσματα

Παρατήρηση 1: οι πληθυσμοί τείνουν να αυξάνονται από γενιά σε γενιά με ρυθμό γεωμετρικής προόδου.

Παρατήρηση 2: εκτός από εποχικές διακυμάνσεις, τα μεγέθη των πληθυσμών μένουν σχετικά σταθερά.

Συμπέρασμα 1: άρα μερικά άτομα δεν επιβιώνουν ή δεν αναπαράγονται — διεξάγεται αγώνας επιβίωσης.

Παρατήρηση 3: τα άτομα ενός είδους δεν είναι όμοια — υπάρχει τεράστια ποικιλομορφία.

Παρατήρηση 4: τα περισσότερα χαρακτηριστικά των γονέων κληροδοτούνται στους απογόνους.

Συμπέρασμα 2: η επιτυχία στον αγώνα επιβίωσης δεν είναι τυχαία· όσοι κληρονόμησαν χαρακτηριστικά που τους προσαρμόζουν καλύτερα επιβιώνουν περισσότερο ή/και αφήνουν περισσότερους απογόνους.

Συμπέρασμα 3: τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται με μεγαλύτερη συχνότητα· με τον χρόνο η συσσώρευσή τους μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση νέου είδους.