CHỌN LỌC TỰ NHIÊN: CƠ CHẾ, BẰNG CHỨNG, CÁC LOẠI VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Các chọn lọc tự nhiên là một cơ chế tiến hóa của nhà tự nhiên học người Anh Charles Darwin, nơi có đề xuất là một thành công sinh sản khác biệt giữa các cá nhân trong một quần thể.

Chọn lọc tự nhiên có tác dụng sinh sản những cá thể mang một số alen nhất định, để lại nhiều con hơn so với những cá thể mang các alen khác. Những cá thể này sinh sản nhiều hơn và do đó tăng tần suất của chúng. Quá trình chọn lọc tự nhiên của Darwin làm nảy sinh những thích nghi.

Nguồn: xem Nguồn, qua Wikimedia Commons Dưới góc độ của di truyền quần thể, sự tiến hóa được định nghĩa là sự biến đổi của tần số alen trong quần thể. Có hai quá trình hoặc cơ chế tiến hóa dẫn đến sự thay đổi này: chọn lọc tự nhiên và trôi dạt gen.

Charles Darwin

Chọn lọc tự nhiên đã bị hiểu lầm kể từ khi Darwin lần đầu tiên công bố những ý tưởng đột phá của mình. Với bối cảnh chính trị và xã hội thời đó, các lý thuyết của nhà tự nhiên học đã được ngoại suy một cách sai lầm đối với xã hội loài người, những cụm từ mới nổi ngày nay được các phương tiện truyền thông và phim tài liệu truyền bá như "sự sống sót của những người khỏe mạnh nhất".

Chọn lọc tự nhiên là gì?

Chọn lọc tự nhiên là cơ chế được đề xuất bởi nhà tự nhiên học người Anh Charles Darwin vào năm 1859. Chủ đề này được xử lý rất chi tiết trong kiệt tác Nguồn gốc các loài của ông.

Đây là một trong những ý tưởng quan trọng nhất trong lĩnh vực sinh học, vì nó giải thích tất cả các dạng sống mà chúng ta có thể đánh giá ngày nay có nguồn gốc như thế nào. Nó có thể so sánh với ý tưởng của các nhà khoa học vĩ đại trong các ngành khác, chẳng hạn như Isaac Newton chẳng hạn.

Darwin giải thích thông qua nhiều ví dụ quan sát được trong chuyến du hành của mình rằng các loài không phải là thực thể bất biến trong thời gian và đề xuất rằng tất cả chúng đều đến từ một tổ tiên chung.

Mặc dù có hàng chục định nghĩa về chọn lọc tự nhiên, nhưng đơn giản nhất và cụ thể nhất là của Stearns & Hoekstra (2000): “chọn lọc tự nhiên là sự biến đổi thành công trong sinh sản liên quan đến một đặc điểm di truyền”.

Cần lưu ý rằng quá trình tiến hóa và chọn lọc tự nhiên không theo đuổi một mục tiêu hay mục tiêu cụ thể nào. Nó chỉ tạo ra các sinh vật thích nghi với môi trường của chúng, mà không có bất kỳ loại đặc điểm kỹ thuật nào về cấu hình tiềm năng mà những sinh vật này sẽ có.

Cơ chế

Một số tác giả bày tỏ rằng chọn lọc tự nhiên là một tính tất yếu của toán học, vì nó xảy ra bất cứ khi nào ba định đề được hoàn thành, chúng ta sẽ thấy bên dưới:

Biến thể

Các cá thể của quần thể biểu hiện các biến dị. Trên thực tế, sự biến đổi là một yếu tố không quan trọng để các quá trình tiến hóa diễn ra.

Sự biến đổi ở các sinh vật xảy ra ở các mức độ khác nhau, từ sự biến đổi của các nucleotide tạo nên DNA đến hình thái và các biến thể trong hành vi. Khi chúng tôi hạ thấp mức độ, chúng tôi tìm thấy nhiều biến thể hơn.

Hệ số di truyền

Đặc tính phải có tính di truyền. Những biến thể này hiện diện trong quần thể phải truyền từ cha mẹ sang con cái. Để xác minh xem một tính trạng có di truyền hay không, một tham số được gọi là "khả năng di truyền" được sử dụng, được định nghĩa là tỷ lệ của phương sai kiểu hình do biến thể di truyền.

Về mặt toán học, nó được biểu thị bằng h ² = V _G / (V _G + V _E ). Trong đó V _G là phương sai di truyền và V _E là tích phương sai của môi trường.

Có một cách rất đơn giản và trực quan để định lượng khả năng di truyền: thước đo tính cách của cha mẹ vs. tính cách ở trẻ em. Ví dụ, nếu chúng ta muốn xác nhận tính di truyền của kích thước mỏ ở chim, chúng ta đo kích thước y ở bố mẹ và vẽ biểu đồ so với kích thước ở con cái.

Trong trường hợp chúng ta quan sát thấy đồ thị có xu hướng thành một đường (r ² gần bằng 1), chúng ta có thể kết luận rằng các đặc điểm là di truyền.

Các ký tự khác nhau có liên quan đến

Điều kiện cuối cùng để chọn lọc tự nhiên hoạt động trong quần thể là mối quan hệ của tính trạng với thể trạng - thông số này xác định khả năng sinh sản và tồn tại của các cá thể, và thay đổi từ 0 đến 1.

Nói cách khác, đặc tính này phải làm tăng khả năng sinh sản thành công của người mang nó.

Ví dụ giả thuyết: đuôi của sóc

Sóc Kaibaba

Hãy lấy một quần thể sóc giả định và suy nghĩ xem liệu chọn lọc tự nhiên có thể tác động lên nó hay không.

Điều đầu tiên chúng ta phải làm là kiểm tra xem có sự thay đổi trong dân số hay không. Chúng tôi có thể làm điều này bằng cách đo lường các ký tự quan tâm. Giả sử chúng ta tìm thấy sự biến đổi ở đuôi: có những biến thể có đuôi dài và đuôi ngắn.

Sau đó, chúng ta phải xác nhận xem đặc tính "kích thước hàng đợi" có thể kế thừa hay không. Để làm điều này, chúng tôi đo chiều dài đuôi của bố mẹ và vẽ biểu đồ đó dựa trên chiều dài đuôi của con cái. Nếu chúng ta tìm thấy một mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến, điều đó có nghĩa là, thực sự, hệ số di truyền cao.

Cuối cùng, chúng ta phải xác nhận rằng kích thước của đuôi làm tăng khả năng sinh sản thành công của người mang mầm bệnh.

Chiếc đuôi ngắn hơn có thể cho phép các cá thể di chuyển dễ dàng hơn (điều này không nhất thiết đúng, nó chỉ dành cho mục đích giáo dục hoàn toàn) và cho phép chúng thoát khỏi kẻ săn mồi thành công hơn so với những người mang đuôi dài.

Do đó, trong suốt các thế hệ, đặc tính “dòng ngắn” sẽ thường xuyên hơn trong quần thể. Đây là sự tiến hóa do chọn lọc tự nhiên. Và kết quả của quá trình đơn giản - nhưng rất mạnh mẽ này - là sự thích nghi.

Chứng cớ

Chọn lọc tự nhiên và quá trình tiến hóa nói chung được hỗ trợ bởi những bằng chứng đặc biệt mạnh mẽ từ các ngành khác nhau, bao gồm cổ sinh vật học, sinh học phân tử và địa lý.

Bản ghi hóa thạch

Hồ sơ hóa thạch là minh chứng rõ ràng nhất cho thấy các loài không phải là thực thể bất biến, như người ta đã nghĩ trước thời Darwin.

Homology

Con cháu với những sửa đổi được nêu ra về nguồn gốc của loài, tìm thấy sự hỗ trợ trong các cấu trúc tương đồng - cấu trúc có nguồn gốc chung, nhưng điều đó có thể tạo ra những biến thể nhất định.

Ví dụ, cánh tay của con người, cánh của dơi và vây của cá voi là những cấu trúc tương đồng với nhau, vì tổ tiên chung của tất cả các dòng họ này đều có cùng một mẫu xương ở phần trên của chúng. Trong mỗi nhóm, cấu trúc đã được thay đổi tùy thuộc vào lối sống của sinh vật.

Sinh học phân tử

Tương tự như vậy, những tiến bộ trong sinh học phân tử cho phép chúng ta biết được trình tự trong các sinh vật khác nhau và chắc chắn rằng có một nguồn gốc chung.

Quan sát trực tiếp

Cuối cùng, chúng ta có thể quan sát cơ chế hoạt động của chọn lọc tự nhiên. Một số nhóm có thời gian thế hệ rất ngắn, chẳng hạn như vi khuẩn và vi rút, có thể quan sát sự tiến hóa của nhóm trong một khoảng thời gian ngắn. Ví dụ điển hình là sự phát triển của thuốc kháng sinh.

Điều gì không phải là chọn lọc tự nhiên?

Mặc dù tiến hóa là khoa học tạo nên ý nghĩa của sinh học - trích lời nhà sinh vật học nổi tiếng Dobzhansky "không có gì có ý nghĩa trong sinh học ngoại trừ ánh sáng của sự tiến hóa" - có nhiều quan niệm sai lầm trong sinh học tiến hóa và các cơ chế liên quan đến nó. Là.

Chọn lọc tự nhiên dường như là một khái niệm phổ biến, không chỉ đối với giới học thuật, mà còn đối với dân số nói chung. Tuy nhiên, trong những năm qua, ý tưởng này đã bị bóp méo và xuyên tạc cả trong giới học thuật và truyền thông.

Nó không phải là sự sống sót của những người khỏe nhất

Khi nhắc đến "chọn lọc tự nhiên", hầu như không thể không liên tưởng đến những cụm từ như "sự sống sót của những người khỏe mạnh nhất hay khỏe mạnh nhất." Mặc dù những cụm từ này rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các bộ phim tài liệu và những thứ tương tự, nhưng chúng không thể hiện chính xác ý nghĩa của chọn lọc tự nhiên.

Chọn lọc tự nhiên liên quan trực tiếp đến sự sinh sản của các cá thể và gián tiếp đến sự tồn tại. Về mặt logic, một cá thể sống càng lâu thì càng có nhiều khả năng sinh sản. Tuy nhiên, kết nối trực tiếp của cơ chế này là với sự sinh sản.

Theo cách tương tự, sinh vật "khỏe hơn" hoặc "thể thao hơn" không phải lúc nào cũng sinh sản với số lượng lớn hơn. Vì những lý do này, cụm từ nổi tiếng phải bị loại bỏ.

Nó không đồng nghĩa với sự tiến hóa

Tiến hóa là một quá trình gồm hai bước: một bước gây ra sự biến đổi (đột biến và tái tổ hợp), là ngẫu nhiên và bước thứ hai xác định sự thay đổi tần số alen trong quần thể.

Giai đoạn cuối cùng này có thể xảy ra do chọn lọc tự nhiên hoặc do di truyền hoặc di truyền. Do đó, chọn lọc tự nhiên chỉ là phần thứ hai của hiện tượng lớn hơn được gọi là tiến hóa này.

Các loại và ví dụ

Có nhiều cách phân loại lựa chọn. Đầu tiên phân loại các sự kiện lựa chọn theo ảnh hưởng của chúng đến giá trị trung bình và phương sai trong phân phối tần suất của ký tự được nghiên cứu. Đó là: lựa chọn ổn định, định hướng và gián đoạn

Chúng ta cũng có một cách phân loại khác phụ thuộc vào sự biến đổi của thể trạng theo tần số của các kiểu gen khác nhau trong quần thể. Đây là sự lựa chọn phụ thuộc tần số âm và dương.

Cuối cùng, đó là lựa chọn cứng và mềm. Sự phân loại này phụ thuộc vào sự tồn tại của cạnh tranh giữa các cá thể trong quần thể và mức độ của áp lực chọn lọc. Chúng tôi sẽ mô tả ba loại lựa chọn quan trọng nhất dưới đây:

Ổn định lựa chọn

Có sự lựa chọn ổn định khi những cá nhân có đặc điểm "trung bình" hoặc thường xuyên hơn (những người ở điểm cao nhất trong phân bố tần số) là những người có thể lực cao nhất.

Ngược lại, những cá thể tìm thấy ở đuôi chuông, khác xa mức trung bình, bị loại bỏ qua nhiều thế hệ.

Trong mô hình lựa chọn này, giá trị trung bình không đổi qua các thế hệ, trong khi phương sai giảm dần.

Một ví dụ cổ điển của việc chọn lọc ổn định là cân nặng của trẻ khi sinh. Mặc dù những tiến bộ y học đã giảm bớt áp lực chọn lọc này bằng các thủ thuật như mổ lấy thai, nhưng kích thước thường là yếu tố quyết định.

Trẻ sơ sinh nhỏ mất nhiệt nhanh chóng, trong khi trẻ sơ sinh nặng hơn mức trung bình đáng kể lại gặp khó khăn khi sinh nở.

Nếu một nhà nghiên cứu tìm cách nghiên cứu kiểu chọn lọc xảy ra trong một quần thể nhất định và chỉ định lượng giá trị trung bình của tính trạng, anh ta có thể đưa ra kết luận sai lầm, tin rằng quá trình tiến hóa không xảy ra trong quần thể. Vì lý do này, điều quan trọng là phải đo phương sai của ký tự.

Lựa chọn hướng

Mô hình lựa chọn hướng đề xuất rằng các cá nhân ở một trong các phần đuôi của phân bố tần số tồn tại qua các thế hệ, có thể là khu vực bên trái hoặc bên phải.

Trong các mô hình lựa chọn định hướng, giá trị trung bình thay đổi qua các thế hệ, trong khi phương sai không đổi.

Hiện tượng chọn lọc nhân tạo do con người thực hiện đối với vật nuôi và cây trồng của mình là hiện tượng chọn lọc có hướng điển hình. Nói chung, mục đích là động vật (ví dụ, gia súc) lớn hơn, sản xuất nhiều sữa hơn, khỏe hơn, v.v. Điều này cũng xảy ra ở thực vật.

Qua các thế hệ, giá trị trung bình của đặc điểm được chọn lọc của quần thể thay đổi tùy theo áp lực. Trong trường hợp những con bò lớn hơn được tìm kiếm, mức trung bình sẽ tăng lên.

Trong một hệ thống sinh học tự nhiên, chúng ta có thể lấy ví dụ về bộ lông của một loài động vật có vú nhỏ nào đó. Nếu nhiệt độ liên tục giảm trong môi trường sống của nó, những biến thể có lớp lông dày hơn sẽ được lựa chọn bởi một đột biến ngẫu nhiên.

Lựa chọn gián đoạn

Lựa chọn đột ngột hoạt động bằng cách ưu tiên những cá nhân ở xa mức trung bình nhất. Khi nhiều thế hệ trôi qua, tần suất xếp hàng tăng lên, trong khi những cá nhân trước đây gần với mức trung bình bắt đầu giảm.

Trong mô hình này, giá trị trung bình có thể được giữ không đổi, trong khi phương sai tăng lên - đường cong ngày càng rộng hơn cho đến khi nó kết thúc chia đôi.

Người ta cho rằng kiểu chọn lọc này có thể dẫn đến các sự kiện đặc tả, với điều kiện là sự cách ly thích hợp xảy ra giữa hai hình thái nằm ở phần cuối của đuôi.

Ví dụ, một loài chim nhất định có thể có những biến thể rõ rệt về mỏ của nó. Giả sử rằng có hạt tối ưu cho mỏ rất nhỏ và hạt tối ưu cho mỏ rất lớn, nhưng các mỏ trung gian không kiếm được thức ăn thích hợp.

Do đó, hai cực điểm sẽ tăng tần suất và, nếu các điều kiện thích hợp được đưa ra để thúc đẩy các sự kiện xác định, có thể theo thời gian, các cá thể với các biến thể khác nhau của đỉnh sẽ trở thành hai loài mới.

Nguồn: Ealbert17, từ Wikimedia Commons

Người giới thiệu

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Sinh học: khoa học và tự nhiên. Giáo dục Pearson.
2. Darwin, C. (1859). Về nguồn gốc của các loài do chọn lọc tự nhiên. Murray.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Phân tích tiến hóa. Sảnh Prentice.
4. Futuyma, DJ (2005). Sự phát triển. Sinauer.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Các nguyên tắc tổng hợp của động vật học (Tập 15). New York: McGraw-Hill.
6. Rice, S. (2007). Encyclopedia of Evolution. Dữ kiện về Hồ sơ.
7. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Sinh học: Khoa học Động lực học. Giáo dục Nelson.
8. Soler, M. (2002). Tiến hóa: cơ sở của Sinh học. Dự án phía Nam.