Evoluție 101: Selecția naturală

Postul Evolution 101 din această săptămână este realizat de un grup interdisciplinar de BEACONiști, care se bazează cu toții pe principiile selecției naturale în cercetările lor: Nikki Cavalieri, student absolvent MSU (Zoologie), Prakarn Unachak, postdoctorand MSU (Calcul evolutiv), și Patrick Wanko, student absolvent NC A&T (Inginerie industrială & Sisteme).

Dacă animalele sunt strâns adaptate la habitatele lor, de ce observăm suprapuneri?

De exemplu, broaștele cenușii (Hyla versicolor) și broaștele verzi (Hyla cinerea) din sudul Statelor Unite par a fi echivalente din punct de vedere ecologic. Ambele specii se hrănesc cu insecte, trăiesc în afara solului, pe vegetație, și își depun ouăle în bălți mici. Așadar, de ce nu există doar o singură specie?

În timp ce broasca cenușie și broasca verde par să ocupe același habitat, când ne uităm mai atent putem vedea că, deși arealele lor se suprapun, broasca cenușie trăiește mai la nord decât broasca verde. De asemenea, putem observa că Treefrogs cenușiu preferă zonele împădurite cu bălți temporare, în timp ce Treefrogs verde preferă zonele umede mai deschise, cu coada-șoricelului și altă vegetație acvatică.

Pe un copac dintr-o zonă împădurită, broasca cenușie este mult mai greu de detectat.

Într-o zonă umedă, situația este inversă.

Ce este selecția naturală?

Selecția naturală este procesul din natură prin care organismele mai bine adaptate la mediul lor tind să supraviețuiască și să se reproducă mai mult decât cele mai puțin adaptate la mediul lor.

De exemplu, broaștele de copac sunt uneori mâncate de șerpi și păsări. Crenguțele cenușii se integrează bine în zonele împădurite întunecate, pe scoarța copacilor, iar Crenguțele verzi se integrează bine în vegetația verde care se găsește în mlaștini și mlaștini. O broscuță verde pe scoarța unui copac este mai ușor de găsit pentru un prădător, comparativ cu o broscuță verde pe o frunză verde. Astfel, broaștele arboricole verzi care merg în habitate în care nu sunt camuflate au mai multe șanse de a fi mâncate de prădători. Deoarece broaștele care au fost mâncate nu trăiesc pentru a mai avea pui de broască, selecția naturală a favorizat broaștele care trăiesc în habitate în care sunt mai bine camuflate.

Aceasta explică distribuția broaștelor cenușii și verzi. Habitatul împădurit al broscuței cenușii este mai mare și se întinde mai la nord, în timp ce habitatul mlaștinilor și al mlaștinilor broscuței verzi este concentrat în sud. În zona în care se suprapun broaștele cenușii și verzi, ambele habitate sunt prezente, dar în locuri diferite.

Cu toate acestea, selecția naturală nu merge întotdeauna spre optim. Ea merge doar la ceea ce funcționează. De exemplu, iepurii sunt ierbivori, care au fermentație intestinală posterioară (fermentarea alimentelor după ce trec prin stomac). Aceștia au un organ special numit caecum, care îi ajută să-și digere hrana. Spre deosebire de alte animale, caecum-ul iepurelui este situat prea departe în intestinele iepurelui pentru ca acesta să poată obține toate substanțele nutritive din hrana sa. Astfel, atunci când hrana digerată este expulzată din organism, aceasta conține încă o cantitate mare de nutrienți. Pentru a compensa pierderea acestor nutrienți, iepurii sunt coprofagi (își mănâncă propriile granule fecale). Ei au două tipuri de granule fecale: 1) granule care au fost digerate o singură dată, pe care le pun într-o latrină specială pentru a le consuma mai târziu, și 2) cele care au fost digerate de două ori și nu sunt stocate. Iepurii au evoluat pentru a obține maximum de nutrienți din hrana lor, în ciuda faptului că au o dispunere neoptimă a organelor digestive.

Pentru a fi mai generali, selecția naturală este un proces care are ca rezultat faptul că unele animale și plante cu anumite caracteristici sunt mai bine adaptate decât altele la mediul lor natural. Acele plante și animale au apoi o șansă mai mare de a supraviețui, de a se reproduce și de a-și crește populația mai mult decât cele care sunt mai puțin adaptate la mediul lor. Prin urmare, plantele și animalele mai bine adaptate sunt capabile să transmită caracteristicile lor avantajoase (codificate de gene) urmașilor lor prin moștenire.

Cu toate acestea, genele nu sunt întotdeauna transmise urmașilor în exact aceeași formă ca și genele părinților. Modificarea unei secvențe genetice poate avea loc prin două mecanisme cunoscute sub numele de încrucișare și mutație.

Crucișarea? Mutație? Ce sunt acestea?

Nu putem vedea genele cu ochiul liber, dar putem observa produsele acestora prin intermediul trăsăturilor fizice, cunoscute sub numele de fenotip (tipul de păr, culoarea ochilor/pielei, sexul…). Gregor Mendel, „părintele geneticii moderne”, a experimentat cu plante de mazăre între 1856 și 1863. Mendel a arătat că, fertilizând o anumită formă de plantă de mazăre verde cu polenul unei forme diferite de plantă de mazăre galbenă, se obține o varietate de mazăre verde și galbenă de multe forme. Mazărea rezultată își va împărtăși culoarea sau forma cu mazărea originală. Ceea ce a făcut Mendel se numește astăzi polenizare încrucișată, iar faptul că mazărea rezultată va împărtăși unele trăsături comune se datorează eredității.

Genele sunt grupate pe cromozomi. Pentru ca încrucișarea să aibă loc, avem nevoie de doi cromozomi care să facă schimb de material. O mutație, pe de altă parte, este o modificare sau o eroare în cadrul unei gene sau al unui cromozom care poate duce la o schimbare a funcțiilor și expresiilor genetice. Atunci când apare această eroare, ea modifică o genă care poate schimba fenotipul plantei sau al animalului, ceea ce poate fi mai mult decât o simplă schimbare de aspect. Mutațiile pot implica deleții, duplicații, inserții, inversiuni sau translocații ale unor secțiuni de secvență genetică. Mutațiile și încrucișările furnizează materia primă cu care selecția naturală poate lucra, creând variații între organisme.