Sobivus (bioloogia) – definitsioon ja roll evolutsioonis
Sobivus on bioloogias organismi suhteline võime jääda ellu ja anda oma geene edasi järgmisele põlvkonnale. p160 See on evolutsiooniteooria keskne idee. Sobivust (inglise keeles "fitness") mõõdetakse tavaliselt kui indiviidi või genotüübi panust järgmise põlvkonna geenide koguhulka — lihtsustatult öeldes kui palju järglasi või kui suure osa järglaste geenidest üks indiviid annab edasi.
Mida sobivus tähendab populatsioonis
Nagu kõik terminid evolutsioonibioloogias, on sobivus määratletud ristuva populatsiooni mõistes, mis võib olla või mitte olla terve liik. Kui individuaalsete genotüüpide erinevused mõjutavad sobivust, siis muutuvad genotüüpide sagedused põlvkondade jooksul; kõrgema sobivusega genotüübid muutuvad sagedasemaks. Seda protsessi nimetatakse looduslikuks valikuks.
Genotüüp, fenotüüp ja keskkonna roll
Indiviidi sobivus tuleneb tema fenotüübist ja antakse edasi genotüübi kaudu. Sama genotüübiga erinevate indiviidide sobivus ei pruugi olla võrdne: see sõltub konkreetsetest tingimustest ja juhuslikkusest. Keskkond mõjutab, milline fenotüüp on edukas; seetõttu võib ühes keskkonnas edukas genotüüp olla teises vähem edukas. Lisaks mängivad rolli juhuslikud sündmused, nagu ilmastikunähtused või juhuslikud looduslikud katastroofid, mis samuti muudavad populatsiooni koosseisu (keskkonnast, sündmustest).
Kuidas sobivust mõõdetakse
- Reproduktsiooniedu: otsene mõõde — keskmine järglaste arv või ellujäänud järglaste arv ühe täiskasvanu kohta.
- Ellujäämine: kui suur osa indiviididest jõuab paljunemiseni; olulise tähtsusega eriti elundite või elutsüklite puhul, kus surm nooruses on tavaline.
- Keskmised parameetrid: matemaatiliselt väljendatakse sageli suhtelist sobivust (w) või selektsioonikoefitsienti (s), mis näitab, kui palju ühe genotüübi sagedus suureneb või väheneb võrreldes teisega.
Tüübid ja nüansid
- Absoluutne vs suhteline sobivus: absoluutne viitab objektiivsele reproduktiivsele edukusele (nt järglaste arv), suhteline võrdleb seda populatsiooni teiste genotüüpidega.
- Sagedusest sõltuv valik: mõnikord sõltub mingi omaduse edu selle esinemissagedusest populatsioonis (näiteks püügikäitumine või paaritumisstrateegiad).
- Kaasav sobivus (inclusive fitness): arvestab geenide edasiandmist ka sugulaste kaudu (kin selection), mitte ainult otsest järglaste arvu.
- Keskkonnapõhine sobivus: sobivus võib muutuda, kui muutub keskkond — mis on kasulik ühel ajal, võib järgmises keskkonnas olla kahjulik.
Roll evolutsioonis ja näited
Sobivus on evolutsioonile jõuandev: genotüübid, mis suurendavad paljunemis- või ellujäämisvõimet, suurenevad ajas, kujundades populatsiooni geneetilist koosseisu. See koos teiste protsessidega — mutatsioonide, geneetilise triiviga ja rändega — määrab, kuidas liigid kohanevad ja uusi liine tekib. Tuntud näideteks on näiteks kukesilmade ja musta täppiga öölindude värvimuutused tööstusrevolutsiooni tingimustes või antibiootikumiresistentsuse levik bakterites.
Rakendused ja tähendus
Arusaamine sobivusest on oluline bioloogia eri valdkondades: looduskaitses (püsivate populatsioonide säilitamine), põllumajanduses (aretus ja haiguskindlus), meditsiinis (näiteks resistentsuse leviku mõistmine) ja kliimamuutuste mõjude hindamisel. Selge eristamine genotüübi, fenotüübi ja keskkonna vahel aitab prognoosida, kuidas populatsioonid muutuvad ja milliseid sekkumisi võiks vajalikuks pidada.
Kuigi indiviidi tulemuslikkus varieerub, on genotüübi sobivus lõpuks keskmistatud suurus, mis peegeldab kõigi selle genotüübiga indiviidide reproduktiivseid tulemusi.
Seotuse
Fitness mõõdab indiviidi geenide koopiate arvu järgmises põlvkonnas. See, kuidas geenid järgmisesse põlvkonda jõuavad, ei ole tegelikult oluline. Indiviidi jaoks on võrdselt "kasulik" paljuneda ise või aidata sarnaste geenidega sugulastel paljuneda, kui indiviidi geenide koopiate arv jõuab järgmisele põlvkonnale. Sellist abistavat käitumist soodustavat valikut nimetatakse sugulasvalikuks.
Meie lähimad sugulased (vanemad, õed-vennad ja meie enda lapsed) jagavad keskmiselt 50% (pool) meie geenidest. Ühe sammu võrra kaugemad on vanavanemad. Igaühega neist jagame keskmiselt 25% (veerandi) meie geenidest. See on meie sugulussuhte mõõtühik nendega. Järgnevad esimesed nõod (meie vanemate õdede-vendade lapsed). Me jagame 12,5% (1/8) nende geenidest. p100
Hamiltoni reegel
William Hamilton lisas sobivuse mõistele erinevaid ideid. Tema reegel soovitab, et kulukas tegevus tuleks sooritada, kui:
C < R × B {\displaystyle C<R\times B} kus:
- c \displaystyle c\
on altruisti reproduktsioonikulu, - b \displaystyle b\
on altruistliku käitumise saaja reproduktiivne kasu ja - r {\displaystyle r\ }
on tõenäosus, mis ületab populatsiooni keskmist, et indiviidid jagavad altruistlikku geeni - "sugulusaste".
Sobivuse kulusid ja kasu mõõdetakse viljakuses.
Kaasav sobivus
Kaasav sobivus on termin, mis on sisuliselt sama, mis sobivus, kuid rõhutab pigem geenide rühma kui üksikisikuid.
Bioloogiline sobivus näitab, kui hästi suudab organism paljuneda ja levitada oma geene järglastele. Kaasava sobivuse teooria ütleb, et organismi sobivust suurendab ka see, et tema lähisugulased paljunevad samuti. See tuleneb sellest, et sugulased jagavad geene proportsionaalselt oma sugulusega.
Teine viis seda öelda: organismi kaasav sobivus ei ole organismi enda, vaid tema geenide kogumi omadus. See arvutatakse indiviidi reproduktiivse edu ja tema sugulaste reproduktiivse edu põhjal, kusjuures igaühel on kaalutud asjakohane suguluse koefitsient.
Ajalugu
Briti sotsiaalfilosoof Herbert Spencer lõi oma 1864. aasta teoses "Principles of biology" väljendi "survival of the fittest", mis tähendab seda, mida Charles Darwin nimetas looduslikuks valikuks. Esialgne väljend oli "kõige sobivama ellujäämine".
Küsimused ja vastused
K: Mis on sobivus bioloogias?
V: Fitness on bioloogias organismi suhteline võime ellu jääda ja anda oma geene edasi järgmisele põlvkonnale.
K: Kas sobivus on oluline idee evolutsiooniteoorias?
V: Jah, sobivus on evolutsiooniteooria keskne idee.
K: Kuidas mõõdetakse tavaliselt sobivust?
V: Fitness on tavaliselt võrdne indiviidi geenide osakaaluga järgmise põlvkonna geenides.
K: Kuidas toimub looduslik valik?
V: Kui individuaalsete genotüüpide erinevused mõjutavad sobivust, siis muutuvad genotüüpide sagedused põlvkondade jooksul; kõrgema sobivuse genotüübid muutuvad sagedasemaks. Seda protsessi nimetatakse looduslikuks valikuks.
K: Mis määrab indiviidi sobivuse?
V: Indiviidi sobivus tuleneb tema fenotüübist ja antakse edasi genotüübi kaudu.
K: Kas sama genotüübiga erinevate isendite sobivus on tingimata võrdne?
V: Ei, sama genotüübiga erinevate isendite sobivus ei ole tingimata võrdne. See sõltub keskkonnast, milles indiviidid elavad, ja juhuslikest sündmustest.
K: Mida peegeldab genotüübi sobivus?
V: Kuna genotüübi sobivus on keskmistatud suurus, peegeldab see kõigi selle genotüübiga indiviidide reproduktiivseid tulemusi.
