Looduslik valik: mis see on ja kuidas see kujundab evolutsiooni

Looduslik valik on evolutsiooni keskne mõiste. Inglise bioloog Charles Darwin ja Alfred Russel Wallace ning seda nimetatakse mõnikord ka kõige tugevama ellujäämiseks. Darwin valis selle nime analoogiana kunstliku valiku (valikuline aretus) juurde.

Looduslik valik on protsess, mille käigus soodsate omadustega organismid paljunevad suurema tõenäosusega. Seejuures annavad nad need omadused edasi järgmisele põlvkonnale. Aja jooksul võimaldab see protsess organismidel kohaneda oma keskkonnaga. Seda seetõttu, et soodsate omaduste geenide sagedus populatsioonis suureneb.

Ühe liigi liikmed ei ole kõik ühesugused, osaliselt pärilikkuse (geneetika) erinevuste tõttu. See kehtib isegi samade vanemate laste puhul. Mõned neist erinevustest võivad muuta ühe organismi paremaks ellujäämiseks ja paljunemiseks kui teised konkreetses elupaigas. Kui see organism paljuneb, saavad tema lapsed need geenid, mis andsid talle selle eelise. Mõned kohastumused on äärmiselt pikaajalised, mis on kasulikud paljudes elupaikades. Evolutsioon tiivad lindude keskkonnas jääb samaks. Kui keskkond muutub piisavalt, siis võib mõni teine organism paremini hakkama saada.

Kuidas looduslik valik toimib

Looduslik valik põhineb kolmel põhitingimusel:

Muudatused/variatsioon: populatsioonis peab olema geneetiline ja fenotüübiline mitmekesisus (nt eri suuruse, värvi või käitumisega isendid).
Pärilikkus: osa sellest variatsioonist peab olema pärandatav — geenid, mis annavad eelise, kanduvad järglastele edasi.
Diferentsiaalne ellujäämine ja paljunemine: isendid, kellel on kohastumust toetavad omadused, jätavad tõenäolisemalt rohkem järglasi.

Kestva aja jooksul suurenevad kasulike omaduste geenide sagedused populatsioonis, mistõttu liik muutub paremini kohastunuks antud keskkonnatingimustega.

Valiku tüübid

Stabiliseeriv valik: keskmiste omaduste säilitamine, äärmuste vastu valik (nt sündimuse keskmise suuruse eelistamine).
Suuna valik (directional): ühe äärmuse poole nihutamine, kui keskkond soodustab uut muster (nt kiire temperatuuri tõus võib soodustada suuremat termotüve).
Hajutav ehk eraldav valik (disruptive): kaks või enam äärmust eelistatakse, mis võib pikemas perspektiivis viia eri tüüpide eraldumiseni.
Seksuaalne valik: omadused, mis parandavad võimet leida või võita paarilise (nt uhked sulestikud või laul), ei pruugi alati suurendada ellujäämist, kuid suurendavad paljunemisedu.

Mõned näited

Mustjas- ja heledavärvilised vappkakud (peprilliutikad) — klassikaline näide tööstusrevolutsiooni ajal linnastunud aladel toimunud suunavalikust.
Antibiootikumiresistentsus bakterites — väikesed geneetilised muutused annavad teatud ravimite suhtes resistentsuse, mis võimaldab neil paljuneda ja resistentsusgeen levib populatsioonis.
Darwini vintiid (suitsupõiste näited) — linnuliikide nokkade kujud muutusid vastavalt toiduallikatele eri saartel, mis on näide kohastumisest ja divergeerumisest.

Loodusliku valiku mõju ja piirangud

Looduslik valik ei ole ainus evolutsiooniline jõud. Geneetiline drift, geenivoog, mutatsioonid ja kultuurilised või keskkondlikud muutused mõjutavad samuti populatsioonide geneetilist koosseisu. Lisaks piirab looduslikku valikut olemasolev geneetiline variatsioon — uusi omadusi ei teki eesmärgipäraselt, vaid tekivad juhuslike mutatsioonide kaudu.

Levinud väärarusaamad

Looduslik valik ei ole eesmärgipärane ega "tahtlik" protsess — see ei loo omadusi üksnes selleks, et organismid saaksid teatud eesmärgi saavutada.
„Kõige tugevama ellujäämine“ ei tähenda alati füüsilist jõudu — tähtis on sobivus antud keskkonda ja võime jätta rohkem elujõulisi järglasi.

Kokkuvõttes on looduslik valik üks peamisi mehhanisme, mis kujundab elusolendite kohastumisi ja bioloogilist mitmekesisust. Arusaamine selle toimimisest aitab seletada nii paljusid looduses täheldatavaid mustreid kui ka kaasaegseid probleeme, näiteks haigustekitajate resistentsuse teket.

Protsessi

Looduslik valik selgitab, miks elusorganismid muutuvad aja jooksul nii, et neil on selline anatoomia, sellised funktsioonid ja selline käitumine, nagu neil on. See toimib nii:

Kõik elusolendid on nii viljakad, et nende populatsiooni suurus võib igavesti kiiresti kasvada.
Tegelikult ei suurene populatsioonide suurus sellisel määral. Enamasti jäävad arvud umbes samaks.
Toit ja muud ressursid on piiratud. Seega valitseb konkurents toidu ja ressursside pärast.
Ükski inimene ei ole ühesugune. Seetõttu ei ole neil ühesugune võimalus elada ja paljuneda.
Suur osa sellest variatsioonist on pärilik. Vanemad annavad omadusi oma geenide kaudu lastele edasi.
Järgmine põlvkond tuleneb neist, kes jäävad ellu ja paljunevad. Eliminatsiooni põhjustab suhteline sobivus indiviidide ja keskkonna vahel, milles nad elavad. Paljude põlvkondade järel on populatsioonis rohkem kasulikke geneetilisi erinevusi ja vähem kahjulikke. Looduslik valik on tegelikult kõrvaldamisprotsess.

Näited

Nüüdseks on üsna palju näiteid looduslikust valikust looduslikes populatsioonides.

Antibiootikumiresistentsus

Tuntud näide loodusliku valiku toimimisest on mikroorganismide antibiootikumiresistentsuse kujunemine. Alates sellest, kui Alexander Fleming avastas 1928. aastal penitsilliini, on antibiootikume kasutatud bakteriaalsete haiguste vastu võitlemiseks. Looduslikud bakteripopulatsioonid sisaldavad oma suure hulga liikmete hulgas mutatsioonide tulemusena märkimisväärset geneetilise materjali varieeruvust. Antibiootikumidega kokkupuutel sureb enamik baktereid kiiresti, kuid mõnedel on mutatsioonid, mis muudavad nad veidi vähem tundlikuks. Kui antibiootikumidega kokkupuude on lühike, jäävad need isendid ravist ellu. Resistentsust mitteomavate isendite kõrvaldamine on näide looduslikust valikust.

Piisava aja ja korduva antibiootikumiga kokkupuute korral tekib antibiootikumile resistentsete bakterite populatsioon. See toob kaasa nn evolutsioonilise võidujooksu ehk ko-evolutsiooni, mille käigus bakterid arendavad edasi tüvesid, mis on antibiootikumide suhtes vähem tundlikud, samal ajal kui arstiteadlased jätkavad uute antibiootikumide väljatöötamist, mis suudavad neid tappa. Vastusstrateegiad hõlmavad tavaliselt erinevate, tugevamate antibiootikumide kasutamist; hiljuti on aga ilmunud uusi MRSA tüvesid, mis on isegi nende ravimite suhtes resistentsed. Sarnane olukord valitseb taimede ja putukate pestitsiidiresistentsuse ning malaariaravimite resistentsuse puhul kiniini suhtes.

Kaitstus

Üks kuulus näide on pipragaasi evolutsiooni uurimine, kuid on ka palju teisi näiteid. Enamik neist päeval lendavatest koidest oli heledat värvi, kuid vaid üksikud koid olid tumedad. Alguses jäid heledad koid paremini ellu, sest nad olid varjatud lähedalasuvate puude heleda värvi vastu. Seetõttu oli lindudel neid raske märgata.

Kui tehased ehitati, muutis saaste kõik puud mustaks. Nüüd olid heledad koid tumeda koore taustal silmnähtavad. Pärast keskkonna muutumist olid tumedad koid eelisseisundis. Tumedat värvi kontrollivad geenid levisid koi populatsioonis. Pärast teist maailmasõda toimisid reostuse vastased kontrollid, et muuta keskkond puhtamaks. Siis olid jälle heledamad koid eelis ja nüüd on nad palju sagedamini levinud.

Teine näide on miimika: Mõned ohutud putukad jäljendavad teisi putukaid, mis on ohtlikud või millel on halb maitse. Mimikri areneb, sest paremad jäljendajad jäävad paremini ellu. Nad elavad, et toota rohkem järeltulijaid kui vähem head matkijad. Paremate jäljendajate geenid muutuvad liigis sagedasemaks. Aja jooksul lähenevad matkivad liigid oma eeskujudele.

Resistentsus antibiootikumide suhtes suureneb antibiootikumide toime suhtes immuunsete isendite ellujäämise tõttu. Nende järeltulijad pärivad resistentsuse, luues uue resistentsete bakterite populatsiooni.

Sooline valik

Seksuaalne valik on eriline looduslik valik. See on Charles Darwini teooria, mille kohaselt teatud evolutsioonilisi tunnuseid saab seletada liigisisese konkurentsiga. Darwin määratles seksuaalset valikut kui "ühe soo, tavaliselt isaste, isendite vahelise võitluse mõju teise soo omamise eest". Tavaliselt võitlevad omavahel isased. Isaste võitluses valitud tunnuseid nimetatakse sekundaarseteks sugutunnusteks (sh sarved, sarved jne) ja mõnikord nimetatakse neid "relvadeks". Paari valimise teel valitud tunnuseid nimetatakse "kaunistusteks".

Emased eelistavad sageli paarituda isasloomadega, kellel on välised kaunistused - liialdatud morfoloogilised tunnused. Geenid, mis võimaldavad isastel arendada muljetavaldavaid kaunistusi või võitlusvõimet, võivad lihtsalt näidata suuremat vastupanu haigustele või tõhusamat ainevahetust - omadused, mis on kasulikud ka emasloomadele. Seda ideed nimetatakse "heade geenide" hüpoteesiks. Sooline valik on tänapäevalgi veel uurimisobjektiks ja arutlusel.

Ernst Mayr ütles:

"Alates Darwini ajast on saanud selgeks, et selline valik hõlmab märksa laiemat nähtuste valdkonda, ja seksuaalse valiku asemel on seda parem nimetada valikuks reproduktiivse edu saavutamiseks... Tegemist on tõelise valikuga, mitte kõrvaldamisega, erinevalt ellujäämisvalikust. Arvestades, kui palju uusi reproduktiivsele edule suunatud valiku liike avastatakse aasta-aastalt, hakkan ma mõtlema, kas see ei ole mitte isegi olulisem kui ellujäämisvalik, vähemalt teatud kõrgemates organismides".

Illustratsioon Charles Darwini teosest "Inimese põlvnemine ja valik seoses sooga", millel on kujutatud tutt-koovitaja Lophornis ornatus, vasakul emaslind, paremal ornamentidega isaslind.

Küsimused ja vastused

K: Mis on looduslik valik?

V: Looduslik valik on protsess, mille käigus soodsate omadustega organismid paljunevad suurema tõenäosusega. Seejuures annavad nad need omadused edasi järgmisele põlvkonnale. Aja jooksul võimaldab see protsess organismidel kohaneda oma keskkonnaga, suurendades soodsate omaduste geenide sagedust populatsioonis.

K: Kes pakkus välja loomuliku valiku?

V: Loodusliku valiku pakkusid 1858. aastal välja inglise bioloogid Charles Darwin ja Alfred Russel Wallace.

K: Mis on loomuliku valiku teine nimetus?

V: Looduslikku valikut nimetatakse mõnikord "kõige tugevama ellujäämiseks".

K: Kuidas looduslik valik toimib?

V: Ühe liigi liikmed ei ole kõik ühesugused, osaliselt pärilikkuse (geneetika) erinevuste tõttu. See tähendab, et mõned organismid võivad olla paremad ellujääma ja paljunema kui teised konkreetses elupaigas. Kui see organism paljuneb, võivad tema järeltulijad saada need geenid, mis andsid talle eelise, võimaldades neil aja jooksul kohaneda oma keskkonnaga.

K: Kas kohanemine on alati kasulik paljudes elupaikades?

V: Jah, mõned kohastumused on äärmiselt pikaajalised ja võivad olla kasulikud paljudes elupaikades.

K: Kas samade vanemate lapsed erinevad üksteisest?

V: Jah, isegi samade vanemate lastel on geneetikast tingitud erinevusi, mis võivad mõjutada seda, kui hästi nad ellu jäävad ja paljunevad võrreldes teiste liikide liikmetega.