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Évolution et sélection naturelle # - Biologie

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Évolution et sélection naturelle

Bref aperçu

Évolution et sélection naturelle sont des concepts fondamentaux de la biologie qui sont généralement invoqués pour aider à expliquer la diversité et les relations entre la vie sur Terre, à la fois existante et éteinte. Heureusement, dans BIS2A, vous n'avez besoin de comprendre et d'utiliser que quelques idées de base liées à l'évolution et à la sélection naturelle. Nous les décrivons ci-dessous. Vous élargirez votre compréhension et ajouterez des détails à ces concepts de base dans BIS2B et BIS2C.

La première idée que vous devez saisir est que l'évolution peut être simplement définie comme le développement/changement de quelque chose au fil du temps. Dans l'industrie automobile, on peut dire que les formes et les caractéristiques des voitures évoluent (changement dans le temps). Dans la mode, on peut dire que le style évolue. En biologie, la vie et, en particulier, populations reproductrices d'organismes avec caractéristiques différentes évoluer.

La deuxième chose à comprendre est que la sélection naturelle est un processus par lequel la nature filtre les organismes d'une population. C'est quoi le filtre ? Ici, cela devient un peu plus compliqué (mais seulement un peu). L'explication la plus simple est que le filtre sélectif n'est qu'une combinaison de tous les facteurs vivants et non vivants dans un environnement, qui influencent la réussite de la reproduction d'un organisme. Les facteurs qui influencent la capacité d'un organisme à se reproduire sont appelés pressions sélectives. Une complication mineure mais importante est que ces facteurs ne sont pas les mêmes partout ; ils changent dans le temps et selon le lieu. Ainsi, les pressions sélectives qui créent le filtre changent constamment (parfois rapidement, parfois lentement), et les organismes dans le même reproduire population pourraient subir différentes pressions à différents moments et à différents endroits.

La théorie de l'évolution par sélection naturelle rassemble ces deux idées ; il stipule que le changement dans la biologie se produit au fil du temps et que la variation d'une population est constamment soumise à une sélection basée sur la façon dont les différences de traits influencent la reproduction. Mais quelles sont ces caractéristiques ou traits? Quels traits/caractéristiques/fonctions peuvent être soumis à la sélection ? La réponse courte est : à peu près tout ce qui est associé à un organisme pour lequel une variation existe dans une population et pour lequel cette variation conduit à une probabilité différentielle de générer une progéniture sera probablement soumis à un filtrage par sélection naturelle. Nous appelons également ces traits héréditaires phénotypes. On dit que les organismes d'une population qui ont des phénotypes leur permettant de passer le filtre sélectif plus efficacement que d'autres ont un avantage sélectif et/ou meilleure forme physique.

Il est important de réitérer que si les phénotypes portés par des organismes individuels peuvent être soumis à la sélection, le processus d'évolution par la sélection naturelle à la fois requiert et agit sur variation phénotypique dans populations. Si ni la variation ni les populations dans lesquelles cette variation peut résider n'existent, il n'y a aucune opportunité ou besoin de sélection. Tout est et reste le même.

Idées fausses courantes et note spécifique au cours

Enfin, nous attirons votre attention sur un point critique et une idée fausse commune chez les étudiants débutants en biologie. Cette idée fausse peut surgir lorsque, pour le plaisir de la discussion, nous décidons d'anthropomorphiser la nature en lui donnant un intellect. Par exemple, nous pouvons essayer de construire un exemple d'évolution par sélection naturelle en proposant qu'un surplus d'un aliment particulier existe dans un environnement et qu'il y a un organisme à proximité qui meurt de faim. Il serait correct de penser que si l'organisme pouvait manger cette nourriture, cela pourrait lui donner un avantage sélectif sur d'autres organismes qui ne le peuvent pas. Si plus tard nous trouvons un exemple d'organismes qui ont la capacité de manger ce surplus de nourriture, il pourrait être tentant de dire que la nature a évolué pour résoudre le problème du surplus de nourriture. Le processus d'évolution par sélection naturelle, cependant, se produit de manière aléatoire et sans direction. C'est-à-dire que la nature n'identifie PAS les « problèmes » qui limitent la forme physique. La nature n'identifie PAS les caractéristiques qui rendraient un organisme plus performant et commencerait ensuite à créer diverses solutions qui répondent à ce besoin. La génération de variation n'est pas guidée. La variation se produit et la sélection naturelle filtre ce qui fonctionne le mieux. L'observation qu'un organisme existe qui peut manger le surplus de nourriture n'est pas le reflet de la nature résolvant activement un problème, mais plutôt le reflet de tous les processus qui ont conduit à une variation phénotypique dans une population ancestrale qui a créé, parmi de nombreuses autres variantes, un phénotype qui augmentait la forme physique (peut-être parce que les organismes ancestraux étaient capables de manger le surplus de nourriture).

Ce point du paragraphe précédent est particulièrement important à comprendre dans le contexte de BIS2A en raison de la façon dont nous utiliserons le Design Challenge pour comprendre la biologie. Alors que le Design Challenge est destiné à aider à concentrer notre attention sur les fonctions sélectionnées et leur relation avec la détermination de l'aptitude, il peut être facile - si nous n'y sommes pas attentifs - de tomber dans un langage qui suggérerait que la nature conçoit délibérément des solutions pour résoudre des problèmes spécifiques. . Rappelez-vous toujours que nous regardons rétrospectivement ce que la nature a sélectionné et que nous essayons de comprendre pourquoi un phénotype spécifique peut avoir été sélectionné par rapport à de nombreuses autres possibilités. Ce faisant, nous déduirons ou émettrons au mieux de nos capacités (ce qui est parfois faux) une raison raisonnable pour expliquer pourquoi un phénotype aurait pu fournir un avantage sélectif. Nous ne disons PAS que le phénotype a évolué POUR offrir un avantage sélectif spécifique. La distinction entre ces deux idées peut être subtile, mais elle est cruciale !

Remarque : discussion possible

À quels traits physiques pouvez-vous penser qui donnent un avantage sélectif à certaines espèces ? Dans quelles conditions ce trait accorderait-il ces avantages ? Dans quelles conditions ce trait peut-il être un désavantage sélectif ?

Remarque : discussion possible

Les grandes variétés de races de chiens domestiqués parmi lesquelles nous pouvons choisir pour la compagnie sont aussi le résultat d'un processus d'évolution par sélection. De même, le développement de nombreuses cultures d'apparence très différentes - chou, chou de Bruxelles, chou-rave, chou frisé, brocoli et chou-fleur - est aussi le résultat d'une évolution par sélection. Cependant, dans ces deux cas, le processus de sélection ou de filtrage est appelé selection artificielle plutôt que la sélection naturelle. Discutez de la similitude et de la différence entre la sélection artificielle et la sélection naturelle ?

Remarque : discussion possible

Comment les facteurs environnementaux et politiques influencent-ils les processus de fabrication tels que la conception automobile ? Mode? Etc. Quels aspects sont similaires à l'évolution d'un organisme, et quels aspects sont différents ?

Remarque : discussion possible

Une idée fausse connexe mais légèrement différente sur l'évolution par sélection naturelle est que ce processus conduit à la création des solutions les plus efficaces aux problèmes. Quel est le problème avec cette notion ?


Évolution et biologie du sexe

C. Une grande partie de notre discussion sur la biologie évolutive se concentrera sur sélection naturelle (changement évolutif adaptatif) : le processus évolutif qui conduit à une augmentation de l'adéquation entre une population d'organismes et leur environnement.

Les bases de la sélection naturelle :

1. S'il existe des variations héréditaires entre les individus d'une population, et

2. Ces différences conduisent finalement à des différences entre les individus en termes de nombre de descendants que chaque variante produit, puis

3. Il y aura nécessairement une augmentation de la fréquence du type qui se reproduit le mieux.

D. En raison du processus évolutif, les biologistes peuvent poser deux types de questions très différentes pour le même phénomène biologique :

1. Questions de niveau approximatif (questions “comment”) : questions visant à comprendre les explications mécanistes du phénomène (par exemple, basées sur la physiologie)

2. Questions de niveau ultime (“why” questions”) : questions visant à comprendre le bénéfice reproductif de traits particuliers (c.-à-d., basées sur la sélection naturelle)

Ensemble, ces caractéristiques font de la biologie un domaine unique au sein des sciences. Plus particulièrement, il existe deux grands domaines en biologie, la biologie fonctionnelle (traitant des questions de niveau immédiat) et la biologie évolutive (traitant des questions de niveau ultime). Ces deux domaines ne sont pas complètement distincts, et les biologistes qui travaillent principalement dans un domaine doivent, bien sûr, tenir compte et connaître l'autre domaine. De plus, l'histoire est importante en biologie car tout en biologie (des molécules à la biosphère) aura une histoire évolutive qui lui est associée.

II. Produits d'évolution

UNE. Dossier fossile: Les archives fossiles sont probablement le moyen le plus connu pour étudier l'évolution depuis

les fossiles sont clairement un enregistrement du passé. Cependant, les archives fossiles sont fragmentaires et biaisées en faveur de certains types d'organismes (c'est-à-dire ceux qui ont des parties dures d'organismes marins). Les roches sédimentaires témoignent de l'histoire de la planète : les niveaux inférieurs sont plus anciens et sont recouverts de couches plus jeunes. Par conséquent, les fossiles trouvés dans différentes couches indiquent leurs âges relatifs.

1. Datation des fossiles: Peut être accompli par :

une. Méthodes de datation relatives: examiner les relations chronologiques entre les fossiles ou les couches de roches. Cela lui-même peut être fait par deux méthodes:

1) Superposition: les positions relatives des fossiles dans les couches de roches permettent un classement chronologique des fossiles

2) Indexer les fossiles: fossiles qui sont répandus et trouvés sur une vaste zone géographique mais qui caractérisent une période de temps bien définie

b. Méthodes de datation absolues (géochronologie) : principalement effectué par la mesure de la désintégration des radio-isotopes (isotope = atomes qui diffèrent en termes de nombre de neutrons) l'âge est mesuré en déterminant les proportions de produit d'origine (parent) et de produit décomposé (fille). Exemples : 14 C à 14 N 40 K à 40 Ar

2. Types de fossiles

une. Impressions: empreintes de pas, empreintes de queue, empreintes corporelles

b. Restes: matière organique conservée (ex. : feuilles), insectes conservés dans l'ambre

c. Fossiles minéralisés: matière organique d'origine remplacée par des minéraux

3. Conditions favorisant la fossilisation

une. Enfouissement rapide de l'organisme

b. Présence de parties dures du corps

ré. Environnement anaérobie (sans oxygène)

e. Membre d'une population importante, largement répartie et à longue durée de vie

4. Modèles dans les archives fossiles

une. Les fossiles les plus anciens sont des organismes les plus simples tandis que les plus complexes apparaissent plus tard

b. Plus un fossile est ancien, plus la différence entre celui-ci et les espèces vivantes est grande

c. Les fossiles de formations géologiques consécutives sont plus similaires que ceux de formations éloignées

ré. Il y a des périodes distinctes d'extinction et de diversification (à discuter plus tard)

e. Des formes de transition sont connues pour de nombreux groupes (par exemple, les chevaux, les éléphants, les baleines, les tétrapodes, les oiseaux)

F. Nature fragmentaire inhérente des archives fossiles illustrée par la présence de « fossiles vivants » (par exemple, le cœlacanthe)

B. Anatomie comparée: En comparant les similitudes et les différences structurelles des organismes, le processus d'évolution peut être étudié.

1. Structures homologues: Structures partagées par un groupe de

les organismes en raison de la présence dans des structures homologues d'ancêtres communs peuvent être modifiés pour différentes utilisations dans différents organismes (par exemple, les membres antérieurs des mammifères)

2. Structures analogues: Structures de forme similaire et remplissant une fonction similaire, mais la similitude n'est pas due à une ascendance commune, mais la similitude est le résultat de évolution convergente : des pressions sélectives similaires agissant sur des organismes différents et non apparentés peuvent aboutir à des « solutions » similaires (par exemple, les nageoires et la forme du corps chez les organismes marins).

3. Structures vestigiales : structures apparemment non fonctionnelles (par exemple, les “jambes”) du serpent.

C. Biologie du développement:

1. Embryologie comparée: Les taxons étroitement apparentés passent par des stades de développement similaires à ceux des embryons et peuvent conserver des caractéristiques qui reflètent l'ascendance (p. A l'origine proposé que ontogenèse (le modèle de développement d'un individu) a tenu un dossier détaillé de laphylogénie (histoire de l'évolution) de l'espèce (c'est-à-dire que l'ontogenèse récapitule la phylogénie : E Haeckel). On sait maintenant que ce n'est pas aussi simple (par exemple, les embryons humains ne deviennent pas des poissons, puis des amphibiens, etc.). Nous pouvons, cependant, examiner les voies de développement globales des organismes pour voir comment les séquences de développement antérieures ont été bricolées (par exemple, le développement des membres chez les poulets).

RÉ. Selection artificielle: Version induite par l'homme et orientée vers un objectif de la sélection naturelle. Exemples : races canines, cultures agricoles, plantes rapides en laboratoire BIOL 1001

E. Sélection naturelle observée dans la nature (observation directe): Des exemples spécifiques seront discutés plus tard dans le cours et incluront des changements mesurables de la taille du bec chez les pinsons des Galapagos en réponse à l'évolution de la résistance aux antibiotiques des papillons de nuit. La sélection naturelle est bien documentée dans la nature.

F. Preuve biochimique: La comparaison des biomolécules (en particulier l'ADN, l'ARN et les protéines) est couramment utilisée pour reconstruire les phylogénies. La présence d'un code génétique commun est une preuve accablante de la nature monophylétique de la vie. Rôle et similarité des gènes homéotiques dans le développement d'un large éventail d'organismes.

G. Biogéographie: Etude des distributions passées et présentes des organismes. Les analyses biogéographiques peuvent être pratiquées à diverses échelles (par exemple, entre les îles d'un archipel à travers le monde entier).

III. Systématique et taxonomie

UNE. introduction: Si évolution = le GUT de la biologie, cela a deux implications :

– Le processus évolutif a créé la diversité que nous voyons dans le monde biologique

– Il y a une unité parmi cette diversité en raison de l'histoire évolutive des organismes

Étant donné que les populations peuvent changer dans leur constitution génétique (= évoluer), il est raisonnable de s'attendre à ce que les populations puissent diverger considérablement les unes des autres. C'est en effet ainsi que peut être la diversité de la vie sur la planète. Mais ce processus de diversification signifie également qu'il y aura des points communs entre les organismes en raison de l'ascendance partagée. Ces relations évolutives sont étudiées par une branche de la biologie connue sous le nom de systématique (l'étude scientifique de la diversité des organismes et de leurs relations évolutives) au sein de la systématique, est taxonomie, la science de nommer, décrire et classer les organismes.

B. Taxonomie et classification: Pour que les biologistes étudient les organismes, il doit y avoir un moyen formel d'identifier les différents groupes et les similitudes et les différences entre eux. Dans un certain sens, cela est analogue à une bibliothèque : les livres d'un certain sujet sont rangés ensemble et le schéma d'organisation (par exemple, le système de la Bibliothèque du Congrès) permet d'utiliser les relations entre les titres, les sujets et les auteurs pour regrouper et trouver des documents connexes. Sans un système de classification, personne ne pourrait rien trouver parmi les millions de volumes. Pour garder une trace de la classification des organismes, un système similaire de gestion de l'information est nécessaire.

Un système hiérarchique devrait avoir un sens intuitif car nous pouvons facilement identifier des groupements d'organismes : par exemple, des plantes, des arbres, des chênes. Ces différents niveaux d'organisation sont appelés taxons (taxon singulier). Le système hiérarchique utilisé par les biologistes comporte huit niveaux (développé à l'origine par Carolus Linneaus dans les années 1700) et est connu sous le nom de Système de classification linnéen:

Domaine Eucarya

Royaume Animalia

Phylum Accords

Classer Aves

Commander Passériformes

Famille Fringillidés

Genre Géospiza

Espèce magnirostris

Vous trouverez ci-dessus un exemple de classification des Geospiza magnirostris, l'un des pinsons de l'archipel des Galápagos. Les domaines sont les niveaux les plus inclusifs, les espèces sont les plus spécifiques. Seul le niveau de l'espèce a une pertinence biologique réelle : les espèces sont reconnues comme des unités biologiques naturelles, les autres niveaux taxonomiques sont des constructions artificielles créées par l'homme à des fins de classification.

Nomenclature binominale: le système de nommage en deux parties utilisé pour identifier les espèces. Il existe des règles spécifiques sur la façon dont les espèces sont nommées et comment les noms sont utilisés (humains, Homo sapiens).

C. Tour des royaumes: Au début de la classification taxonomique, il y avait 2 règnes (plantes et animaux). Dans les années 1960, le système des cinq royaumes a été proposé et est devenu largement adopté. Des preuves plus récentes, en particulier biochimiques, ont conduit à la création actuelle à la fois du système des six royaumes et du niveau de domaine au-dessus du royaume. Le changement reflète la découverte, basée sur les travaux commencés par Carl Woese, que les bactéries sont en fait composées de deux groupes très différents (Monera divisé en Eubactéries et

Archaebactéries) Cela reflète également le fait que la science en général et la taxonomie

(systématique) en particulier est en constante évolution et réévaluée au fur et à mesure de la collecte d'informations.

1. Domaine Eubactéries (maintenant généralement appelées bactéries du domaine)

une. Royaume Eubactéries

2. Domaine Archaea

une. Archaebactéries du Royaume

Les eubactéries et archébactéries sont procaryote:

– Pas d'organites liés à la membrane

– Division cellulaire par fission binaire

– Taille de cellule relativement petite

En revanche, les royaumes restants sont tous eucaryote:

– Organites liés à la membrane (par exemple, mitochondries, chloroplastes)

– Unicellulaire ou multicellulaire

– Division cellulaire par mitose et/ou méiose

– Taille de cellule relativement grande

3. Domaine Eukarya

une. Royaume Protiste: les exemples principalement unicellulaires ou multicellulaires simples incluent les amibes, les algues, les diatomées, les moisissures visqueuses, le varech peut être photosynthétique (algues) ou hétérotrophe (autres). Le royaume protiste a été une catégorie fourre-tout pour les eucaryotes qui ne sont clairement pas des plantes, des champignons ou des animaux. Il a été proposé que ce seul royaume puisse en fait représenter jusqu'à 20 royaumes séparés (par exemple, voir la figure 28.7 dans le texte).

b. Champignons du royaume: corps hétérotrophe composé d'hyphes filiformes qui forment une masse enchevêtrée

c. Royaume Plantae: multicellulaire photosynthétique

ré. Royaume des animaux: hétérotrophe multicellulaire

Lectures assignées

• Chapitre du manuel : Évolution et origines de la vie

• « La reine rouge », chapitre 1 : la nature humaine

Facultatif : Podcasts “Evolution 101”, en particulier : Evolution 101 : qu'est-ce que l'Evolution ? et Evolution 101 : Qu'est-ce que l'évolution n'est PAS ?

  • Comprendre ce que nous entendons par évolution et sélection naturelle
  • Apprécier les différents types de preuves de l'évolution

À la fin de votre lecture et de notre discussion en classe, vous devriez être capable de…

• Distinguer entre l'évolution en tant que phénomène naturel et la sélection naturelle en tant que mécanisme par lequel l'évolution adaptative se produit


4 réponses 4

@kate a ce qui est probablement la réponse la plus correcte pour le modèle observé.

Mais à titre expérimental, j'ai mis en place une simulation de base pour approximer les conditions que vous posez :

  1. Des hauteurs moyennes de départ de 5'8" (172,72 cm) et 5'4" (162,56 cm) avec des écarts types de 2,8" (7,112 cm). J'ai utilisé des cm, car c'est plus facile que de traiter des pouces.
  2. Les mâles ne s'accoupleront pas avec des femelles plus grandes qu'elles.
  3. Les femelles ne s'accoupleront pas avec des mâles de plus de 8" de plus.
  4. Les mâles ne s'accoupleront pas avec des femelles plus courtes que 8" (suivant le numéro 3 ci-dessus).

Le problème que j'ai rapidement rencontré était qu'en tronquant une partie de la distribution normale, la variance de la hauteur à chaque génération diminuait progressivement. Après une vingtaine de générations, les moyennes n'évoluaient pas car il y avait si peu de variation de hauteur.

La taille humaine est l'un des traits quantitatifs les plus étudiés, remontant à plus de 100 ans à certains des tout premiers statisticiens (Fisher, Galton). La taille est un trait polygénique avec une héritabilité très élevée (h 2 = 0,8) 1 . Des études d'association à l'échelle du génome ont rapporté 54 gènes impliqués dans la détermination de la taille humaine 2 .

Imaginez que chacun de ces 54 gènes n'ait que deux allèles : a et b. a donne un +1 à la hauteur. b donne un -1 à la hauteur. Donc aa serait +2, ab ou ba 0 et bb -2. La somme de tous ces allèles est corrélée à la taille. Donc, si tous les 54 étaient aa, la hauteur serait de +108.

Le problème survient lorsque les gens ne s'accouplent qu'avec des personnes plus grandes. Au fil du temps, la proportion de b diminuera et la proportion de a augmentera, mais seulement jusqu'à un certain point. Une fois tous les allèles fixés à a, il ne restera plus de place. La variation génétique sera épuisée. Sans l'apport de nouveaux allèles, la hauteur cessera d'évoluer.

2 Visscher, PM. 2008. Dimensionnement de la variation de la taille humaine. Nat Genet 40(5):489-90.

(Cela aurait dû être un commentaire, mais je n'ai pas encore assez de réputation. Désolé !)

Vous avez posé une question intéressante, mais je ne suis pas sûr de votre raisonnement.

Premièrement, la "tendance" que vous décrivez, selon laquelle au cours du siècle dernier les humains ont grandi plus que jamais auparavant, est un phénomène connu dans la plupart des pays européens, l'une des "tendances séculaires": un changement unidirectionnel de hauteur (ou de croissance taux) sur une période de temps. Il a été établi que la taille des adultes augmentait de 1 à 3 centimètres pour chaque décennie jusqu'en 1980 (sauf à l'époque de la Seconde Guerre mondiale, qui a eu un effet inverse à certains endroits). De tels changements, cependant, se sont produits beaucoup trop rapidement pour être d'origine génétique et s'expliquent beaucoup mieux par une amélioration de la qualité de vie. En accord avec cette explication est l'augmentation de la taille et du rythme de croissance que nous voyons maintenant dans les pays du Tiers-Monde, clairement l'effet de l'amélioration des conditions de vie.

Deuxièmement, à mon avis, la préférence des femmes pour les hommes supérieurs peut être une autre manifestation de leur désir simplement du meilleur homme. Je ne vois aucun avantage particulier pour une femme à vouloir un homme plus haut qu'elle, mais, comme vous l'avez souligné, des preuves anecdotiques suggèrent le contraire.

En savoir plus sur les tendances séculaires dans :

Pour répondre à la question par une question compliquée, supposons que la préférence anecdotique pour les hommes "grands" et les femmes "petites" soit vraiment juste une envie de se conformer à la norme ? Supposons que les femmes recherchent des hommes plus grands proportionnellement à leur perception d'elles-mêmes comme "plus petites que la moyenne" - plus une femme est proche de la taille moyenne (féminine), moins elle est susceptible de rechercher un partenaire qui est nettement plus grand ?

D'après mon expérience non scientifique, la taille compte moins pour les personnes dont la taille est plus ou moins normale.

Ensuite, avec certaines hypothèses sur les tailles de progéniture des couples dont les tailles sont différentes, la tendance pourrait être vers une moyenne stable. Comme indiqué dans d'autres réponses, la nutrition est probablement un facteur important dans les gains récents en Europe, en Asie et en Afrique.

Cela serait difficile à modéliser mathématiquement et je ne suis pas convaincu que le résultat éclairerait beaucoup la question, en particulier (comme indiqué ci-dessus) à la lumière de la nature polygénétique du trait.

La tendance de la hauteur moyenne à être poussée vers le haut est naturelle si l'on considère deux faits
(qui jusqu'à présent ont été omis ici):

Avec les coûts plus élevés pour les femelles en général pour la reproduction, ils sont le sexe « plus sélectif », donc lorsqu'il s'agit de sélectionner le partenaire, les préférences des femelles sont plus importantes. Par conséquent, une tendance des hommes à préférer les femmes plus petites (si cela est vrai) n'aurait pas un effet égal et opposé.

Il n'y a pas un rapport 1:1 entre les mâles et les femelles qui transmettent leurs gènes. L'écart type sur le nombre d'enfants est plus élevé pour les hommes, et une proportion plus élevée de mâles que de femelles produit 0 progéniture, "tronquant ainsi une partie de la distribution normale", à chaque génération, davantage pour les hommes que pour les femmes. Encore une fois, même s'il y avait autant de préférence pour les femelles de petite taille chez les mâles que pour les mâles de grande taille chez les femelles, il y aurait toujours être une tendance à la hausse de la taille moyenne. Ce fait a plus à voir avec la vitesse du changement que si le changement se produira ou non.

Deux faits qui ont déjà été discutés mais qui ne sont pas largement reconnus ici devraient être explicitement mentionnés à nouveau :

La taille des mâles et des femelles influence chacune la taille des descendants mâles et femelles. C'est important parce que même s'il y avait une préférence pour que le mâle ne soit pas trop beaucoup plus grande que la femelle, cela n'arrêterait pas la tendance à la hausse en hauteur car les femelles auraient constamment tendance à monter en hauteur. Ainsi, les femelles ne serviraient d'aucune sorte d'"ancre" pour la taille.

Les changements de taille sont dus à plus que de simples gènes (dont les effets pourraient "s'arrêter" en l'absence de mutation, comme l'a mentionné kmm), mais dans tous les cas, la mutation n'est pas négligeable pour la taille humaine (comme Marta Cz-C l'a mentionné), donc un manque de génotypes possibles pour la taille extrême dont nous parlons n'est pas un problème. En fait, cela est évident du fait qu'il existe déjà des personnes (fertiles) plus grandes que le seuil mentionné dans cette question.
(Le seul réel les raisons d'une limite supérieure à la taille humaine, qui n'ont pas été évoquées ici, sont joliment présentées dans cette vidéo : Quelle taille peut atteindre une personne ? et celles conduire à une hauteur maximale quelque part au-dessus des 213 cm (7 pieds) dont nous parlons.)

Certaines choses qui ont été mentionnées ici, bien que vraies ou peut-être vraies, ne sont pas vraiment pertinentes à la question :

Une limite sur combien le père est plus grand que la mère pour l'enfant type (imposé par la préférence féminine ou masculine) ne change pas la réponse à la question principale (direction du changement de taille moyenne, le cas échéant), seule la vitesse ("en "centaines d'années" "). (Cela découle du commentaire « ancre » ci-dessus.)

Le fait qu'il existe de nombreux autres facteurs que la taille pour la sélection du partenaire, et même que bon nombre de ces facteurs sont plus importants que la taille, ne change pas non plus la réponse à la question principale. (C'est à moins que les autres facteurs qui sont corrélés à une taille plus basse n'exercent une pression vers le bas. Je ne pense pas que quiconque soutiendrait cela, mais je vais donner un exemple parce que je pense que c'est intéressant : si les mâles plus petits étaient, en moyenne, plus intelligents que les mâles plus grands, alors même si les femelles préféraient les mâles plus grands (l'intelligence étant égale), si elles préféraient aussi les mâles plus intelligents alors la taille humaine pourrait descendre (alors que l'intelligence humaine moyenne monte).)

Bien sûr, généraliser tout cela aux humains du présent et du futur (changer de langage de « hommes » et « femmes » à « hommes » et « femmes ») repose sur certaines hypothèses :

que les femmes, surtout ceux qui ont des enfants, préférez et avoir hommes plus grands. Cela pourrait ne pas être le cas face à la concurrence des femmes qui préfèrent également les hommes plus grands mais n'ont pas d'enfants. Cela pourrait également changer en raison de l'inversion de la préférence pour la hauteur ou en raison d'une préférence accrue pour autre facteurs corrélés à une taille inférieure combinée à une réduction de l'éclat de la taille masculine pour les femmes. À titre d'exemple, l'importance sans cesse décroissante de la compétition physique entre les hommes et le niveau de plus en plus élevé de sécurité contre les attaques à mains nues dans le monde moderne signifient que la taille (et d'autres mesures de force) importe de moins en moins. Autre exemple, la réduction des lieux de travail en face-à-face, qui sont sans doute au moins partiellement responsables du fait que les hommes plus grands sont mieux payés que les hommes plus petits, devrait conduire à une richesse (qui est un facteur en soi) moins importante. corréler avec la hauteur et donc réduire la sélection pour la hauteur.

que les préférences des femmes Continuez d'importance plus que les préférences des hommes, pour la sélection du partenaire. Si les femmes et les hommes étaient des acteurs tout à fait rationnels, celui-ci pourrait déjà ont changé en raison de la récente diminution des coûts de reproduction pour les femelles (principalement à cause de médical changements, tels qu'un taux de mortalité plus faible associé à la grossesse) et augmentation des coûts de reproduction pour les mâles (principalement à cause de légal changements, peut-être au point où les coûts pour les hommes sont plus haut que pour les femmes). La façon dont les femmes et les hommes pensent et ressentent en ce qui concerne la sélection du partenaire est cependant très fortement biaisée en faveur des conditions normales de notre histoire évolutive (investissement féminin plus élevé) et il est difficile d'agir contre.


Évolution et sélection naturelle # - Biologie

PARTIE IV. ÉVOLUTION ET ÉCOLOGIE

13. Évolution et sélection naturelle

13.2. Le développement de la pensée évolutionniste

Pendant des siècles, les gens ont cru que les diverses espèces de plantes et d'animaux étaient inchangées depuis leur création. Bien qu'aujourd'hui nous sachions que ce n'est pas vrai, nous pouvons comprendre pourquoi les gens ont pu penser que c'était vrai. Parce qu'ils ne connaissaient rien à l'ADN, à la méiose, à la génétique ou à la génétique des populations, ils n'avaient pas les outils pour examiner la nature génétique des espèces. De plus, le processus d'évolution est si lent que les résultats de l'évolution ne sont généralement pas reconnus au cours d'une vie humaine. Il est même difficile pour les scientifiques modernes de reconnaître ce lent changement dans de nombreux types d'organismes.

Réflexion précoce sur l'évolution

Au milieu des années 1700, Georges-Louis Buffon, un naturaliste français, s'est demandé si les animaux avaient subi des changements (évolués) au fil du temps. Après tout, si les animaux ne changeaient pas, ils resteraient les mêmes, et il devenait clair d'après l'étude des fossiles que des changements s'étaient produits. Cependant, Buffon n'a fait aucune suggestion sur la façon dont de tels changements pourraient se produire. En 1809, Jean-Baptiste de Lamarck, un élève de Buffon, a suggéré un processus par lequel l'évolution pourrait se produire. Il a proposé que les caractéristiques acquises soient transmises à la progéniture. Les caractéristiques acquises sont des traits acquis au cours de la vie d'un organisme et non déterminés génétiquement. Par exemple, il a suggéré que les girafes avaient à l'origine un cou court, mais parce qu'elles étiraient constamment leur cou pour obtenir de la nourriture, leur cou s'allongeait légèrement (figure 13.2). Lorsque ces girafes se sont reproduites, leur progéniture a acquis le cou plus long de leurs parents. Parce que la progéniture s'est également étirée pour manger, la troisième génération s'est retrouvée avec des cous encore plus longs. On a donc pensé que l'histoire de Lamarck expliquait pourquoi les girafes que nous voyons aujourd'hui ont un long cou. Bien que nous sachions maintenant que la théorie de Lamarck était fausse (parce que les caractéristiques acquises ne sont pas héritées), elle a stimulé une réflexion plus approfondie sur la manière dont l'évolution pourrait se produire. Du milieu des années 1700 au milieu des années 1800, des arguments animés se sont poursuivis sur la possibilité d'un changement évolutif. Certains, comme Lamarck et d'autres, pensaient que le changement avait eu lieu, beaucoup d'autres disaient qu'il n'était même pas possible. C'est la pensée de deux scientifiques anglais qui a finalement fourni un mécanisme pour expliquer comment l'évolution se produit.

FIGURE 13.2. Les idées contrastées de Lamarck et la théorie de Darwin-Wallace

(a) Lamarck pensait que les caractéristiques acquises pouvaient être transmises à la génération suivante. Par conséquent, il a postulé que, lorsque les girafes étiraient leur cou pour obtenir de la nourriture, leur cou s'allongeait légèrement. Cette caractéristique a été transmise à la génération suivante, qui aurait des cous plus longs. (b) La théorie de Darwin-Wallace affirme qu'il existe des variations au sein de la population et que ceux qui ont un cou plus long sont plus susceptibles de survivre et de se reproduire, transmettant leurs gènes pour les cous longs à la génération suivante.

La théorie de la sélection naturelle

En 1858, Charles Darwin et Alfred Wallace ont suggéré la théorie de la sélection naturelle comme mécanisme d'évolution. La théorie de la sélection naturelle est l'idée que certains individus dont les combinaisons génétiques favorisent la vie dans leur environnement sont plus susceptibles de survivre, de se reproduire et de transmettre leurs gènes à la génération suivante que les individus qui ont des combinaisons génétiques défavorables. Cette théorie a été clairement énoncée en 1859 par Darwin dans son livre Sur l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, ou la préservation des races favorisées dans la lutte pour la vie (How Science Works 13.1).

La théorie de la sélection naturelle est basée sur les hypothèses suivantes concernant la nature des êtres vivants :

1. All organisms produce more offspring than can survive.

2. No two organisms are exactly alike.

3. Among organisms, there is a constant struggle for survival.

4. Individuals that possess favorable characteristics for their environment have a higher rate of survival and produce more offspring.

5. Favorable characteristics become more common in the species, and unfavorable characteristics are lost.

Using these assumptions, the Darwin-Wallace theory of evolution by natural selection offers a different explanation for the development of long necks in giraffes (figure 13.2b):

1. In each generation, more giraffes would be born than the food supply could support.

2. In each generation, some giraffes would inherit longer necks, and some would inherit shorter necks.

3. All giraffes would compete for the same food sources.

4. Giraffes with longer necks would obtain more food, have a higher survival rate, and produce more offspring.

5. As a result, succeeding generations would show an increase in the number of individuals with longer necks.

Modern Interpretations of Natural Selection

The logic of the Darwin-Wallace theory of evolution by natural selection seems simple and obvious today, but at the time Darwin and Wallace proposed their theory, the processes of meiosis and fertilization were poorly understood, and the concept of the gene was only beginning to be discussed. Nearly 50 years after Darwin and Wallace suggested their theory, the rediscovery of the work a monk, Gregor Mendel (see chapter 10) provided an explanation for how characteristics could be transmitted from one generation to the next. Mendel’s concepts of the gene explained how traits could be passed from one generation to the next. It also provided the first step in understanding mutations, gene flow, and the significance of reproductive isolation. All of these ideas are interwoven into the modern concept of evolution. If we update the five basic ideas from the thinking of Darwin and Wallace, they might look something like the following:

1. An organism’s ability to overreproduce results in surplus organisms.

2. Because of mutation, new, genetically determined traits enter the gene pool. Because of sexual reproduction, involving meiosis and fertilization, new genetic combinations are present in every generation. These processes are so powerful that each individual in a sexually reproducing population is genetically unique. The genetic information present is expressed in the phenotype of the organism.

3. Resources, such as food, soil nutrients, water, mates, and nest materials, are in short supply, so some individuals do without. Other environmental factors, such as disease organisms, predators, and helpful partnerships with other species, also affect survival. All the specific environmental factors that affect survival by favoring certain characteristics are called selecting agents.

4. Selecting agents favor individuals with the best combination of alleles—that is, those individuals are more likely to survive and reproduce, passing on more of their genes to the next generation. An organism is selected against if it has fewer offspring than other individuals that have a more favorable combination of alleles. The organism does not need to die to be selected against.

5. Therefore, alleles or allele combinations that produce characteristics favorable to survival become more common in the population and, on the average, the members of the species will be better adapted to their environment.

Evolution results when there are changes in allele frequency in a population. Recall that individual organisms cannot evolve—only populations can. Although evolution is a population process, the mechanisms that bring it about operate at the level of the individual.

Recall that a theory is a well-established generalization supported by many kinds of evidence. The theory of natural selection was first proposed by Charles Darwin and Alfred Wallace. Since the time it was first proposed, the theory of natural selection has been subjected to countless tests yet remains the core concept for explaining how evolution occurs.

The Voyage of HMS Beagle, 1831-1836

Probably the most significant event in Charles Darwin's life was his opportunity to sail on the British survey ship Beagle.

Surveys were common at that time they helped refine maps and chart hazards to shipping. Darwin was 22 years old and probably would not have had the opportunity, had his uncle not persuaded Darwin's father to allow him to take the voyage. Darwin was to be a gentleman naturalist and companion to the ship's captain, Robert Fitzroy. When the official naturalist left the ship and returned to England, Darwin replaced him and became the official naturalist for the voyage. The appointment was not a paid position.

The voyage of the Beagle lasted nearly 5 years. During the trip, the ship visited South America, the Galapagos Islands, Australia, and many Pacific Islands. The Beagle's entire route is shown on the accompanying map. Darwin suffered greatly from seasickness and, perhaps because of it, made extensive journeys by mule and on foot some distance inland from wherever the Beagle happened to be at anchor. These inland trips gave Darwin the opportunity to make many of his observations. His experience was unique for a man so young and very difficult to duplicate because of the slow methods of travel used at that time.

Charles Darwin set forth on a sailing vessel similar to this, the HMS Beagle, in 1831 at the age of 22.

Although many people had seen the places that Darwin visited, never before had a student of nature collected volumes of information on them. Also, most other people who had visited these faraway places were military men or adventurers who did not recognize the significance of what they saw. Darwin's notebooks included information on plants, animals, rocks, geography, climate, and the native peoples he encountered. The natural history notes he took during the voyage served as a vast storehouse of information, which he used in his writings for the rest of his life. Because Darwin was wealthy, he did not need to work to earn a living and could devote a good deal of his time to the further study of natural history and the analysis of his notes. He was a semiinvalid during much of his later life. Many people think his ill health was caused by a tropical disease he contracted during the voyage of the Beagle. As a result of his experiences, he wrote several volumes detailing the events of the voyage, which were first published in 1839 in conjunction with other information related to the voyage. His volumes were revised several times and eventually were entitled The Voyage of the Beagle. He also wrote books on barnacles, the formation of coral reefs, how volcanoes might have been involved in reef formation, and finally On the Origin of Species. This last book, written 23 years after his return from the voyage, changed biological thinking for all time.

2. Why has Lamarck’s theory been rejected?

3. List five assumptions about the nature of living things that support the concept of evolution by natural selection.


Evolution and Natural Selection # - Biology

PART IV. EVOLUTION AND ECOLOGY

13. Evolution and Natural Selection

13.5. What Influences Natural Selection?

Now that you have a basic understanding of how natural selection works, we can look in more detail at the factors that influence it. Genetic diversity within a species, the degree of genetic expression, and the ability of most species to reproduce excess offspring all exert an influence on the process of natural selection.

The Mechanisms That Affect Genetic Diversity

For natural selection to occur there must be genetic differences among the individuals of an interbreeding population of organisms. Consider what happens in a population of genetically identical organisms. In this case, it does not matter which individuals reproduce, because the same genes will be passed on to the next generation and natural selection cannot occur. However, when genetic differences exist among individuals in a population and these differences affect fitness, natural selection can take place. Therefore, it is important to identify the processes that generate genetic diversity within a population. Genetic diversity within a population is generated by the mutation and migration of organisms and by sexual reproduction and genetic recombination.

Spontaneous mutations are changes in DNA that cannot be tied to a particular factor. Mutations may alter existing genes, resulting in the introduction of entirely new genetic information into a gene pool. It is suspected that cosmic radiation or naturally occurring mutagenic chemicals might be the cause of many of these mutations. Subjecting organisms to high levels of radiation or to certain chemicals increases the rate at which mutations occur. It is for this reason that people who are exposed to mutagenic chemicals or radiation take special safety precautions.

Naturally occurring mutation rates are low. The odds of a gene mutating are on the order of 1 in 100,000. Most of these mutations are harmful. Rarely does a mutation occur that is actually helpful. However, in populations of millions of individuals, each of whom has thousands of genes, over thousands of generations it is quite possible that a new, beneficial piece of genetic information will come about as a result of mutation. Remember that every allele originated as a modification of a previously existing piece of DNA. For example, the allele for blue eyes may be a mutated brown-eye allele, or blond hair may have originated as a mutated brown-hair allele. In a species such as corn (Zea mays), there are many different alleles for seed color. Each probably originated as a mutation. Thus, mutations have been very important in introducing genetic material into species over time.

For mutations to be important in the evolution of organisms, they must be in cells that give rise to gametes (eggs or sperm). Mutations in other cells, such as those in the skin or liver, will affect only those cells and will not be passed on to the next generation.

Recall that migration is another way in which new genetic material can enter a population. When individuals migrate into a population from some other population, they may bring alleles that were rare or absent. Similarly, when individuals leave a population, they can remove certain alleles from the population.

Sexual Reproduction and Genetic Recombination

Sexual reproduction is important in generating new genetic combinations in individuals. Although sexual reproduction does not generate new genetic information, it does allow for the mixing of genes into combinations that did not occur previously. Each individual entering a population by sexual reproduction carries a unique combination of genes—half donated by the mother and half donated by the father. During meiosis, unique combinations of alleles are generated in the gametes through crossing-over between homologous chromosomes and the independent assortment of nonhomologous chromosomes. This results in millions of possible genetic combinations in the gametes of any individual. When fertilization occurs, one of the millions of possible sperm unites with one of the millions of possible eggs, resulting in a genetically unique individual. This genetic mixing that occurs as a result of meiosis and fertilization is known as genetic recombination.

The new individual has a set of genes that is different from that of any other organism that ever existed. When genetic recombination occurs, a new combination of alleles may give its bearer a selective advantage, leading to greater reproductive success.

Organisms that primarily use asexual reproduction do not benefit from genetic recombination. In most cases, however, when their life history is studied closely, it is apparent that they also can reproduce sexually at certain times. Organisms that reproduce exclusively by asexual methods are not able to generate new genetic combinations but still acquire new genetic information through mutation.

As scientists have learned more about the nature of species, it has become clear that genes can be moved from one organism to another that was considered to be a different species. In some cases, it appears that whole genomes can be added when the cells of two different species combine into one cell. This process of interspecific hybridization is another method by which a species can have new genes enter its population.

The Role of Gene Expression

Even when genes are present, they do not always express themselves in the same way. For genes to be selected for or against, they must be expressed in the phenotype of the individuals possessing them. There are many cases of genetic characteristics being expressed to different degrees in different individuals. Often, the reason for this difference in expression is unknown.

Penetrance is a term used to describe how often an allele expresses itself. Some alleles have 100% penetrance others express themselves only 80% of the time. For example, there is a dominant allele that causes people to have a stiff little finger. The expression of this trait results in the tendons being attached to the bones of the finger in such a way that the finger does not flex properly. This dominant allele does not express itself in every person who contains it occasionally, parents who do not show the characteristic in their phenotype have children that show the characteristic. Expressivity is a term used to describe situations in which an allele is not expressed equally in all individuals who have it. An example of expressivity involves a dominant allele for six fingers or toes, a condition known as polydactyly. Some people with this allele have an extra finger on each hand some have an extra finger on only one hand. Furthermore, some sixth fingers are well-formed with normal bones, whereas others are fleshy structures that lack bones.

Why Some Genes May Avoid Natural Selection

There are many reasons a specific allele may not feel the effects of natural selection. Some genetic characteristics can be expressed only during specific periods in the life of an organism. If an organism dies before the characteristic is expressed, it never has the opportunity to contribute to the overall fitness of the organism. Say, for example, a tree has genes for producing very attractive fruit. The attractive fruit is important because animals select the fruit for food and distribute the seeds as they travel. However, if the tree dies before it can reproduce, the characteristic may never be expressed. By contrast, genes such as those that contribute to heart disease or cancer usually have their effect late in a person’s life. Because they were not expressed during the person’s reproductive years, they were not selected against, because the person reproduced before the effects of the gene were apparent. Therefore, such genes are less likely to be selected against (eliminated from the population) than are those that express themselves early in life.

In addition, many genes require an environmental trigger to be expressed (i.e., they are epigenetic). If the trigger is not encountered, the gene never expresses itself. It is becoming clear that many kinds of human cancers are caused by the presence of genes that require an environmental trigger. Therefore, we try to identify triggers and prevent these negative genes from being turned on and causing disease.

When both dominant and recessive alleles are present for a characteristic, the recessive alleles must be present in a homozygous condition before they have an opportunity to express themselves. For example, the allele for albinism is recessive. There are people who carry this recessive allele but never express it, because it is masked by the dominant allele for normal pigmentation (figure 13.5).

Some genes have their expression hidden because the action of a completely unrelated gene is required before they can express themselves. The albino individual shown in figure 13.5 has alleles for dark skin and hair that will never have a chance to express themselves because of the presence of two alleles for albinism. The alleles for dark skin and hair can express themselves only if the person has the ability to produce pigment, and albinos lack that ability.

FIGURE 13.5. Gene Expression

Genes must be expressed to allow the environment to select for or against them. The recessive allele c for albinism shows itself only in individuals who are homozygous for the recessive characteristic. The man in this photo is an albino who has the genotype cc. The characteristic is absent in those who are homozygous dominant and is hidden in those who are heterozygous. The dark-skinned individuals could be either Cc or CC. However, because the albino individual cannot produce pigment, characteristics for dark skin and dark hair cannot be expressed.

Natural Selection Works on the Total Phenotype

Just because an organism has a “good” gene does not guarantee that it will be passed on. The organism may also have “bad” genes in combination with the good, and the “good” characteristics may be overshadowed by the “bad” characteristics. All individuals produced by sexual reproduction probably have certain genetic characteristics that are extremely valuable for survival and others that are less valuable or harmful. However, natural selection operates on the total phenotype of the organism. Therefore, it is the combination of characteristics that is evaluated—not each characteristic individually. For example, fruit flies may show resistance to insecticides or lack of it, may have well-formed or shriveled wings, and may exhibit normal vision or blindness. An individual with insecticide resistance, shriveled wings, and normal vision has two good characteristics and one negative one, but it would not be as successful as an individual with insecticide resistance, normal wings, and normal vision.

The Importance of Excess Reproduction

A successful organism reproduces at a rate in excess of that necessary to merely replace the parents when they die (figure 13.6). For example, geese have a life span of about 10 years on average, a single pair can raise a brood of about eight young each year. If these two parent birds and all their offspring were to survive and reproduce at this rate for a 10-year period, there would be a total of 19,531,250 birds in the family.

FIGURE 13.6. Reproductive Potential

The ability of a population to reproduce greatly exceeds the number necessary to replace those who die. Here are some examples of the prodigious reproductive abilities of some species.

However, the size of goose populations and most other populations remains relatively constant over time. Minor changes in number may occur but, if the environment remains constant, a population does not experience dramatic increases in size. A high death rate tends to offset the high reproductive rate and population size remains stable. But this is not a “static population.” Although the total number of organisms in the species may remain constant, the individuals that make up the population change. It is this extravagant reproduction that provides the large surplus of genetically unique individuals that allows natural selection to take place.

If there are many genetically unique individuals within a population, it is highly probable that some individuals will survive to reproduce even if the environment changes somewhat, although the gene frequency of the population may be changed to some degree. For this to occur, members of the population must be eliminated in a non-random manner. Even if they are not eliminated, some may have greater reproductive success than others. The individuals with the greatest reproductive success will have more of their genetic information present in the next generation than will those that die or do not reproduce very successfully. Those that are the most successful at reproducing are those that are, for the most part, better suited to the environment.

8. What factors can contribute to diversity in the gene pool?

9. Why is over-reproduction necessary for evolution?

10. Why is sexual reproduction important to the process of natural selection?

11. How might a harmful allele remain in a gene pool for generations without being eliminated by natural selection?

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Adaptive Evolution

Natural selection only acts on the population’s heritable traits: selecting for beneficial alleles and thus increasing their frequency in the population, while selecting against deleterious alleles and thereby decreasing their frequency—a process known as adaptive evolution. Natural selection does not act on individual alleles, however, but on entire organisms. An individual may carry a very beneficial genotype with a resulting phenotype that, for example, increases the ability to reproduce (fecundity), but if that same individual also carries an allele that results in a fatal childhood disease, that fecundity phenotype will not be passed on to the next generation because the individual will not live to reach reproductive age. Natural selection acts at the level of the individual it selects for individuals with greater contributions to the gene pool of the next generation, known as an organism’s evolutionary (Darwinian) fitness.

Fitness is often quantifiable and is measured by scientists in the field. However, it is not the absolute fitness of an individual that counts, but rather how it compares to the other organisms in the population. This concept, called relative fitness, allows researchers to determine which individuals are contributing additional offspring to the next generation, and thus, how the population might evolve.

There are several ways selection can affect population variation: stabilizing selection, directional selection, diversifying selection, frequency-dependent selection, and sexual selection. As natural selection influences the allele frequencies in a population, individuals can either become more or less genetically similar and the phenotypes displayed can become more similar or more disparate.

Stabilizing Selection

If natural selection favors an average phenotype, selecting against extreme variation, the population will undergo stabilizing selection (Illustration 7). In a population of mice that live in the woods, for example, natural selection is likely to favor individuals that best blend in with the forest floor and are less likely to be spotted by predators. Assuming the ground is a fairly consistent shade of brown, those mice whose fur is most closely matched to that color will be most likely to survive and reproduce, passing on their genes for their brown coat. Mice that carry alleles that make them a bit lighter or a bit darker will stand out against the ground and be more likely to fall victim to predation. As a result of this selection, the population’s genetic variance will decrease.

Figure 7. In stabilizing selection, an average phenotype is favored.

Directional Selection

When the environment changes, populations will often undergo directional selection (Figure 8), which selects for phenotypes at one end of the spectrum of existing variation. A classic example of this type of selection is the evolution of the peppered moth in eighteenth- and nineteenth-century England. Prior to the Industrial Revolution, the moths were predominately light in color, which allowed them to blend in with the light-colored trees and lichens in their environment. But as soot began spewing from factories, the trees became darkened, and the light-colored moths became easier for predatory birds to spot. Over time, the frequency of the melanic form of the moth increased because they had a higher survival rate in habitats affected by air pollution because their darker coloration blended with the sooty trees. Similarly, the hypothetical mouse population may evolve to take on a different coloration if something were to cause the forest floor where they live to change color. The result of this type of selection is a shift in the population’s genetic variance toward the new, fit phenotype.

Figure 8. In directional selection, a change in the environment shifts the spectrum of phenotypes observed.

Diversifying Selection

Sometimes two or more distinct phenotypes can each have their advantages and be selected for by natural selection, while the intermediate phenotypes are, on average, less fit. Connu comme diversifying selection (Figure 9), this is seen in many populations of animals that have multiple male forms. Large, dominant alpha males obtain mates by brute force, while small males can sneak in for furtive copulations with the females in an alpha male’s territory. In this case, both the alpha males and the “sneaking” males will be selected for, but medium-sized males, which can’t overtake the alpha males and are too big to sneak copulations, are selected against. Diversifying selection can also occur when environmental changes favor individuals on either end of the phenotypic spectrum. Imagine a population of mice living at the beach where there is light-colored sand interspersed with patches of tall grass. In this scenario, light-colored mice that blend in with the sand would be favored, as well as dark-colored mice that can hide in the grass. Medium-colored mice, on the other hand, would not blend in with either the grass or the sand, and would thus be more likely to be eaten by predators. The result of this type of selection is increased genetic variance as the population becomes more diverse.

Figure 9. In diversifying selection, two or more extreme phenotypes are selected for, while the average phenotype is selected against.

Question de pratique

Different types of natural selection can impact the distribution of phenotypes within a population (refer back to Figures 7, 8, and 9). In recent years, factories have become cleaner, and less soot is released into the environment. What impact do you think this has had on the distribution of moth color in the population?

Frequency-dependent Selection

Another type of selection, called frequency-dependent selection, favors phenotypes that are either common (positive frequency-dependent selection) or rare (negative frequency-dependent selection). An interesting example of this type of selection is seen in a unique group of lizards of the Pacific Northwest. Male common side-blotched lizards come in three throat-color patterns: orange, blue, and yellow.

Figure 10. A yellow-throated side-blotched lizard is smaller than either the blue-throated or orange-throated males and appears a bit like the females of the species, allowing it to sneak copulations. (credit: “tinyfroglet”/Flickr)

Each of these forms has a different reproductive strategy: orange males are the strongest and can fight other males for access to their females blue males are medium-sized and form strong pair bonds with their mates and yellow males (Figure 10) are the smallest, and look a bit like females, which allows them to sneak copulations. Like a game of rock-paper-scissors, orange beats blue, blue beats yellow, and yellow beats orange in the competition for females. That is, the big, strong orange males can fight off the blue males to mate with the blue’s pair-bonded females, the blue males are successful at guarding their mates against yellow sneaker males, and the yellow males can sneak copulations from the potential mates of the large, polygynous orange males.

In this scenario, orange males will be favored by natural selection when the population is dominated by blue males, blue males will thrive when the population is mostly yellow males, and yellow males will be selected for when orange males are the most populous. As a result, populations of side-blotched lizards cycle in the distribution of these phenotypes—in one generation, orange might be predominant, and then yellow males will begin to rise in frequency. Once yellow males make up a majority of the population, blue males will be selected for. Finally, when blue males become common, orange males will once again be favored.

Negative frequency-dependent selection serves to increase the population’s genetic variance by selecting for rare phenotypes, whereas positive frequency-dependent selection usually decreases genetic variance by selecting for common phenotypes.

Sexual Selection

Males and females of certain species are often quite different from one another in ways beyond the reproductive organs. Males are often larger, for example, and display many elaborate colors and adornments, like the peacock’s tail, while females tend to be smaller and duller in decoration. Such differences are known as sexual dimorphisms (Figure 11), which arise from the fact that in many populations, particularly animal populations, there is more variance in the reproductive success of the males than there is of the females. That is, some males—often the bigger, stronger, or more decorated males—get the vast majority of the total matings, while others receive none. This can occur because the males are better at fighting off other males, or because females will choose to mate with the bigger or more decorated males. In either case, this variation in reproductive success generates a strong selection pressure among males to get those matings, resulting in the evolution of bigger body size and elaborate ornaments to get the females’ attention. Females, on the other hand, tend to get a handful of selected matings therefore, they are more likely to select more desirable males.

Sexual dimorphism varies widely among species, of course, and some species are even sex-role reversed. In such cases, females tend to have a greater variance in their reproductive success than males and are correspondingly selected for the bigger body size and elaborate traits usually characteristic of males.

Figure 11. Sexual dimorphism is observed in (a) peacocks and peahens, (b) Argiope appensa spiders (the female spider is the large one), and in (c) wood ducks. (credit “spiders”: modification of work by “Sanba38”/Wikimedia Commons credit “duck”: modification of work by Kevin Cole)

The selection pressures on males and females to obtain matings is known as sexual selection it can result in the development of secondary sexual characteristics that do not benefit the individual’s likelihood of survival but help to maximize its reproductive success. Sexual selection can be so strong that it selects for traits that are actually detrimental to the individual’s survival. Think, once again, about the peacock’s tail. While it is beautiful and the male with the largest, most colorful tail is more likely to win the female, it is not the most practical appendage. In addition to being more visible to predators, it makes the males slower in their attempted escapes. There is some evidence that this risk, in fact, is why females like the big tails in the first place. The speculation is that large tails carry risk, and only the best males survive that risk: the bigger the tail, the more fit the male. This idea is known as the handicap principle.

Les good genes hypothesis states that males develop these impressive ornaments to show off their efficient metabolism or their ability to fight disease. Females then choose males with the most impressive traits because it signals their genetic superiority, which they will then pass on to their offspring. Though it might be argued that females should not be picky because it will likely reduce their number of offspring, if better males father more fit offspring, it may be beneficial. Fewer, healthier offspring may increase the chances of survival more than many, weaker offspring.

In both the handicap principle and the good genes hypothesis, the trait is said to be an honest signal of the males’ quality, thus giving females a way to find the fittest mates—males that will pass the best genes to their offspring.

No Perfect Organism

Natural selection is a driving force in evolution and can generate populations that are better adapted to survive and successfully reproduce in their environments. But natural selection cannot produce the perfect organism. Natural selection can only select on existing variation in the population it does not create anything from scratch. Thus, it is limited by a population’s existing genetic variance and whatever new alleles arise through mutation and gene flow.

Natural selection is also limited because it works at the level of individuals, not alleles, and some alleles are linked due to their physical proximity in the genome, making them more likely to be passed on together (linkage disequilibrium). Any given individual may carry some beneficial alleles and some unfavorable alleles. It is the net effect of these alleles, or the organism’s fitness, upon which natural selection can act. As a result, good alleles can be lost if they are carried by individuals that also have several overwhelmingly bad alleles likewise, bad alleles can be kept if they are carried by individuals that have enough good alleles to result in an overall fitness benefit.

Furthermore, natural selection can be constrained by the relationships between different polymorphisms. One morph may confer a higher fitness than another, but may not increase in frequency due to the fact that going from the less beneficial to the more beneficial trait would require going through a less beneficial phenotype. Think back to the mice that live at the beach. Some are light-colored and blend in with the sand, while others are dark and blend in with the patches of grass. The dark-colored mice may be, overall, more fit than the light-colored mice, and at first glance, one might expect the light-colored mice be selected for a darker coloration. But remember that the intermediate phenotype, a medium-colored coat, is very bad for the mice—they cannot blend in with either the sand or the grass and are more likely to be eaten by predators. As a result, the light-colored mice would not be selected for a dark coloration because those individuals that began moving in that direction (began being selected for a darker coat) would be less fit than those that stayed light.

Finally, it is important to understand that not all evolution is adaptive. While natural selection selects the fittest individuals and often results in a more fit population overall, other forces of evolution, including genetic drift and gene flow, often do the opposite: introducing deleterious alleles to the population’s gene pool. Evolution has no purpose—it is not changing a population into a preconceived ideal. It is simply the sum of the various forces described in this chapter and how they influence the genetic and phenotypic variance of a population.

Questions pratiques

Give an example of a trait that may have evolved as a result of the handicap principle and explain your reasoning.

List the ways in which evolution can affect population variation and describe how they influence allele frequencies.


Voir la vidéo: Charles Robert Darwin: Lévolution de lespèce, la sélection naturelle (Mai 2022).