If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

კურსი: ბიოლოგია > თემა 21

გაკვეთილი 1: ევოლუცია და ბუნებრივი გადარჩევა

დარვინი, ევოლუცია და ბუნებრივი გადარჩევა

ჩარლზ დარვინის ვოიაჟი გემ „ბიგლზე“ და მისი იდეები ევოლუციისა და ბუნებრივი გადარჩევის შესახებ.

საკვანძო საკითხები:

  • ჩარლზ დარვინი იყო ბრიტანელი ბუნებისმეტყველი, რომელმაც შემოგვთავაზა ბუნებრივი გადარჩევის გზით ბიოლოგიური ევოლუციის თეორია.
  • დარვინმა ევოლუცია განსაზღვრა, როგორც „მოდიფიკაციით ჩამომავლობა“ (ინგლ. descent with modification) — იდეა იმისა, რომ სახეობები იცვლებიან დროთა განმავლობაში, წარმოქმნიან ახალ სახეობებს და ჰყავთ საერთო წინაპარი.
  • მექანიზმი, რომელიც დარვინმა შემოგვთავაზა ევოლუციისთვის, არის ბუნებრივი გადარჩევა. ვინაიდან რესურსები ბუნებაში შეზღუდული რაოდენობითაა, ორგანიზმები იმ მემკვიდრული ნიშან-თვისებებით, რომლებიც ხელს უწყობს გადარჩენასა და გამრავლებას, დატოვებენ უფრო მეტ შთამომავლობას, ვიდრე სხვები. შედეგად, გაიზრდება ამ ნიშან-თვისებების სიხშირე თაობათა განმავლობაში.
  • ბუნებრივი გადარჩევა დროთა განმავლობაში უბიძგებს პოპულაციებს, ადაპტირდნენ ან უფრო და უფრო უკეთ შეეგუონ საცხოვრებელ გარემოს. ბუნებრივი გადარჩევა დამოკიდებულია გარემოზე და მოითხოვს მემკვიდრული ვარიაციების არსებობას ჯგუფში.

რა არის ევოლუცია?

ბიოლოგიური ევოლუციის მთავარი იდეაა, რომ ორგანიზმთა პოპულაციები და სახეობები იცვლება დროთა განმავლობაში. დღეისთვის, როდესაც ჩვენ ვფიქრობთ ევოლუციის შესახებ, როგორც წესი, ამ იდეას მივაწერთ ერთ კონკრეტულ ადამიანს: ბრიტანელ ბუნებისმეტყველ ჩარლზ დარვინს.
1850-იან წლებში დარვინმა დაწერა გავლენიანი და საკამათო წიგნი სახეობათა წარმოშობის შესახებ. მასში მან ჩამოაყალიბა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც სახეობები განიცდიან ევოლუციას (ან, როგორც მან თქვა, ექვემდებარებიან „მოდიფიკაციით ჩამომავლობას“) და ყველა ცოცხალ ორგანიზმს შეუძლია, მიაკვლიოს საერთო წინაპრისგან საკუთარ ჩამომავლობას.
დარვინმა აგრეთვე შემოგვთავაზა მექანიზმი ევოლუციისთვის: ბუნებრივი გადარჩევა, რომლის დროსაც მემკვიდრული ნიშან-თვისებები, რომლებიც ეხმარება ორგანიზმებს გადარჩენასა და გამრავლებაში, პოპულაციაში უფრო ხშირი ხდება დროთა განმავლობაში.
ამ სტატიაში ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ დარვინის იდეებს. შევხედავთ, როგორ წარმოიქმნა ისინი მაშინ, როდესაც დარვინი მსოფლიოს გარშემო მოგზაურობდა გემ HMS Beagle-ით. აგრეთვე განვიხილავთ ბუნებრივი გადარჩევის გზით ევოლუციის მაგალითს.

დარვინი და ბიგლის ვოიაჟი

დარვინის თავდაპირველმა წიგნმა, სახეობათა წარმოშობის შესახებ, გადმოსცა მისი იდეები ევოლუციისა და ბუნებრივი გადარჩევის შესახებ. ეს იდეები დიდწილად ემყარებოდა დარვინის მიერ მსოფლიოს გარშემო მოგზაურობის დროს გაკეთებულ მის უშუალო დაკვირვებებს. 1831 წლიდან 1836 წლამდე იგი იყო წევრი გემ HMS Beagle-ის კვლევითი ექსპედიციია, რომელიც მოიცავდა გაჩერებებს სამხრეთ ამერიკაში, ავსტრალიასა და აფრიკის სამხრეთ წერტილში. ექსპედიციის თითოეულ ეტაპზე დარვინს ჰქონდა საშუალება, შეესწავლა და დაეხარისხებინა ადგილობრივი მცენარეები და ცხოველები.
მოგზაურობების განმავლობაში დარვინმა საინტერესო კანონზომიერებების შემჩნევა დაიწყო ორგანიზმთა განაწილებასა და მახასიათებლებში. ჩვენ შეგვიძლია, რამდენიმე ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონზომიერება დავინახოთ, რომლებიც დარვინმა შეამჩნია ორგანიზმთა განაწილებაში, თუკი შევხედავთ ეკვადორის სანაპიროს მახლობლად მდებარე გალაპაგოსის კუნძულებზე გაკეთებულ მის დაკვირვებებს.
_სურათის წყარო: „დარვინის სკვინჩები“, ჯონ გოულდი (საჯარო დომენი)._
დარვინმა აღმოაჩინა, რომ გალაპაგოსის მახლობელ კუნძულებზე ცხოვრობდნენ სკვინჩების მსგავსი, მაგრამ არაიდენტური სახეობები. უფრო მეტიც, მან შეამჩნია, რომ სკვინჩების თითოეული სახეობა კარგად იყო შეგუებული მის გარემოსა და როლს. მაგალითად, სახეობას, რომელიც იკვებებოდა მცენარის მოზრდილი თესლით, ჰქონდა გრძელი, ძლიერი ნისკარტი, მაშინ როცა სხვა სახეობას, რომელიც მწერებით იკვებებოდა, წვრილი, ბასრი ნისკარტი გააჩნდა. საბოლოოდ, მან შეამჩნია, რომ გალაპაგოსის კუნძულებზე მცხოვრები სკვინჩები (და სხვა ცხოველები) იყვნენ ახლომდებარე ეკვადორის მიწებზე მცხოვრები სახეობების მსგავსნი, მაგრამ განსხვავდებოდნენ მსოფლიოს დანარჩენ ნაწილში არსებულთაგან2.
დარვინს ეს ყველაფერი მოგზაურობის დროს არ გაუაზრებია. მეტიც, მან ისიც ვერ გააცნობიერა, რომ მონათესავე სკვინჩები განსხვავებული სახეობისანი იყვნენ, სანამ წლების შემდეგ საკუთარი ჩანაწერები არ აჩვენა გამოცდილ ორნითოლოგს (ფრინველების ბიოლოგს)3! მიუხედავად ამისა, თანდათანობით იგი მივიდა იდეამდე, რომელსაც შეეძლო მონათესავე, მაგრამ განსხვავებული სკვინჩების კანონზომიერების ახსნა.
დარვინის იდეის თანახმად, ეს კანონზომიერება გასაგები იქნებოდა იმ შემთხვევაში, თუ გალაპაგოსის კუნძულებზე დიდი ხნის წინათ მეზობელი კონტინენტიდან ჩამოსული ფრინველები სახლობდნენ. თითოეულ კუნძულზე სკვინჩები შესაძლოა თანდათანობით შეეგუვნენ ადგილობრივ პირობებს (მრავალი თაობისა და დროის ხანგრძლივი მონაკვეთების შემდეგ). ამ პროცესს შეეძლო, წარმოეშვა ერთი ან რამდენიმე განსხვავებული სახეობა თითოეულ კუნძულზე.
თუკი ეს იდეა სწორი იყო, რატომ იყო ასე? რომელ მექანიზმს შეუძლია იმის ახსნა, თუ როგორ ადაპტირდა სკვინჩების თითოეული პოპულაცია ან მიიღო მახასიათებლები, რომლებმაც იგი კარგად შეაგუა მის უშუალო გარემოს? საკუთარი ვოიაჟისა და შემდგომი წლების განმავლობაში დარვინმა შეიმუშავა და გააუმჯობესა კრებული იდეებისა, რომლებსაც შეეძლო ვოიაჟის განმავლობაში აღმოჩენილი კანონზომიერებების ახსნა. თავის წიგნში, სახეობათა წარმოშობის შესახებ, დარვინმა გამოკვეთა თავისი ორი საკვანძო იდეა: ევოლუცია და ბუნებრივი გადარჩევა.

ევოლუცია

თანამედროვე სახეობები გამოსახულია დიაგრამის ზემოთ, ხოლო წინაპრები, რომლებიდანაც ისინი მოდიან, ნაჩვენებია დიაგრამის ქვემოთ. სურათის წყარო: „დარვინის სიცოცხლის ხე“, ჩარლზ დარვინი. ფოტო ა. კოუპრიანოვისა, საჯარო დომენი.
დარვინმა ივარაუდა, რომ სახეობები იცვლება დროთა განმავლობაში, ადრე არსებული სახეობებიდან წარმოიქმნება ახლები და ყველა სახეობა იზიარებს საერთო წინაპარს. ამ მოდელში თითოეულ სახეობას აქვს თავისი უნიკალური კრებული განსხვავებული მემკვიდრული (გენეტიკური) მახასიათებლებისა, რომლებიც თანდათანობით დაგროვდა დროის ხანგრძლივი მონაკვეთების განმავლობაში. განმეორებითი განტოტვები, რომლებშიც ახალი სახეობა შორდება საერთო წინაპარს, წარმოქმნის მრავალდონიან „ხეს“, რომელიც აკავშირებს ყველა ცოცხალ ორგანიზმს.
დარვინმა ამ პროცესს, რომლის დროსაც ორგანიზმთა ჯგუფები თაობათა განმავლობაში იცვლიან თავიანთ მემკვიდრეულ ნიშან-თვისებებს, უწოდა „მოდიფიკაციით ჩამომავლობა“. დღეს ჩვენ მას ვუწოდებთ ევოლუციას. ზემოთ გამოსახული დარვინის ჩანახატი ასახავს მის იდეას, რომ ერთი სახეობა დროთა განმავლობაში შეიძლება, განიტოტოს ორ სახეობად და ეს პროცესი შეიძლება, რამდენჯერმე განმეორდეს მონათესავე სახეობების ჯგუფის „საგვარეულო ხეში“.

ბუნებრივი გადარჩევა

მნიშვნელოვანია, რომ დარვინს მხოლოდ ის არ უთქვამს, ორგანიზმები ევოლუციას განიცდიანო. მისი მთელი თეორია მხოლოდ ეს რომ ყოფილიყო, დღეს მისი სახელი ამდენ სახელმძღვანელოში არ ეწერებოდა! ნაცვლად ამისა, დარვინმა აგრეთვე ევოლუციის მექანიზმი შემოგვთავაზა: ბუნებრივი გადარჩევა. ეს იყო ელეგანტური და ლოგიკური მექანიზმი და იგი ხსნიდა, თუ როგორ შეეძლოთ პოპულაციებს ევოლუცია (როგორ ექვემდებოდნენ ისინი „მოდიფიკაციით ჩამომავლობას“) იმგვარად, რომ დროთა განმავლობაში გარემოსადმი უკეთ შეგუებულნი გამხდარიყვნენ.
დარვინის კონცეფცია ბუნებრივი გადარჩევის შესახებ ემყარებოდა რამდენიმე საკვანძო დაკვირვებას:
  • ნიშან-თვისებები ხშირად მემკვიდრულია. ცოცხალ ორგანიზმებში მრავალი მახასიათებელი არის მემკვიდრული, ანუ გადაეცემა მშობლიდან შთამომავლობას (დარვინმა იცოდა, რომ ასე იყო, მიუხედავად იმისა, რომ მან არ იცოდა, რომ ნიშან-თვისებები გენების მიშვეობით გადაიცემოდა).
  • ჩნდება უფრო მეტი შთამომავალი, ვიდრე გარემო დაიტევს. გარემოს არ შეუძლია იმდენი შთამომავლის უზრუნველყოფა, რამდენსაც ორგანიზმები აჩენენ. ამგვარად, თითოეულ თაობაში მიმდინარეობს კონკურენცია შეზღუდული ოდენობის რესურსისთვის.
  • შთამომავლები განსხვავდებიან მემკვიდრული ნიშან-თვისებებით. შთამომავლები ნებისმიერ თაობაში ერთმანეთისგან მცირედით განსხვავებულები იქნებიან საკუთარი ნიშნებით (ფერი, ზომა, ფორმა და ა.შ.) და ამ ნიშანთა უმეტესობა მემკვიდრული იქნება.
ამ მარტივ დაკვირვებებზე დაყრდნობით, დარვინმა დაასკვნა შემდეგი:
  • ნებისმიერ პოპულაციაში ზოგ ინდივიდს ექნება ისეთი მემკვიდრული ნიშან-თვისებები, რომლებიც მათ დაეხმარება გადარჩენასა და გამრავლებაში (ეს დამოკიდებულია გარემო პირობებზე, როგორებიცაა მტაცებლები და საკვების წყაროების არსებობა). სასარგებლო ნიშან-თვისებების მქონე ინდივიდები დატოვებენ უფრო მეტ შთამომავლობას მომავალ თაობაში, ვიდრე სხვები, რადგან ნიშან-თვისებები მათ საშუალებას აძლევს, იყვნენ უფრო ეფექტურები გადარჩენასა და გამრავლებაში.
  • ვინაიდან სასარგებლო ნიშან-თვისებები მემკვიდრულია და ამ ნიშან-თვისებათა მქონე ორგანიზმები უფრო მეტ შთამომავლობას ტოვებენ, ეს ნიშან-თვისებები შემდეგ თაობაში უფრო ხშირი ხდება (ისინი პოპულაციის უფრო დიდ ნაწილს აქვს).
  • თაობათა განმავლობაში პოპულაცია გარემოს მიმართ უფრო ადაპტირდება (რადგან ამ გარემოსთვის სასარგებლო ნიშან-თვისებების მქონე ინდივიდები უფრო და უფრო დიდი წარმატებით მრავლდებიან, ვიდრე სხვები).
ბუნებრივი გადარჩევის გზით ევოლუციის მოდელმა დარვინს საშუალება მისცა, აეხსნა ის კანონზომიერებები, რომლებიც მან მოგზაურობის დროს იხილა. მაგალითად, თუკი გალაპასოსის სკვინჩების სახეობებს საერთო წინაპარი ჰყავდათ, გასაგები იყო, რომ ისინი ერთმანეთს (და კონტინენტის სკვინჩებს, რომლებიც სავარაუდოდ იმავე წინაპრიდან მოდიოდნენ) უნდა მსგავსებოდნენ. მიუხედავად ამისა, თუ სკვინჩების ჯგუფები თაობათა განმავლობაში ერთმანეთს გამოეყვნენ სხვადასხვა კუნძულზე, თითოეულ ჯგუფზე გავლენას იქონიებდა განსხვავებული გარემო, რომლებშიც უპირატესი ნიშან-თვისებაც (როგორებიცაა ნისკარტის განსხვავებული ზომა და ფორმა საკვების სხვადასხვა წყაროების გამოსაყენებლად) განსხვავებული იქნებოდა. ეს ფაქტორები გამოიწვევდა თითოეულ კუნძულზე განსხვავებული სახეობის წარმოქმნას.

მაგალითი: როგორ შეიძლება იმუშაოს ბუნებრივმა გადარჩევამ

ბუნებრივი გადარჩევა უფრო კონკრეტული რომ გავხადოთ, განვიხილოთ გამარტივებული, ჰიპოთეტური მაგალითი. ამ მაგალითში ჯგუფი თაგვებისა, რომლებსაც აქვთ მემკვიდრული ვარიაცია ბეწვის შეფერილობაში (შავი და ხაკისფერი), გადასახლდა ახალ ადგილას, სადაც კლდეები შავი ფერისაა. ამ გარემოში არიან შევარდნები, რომლებსაც უყვართ თაგვების ჭამა და შავი კლდეების გამო უფრო მარტივად შეუძლიათ ხაკისფერი თაგვების დანახვა, ვიდრე შავებისა.
ვინაიდან შევარდნებს უფრო მარტივად შეუძლიათ ხაკისფერი თაგვების დანახვა და დაჭერა, მათი შედარებით უფრო დიდი ნაწილი შეიჭმება, მაშინ, როცა შევარდნები შავი თაგვების გაცილებით უფრო მცირე ნაწილს მოინადირებენ. თუკი დავაკვირდებით გადარჩენილ („შეუჭმელ“) ჯგუფში შავი თაგვების შეფარდებას ხაკისფერ თაგვებთან, იგი უფრო მაღალი იქნება, ვიდრე საწყის პოპულაციაში.
_სქემა ემყარება მსგავს სქემას Reece et al.-იდან4. შევარდნის კონტურის წყარო: „სვენსონის შევარდენი ფრენის დროს, შავ-თეთრი ჩანახატი“, კერის პოლი (საჯარო დომენი)._
ბეწვის შეფერილობა მემკვიდრული ნიშან-თვისებაა (ისეთი, რომელიც შეიძლება, გადაეცეს მშობლიდან შვილს). შესაბამისად, გადარჩენილ ჯგუფში შავი თაგვების წილის გაზრდა ნიშნავს მომავალ თაობაში შავი თაგვების ნაშიერების გაზრდილ წილს. რამდენიმეთაობიანი გადარჩევის შემდეგ პოპულაცია შეიძლება თითქმის მთლიანად შავი თაგვებისაგან შედგეს. მემკვიდრული ნიშან-თვისებები მსგავსი ცვლილება პოპულაციაში არის ევოლუციის მაგალითი.

საკვანძო საკითხები ბუნებრივი გადარჩევის შესახებ

პირველად რომ ვსწავლობდი ბუნებრივი გადარჩევის შესახებ, რამდენიმე კითხვა (და არასწორი შეხედულება!) მქონდა იმასთან დაკავშირებით, თუ როგორ მუშაობდა იგი. ქვემოთ მოყვანილია რამდენიმე პოტენციურად გაუგებარი საკითხის ახსნა, რომელიც დაგეხმარებათ, უკეთ გაიგოთ, თუ როგორ, როდის და რატომ ხდება ბუნებრივი გადარჩევა.

ბუნებრივი გადარჩენა დამოკიდებულია გარემოზე

ბუნებრივი გადარჩევა არ გამოარჩევს რაიმე აზრით თავისთავად უპირატეს ნიშან-თვისებებს. ნაცვლად ამისა, იგი გამოარჩევს სპეციფიკური გარემოსთვის სასარგებლო ნიშან-თვისებებს (იმათ, რომლებიც ეხმარება ორგანიზმს, უფრო დიდი წარმატებით გადარჩეს და გამრავლდეს, ვიდრე სხვები). ნიშან-თვისებები, რომლებიც სასარგებლოა ერთ გარემოში, შესაძლოა, საზიანო იყოს სხვაში.

ბუნებრივი გადარჩევა მოქმედებს არსებულ მემკვიდრულ ვარიაციაზე

ბუნებრივ გადარჩევას სჭირდება გარკვეული საწყისი მასალა და ეს საწყისი მასალაა მემკვიდრული ვარიაცია. იმისთვის, რომ ბუნებრივმა გადარჩევამ იმოქმედოს მახასიათებელზე, აუცილებლად უნდა არსებობდეს ამ მახასიათებლის ვარიაცია (განსხვავებულობა ინდივიდებს შორის). აგრეთვე ეს განსხვავებები უნდა იყოს მემკვიდრული, ანუ ორგანიზმების გენებით განპირობებული.

მემკვიდრული ნიშან-თვისებები წარმოიქმნება შემთხვევითი მუტაციებით

გენის ახალი ვარიაციების - რომლებიც წარმოქმნიან ახალ მემკვიდრულ ნიშან-თვისებებს, როგორებიცაა, მაგალითად, ბეწვის შეფერილობები - საწყისი წყაროა შემთხვევითი მუტაცია (ცვლილებები დნმ-ის მიმდევრობაში). შემთხვევითი მუტაციები, რომლებიც გადაეცემა შთამომავალს, როგორც წესი, ხდება ორგანიზმთა ჩანასახში, ანუ სპერმისა და კვერცხუჯრედის შერწყმისას. სქესობრივი გამრავლება „ურევს და უხამებს“ გენების ვარიანტებს, რათა მიიღოს მეტი ვარიაცია.

ბუნებრივი გადარჩევა და სახეობების ევოლუცია

მოდით, ერთი ნაბიჯით უკან გადავიწიოთ და განვიხილოთ, როგორ ესადაგება ბუნებრივი გადარჩევა ევოლუციის დარვინისეულ, უფრო ფართო ხედვას, რომლის თანახმადაც ყველა ცოცხალ ორგანიზმს ჰყავს საერთო წინაპარი და ყველა მომდინარეობს ამ წინაპრისგან უზარმაზარი, დატოტვილი ხის პრინციპით. რა ხდება თითოეული განშტოების წერტილში?
დარვინის სკვინჩების მაგალითში ჩვენ ვიხილეთ, რომ ერთი პოპულაციის ჯგუფები შეიძლება გამოეყოს ერთმანეთს გეოგრაფიული ბარიერებით, როგორებიცაა კუნძულს გარშემორტყმული ოკეანე, ან სხვა მექანიზმებით. იზოლაციის შემდეგ ჯგუფებს აღარ შეუძლიათ ერთმანეთთან შეჯვარება და ისინი განსხვავებულ გარემოებში ბინადრობენ. თითოეულ გარემოში ბუნებრივი გადარჩევა, სავარაუდოდ, განსხვავებულ ნიშან-თვისებებს დაუჭერს მხარს (აგრეთვე სხვა ევოლუციურმა ძალებმა, მაგალითად, როგორიცაა შემთხვევითი დრეიფი, შესაძლოა, განსხვავებულად იმოქმედოს ჯგუფებზე). მრავალი თაობის განმავლობაში ჯგუფებს შორის დაგროვდება განსხვავებული მემკვიდრული ნიშან-თვისებები იმ ოდენობით, რომ ისინი ცალკეულ სახეობად მივიჩნიოთ.
სხვადასხვა სახის მტკიცებულებებზე დაყრდნობით, მეცნიერები მიიჩნევენ, რომ ამ ტიპის პროცესი ძალიან ბევრჯერ განმეორდება დედამიწაზე სიცოცხლის ისტორიის განმავლობაში. ბუნებრივი გადარჩევის გზით ევოლუცია და სხვა მექანიზმები ხაზს უსვამს სიცოცხლის თანამედროვე ფორმების საოცარ მრავალფეროვნებას, ხოლო ბუნებრივი გადარჩევის მოქმედებას შეუძლია, ახსნას თანამედროვე ორგანიზმებისა და მათი საცხოვრებელი გარემოების შესაბამისობა.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.