Biologiczne komponenty adaptacyjne i metody ich kwantyfikacji

The adaptacja biologiczna, sprawność biologiczna, skuteczność biologiczna lub fitness, w biologii ewolucyjnej, jest miarą zdolności pewnej istoty biologicznej do pozostawienia płodnego potomstwa następnym pokoleniom. Definicja operacyjna jest jednak złożona i nie ma dokładnej metody ani środka umożliwiającego jej ilościowe określenie.

Chociaż jego definicja jest myląca i często błędnie interpretowana, fitness jest podstawową koncepcją zrozumienia procesu ewolucyjnego, ponieważ selekcja działa poprzez różnice w fitness między osobnikami (lub allelami) w populacji.

W rzeczywistości, według S.C. Stearns fitness Jest to pojęcie, które wszyscy rozumieją, ale nikt nie jest w stanie go dokładnie zdefiniować.

Indeks

• 1 Czym jest fitness?
  • 1.1 Definicje
  • 1.2 Pochodzenie terminu
• 2 Składniki sprawności
• 3 Absolutna i względna sprawność
• 4 Inclusive fitness
• 5 Metody określania sprawności
  • 5.1 Szybkość zmiany częstotliwości alleli
  • 5.2 Eksperymenty z odzyskiwaniem znaczników
  • 5.3 Odchylenia od zasady Hardy'ego-Weinberga
• 6 referencji

Co to jest fitness?

Definicje

Termin fitness odnosi się do zdolności do reprodukcji i przeżycia grupy organizmów. Innymi słowy, to właśnie cecha determinuje zdolność do propagowania swoich genów w populacji z upływem pokoleń. W literaturze znajdziemy dziesiątki definicji, w tym:

- Tendencja jednostki lub osób do noszenia allelu, który pozwala im przetrwać i produkować zdolne do życia potomstwo.

- Szybkość, z jaką allel lub charakterystyka jest rozproszona numerycznie.

- Zdolność jednostki z pewnymi allelami do eksploatacji zasobów i radzenia sobie z warunkami środowiskowymi, aby przetrwać i rozmnażać się.

- Mierzalna charakterystyka alleli, genotypów lub cech osobników, które przewidują ich reprezentację liczbową w przyszłych pokoleniach.

Niektórzy autorzy, którzy próbują zdefiniować fitness, myli to z dynamiką ewolucyjną - co jest logiczną konsekwencją zmienności fitness.

W kategoriach koncepcyjnych fitness jest to podobny parametr dla genetyków i etologów i ekologów. Różnica polega jednak na sposobie, w jaki obie gałęzie biologii ewolucyjnej oceniają lub kwantyfikują parametr.

Pochodzenie terminu

Wbrew powszechnemu przekonaniu brytyjski przyrodnik Karol Darwin nie użył tego terminu fitness w pierwszych wydaniach The orządzą gatunkiem.

Natomiast Darwin użył czasownika „pasować ” odnieść się do zdolności fenotypu do rozwoju i „dopasowania” w środowisku, w którym żyje.

Używając jako analogii modelu klucza i zamka, klucz jest reprezentowany przez organizm i blokadę przez środowisko, które muszą pasować pod względem przetrwania, rozwoju, wzrostu i reprodukcji.

Fitness pojawił się w późniejszych wydaniach Pochodzenie gatunku pod wpływem polimathana Herberta Spencera i jego popularnego wyrażenia „przetrwanie najsilniejszych” (w języku angielskim przetrwanie najlepiej przystosowanych).

Składniki fitness

Według Futuyma (2005), fitness Składa się z trzech elementów: prawdopodobieństwa przeżycia w kilku stadiach reprodukcyjnych, średniej liczby potomstwa produkowanego przez samicę oraz średniej liczby potomstwa produkowanego przez samca.

Różnica w liczbie potomków jest logiczną konsekwencją rywalizacji o znalezienie partnera - zwykle znanego jako dobór płciowy.

Jako prawdopodobieństwo przetrwania i średnia liczba potomków stanowią składniki fitness, Jest to koncepcja, która dotyczy tylko grup. Na przykład fitness wszystkich osobników określonego genotypu.

Odniesienie się do tego nie jest reprezentatywne fitness osoby, ponieważ na ich sukces reprodukcyjny i ich przetrwanie może mieć wpływ przypadek.

Fitness absolutne i względne

W literaturze fitness wyraża się w kategoriach bezwzględnych i względnych. Dla uproszczenia pojęcie to ma zastosowanie do organizmów, które rozmnażają się tylko raz w życiu, a ich populacje nie pokrywają się z pokoleniami, ponieważ wszystkie osobniki rozmnażają się w tym samym czasie.

W tych organizmach fitness Absolut allelu definiuje się jako średnią liczbę potomków wytwarzanych przez osobnika noszącego ten allel.

Można go obliczyć jako iloczyn względnej płodności według odsetka osób, które przeżyły. Teoretycznie rzecz biorąc, wartość ta jest prawie niemożliwa do oszacowania.

W przeciwieństwie do fitness krewny allelu jest jego fitness absolutny w porównaniu z allelem odniesienia. Zgodnie z konwencją, allelem odniesienia jest ten z najwyższym fitness bezwzględna i przypisuje się jej względną wartość 1.

Inny sposób wyrażenia fitness krewny robi to w odniesieniu do średniej fitness populacja bezwzględna lub promień częstotliwości allelu w następnym pokoleniu w odniesieniu do obecnej generacji. Przyjmuje się, że selekcja działa we względnej, a nie w absolutnej.

Fitness włącznie

W roku 1964 teoretyk ewolucji William Hamilton opracował genialną teorię, aby zrozumieć altruistyczne zachowanie niektórych zwierząt: wybór rodziny.

Hamilton opracował koncepcję fitness Skuteczność integracyjna lub integracyjna. Dla autora fitness można podzielić na dwa składniki, jeden bezpośredni i jeden pośredni.

Pierwszy jest wynikiem rozmnażania się osobnika, drugi osiągany jest poprzez rozmnażanie bliskich krewnych.

Skuteczność pośrednia powstaje, gdy bliskim krewnym udaje się osiągnąć większy sukces reprodukcyjny, niż osiągnęliby sami, dzięki wkładowi swoich krewnych.

Metody kwantyfikacji fitness

W badaniach empirycznych możliwe jest oszacowanie fitness przy użyciu różnych metodologii, z których każda ma swoje zalety i wady.

Naukowcy uważają, że fitness to zależy od kontekstu, dlatego naturalne projekty eksperymentalne dają lepsze wyniki niż pomiary parametru, które są przeprowadzane w laboratorium z idealnymi warunkami życia, małym stresem i nieograniczonymi ilościami żywności.

Literatura sugeruje trzy metody kwantyfikacji fitness: wykorzystując szybkość zmian częstotliwości allelicznych, poprzez eksperymenty z odzyskiwaniem znaczników i stosowanie odchyleń od zasady Hardy'ego-Weinberga. Ten ostatni przypadek dotyczy tylko przypadków przewagi heterozygotycznej.

Szybkość zmian częstotliwości allelicznych

W pierwszym przypadku przystępujemy do obliczania współczynnika (ów) selekcji, które określają redukcję współczynnika fitness w stosunku do najlepszego genotypu z wyrażeniem s = Δp / p'q². Znając wartość s możesz wiedzieć fitness z wyrażeniem: Fitness (w) = 1 - s.

Eksperymenty z odzyskiwaniem znaczników

W drugiej metodzie po prostu oblicz proporcje liczby osób odzyskanych na podstawie liczby wypuszczonych osób. Najwyższa wartość jest przypisana fitness 1, a reszta jest podzielona między wspomnianą wartość.

Odchylenia od zasady Hardy'ego-Weinberga

Wreszcie odchylenia od zasady Hardy'ego-Weinberga obliczają zależność między częstotliwością obserwowaną i oczekiwaną. I tak jak w poprzednim przypadku jest przypisany fitness 1 przy najwyższej wartości, a reszta jest przez to podzielona.

Referencje

1. Darwin, C. (1859). O pochodzeniu gatunków za pomocą doboru naturalnego. Murray.
2. Freeman, S. i Herron, J. C. (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
3. Futuyma, D. J. (2005). Ewolucja . Sinauer.
4. Ridley, M. (2004). Ewolucja. Malden.
5. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. South Project.
6. Westneat, D., i Fox, C. W. (red.). (2010). Ewolucyjna ekologia behawioralna. Oxford University Press.