自然选择是如何运作的?


达尔文提出了适者生存的概念。“适者”的定义是什么?那些幸存下来的人是最常见的回答。不难看出,这是一个循环论证,并不能帮助我们理解自然选择之后发生了什么。“适者”的概念仅仅用生存来定义是不够的。因此,在形成我们之前所说的现代综合理论的过程中,适者与个体最大化下一代子代数量的能力联系起来。

适者概念被转化为繁殖成功。鉴于适者可以通过繁殖成功来观察,我们现在可以回到基本的达尔文主义原则。提出的五项发现中的第一项是生物体呈指数级增殖的趋势。我们强调,因此,对可用资源的竞争就发生了,导致了“适者生存”。就繁殖能力而言,大自然确实是慷慨的。

大自然的慷慨

大自然的慷慨是指生物巨大的繁殖潜力。一条鲤鱼或鲑鱼可以产下一百多万个卵。一只青蛙可以产多达 12000 个卵。如果所有卵都存活并繁殖,整个地球将被青蛙覆盖。达尔文计算了大象的繁殖率,认为大象是所有已知哺乳动物中繁殖速度最慢的。如果一头大象活 100 年,在其活跃的繁殖期内产下 6 头幼崽,那么在 750 年内,地球上至少应该有 1900 万头大象。可以举出许多例子来证明生物具有巨大的繁殖能力。

尽管生物具有巨大的繁殖能力,但大多数物种的数量是如何始终保持在理想水平的?为什么湖泊没有被鱼类堵塞,田野没有被青蛙覆盖,地球也没有被大象淹没?这是因为不同的环境限制因素(生物因素和非生物因素)控制着种群增长。

限制繁殖潜力的因素

生物被设计成与其周围环境竞争其需求。如前所述,竞争可能是为了食物和领地,克服恶劣的天气条件,躲避捕食者或对抗传染病。这就是“斗争”。正是这种“斗争”控制着种群数量,使其不会呈对数级增长。

我们已经讨论了青蛙的繁殖能力。如果潜力完全实现,它们将很快对它们依赖的资源施加压力,并且所有青蛙都将饿死。然而,情况并非如此。大多数种群规模并没有急剧增长,而是随着时间的推移而有所波动。

另一方面,其他种群在某些季节会大幅增长,而在其他季节则会下降得更多。细胞培养可以在实验室中用有限的资源(如食物、空间等)进行培养。在这些条件下,最初呈指数增长的细胞种群增长率会减慢,随后出现的 S 形曲线的水平通常是生物生长的特征。

前面提到的标准将自然种群的数量或大小限制在生态系统的承载能力之内。例如,环境植物的承载能力取决于其自身和其他物种的个体所需的面积大小。在老植物死亡之前,该位置不会生长新的种子或嫩芽。如前所述,食物供应可以限制动物种群的大小。

种群在这个区域增长,直到食物短缺。资源短缺将减少繁殖。现在会出现这种情况:种群规模减少,并且环境的承载能力变得足够大,可以容纳更多的人。因此,循环继续。

需要提醒的是,“斗争”一词不应过于字面化地理解。事实上,在达尔文发表《物种起源》后,有人批评达尔文的理论暗示了冲突、侵略性、种族和阶级之间的战争以及民族之间的竞争。然而,正如 G.G. 辛普森正确指出的那样,这种“成熟的红牙利爪”的自然选择方法令人遗憾。达尔文描述的斗争是一种微妙的斗争。例如,在干燥环境中挣扎的植物会进化出限制水分流失的系统,而不是彼此吸取水分。

因此,如果只有一定比例的种群能够克服“斗争”并存活下来繁殖下一代的后代,那么由此产生的问题是:是偶然因素决定了哪些个体应该存活,哪些个体应该死亡吗?如果不是,是什么因素决定了个体的生存?这些考虑将我们引向自然选择过程的下一步,即种群变异。

种群变异

物种个体表现出的可遗传特征的差异称为变异。达尔文 1868 年出版的著作《家养动物和栽培植物的变异》是对进化研究的重要补充。达尔文证明,生物群体并非由相同的个体组成。即使是同卵双胞胎也可能彼此不同。各种例子可以证明群体中各种特征的差异。某些特征(如身高或颜色)不断变化,而其他特征则表明两种或几种不同的个体类型,没有中间体。

例如,在人类群体中,有 PTC 味觉者和非味觉者;有 A 型、B 型、AB 型或 O 型血的人;有黑眼睛、棕色眼睛或蓝眼睛的人;有镰状细胞性贫血症的人;以及普通人,等等。甜豌豆的花朵可以是红色或白色;果蝇可以有正常的翅膀或残翅,红色的眼睛或白色的眼睛,等等。

各种类型的突变导致遗传多样性,而遗传重组是生物变异的主要来源。环境的细微影响也导致自然种群中特征的多样性。九带犰狳的同卵四胞胎表现出的各种特征的差异就是一个经常被引用的例子。由于它们生长的子宫环境的差异,同卵双胞胎可能会表现出这种差异。应该清楚的是,四个在同一个子宫中生长的基因不同的受精卵应该会有更大的差异。

自然选择

假设种群变异是非遗传的,不受遗传物质控制,那么随机事件将再次选择哪些生物存活。但是,所有物种的表型特征都包含遗传成分,并且在某种程度上是可遗传的。如果一个人拥有任何特征可以提高他在特定环境中的生存几率,那么他的后代无疑会获得该特征。这被称为差异生存。

个体在适合其生存的环境中的生存称为差异生存。缺乏对环境适应的个体可能无法存活到繁殖。这些适应性是可遗传的,并受基因调控——差异生存导致下一代生存的等位基因的差异繁殖。通常将自然选择与不平等的繁殖联系起来。差异繁殖的结果是,个体不仅能够生存,而且能够将其基因传递给后代。

因此,基因的集合才是真正留存下来的。因此,自然选择可能导致同一基因库中个体之间繁殖的不平等。我们之前说过,选择将有利于导致更适合特定环境的表型的基因。换句话说,这些等位基因的频率会增加,而适应不良的等位基因的频率会趋于下降。我们的意思是,自然选择是由基因频率的变化引起的(方框中可以找到关于基因频率的简要说明)。差异繁殖有两个目的。

结论

达尔文的自然选择理论是基于一些观察和推论。生物具有巨大的繁殖能力,但只有极少数能够存活,这一事实导致了这样的结论:物种个体之间为了环境赋予的各种需求而存在竞争。

这一推论,再加上可遗传性状变异普遍存在的事实,表明在这种竞争中,对生物体在特定环境中有益的遗传变异成为适应性,而这些适应性提高了它们的繁殖效率。达尔文的自然选择概念从根本上与物种的差异繁殖相关。

更新于:2023 年 5 月 5 日

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