4.5 Evolusjon og tilpasning

Ideen som forandret biologien

I 1859 ga Charles Darwin ut en bok som snudde opp ned på hvordan vi forstår livet. Han foreslo at det enorme mangfoldet av arter -- fra bakterier til blåhval -- ikke var skapt ferdig én gang for alle, men hadde oppstått gjennom en langsom, naturlig prosess: evolusjon gjennom naturlig seleksjon.

Kjernen er enkel og kraftig: individer med egenskaper som passer best til miljøet, overlever og får flere avkom enn andre. Over tid endrer populasjonen seg, og nye arter kan oppstå. I dette kapittelet skal vi forstå Darwins resonnement, se på de mange formene tilpasning tar -- fra kamelens pukkel til froskens varselfarger -- og følge hvordan helt nye arter blir til.

Darwins logikk -- fire observasjoner, én konklusjon

Naturlig seleksjon er den viktigste motoren i evolusjon, og Darwins resonnement bygger på fire observasjoner. For det første: organismer produserer langt flere avkom enn miljøet kan brødfø (overproduksjon). For det andre: individene i en populasjon varierer i egenskapene sine. For det tredje: en del av denne variasjonen er arvelig. Og for det fjerde: individene som er best tilpasset, har størst sjanse til å overleve og reprodusere (differensiell overlevelse).

Konklusjonen følger nesten av seg selv: over generasjoner vil fordelaktige alleler øke i frekvens, mens ufordelaktige avtar. Populasjonen blir gradvis bedre tilpasset miljøet sitt. For at seleksjonen skal virke, må tre betingelser være oppfylt: det må finnes variasjon, variasjonen må påvirke fitness (reproduktiv suksess), og variasjonen må være arvelig.

Seleksjon kan virke på tre måter. Ved stabiliserende seleksjon favoriseres gjennomsnittet, og ekstremene velges bort -- som fødselsvekt hos mennesker, der barn på rundt 3,5 kg har best overlevelse. Ved rettet seleksjon favoriseres den ene enden, og snittet forskyves -- som da mørke pepperdyr ble vanligere i sotforurensede engelske industriområder (industriell melanisme). Ved disruptiv seleksjon favoriseres begge ekstremene mens mellomformene taper -- som hos afrikanske frøetere der både svært store og svært små nebb er effektive, men mellomstore ikke er det. Denne formen kan til og med splitte en populasjon i to.

Tilpasninger -- naturens oppfinnsomhet

En tilpasning (adaptasjon) er en arvelig egenskap som øker organismens fitness i dens miljø. Tilpasninger er resultatet av naturlig seleksjon over mange generasjoner, og de kommer i tre hovedtyper.

Morfologiske tilpasninger er endringer i kroppsstruktur: kamelens pukkel lagrer fett, isbjørnens hvite pels gir kamuflasje, og kaktusens torner reduserer vanntap mens den tykke stammen lagrer vann. Fysiologiske tilpasninger endrer indre prosesser: pingviner har motstrømsvarmevekslere i føttene, kengururotter konsentrerer urinen ekstremt for å spare vann, og lamaer i Andes har hemoglobin med ekstra høy oksygenaffinitet. Atferdstilpasninger endrer oppførsel: trekkfugler følger sesongressurser, ørkendyr er nattaktive for å unngå varmen, og honningbier kommuniserer avstand og retning til nektar gjennom dansespråk.

Kamelen viser hvordan alle tre virker sammen: pukkelen (morfologisk), evnen til å tåle høy kroppstemperatur uten å svette og drikke 200 liter på få minutter (fysiologisk), og det å hvile i skyggen midt på dagen (atferd).

Noen tilpasninger handler om å lure andre. Kamuflasje lar dyret smelte inn i bakgrunnen, som bladinsekter. Ved batesisk mimetisme etterligner en ufarlig art en farlig -- svevefluer som ligner veps. Ved müllersk mimetisme ligner flere farlige arter hverandre, slik at varselsignalet forsterkes -- giftige sommerfuglarter med samme mønster. Og ved aposematisk fargning advarer sterke farger om gift, slik de giftige pilefroskenes knallfarger gjør.

Hvordan nye arter blir til

Hvordan kan én art bli til to? Det kalles artsdannelse (speciasjon), og nøkkelen er reproduktiv isolasjon -- at populasjoner slutter å utveksle gener og utvikler seg uavhengig. En art defineres biologisk som en gruppe organismer som kan formere seg og få fruktbart avkom under naturlige forhold, og som er reproduktivt isolert fra andre slike grupper.

Ved allopatrisk artsdannelse deles en populasjon av en fysisk barriere -- en elv, en fjellkjede, et hav. Genflyten stopper, de adskilte populasjonene møter ulike seleksjonspress og genetisk drift, og over tid hoper forskjellene seg opp. Det klassiske eksempelet er Darwins finker på Galápagos. En stamfinkebestand fra fastlandet koloniserte øygruppen. Ulike øyer hadde ulike matkilder -- harde frø, insekter, kaktus -- som ga ulik seleksjon på nebbform. Resultatet ble 13--18 finkarter med spesialiserte nebb, alle fra én felles stamform. Dette er adaptiv radiasjon: rask artsdannelse fra én forfader som utnytter ulike nisjer.

Ved sympatrisk artsdannelse skjer det uten geografisk skille. Hos planter kan polyploidi -- en fordobling av kromosomtallet -- skape en ny art på én generasjon, fordi den polyploide planten ikke lenger kan krysse seg med foreldrearten. Det kan også skje gjennom habitatisolasjon eller ulik parringstid.

Reproduktiv isolasjon opprettholdes av to typer mekanismer. Prezygotiske mekanismer hindrer befruktning i utgangspunktet: ulike levesteder, ulik parringstid, ulike parringsritualer, kjønnsorganer som ikke passer, eller egg og sæd som er uforenlige. Postzygotiske mekanismer rammer hybridene: embryoet dør, hybriden blir steril (som muldyret fra hest og esel), eller neste generasjon (F2) får redusert fitness.

Oppsummering

Vi har sett kraften som formet alt liv. Naturlig seleksjon bygger på fire observasjoner -- overproduksjon, variasjon, arvbarhet og differensiell overlevelse -- og krever variasjon som påvirker fitness og er arvelig. Seleksjonen kan være stabiliserende, rettet eller disruptiv.

Tilpasninger er arvelige egenskaper som øker fitness, og de kan være morfologiske, fysiologiske eller atferdsmessige, slik kamelen i ørkenen viser. Spesialformer inkluderer kamuflasje, batesisk og müllersk mimetisme og aposematisk fargning. Artsdannelse krever reproduktiv isolasjon -- allopatrisk ved geografisk skille (Darwins finker) eller sympatrisk uten (polyploidi hos planter). Isolasjonen opprettholdes av prezygotiske og postzygotiske mekanismer. Evolusjon er i bunn og grunn endring i allelfrekvenser over tid, og naturlig seleksjon er den eneste kraften som konsekvent gir tilpasning.