กลไกของการวิวัฒนาการ
วิวัฒนาการคือการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมของประชากรในแต่ละรุ่น ซึ่งขับเคลื่อนโดยกระบวนการหลักๆ เพียงไม่กี่อย่าง ได้แก่ การคัดเลือกโดยธรรมชาติ การเลื่อนลอยทางพันธุกรรม การกลายพันธุ์ การไหลของยีน และการรวมกลุ่มใหม่ของยีน
Definition
กลไกของการวิวัฒนาการคือกระบวนการระดับประชากรที่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรระหว่างรุ่น ซึ่งรวมกันแล้วอธิบายได้ทั้งการเปลี่ยนแปลงแบบปรับตัว (ขับเคลื่อนโดยการคัดเลือก) และการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ปรับตัว (ขับเคลื่อนโดยการเลื่อนลอย แรงกดดันจากการกลายพันธุ์ และการอพยพ)
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมถึงแรงขับเคลื่อนหลักที่เปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลและจีโนไทป์ในประชากรเมื่อเวลาผ่านไป โดยพิจารณาว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกระบวนการเดียวที่ก่อให้เกิดการปรับตัวอย่างเป็นระบบ ควบคู่ไปกับกระบวนการสุ่มของการเลื่อนลอยทางพันธุกรรม การเพิ่มความหลากหลายใหม่ผ่านการกลายพันธุ์ ผลกระทบของการผสมผสานจากการไหลของยีนและการรวมกลุ่มใหม่ของยีน รวมถึงแนวคิดเรื่องความเหมาะสมและการปรับตัวที่เชื่อมโยงกระบวนการเหล่านี้เข้าด้วยกัน
Sub-topics
Core questions
- กระบวนการใดบ้างที่เปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลในประชากร และกระบวนการใดบ้างที่ก่อให้เกิดการปรับตัว?
- แรงกำหนด (การคัดเลือก) และแรงสุ่ม (การเลื่อนลอย) มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรในประชากรที่มีขนาดจำกัด?
- แหล่งที่มาสูงสุดของความหลากหลายทางพันธุกรรมที่วิวัฒนาการกระทำคืออะไร?
- ความเหมาะสมถูกนิยามและวัดผลอย่างไร และเชื่อมโยงจีโนไทป์กับความสำเร็จทางวิวัฒนาการได้อย่างไร?
Key theories
- การคัดเลือกโดยธรรมชาติ
- ลักษณะทางพันธุกรรมที่ปรับปรุงการอยู่รอดและการสืบพันธุ์จะเพิ่มความถี่ขึ้น ก่อให้เกิดการปรับตัว; เป็นกลไกเดียวที่สร้างความเหมาะสมของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมได้อย่างสม่ำเสมอ
- การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมและทฤษฎีเกือบเป็นกลาง
- ในประชากรที่มีขนาดจำกัด ความถี่ของอัลลีลจะเปลี่ยนแปลงโดยการสุ่มตัวอย่างโดยบังเอิญ; การแทนที่ส่วนใหญ่เป็นกลางทางพันธุกรรมหรือไม่เป็นกลางเกือบทั้งหมด โดยขนาดประชากรที่มีผลเป็นตัวกำหนดว่าการเลื่อนลอยหรือการคัดเลือกมีอิทธิพลเหนือชะตากรรมของลักษณะนั้นๆ
Mechanisms
ความถี่ของอัลลีลจะถูกปรับเปลี่ยนในแต่ละรุ่นโดยแรงสี่ประการ การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะเปลี่ยนแปลงความถี่อย่างเป็นระบบตามความแตกต่างของความเหมาะสมระหว่างจีโนไทป์ การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมจะเปลี่ยนแปลงความถี่อย่างสุ่มผ่านการสุ่มตัวอย่างเซลล์สืบพันธุ์ โดยมีความแปรปรวนแปรผกผันกับขนาดประชากรที่มีผล การกลายพันธุ์นำอัลลีลใหม่เข้ามาในอัตราที่ต่ำต่อตำแหน่งยีน และเป็นแหล่งวัตถุดิบขั้นสูงสุด การไหลของยีนทำให้ประชากรมีความเป็นเนื้อเดียวกันโดยการแลกเปลี่ยนผู้อพยพ การรวมกลุ่มใหม่ของยีนจะจัดเรียงอัลลีลที่มีอยู่ใหม่ให้เป็นชุดค่าผสมใหม่ ความแข็งแกร่งสัมพัทธ์ของการคัดเลือกเทียบกับการเลื่อนลอยต่ออัลลีลที่กำหนดขึ้นอยู่กับผลคูณของสัมประสิทธิ์การคัดเลือกและขนาดประชากรที่มีผล
Clinical relevance
ความเข้าใจในกลไกเหล่านี้เป็นพื้นฐานของสาขาวิชาประยุกต์ ตั้งแต่การจัดการการดื้อยาปฏิชีวนะและยาฆ่าแมลง ไปจนถึงพันธุศาสตร์การอนุรักษ์ ซึ่งขนาดประชากรที่มีผลขนาดเล็กทำให้การเลื่อนลอยและการผสมพันธุ์ในสายเลือดมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตที่ใกล้สูญพันธุ์
History
ดาร์วินและวอลเลซเสนอแนวคิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติในปี ค.ศ. 1858-1859 แต่กลไกของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมยังไม่เป็นที่ทราบ การสังเคราะห์สมัยใหม่ในช่วงทศวรรษ 1930-1940 ซึ่งนำโดยฟิชเชอร์ ไรท์ และฮาลเดน ได้ประนีประนอมพันธุศาสตร์ของเมนเดลกับการคัดเลือกผ่านพันธุศาสตร์ประชากรเชิงคณิตศาสตร์ ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 คิมูระและโอตะได้โต้แย้งว่าวิวัฒนาการระดับโมเลกุลส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการเลื่อนลอยที่กระทำต่อการกลายพันธุ์ที่เป็นกลางหรือไม่เป็นกลางเกือบทั้งหมด ซึ่งเป็นการขยายภาพให้กว้างขึ้นนอกเหนือจากการคัดเลือกเพียงอย่างเดียว
Debates
- การคัดเลือกเทียบกับการเลื่อนลอยในวิวัฒนาการระดับโมเลกุล
- ทฤษฎีที่เป็นกลางและเกือบเป็นกลางระบุว่าความหลากหลายและการแทนที่ระดับโมเลกุลส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการเลื่อนลอยมากกว่าการคัดเลือกเชิงบวก; ขอบเขตของวิวัฒนาการระดับโมเลกุลแบบปรับตัวยังคงเป็นที่ถกเถียงและทดสอบอย่างต่อเนื่องด้วยข้อมูลจีโนม
Key figures
- Charles Darwin
- Ronald A. Fisher
- Sewall Wright
- J. B. S. Haldane
- Motoo Kimura
- Tomoko Ohta
Related topics
Seminal works
- futuyma2017
- ridley2004
- ohta1973
Frequently asked questions
- การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกลไกเดียวของการวิวัฒนาการหรือไม่?
- ไม่ใช่ การคัดเลือกเป็นกระบวนการเดียวที่ก่อให้เกิดการปรับตัวอย่างสม่ำเสมอ แต่การเลื่อนลอยทางพันธุกรรม การกลายพันธุ์ การไหลของยีน และการรวมกลุ่มใหม่ของยีนก็เปลี่ยนแปลงประชากรได้ และสามารถขับเคลื่อนวิวัฒนาการได้โดยไม่ก่อให้เกิดการปรับตัว
- วัตถุดิบตั้งต้นสำหรับการวิวัฒนาการคืออะไร?
- การกลายพันธุ์เป็นแหล่งที่มาสูงสุดของความหลากหลายทางพันธุกรรมใหม่ทั้งหมด; การรวมกลุ่มใหม่ของยีนและการไหลของยีนจะจัดเรียงและกระจายความหลากหลายนั้นใหม่ แต่ไม่ได้สร้างอัลลีลใหม่