Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эволюциялық биологияда бұзылушы таңдау, сондай-ақ әртараптандырушы таңдау деп те аталады, белгінің ең жоғары және ең төменгі мәндері орташа мәндерге қарағанда артықшылыққа ие болатын популяциялық генетикадағы өзгерістерді сипаттайды. Осылайша, белгінің дисперсиясы артады және популяция екі ерекше топқа бөлінеді, мұнда таралу қисығының екі шетінде де индивидтердің саны көбейеді.
Natural selection for extreme trait values over intermediate ones
In evolutionary biology, disruptive selection, also called diversifying selection, describes changes in population genetics in which extreme values for a trait are favored over intermediate values. In this case, the variance of the trait increases and the population is divided into two distinct groups. In this more individuals acquire peripheral character value at both ends of the distribution curve.
Шолу
Табиғи іріктеу эволюцияның ең маңызды биологиялық процестерінің бірі болып табылады. Белгілердің көптеген түрлері бар, ал кейбіреулері жеке тұлғаның көбею табыстылығын арттыра немесе азайтады. Іріктеудің әсері – белгілі бір аллельдерді, қасиеттерді және өздерінің нақты ортасында тірі қалу және көбею мүмкіндігі жоғары жеке тұлғаларды қолдау болып табылады. Ортаның сыйымдылығы шектеулі болғандықтан, табиғат осы іріктеу механизмі арқылы әрекет етеді, тек ең жарамды ұрпақтар ғана тірі қалып, толыққанды көбейе алады. Егер белгінің тиімділігі жоғары болса, ол популяцияда одан әрі кең таралған болады. Бөлгіш іріктеу – бұл табиғи іріктеудің ерекше түрі, ол популяциядағы аралық белгілерге қарсы әрекет етеді және спектрдің екі шетін жақтайды. Бөлгіш іріктеу көбінесе филетикалық қадамдық эволюция арқылы симпатриялық түрленуге алып келеді деп есептеледі. Бөлгіш іріктеуге бірнеше фактор себеп болуы немесе оған әсер етуі мүмкін, сондай-ақ түрленумен қатар, оның көптеген салдары болуы мүмкін. Бір ортадағы жеке тұлғалар аралық белгілерге қарағанда белгінің екі шетіне бейімділік танытуы мүмкін. Іріктеу тамақ алуда дене морфологиясының әртүрлі болуына, мысалы, мүңк және тіс құрылысына әсер етуі мүмкін. Көбінесе мұндай жағдай ресурстардың кең клиналдық диапазоны жоқ ортада жиі кездеседі, бұл гетерозиготтардың нашарлауына немесе гомозиготтарды жақтауға әкеледі. Нишалық бөліну ресурстарды пайдаланудың әртүрлі үлгілерін іріктеуге мүмкіндік береді, бұл түрленуді қозғалысқа келтіруі мүмкін. Керісінше, нишаны сақтау жеке тұлғаларды эволюциялық тартысқа түсіріп, ататектердің экологиялық қасиеттеріне қайтарады. Сонымен қатар, табиғат пайдалы нәрсе табылган кезде «көшпенді» көзқарасқа ие болады. Бұл бөлгіш іріктеудің нәтижесінде орташа белгіге қарсы іріктеуге алып келуі мүмкін; егер барлығы сол ресурсты пайдалана бастаса, ол таусылып, екі шеті жақсырақ бола бастайды. Айтпақшы, түрленуді қарастырғанда кезеңдік эволюция, нүктелі тепе-теңдікке қарағанда көбірек шындыққа сәйкес келеді. Бөлгіш іріктеу бастапқыда әртүрлілікті тез күшейтуі мүмкін, өйткені ол тек қана бұрыннан бар аллельдерді ғана манипуляциялайды. Көбінесе ол мутациялар арқылы жаңаларын жасамайды, ал мутациялар көп уақытты қажет етеді. Толық репродуктивті оқшаулану көбінесе көптеген ұрпақтардан кейін ғана пайда болады, бірақ мінез-құлық немесе морфологиялық айырмашылықтар түрлерді көбейтуден бөліп тұрады. Сонымен қатар, гибридтердің тіршілік қабілеті көбінесе төмендеуі мүмкін, бұл репродуктивті оқшаулануға ықпал етеді.
Natural selection is known to be one of the most important biological processes behind evolution. There are many variations of traits, and some cause greater or lesser reproductive success of the individual. The effect of selection is to promote certain alleles, traits, and individuals that have a higher chance to survive and reproduce in their specific environment. Since the environment has a carrying capacity, nature acts on this mode of selection on individuals to let only the most fit offspring survive and reproduce to their full potential. The more advantageous the trait is the more common it will become in the population. Disruptive selection is a specific type of natural selection that actively selects against the intermediate in a population, favoring both extremes of the spectrum. Disruptive selection is inferred to oftentimes lead to sympatric speciation through a phyletic gradualism mode of evolution. Disruptive selection can be caused or influenced by multiple factors and also have multiple outcomes, in addition to speciation. Individuals within the same environment can develop a preference for extremes of a trait, against the intermediate. Selection can act on having divergent body morphologies in accessing food, such as beak and dental structure. It is seen that often this is more prevalent in environments where there is not a wide clinal range of resources, causing heterozygote disadvantage or selection favoring homozygotes. Niche partitioning allows for selection of differential patterns of resource usage, which can drive speciation. To the contrast, niche conservation pulls individuals toward ancestral ecological traits in an evolutionary tug of war. Also, nature tends to have a 'jump on the band wagon' perspective when something beneficial is found. This can lead to the opposite occurring with disruptive selection eventually selecting against the average; when everyone starts taking advantage of that resource it will become depleted and the extremes will be favored. Furthermore, gradualism is a more realistic view when looking at speciation as compared to punctuated equilibrium. Disruptive selection can initially rapidly intensify divergence; this is because it is only manipulating alleles that already exist. Often it is not creating new ones by mutation which takes a long time. Usually complete reproductive isolation does not occur until many generations, but behavioral or morphological differences separate the species from reproducing generally. Furthermore, generally hybrids have reduced fitness which promotes reproductive isolation.
Мысал
Қоян популяциясы бар делік. Қоянның түсі екі толық емес үстемдік белгісімен анықталады: қара түстің "B" және ақ түстің "b" белгілері. Осы популяцияда "BB" генотипі қара түсті фенотипті, "Bb" генотипі сұр түсті (қара және ақ түстің араласуы), ал "bb" генотипі ақ түсті фенотипті көрсетеді. Егер бұл қоян популяциясы қара және ақ тастар бар жерде тіршілік етсе, қара түсті қояндар қара тастардың арасында, ал ақ түсті қояндар ақ тастардың арасында хищниктерден жасырына алады. Дегенмен, сұр түсті қояндар ортаның барлық аймақтарында көзге түсіп, осылайша хищниктердің шабуылына көбірек ұшырайды. Осы таңдау қысымының нәтижесінде, біздің гипотетикалық қоян популяциясы жүн түсі белгісіндегі ең шекті мәндерге – ақ немесе қараға қарай бұрылып таңдалады, бірақ сұрға емес. Бұл – гетерозиготалардың кемсінуінен (төмен үстемдік) туындаған, бөлшектеуші таңдауға әкелетін мысал.
Suppose there is a population of rabbits. The colour of the rabbits is governed by two incompletely dominant traits: black fur, represented by "B", and white fur, represented by "b". A rabbit in this population with a genotype of "BB" would have a phenotype of black fur, a genotype of "Bb" would have grey fur (a display of both black and white), and a genotype of "bb" would have white fur. If this population of rabbits occurred in an environment that had areas of black rocks as well as areas of white rocks, the rabbits with black fur would be able to hide from predators amongst the black rocks, and the rabbits with white fur likewise amongst the white rocks. The rabbits with grey fur, however, would stand out in all areas of the habitat, and would thereby suffer greater predation. As a consequence of this type of selective pressure, our hypothetical rabbit population would be disruptively selected for extreme values of the fur colour trait: white or black, but not grey. This is an example of underdominance (heterozygote disadvantage) leading to disruptive selection.
Симпатрикалық түрлену
Бұзылушы селекция табиғи популяцияларда симпатриялық түрленуді қозғаушы негізгі күштердің бірі саналады. Бұзылушы селекциядан симпатриялық түрленуге апаратын жолдар көбінесе ауытқуға бейім; мұндай түрлену – әрбір ерекше айнымалының тұрақтылығына байланысты тізбектей эффекті. Бұл жолдар түр ішіндегі бәсекелестік нәтижесінде туындайтын бұзылушы селекцияның салдары; ол репродуктивтік оқшаулануға алып келуі мүмкін, содан кейін симпатриялық түрленуге ұласуы мүмкін. Бұзылушы селекцияның әрқашан түр ішіндегі бәсекеге негізделмейтінін есте ұстаған жөн. Сондай-ақ, осы типтегі табиғи селекцияның басқа түрлерімен ұқсас екенін білу маңызды. Егер ол басты фактор болмаса, бейімделу процесінің маңызды аспектілерін бағалау кезінде түр ішіндегі бәсекелестікті ескермеуге болады. Мысалы, бұзылушы селекцияны түр ішіндегі бәсекелестік орнына репродуктивтік оқшаулануға және содан кейін түрленуге әкелетін полиморфизмдер тудыруы мүмкін. Бұзылушы селекция түр ішіндегі бәсекеге негізделген жағдайда, одан туындайтын селекция өз кезегінде экологиялық нишалардың әртараптануын және полиморфизмдердің пайда болуын ынталандырады. Егер бірнеше морф (фенотиптік формалар) әртүрлі нишаларды мекендесе, мұндай бөліну ресурстар үшін бәсекелестікті азайтуға көмектеседі деп күтілуі мүмкін. Бұзылушы селекция төмен тығыздықтағы популяцияларға қарағанда жоғары тығыздықтағы популяцияларда жиірек кездеседі, себебі жоғары тығыздықтағы популяцияларда түр ішіндегі бәсекелестік күшейеді. Бұл жоғары тығыздықтағы популяцияларда көбінесе ресурстар үшін күшті бәсекелестік болатындығына байланысты. Нәтижесінде туындаған бәсекелестік полиморфизмдерді бәсекелестіктен қашу үшін әртүрлі нишаларды пайдалануға немесе нишаларда өзгерістер жасауға итермелейді. Егер бір морфтың екінші морф пайдаланатын ресурстарға мұқтаждығы болмаса, онда олардың екеуі де бәсекелесу немесе өзара әрекеттесу қысымын сезінбеуі мүмкін, осылайша популяция ішіндегі екі морфтың ерекшелігін сақтап қалуға және мүмкін күшейтуге жағдай жасалады. Бұл теория табиғи популяцияларда көптеген нақты дәлелдермен толыққанды қолдау таппаған, бірақ эксперименттік жағдайларда қолданыстағы популяцияларды пайдалану арқылы көп рет байқалды. Бұл эксперименттер жоғарыда сипатталғандай жағдайларда бұл теория табиғатта шындыққа сай болуы мүмкін екенін растайды. Шындығында, бұзылушы селекция екі морфты қолдаған кезде симпатриялық түрленуді көру жиі кездеседі, әсіресе фенотиптік белгі жұптасу таңдауынан гөрі дене күйіне әсер ететін жағдайларда. Екі жағдайда да – түр ішіндегі бәсекелестік болған жағдайда да, болмаған жағдайда да, егер осы факторлардың барлығы орын алса, олар репродуктивтік оқшаулануға алып келеді, ал ол симпатриялық түрленуге әкелуі мүмкін.
It is believed that disruptive selection is one of the main forces that drive sympatric speciation in natural populations. The pathways that lead from disruptive selection to sympatric speciation seldom are prone to deviation; such speciation is a domino effect that depends on the consistency of each distinct variable. These pathways are the result of disruptive selection in intraspecific competition; it may cause reproductive isolation, and finally culminate in sympatric speciation. It is important to keep in mind that disruptive selection does not always have to be based on intraspecific competition. It is also important to know that this type of natural selection is similar to the other ones. Where it is not the major factor, intraspecific competition can be discounted in assessing the operative aspects of the course of adaptation. For example, what may drive disruptive selection instead of intraspecific competition might be polymorphisms that lead to reproductive isolation, and thence to speciation. When disruptive selection is based on intraspecific competition, the resulting selection in turn promotes ecological niche diversification and polymorphisms. If multiple morphs (phenotypic forms) occupy different niches, such separation could be expected to promote reduced competition for resources. Disruptive selection is seen more often in high density populations rather than in low density populations because intraspecific competition tends to be more intense within higher density populations. This is because higher density populations often imply more competition for resources. The resulting competition drives polymorphisms to exploit different niches or changes in niches in order to avoid competition. If one morph has no need for resources used by another morph, then it is likely that neither would experience pressure to compete or interact, thereby supporting the persistence and possibly the intensification of the distinctness of the two morphs within the population. This theory does not necessarily have a lot of supporting evidence in natural populations, but it has been seen many times in experimental situations using existing populations. These experiments further support that, under the right situations (as described above), this theory could prove to be true in nature. It is actually fairly common to see sympatric speciation when disruptive selection is supporting two morphs, specifically when the phenotypic trait affects fitness rather than mate choice. In both situations, one where intraspecific competition is at work and the other where it is not, if all these factors are in place, they will lead to reproductive isolation, which can lead to sympatric speciation.
Маңыздылығы
Эволюциялық зерттеулер тарихында бұзылушы селекцияның ерекше маңызы бар, өйткені ол эволюцияның "кардиналдық жағдайларының" біріне, атап айтқанда Дарвин Галапагос аралдарында байқаған финк популяцияларына қатысады. Ол финктердің түрлері бір-біріне ұқсас екенін, яғни бір түрден тарағанын байқаған. Алайда олардың мүңкілерінің мөлшері әртүрлі болған. Бұл өзгеріс аралдардағы тұқымның мөлшерімен байланысты болған сияқты (үлкен тұқым үшін үлкен мүңкілер, кішкентай тұқым үшін кішкентай мүңкілер). Орташа мөлшердегі мүңкілер кішкентай тұқымды алуда қиындыққа ұшырады, сонымен қатар үлкен тұқымды қабылдауға жеткілікті мықты болмады, сондықтан бейімделуге жарамсыз болды. Бұзылушы селекция түрленуге әкелуі мүмкін болғанымен, бұл басқа түрлену түрлері немесе эволюциялық өзгерістер сияқты жылдам немесе тікелей процесс емес. Бұл кезеңділік тақырыбын енгізеді, яғни ұзақ уақыт ішінде өзгерістердің баяу, бірақ үздіксіз жинақталуы. Бұл негізінен бұзылушы селекцияның нәтижелері бағытты селекцияның нәтижелеріне қарағанда тұрақсыз болғандықтан (бағытты селекция спектрдің бір жағындағы дараларға ғана артықшылық береді). Мысалы, математикалық тұрғыдан қарапайым, бірақ биологиялық тұрғыдан ықтимал емес қоянды қарастырайық: бағытты селекция орын алды делік. Егістікте тек қара тастар бар, сондықтан қоянның түсі қараңғы болған сайын ол жыртқыштардан жақсы жасырынады. Соңында популяцияда қара қоян көп болады (осыдан көптеген "B" аллельдері) және сұр қоянның саны азаяды (олар популяцияға "B" аллелі бар 50% хромосомалар мен "b" аллелі бар 50% хромосомалар береді). Ақ қоянның саны азаяды (популяцияға "b" аллелі бар хромосомалардың үлесі өте аз). Бұл "b" аллелі бар хромосомалардың жойылуына әкелуі мүмкін, нәтижесінде барлық келесі қоян қара түсті болады. Мұның себебі - популяциядағы "b" хромосомаларының деңгейін арттыратын ештеңе жоқ. Олар тек төмендеп, ақырында жойылуы мүмкін. Енді бұзылушы селекция жағдайын қарастырайық. Нәтижесінде қара және ақ қоянның саны тең болады, сондықтан "B" немесе "b" аллелі бар хромосомалардың саны тең болып, сол популяцияда әлі де жүреді. Ақ қоян мен қара қоян жұптасқанда тек сұр қоян туады. Нәтижелер "бекітілуі" үшін ақ қоянды басқа ақ қоянға, ал қара қоянды басқа қара қоянға таңдауға итермелейтін күш болуы керек. Финктер жағдайында бұл "күш" географиялық/экологиялық оқшаулау болды. Бұл бұзылушы селекция жүрмейді және әдетте түрлердің географиялық оқшаулануы, бағытты селекция немесе тұрақтандыру арқылы орын алады деген ойға жетелейді.
Disruptive selection is of particular significance in the history of evolutionary study, as it is involved in one of evolution's "cardinal cases", namely the finch populations observed by Darwin in the Galápagos. He observed that the species of finches were similar enough to ostensibly have been descended from a single species. However, they exhibited disruptive variation in beak size. This variation appeared to be adaptively related to the seed size available on the respective islands (big beaks for big seeds, small beaks for small seeds). Medium beaks had difficulty retrieving small seeds and were also not tough enough for the bigger seeds, and were hence maladaptive. While it is true that disruptive selection can lead to speciation, this is not as quick or straightforward of a process as other types of speciation or evolutionary change. This introduces the topic of gradualism, which is a slow but continuous accumulation of changes over long periods of time. This is largely because the results of disruptive selection are less stable than the results of directional selection (directional selection favors individuals at only one end of the spectrum). For example, let us take the mathematically straightforward yet biologically improbable case of the rabbits: Suppose directional selection were taking place. The field only has dark rocks in it, so the darker the rabbit, the more effectively it can hide from predators. Eventually there will be a lot of black rabbits in the population (hence many "B" alleles) and a lesser amount of grey rabbits (who contribute 50% chromosomes with "B" allele and 50% chromosomes with "b" allele to the population). There will be few white rabbits (not very many contributors of chromosomes with "b" allele to the population). This could eventually lead to a situation in which chromosomes with "b" allele die out, making black the only possible color for all subsequent rabbits. The reason for this is that there is nothing "boosting" the level of "b" chromosomes in the population. They can only go down, and eventually die out. Consider now the case of disruptive selection. The result is equal numbers of black and white rabbits, and hence equal numbers of chromosomes with "B" or "b" allele, still floating around in that population. Every time a white rabbit mates with a black one, only gray rabbits results. So, in order for the results to "click", there needs to be a force causing white rabbits to choose other white rabbits, and black rabbits to choose other black ones. In the case of the finches, this "force" was geographic/niche isolation. This leads one to think that disruptive selection cannot happen and is normally because of species being geographically isolated, directional selection or by stabilising selection.