Biologisk fitness: definition, reproduktiv framgång och naturligt urval
Upptäck vad biologisk fitness är, hur reproduktiv framgång mäts och hur naturligt urval formar arter — en tydlig och saklig guide till evolutionens drivkrafter.
Fitness är inom biologin en organisms relativa förmåga att överleva och föra sina gener vidare till nästa generation. s160 Det är en central idé i evolutionsteorin. I praktiken mäts fitness ofta som andelen av individens gener som finns kvar i populationen i nästa generation, eller som individspecifika mått på reproduktiv framgång och överlevnad.
Definition och tolkning
Begreppet fitness är i grunden ett relativt mått: det jämför hur väl en individ eller en genotyp lyckas i förhållande till andra individer i samma korsningspopulation, som kan vara en hel art eller en delmängd av den. Om skillnader i individuella genotyper påverkar fitness, kommer genotypernas frekvenser att förändras över generationer; genotyper med högre fitness blir vanligare. Detta är den process som kallas naturligt urval.
Hur mäts fitness?
- Absolut fitness: antal avkommor en individ producerar som överlever till reproduktiv ålder.
- Relativ fitness: individens eller genotypens reproduktiva framgång uttryckt i förhållande till en referens (t.ex. populationens medelvärde).
- Livstidsreproduktiv framgång (LRS): sammanlagda antalet överlevande avkommor under en individs livstid — ett vanligt empiriskt mått.
Inom teoretisk populationsekologi används också parametrar som selektionskoefficienten (ofta betecknad s) för att ange hur mycket bättre eller sämre en genotyp är jämfört med en annan.
Komponenter av fitness
En individs fitness beror på flera komponenter, bland annat:
- överlevnad till reproduktiv ålder,
- förmåga att hitta en partner och para sig (mating success),
- fertilitet och antal avkommor (fecundity),
- avkommornas överlevnad och reproduktionsframgång.
Dessa komponenter påverkas både av individens fenotyp och överförs av dess genotyp, men också av den miljö som individen lever i och av slumpmässiga händelser.
Genotypisk, individuell och inkluderande fitness
Genotypisk fitness avser genotypens genomsnittliga reproduktionsframgång över alla individer som bär den genotypen. Eftersom genotypens fitness är en genomsnittlig storhet återspeglar den reproduktionsresultaten för alla individer med den genotypen. Olika individer med samma genotyp kan ändå ha olika individuell fitness på grund av variation i miljö eller slump.
Individuell fitness fokuserar på en enskild organisms faktiska reproduktiva utfall. Inkluderande fitness (ett begrepp utvecklat av William Hamilton) utvidgar definitionen genom att också räkna med effekter på släktingars reproduktion — det vill säga hur en individs handlingar påverkar spridningen av dess gener i närstående individer.
Fitness och naturligt urval
Skillnader i fitness är den drivande kraften bakom naturligt urval. När vissa genotyper ger högre fitness i en viss miljö ökar deras frekvens i populationen över generationer. Det är viktigt att komma ihåg att fitness är kontextberoende: vad som ger hög fitness i en tid eller plats kan vara neutralt eller till och med skadligt i en annan.
Begränsningar och komplexitet
- Fitness är beroende av miljön och kan ändras över tid (t.ex. klimatförändringar, nya predatorer eller sjukdomar).
- Frekvensberoende selektion: en gen kan vara fördelaktig när den är sällsynt men inte när den blir vanlig.
- Genetisk drift: i små populationer kan slumpen förändra genfrekvenser oberoende av fitness.
- Genetiska samband (länkage) och pleiotropi kan göra att en mutation har både positiva och negativa effekter på olika fitnesskomponenter.
Praktiska exempel
Exempel på fitnessmätningar i fält inkluderar att räkna antalet ungar som når vuxen ålder hos fåglar, mäta pollineringseffektivitet hos växter eller följa överlevnad och reproduktion hos däggdjur genom märkning och uppföljning. Dessa empiriska data används för att uppskatta vilka egenskaper som gynnar reproduktiv framgång i en given population.
Sammanfattning
Fitness är ett nyckelbegrepp i evolutionsbiologin som beskriver en organisms eller genotypens relativa förmåga att lämna avkomma i framtida generationer. Det är ett relativt och kontextberoende mått som sammanfattar överlevnad, parningsframgång och avkommors överlevnad. Förändringar i genfrekvenser som drivs av skillnader i fitness är grunden för evolutionsteorin och förklarar hur anpassningar uppstår genom naturligt urval.
Relativitet
Fitness mäter antalet kopior av en individs gener i nästa generation. Det spelar egentligen ingen roll hur generna kommer till nästa generation. För en individ är det lika "fördelaktigt" att reproducera sig själv eller att hjälpa släktingar med liknande gener att reproducera sig, så länge som lika många kopior av individens gener förs vidare till nästa generation. Ett urval som främjar denna typ av hjälparbeteende kallas för släktskapsurval.
Våra närmaste släktingar (föräldrar, syskon och våra egna barn) delar i genomsnitt 50 % (hälften) av våra gener. Ett steg längre bort är mor- och farföräldrarna. Med var och en av dem delar vi i genomsnitt 25 % (en fjärdedel) av våra gener. Detta är ett mått på vår släktskap med dem. Därefter kommer kusiner och kusiner i första ledet (barn till våra föräldrars syskon). Vi delar 12,5 % (1/8) av deras gener. p100
Hamiltons regel
William Hamilton lade till olika idéer till begreppet fitness. Hans regel föreslår att en kostsam åtgärd bör utföras om:
C < R × B {\displaystyle C<R\times B} där:
- c {\displaystyle c\ }
är den reproduktiva kostnaden för altruisten, - b {\displaystyle b\ }
är den reproduktiva nyttan för mottagaren av det altruistiska beteendet, och - r {\displaystyle r\ }
är sannolikheten för att individerna delar en altruistisk gen - "graden av släktskap".
Kostnader och fördelar för konditionen mäts i fruktsamhet.
Fitness för alla
Inclusive fitness är en term som i princip är samma sak som fitness, men som betonar gruppen av gener snarare än individerna.
Biologisk lämplighet anger hur väl en organism kan reproducera sig och sprida sina gener till sin avkomma. Teorin om inkluderande fitness säger att en organisms fitness också ökar i den utsträckning som dess nära släktingar också reproducerar sig. Detta beror på att släktingar delar med sig av gener i proportion till sitt släktskap.
Ett annat sätt att säga det är att en organisms totala lämplighet inte är en egenskap hos organismen själv, utan en egenskap hos dess uppsättning gener. Den beräknas utifrån individens reproduktionsframgång plus reproduktionsframgången hos dess släktingar, var och en vägd med en lämplig släktskapskoefficient.
Historia
Den brittiske socialfilosofen Herbert Spencer myntade uttrycket "survival of the fittest" i sitt verk Principles of biology från 1864 för att beskriva det som Charles Darwin kallade naturligt urval. Det ursprungliga uttrycket var "survival of the best fitted".
Frågor och svar
F: Vad är fitness inom biologi?
S: Fitness inom biologin är en organisms relativa förmåga att överleva och föra sina gener vidare till nästa generation.
F: Är fitness en viktig idé inom evolutionsteorin?
S: Ja, fitness är en central idé inom evolutionsteorin.
F: Hur mäter man vanligtvis fitness?
S: Fitness är vanligtvis lika med andelen av individens gener i alla gener i nästa generation.
F: Hur sker naturligt urval?
S: Om skillnader i individuella genotyper påverkar fitness, kommer frekvenserna av genotyperna att förändras över generationerna; genotyperna med högre fitness blir vanligare. Detta är den process som kallas naturligt urval.
F: Vad avgör en individs fitness?
S: En individs fitness orsakas av dess fenotyp, och förs vidare av dess genotyp.
F: Är fitness hos olika individer med samma genotyp nödvändigtvis lika?
S: Nej, olika individer med samma genotyp har inte nödvändigtvis samma fitness. Det beror på den miljö som individerna lever i och på slumpmässiga händelser.
F: Vad återspeglar genotypens fitness?
S: Eftersom genotypens fitness är en genomsnittlig storhet, återspeglar den reproduktionsresultaten för alla individer med den genotypen.
Sök