Dobór krewniaczy - Polski Serwis Naukowy

Dobór krewniaczy (ang. kin selection) – mechanizm ewolucji biologicznej, który prowadzi do adaptacji organizmów, polegającej na zwiększaniu szansy przeżycia osobników z nimi spokrewnionych.

Ewolucyjne wyjaśnienie altruizmu

Dobór krewniaczy wyjaśnia pochodzenie zachowań altruistycznych w stosunku do osobników spokrewnionych. Został oryginalnie zaproponowany przez Karola Darwina jako wytłumaczenie istnienia sterylnych kast u owadów, lecz ogólną akceptację zyskał dopiero dzięki przełomowym pracom W.D. Hamiltona. Hamilton wprowadził koncepcję dostosowania łącznego (ang. inclusive fitness), która mówi, że dostosowanie danego organizmu jest sumą sukcesu reprodukcyjnego i wpływu tego organizmu na sukces reprodukcyjny jego krewniaków.

Altruizm (łac. alter – inny, drugi) – zachowanie, którego przejawem jest działanie na korzyść innych. Według J. Poleszczuka polega ono na dobrowolnym ponoszeniu pewnych kosztów przez jednostkę na rzecz innej jednostki lub grupy, przeciwstawne zachowaniu egoistycznemu. Zachowania altruistyczne mogą występować zarówno wśród ludzi, jak i w obrębie innych gatunków biologicznych. Jest to podstawowe pojęcie socjobiologii.

Ewolucja (łac. evolutio – rozwinięcie, rozwój) – ciągły proces, polegający na stopniowych zmianach cech gatunkowych kolejnych pokoleń wskutek eliminacji przez dobór naturalny lub sztuczny części osobników (genotypów) z bieżącej populacji.

Do najprostszych przykładów doboru krewniaczego należy dowolne poświęcenie dla własnego potomstwa, co prowadzi do dobrowolnego pozbawienia się przez rodzica części pokarmu, a więc zmniejszenia swoich szans na przeżycie. Podobne zjawisko obserwuje się w organizmach wielokomórkowych, gdzie dla dobra całej istoty żywej niektóre komórki ulegają apoptozie.

Apoptoza [z gr.] w tłumaczeniu dosłownym opadanie liści jest przenośnią, oznaczającą w odniesieniu do biologii zaprogramowaną śmierć komórki w organizmie wielokomórkowym – dzięki temu mechanizmowi usuwane są zużyte lub uszkodzone komórki. Można ją przyrównać do zaplanowanego samobójstwa komórki, mającego na celu dobro całego organizmu. W odróżnieniu od martwicy (określanej także mianem nekrozy), gdzie dochodzi do uszkodzenia jakimś zewnętrznym czynnikiem, apoptoza jest zjawiskiem naturalnym w rozwoju i życiu organizmów; mimo tego wykazano, że niektóre patogeny mogą wpływać na indukcję tego procesu, dotyczy to głównie wirusów, a także niektórych bakterii takich jak np. Helicobacter pylori. Termin apoptoza wprowadzono w 1972 roku.

Nektar – wydzielina miodników zwanych nektariami. Jest to wodny roztwór cukrów, głównie fruktozy i glukozy (np. u jabłoni 35-55%) oraz substancji smakowych, zapachowych, barwiących, soli mineralnych i enzymów. Jest przynętą dla owadów (np. pszczół zbierających nektar na miód) zapylających kwiaty (np. koniczyny, gryki, wrzosów, śliw, lip).

Opis matematyczny

Dla badania doboru krewniaczego wygodny jest współczynnik pokrewieństwa, czyli liczba od 0 do 1 mówiąca jaką część genów dwa osobniki odziedziczyły po wspólnych przodkach lub jeden względem drugiego. Dla bliźniąt jednojajowych liczba ta wynosi 1; w relacji rodzic – dziecko 0,5; między pełnym rodzeństwem 0,5; między niepełnym (wspólny 1 rodzic) – 0,25; itd.

Adaptacja (łac. adaptatio – przystosowanie) – przystosowanie się organizmu poprzez zmianę struktury lub funkcji do życia w nowych dla niego, trwale zmienionych warunkach bytowych lub zewnętrznego stresu. Efektywność adaptacji określa dostosowanie.

Pyłek kwiatowy, ziarna pyłku - męskie elementy rozrodcze występujące u roślin nasiennych wytwarzane w komorach pyłkowych pylników z tkanki archesporialnej. Pylniki są elementami pręcików. Nowo powstałe ziarno pyłku stanowi mikrosporę, a dojrzałe ziarno pyłku - gametofit męski. Służy ono do zapylania słupków kwiatowych.

Częstość allelu w populacji może wzrosnąć, jeśli organizm-nosiciel danego allelu pomaga swoim krewnym, o ile korzyści odniesione przez krewniaków zgodne są z tzw. zasadą Hamiltona: R × B > C

gdzie: R → współczynnik pokrewieństwa; B → zysk reprodukcyjny krewniaka; C → koszt reprodukcyjny osobnika poświęcającego się.

Przykład pszczół

Pszczoła robotnica zbiera pyłek i nektar dla siebie i całego roju

Aby lepiej zrozumieć jak współczynnik pokrewieństwa warunkuje ewolucję zachowań altruistycznych można posłużyć się przykładem pszczół. Wśród innych owadów wyróżniają się one bardzo szczególnym systemem rozmnażania. Pszczele królowe są diploidalne (posiadają dwa zestawy genów), a trutnie haploidalne (tylko jeden zestaw). Komórki jajowe zawierają tylko jeden zestaw genów będący losową kombinacją obu zestawów genów królowej. Wszystkie plemniki zawarte w nasieniu jednego trutnia zawierają cały jego zestaw genów i są identyczne. Robotnice powstają w efekcie zapłodnienia komórki jajowej pochodzącej od królowej, przez plemnik dostarczony przez jednego z trutni, z którym uprzednio kopulowała.

Komórka (łac. cellula) – najmniejsza strukturalna i funkcjonalna jednostka organizmów żywych zdolna do przeprowadzania wszystkich podstawowych procesów życiowych (takich jak przemiana materii, wzrost i rozmnażanie). Jest podstawową jednostką morfologiczno-czynnosciową ustroju.

William Donald Hamilton (ur. 1 sierpnia 1936 w Kairze, zm. 7 marca 2000 w Oksfordzie) – brytyjski biolog ewolucyjny, uważany obok Ronalda Fishera za największego teoretyka ewolucji biologicznej XX wieku.

Taki system haplo-diploidalny powoduje, że współczynnik pokrewieństwa pomiędzy robotnicami w ulu, wynosi (zakładając tego samego ojca, trutnia) 0,75. W rzeczywistości, ponieważ królowa-matka jest zapładniana przez nawet do 30 trutni, współczynnik pokrewieństwa robotnica - robotnica zawiera się w od 0,25 do 0,75.

Pokrewieństwo, potocznie nazywane "więzami krwi" – więź prawnorodzinna zachodząca między dwiema osobami, polegająca na pochodzeniu od siebie lub też posiadaniu przynajmniej jednego wspólnego przodka. Ma charakter biologiczno-prawny (w odróżnieniu od powinowactwa, które ma tylko charakter prawny). Bliskość pokrewieństwa określają linie pokrewieństwa (prosta i boczna) oraz jego stopnie. Osoby, pomiędzy którymi zachodzi taka więź nazywa się wzajemnie krewnymi.

Organizm – istota . Badaniem różnorodności organizmów i ich klasyfikowaniem zajmuje się systematyka organizmów. Szczątki organizmów wymarłych w odpowiednich warunkach tworzą skamieniałości.

Jeżeli wykonamy obliczenia dla pszczół to, okaże się, że gen nakazujący robotnicy oddanie życia (koszt 1 – zero szans na potomstwo) za dwie inne robotnice mające tego samego ojca (pokrewieństwo 0,75): $0,75 \times 2 > 1$

będzie rozprzestrzeniać się w populacji tych produkujących miód owadów. Co więcej, robotnica oddaje zwykle życie nie za dwie siostry lecz za tysiące, co jeszcze zwiększa "zysk" jej genów. Po przeprowadzeniu tego rozumowania, można pojąć jak na drodze ewolucji mógł powstać gen nakazujący robotnicy samobójczy atak na każdego amatora miodu, aby obronić cały ul. Taki skrajny przejaw osobniczego altruizmu jest przejawem "egoizmu genów" (zob. Samolubny gen).

Komórka jajowa (łac. ovum) – gameta żeńska u zwierząt i roślin. Komórkę jajową określa się także mianem jaja. Cytoplazma komórki jajowej jest nazywana ooplazmą.