Biologisk fitness: definition, betydning og rolle i naturlig selektion
Lær hvad biologisk fitness er, hvorfor det styrer naturlig selektion, og hvordan genotype, fænotype og miljø påvirker evolutionens gang.
Fitness er i biologien en organismes relative evne til at overleve og videregive sine gener til den næste generation. s160 Det er en central idé i evolutionsteorien. Fitness er normalt lig med andelen af individets gener i alle generne i den næste generation. Udtrykt mere konkret måler man ofte fitness som et individs eller en genotypes forventede antal levedygtige afkom (eller andel af alle afkom) i forhold til andre individer i samme population.
Hvordan fitness fører til evolution
Som alle begreber i evolutionsbiologi defineres fitness i forhold til en krydsende population, som måske eller måske ikke er en hel art. Hvis forskelle i individuelle genotyper påvirker fitness, vil genotypernes hyppighed ændre sig i løbet af generationer; genotyper med højere fitness bliver mere almindelige. Dette er den proces, der kaldes naturlig selektion. Naturlig selektion virker ved, at små forskelle i overlevelse eller reproduktion multipliceres over generationer og dermed ændrer allelfrekvenser i populationen.
Komponenter og måling af fitness
Et individs fitness skyldes dets fænotype og videregives af dets genotype. Fitness kan opdeles i flere komponenter, som tilsammen bestemmer et individs samlede reproduktive succes:
- Overlevelse: sandsynligheden for at nå reproduktionsalderen.
- Parringssucces: evnen til at finde og opnå partnere.
- Frugtbarhed (fecundity): antallet af afkom, der produceres.
- Efterkommers overlevelse: hvor mange af afkommene der selv overlever og reproducerer.
Disse komponenter kan måles direkte (f.eks. antal levedygtige unger pr. individ gennem livet—ofte kaldet lifetime reproductive success) eller indirekte ved hjælp af proxyer (kropsstørrelse, antal parringer osv.). I populationgenetik kvantificeres ofte relativ fitness og selektionskoefficienter for at beskrive, hvor hurtigt en allel stiger eller falder i frekvens.
Variation, miljøpåvirkning og tilfældighed
De forskellige individer med samme genotype har ikke nødvendigvis samme fitness. Den afhænger af det miljø, som individerne lever i, og af tilfældige begivenheder. Miljøfaktorer som føde, prædation, klima og social struktur ændrer, hvilke fænotyper der er fordelagtige. Desuden betyder genetisk baggrund, pleiotropi (én gen med flere effekter) og epistase (gen-til-gen-interaktioner), at en genotype kan udvise forskellig fitness i forskellige sammenhænge.
Da genotypens fitness imidlertid er en gennemsnitlig størrelse, afspejler den reproduktionsresultaterne for alle individer med den pågældende genotype. Tilfældige begivenheder (genetisk drift), især i små populationer, kan dog ændre allelfrekvenser uafhængigt af fitnessforskelle.
Særlige former for fitness
Udover individuel (direkte) fitness taler man om inklusive fitness, som også tager højde for effekten af en organismes adfærd på slægtninges reproduktionssucces (kin selection). Dette begreb forklarer altruistiske handlinger, hvor en individ nedbringer sin egen direkte fitness for at øge nære slægtninges overlevelse eller reproduktion.
Kontekstafhængighed og evolutionære konsekvenser
Fitness er ofte kontekstafhængig og kan ændre sig med frekvenser i populationen (frekvensafhængig selektion), miljøændringer eller nye interaktioner (f.eks. parasit-host- eller konkurrenceforhold). Konsekvenserne inkluderer:
- Adaptation: populationer tilpasses lokale miljøforhold over tid.
- Trade-offs: egenskaber, der øger én komponent af fitness, kan reducere en anden (fx større kropsstørrelse kan give færre unger).
- Begrænsninger: mutation, genetisk drift, pleiotropi og manglende genetisk variation kan bremse adaptiv evolution.
Konceptuelle værktøjer
For at visualisere evolutionære processer bruger forskere ofte begrebet fitness-landskaber, hvor forskellige genotypers eller fænotypers fitness repræsenteres som højder i et landskab med lokale og globale toppe. Dette billede hjælper med at forstå, hvordan populationer kan blive fanget ved lokale fitness-toppe eller flytte sig ved genetiske ændringer og miljøskift.
Samlet set er biologisk fitness et centralt, men kontekstafhængigt begreb i forståelsen af naturlig selektion: det binder sammen genotype, fænotype, miljø og demografiske processer og forklarer, hvordan evolutionær forandring sker over tid.
Beslægtethed
Fitness måler antallet af kopier af et individs gener i den næste generation. Det er egentlig ligegyldigt, hvordan generne når frem til næste generation. For et individ er det lige så "fordelagtigt" at reproducere sig selv eller at hjælpe slægtninge med lignende gener til at reproducere sig, så længe et tilsvarende antal kopier af individets gener bliver videregivet til den næste generation. Selektion, der fremmer denne form for hjælpeadfærd, kaldes for slægtsselektion.
Vores nærmeste slægtninge (forældre, søskende og vores egne børn) deler i gennemsnit 50 % (halvdelen) af vores gener. Et skridt længere væk er bedsteforældrene. Med hver af dem deler vi i gennemsnit 25 % (en fjerdedel) af vores gener. Det er et mål for vores slægtskab med dem. Dernæst kommer førstefætre (børn af vores forældres søskende). Vi deler 12,5 % (1/8) af deres gener. p100
Hamiltons regel
William Hamilton tilføjede forskellige idéer til begrebet fitness. Hans regel går ud på, at en kostbar handling bør udføres, hvis:
C < R × B {\displaystyle C<R\times B} hvor:
- c {\displaystyle c\ }
er de reproduktionsomkostninger, som altruisten har, - b {\displaystyle b\ }
er den reproduktive fordel for modtageren af den altruistiske adfærd, og - r {\displaystyle r\ }
er sandsynligheden for, at individerne har et altruistisk gen til fælles - "graden af slægtskab" - over gennemsnittet i befolkningen.
Omkostninger og fordele ved fitness måles i frugtbarhed.
Inkluderende fitness
Inkluderende fitness er et begreb, som i princippet er det samme som fitness, men som lægger vægt på gruppen af gener frem for enkeltpersoner.
Biologisk fitness siger noget om, hvor godt en organisme kan reproducere sig og sprede sine gener til sit afkom. Teorien om inklusiv fitness siger, at en organismes fitness også øges i det omfang, som dens nære slægtninge også reproducerer sig. Det skyldes, at slægtninge deler gener i forhold til deres slægtskab.
En anden måde at sige det på: en organismes samlede fitness er ikke en egenskab ved organismen selv, men en egenskab ved dens sæt af gener. Den beregnes ud fra individets reproduktionssucces plus dets slægtninges reproduktionssucces, hver især vægtet med en passende koefficient for slægtskab.
Historie
Den britiske samfundsfilosof Herbert Spencer opfandt udtrykket "survival of the fittest" i sit værk Principles of biology fra 1864 for at betegne det, som Charles Darwin kaldte naturlig udvælgelse. Den oprindelige sætning var "overlevelse af de bedst egnede".
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er fitness i biologi?
A: Fitness i biologien er en organismes relative evne til at overleve og videregive sine gener til den næste generation.
Spørgsmål: Er fitness en vigtig idé i evolutionsteorien?
Svar: Ja, fitness er en central idé i evolutionsteorien.
Spørgsmål: Hvordan måles fitness normalt?
A: Fitness er normalt lig med andelen af individets gener i alle generne i den næste generation.
Spørgsmål: Hvordan foregår naturlig udvælgelse?
Svar: Hvis forskelle i individuelle genotyper påvirker fitness, vil genotypernes hyppighed ændre sig over generationer; genotyper med højere fitness bliver mere almindelige. Dette er den proces, der kaldes naturlig selektion.
Spørgsmål: Hvad bestemmer et individs fitness?
Svar: Et individs fitness skyldes dets fænotype og videregives af dets genotype.
Spørgsmål: Er fitnessen hos forskellige individer med samme genotype nødvendigvis lige stor?
Svar: Nej, forskellige individer med samme genotype har ikke nødvendigvis samme fitness. Det afhænger af det miljø, som individerne lever i, og af tilfældige begivenheder.
Spørgsmål: Hvad afspejler genotypens fitness?
A: Da genotypens fitness er en gennemsnitlig størrelse, afspejler den reproduktionsresultaterne for alle individer med den pågældende genotype.
Søge