Darwins evolutionsteori blev beskrevet i hans værk Arternes oprindelse, som udkom i 1859. De grundlæggende principper for Darwins teorier forudsættes kendt, men kan kort opsummeres i følgende punkter:  

• Kun en mindre del af afkommet vil overleve som følge af, at der er en konstant kamp for overlevelse.
• Alle individer er forskellige, og derfor er der stor variation.
• Organismer viser forskellig tilpasning i forskellige nicher.
• De bedst tilpassede overlever og formerer sig med deres arveanlæg (berømt citat: ”Survival of the fittest”).
• Der foregår en naturlig selektion af bestemte variationer og derved bestemte arveanlæg.
• Over flere generationer vil den naturlige selektion medføre en ændring af populationen. Det er det, der kaldes evolution.

2.1 Selektion i laboratoriet

I laboratoriet benyttes selektion til at isolere bakterier med en bestemt fænotype, idet det kun er bakterier med den ønskede fænotype, der kan gro under nogle givne betingelser. Et eksempel herpå kan observeres ved tilsætning af antibiotika til kulturen, hvorved kun de antibiotika-resistente bakterier overlever. Dette er i modsætning til naturlig selektion, da naturlig selektion ikke nødvendigvis betyder, at bakterier med andre fænotyper dør, men hvor bestemte fænotyper blot favoriseres.

Hvis man vil selektere for cellulaseproducerende bakterier, kan man dyrke bakterierne på et medie, der kun indeholder cellulose som kulstofkilde. For at bakterierne kan vokse, er det nødvendigt for dem at nedbryde cellulosen. Bakterierne kræver kulhydrat som energikilde, og derfor vil det kun være cellulaseproducerende bakterier, der vil kunne vokse på dette medie.

 

Som alternativ til selektion benytter man også screening i laboratoriet. Screening benytter man, når man ikke kan selektere for bestemte fænotyper, mens det derimod er muligt at observere de pågældende fænotyper, idet de udviser en bestemt egenskab.

For eksempel kan man screene for cellulaseproducerende bakterier ved, som tidligere nævnt, at lade dem vokse på plader indeholdende blå korn, som kun kan opløses ved tilstedeværelse af cellulaser. De cellulaseproducerende bakterier kan derved identificeres, idet der opstår en blå zone omkring dem.

 

Ved selektion findes den ønskede fænotype, idet kun den vil vokse. I modsætning hertil er det ved screening ikke kun den ønskede fænotyper, der vokser, men denne kan til gengæld identificeres ved observation af en bestemt egenskab.

 

2.2 Antibiotika-resistens

Antibiotika-resistens er et resultat af selektion. Antibiotika er blevet brugt til at bekæmpe bakterier siden opdagelsen af penicillin i 1928. I en bakteriekultur vil der være variationer i det genetiske materiale som følge af mutationer og genetisk rekombination. Når bakterierne udsættes for antibiotika, vil de fleste af bakterierne dø, men nogle mutationer kan medføre, at bakterierne ikke dræbes af de tilsatte antibiotika, fordi disse bakterier er blevet resistente overfor antibiotika. De overlevende bakterier vil alle være resistente, og deres afkom vil derfor også være resistente.

Selv om det kun vil være en meget lille del af bakteriekulturen, der viser resistens, vil der langsomt kunne ske en udvikling, så der opstår en hel population af antibiotika-resistente bakterier. Dette sker, hvis bakteriekulturen med den antibiotika-resistente mutant udsættes for antibiotika, hvorved kun mutanten overlever. Den kan nu opformere sig, og hvis der i længere tid påvirkes med antibiotika, vil der dermed opstå en population af antibiotika-resistente bakterier.

  

 

Figur 1: Illustration af selektion for antibiotikaresistens. Klik på play for at se animationen. Først ses en bakterie, der vokser eksponentielt. Der opstår tilfældige mutationer. Ved at tilsætte antibiotika ses, at der selekteres for antibiotika-resistente bakterier.

 

Det er vigtigt at bemærke, at mutationer opstår tilfældigt. Det er derfor ikke antibiotikaet, der fører til at mutanten opstår, men når mutanten først er opstået, vil antibiotikaet som et selektionstryk kunne favorisere den antibiotika-resistente mutant.

 

2.3 Fitness

Ved en organismes fitness menes dens evne til at reproducere i et miljø. Fitness er et relativt begreb, og en organismes fitness måles derfor som regel kun i forhold til andre organismers fitness. Når man derfor siger, at én organisme har højere fitness end en anden, vil det sige, at denne organisme er bedre tilpasset til det pågældende miljø. Konsekvensen af øget fitness er evnen til at udkonkurrere andre.

 

Da fitness afgøres af en organismes evne til at reproducere, kunne man godt tro, at fitness alene afhænger af væksthastighed, men sådan forholder det sig ikke nødvendigvis. Der er andre faktorer, der kan være mindst lige så afgørende. Et eksempel kunne være to forskellige bakteriestammer, hvor kun én af dem producerer cellulaser. Hvis stammerne befinder sig i et miljø, hvor der er masser af cellulose, men ellers begrænsede kulstofkilder, vil den cellulaseproducerende bakterie udvise størst fitness, da den er i stand til at udnytte cellulosen, og derfor bedre kan reproducere. Fitness afhænger i høj grad af det omkringliggende miljø, og fitness i én niche kan derfor godt være meget forskellig fra fitness i en anden niche. Hvis en organisme har bedre fitness end en anden i en bestemt niche, vil denne organisme langsomt blive mere dominerende.

 

2.4 Forskellige typer selektion

Naturlig selektion kan føre til, at en ny genetisk variation favoriseres, og naturlig selektion kan dermed resultere i evolution. Naturlig selektion er dog også med til at bevare de oprindelige stammer i en niche med et bestemt miljø. Dette kan ske ved, at nye varianter, der udviser mindre tilpasning til det givne miljø, langsomt uddør.

 

Et eksempel på dette kan være en cellulaseproducerende bakterie, der lever i en niche med et højt indhold af cellulose. Hvis der opstår nye varianter, der viser dårligere celluloseaktivitet, vil de med tiden uddø, da den oprindelige bakterie vil have en overlevelsesmæssig fordel i forhold til de andre. Den vil med andre ord udvise større fitness, da den kan udnytte cellulose. Dette kræver dog, at der i den pågældende niche ikke er andre faktorer, der får større betydning end evnen til at nedbryde cellulose.

Ovenstående eksempel på selektion kan kaldes ”stabilising selection”, da den oprindelige fænotype favoriseres frem for variationer med dårligere cellulaseaktivitet. Selektionen bevirker altså en stabilisering af cellulaseaktiviteten.

 

Der er tre forskellige former for selektion. De kaldes ”stabilising selection”, directional selection” og ”disruptive selection”.  

 

”Directional selection” er det, der blev illustreret i eksemplet med antibiotika-resistens, hvor en ydre påvirkning fører til at en bakteriekultur udvikler sig i én retning. I dette tilfælde mod antibiotika-resistente bakterier. Det er igen vigtigt at bemærke, at den antibiotika-resistente mutant er opstået tilfældigt, men det er selektionstrykket fra antibiotikaet, der gør at denne mutant viser størst fitness.

 

 

Figur 2: Illustration af tre forskellige klassificeringer indenfor selektion. Den øverste del af figuren illustrerer "directional selection", hvor en mutant udviser større fitness end den oprindelige fænotype. I midten ses "disruptive selection", hvor mutanter i både den ene og den anden retning har større fitness. Nedest ses "stabilizing selection", hvor den oprindelige fænotype udviser størst fitness.

 

 ”Disruptive selection” finder sted, når der selekteres for fænotyper, der afviger fra den oprindelige. Et eksempel herpå er, hvad Darwin observerede for de forskellige finker på Galapagosøerne, hvor form og størrelse af deres næb varierede fra ø til ø. Her viste det sig, at et større og bredere næb samt et mindre og spidsere næb blev favoriseret frem for det oprindelige. Dette skyldes, at finken med det store brede næb kan spise hårde frø, mens fuglen med det lille spidse næb kan spise bløde kerner. Der selekteres dermed både for det ene yderpunkt, et stort bredt næb, og det andet yderpunkt, et lille spidst næb, hvis miljøet kræver disse næbtyper. 

 

 

Læs mere:

Sygdomme driver mennesket evolution

Naturlig selektion og sygdomme har haft langt større betydning for menneskets udvikling end hidtil antaget. En artikel fra Ingeniøren, september 2007.

 

Forskere intensiverer jagten på ukendt liv under Østersøens havbund

Undersøgelse af livet under havbunden fører til spørgsmålet, om livet kan være opstået under havbunden. En artikel fra Ingeniøren, august 2007.

 

Evolutionslæren

En artikel fra Aktuel Naturvidenskab om Darwin, evolutionsteori og livets opståen.