主要内容
生物
达尔文、进化和自然选择
查尔斯·达尔文随 贝格尔号 的航行，还有他关于进化和自然选择的一些想法。
要点：
- 查尔斯·达尔文是一位英国博物学家，他提出了自然选择使生物进化的理论。
- 达尔文将 进化 定义为“有变化的遗传”，即物种随着时间的推移而变化，产生新的物种，并拥有共同的祖先。
- 达尔文提出的进化机制是 自然选择 。由于资源在自然界中是有限的，具有有利于生存和繁殖的可遗传特征的生物往往会比它们的同类留下更多的后代，导致这些特征的频率在之后几代人中不断增加。
- 随着时间的推移，自然选择使种群变得越来越 适应 环境。自然选择取决于环境，需要群体中存在可遗传的变异。
什么是进化？
生物进化的基本观点是生物种群和物种会随着时间而变化。今天，当我们想到进化论时，我们可能会把这个观点与一个特定的人联系起来：英国博物学家查尔斯·达尔文。
在19世纪50年代，达尔文写了一本有影响力和争议的书： 《物种起源》 。在这本书中，他提出了物种进化（或者，用他的话说，经历了“有改变的遗传”），所有的生物都可以追溯它们的世系到一个共同的祖先。
达尔文还提出了一种进化机制：自然选择。在自然选择中，随着时间的推移，有助于生物体生存和繁殖的遗传特征在种群中变得越来越普遍。
在这篇文章中，我们将进一步了解达尔文的理论。我们将找出当他乘坐英国皇家海军贝格尔号（ HMS Beagle ）在世界各地旅行时，这些理论是如何被提出的，我们还将通过一个例子来说明如何通过自然选择进化。
达尔文和 贝格尔号 的航行
达尔文影响深远的著作， 《物种起源》 ，阐述了他关于进化和自然选择的观点。这些想法很大程度上是基于达尔文环球旅行中的观察。从1831年到1836年，他参加了由英国皇家海军“贝格尔号”（ HMS Beagle ）进行的考察，考察范围包括南美洲、澳大利亚和非洲南端。在探险队的每一站，达尔文都有机会研究并记录下当地的动植物。
在他旅行的过程中，达尔文开始在生物的分布和特征中发现有趣的模式。通过对厄瓜多尔海岸外的加拉帕戈斯群岛的观察，我们可以看到达尔文在研究生物分布时注意到的一些最重要的模式。
达尔文发现加拉帕戈斯群岛附近的岛屿上生活着类似但不相同的雀类。此外，他注意到每种雀类都非常适合它们的环境和角色。例如，食用较大种子的雀类往往有大而坚韧的喙，而吃昆虫的雀则有薄而锋利的喙。最后，他观察到加拉帕戈斯群岛上发现的雀类（和其他动物）与厄瓜多尔大陆附近的物种相似，但与世界其他地方发现的不同
达尔文在他的旅途中并没有弄明白这一切。事实上，他甚至没有意识到所有的雀类都是有亲缘关系的不同物种，直到多年以后他把他的标本拿给一位有经验的鸟类学家看
根据达尔文的观点，如果加拉帕戈斯群岛很久以前就有来自邻近大陆的鸟类居住，那么这个问题就可以说的通了。在每个岛上，雀类可能已经逐渐适应了当地的环境（在许多代和很长一段时间后）。这个过程可能导致每个岛上形成一个或多个不同的物种。
如果这个想法是正确的，那么 为什么 它是正确的呢？怎样的机制可以解释每种雀类是如何 适应 环境的？在他的航行中，以及之后的几年里，达尔文发展并完善了一套可以解释他在航行中观察到的问题的理论。在 《物种起源》 一书中，达尔文概述了他的两个主要观点：进化和自然选择。
进化
达尔文提出，物种可以随着时间的推移而改变，新的物种来自已经存在的物种，所有的物种都有一个共同的祖先。在这个模型中，每个物种都有自己特有的一套来自共同祖先的遗传差异，这些差异是在很长一段时间内逐渐积累起来的。重复的分支事件，即新物种从一个共同的祖先中分裂出来，产生一个多层的“树”，把所有的生物联系起来。
达尔文把这一过程称为“有改变的遗传”。在这个过程中，一群群的生物体在几代的时间中改变了它们的遗传特征。今天，我们称之为 进化 。上面达尔文的草图说明了他的想法，展示了一个物种如何随着时间的推移而分支成两个物种，以及这个过程如何在一组相关物种的“家谱”中重复多次。
自然选择
重要的是，达尔文不只是提出生物进化。如果那是他理论的全部，他就不会出现在今天这么多的教科书里了！达尔文还提出了一种进化机制： 自然选择 。这个机制简洁且合乎逻辑，它解释了种群是如何进化的（经历改变后的后代），随着时间的推移，它们变得更适合它们的环境。
达尔文的自然选择理论是基于几个关键的现象：
- 性状往往是可遗传的。 在生物体中，许多特征是可遗传的，也就是可以从父母传给后代。（达尔文知道这是事实，尽管他不知道这些特征是通过基因遗传的。）
- 产生的后代比能够存活的多。 生物有能力产生比环境所能养活的更多的后代。因此，每一代都在争夺有限的资源。
- 后代的遗传特征各不相同。 任何一代的后代在特征（颜色、大小、形状等）上都有些许不同，而这些特征中有许多是可以遗传的。
基于这些简单的观察，达尔文得出了以下结论：
- 在一个种群中，一些个体遗传了一些特征来帮助它们生存和繁殖（考虑到环境因素，比如天敌和食物来源）。具有有益性状的个体在下一代会比同类留下更多的后代，因为这些性状使它们更有效地生存和繁殖。
- 因为有益的性状是可遗传的，而且有这些性状的生物体会留下更多的后代，这些性状在下一代中将变得更普遍（在种群中出现比例更大）。
- 几代之后，种群会逐渐 适应 周围的环境（因为在这种环境中具有某些有益特征的个体，其繁殖成功率始终高于其他同类个体）。
达尔文的自然选择进化模型使他能够解释他在旅行中的观察结果。例如，如果加拉帕戈斯雀种有一个共同的祖先，那么它们之间应该有广泛的相似性（而大陆雀种可能有一个共同的祖先）。然而，如果一群雀被隔离在不同的岛屿上许多代，那么每一群雀都将生存在不同的环境中。在这种情况下，不同环境中有益的特征不同，比如不同大小和形状的喙，以利用不同的食物资源。这些因素可能导致了每个岛屿上不同物种的形成。
示例：自然选择如何工作
为了使自然选择更具体，让我们考虑一个简化的假设。
在这个例子中，一群有着可遗传的皮毛颜色（黑色和褐色）的老鼠刚刚进入了一个新的区域，那里的岩石是黑色的。这种环境的特点是老鹰的存在，它们喜欢吃老鼠，比起黑色的老鼠，老鹰更容易看到褐色的老鼠。
因为老鹰更容易看到并抓住褐色的老鼠，所以吃掉了相当大一部分褐色的老鼠，而被吃掉的黑老鼠很少。如果我们观察幸存组（“未被吃掉”组）的黑老鼠和褐老鼠的比例，会发现黑老鼠比例比开始的种群中要高。
皮毛的颜色是可遗传的（可以从父母传给孩子）。因此，存活组中黑色小鼠比例的增加意味着下一代中黑色幼鼠比例的增加。经过几代的自然选择，种群可能几乎全部由黑老鼠组成。这种群体遗传特征的变化是进化的一个例子。
关于自然选择的关键点
当我第一次学习自然选择时，我对它是如何运作的有一些疑问（和误解！）以下是关于一些潜在的混淆点的解释，这些可能会帮助你更好地理解自然选择是如何、何时以及为何发生的。
自然选择取决于环境
自然选择不偏向于一些似乎优越的特征。相反，它倾向于在特定环境中有益的特征（即帮助生物体比同类更有效地生存和繁殖）。在一个环境中有用的特性在另一个环境中可能是有害的。
自然选择作用于现存的遗传变异
自然选择需要一些初始材料，而初始材料就是遗传变异。要让自然选择作用于某个特征，该特征必须已经存在变异（个体之间的差异）。此外，这些差异必须是可遗传的，由生物体的基因决定。
可遗传的变异来自随机突变
产生新的遗传特征（如皮毛颜色）的新基因变异的原始来源是随机突变（DNA序列的变化）。遗传给后代的随机突变通常发生在生物体的生殖系，即精子和卵细胞谱系中。有性生殖通过“混合并匹配”基因变异来产生更多的变异。
自然选择和物种进化
让我们退一步思考一下，自然选择是如何与达尔文关于进化的更广泛的看法相一致的。在达尔文的观点中，所有的生物都有一个共同的祖先，并且是由那个祖先在一个巨大的分支树中进化而来的。在每个分支点上发生了什么？
在达尔文雀的例子中，我们看到一个种群中的群体可能会因为位置上的障碍，如岛屿周围的海洋，或其他机制而彼此隔离。一旦隔离，这些群体就不能再杂交，并暴露在不同的环境中。在每一种环境中，自然选择可能倾向于不同的特征（其他进化力量，如随机漂移，也可能分别作用于群体）。经过许多代之后，群体之间可遗传特征的差异会不断累积，以至于被认为是独立的物种。
根据各种证据，科学家们认为，在地球上的生命史上，这种过程已经重复了很多次。通过自然选择和其他机制的进化构成了当今生命形式难以置信的多样性的基础，而自然选择的作用可以解释当今生物与其环境之间的契合。