9. Естественный отбор — главная движущая сила эволюции

Определения и обозначения

Естественный отбор — дифференциальное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими приспособленность. Иными словами, носители одних вариантов признака в данных условиях чаще оставляют потомство, чем носители других. Это понятие помогает объяснить, как наследственные различия превращаются в изменения популяций.

Приспособленность — соответствие строения, функций и поведения организма условиям среды, обеспечивающее его выживание и размножение. Она выражается не в одной особенности, а в том, насколько успешно организм оставляет потомство. Понятие нужно, чтобы сравнивать варианты признаков только в конкретной среде, а не считать какой-либо организм безусловно «лучшим».

Борьба за существование — конкуренция организмов между собой и взаимодействие с неблагоприятными факторами среды за ресурсы и возможность оставить потомство. Ресурсы — например, пища, убежища и места размножения — ограничены, поэтому воспользоваться ими могут не все особи. Это объясняет, почему различия в признаках могут приводить к разным шансам на выживание и размножение.

Избирательное размножение — преимущественный вклад наиболее приспособленных организмов в генофонд следующих поколений. Генофонд — совокупность наследственных вариантов популяции; успешные размножающиеся особи передают потомкам свои варианты чаще. Это понятие связывает индивидуальный успех организмов с изменениями популяции.

Как это устроено

В популяции организмы отличаются друг от друга, и часть различий наследуется. Одновременно ресурсы среды ограничены: пищи и мест для размножения не всегда хватает всем, а хищники, болезни и погода создают дополнительные препятствия. Поэтому возникает конкуренция, и особи с разными наследственными вариантами могут иметь неодинаковые шансы выжить и оставить потомство. Если различия не наследуются, они не передаются следующим поколениям и не служат материалом для эволюционного отбора.

Отбор проявляется в том, что некоторые варианты признаков связаны с более успешным выживанием или размножением. Он не выбирает организмы сознательно и не изменяет их, чтобы приспособить к нужным условиям: особи уже рождаются с различиями, а среда влияет на их дальнейшую судьбу. Например, если окраска помогает лучше скрываться от хищников, такие особи могут чаще выживать и оставлять потомство. Преимущество всегда зависит от того, какие условия действуют в данный момент.

Эволюционное изменение заметно не по превращению одной особи, а по изменению популяции за поколения. Когда носители наследственного варианта в среднем оставляют больше потомков, этот вариант может встречаться среди потомков чаще. Так меняются частоты наследственных признаков и состав генофонда. Результат зависит не только от выживания: организм должен также успешно размножиться, чтобы передать признаки следующему поколению.

Такой процесс формирует адаптации — наследственные особенности, помогающие организмам существовать и размножаться в определённой среде. Если группы одной популяции живут в разных условиях или используют разные ресурсы, естественный отбор может способствовать расхождению их признаков. Со временем различия способны ослабить скрещивание между группами; если возникает репродуктивная изоляция, то есть устойчивое препятствие к обмену генами, может сформироваться новый вид. Это не обязательный и не мгновенный результат отбора, а длительный процесс.

По направлению изменения признака различают три основные формы отбора. Движущий отбор благоприятствует одному из крайних вариантов, поэтому среднее значение признака смещается. Стабилизирующий отбор сохраняет средние варианты и действует, когда привычные условия делают крайние отклонения менее успешными. Дизруптивный отбор, напротив, может поддерживать оба крайних варианта и уменьшать преимущество среднего; так популяция получает возможность разделиться на группы с различающимися признаками.

Формы естественного отбора

Сначала определите, какие условия среды действуют и какие варианты признака оставляют больше потомства. Затем сравните, сохраняется ли среднее значение, смещается ли оно или преимущество получают оба края. Один только факт изменения численности популяции не позволяет определить форму отбора.

Разбор задач

Задача 1. После промышленного загрязнения среды увеличилась доля тёмных берёзовых пядениц. Нужно объяснить, почему это произошло, не приписывая отбору намерений. Рассуждение строится от изменения условий к маскировке, а затем — к выживанию и размножению. Важно учитывать, что преимущество окраски зависит от фона, на котором находятся бабочки.

1. Сначала учитываем изменение среды: загрязнение затемнило поверхности, на которых отдыхают бабочки.
2. Сравниваем окраску вариантов: тёмные особи на таком фоне менее заметны, а светлые легче обнаружить хищникам.
3. Связываем заметность с выживанием: лучше замаскированные бабочки в среднем чаще избегают хищников и доживают до размножения.
4. Учитываем наследование: если окраска передаётся потомкам, выжившие тёмные особи чаще передают этот вариант следующему поколению.

Ответ: после загрязнения тёмная окраска стала лучше маскировать бабочек. Тёмные особи чаще выживали и размножались, поэтому доля соответствующего наследственного варианта в популяции увеличилась. Это пример движущего отбора: условия изменились, и преимущество получил один крайний вариант окраски.

Задача 2. В популяции сохраняются особи со средним размером тела, а крайние варианты встречаются реже. Требуется определить форму отбора по направлению изменения признака. Здесь решающее условие — преимущество не одного края, а среднего значения. Чтобы не спутать формы, проверяем, смещается ли признак в сторону какого-либо крайнего варианта.

1. Определяем, какие особи успешнее: преимущество имеют организмы со средним размером тела.
2. Сопоставляем варианты: оба крайних значения признака встречаются реже, то есть отбор не поддерживает ни один из краёв.
3. Сравниваем результат с формами отбора: при движущем отборе признак смещается к одному краю, а здесь сохраняется среднее значение.

Ответ: это стабилизирующий отбор. Он благоприятствует средним вариантам признака и ограничивает распространение крайних. Такой результат возможен, когда условия среды относительно устойчивы и уже сложившийся средний вариант обеспечивает достаточный успех.

Задача 3. Популяция разделилась на две группы с разными предпочтениями пищи. Нужно объяснить, как это способно привести к видообразованию. Само различие в питании ещё не означает, что возникли два вида; важно проследить, меняются ли наследственные признаки и сохраняется ли обмен генами между группами. Рассмотрим возможную последовательность событий.

1. В популяции есть наследственные различия, связанные, например, с добыванием разных типов пищи.
2. Если каждая группа успешнее использует свой ресурс, дизруптивный отбор может поддерживать разные крайние варианты признаков, а промежуточные — получать меньшее преимущество.
3. Различия между группами накапливаются, и особи могут всё реже скрещиваться друг с другом из-за разных мест обитания, поведения или сроков размножения.
4. Если обмен генами становится устойчиво затруднённым, возникает репродуктивная изоляция. При дальнейшем расхождении групп она может привести к формированию новых видов.

Ответ: разные предпочтения пищи создают условия для дизруптивного отбора, который поддерживает расхождение признаков. Это может ослабить скрещивание между группами и привести к репродуктивной изоляции, а затем — к видообразованию. Результат зависит от длительности процесса и сохранения различий, а не возникает автоматически.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что естественный отбор ставит цель и планирует изменения. Так думают, когда объясняют адаптацию словами «организмам понадобилось», будто потребность сама создаёт полезный признак. На деле отбор действует через уже существующие наследственные различия. Проверь себя: можешь ли ты указать, какой вариант признака был у части особей до того, как он стал более распространённым?

Ошибка: полагать, что отбор меняет отдельный организм в течение его жизни. Это впечатление возникает, если смешивать развитие особи с эволюцией популяции. Отдельная особь может измениться в ходе роста, но эволюционный результат отбора — изменение распространённости наследственных вариантов через поколения. Проверь себя: описываешь ли ты изменение одного организма или передачу признака потомкам в популяции?

Ошибка: приравнивать приспособленность к физической силе или абсолютному превосходству. Сильная особь не обязательно оставит больше потомства, если её признак не подходит к среде или мешает размножению. Приспособленность зависит от конкретных условий и репродуктивного успеха. Проверь себя: назвал ли ты среду и объяснил ли, как признак влияет на выживание и количество потомков?

Ошибка: называть любое изменение численности естественным отбором. Численность может меняться по многим причинам, включая случайные события, и это само по себе не доказывает преимущество наследственного признака. Ошибка возникает, когда вывод делают только по тому, что одних организмов стало больше. Проверь себя: есть ли наследственная изменчивость и подтверждено ли, что варианты различаются по успеху размножения?

Связь с другими темами

Чтобы понять естественный отбор, нужны знания о наследственной изменчивости, борьбе за существование, популяции и генофонде: они объясняют, откуда берутся различия и где закрепляется результат. Тема помогает разобраться в формировании адаптаций, видообразовании и синтетической теории эволюции, объединяющей знания о наследственности и изменении популяций. Механизмы отбора применяют и к современным примерам, например к устойчивости бактерий к антибиотикам: выжившие бактерии передают наследственные варианты следующим поколениям.

Что запомнить

• Естественный отбор — главная движущая сила эволюции.
• Материалом для отбора служит наследственная изменчивость.
• Ограниченность ресурсов вызывает борьбу за существование.
• Отбор сохраняет организмы, которые успешнее выживают и размножаются в данных условиях.
• Естественный отбор действует на фенотипы, а эволюционный результат закрепляется в генофонде популяции.
• Основные формы отбора — движущий, стабилизирующий и дизруптивный.
• Естественный отбор не имеет заранее заданной цели.