§ 58. Естественный отбор — направляющий фактор эволюции

Определения и обозначения

Естественный отбор — различия в выживании и размножении особей, из-за которых меняется состав популяции. Популяция — группа организмов одного вида, живущих на общей территории и размножающихся между собой. Это понятие помогает связать судьбу отдельных особей с изменениями, которые накапливаются в группе от поколения к поколению.

Движущий отбор — отбор, при котором при изменении условий среды преимущество получают особи с отклонением признака в определённую сторону. Например, в новой среде более выгодными могут стать более длинные корни или более светлая окраска. Термин нужен, чтобы описать направленное смещение признака в популяции, а не любое различие между организмами.

Приспособленность — соответствие признаков организма условиям среды, повышающее его шансы оставить потомство. Один и тот же признак может быть полезен в одних условиях и бесполезен или даже вреден в других. Поэтому приспособленность оценивают не вообще, а по успеху размножения в конкретной среде.

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомкам. Именно такие различия способны накапливаться в поколениях под действием отбора. Если отличие возникло только в течение жизни и не наследуется, оно само по себе не изменит состав популяции.

Как это устроено

В популяции особи не совершенно одинаковы: они могут отличаться окраской, размером, поведением и другими признаками. Часть различий наследуется и возникает благодаря наследственной изменчивости. Это необходимо для отбора, потому что без наследуемых вариантов у потомков не было бы разных признаков, на которые могли бы влиять условия среды.

В природе организмы сталкиваются с ограниченностью пищи и мест обитания, хищниками, болезнями и другими факторами борьбы за существование. Поэтому особи с признаками, полезными именно в данных условиях, в среднем имеют больше шансов выжить и размножиться. Речь идёт о вероятности: отдельная особь с выгодным признаком тоже может погибнуть, а другая — выжить случайно.

Если полезный признак наследуется, его носители в среднем оставляют больше потомков с этим признаком. В следующем поколении таких наследников становится относительно больше, чем потомков особей, реже размножавшихся. Так частота признака постепенно возрастает в популяции; отбор не «передаёт» признак сам, а меняет вклад разных особей в потомство.

При изменении условий прежнее преимущество может исчезнуть. Например, если меняется фон среды, окраска, хорошо маскировавшая организм раньше, может стать заметной для хищников. Тогда чаще размножаются носители другого варианта, подходящего новым условиям, и направление отбора меняется.

Движущий отбор изменяет соотношение наследственных вариантов в популяции на протяжении поколений. Он не заставляет отдельную особь менять признак потому, что этого требует среда: организм в течение жизни не превращается целенаправленно в более подходящий вариант. Изменения накапливаются среди потомков благодаря неодинаковому размножению носителей разных наследственных признаков.

Как действует естественный отбор

Таблица показывает последовательность, связывающую различия между особями с изменениями популяции. Читайте её сверху вниз: каждый следующий этап зависит от предыдущего. Если различия не наследуются или не влияют на размножение, цепочка не приводит к росту частоты признака.

Разбор задач

Окраска насекомых

В популяции есть светлые и тёмные насекомые, а фон светлый; птицы чаще замечают тёмных. Нужно определить, какие особи чаще оставят потомство, и объяснить связь с условиями среды.

1. Сопоставим окраску с фоном: светлые насекомые на нём менее заметны, а тёмные чаще обнаруживаются птицами. Значит, вероятность быть съеденными у светлых особей ниже.
2. Меньшая вероятность гибели может дать светлым особям больше возможностей дожить до размножения. Если различие окраски наследуется, выжившие особи чаще передадут этот вариант потомкам.

Ответ: чаще потомство будут оставлять светлые насекомые, потому что на светлом фоне они менее заметны птицам. Вывод относится к описанным условиям, а не означает, что светлая окраска всегда выгоднее.

Глубокие корни растений

После изменения среды преимущество получили растения с более глубокими корнями. Требуется проследить, как этот признак может распространиться в популяции, не приписывая отдельным растениям целенаправленное изменение.

1. Сначала выясним, наследуется ли глубина корней. Если наследуемые различия уже есть, растения с более глубокими корнями лучше используют условия новой среды.
2. Такие растения в среднем чаще выживают и оставляют семена. Среди их потомков чаще встречается наследуемый вариант глубоких корней.
3. Когда подобное повторяется несколько поколений, доля носителей этого варианта может увеличиваться. Это изменение частоты признака в популяции, а не превращение каждого растения в течение жизни.

Ответ: если глубокие корни наследуются и помогают размножаться в изменившейся среде, их частота может возрастать от поколения к поколению. Рост доли признака зависит от его наследуемости и влияния на успех размножения.

Устойчивость бактерий к антибиотику

До применения антибиотика в популяции уже были редкие устойчивые варианты. Нужно объяснить увеличение их доли после лечения и отличить отбор от целенаправленного приобретения признака каждой бактерией.

1. Препарат подавляет чувствительные бактерии сильнее, чем устойчивые. Поэтому у устойчивых вариантов повышается шанс выжить и размножиться.
2. Уцелевшие бактерии передают наследуемую устойчивость потомкам. Если они размножаются, число устойчивых бактерий и их доля в популяции могут возрасти.
3. Сравним исходное состояние с результатом: устойчивые варианты существовали до применения препарата, а антибиотик изменил их относительный успех. Это пример отбора, а не намеренного изменения каждой бактерии.

Ответ: после применения антибиотика доля устойчивых бактерий может увеличиться, потому что чувствительные бактерии подавляются сильнее. Препарат не создаёт устойчивость целенаправленно у каждой бактерии, а отбирает уже существовавшие наследственные варианты.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что отбор изменяет отдельную особь. Так думают, потому что замечают, как организм отвечает на условия среды в течение жизни, и смешивают это с эволюцией популяции. Проверь себя: спроси, изменился ли наследственный состав потомков; отбор меняет его между поколениями.

Ошибка — полагать, что полезный признак появляется, потому что он понадобился организму. Такое объяснение приписывает природе цель и смешивает возникновение изменчивости с действием отбора. Проверь себя: сначала назови наследственные варианты, существующие в популяции, и только потом — те, которым условия дали преимущество.

Ошибка — считать выживание достаточным доказательством приспособленности. Организм может выжить, но не размножиться, поэтому его наследственные признаки не обязательно попадут в следующее поколение. Проверь себя: учитывай не только дожитие до подходящего возраста, но и число успешно оставленных потомков.

Ошибка — называть движущим любой естественный отбор. Это происходит, когда термин используют для любого случая, где одни особи успешнее других. Проверь себя: есть ли изменение условий и преимущество отклонения признака в определённую сторону; если этих признаков нет, оснований называть отбор движущим недостаточно.

Связь с другими темами

Чтобы понять естественный отбор, нужны знания о наследственной изменчивости: без передаваемых потомкам различий нечему накапливаться в популяции. Борьба за существование объясняет, почему особи сталкиваются с неодинаковыми условиями и имеют разные шансы выжить. Размножение связывает этот успех с передачей признаков следующему поколению.

Естественный отбор помогает объяснить появление и распространение адаптаций — признаков, повышающих приспособленность в определённой среде. Он также показывает, почему состав популяции может меняться со временем. На этом принципе основано понимание распространения устойчивости организмов к лекарственным препаратам, в том числе устойчивости бактерий к антибиотикам.

Что запомнить

• Естественный отбор действует на наследственные различия между особями.
• Вклад особи в следующие поколения зависит от её выживания и успешности размножения.
• Приспособленность признака определяется условиями среды.
• Движущий отбор связан с изменением условий и преимуществом признака в определённом направлении.
• Отбор меняет популяцию на протяжении поколений, а не целенаправленно изменяет отдельную особь.
• Полезные наследственные признаки могут становиться более распространёнными.