§ 2. Эволюционная теория Ч. Дарвина

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — различия между особями, которые могут передаваться потомству. Она возникает благодаря изменениям наследственного материала и его сочетаний. Благодаря таким различиям особи неодинаково приспособлены к условиям жизни. Наследственная изменчивость служит материалом, на который может действовать естественный отбор.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на выживание и размножение. Это не только прямые столкновения: к ней относятся конкуренция за пищу, воду и место, а также воздействие засухи или холода. Понятие помогает объяснить, почему при ограниченных ресурсах не все особи оставляют потомство.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными признаками, повышающими приспособленность. Среда не выбирает организмы сознательно: у носителей подходящих признаков в данных условиях чаще оказывается потомство. Отбор важен тем, что постепенно меняет частоту наследственных признаков в популяции.

Искусственный отбор — выбор человеком особей с нужными признаками для получения потомства. Так выводят породы животных и сорта растений, закрепляя свойства, полезные человеку. В отличие от него, при естественном отборе преимущество определяется не намерением человека, а тем, какие признаки помогают организмам размножаться в конкретной среде.

Как это устроено

Наблюдая организмы в разных регионах, Дарвин сравнивал их строение, образ жизни и особенности, а также учитывал сходство близких форм. Отдельные виды были приспособлены к местным условиям, но при этом обнаруживали общие черты с организмами других областей. Это сходство трудно объяснить независимым появлением совершенно одинаковых форм. Дарвин пришёл к выводу, что виды изменяются, а современные организмы могут происходить от общих предков.

Особи одного вида не абсолютно одинаковы: они различаются по размеру, окраске, срокам развития и другим признакам. Часть таких различий наследуется, поэтому может сохраняться в потомстве. При этом ресурсов — пищи, воды, убежищ и мест для размножения — недостаточно для всех родившихся организмов. Высокая плодовитость приводит к тому, что потомков обычно появляется больше, чем может выжить; поэтому между особями возникают различия в успехе выживания и размножения.

Внутривидовая борьба возникает между особями одного вида, которым нужны сходные ресурсы, например пища или территория. Межвидовая борьба связана с взаимодействиями разных видов: они могут конкурировать, быть хищником и жертвой или паразитом и хозяином. Борьба с неблагоприятными условиями среды проявляется при засухе, морозах, недостатке света и других воздействиях. Эти отношения и факторы не обязательно приводят к прямому контакту, но могут снижать шансы выжить и оставить потомство.

Естественный отбор действует не потому, что организму чего-то не хватает или он стремится измениться. В популяции уже существуют наследственные различия, и в определённых условиях особи с одними вариантами признака чаще выживают или размножаются. Они оставляют больше потомков, которым передают соответствующий признак. Поэтому доля таких наследственных вариантов в популяции возрастает от поколения к поколению.

Если отбор действует на наследственные различия много поколений, признаки, полезные в данной среде, могут становиться обычными. Так формируется приспособленность — соответствие особенностей организмов условиям их жизни; она не означает совершенства и зависит от среды. Популяции могут постепенно настолько разойтись по признакам, что между ними возникнут устойчивые различия. При длительном накоплении изменений это может способствовать образованию новых видов.

Формы борьбы за существование

Сопоставляйте строки по двум вопросам: какие участники или факторы создают трудности и как это может повлиять на выживание либо размножение. Примеры показывают типичные ситуации, а значение для отбора зависит от конкретных условий. Одна и та же форма борьбы может по-разному влиять на разные наследственные варианты признака.

Разбор задач

Задача 1. У растений одного вида различаются сроки прорастания семян. Определите, какие различия могут стать материалом для естественного отбора. Нужно выяснить не только, влияет ли срок на выживание, но и передаётся ли различие потомству. Сам факт, что семена проросли в разное время, ещё не показывает причину различия.

1. Сначала разделите возможные причины. Срок прорастания может различаться из-за наследственных особенностей семени или из-за условий, например неодинаковой влажности и температуры.
2. Затем проверьте наследуемость. Если различие обусловлено наследственными вариантами и передаётся потомству, оно может сохраняться в поколениях.
3. Оцените влияние на размножение. Если раннее или позднее прорастание помогает растению выжить и дать больше семян в данной среде, носители соответствующего признака могут чаще передавать его потомству.

Ответ: материалом для естественного отбора могут стать наследственные различия в сроках прорастания, влияющие на успех размножения. Изменения, вызванные только неодинаковыми условиями и не наследуемые потомством, сами по себе не будут устойчиво накапливаться.

Задача 2. В засушливой местности растения с более глубокими корнями чаще дают семена. Объясните, как здесь проявляются борьба за существование и естественный отбор. Важно связать недостаток воды с различиями между растениями, а затем — с неодинаковым количеством потомства. Не следует считать, что корни углубились у каждого растения именно потому, что ему понадобилась вода.

1. Засуха создаёт неблагоприятные условия среды: воды мало, и растениям приходится конкурировать за доступную влагу. Это проявление борьбы за существование, даже если растения не сталкиваются непосредственно.
2. У растений есть различия, в том числе в глубине корней. Если эта особенность наследуется, её можно рассматривать как вариант наследственной изменчивости.
3. Растения с более глубокими корнями чаще получают воду и дают семена. Если потомству передаётся соответствующий признак, такие растения в среднем оставляют больше потомков.

Ответ: недостаток воды создаёт давление среды, а неодинаковый успех размножения приводит к естественному отбору. За поколения наследственный вариант, связанный с более глубокими корнями, может стать в популяции распространённее.

Задача 3. В популяции насекомых есть наследственные различия в устойчивости к холоду. После серии холодных зим устойчивые особи оставили больше потомства. Объясните изменение популяции и укажите, почему отдельное насекомое не изменилось целенаправленно. Необходимо проследить судьбу признака в поколениях, а не описывать превращение одной особи.

1. Холодные зимы выступают фактором среды и создают борьбу за существование: не все насекомые одинаково хорошо переживают холод.
2. До действия отбора в популяции уже были наследственные различия в устойчивости. Более устойчивые особи чаще выживали и оставляли потомство.
3. Потомки наследовали варианты признака от родителей. Поэтому после нескольких поколений доля устойчивых к холоду насекомых могла увеличиться.

Ответ: изменилась популяция: в ней стало больше носителей наследственной устойчивости к холоду. Отдельное насекомое не приобрело эту особенность целенаправленно, потому что отбор сохраняет и распространяет уже существующие наследственные различия через неодинаковое размножение.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что организмы изменяются именно потому, что им это необходимо. Такое объяснение путает потребность организма с причиной наследственного изменения: необходимость сама по себе не создаёт нужный признак. Ошибку допускают, представляя эволюцию как целенаправленное движение к заранее заданному результату. Проверьте себя: различались ли особи до действия отбора и передавалась ли полезная особенность потомству?

Ошибка: путать естественный отбор с сознательным выбором. При искусственном отборе производителей выбирает человек, а при естественном различия в успехе размножения связаны с условиями среды. Путаница возникает потому, что в обоих случаях одни признаки становятся распространённее. Чтобы проверить себя, спросите, кто или что определяет преимущество: намеренный выбор человека или условия жизни.

Ошибка: называть борьбой за существование только прямое столкновение организмов. Это сужает понятие: конкуренция за ресурсы и воздействие неблагоприятных факторов тоже влияют на выживание и размножение. Прямой конфликт заметен, поэтому его легко ошибочно принять за единственную форму борьбы. Проверьте пример: меняется ли из-за него возможность организма выжить или оставить потомство, даже если контакта с соперником нет?

Ошибка: утверждать, что естественный отбор обязательно сохраняет самый сильный организм. Сила сама по себе не гарантирует преимущества: значение имеет успех размножения в конкретной среде. Эту ошибку допускают, подменяя приспособленность представлением о единственном «лучшем» организме. Проверка проста: уточните условия и выясните, какие особи оставляют больше жизнеспособного потомства именно в них.

Связь с другими темами

Для понимания теории Дарвина нужны знания о размножении клеток, наследственности и изменчивости организмов. Размножение позволяет передавать признаки потомству, а изменчивость объясняет, почему особи одного вида не одинаковы. Без этого нельзя проследить, как отбор меняет состав популяции.

Понятия естественного отбора и приспособленности понадобятся при изучении механизмов эволюции, популяций и видообразования. Связь между ними помогает объяснить, почему изменения накапливаются не у отдельного организма, а в популяциях на протяжении поколений. Так теория Дарвина становится основой для понимания происхождения разнообразия видов.

Что запомнить

• Для естественного отбора необходима наследственная изменчивость.
• Ресурсы среды ограничены, поэтому не все организмы оставляют одинаковое число потомков.
• Естественный отбор связан с различиями в выживании и размножении особей.
• Отбор действует не по заранее заданному направлению, а в конкретных условиях среды.
• Приспособленность относительна: признак полезен лишь в определённых условиях.
• Эволюционные изменения накапливаются в популяциях на протяжении поколений.