§ 8. Естественный отбор: предпосылки и механизм действия

Определения и обозначения

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными особенностями, повышающими их приспособленность к условиям среды. Иначе говоря, носители некоторых вариантов признаков чаще оставляют потомство. Это понятие объясняет, как популяции постепенно меняются без целенаправленного создания признаков.

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству и служат материалом для естественного отбора. Внешне заметное отличие само по себе ещё не означает, что оно наследуется. Это определение помогает отделить эволюционно значимые особенности от случайных или приобретённых в течение жизни.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Она включает конкуренцию за пищу и место, а также воздействие хищников, болезней и климата. Термин нужен, чтобы описать, почему не все потомки доживают до размножения.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы оставить потомство. Это не просто способность выжить: важно также размножиться и передать наследственные особенности потомкам. Понятие позволяет оценивать значение признака только применительно к определённым условиям.

Как это устроено

Для отбора необходима наследственная изменчивость, потому что потомки должны различаться по признакам, а часть этих различий — передаваться следующим поколениям. Если особенность возникла только у одной особи и не наследуется, она не сможет стать более распространённой благодаря размножению. Поэтому даже полезное отличие без наследуемости не меняет популяцию надолго. Отбор не производит варианты признаков, а действует на те, которые уже возникают в популяции.

Многие организмы дают больше потомков, чем способны выжить и размножиться при имеющемся количестве пищи, воды, убежищ и места. Ресурсы ограничены, поэтому между организмами возникает конкуренция, а на них также влияют хищники, болезни и погода. Не каждый потомок доживает до возраста размножения, и выжившие тоже могут оставить разное число потомков. Совокупность таких отношений и составляет борьбу за существование.

Наследственные варианты могут по-разному влиять на успех организма: например, один помогает лучше добывать пищу, а другой делает особь заметнее для хищника. В конкретных условиях носители первого варианта могут чаще выживать и оставлять потомство. Если отличие наследуется, среди потомков таких особей оно будет встречаться чаще. Так особенность становится преимуществом или недостатком не сама по себе, а через её влияние на выживание и размножение.

В естественном отборе преимущество проявляется у отдельных организмов: одни выживают и размножаются успешнее других. Но отдельная особь не превращается в новое поколение популяции и не передаёт приобретённые изменения по желанию. Эволюционный результат возникает, когда наследственные признаки более успешных организмов чаще встречаются у потомков. Поэтому изменение состава популяции можно проследить, сравнивая поколения.

Значение признака зависит от условий среды, потому что именно среда определяет, какие особенности помогают оставить потомство. Например, защитная окраска может скрывать организм на одном фоне, но делать его заметным на другом. Если условия меняются, прежнее преимущество может исчезнуть или стать недостатком. Следовательно, приспособленность относительна: нельзя объявить признак полезным для всех организмов и во всех обстоятельствах.

Предпосылки естественного отбора и их роль

Пользуйтесь таблицей как цепочкой причин: наследственные различия существуют, потомков много, ресурсов не хватает, поэтому успех организмов неодинаков. Чтобы объяснить действие отбора, недостаточно назвать только конкуренцию. Нужно также показать, что различие наследуется и связано с тем, сколько потомков оставляют его носители.

Разбор задач

Задача 1. В популяции насекомых есть наследственные различия в окраске. На тёмной поверхности птицы чаще замечают светлых особей. Нужно определить предпосылку отбора и сравнить вероятность оставить потомство. Решение строится на связи окраски с заметностью для хищника.

1. В популяции присутствует наследственная изменчивость: насекомые различаются по окраске, и это отличие передаётся потомству.
2. На тёмном фоне светлые особи заметнее, поэтому птицы чаще их поедают. Тёмные насекомые в этих условиях имеют больше шансов выжить.
3. Если выжившие размножаются и передают окраску потомкам, тёмный вариант может чаще встречаться в следующих поколениях.

Ответ. Предпосылка отбора — наследственная изменчивость окраски; различия в выживании связаны с заметностью для птиц. Вероятнее оставят потомство менее заметные на тёмной поверхности особи. Вывод относится именно к такой среде и не означает, что тёмная окраска всегда выгодна.

Задача 2. Растения одного вида образуют много семян, но на ограниченном участке прорастает лишь часть. Нужно объяснить роль этого явления и назвать сведения, без которых нельзя заключить, что популяция эволюционно меняется. Само по себе прорастание не доказывает действие отбора.

1. Многочисленное образование семян означает избыточное размножение: потомков потенциально больше, чем позволяет вырастить участок.
2. Поскольку места, воды и питательных веществ ограниченное количество, семена и проростки конкурируют. Поэтому часть из них не прорастает или погибает.
3. Для вывода об изменении популяции нужно узнать, различаются ли семена по наследственным признакам и связаны ли эти признаки с прорастанием, выживанием и размножением растений.

Ответ. Избыточное размножение вместе с ограниченностью ресурсов создаёт борьбу за существование и неодинаковый успех потомков. Необходимо установить, наследуются ли различия между семенами или растениями. Также нужно показать, что носители определённых вариантов оставляют больше потомства, иначе изменение популяции не объяснено отбором.

Задача 3. После нескольких поколений в популяции участились особи с наследственным признаком, помогающим переносить засуху. Требуется объяснить изменение частоты признака и показать, почему оно не возникло из-за потребности организмов. Здесь важно различить изменение особи и изменение состава популяции.

1. Сначала в популяции существовали наследственные различия по способности переносить засуху. Среда не создала признак по запросу организмов.
2. При засухе носители полезного варианта могли чаще выживать и размножаться, оставляя больше потомков. Наследуемый признак поэтому чаще передавался следующему поколению.
3. Повторение этой разницы в нескольких поколениях увеличило долю носителей признака в популяции. Изменилось соотношение вариантов, а не отдельные организмы по потребности.

Ответ. Частота признака выросла из-за неодинакового размножения его носителей и наследования этого признака. Отбор проявился в выживании и размножении отдельных организмов, а итогом стало изменение состава популяции. Потребность в переносимости засухи не заставляет особь целенаправленно приобрести такую наследственную особенность.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что естественный отбор целенаправленно создаёт нужные признаки. Так думают, потому что результат отбора часто выглядит как точное соответствие организма среде. Проверьте себя: сначала должен существовать наследственный вариант, а отбор лишь меняет его распространённость.

Ошибка — говорить, что отбор изменяет отдельную особь. Её допускают, смешивая выживание организма с эволюционным изменением. Проверьте, о чём идёт речь: организм может оставить больше потомков, но изменение частоты признаков происходит в популяции из поколения в поколение.

Ошибка — считать любое различие между организмами материалом отбора. Внешне заметный признак кажется достаточным, хотя он может не передаваться потомству. Проверьте, можно ли обнаружить эту особенность у потомков; без наследуемости она не объясняет устойчивое изменение популяции.

Ошибка — объявлять признак полезным всегда и везде. Такое утверждение возникает, если забыть о влиянии условий среды на выживание и размножение. Проверьте, где и когда рассматривается признак: при изменении среды его значение может стать нейтральным или неблагоприятным.

Связь с другими темами

Для понимания отбора нужны понятия наследственности и изменчивости: первое объясняет передачу признаков, второе — различия между организмами. Понятие популяции помогает увидеть, где накапливаются эволюционные изменения, а знание размножения — как особенности переходят потомкам. Без этой основы трудно отличить приспособление популяции от изменения отдельного организма.

Естественный отбор связан с эволюционным учением, потому что объясняет, как возникают и распространяются приспособления организмов. Он не создаёт признаки по заранее заданной цели, а действует на наследственные варианты в конкретной среде. Эта связь помогает понять происхождение соответствия организмов условиям жизни.

Дальше понятие отбора пригодится при изучении факторов эволюции и изменения генофонда популяций. Генофонд — совокупность наследственных вариантов, представленных в популяции. Если носители некоторых вариантов размножаются успешнее, соотношение вариантов в последующих поколениях меняется.

Что запомнить

• Естественный отбор опирается на наследственную изменчивость.
• Избыточное размножение при ограниченности ресурсов ведёт к борьбе за существование.
• Организмы различаются по способности выживать и оставлять потомство.
• Отбор сохраняет и распространяет наследственные особенности, полезные в данных условиях.
• Отдельные организмы подвергаются отбору, а изменения накапливаются в популяции.
• Приспособленность относительна и зависит от среды.