§52. Развитие эволюционного учения Ч. Дарвина

Определения и обозначения

Искусственный отбор — направленное сохранение и размножение человеком организмов с нужными ему наследственными признаками. Селекционер выбирает родителей с желательными особенностями и получает от них потомство. Так признаки могут накапливаться в поколениях, что помогает создавать породы животных и сорта растений.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, возникающих из-за ограниченности ресурсов и высокой способности к размножению. Потомков обычно рождается больше, чем может выжить при имеющихся запасах пищи, воды и мест обитания. Поэтому успех зависит от конкуренции, устойчивости к условиям и взаимодействий организмов.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими их приспособленность к условиям среды. Он не выбирает организм сознательно: различия в выживании и числе потомков складываются из-за особенностей среды. Понятие помогает объяснить, почему полезные в данных условиях наследственные варианты становятся распространённее.

Эволюционное учение Чарльза Дарвина — объяснение исторического развития видов через наследственную изменчивость, борьбу за существование и естественный отбор. Изменчивость даёт различия, а отбор влияет на то, какие из них чаще передаются следующим поколениям. Эта связь объясняет постепенное изменение популяций и происхождение приспособлений.

Как это устроено

Во время кругосветного путешествия Дарвин наблюдал организмы в разных местах и сравнивал их особенности. Различия между близкими формами, в том числе обитателями островов и материка, было трудно согласовать с представлением о полной неизменности видов. Наблюдения позволили предположить, что виды связаны историей и меняются при смене поколений. Чтобы объяснить такие изменения, требовалось найти механизм, который действует постепенно.

Опыт селекционеров показал Дарвину, что человек способен менять признаки домашних животных и культурных растений, выбирая родителей для размножения. У потомков признаки родителей проявляются не совершенно одинаково, но часть особенностей наследуется. Если человек снова и снова оставляет для размножения особей с желаемым признаком, тот может усиливаться или становиться обычнее в потомстве. Это подсказало, что наследственные различия могут накапливаться поколение за поколением, хотя в природе выбор происходит без участия человека.

Высокая плодовитость означает, что организмов появляется больше, чем среда способна обеспечить ресурсами. Если бы все потомки выживали и размножались, их численность быстро превысила бы возможности среды. Поэтому возникает борьба за существование: одни особи конкурируют за пищу и место, другие сильнее зависят от холода, засухи, хищников или болезней. Она не обязательно выглядит как схватка — иногда достаточно того, что одному организму не хватает ресурса.

Условия среды неодинаковы, а особи одной популяции различаются по наследственным признакам. В конкретных условиях один вариант может помочь добыть пищу, избежать хищника или пережить неблагоприятный период, тогда как другой не даёт такого преимущества. Полезность признака зависит от среды: особенность, выгодная в одном месте, необязательно будет выгодна в другом. Поэтому выживание и число потомков у разных наследственных вариантов оказываются неодинаковыми.

Организмы с полезными в данной среде наследственными особенностями чаще доживают до размножения или оставляют больше потомков. Их признаки могут передаваться следующему поколению и постепенно становиться в популяции более распространёнными — так действует естественный отбор. Популяция становится лучше приспособленной к условиям, но это не означает, что каждый организм намеренно меняется ради выживания. Если изменения накапливаются очень долго и группы организмов расходятся, со временем могут возникнуть новые виды.

Искусственный и естественный отбор

Сначала сравни, кто определяет, какие организмы оставят потомство: человек или условия среды. Затем посмотри, какие признаки получают преимущество и как отбор использует наследственную изменчивость. Оба вида отбора меняют соотношение признаков в поколениях, но критерий выбора у них разный.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему при скрещивании растений с крупными плодами селекционер может за несколько поколений получить сорт с устойчиво крупными плодами.

1. У растений есть наследственные различия: плоды у одних крупнее, у других мельче. Селекционер выбирает для скрещивания растения, у которых крупные плоды, и получает семена.
2. В следующем поколении он снова выбирает растения с крупными плодами. Если признак передаётся потомкам, такой выбор повышает долю его носителей.
3. Повторение отбора на протяжении поколений помогает закрепить признак в сорте. При этом важно, что крупный размер должен быть наследственным, а не возникнуть только из-за особых условий выращивания.

Ответ. Селекционер раз за разом оставляет для размножения растения с наследственно крупными плодами. Благодаря передаче признака и повторному искусственному отбору он становится устойчивым в сорте.

Задача 2. В популяции насекомых есть наследственные различия в окраске. На фоне почвы птицы чаще замечают светлых особей. Объясните, как может измениться соотношение окрасок в популяции.

1. Исходно в популяции есть светлые и более тёмные насекомые, а различия окраски наследуются. Птицы чаще поедают светлых особей, потому что их легче заметить на фоне почвы.
2. В среднем больше тёмных особей выживает и оставляет потомство. Их наследственный вариант окраски чаще передаётся следующему поколению.
3. Если условия сохраняются, доля тёмных насекомых может увеличиваться, а доля светлых — уменьшаться. Это вероятное изменение соотношения, а не гарантия исчезновения всех светлых особей.

Ответ. При прочих равных тёмные насекомые будут чаще выживать и размножаться, поэтому их окраска может стать распространённее в популяции.

Задача 3. У вида много потомков, но ресурсов среды хватает не всем. Опишите последовательность причин, по которой за длительное время в популяции могут распространиться признаки, повышающие выживаемость, и возникнуть приспособленность.

1. Потомков появляется больше, чем среда может обеспечить ресурсами, поэтому выжить удаётся не всем. Между организмами возникают конкуренция и зависимость от условий среды.
2. Особи отличаются наследственными признаками, и некоторые варианты помогают выживать в этих условиях лучше других. Их носители в среднем оставляют больше потомства.
3. Полезные варианты чаще передаются следующим поколениям и могут накапливаться. В результате их доля в популяции возрастает, а популяция приобретает приспособленность к данным условиям.

Ответ. Избыточное размножение и нехватка ресурсов приводят к борьбе за существование, а различия в успехе организмов — к естественному отбору. Отбор меняет распространённость наследственных признаков в поколениях и способствует приспособленности популяции.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что организмы изменяются, потому что им необходимо приспособиться. Так думают, представляя отбор как сознательный выбор или ответ на потребность. В действительности отбор действует на наследственные различия, уже имеющиеся в популяции, а не создаёт нужный признак по требованию. Проверь себя вопросом: была ли наследственная особенность у части организмов до того, как она дала преимущество?

Ошибка: сводить борьбу за существование к прямым столкновениям. Такой вывод возникает, если понимать слово «борьба» только в бытовом смысле. Но нехватка пищи, конкуренция за место и зависимость от температуры тоже влияют на выживание и размножение. Для проверки спроси, какие ресурсы ограничены и как условия среды воздействуют на организмы.

Ошибка: смешивать естественный отбор с искусственным. В обоих случаях признаки могут меняться в поколениях, поэтому легко упустить, кто определяет преимущество. При искусственном отборе выбор делает человек, а при естественном результат зависит от условий среды. Проверь, кто именно влияет на то, какие организмы оставят потомство.

Ошибка: утверждать, что отдельный организм эволюционирует за время жизни. Рост и развитие особи можно ошибочно принять за эволюцию. Однако эволюция связана с изменением распространённости наследственных признаков в популяциях на протяжении поколений. Чтобы проверить себя, уточни, рассматривается изменение одной особи или передача признаков потомкам.

Связь с другими темами

Для понимания эволюции нужно знать, что организмы размножаются, наследуют признаки и различаются между собой, а ресурсы среды ограничены. Эти знания помогают проследить, почему одни наследственные варианты оказываются успешнее других. Учение Дарвина связывает такое преимущество с возникновением приспособлений и разнообразия видов. Оно служит основой для изучения видообразования и современных представлений об эволюции.

Что запомнить

• Дарвин использовал наблюдения за природой и опыт селекционеров для объяснения изменения видов.
• Искусственный отбор показывает, что наследственные признаки могут накапливаться в поколениях.
• Число потомков часто превышает возможности среды обеспечить их ресурсами.
• Борьба за существование приводит к неодинаковому выживанию и размножению организмов.
• Естественный отбор действует на наследственную изменчивость.
• Приспособленность формируется и изменяется в популяциях в ходе поколений.