Естественный отбор и его формы

Определения и обозначения

Естественный отбор — направленное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими их приспособленность к условиям среды. Иначе говоря, одни наследственные варианты чаще передаются потомству, чем другие. Это понятие помогает объяснить, почему состав популяций меняется не случайно, а под влиянием различий в успехе особей.

Движущий отбор — форма отбора, при которой преимущество получают особи с отклонением признака в одну сторону от среднего значения. Если полезен, например, более тёмный цвет, носители такого варианта могут оставлять больше потомков. Понятие нужно, чтобы описывать сдвиг признака в популяции вслед за изменением условий.

Стабилизирующий отбор — форма отбора, сохраняющая среднее значение признака и устраняющая крайние отклонения. При ней особи со средним вариантом обычно успешнее тех, у кого значение слишком мало или велико. Это понятие показывает, как относительно постоянная среда может поддерживать уже подходящий вариант.

Дизруптивный отбор — форма отбора, при которой преимущество получают особи с крайними вариантами признака, а средний вариант оказывается менее выгодным. Крайние варианты могут быть полезны в разных условиях или при использовании разных ресурсов. Понятие помогает объяснить усиление различий внутри популяции.

Как это устроено

Наследственная изменчивость создаёт различия между особями популяции: их признаки не полностью одинаковы, а часть различий передаётся потомкам. Такие варианты возникают благодаря мутациям и сочетанию наследственного материала при размножении. Пока варианты существуют, среда может по-разному влиять на их носителей. Если бы наследственных различий не было, отбору было бы нечего менять.

Условия среды определяют, какие различия сказываются на выживании и размножении. Например, окраска может помогать скрываться от хищников, а строение конечностей — добывать пищу, но полезность признака зависит от ситуации. При этом отбор оценивают не по тому, кто просто прожил дольше, а по тому, кто в среднем оставил больше потомков. Поэтому одинаковый признак может быть выгодным в одной среде и невыгодным в другой.

При движущем отборе условия меняются или уже таковы, что выгоден один крайний вариант признака. Его носители чаще размножаются и передают этот вариант потомству, поэтому в последующих поколениях он встречается чаще. По мере изменения соотношения вариантов меняется и среднее значение признака в популяции. Это не означает, что отдельные особи намеренно меняют признак: сдвиг возникает из-за неодинакового размножения.

При стабилизирующем отборе условия долго остаются относительно постоянными, и среднее значение признака уже хорошо подходит для жизни. Особям с крайними отклонениями может быть труднее выжить или оставить потомство, поэтому они представлены среди потомков реже. В результате средний вариант сохраняется, а разброс признака уменьшается. Такая форма не обязательно сдвигает среднее значение: обычно она ограничивает отклонения от него.

При дизруптивном отборе среда неоднородна, поэтому разные крайние варианты могут давать преимущество в разных её частях или при использовании разных ресурсов. Особям со средним значением может не хватать специализации, чтобы успешно использовать любой из этих вариантов. Если носители крайних признаков оставляют больше потомков, различия внутри популяции усиливаются. Однако сам по себе этот процесс ещё не означает, что возникли новые виды.

Формы естественного отбора

Сначала выясните, какие именно варианты признака чаще выживают и размножаются, а затем сравните их со средним вариантом. Если выигрывает один край — это движущий отбор, если средний — стабилизирующий, если оба края — дизруптивный. По строкам о среднем значении и разбросе можно проверить, верно ли определена форма.

Разбор задач

Задача 1. У насекомых в популяции есть наследственные варианты окраски. После потемнения коры чаще выживают тёмные особи. Определите форму отбора и объясните, почему.

1. Сначала находим изменение среды: кора стала темнее, чем раньше. Это важно, потому что условия могут изменить пользу уже существующих вариантов окраски.
2. Затем определяем, какие особи получают преимущество: чаще выживают тёмные насекомые. Значит, преимущество досталось одному крайнему варианту признака, а не среднему или обоим краям.
3. Проверяем направление изменения: если тёмные особи чаще размножаются, их наследственный вариант может чаще встречаться у потомков. Следовательно, среднее значение окраски в популяции будет смещаться в сторону более тёмной окраски.

Ответ: это движущий отбор, потому что изменение условий среды дало преимущество одному крайнему варианту окраски.

Задача 2. У новорождённых животных слишком малая и слишком большая масса связана с меньшей выживаемостью, а средняя масса чаще встречается среди выживших. Назовите форму отбора и предскажите изменение разброса признака.

1. Сравниваем три группы: малую, среднюю и большую массу. По условию крайние варианты связаны с меньшей выживаемостью, а средний чаще встречается среди выживших.
2. Определяем форму отбора: преимущество получает среднее значение признака, крайние варианты устраняются чаще. Это соответствует стабилизирующему отбору.
3. Предсказываем последствие для разброса: если носители крайних вариантов реже выживают и оставляют потомство, среди потомков их будет меньше. Поэтому значения массы будут в среднем сильнее сгруппированы около среднего.

Ответ: стабилизирующий отбор; разброс массы в популяции будет уменьшаться, поскольку крайние варианты становятся менее представленными.

Задача 3. В неоднородной среде у птиц с очень маленькими и очень крупными клювами больше доступной пищи, чем у птиц со средними клювами. Определите форму отбора и предположите, как она повлияет на распределение признака в популяции.

1. Отмечаем, что среда неоднородна и разные крайние варианты связаны с большим доступом к пище. Значит, преимущество получают не особи с одним краем, а носители обоих крайних вариантов.
2. Сравниваем их со средним вариантом: птицам со средними клювами пищи доступно меньше. Это показывает, что промежуточное значение признака менее выгодно.
3. Делаем прогноз: при неодинаковом размножении носителей крайних вариантов их доля может увеличиваться. Распределение признака может стать более широким, а средний вариант — встречаться реже.

Ответ: это дизруптивный отбор. Он может усилить различия по размеру клюва и снизить представленность птиц со средними клювами.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отбор целенаправленно изменяет организм. Так думают, потому что полезный результат выглядит как ответ на потребность среды. Но отбор действует на уже существующие наследственные варианты, а не создаёт признак потому, что он понадобился. Проверьте себя: можете ли вы назвать варианты, которые были в популяции до изменения условий?

Ошибка: путать приспособление особи с эволюционным изменением популяции. Отдельная особь может быть хорошо приспособлена, но это ещё не показывает изменение состава всей популяции. Изменение возникает, когда носители разных наследственных вариантов оставляют неодинаковое число потомков. Проверка: сравните частоты вариантов в поколениях, а не только судьбу одного организма.

Ошибка: считать, что при стабилизирующем отборе средний вариант обязательно становится выгоднее прежнего. Такое представление возникает из-за слова «сохраняющий», которое можно принять за «улучшающий». Обычно средний вариант уже подходит к условиям, а отбор уменьшает число крайних отклонений. Проверьте себя: условия изменились так, что среднее стало другим, или сохраняется прежнее подходящее значение?

Ошибка: называть движущим любой отбор, при котором выживают не все особи. Выживание не всех особей само по себе не указывает на конкретную форму отбора. Форму определяют по тому, какие значения признака дают преимущество: один край, середина или оба края. Для проверки распределите варианты по этим трём группам и установите, какая из них успешнее.

Связь с другими темами

Чтобы понять отбор, нужно знать о наследственной изменчивости, мутациях и сочетаниях признаков: они создают варианты, между которыми может возникнуть различие в успешности размножения. Понятие популяции помогает увидеть, что отбор меняет соотношение наследственных вариантов не у одной особи, а в группе организмов. Генофонд — совокупность наследственных вариантов популяции — меняется, когда их носители оставляют неодинаковое число потомков. Эти знания пригодятся при изучении эволюции, адаптаций и видообразования.

Что запомнить

• Естественный отбор зависит от наследственных различий между особями.
• Условия среды влияют на то, какие варианты признака дают преимущество.
• Движущий отбор смещает среднее значение признака в одну сторону.
• Стабилизирующий отбор сохраняет средний вариант и уменьшает роль крайних.
• Дизруптивный отбор благоприятствует крайним вариантам признака.
• Отбор меняет популяцию через неодинаковое выживание и размножение особей.