Искусственный отбор и его роль в увеличении биологического разнообразия

Определения и обозначения

Искусственный отбор — целенаправленный выбор человеком организмов с нужными признаками для размножения. В отличие от естественного отбора, здесь направление задают не условия среды, а цель человека. Например, для разведения могут оставлять животных с высокой продуктивностью. Это понятие объясняет, как человек влияет на то, какие наследственные признаки будут чаще встречаться в следующих поколениях.

Порода — созданная человеком группа домашних животных с наследственно закреплёнными признаками. Примерами пород служат молочные коровы и овцы с густой шерстью. Чтобы признаки сохранялись, для размножения выбирают животных, у которых они хорошо выражены и передаются потомству. Если прекратить такой отбор, свойства породы могут измениться.

Сорт — созданная человеком группа культурных растений с наследственно закреплёнными хозяйственно ценными признаками. Это может быть урожайность, размер плодов или устойчивость к заболеванию. Сорт — не одно растение, а группа растений, сходных по важным признакам и способных передавать их потомству. Поэтому отдельное растение с крупным плодом ещё не является новым сортом.

Штамм — группа микроорганизмов одного вида с наследуемыми особенностями, которую используют, например, в производстве. У разных штаммов могут различаться полезные для человека свойства. Отбирая микроорганизмы с нужной особенностью и размножая их, получают группу, у которой это свойство проявляется устойчиво. Так, для производства выбирают штаммы с подходящей активностью или способностью образовывать нужное вещество.

Как это устроено

Искусственный отбор возможен благодаря наследственной изменчивости — различиям между организмами, часть которых передаётся потомству. Если бы все особи были одинаковы и не передавали различий, человеку было бы не из чего выбирать. Изменчивость возникает независимо от желания селекционера, то есть специалиста, который занимается выведением организмов с нужными свойствами. Отбор использует существующие варианты, а не создаёт наследственный признак по заказу.

Человек выбирает организмы с желательными признаками и допускает их к размножению. У таких особей больше потомков, поэтому наследуемые особенности чаще встречаются в последующих поколениях. Если же признак не передаётся потомству, его выраженность у родителя сама по себе не гарантирует результата. По этой причине проверяют не только выбранный организм, но и его потомство.

При массовом отборе для размножения оставляют группу особей, которые отвечают заданным требованиям по заметным признакам. Такой способ удобен, когда нужно быстро выбрать много растений или животных, но происхождение каждой особи учитывают меньше. При индивидуальном отборе выбирают конкретных организмов и оценивают их наследственные качества, в том числе по потомству. Это помогает отличить наследуемое преимущество от случайного влияния условий выращивания или содержания.

Повторяя отбор и размножение несколько поколений, человек постепенно меняет состав группы. Потомки выбранных организмов чаще получают нужные особенности, а признаки исходной популяции могут встречаться реже. Так получают породы, сорта и штаммы, отличающиеся от исходных групп полезными человеку свойствами. Чем точнее проверяют наследование и чем последовательнее ведут отбор, тем надёжнее закрепляются выбранные признаки.

Искусственный отбор увеличивает разнообразие форм организмов, созданных и поддерживаемых человеком: появляются разные породы, сорта и штаммы. Однако это не означает, что растёт генетическое разнообразие внутри каждой отдельной группы. Если размножаются только несколько особей, часть наследственных вариантов может исчезнуть. Поэтому результат отбора оценивают не только по нужному признаку, но и по тому, насколько разнообразными остаются производители.

Искусственный и естественный отбор

Сравнивайте столбцы по одной строке: так видно, кто задаёт преимущество и какие организмы оставляют потомство. Если признак полезен человеку, но не помогает организму выживать в природе, он всё равно может закрепиться искусственным отбором. Естественный отбор не имеет цели и не выбирает признаки по человеческим запросам.

Разбор задач

Задача 1. В стаде встречаются коровы с разной молочной продуктивностью. Нужно повысить продуктивность стада с помощью отбора. Следует учитывать не только удой отдельной коровы, но и наследуемость признака. Поэтому важно проверить, сохраняется ли высокая продуктивность у её потомства.

1. Сравнить продуктивность коров, учитывая, что условия содержания и кормления могут влиять на удой.
2. Выбрать высокопродуктивных животных, если их преимущество не объясняется только временными условиями.
3. Оставить отобранных коров и подходящих производителей для размножения, а затем оценить продуктивность потомства.

Ответ. Для размножения оставляют коров с высокой продуктивностью и производителей, от которых ожидают передачи этого признака. Отбор продолжают, если хорошая продуктивность проявляется у потомства.

Задача 2. Селекционер хочет получить сорт растений с крупными плодами, устойчивый к заболеванию. Нужно совместить два признака, а не выбирать растения только по одному из них. Поскольку признак может зависеть от условий и наследоваться не всегда, результат проверяют в нескольких поколениях.

1. Найти растения, у которых выражены оба нужных признака: крупные плоды и устойчивость к заболеванию.
2. Размножить выбранные растения и проверить, проявляются ли оба признака у потомства.
3. Среди потомков вновь отобрать растения с нужным сочетанием свойств и повторить проверку в следующих поколениях.

Ответ. Сорт получают последовательным отбором и размножением растений, у которых оба признака наследуются. Если один признак не передаётся устойчиво, отбор продолжают и проверяют потомство снова.

Задача 3. В хозяйстве получена новая высокопродуктивная порода, но исходных производителей было мало. При дальнейшем разведении нужно сохранить продуктивность и не допустить чрезмерного сокращения наследственных вариантов. Для этого важно учитывать родство животных.

1. Уточнить происхождение производителей и не скрещивать близких родственников без необходимости.
2. По возможности использовать достаточное число животных, которые сохраняют ценные признаки, но не являются близкими родственниками.
3. Отслеживать продуктивность и другие признаки потомства, чтобы поддерживать и хозяйственную ценность, и разнообразие группы.

Ответ. Малое число исходных производителей может сузить генетическое разнообразие и повысить риск близкородственного скрещивания. Учёт родства и выбор разнообразных производителей помогают снизить этот риск.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что искусственный отбор создаёт наследственные изменения по желанию человека. Так думают, потому что результат отбора часто выглядит как целенаправленное изменение организма. На деле человек выбирает уже имеющиеся варианты изменчивости и способствует их распространению через размножение. Проверьте себя вопросом: был ли признак у исходных организмов или появился только потому, что его захотели получить?

Ошибка: путать искусственный отбор с естественным. В обоих случаях одни организмы оставляют больше потомков, поэтому механизмы легко смешать. Но при искусственном отборе направление задаёт человек, а при естественном преимущество определяется условиями среды. Проверьте себя, выяснив, кто именно определяет, какие особи будут размножаться.

Ошибка: считать, что любой признак выбранного организма обязательно передастся потомству. Внешнее проявление признака может зависеть от среды, а наследование нужно проверять. Поэтому одного удачного родителя недостаточно для вывода о стабильности признака. Проверьте себя, посмотрев, сохраняется ли особенность у потомства и в следующих поколениях.

Ошибка: полагать, что множество пород и сортов всегда означает высокое генетическое разнообразие внутри каждой группы. Разнообразие форм в целом и разнообразие наследственных вариантов в одной породе — не одно и то же. Строгий отбор малого числа производителей способен сократить различия внутри группы. Проверьте себя, учитывая не только число созданных форм, но и число и родство особей, которые участвуют в размножении.

Связь с другими темами

Чтобы понять искусственный отбор, нужно знать о наследственной изменчивости, а также различать генотип — набор наследственной информации организма — и фенотип, то есть проявляющиеся признаки. Отбор связан с естественным отбором и эволюцией: сравнение показывает, как меняются популяции при разных причинах размножения особей. Эти знания пригодятся при изучении селекции и выведения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Они также помогают объяснить, почему нужный результат требует проверки наследования и продуманного разведения.

Что запомнить

• Искусственный отбор направляется человеком.
• Основа отбора — наследственная изменчивость организмов.
• Для закрепления признака выбранные организмы должны оставлять потомство.
• Повторный отбор приводит к созданию пород, сортов и штаммов.
• Искусственный отбор создаёт разнообразие форм, полезных человеку.
• Отбор может одновременно закреплять нужные признаки и сокращать разнообразие внутри отдельной группы.