§ 43–44. Факторы эволюции

Определения и обозначения

Мутационный процесс — возникновение наследственных изменений, создающих новые варианты признаков. Такие изменения могут появиться в гене или хромосоме и передаться потомкам. Этот фактор нужен как источник нового материала для эволюции.

Популяционные волны — колебания численности популяции, из-за которых меняются частоты встречаемости наследственных вариантов. Причиной может быть, например, изменение количества пищи или случайная гибель части особей. Они важны потому, что способны случайно изменить генетический состав популяции.

Изоляция — ограничение или прекращение скрещивания между группами особей, затрудняющее обмен генами. Преградой может быть расстояние, различие сроков размножения или местообитаний. Изоляция позволяет разделённым группам постепенно накапливать отличия.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными признаками, повышающими их приспособленность. Приспособленность означает относительный успех в выживании и оставлении потомства в определённой среде. Отбор распространяет полезные варианты, но не создаёт их по заранее заданной цели.

Как это устроено

Наследственная изменчивость возникает из-за мутаций и новых сочетаний генов при половом размножении. Мутация меняет генетический материал, а при образовании половых клеток и оплодотворении гены родителей комбинируются разными способами. Поэтому потомки отличаются друг от друга и получают материал, на котором могут действовать другие факторы эволюции.

Мутации возникают случайно по отношению к потребностям организма, потому что клеточные процессы не «знают», какой признак потребуется в будущем. Одна и та же мутация может никак не повлиять на жизнь особи, ухудшить её состояние или дать преимущество. Результат определяется средой: признак, полезный при одном климате или образе жизни, в других условиях может стать бесполезным либо вредным.

При популяционных волнах численность группы резко увеличивается или уменьшается. Если погибает случайная часть особей, среди выживших может оказаться необычно много носителей одного варианта и мало носителей другого. После восстановления численности новое соотношение сохранится, хотя оно возникло не из-за большей полезности признаков.

Изоляция уменьшает обмен генами между популяциями, поэтому различия, возникшие в одной группе, реже распространяются в другой. В каждой изолированной группе независимо действуют мутации, сочетания генов, случайные изменения численности и отбор. Со временем это может усилить различия и затруднить скрещивание ещё сильнее.

Естественный отбор действует на наследственные различия, потому что именно они могут передаваться потомству. Особь с полезным в данных условиях признаком в среднем чаще выживает или оставляет больше потомков. В результате доля соответствующего варианта в популяции постепенно увеличивается, а менее подходящие варианты могут стать редкими.

Факторы эволюции и их действие

Сначала определите, создаёт ли фактор новые варианты, случайно меняет их частоты, разделяет группы или отбирает уже существующие различия. Затем свяжите действие фактора с изменением генофонда, то есть совокупности генов популяции.

Таблица помогает не смешивать причины эволюции. Например, мутация может создать признак, а естественный отбор позже увеличить его распространённость, если признак окажется полезным.

Разбор задач

Задача 1

У особей популяции возник наследственный вариант окраски, которого прежде не наблюдали. Нужно определить фактор, создавший этот вариант, и выяснить, будет ли он обязательно полезным. В условии сказано, что вариант новый и наследственный, но не сказано, что он повышает выживаемость.

1. Новый наследственный вариант связываем с мутационным процессом.
2. Проверяем, есть ли в условии сведения о пользе окраски в данной среде.
3. Разделяем появление признака и его последующую оценку естественным отбором.

Ответ: вариант создал мутационный процесс. Он не обязан быть полезным: мутация может оказаться вредной, нейтральной или полезной в зависимости от условий среды.

Задача 2

Численность небольшой популяции резко сократилась из-за случайного события, а затем восстановилась. Нужно объяснить, почему частоты наследственных вариантов после восстановления могут отличаться от исходных. Ключ к решению — случайный состав выжившей группы и небольшой размер популяции.

1. Предполагаем, что событие не выбирало особей по определённому наследственному признаку.
2. Отмечаем, что среди случайно выживших могло оказаться больше носителей одного варианта.
3. После размножения потомки унаследуют изменившееся соотношение вариантов.

Ответ: сокращение и последующее восстановление численности — популяционная волна. Она случайно изменила состав небольшой популяции, поэтому прежняя частота вариантов могла не восстановиться.

Задача 3

Две группы одного вида разделены преградой, а условия по разные стороны различаются. Нужно проследить, как изоляция и естественный отбор могут привести к расхождению групп. Важно учитывать, что эти факторы не заменяют, а дополняют друг друга.

1. Преграда уменьшает скрещивание и обмен генами между группами.
2. В каждой группе сохраняются свои мутации и сочетания генов.
3. Разные условия среды поддерживают разные полезные признаки посредством естественного отбора.

Ответ: изоляция не даёт различиям свободно смешиваться, а отбор увеличивает долю вариантов, подходящих каждой группе. Поэтому группы могут всё сильнее расходиться по признакам и со временем приблизиться к образованию новых видов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что мутации возникают потому, что организму нужны новые признаки. Так думают, представляя эволюцию как сознательное приспособление. Проверьте себя: мутация появляется случайно, а её полезность определяется средой и отбором.

Ошибка: отождествлять наследственную и ненаследственную изменчивость. Изменение, не передающееся потомству, обычно не сохраняется в генофонде и не служит материалом эволюции. Спросите себя, может ли признак перейти к следующему поколению.

Ошибка: полагать, что популяционные волны всегда повышают приспособленность. Колебания численности меняют частоты вариантов случайно, а не по принципу «лучшие выжили». Если полезный вариант исчез случайно, приспособленность может даже снизиться.

Ошибка: считать, что естественный отбор создаёт нужные мутации. Отбор не производит наследственные изменения, а выбирает среди уже имеющихся. Сначала найдите источник варианта, затем определите, как среда повлияла на его распространение.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о популяции, наследственности, изменчивости и размножении организмов. Популяция является уровнем, на котором особенно заметны изменения частот наследственных вариантов. Без понимания передачи признаков нельзя объяснить действие отбора.

Факторы эволюции помогают объяснить происхождение адаптаций и изменение генофонда популяций. Их совместное действие также связывает тему с расхождением популяций и образованием новых видов. Поэтому эволюцию нельзя свести только к мутациям или только к отбору.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюции.
• Мутации и рекомбинации создают разные наследственные варианты.
• Популяционные волны могут случайно менять частоты вариантов.
• Изоляция ограничивает обмен генами между группами.
• Естественный отбор сохраняет и распространяет признаки, полезные в конкретных условиях.
• Факторы эволюции действуют совместно.