§ 55. Эволюция органического мира. Повторение

Определения и обозначения

Эволюция — историческое развитие живой природы, приводящее к изменению организмов и возникновению новых видов. Это не изменение отдельного организма за жизнь, а процесс, который разворачивается в популяциях на протяжении поколений. Понятие помогает связать разнообразие видов с их общим прошлым и постепенными изменениями.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими их приспособленность. Отбор не выбирает особей сознательно, а проявляется в том, что одни оставляют больше потомков, чем другие. Это понятие объясняет, почему одни наследственные варианты становятся в популяции более распространёнными.

Адаптация — наследственный признак или комплекс признаков, повышающий приспособленность организма к условиям среды. Признак полезен не сам по себе, а в определённой обстановке: например, маскировочная окраска может помогать избегать хищников. Понятие позволяет объяснить соответствие организмов среде, не считая его заранее заданной целью эволюции.

Видообразование — возникновение новых видов в ходе эволюции, обычно связанное с обособлением и накоплением различий между популяциями. Пока группы обмениваются наследственным материалом, различия могут сглаживаться; при длительной изоляции этого происходит меньше. Термин нужен, чтобы описывать появление новых видов, а не только изменения внутри одного вида.

Как это устроено

Особи одной популяции не полностью одинаковы: наследственная изменчивость создаёт разные варианты признаков. Часть таких различий передаётся потомкам, поэтому они могут повлиять на следующие поколения. В условиях ограниченных ресурсов не все особи оставляют одинаковое количество потомства. Если один наследственный вариант помогает выжить или размножиться, его носители в среднем передадут его чаще, и различия между особями станут материалом для отбора.

Естественный отбор действует через разную успешность выживания и размножения, а не через намеренное изменение организма. Поэтому популяция постепенно меняется: доля некоторых наследственных вариантов увеличивается, других — уменьшается. Направление изменений зависит от условий, в которых проходит отбор, и от того, какие варианты уже присутствуют. Приспособленность относительна: признак, полезный при одних условиях, может стать бесполезным или вредным при других.

Если часть популяции оказывается отделена, обмен особями и наследственным материалом с другими группами может уменьшиться. Причиной бывают географический барьер, например горы, или освоение разных экологических условий. В изолированных группах отбор и случайные изменения действуют независимо, поэтому наследственные различия постепенно накапливаются. Если в итоге группы становятся достаточно различными и перестают свободно скрещиваться, может возникнуть новый вид.

Изменения на уровне популяций и видов за длительное время складываются в крупные преобразования органического мира. Новые виды могут занимать разные условия и приобретать разные признаки, поэтому разнообразие живых организмов возрастает. При этом эволюция не обязательно означает движение к усложнению или к заранее заданной цели. Она описывает исторические изменения, которые происходят в конкретных условиях и на протяжении многих поколений.

О прошлом организмов судят не по одному признаку, а по совокупности данных. Ископаемые остатки показывают, какие организмы жили в разные периоды и как менялись их формы. Сходство строения, зародышевого развития и молекулярных признаков позволяет оценивать родство организмов. Эти источники независимы друг от друга, поэтому совпадение выводов разных методов делает представление об эволюционной истории более надёжным.

Основные свидетельства эволюции и что они показывают

Пользуйтесь таблицей, чтобы различать, какие именно данные относятся к каждой группе свидетельств. Один пример позволяет выдвинуть вывод о родстве или изменениях во времени, но убедительнее сопоставить его с данными других методов. Чем больше независимых свидетельств согласуются между собой, тем надёжнее обоснование.

Разбор задач

Задача 1. У особей популяции насекомых различается наследственная устойчивость к инсектициду. Нужно объяснить, как после обработки изменится состав популяции. Важно учитывать, что устойчивость наследуется, а обработка становится условием отбора.

1. Сначала выясняем, что до обработки в популяции есть особи с разной устойчивостью. Это наследственное различие, а не результат того, что насекомые приспособились по желанию.
2. После обработки менее устойчивые особи чаще погибают или оставляют меньше потомства. Устойчивые насекомые получают относительное преимущество и чаще передают свой вариант потомкам.
3. В последующих поколениях доля устойчивых особей может возрасти. Отбор меняет частоты наследственных вариантов в популяции, но не превращает каждую особь в устойчивую за одну жизнь.

Ответ. После обработки популяция в среднем станет более устойчивой, если устойчивость наследуется и устойчивые особи оставят потомство. Это изменение состава популяции происходит за поколения. При повторной обработке или изменении условий результат может быть иным.

Задача 2. Популяции одного вида разделены горным хребтом и долго не обмениваются особями. Объясним, почему со временем они могут стать разными видами. Сам факт наличия гор не означает, что видообразование обязательно произойдёт.

1. Сначала барьер ограничивает скрещивание между популяциями. Поэтому наследственные варианты меньше смешиваются и группы могут изменяться независимо.
2. В каждой группе действуют свои условия среды, а наследственная изменчивость даёт материал для отбора. Полезные в разных условиях варианты могут различаться, и различия накапливаются от поколения к поколению.
3. Если группы становятся настолько различными, что утрачивают возможность свободно скрещиваться или давать плодовитое потомство, можно говорить о возникновении новых видов. Для вывода нужно оценить не только расстояние между популяциями, но и степень их биологического различия.

Ответ. Длительная изоляция может привести к накоплению наследственных различий и затем к видообразованию. Однако изоляция лишь создаёт условия для этого процесса, а не гарантирует его. Если барьер исчезнет достаточно рано, обмен генами может сохраниться или возобновиться.

Задача 3. В ископаемых слоях найдены последовательные формы организмов, строение которых сопоставили с современными видами. Нужно определить, какие выводы это позволяет сделать и чем их дополнить. Палеонтологические данные дают сведения о прошлом, но сами по себе не всегда раскрывают все связи между организмами.

1. Проверяем, действительно ли остатки происходят из слоёв разного возраста и образуют последовательность. Это помогает установить, какие формы существовали раньше, а какие позже, и выявить изменения во времени.
2. Сопоставляем строение ископаемых форм с современными организмами. Общие особенности могут указывать на сходство и возможное родство, но не доказывают его автоматически: похожие признаки иногда возникают при сходных условиях жизни.
3. Для проверки вывода используем независимые свидетельства. Сходство плана строения, зародышевого развития или молекулярных признаков современных родственных групп может дополнить картину, а сопоставление разных данных помогает оценить её надёжность.

Ответ. Последовательные ископаемые формы свидетельствуют, что состав и особенности организмов менялись во времени. Их сходство с современными видами позволяет предполагать историческую связь, но вывод следует проверять сравнительно-анатомическими, эмбриологическими и молекулярными данными. Совпадение независимых свидетельств делает объяснение родства убедительнее.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельная особь эволюционирует в течение жизни. Так думают, потому что заметные изменения отдельного организма легко спутать с изменениями вида. Но эволюция — изменение наследственных признаков популяций на протяжении поколений. Проверьте себя: если изменение не передаётся потомкам, оно само по себе не может изменить наследственный состав популяции.

Ошибка: объяснять естественный отбор потребностью организма. Кажется логичным, что организм «приобретает» нужный признак, когда он необходим. Однако отбор действует на уже существующие наследственные различия, а не создаёт вариант по запросу среды. Спросите себя, был ли этот вариант изменчивости до действия отбора и может ли он передаваться потомкам.

Ошибка: считать любую особенность адаптацией. Не всякий заметный признак повышает приспособленность, и его значение зависит от условий. Ошибку допускают, когда объясняют форму или окраску только её предполагаемой пользой. Проверьте, наследуется ли признак и даёт ли он преимущество в конкретной среде.

Ошибка: принимать приспособленность за абсолютное превосходство. Признак может помогать в одних условиях и мешать в других, поэтому нельзя назвать его полезным всегда и для всех организмов. Такое заблуждение возникает, если не учитывать изменение среды. Чтобы проверить себя, укажите условия, в которых преимущество проявляется, и подумайте, изменится ли результат при их смене.

Связь с другими темами

Перед повторением эволюции полезно вспомнить наследственность и изменчивость: они объясняют, откуда берутся различия, на которые действует отбор. Понятия популяции и вида помогают определить, на каком уровне происходит эволюция и что именно меняется; борьба за существование связана с разной успешностью размножения. Систематика и классификация используют сведения о сходстве и родстве организмов, а экология популяций помогает понять влияние условий среды. Эти знания пригодятся при изучении происхождения человека, биоразнообразия и сохранения редких видов.

Что запомнить

• Эволюция — историческое изменение живой природы.
• Материал для отбора создаёт наследственная изменчивость.
• Естественный отбор действует на особей, а эволюционно изменяются популяции.
• Приспособленность относительна и зависит от среды.
• Обособление популяций может привести к видообразованию.
• Родство организмов подтверждают разные группы независимых свидетельств.