§19. Общие закономерности (правила) эволюции

Определения и обозначения

Дивергенция — расхождение признаков у родственных организмов при приспособлении к разным условиям среды. Наследственные различия накапливаются в группах, которые осваивают разные способы жизни. Понятие помогает объяснить разнообразие организмов с общими предками.

Конвергенция — независимое возникновение сходных признаков у неродственных организмов в сходных условиях. Внешнее сходство в этом случае не указывает на общий недавний источник признака. Это понятие позволяет не путать приспособительное сходство с родством.

Параллелизм — независимое развитие сходных признаков у родственных групп, обладающих общими предпосылками для таких изменений. Их сходная наследственная основа и план строения могут направлять изменения похожим образом. Термин нужен, чтобы отделять такой случай от конвергенции у неродственных организмов.

Необратимость эволюции — невозможность полного возвращения вида к состоянию предков, даже если условия среды вновь стали похожими. За время эволюции меняются наследственная основа и связанные с ней особенности организма. Правило объясняет, почему сходные условия не воссоздают прежний вид целиком.

Как это устроено

В родственной группе наследственные изменения возникают не одинаково у всех особей. Если части популяции оказываются в разных условиях, естественный отбор поддерживает в каждой из них разные полезные признаки. Со временем различия накапливаются, и это расхождение называют дивергенцией. Органы, унаследованные от общего предка и сохраняющие общий план строения, называют гомологичными, даже если они выполняют разные функции.

Сходные условия могут создавать похожие задачи для организмов: например, быстро и с малым сопротивлением перемещаться в воде. Естественный отбор независимо сохраняет изменения, которые помогают решить такую задачу, даже если группы не имеют близкого общего происхождения. Так возникает конвергенция, а сходными становятся отдельные черты, но не вся история развития организмов. Чтобы отличить её от общего происхождения признака, нужно учитывать родство и происхождение групп, а не только внешнее сходство.

У родственных групп могут независимо формироваться сходные признаки, потому что их развитие опирается на общую наследственную основу и сходные особенности строения. Эти исходные предпосылки делают некоторые изменения более вероятными или доступными для обеих групп. Если сходные изменения происходят именно у родственных организмов, это параллелизм. Значит, сходство объясняется не только одинаковой средой, но и общим набором возможностей развития.

Эволюционное изменение затрагивает наследственную основу популяции, а вместе с ней могут меняться многие признаки и связи между ними. Если условия снова становятся похожими на прежние, отбор действует на уже изменившуюся группу, а не на исходный вид. Поэтому отдельные черты предкового типа могут появиться снова, но это не означает полного возвращения вида к предку. Для точного восстановления потребовалось бы повторить и прежнее сочетание наследственных особенностей, и весь ход развития.

Биологический прогресс оценивают по трём показателям: увеличению численности группы, расширению её ареала и росту разнообразия входящих в неё видов. Достигнуть прогресса можно разными путями. Ароморфоз — крупное изменение, повышающее общий уровень организации; идиоадаптация — частное приспособление к условиям без общего повышения сложности; общая дегенерация — упрощение строения, которое может быть выгодно, например, паразитам. Поэтому прогресс группы нельзя сводить к усложнению каждого организма.

Основные закономерности эволюции

Сначала определите, родственны ли сравниваемые группы, затем выясните, одинаковы или различны условия, в которых возникли признаки. Это помогает различить дивергенцию, конвергенцию и параллелизм. Для биологического прогресса проверяйте численность, ареал и разнообразие группы.

Разбор задач

Условие: у родственных видов млекопитающих конечности имеют общий план строения, но приспособлены к бегу, плаванию или полёту. Нужно определить закономерность и объяснить происхождение различий. Не следует считать, что разная функция отменяет сходство строения или общее происхождение органов.

1. Определяем родство видов: в условии прямо сказано, что виды родственные.
2. Сравниваем функции конечностей и видим, что они выполняют разные задачи в разных условиях.
3. Соотносим общий план строения с общим происхождением, а различия — с независимым приспособлением.

Ответ: это дивергенция. Конечности являются гомологичными органами: общий план унаследован от предка, а различия сформировались при приспособлении к разным способам передвижения.

Условие: сравните обтекаемую форму тела акулы и дельфина и решите, говорит ли это сходство о близком родстве. Важно разделить похожую функцию формы и происхождение самих организмов. Акула относится к рыбам, дельфин — к млекопитающим.

1. Устанавливаем, что группы не являются близкородственными.
2. Находим общее условие: оба организма приспособлены к перемещению в воде.
3. Объясняем сходство одинаковым направлением отбора, а не наследованием формы от близкого общего предка.

Ответ: обтекаемая форма — результат конвергенции. Она помогает передвигаться в сходной среде, но не доказывает близкое родство акулы и дельфина.

Условие: у двух родственных групп растений независимо возникли сходные признаки приспособления к засушливой среде. Нужно назвать закономерность и объяснить, почему это не конвергенция. Ключевое слово в условии — родственные: оно задаёт, что нужно проверить прежде, чем оценивать сходство признаков.

1. Уточняем, что группы родственны, а значит, у них могут быть общие особенности строения и развития.
2. Отмечаем, что сходные признаки возникли независимо, а не были просто унаследованы в готовом виде.
3. Сопоставляем определение: конвергенция характерна для неродственных групп, а параллелизм — для родственных.

Ответ: это параллелизм. Общие предпосылки развития могли направить обе группы к сходным изменениям, а родство отличает этот случай от конвергенции.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать любое сходство доказательством близкого родства. Её допускают, потому что внешнее сходство легко заметить, а происхождение признака не видно напрямую. Проверьте себя: сравните родство групп и условия жизни; сходство неродственных организмов может быть конвергентным.

• Ошибка — смешивать конвергенцию и параллелизм. В обоих случаях сходные признаки возникают независимо, поэтому можно упустить главное различие — степень родства групп. Проверьте, какие организмы сравниваются: неродственные указывают на конвергенцию, родственные — на параллелизм.

• Ошибка — считать, что эволюция всегда усложняет организм. Такое представление возникает, если воспринимать слово «прогресс» как обязательное увеличение сложности строения. Проверьте себя по показателям группы: численности, ареалу и разнообразию; прогресс может сопровождаться общей дегенерацией.

• Ошибка — понимать необратимость как невозможность повторного появления отдельного признака. Так происходит, когда правило применяют к одному признаку, хотя оно описывает судьбу вида в целом. Проверьте формулировку: отдельная черта может возникнуть повторно, но полный возврат вида к состоянию предка невозможен.

Связь с другими темами

Чтобы объяснять закономерности эволюции, нужно знать, как наследственная изменчивость создаёт различия, а естественный отбор сохраняет полезные изменения. Представления о приспособленности и видообразовании помогают понять расхождение родственных групп. Эти правила связывают микроэволюционные изменения с макроэволюцией — историческим развитием крупных групп организмов и органического мира. Биологический прогресс соотносится с направлениями эволюции: ароморфозом, идиоадаптацией и общей дегенерацией.

Что запомнить

• Дивергенция — расхождение признаков родственных групп.
• Конвергенция — независимое возникновение сходных признаков у неродственных групп.
• Параллелизм проявляется у родственных групп и опирается на общие предпосылки развития.
• Сходство признаков само по себе не доказывает близкого родства.
• Эволюция необратима: вид не возвращается полностью к состоянию предка.
• Биологический прогресс выражается в росте численности, ареала или разнообразия группы.