§6. Развитие эволюционной теории Ч. Дарвина

Определения и обозначения

Эволюция — историческое изменение организмов и их групп в поколениях. Дарвин объяснял происхождение разнообразия тем, что популяции постепенно меняются, а их потомки могут отличаться от предков. Разные виды имеют общее происхождение, но их признаки складывались в разных условиях. Это понятие помогает рассматривать разнообразие живого не как неизменный набор форм, а как результат длительного процесса.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными особенностями, повышающими их приспособленность. Приспособленность означает способность оставлять потомство именно в данных условиях среды. Отбор не выбирает особей сознательно: различие в числе потомков возникает из-за того, как признаки влияют на жизнь организмов. Понятие объясняет, почему одни наследственные варианты становятся распространённее других.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов друг с другом и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Это не обязательно драка: борьбой будет и конкуренция за пищу, и воздействие засухи, и отношения с паразитами. Она важна для понимания того, почему далеко не все появившиеся организмы оставляют потомство. Через такие различия проявляется естественный отбор.

Искусственный отбор — сохранение человеком организмов с нужными ему признаками и их размножение. Селекционер выбирает, например, растения с крупными плодами или животных с высокой продуктивностью. В отличие от естественного отбора, направление здесь задают цели человека, а не успешность организмов в природной среде. Сравнение этих процессов показывает, как наследственные различия могут менять популяции под действием разных факторов.

Как это устроено

Во время кругосветного путешествия Дарвин наблюдал организмы в разных местах и сравнивал близкие формы. Он видел, что виды не всегда одинаковы даже в пределах одной группы, а особенности организмов связаны с условиями их обитания. Такие наблюдения заставили его искать объяснение и сходству, и различиям: сходство указывало на родство, а различия — на изменения. Изучение ископаемых и домашних пород также помогало понять, что живой мир не оставался неизменным.

Многие организмы производят больше потомков, чем может выжить до размножения. Но пища, место и другие ресурсы ограничены, поэтому за них приходится конкурировать, а на особей воздействуют хищники, паразиты и климат. Это не означает, что каждая особь непременно вступает в прямую схватку: достаточно того, что условия мешают всем потомкам выжить. Поэтому число потомков, которые сами смогут размножаться, различается.

Различия между организмами возникают благодаря изменчивости, а наследственность позволяет части этих различий передаваться следующим поколениям. Для эволюционного объяснения важно разделять наследуемые особенности и изменения, вызванные только условиями жизни конкретной особи. Если у двух организмов есть различие, но оно не передаётся потомству, оно не будет устойчиво накапливаться в популяции. Наследственные варианты создают материал, на который может действовать отбор.

Когда признак помогает выжить или оставить больше потомков в конкретной среде, его носители в среднем передают свои наследственные особенности чаще. Это и есть действие естественного отбора на существующие различия, а не целенаправленное создание нужного признака. Одно и то же свойство может быть полезным в одной обстановке и бесполезным или вредным в другой. Поэтому нельзя определить преимущество признака, не зная условий жизни организмов.

Если отбор действует на наследственные различия много поколений, доли вариантов в популяции постепенно меняются. Накопление изменений может приводить к приспособлениям, повышающим успешность организмов в определённой среде. При длительном расхождении популяций могут возникнуть различия, из-за которых они перестанут относиться к одному виду. Эволюция, таким образом, происходит не потому, что отдельная особь меняется по желанию, а через изменения популяций и смену поколений.

Искусственный и естественный отбор: условия и результаты

Сначала определите, кто задаёт направление отбора: человек или условия среды. Затем выясните, какие признаки получают преимущество и за счёт чего их носители оставляют больше потомков. Строки таблицы помогают не путать механизм отбора с его результатом.

Разбор задач

Задача 1. У селекционера есть группа кур с наследственными различиями в яйценоскости. Нужно определить, как провести искусственный отбор, чтобы получить более продуктивное потомство. В условии сказано, что различие наследственное, значит оно может передаваться потомству. Одного улучшения кормления недостаточно, чтобы изменить наследственные особенности группы.

1. Сравнить яйценоскость кур, учитывая, что она должна быть связана с наследственными различиями, а не только с временными условиями содержания.
2. Выбрать особей с наиболее желательным наследственным уровнем признака и использовать их для размножения.
3. Оценить потомство и в следующих поколениях снова оставлять для размножения птиц с нужным признаком.

Ответ. Нужно отбирать кур с наследственно более высокой яйценоскостью и размножать их, повторяя выбор в последующих поколениях. Улучшенные кормление и содержание могут повысить продуктивность самих птиц, но это само по себе не является искусственным отбором. Отбор меняет состав наследственных вариантов в группе.

Задача 2. В популяции насекомых часть особей имеет наследственную окраску, менее заметную для хищников. Требуется объяснить, почему доля таких насекомых может возрасти со временем. Следует проследить не судьбу одной особи, а различия между группами носителей окраски. Условие важно: признак наследуется и влияет на вероятность быть замеченным хищником.

1. Менее заметные насекомые в среднем реже становятся добычей хищников.
2. Если они чаще доживают до размножения, то оставляют больше потомков, которым может передаваться такая окраска.
3. После смены поколений доля наследственно менее заметных особей может увеличиться, если условия остаются сходными.

Ответ. Естественный отбор может повысить частоту менее заметной окраски, поскольку её носители чаще выживают и передают признак потомкам. Это не означает, что каждый организм меняет окраску по желанию. Изменяется соотношение наследственных вариантов в популяции.

Задача 3. До применения антибиотика в популяции бактерий были наследственно устойчивые и неустойчивые особи. Нужно объяснить изменение состава популяции после применения препарата и показать, почему отдельные бактерии не приобрели устойчивость по потребности. Важно учитывать, что устойчивые варианты существовали ещё до воздействия антибиотика. Препарат изменил условия выживания бактерий.

1. Антибиотик подавляет или уничтожает чувствительные бактерии, поэтому их число уменьшается.
2. Устойчивые особи чаще выживают и могут размножаться, передавая потомкам наследственную устойчивость.
3. В результате доля устойчивых бактерий среди оставшихся и их потомков возрастает; это изменение состава популяции, а не целенаправленный ответ каждой клетки.

Ответ. Антибиотик отбирает уже существовавшие устойчивые варианты, и их доля может увеличиться. Нельзя заключать, что бактерии приобрели устойчивость потому, что «понадобилось»: отбор действует на наследственные различия, а не создаёт их по запросу организма.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что естественный отбор создаёт нужные организму признаки. Такое представление возникает, если смешать появление наследственного варианта с распространением этого варианта в популяции. Отбор сохраняет варианты, которые уже присутствуют и дают преимущество в данных условиях. Проверка: спросите себя, существовало ли различие до того, как оно стало выгодным.

Ошибка — сводить борьбу за существование только к прямой схватке. Слово «борьба» подталкивает представлять столкновение особей, хотя понятие охватывает и конкуренцию, и влияние среды. Учитывайте также хищников, паразитов, нехватку пищи и неблагоприятные условия. Проверка: влияет ли рассматриваемое отношение на выживание или размножение? Если да, оно относится к борьбе за существование.

Ошибка — утверждать, что при отборе всегда выживают самые сильные. Сила может быть полезной, но преимущество зависит от конкретной среды и может определяться окраской, устойчивостью или особенностями размножения. Проверяйте вывод по тому, какие особи в данных условиях оставляют больше потомков. Слово «сильнейший» не заменяет анализа признака и среды.

Ошибка — смешивать естественный и искусственный отбор. В обоих случаях наследственные различия могут менять состав популяции, поэтому процессы легко спутать по результату. Но при искусственном отборе выбор делает человек, а при естественном успешность размножения зависит от условий среды. Проверка: кто или что определяет, какие организмы оставят больше потомков?

Связь с другими темами

Для понимания дарвиновского объяснения нужно знать, что наследственность передаёт признаки потомству, а изменчивость создаёт различия между особями. Эти понятия помогают отделить источник вариантов от процесса, который меняет их распространённость. Далее естественный отбор изучают в связи с синтетической теорией эволюции, популяционной генетикой и видообразованием. Сравнение двух видов отбора также связывает эволюцию с селекцией и происхождением пород домашних животных и сортов растений.

Что запомнить

• Дарвиновское объяснение эволюции опирается на наследственную изменчивость, борьбу за существование и естественный отбор.
• Организмы производят больше потомков, чем может выжить и размножиться.
• Естественный отбор действует на наследственные различия между организмами.
• Преимущество признака зависит от условий среды.
• Приспособления формируются в популяциях постепенно, через смену поколений.
• Искусственный отбор направляется человеком, а естественный — условиями среды.