5. Эволюция видов в природе (по Ч.Дарвину)

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — различия между особями, которые могут передаваться потомству. Такие различия возникают не потому, что организм заранее готовится к переменам, а в результате появления и сочетания наследственных вариантов. Они дают отбору материал для изменений популяции: если особи одинаковы по наследуемым признакам, отбирать между вариантами нечего.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов друг с другом и с условиями среды при ограниченности ресурсов. Это понятие включает конкуренцию, взаимодействие с хищниками и воздействие неблагоприятных факторов, а не только прямое столкновение. Оно помогает объяснить, почему не все появившиеся потомки выживают и размножаются.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными особенностями, повышающими их приспособленность. Среда не выбирает организмы сознательно, но условия по-разному влияют на успех носителей разных признаков. Понятие отбора объясняет, как соотношение наследственных вариантов в популяции меняется от поколения к поколению.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы оставить потомство. Она не означает, что организм идеален или лучше всех в любых обстоятельствах. Это понятие нужно, чтобы связать конкретный признак с успешностью выживания и размножения именно в данной среде.

Как это устроено

В популяции возникают различия между особями: например, они могут отличаться окраской, устойчивостью к холоду или скоростью развития. Часть различий обусловлена наследственными вариантами и поэтому может перейти к потомству. Другие особенности появляются под влиянием условий жизни и не передаются по наследству. Для эволюции по Дарвину важны именно различия, которые способны сохраняться в ряду поколений.

Организмы производят больше потомков, чем может дожить до размножения. При этом пища, вода, место для жизни и другие ресурсы ограничены, а условия среды могут быть неблагоприятными. Поэтому между организмами складываются разные отношения: они конкурируют, становятся добычей хищников или сталкиваются с засухой и болезнями. Такое несоответствие между числом потомков и возможностями среды создаёт борьбу за существование.

В одной и той же среде наследственные варианты могут влиять на успех организмов по-разному. Например, одна окраска может делать особь менее заметной для хищника, а другая — не давать такого преимущества. Носители полезного в конкретных условиях варианта в среднем чаще выживают и оставляют потомство, хотя это не гарантирует успеха каждой особи. Различия в выживании и размножении создают основу для естественного отбора.

Если особи с определённым наследственным признаком оставляют больше потомков, они чаще передают этот признак следующему поколению. Поэтому доля соответствующего варианта в популяции может увеличиваться. Важно, что отбор действует не как сознательный выбор, а через неодинаковый успех организмов в данных условиях. Так популяция постепенно меняет свой состав.

В течение жизни отдельная особь не эволюционирует, хотя может расти, развиваться или приспосабливаться к условиям физиологически. Эволюционные изменения складываются из различий между поколениями и становятся заметны при длительном накоплении. Если условия среды меняются, преимущества наследственных вариантов тоже могут измениться. Поэтому приспособленность не означает движения к заранее заданной цели или создание совершенного организма.

Как факторы эволюции связаны с изменением популяции

Читайте таблицу как последовательность связанных процессов: наследственные различия возникают в популяции, а борьба за существование делает успех особей неодинаковым. Затем отбор меняет частоты вариантов, и со временем может сформироваться приспособленность к конкретным условиям. Не считайте эту связь гарантией для каждой особи: речь идёт о вероятностях и изменениях в популяции.

Разбор задач

Задача 1

У двух групп жуков различается окраска, но различие не передаётся потомству. Нужно определить, может ли оно быть материалом для эволюции по Дарвину. Для этого проверим не то, заметно ли отличие, а сохраняется ли оно в следующих поколениях. Условие прямо указывает, что наследования нет.

1. Различие между группами существует, значит, особи неодинаковы по окраске.
2. Однако признак не передаётся потомству, поэтому отбор не может увеличить его долю через размножение носителей.
3. Следовательно, такое отличие не служит материалом для эволюционных изменений популяции.

Ответ: нет, ненаследственная окраска не передаётся следующим поколениям и потому не является материалом эволюции по Дарвину.

Задача 2

В засушливой местности некоторые растения обладают наследственной особенностью, уменьшающей потерю воды, и чаще дают семена. Нужно объяснить, почему признак может стать распространённее. Проследим связь между засухой, успешностью размножения и передачей особенности потомству. Сам факт полезности важен только для этих условий среды.

1. Засуха создаёт неблагоприятные условия, а сохранение воды может повысить вероятность выживания растения.
2. Растения с этой наследственной особенностью чаще дают семена и передают её большему числу потомков.
3. Если преимущество сохраняется, доля соответствующего варианта может увеличиваться в последующих поколениях.

Ответ: особенность может распространиться, потому что её носители чаще размножаются и передают её потомству. Это вероятный результат, а не гарантия для каждого отдельного растения.

Задача 3

В популяции насекомых есть наследственные варианты окраски, а на светлых листьях птицы чаще замечают тёмных насекомых. Нужно проследить, что может происходить за несколько поколений. Сначала различим исходные варианты, затем учтём воздействие хищников и передачу признаков потомству. Изменения следует описывать для популяции, а не для отдельных насекомых.

1. Наследственная изменчивость уже есть: в популяции встречаются насекомые разной окраски.
2. Птицы чаще ловят тёмных особей, поэтому на светлых листьях они в среднем реже выживают и размножаются.
3. Светлые насекомые могут оставить больше потомков и передать им свой вариант окраски.
4. Если условия остаются сходными, доля светлого варианта может вырасти за несколько поколений.

Ответ: соотношение вариантов окраски в популяции может измениться в пользу светлых насекомых. При этом отдельные особи не меняют окраску в ответ на отбор — меняется частота наследственных вариантов между поколениями.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельная особь эволюционирует в течение жизни. Эволюцию иногда путают с ростом или изменением организма в течение его жизни. Но наследственные варианты распространяются через различия между поколениями. Проверьте себя: если описываете процесс, укажите, как меняется популяция и передаются ли признаки потомству.

Ошибка: путать отбор с сознательным выбором или созданием признака средой. Такое представление возникает из-за фраз вроде «среда выбирает», которые удобно использовать как сокращение. На самом деле среда не ставит цель и не производит нужную особенность: она влияет на успех уже существующих вариантов. Проверьте объяснение вопросом: откуда взялся признак и передаётся ли он по наследству?

Ошибка: сводить борьбу за существование только к прямой схватке. Слово «борьба» может наводить на мысль о непосредственном столкновении организмов. Однако в неё входят конкуренция, отношения с хищниками и воздействие холода, засухи, болезней и других факторов. Проверьте себя: учтены ли взаимодействия организмов со средой, а не только драка?

Ошибка: считать любую полезную особенность абсолютным преимуществом. Признак может помогать при одних условиях, но не давать преимущества или даже мешать при других. Эту ошибку допускают, если рассматривают организм вне его среды. Проверьте себя: уточните условия, в которых признак повышает шансы выжить и оставить потомство.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о виде и популяции: популяция — группа особей одного вида, живущих на общей территории и способных скрещиваться. Также необходимо знать, что такое наследственность и изменчивость: первая обеспечивает передачу признаков потомству, вторая создаёт различия между организмами. Вместе эти понятия помогают объяснить, на каком уровне происходят эволюционные изменения и как они сохраняются. Дальше эта логика понадобится при изучении механизмов эволюции, видообразования и приспособлений организмов к среде.

Что запомнить

• Естественный отбор действует на наследственные различия между особями.
• Материал эволюции — наследственная изменчивость.
• Ограниченность ресурсов и избыток потомства создают предпосылки борьбы за существование.
• Отбор связан с различиями в выживании и размножении.
• Приспособленность относительна и зависит от условий среды.
• Эволюционные изменения популяций проявляются в ряду поколений.