§ 34. Естественный отбор — направляющий фактор эволюции

Определения и обозначения

Естественный отбор — различия в выживании и размножении особей с наследственными признаками, которые со временем меняют состав популяции. Иными словами, носители одних вариантов признака оставляют больше потомков, чем носители других. Это понятие помогает объяснить, как изменения среды связаны с эволюцией организмов.

Приспособленность — относительное преимущество особи в выживании и оставлении потомства в конкретных условиях среды. Она показывает не просто, насколько организм силён или здоров, а насколько успешно он передаёт свои наследственные особенности. Это понятие нужно, чтобы сравнивать успех особей в одной и той же среде.

Движущий отбор — форма отбора, при которой при изменении условий преимущество получают особи с отклонением признака в одну сторону от среднего. Например, в холодной среде могут чаще выживать животные с более густым мехом. Термин помогает описать сдвиг признака в популяции, а не изменение отдельной особи.

Стабилизирующий отбор — отбор, при котором в относительно постоянных условиях сохраняются особи со средним значением признака. Крайние варианты могут быть менее успешными, поэтому среднее значение остаётся распространённым. Это понятие объясняет сохранение признака, хорошо подходящего к стабильной среде.

Как это устроено

В популяции особи отличаются друг от друга, потому что существует наследственная изменчивость. Часть этих различий может передаваться потомству, а часть связана с условиями жизни и не наследуется. Для эволюции важны именно наследственные варианты: без них потомки не могли бы получать различающиеся признаки от родителей. Поэтому отбор может менять популяцию только тогда, когда в ней уже есть наследственные различия.

Ресурсы — например, пища и места для размножения — ограничены, а условия среды не всегда благоприятны для всех. Из-за этого возникает борьба за существование: особям приходится конкурировать, избегать хищников и переносить неблагоприятные воздействия. В результате не все доживают до размножения и не все оставляют одинаковое число потомков. Это различие создаёт возможность для отбора: одни наследственные варианты передаются следующему поколению чаще других.

Если признак помогает особи добывать пищу, избегать опасности или переносить климат, его носитель может чаще выживать и размножаться. Но отбору важна не только продолжительность жизни: значение имеет и число оставленных потомков. Когда преимущество связано с наследственным признаком, его носители в среднем передают этот вариант чаще. Поэтому доля признака в популяции может увеличиться за несколько поколений.

Отбор действует на отдельные организмы: именно их признаки влияют на шансы выжить и размножиться. Однако отдельная особь не меняется эволюционно в течение жизни из-за того, что ей «нужен» новый признак. Эволюционные изменения обнаруживают, сравнивая популяции в ряду поколений: меняется распространённость наследственных вариантов. Сам отбор не создаёт полезное изменение, а влияет на уже имеющуюся наследственную изменчивость.

Результат отбора зависит от того, какие условия действуют на популяцию. При движущем отборе преимущество получает отклонение признака в одну сторону от среднего, и среднее значение сдвигается. При стабилизирующем отборе в устойчивой среде сохраняется средний вариант, а при разрывающем преимущество получают крайние варианты. Поэтому направленность отбора определяется не потребностями организма, а тем, какие признаки дают больший репродуктивный успех в данной среде.

Формы естественного отбора

В таблице сравниваются формы отбора по тому, какие значения признака получают преимущество, при каких условиях это происходит и как меняется популяция. Сначала определите, какие варианты успешнее оставляют потомство, затем сопоставьте это с условиями среды. Так можно отличить сдвиг среднего значения от сохранения среднего или увеличения различий между крайними вариантами.

Разбор задач

Окраска насекомых на тёмном фоне

Условие. В популяции насекомых есть наследственные различия по окраске. На тёмном фоне птицы чаще замечают светлых насекомых. Нужно определить, какие насекомые будут чаще оставлять потомство. При решении важно связать заметность окраски не с желанием организма измениться, а с шансом выжить и размножиться.

1. Выясняем, какое условие действует на популяцию: фон тёмный, а птицы охотятся на насекомых.
2. Сравниваем варианты признака: светлых насекомых хищники замечают чаще, значит, их вероятность быть съеденными выше.
3. Делаем вывод о последствиях: менее заметные на тёмном фоне насекомые чаще доживут до размножения и в среднем оставят больше потомков.

Ответ. Чаще будут оставлять потомство насекомые с более тёмной окраской, если она наследуется. Постепенно такой вариант может стать более распространённым в популяции. Это не означает, что отдельные светлые насекомые потемнеют за жизнь.

Похолодание и густой мех

Условие. После похолодания чаще выживают животные с более густым мехом. Требуется назвать форму отбора и предсказать изменение признака за несколько поколений. Ключ к решению — определить, какой вариант признака получает преимущество и в какую сторону он отклонён от прежнего среднего.

1. Похолодание изменило условия среды, поэтому прежнее соотношение преимуществ могло измениться.
2. Более густой мех помогает переносить холод, и его носители чаще выживают; если признак наследственный, они могут передать его потомкам.
3. Преимущество направлено в сторону большей густоты меха, следовательно, это движущий отбор. В ряду поколений доля животных с более густым мехом может возрасти.

Ответ. Это движущий отбор. Меняется не мех каждой особи после похолодания, а соотношение наследственных вариантов в популяции: за поколения более густой мех может стать распространённее.

Клювы разного размера

Условие. В популяции птиц есть мелкие, средние и крупные клювы. При изменении условий мелкими и крупными семенами легче кормиться птицам с крайними вариантами клюва, а со средним клювом — труднее. Нужно распознать форму отбора и предсказать, что произойдёт с популяцией.

1. Сравниваем успешность вариантов: мелкий и крупный клюв помогают использовать разные доступные семена, а средний не даёт такого преимущества.
2. Преимущество получают сразу два крайних варианта, а не один вариант с отклонением только в одну сторону.
3. Это разрывающий отбор. Если различия наследуются, птицы с крайними клювами могут оставлять больше потомков, и доля среднего варианта способна уменьшиться.

Ответ. Это разрывающий отбор, который может увеличить различия внутри популяции. Такой результат не означает, что обязательно сразу возникнут два новых вида: для этого нужны дополнительные условия и длительные изменения.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отбор целенаправленно создаёт полезный признак. Так думают, потому что после изменений среды популяция может стать лучше к ним приспособлена. Но отбор действует на уже имеющиеся наследственные варианты, а не производит нужный признак по требованию. Проверьте себя: спросите, существовал ли вариант до того, как его носители стали успешнее.

Ошибка: утверждать, что особь эволюционирует в течение жизни. Иногда изменение отдельного организма путают с изменением популяции, особенно если условия жизни особи меняются. Но эволюцию оценивают по тому, как меняется распространённость наследственных вариантов в ряду поколений. Проверьте себя: сравниваете ли вы одну особь до и после или состав популяции у потомков.

Ошибка: считать, что всегда выживает самый сильный. Слово «сильный» кажется удобным объяснением, но физическая сила не всегда помогает добывать пищу или оставлять потомство. Преимущество зависит от среды и проявляется в репродуктивном успехе. Проверьте себя: назовите конкретное условие и объясните, как признак увеличивает число потомков.

Ошибка: считать приспособленность неизменным преимуществом. Можно решить, что полезный признак всегда будет выгоден, но среда способна меняться. Например, окраска, помогающая маскироваться на одном фоне, может сделать организм заметным на другом. Проверьте себя: укажите условия, в которых оценивается признак, и сравните, изменится ли его польза при смене среды.

Связь с другими темами

Чтобы понять естественный отбор, нужно знать наследственную и модификационную изменчивость, а также различать генотип и фенотип. Это позволяет выяснить, какие различия могут передаваться потомкам. Без такого различения нельзя объяснить, на каких вариантах может действовать отбор.

Понятие борьбы за существование помогает понять, почему особи в одной популяции оставляют неодинаковое число потомков. Ограниченность ресурсов и воздействие среды создают различия в шансах выжить и размножиться. Эти различия связывают признаки организмов с изменениями популяции.

Естественный отбор используют при изучении эволюции популяций, возникновения адаптаций и видообразования. Он помогает объяснить, почему одни наследственные варианты становятся распространённее других. Однако изменения в одной популяции сами по себе ещё не означают, что возник новый вид.

Что запомнить

• Естественный отбор — направляющий фактор эволюции.
• Отбор опирается на наследственную изменчивость.
• Условия среды влияют на то, какие признаки дают преимущество.
• Отбор действует на особей, а изменения накапливаются в популяциях.
• Полезность признака относительна и зависит от условий.
• Движущий, стабилизирующий и разрывающий отбор различаются по тому, какие варианты признака получают преимущество.