5. Эволюционное учение

Определения и обозначения

Эволюция — историческое и необратимое изменение живых организмов и их групп во времени, приводящее к появлению приспособлений и новых видов. Необратимость означает, что развитие природы нельзя просто повернуть назад к прежнему состоянию. Это понятие помогает объяснить многообразие современных организмов.

Эволюционное учение — система научных представлений о причинах, закономерностях и результатах исторического развития живой природы. Оно связывает изменчивость организмов, борьбу за существование и естественный отбор в одну последовательность. Благодаря ему можно понять происхождение видов и их родственные связи.

Наследственная изменчивость — возникновение различий между организмами, которые могут передаваться потомкам. Такие различия бывают случайными и служат материалом для действия отбора. Без них поколения оставались бы одинаковыми, и направленное изменение популяций было бы невозможно.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с полезными для данных условий наследственными признаками. Природа ничего не выбирает сознательно: подходящие условия просто дают одним организмам больше шансов оставить потомство. Так полезные признаки постепенно становятся более распространёнными.

Как это устроено

Эволюция возможна только при наследственной изменчивости, потому что отбор действует на различия между организмами. Если признак не передаётся потомкам, он исчезает вместе с его обладателем и не меняет состав популяции. Изменения, вызванные тренировкой, питанием или температурой, часто затрагивают только самого организма, а наследственные различия могут сохраняться в ряду поколений.

Организмы производят больше потомков, чем может выжить при имеющихся запасах пищи, воды, света, убежищ и места. Поэтому возникает борьба за существование — соперничество за ресурсы и возможность оставить потомство. Она происходит между особями одного вида, между разными видами и иногда с неблагоприятными условиями среды, например засухой или холодом.

Преимущество получает не самый сильный вообще, а тот, чьи признаки лучше подходят к конкретным условиям. Большой размер может помогать в одной среде, но требовать больше пищи и мешать в другой. Поэтому результат борьбы зависит от сочетания признаков организма и особенностей места его обитания.

Естественный отбор сохраняет особей, которые чаще выживают и размножаются благодаря полезным наследственным признакам. Их потомки получают эти признаки, и через много поколений они встречаются в популяции чаще. Так постепенно формируется приспособленность — соответствие строения, функций и поведения организма условиям среды.

Если часть популяции отделяется от другой и группы живут в разных условиях, отбор начинает накапливать у них разные признаки. Со временем различия могут стать настолько большими, что группы перестанут скрещиваться или давать плодовитое потомство. Так возникает репродуктивная изоляция и могут образоваться новые виды, увеличивая многообразие живой природы.

Основные факторы и результаты эволюции по учению Ч. Дарвина

Таблицу удобно читать как цепочку: наследственные различия становятся причиной различий в борьбе за существование, а отбор закрепляет результат. Последние две строки показывают последствия длительного действия этих факторов — приспособленность и возникновение новых видов.

Разбор задач

Задача 1

У гусениц одного вида окраска может быть светлой или тёмной. На тёмной коре птицы чаще замечают светлых гусениц. Объясним, какие организмы оставят больше потомков.

1. Окраска различается у особей, значит, в популяции есть изменчивость.
2. Если различие наследуется, выжившие гусеницы могут передать окраску потомкам.
3. Светлых гусениц птицы находят чаще, поэтому они чаще погибают и реже размножаются.
4. Тёмные гусеницы лучше скрываются на коре, чаще выживают и оставляют потомство.

Ответ: больше потомков в среднем оставят тёмные гусеницы, если их окраска наследуется. Это пример естественного отбора в пользу маскировочного признака.

Задача 2

После длительного применения антибиотика большинство бактерий погибло, но небольшая часть выжила и дала потомство. Нужно объяснить, почему через несколько поколений устойчивых бактерий стало больше.

1. Ещё до действия лекарства среди бактерий существовали наследственные различия, в том числе устойчивость.
2. Антибиотик уничтожил чувствительные клетки, а устойчивые выжили.
3. Выжившие бактерии размножились и передали устойчивость части потомков.
4. В каждом следующем поколении лекарство снова отсеивало чувствительных бактерий.

Ответ: доля устойчивых бактерий выросла из-за естественного отбора. Антибиотик не создал устойчивость по потребности, а сохранил уже существовавшие устойчивые варианты.

Задача 3

Исходная популяция птиц разделилась: одна часть переселилась на остров с крупными твёрдыми семенами, другая — на остров с мелкими мягкими семенами. Через много поколений клювы птиц стали различаться.

1. Разделение уменьшило скрещивание между двумя группами.
2. На первом острове преимущество получали птицы с клювом, удобным для раскалывания крупных семян, а на втором — с клювом, подходящим для мелких семян.
3. Наследственные различия накапливались в разных направлениях, потому что условия островов отличались.
4. Если группы долго не встречались, различия могли привести к репродуктивной изоляции.

Ответ: последовательность такова: разделение популяции, разные условия, естественный отбор, накопление различий и изоляция. В результате могли образоваться два новых вида птиц.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельный организм сам изменяется, чтобы приспособиться. Так думают, потому что приспособленный результат выглядит целенаправленным; проверить себя можно вопросом: возник ли признак до отбора или появился у всех по потребности?

Ошибка: путать наследственную изменчивость с приобретёнными за жизнь изменениями. Причина путаницы — внешнее сходство таких признаков; нужно спросить, передаётся ли изменение потомкам.

Ошибка: представлять естественный отбор как сознательный выбор природы. Отбор не имеет намерения: проверяйте объяснение через различия в выживании и размножении.

Ошибка: считать, что эволюция всегда ведёт к усложнению и совершенству. Признак полезен только в определённых условиях, поэтому следует уточнить, для какой среды он повышает приспособленность.

Связь с другими темами

Для понимания эволюции нужны знания о строении клетки и организма, размножении, наследственности, изменчивости и уровнях организации живой природы. Эти понятия помогают объяснить многообразие видов, происхождение человека, классификацию организмов и разнообразие приспособлений. Позже естественный отбор и наследственная изменчивость понадобятся при изучении генетики, селекции и охраны биоразнообразия.

Что запомнить

• Эволюция — историческое развитие живой природы.
• Основой эволюции служит наследственная изменчивость.
• Ограниченность ресурсов вызывает борьбу за существование.
• Естественный отбор сохраняет полезные наследственные признаки.
• Приспособленность формируется постепенно в конкретных условиях среды.
• Накопление различий и изоляция могут привести к образованию новых видов.