Современная эволюционная теория

Определения и обозначения

Современная эволюционная теория — научное объяснение исторического развития живой природы на основе наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора. Она показывает, откуда берутся различия между организмами и почему одни признаки распространяются, а другие исчезают. Теория нужна, чтобы объяснять приспособленность и многообразие видов.

Популяция — совокупность особей одного вида, длительно обитающих на общей территории и свободно скрещивающихся между собой. У такой группы есть общий обмен генами, поэтому изменения могут распространяться от поколения к поколению. Именно популяция является основной группой, в которой заметен эволюционный процесс.

Генофонд — совокупность всех генов и вариантов генов, представленных в популяции. Если меняется доля какого-либо варианта, меняется и генетический состав популяции. По изменению генофонда судят о том, идёт ли эволюция.

Микроэволюция — изменения генофонда популяции, приводящие к возникновению приспособлений и новых видов. Она происходит в пределах вида и начинается с небольших сдвигов частот наследственных вариантов. Накопление таких сдвигов иногда завершается видообразованием.

Как это устроено

Популяцию считают элементарной единицей эволюции, потому что только в ней есть общий генофонд и воспроизводство генов в поколениях. Отдельная особь может обладать полезной мутацией, но сама по себе не изменяет генофонд всего вида. Эволюционным результатом становится увеличение или уменьшение доли вариантов у многих особей.

Мутации создают новые варианты генов, а рекомбинации перемешивают наследственный материал при половом размножении. Поэтому потомки отличаются друг от друга и от родителей не только внешне, но и по наследственным признакам. Поток генов при миграциях добавляет в популяцию варианты из другой группы или уносит их, изменяя состав генофонда.

Естественный отбор действует потому, что особи различаются, а ресурсы среды ограничены и выживают с размножением не все. Носители признаков, полезных в данных условиях, в среднем оставляют больше потомков. Их наследственные варианты встречаются в следующих поколениях чаще, поэтому популяция постепенно приобретает приспособленность.

Изоляция возникает, когда между частями популяции появляется преграда или различия во времени размножения, поведении либо строении. Обмен генами ослабевает или прекращается, и каждая группа меняется самостоятельно. Чем дольше сохраняется изоляция, тем больше вероятность накопления различий и образования репродуктивной изоляции, при которой скрещивание уже не даёт плодовитого потомства.

Микроэволюция является результатом совместного действия нескольких факторов: изменчивость поставляет материал, отбор направляет его, а дрейф генов случайно меняет частоты вариантов. Миграции могут сближать генофонды, а изоляция, наоборот, разделяет их. Длительное накопление различий в изолированных группах создаёт основу макроэволюции — крупных изменений и появления новых видов и групп организмов.

Факторы эволюции и их значение

При работе с таблицей сначала определите, что именно меняется в популяции, а затем установите причину этого изменения. Последняя колонка помогает связать отдельный фактор с общим результатом: изменением генофонда, приспособлением или видообразованием.

Разбор задач

Устойчивость бактерий к антибиотику

Условие: объяснить, почему возникновение устойчивости бактерий к антибиотику является примером естественного отбора. Нужно выделить наследственные различия особей, действие отбора и изменение частоты устойчивого варианта.

1. В исходной популяции бактерий существуют наследственные различия: часть клеток случайно имеет вариант, повышающий устойчивость к препарату. Антибиотик не создаёт этот вариант по требованию, а лишь изменяет условия жизни.
2. После применения препарата чувствительные бактерии погибают или перестают размножаться, тогда как устойчивые выживают чаще. Значит, устойчивость повышает вероятность оставить потомство.
3. Устойчивый вариант передаётся дочерним клеткам. Поэтому в следующих поколениях его доля в популяции увеличивается, а средняя устойчивость бактерий возрастает.

Ответ: это естественный отбор, потому что антибиотик устраняет преимущественно чувствительные бактерии, а наследственно устойчивые оставляют больше потомков. Популяция меняется через увеличение частоты устойчивого варианта.

Разделение популяции горным хребтом

Условие: определить факторы, действующие после разделения популяции горным хребтом. Нужно выяснить, изменился ли обмен генами и что произойдёт дальше с двумя группами.

1. Горный хребет становится географической изоляцией: особи из разных частей больше не встречаются регулярно и не скрещиваются. Поток генов между группами прекращается или резко уменьшается.
2. В каждой группе независимо возникают мутации и новые сочетания генов. Отбор сохраняет признаки, полезные именно в местных условиях, а дрейф генов случайно меняет частоты вариантов.
3. Различия между генофондами накапливаются. Если группы утратят возможность давать плодовитое потомство, сформируется репродуктивная изоляция и новый вид.

Ответ: сначала действует географическая изоляция, затем — мутационная и комбинативная изменчивость, отбор и дрейф генов. Их совместное действие приводит к расхождению генофондов.

Цепочка образования нового вида

Условие: составить цепочку видообразования для двух изолированных популяций. В цепочке нужно связать возникновение наследственных вариантов, изменение их частот и появление репродуктивной изоляции.

1. Исходная популяция разделяется, и обмен генами между двумя группами прекращается. Каждая группа получает собственный путь изменения генофонда.
2. Мутации создают новые варианты, а рекомбинации образуют их сочетания. Отбор и дрейф генов меняют частоты этих вариантов, поэтому группы постепенно становятся генетически различными.
3. Различия накапливаются в строении, физиологии, поведении или сроках размножения. Если после встречи группы уже не скрещиваются или не дают плодовитого потомства, возникает репродуктивная изоляция.

Ответ: разделение популяции → изоляция → мутации и рекомбинации → изменение частот генов под действием отбора и дрейфа → накопление различий → репродуктивная изоляция → новый вид.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что эволюционирует отдельная особь. Так думают, потому что изменения видны на конкретном организме, но эволюция требует смены поколений и изменения частот генов. Проверьте себя: ищите изменение генофонда всей популяции, а не только признак одного организма.

Ошибка: путать наследственную изменчивость с изменениями под влиянием среды. Загар или увеличение мышц может изменить внешний вид, но обычно не меняет генотип половых клеток. Проверьте признак вопросом: передаётся ли он потомкам через наследственный материал?

Ошибка: представлять естественный отбор как сознательный выбор организмами полезных признаков. У организмов нет цели заранее приобрести нужное свойство: разные особи просто оставляют неодинаковое число потомков. Проверка проста: назовите, какой наследственный вариант уже существовал и кто размножился успешнее.

Ошибка: считать, что любой признак возникает потому, что он нужен организму. Сначала появляются наследственные варианты, а среда влияет на их сохранение или устранение. Если объяснение начинается со слов «организм решил приспособиться», оно неверно.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении генов и хромосом, наследственности и изменчивости, основах генетики и дарвиновском учении. Эти понятия объясняют, откуда берутся наследственные различия и почему отбор может действовать на них.

Современная теория помогает понять видообразование, многообразие организмов и происхождение человека. Она также нужна для объяснения современных задач сохранения биоразнообразия: изменение среды может менять направление отбора и судьбу популяций.

Понятие популяции связывает эволюционную теорию с экологией и генетикой. Экология описывает взаимодействие группы со средой, а генетика показывает, как в ней сохраняются и передаются наследственные варианты.

Что запомнить

• Элементарная единица эволюции — популяция.
• Эволюция проявляется в изменении генофонда популяции.
• Источники наследственной изменчивости — мутации и рекомбинации.
• Естественный отбор направляет изменения популяций и формирует приспособления.
• Дрейф генов особенно заметен в малочисленных популяциях.
• Изоляция ограничивает обмен генами между популяциями.
• Накопление различий и репродуктивная изоляция могут привести к образованию нового вида.