§ 36. Факторы эволюции

Определения и обозначения

Факторы эволюции — условия и процессы, которые изменяют генофонд популяций и направляют историческое развитие живых организмов. Генофонд — совокупность генов всех особей популяции. Это понятие помогает объяснить, почему со временем меняются не отдельные организмы, а состав популяции.

Наследственная изменчивость — возникающие у организмов различия, способные передаваться потомкам благодаря мутациям и генетическим комбинациям. Мутации изменяют генетический материал, а комбинации генов возникают при половом размножении. Такая изменчивость нужна эволюции как источник новых вариантов признаков.

Борьба за существование — совокупность взаимоотношений организмов между собой и с условиями среды при ограниченности ресурсов. Она включает конкуренцию за пищу, воду, убежища и партнёров, а также противостояние холоду, засухе или хищникам. Благодаря ей особи выживают и размножаются неодинаково.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными признаками, полезными в данных условиях. Отбор не создаёт признак по потребности, а сохраняет уже существующие удачные варианты. Поэтому он постепенно меняет частоты генов и признаки популяции.

Как это устроено

Мутации и комбинации генов создают разные варианты признаков, потому что изменяют ДНК или по-новому соединяют уже имеющиеся наследственные задатки. Их появление не направлено на пользу организму: мутация может оказаться полезной, вредной или нейтральной. Но дальнейшее распространение варианта зависит от среды и отбора, поэтому общий эволюционный результат не является случайным.

Пища, пространство, вода и другие ресурсы ограничены, а организмов обычно рождается больше, чем может выжить. Поэтому особи конкурируют непосредственно или испытывают неодинаковое влияние неблагоприятных условий. Те, чьи наследственные особенности лучше соответствуют среде, в среднем чаще доживают до размножения.

Естественный отбор сохраняет полезные наследственные признаки, потому что их носители оставляют больше потомков. Неблагоприятные варианты встречаются в следующих поколениях реже, если мешают выживанию или размножению. За много поколений это меняет состав популяции и делает её более приспособленной к данным условиям.

Изоляция прекращает или уменьшает обмен генами между группами организмов. Ею может быть географический барьер, например гора, река или остров, а также различия в сроках размножения и поведении. После разделения группы накапливают собственные мутации и комбинации, поэтому их признаки постепенно расходятся.

Популяционные волны — случайные резкие изменения численности популяции, например после морозов, засухи или вспышки болезни. Если выжили случайно выбранные особи, доля их аллелей возрастает, и это называют дрейфом генов. Взаимодействие изменчивости, отбора, изоляции и случайных изменений приводит к устойчивым эволюционным преобразованиям.

Основные факторы эволюции и их роль

Таблица показывает, что факторы выполняют разные роли: одни создают варианты, другие проверяют их в среде, а третьи меняют состав популяции случайно или разделяют группы. При разборе примера сначала найдите источник различия, затем определите, было ли его распространение направленным отбором или случайным дрейфом.

Разбор задач

Задача 1

У потомка появилась наследственная окраска, повышающая сходство с окружающей средой. Нужно назвать фактор, создавший различие, и фактор, который может увеличить его распространённость в популяции.

1. Окраска возникла у потомка благодаря изменению генетического материала или новой комбинации генов, поэтому речь идёт о наследственной изменчивости.
2. Сходство с фоном затрудняет обнаружение хищником, значит, носитель признака может чаще выживать и размножаться.
3. Если признак передаётся потомкам, его доля будет увеличиваться под действием естественного отбора.

Ответ: различие создала наследственная изменчивость, а его распространённость может увеличить естественный отбор.

Задача 2

В популяции из 1000 жуков часть особей случайно погибла из-за резкого похолодания. После этого доля редкого аллеля выросла, хотя условие не сообщает, что он полезен.

1. Резкое изменение численности популяции — это популяционная волна.
2. Если жуки погибли случайно, среди выживших оказалось непропорционально много носителей редкого аллеля.
3. Из-за этого частота аллеля выросла случайно, без обязательной связи с его приспособительной ценностью.

Ответ: сработали популяционная волна и дрейф генов. Аллель мог стать более частым просто потому, что его носители случайно пережили похолодание.

Задача 3

Горный хребет разделил одну популяцию птиц, а в долинах сложились разные условия. Через много поколений птицы различились по окраске, клюву и поведению.

1. Сначала возникла изоляция, уменьшившая обмен генами между группами.
2. В каждой группе продолжали появляться мутации и новые комбинации генов, создавая наследственные различия.
3. Разные условия вызвали борьбу за существование, а естественный отбор сохранял в каждой долине свои полезные варианты.
4. За многие поколения различия накопились, и популяции стали расходиться по признакам и образу жизни.

Ответ: последовательность такова: изоляция, наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор, приведшие к независимому расхождению популяций.

Типичные ошибки

Ошибка — считать наследственным любой приобретённый за жизнь признак. Так думают, потому что признак заметен у родителя и может появиться у потомка по другой причине. Проверка проста: нужно выяснить, изменился ли генетический материал, а не только организм под влиянием тренировок или условий.

Ошибка — представлять борьбу за существование только как прямую схватку животных. Такое представление возникает из-за значения слова «борьба», хотя конкуренция может быть незаметной, а среда просто ограничивать выживание. Проверьте себя: учитывайте нехватку пищи, пространства и влияние холода или засухи.

Ошибка — считать, что организм сам стремится приобрести нужный признак. Это объяснение путает потребность особи с действием отбора. Нужно спросить, существовало ли наследственное различие заранее: отбор сохраняет подходящие варианты, но не создаёт их по желанию.

Ошибка — считать дрейф генов направленным повышением приспособленности. Его часто смешивают с отбором, потому что после случайного события какой-то аллель действительно становится частым. Проверьте, была ли причина изменения случайной и особенно заметной в небольшой популяции.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о клетке, ДНК и генах, а также о генотипе, фенотипе и видах изменчивости. Без этого трудно отличить наследственный признак от приобретённого. Основы генетики помогают понять, как аллели передаются потомкам.

Факторы эволюции объясняют механизмы видообразования, происхождение приспособлений и многообразие видов. Изоляция разделяет популяции, а изменчивость и отбор обеспечивают их расхождение. Поэтому эта тема связывает генетику с общей биологией.

Знания о факторах эволюции применяют при объяснении искусственного отбора и устойчивости организмов к изменениям среды. Они также важны для охраны малых популяций, где особенно силён дрейф генов. Сохранение разнообразия помогает популяциям адаптироваться.

Что запомнить

• Эволюция происходит на уровне популяций, а не отдельных организмов.
• Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюции.
• Борьба за существование возникает из-за ограниченности ресурсов и высокой численности потомства.
• Естественный отбор сохраняет наследственные признаки, повышающие успех выживания и размножения.
• Изоляция уменьшает обмен генами между популяциями.
• Дрейф генов изменяет частоты аллелей случайно, особенно в небольших популяциях.
• Эволюционный результат формируется совместным действием нескольких факторов.