4.4. Эволюционная теория Чарльза Дарвина

Определения и обозначения

Эволюция — историческое развитие живой природы, приводящее к изменениям организмов и возникновению новых видов. Это не превращение отдельной особи в другой организм, а изменения, накапливающиеся в популяциях на протяжении поколений. Понятие помогает описывать общую историю жизни и объяснять разнообразие организмов.

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству и служат материалом для эволюции. Например, особи могут отличаться окраской или устойчивостью к условиям среды. Если различие наследуется, оно может стать более или менее распространённым в следующих поколениях.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды при ограниченности ресурсов. Это не обязательно прямое столкновение: к ней относятся конкуренция за пищу, переживание засухи и взаимодействие хищника с жертвой. Понятие объясняет, почему не все появившиеся потомки доживают до размножения.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими их приспособленность. Такие особи в среднем оставляют больше потомков, которым могут передать эти признаки. Это понятие связывает различия между особями с изменением популяций во времени.

Как это устроено

Особи одного вида не являются совершенно одинаковыми: они различаются по множеству признаков. Часть таких различий возникает благодаря наследственной изменчивости и может передаваться потомкам. Без наследуемых различий у отбора не было бы материала, на который он мог бы влиять. Поэтому сначала в популяции появляются разные варианты признаков, а не готовое приспособление для каждой ситуации.

Организмы обычно производят больше потомства, чем может дожить до взрослого состояния и размножиться. Это происходит потому, что пища, территория, убежища и места для размножения ограничены, а условия среды меняются. На выживание также влияют хищники, болезни и конкуренты. В результате возникает борьба за существование, хотя она часто проявляется не как непосредственная схватка, а как различие в доступе к ресурсам и шансах выжить.

В борьбе особи с разными наследственными признаками оказываются в неодинаковом положении. Например, в определённых условиях одна окраска может лучше скрывать насекомое от хищника, чем другая. Если это различие наследуется, более незаметные особи могут чаще доживать до размножения и оставлять потомство. Значит, у потомков будет больше шансов унаследовать соответствующий вариант окраски.

Так действует естественный отбор: он связан с неодинаковым выживанием и размножением, а не с сознательным выбором. Отбор не «решает», какой признак нужен, и не заставляет отдельную особь измениться. Если носители некоторого наследственного признака оставляют больше потомства, этот признак со временем может стать чаще встречаться в популяции. Результат зависит от условий, в которых живут организмы.

На протяжении многих поколений различия в успешности размножения могут заметно изменить состав популяции. Так постепенно складываются приспособления, повышающие вероятность выживания и размножения в определённой среде. Если популяции долго накапливают различия и развиваются раздельно, со временем могут возникнуть новые виды. Поэтому эволюцию рассматривают как длительный процесс, а не как изменение отдельного организма за его жизнь.

Формы борьбы за существование по Чарльзу Дарвину

Чтобы определить форму борьбы, сначала выясните, кто или что взаимодействует: особи одного вида, разных видов или организмы и неживая среда. Затем проследите, как это взаимодействие может влиять на выживание и размножение. Таблица показывает возможную связь с отбором, но сама по себе не означает, что каждый пример обязательно приводит к эволюционным изменениям.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему внутривидовая борьба обычно особенно остра. Особи одного вида часто используют сходную пищу, занимают похожие места обитания и ищут места для размножения. Нужно связать это сходство потребностей с ограниченностью ресурсов.

1. Определяем, кто участвует в борьбе: представители одного вида. Их потребности во многом совпадают, поэтому они могут претендовать на одни и те же ресурсы.
2. Учитываем, что ресурсов ограниченное количество. Например, пищи или свободных участков может не хватить всем особям.
3. Делаем вывод: из-за прямой конкуренции за сходные ресурсы внутривидовая борьба обычно особенно остра. Если наследственные признаки влияют на доступ к ним, различия могут сказываться на размножении.

Ответ. Внутривидовая борьба обычно остра, потому что особям одного вида нужны сходные ресурсы, а их количество ограничено. Успех в получении пищи, территории или места для размножения может повлиять на то, кто оставит потомство.

Задача 2. В популяции насекомых есть наследственные различия в окраске, а после изменения среды чаще выживают особи одной окраски. Объясните, как популяция может измениться через несколько поколений. Важно не считать, что каждый организм сам меняет окраску в ответ на условия. Нужно проследить судьбу разных вариантов признака.

1. Исходное условие — в популяции уже есть разные варианты окраски, и часть различий наследуется. Значит, потомки могут получать окраску от родителей.
2. В изменившейся среде особи одной окраски чаще выживают. Если они также оставляют больше потомства, их наследственный вариант чаще передаётся следующему поколению.
3. После нескольких поколений частота этого варианта может увеличиться. Так меняется состав популяции, а не окраска каждой особи в течение её жизни.

Ответ. Если особи одной окраски чаще выживают и размножаются, соответствующий наследственный признак может стать более распространённым. Это пример действия естественного отбора на уже имеющуюся изменчивость.

Задача 3. В популяции бактерий часть особей наследственно устойчива к антибиотику. Предскажите, как изменится популяция при многократном применении препарата, и объясните причину. Следует различать появление устойчивости и отбор устойчивых особей. Антибиотик влияет на успешность бактерий с разными наследственными признаками неодинаково.

1. До применения препарата в популяции уже присутствуют бактерии с разной устойчивостью. Устойчивость некоторых из них наследуется и может передаваться потомкам.
2. При использовании антибиотика чувствительные бактерии чаще погибают, а устойчивые получают преимущество и могут размножаться. Препарат не создаёт полезное свойство по требованию, а меняет относительные шансы особей.
3. При повторных применениях доля устойчивых бактерий может возрастать. Это происходит, если устойчивые особи продолжают оставлять потомство и передавать признак.

Ответ. При многократном применении антибиотика популяция может стать более устойчивой, потому что чувствительные бактерии чаще погибают, а устойчивые размножаются. Это изменение частоты наследственного признака под действием отбора.

Типичные ошибки

• Считать, что отдельный организм эволюционирует в течение жизни. Так думают, когда смешивают развитие особи с изменением популяции. Проверьте себя: если речь идёт об эволюции, нужно указать изменения, которые накапливаются в ряду поколений.
• Представлять естественный отбор как сознательный выбор. Слова о «выборе» могут создавать впечатление, будто природа ставит цель. Проверьте объяснение: в нём должны быть условия среды и неодинаковые шансы особей выжить и размножиться, а не намерение.
• Путать отбор с появлением наследственной изменчивости. Можно ошибочно приписать отбору создание нужного признака. Разделите причины: изменчивость даёт разные наследственные варианты, а отбор влияет на их распространённость.
• Считать любой признак полезным всегда. Успех признака зависит от окружающих условий, которые могут измениться. Проверьте себя вопросом: помогает ли этот признак именно в данной среде, и будет ли он помогать при других условиях?

Связь с другими темами

Для понимания идей Дарвина нужно знать, что виды состоят из особей, а признаки организмов могут быть наследственными и изменчивыми. Тема напрямую связана с наследственностью и изменчивостью: без передачи признаков от родителей к потомкам отбор не мог бы менять состав популяции. Борьба за существование помогает объяснить, почему особи размножаются с разной успешностью, а изучение приспособлений показывает возможные результаты отбора. Эти идеи понадобятся при изучении механизмов эволюции, видообразования и современной эволюционной теории.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость служит материалом для эволюции.
• Ограниченность ресурсов и избыток потомства приводят к борьбе за существование.
• Борьба за существование бывает внутривидовой, межвидовой и с условиями среды.
• Естественный отбор связан с неодинаковым выживанием и размножением особей.
• Отбор действует на наследственные различия организмов.
• Приспособления формируются постепенно и полезны в определённых условиях.
• Эволюционные изменения накапливаются в популяциях из поколения в поколение.