4.9. Естественный отбор — главная движущая сила эволюции

Определения и обозначения

Естественный отбор — процесс преимущественного выживания и размножения организмов, у которых есть наследственные признаки, полезные в конкретных условиях среды. Это не сознательный выбор природы: различия в успехе особей складываются из их взаимодействия со средой. Понятие помогает объяснить, почему со временем одни варианты признаков встречаются чаще других.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы оставить потомство. Приспособленность нельзя оценить отдельно от места и времени: один признак может быть выгоден в одной обстановке и невыгоден в другой. Это понятие позволяет понять, почему преимущество всегда связано с конкретными условиями.

Дифференциальное размножение — различие в среднем количестве потомков, оставляемых особями с разными наследственными признаками. Оно возникает, когда одни варианты помогают выжить или размножиться успешнее других. Этот термин описывает, как различия отдельных организмов сказываются на следующих поколениях.

Движущие силы эволюции — факторы, которые меняют наследственные признаки популяций. К ним относятся наследственная изменчивость, условия среды и естественный отбор; изменчивость создаёт варианты, а отбор влияет на их распространение. Его особая роль в том, что он не просто меняет состав популяции, но и способствует росту приспособленности к текущей среде.

Как это устроено

В популяции особи отличаются друг от друга, и часть этих различий наследуется. Наследственная изменчивость создаёт варианты признаков, на которые может подействовать отбор: без таких различий среде нечего «сравнивать». Например, у насекомых могут различаться оттенки окраски, а у бактерий — способность переносить воздействие вещества.

Ресурсы, необходимые для жизни, ограничены, а условия могут быть неблагоприятными: пищи и убежищ не хватает, появляются хищники, меняется температура. Поэтому не все особи доживают до размножения и не все оставляют одинаковое число потомков. Такое взаимодействие организмов между собой и со средой связано с борьбой за существование; именно оно создаёт различия в шансах выжить и размножиться.

Среда не вызывает целенаправленно именно те изменения, которые нужны организму. Если в популяции уже есть наследственный вариант, повышающий выживание в данных условиях, его носители могут чаще доживать до размножения. Так отбор действует не «по заказу», а через неодинаковый успех организмов с имеющимися признаками.

Преимущество становится эволюционно значимым, если признак наследуется. Носители такого варианта в среднем оставляют больше потомков, и часть потомков получает его; поэтому в следующих поколениях вариант может встречаться чаще. В результате меняется состав популяции и её средняя приспособленность к данной среде, хотя отдельный организм не меняет наследственность ради будущего.

Это можно увидеть на примере бактерий и антибиотика. В популяции могут быть наследственные различия: часть бактерий менее чувствительна к препарату, а остальные более чувствительны. После применения антибиотика чувствительные бактерии чаще погибают, устойчивые чаще выживают и размножаются, передавая потомкам устойчивость; поэтому доля устойчивых бактерий растёт. Лекарство не превращает каждую бактерию в устойчивую, а меняет соотношение уже существующих вариантов, если устойчивость наследуется.

Как естественный отбор изменяет популяцию

Читайте таблицу как последовательность: наследственные различия встречаются со средой, а неодинаковое размножение влияет на состав потомства. При разборе примера выясните, какой признак наследуется и как он меняет шансы оставить потомство. Само выживание ещё не доказывает действие отбора, если оно не связано с наследственными различиями и вкладом в следующее поколение.

Разбор задач

Задача 1. В популяции насекомых есть особи с разной окраской. На почве одного цвета чаще выживают и размножаются насекомые другой окраски. Нужно связать это различие с условиями среды, не предполагая, что насекомые специально изменили окраску.

1. Уточним, что окраска различается у особей и может передаваться потомкам.
2. Сравним окраску с фоном: менее заметные насекомые реже обнаруживаются хищниками или другими опасностями.
3. Проверим последствие: если такие насекомые чаще выживают и размножаются, они оставляют больше потомков.

Ответ: на данном фоне преимущество получает наследственный вариант окраски, делающий насекомых менее заметными. Поэтому его носители в среднем чаще оставляют потомство, и доля этого варианта может увеличиться.

Задача 2. После применения антибиотика доля устойчивых бактерий возросла. Нужно определить, возникла ли устойчивость у всех бактерий из-за действия лекарства, и объяснить изменение популяции.

1. Сначала отделим причину появления варианта от действия отбора: антибиотик не обязан создавать устойчивость у каждой бактерии.
2. Предположим, что до обработки в популяции уже были бактерии с наследственной устойчивостью.
3. После воздействия препарата устойчивые бактерии чаще выживают, размножаются и передают признак потомкам.

Ответ: устойчивость не возникла у всех бактерий в ответ на лекарство. Антибиотик изменил соотношение вариантов: доля устойчивых бактерий возросла благодаря их преимущественному выживанию и размножению.

Задача 3. В популяции есть наследственные варианты признака, но среда изменилась, и преимущество получили другие особи. Нужно предсказать, как может измениться состав популяции за несколько поколений.

1. Определим, какие варианты теперь повышают вероятность выжить и оставить потомство.
2. Сравним размножение их носителей с размножением особей, у которых преимущество было в прежних условиях.
3. Если признак наследуется, проследим, как он будет передаваться потомкам в каждом поколении.

Ответ: при новых условиях чаще размножаются носители другого выгодного варианта. Если преимущество сохранится, его доля в популяции может вырасти за несколько поколений, а прежний вариант — стать менее распространённым.

Типичные ошибки

• Ожидать, что организмы целенаправленно меняются ради приспособления. Так думают, потому что легко спутать полезный результат с причиной изменений. Отбор не создаёт признак по потребности, а влияет на успех его носителей; проверьте, указан ли наследственный вариант до действия среды.
• Считать естественным отбором любое выживание. Выжившая особь могла не оставить потомства, а различия в выживании могли быть не связаны с наследственными признаками. Проверьте, сравнивается ли размножение носителей разных наследуемых вариантов.
• Говорить, что отбор действует на популяцию как на единый организм. Такое выражение скрывает, что выживают и размножаются отдельные особи. Отбор различает их успех, а эволюционно меняется популяция; проверка — проследить судьбу признака между поколениями.
• Считать признак полезным всегда. Его значение зависит от среды, поэтому при перемене условий прежнее преимущество может исчезнуть. Уточните, где и когда оценивается признак, и сравните его влияние на размножение именно в этих условиях.

Связь с другими темами

Для понимания отбора нужны знания о наследственной изменчивости и передаче признаков потомкам: без них не объяснить, откуда берутся различия и как они сохраняются. Тема также связана с борьбой за существование, которая объясняет неодинаковые шансы организмов выжить и размножиться, и с приспособленностью. Дальше эти идеи помогают разбирать эволюцию популяций и видообразование. При сравнении с искусственным отбором видно сходство — преимущество определённых признаков, — но при искусственном отборе выбор делает человек.

Что запомнить

• Естественный отбор действует на наследственные различия организмов.
• Условия среды влияют на то, какие признаки оказываются полезными.
• Носители полезных в данных условиях признаков в среднем оставляют больше потомков.
• Отбор не создаёт признаки по потребности организма.
• Наследственные изменения накапливаются в популяции на протяжении поколений.
• При изменении среды может измениться и направление отбора.