1.3.2. Учение Ч. Дарвина о естественном отборе

Определения и обозначения

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей, чьи наследственные особенности повышают их успех в данных условиях. Потомки таких особей чаще получают соответствующие варианты признаков. Поэтому соотношение наследственных вариантов в популяции меняется от поколения к поколению. Это понятие объясняет, как особенности среды связаны с эволюционными изменениями.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов друг с другом и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Ресурсы, например пища и места для жизни, ограничены, а условия могут быть неблагоприятными. Поэтому не все организмы способны выжить и оставить потомство. Термин помогает объяснить, откуда возникает различный успех особей.

Наследственная изменчивость — различия между особями, обусловленные наследуемыми особенностями и способные передаваться потомству. Она возникает не потому, что организм заранее нуждается в новом признаке. Если различие наследуется, потомки могут сохранить его и передать дальше. Именно такая изменчивость предоставляет материал, на который действует отбор.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы выжить и оставить потомство. Приспособленность не означает совершенства или пользы при любых обстоятельствах: она зависит от конкретной среды. Поэтому один и тот же признак может быть выгодным в одних условиях и невыгодным в других. Это понятие связывает особенности организма с его репродуктивным успехом.

Как это устроено

Особей одного вида нельзя считать полностью одинаковыми: они могут отличаться окраской, размером, устойчивостью к болезням и другими признаками. Часть различий наследуется, поэтому сохраняется у потомков и может становиться чаще или реже. Если бы все наследственные варианты были одинаковыми, отбору было бы нечего «сортировать». Значит, изменчивость необходима для эволюционного процесса, а наследственность позволяет изменениям сохраняться в ряду поколений.

Многие организмы производят больше потомков, чем может дожить до размножения. При этом пища, пространство и другие ресурсы ограничены, а сами условия среды меняются и не всегда благоприятны. В результате возникает борьба за существование: организмы конкурируют, взаимодействуют с другими видами и сталкиваются с воздействием среды. Не каждый потомок выживает, поэтому численность и ресурсы создают предпосылки для различий в успехе особей.

В конкретной среде одни наследственные особенности могут помогать организму добывать пищу, избегать хищников или переносить холод. Их носители в среднем чаще выживают и размножаются, чем особи с другими вариантами признака. Речь идёт не о гарантии для каждой отдельной особи, а о разнице в вероятности оставить потомство. Поэтому преимущество признака всегда связано с обстоятельствами, в которых живёт популяция.

Отбор не перестраивает тело отдельной особи в течение её жизни и не меняет признак потому, что организм в нём нуждается. Он проявляется в том, что особи с разными наследственными вариантами оставляют неодинаковое число потомков. Если их различия передаются потомству, доля вариантов, связанных с большим успехом, может увеличиваться в популяции. Так меняются частоты наследственных признаков, хотя отдельные организмы не превращаются друг в друга.

Если преимущество сохраняется в течение многих поколений, наследственные особенности, повышающие успех размножения, могут накапливаться. Так постепенно формируются приспособления к условиям среды. В разных условиях преимущество могут получать разные варианты признаков, и популяции со временем начинают различаться. Такое расхождение признаков — один из путей, которыми эволюционные изменения могут способствовать разделению популяций.

Как естественный отбор приводит к изменениям в популяции

Читайте таблицу слева направо: каждый этап создаёт условия для следующего, но сам по себе не гарантирует определённый результат. Чтобы проследить отбор в конкретном примере, выясните, какие различия наследуются и как они влияют на выживание и размножение. Затем определите, как это повлияет на соотношение вариантов среди потомков.

Разбор задач

Задача 1. В популяции жуков есть наследственно различающиеся по окраске особи. На тёмной почве птицы чаще замечают светлых жуков. Нужно определить, какие жуки оставят больше потомства и почему.

1. Сначала устанавливаем, что окраска наследственная, то есть может передаваться потомкам.
2. Затем учитываем условия: на тёмной почве светлые жуки заметнее для птиц, поэтому чаще становятся добычей.
3. Тёмные жуки в среднем чаще избегают поедания и получают больше возможностей размножиться.

Ответ: в этих условиях больше потомства, вероятно, оставят тёмные жуки. Их преимущество связано с наследственной окраской и меньшей заметностью для хищников.

Задача 2. У бактерий возникла наследственная устойчивость к антибиотику. После обработки большая часть бактерий погибла. Объясним, почему среди потомков доля устойчивых бактерий может стать выше.

1. В популяции уже присутствуют бактерии с наследственным вариантом устойчивости.
2. Антибиотик уничтожает больше чувствительных бактерий, а устойчивые чаще выживают.
3. Выжившие бактерии размножаются и передают потомкам устойчивость, поэтому доля этого варианта может возрасти.

Ответ: доля устойчивых бактерий среди потомков может увеличиться из-за их большего выживания и размножения. Антибиотик не создаёт устойчивость целенаправленно: он меняет соотношение уже имеющихся вариантов.

Задача 3. У насекомых есть два наследственных варианта окраски. Среда меняется, и преимущество сначала получает один вариант, а затем другой. Нужно описать, как это скажется на популяции и почему направление отбора не задано заранее.

1. Определяем, какой вариант окраски лучше помогает выживать и размножаться в первоначальных условиях.
2. Пока эти условия сохраняются, носители выгодного варианта могут оставлять больше потомков, и его доля возрастает.
3. После перемены среды сравниваем варианты заново: теперь больше потомства может оставить носитель другого признака.

Ответ: соотношение вариантов в популяции будет меняться вслед за условиями среды. Отбор не имеет заранее заданного направления: преимущество определяется тем, какой вариант повышает успех размножения именно сейчас.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать, что отбор изменяет отдельную особь в течение её жизни. Такое представление возникает, если путать постепенное изменение популяции с ростом или развитием организма. Проверьте себя: речь идёт о новом признаке у одного организма или о том, что разные особи оставили неодинаковое число потомков? Естественный отбор меняет соотношение наследственных вариантов в популяции на протяжении поколений.

Вторая ошибка — представлять природу как намеренного «выбирающего». Это удобно как образное выражение, но оно создаёт впечатление, будто отбор заранее определяет нужный признак. На деле различия возникают, а среда влияет на успех их носителей. Проверьте объяснение: если в нём есть цель или план природы, замените их конкретной причиной различий в выживании и размножении.

Третья ошибка — сводить борьбу за существование только к прямой конкуренции особей. Так происходит, если воспринимать слово «борьба» буквально. Однако в неё входят также отношения с другими организмами и влияние неблагоприятных условий, например холода или засухи. Проверьте себя: учтены ли в примере хищники, паразиты и условия среды, а не только соперники за один ресурс?

Четвёртая ошибка — считать любое полезное для особи изменение наследственным. Польза признака не означает, что он передастся потомкам: например, приобретённое в течение жизни изменение может не наследоваться. Отбор в эволюционном смысле связан с наследственными различиями. Проверьте себя вопросом: могут ли потомки получить этот вариант признака? Если нет, он сам по себе не станет материалом отбора.

Связь с другими темами

Для понимания естественного отбора нужны знания о наследственности, изменчивости, популяции и размножении организмов. Наследственность объясняет передачу признаков потомкам, изменчивость — различия между особями, а понятие популяции помогает увидеть, где меняется соотношение вариантов. Размножение связывает успех отдельной особи с будущим составом популяции. Эти знания пригодятся при изучении видообразования, адаптаций и современных представлений об эволюции.

Что запомнить

• Материалом естественного отбора служит наследственная изменчивость.
• Избыточное размножение и ограниченность ресурсов создают предпосылки борьбы за существование.
• Особи различаются по успеху выживания и размножения.
• Естественный отбор действует на организмы, а его результат проявляется в изменении популяций.
• Преимущество признака зависит от условий среды.
• Отбор не имеет цели и не создаёт изменения по потребности организма.