1.3. Эволюционная теория Ч. Дарвина

Определения и обозначения

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными признаками, повышающими их приспособленность к условиям среды. Он объясняет, почему со временем полезные в конкретной обстановке признаки встречаются в популяции чаще. Отбор не выбирает организм сознательно: результат возникает из различий в успехе выживания и размножения.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, возникающих из-за ограниченности ресурсов и высокой интенсивности размножения. Это понятие помогает объяснить, почему не все появившиеся на свет особи оставляют потомство. Борьба может выражаться в конкуренции, воздействии хищников или неблагоприятной погоды, а не только в прямом столкновении.

Наследственная изменчивость — различия между особями, которые могут передаваться потомству и служат материалом для эволюции. Благодаря ей особи не одинаково реагируют на одни и те же условия. Без наследуемых различий отбору было бы нечего накапливать в следующих поколениях.

Искусственный отбор — выбор человеком особей с нужными признаками для получения потомства и выведения пород и сортов. Он позволяет целенаправленно усиливать признаки, полезные человеку, например высокую продуктивность. В отличие от естественного отбора, направление такого отбора задаёт человек.

Как это устроено

Организмы обычно производят многочисленное потомство, потому что лишь часть молодых особей доживает до размножения. Пища, вода, убежища и место обитания ограничены, так что среда не может обеспечить всех ресурсами. Дополнительно действуют болезни, хищники и перепады температуры. Поэтому между особями возникает неодинаковый успех выживания и продолжения рода.

Даже особи одного вида не полностью одинаковы: они могут различаться, например, окраской или устойчивостью к условиям среды. Если различие наследуется, оно может проявиться и у потомков. Это важно, потому что отбор не создаёт нужный признак в ответ на потребность, а действует на уже существующие варианты. Наследуемые различия становятся материалом эволюционных изменений.

Борьба за существование бывает внутривидовой — между особями одного вида, межвидовой — между представителями разных видов, а также связанной с неблагоприятными условиями среды. Например, растения конкурируют за свет и воду, а мороз может влиять на выживание множества видов. Причина такой борьбы — ограниченность ресурсов или сложность условий, а не обязательная враждебность организмов. Поэтому термин охватывает и конкуренцию, и воздействие среды, не только прямую схватку.

Если наследственный признак помогает выжить и оставить больше потомства, его носители в среднем передают его чаще. В следующих поколениях доля таких вариантов может увеличиваться, потому что потомки успешных особей составляют большую часть популяции. Так естественный отбор накапливает полезные именно в данных условиях особенности. Меняется состав популяции, а не отдельная особь по своей воле.

Если популяции долго существуют в разных условиях и постепенно расходятся по наследственным признакам, между ними может усиливаться обособление. При длительном расхождении это способно привести к образованию новых видов. Такой результат не возникает за одно поколение: изменения накапливаются в популяциях постепенно. Приспособленность при этом относительна, потому что признак, выгодный сейчас, может утратить преимущество при изменении среды.

Естественный и искусственный отбор

Сравнивайте отбор по тому, кто определяет, какие особи оставят потомство, и какой результат получается. В обоих случаях признаки передаются между поколениями, но фактор, дающий преимущество, различается. Таблица помогает не смешивать природное изменение популяций с целенаправленным разведением организмов человеком.

Разбор задач

Задача 1. У жуков одного вида различается окраска, часть различий наследуется. На тёмной почве птицы чаще поедают светлых жуков. Объясните, какие изменения могут происходить в популяции.

1. Сначала определяем материал отбора: окраска жуков различается, и часть этих различий наследуется. Значит, потомки могут получать окраску родителей. Изменчивость сама по себе ещё не говорит, какой вариант станет более частым.
2. Затем связываем окраску со средой: светлых жуков на тёмной почве птицам легче заметить и чаще съесть. Тёмные жуки в среднем получают больше шансов выжить и оставить потомство. Это различие в успехе не означает, что отдельные жуки меняют цвет.
3. Сравниваем, какие особи внесут больший вклад в следующие поколения. Если наследование окраски сохраняется, доля тёмных жуков может постепенно увеличиться. Изменение относится к популяции на протяжении поколений.

Ответ. При таком отборе тёмная окраска может стать более распространённой, потому что её носители чаще выживают и размножаются. Этот прогноз зависит от условий: при смене фона преимущество может измениться. Отдельные жуки не темнеют в ответ на необходимость.

Задача 2. У бактерий в популяции есть наследственные различия в устойчивости к антибиотику. Предскажите, как изменится состав популяции при многократном применении препарата. Считайте, что устойчивость передаётся потомству.

1. Выделяем варианты, уже присутствующие в популяции: бактерии отличаются по устойчивости. Наследуемость означает, что признак может сохраняться у потомков. Применение антибиотика не создаёт устойчивость по требованию.
2. Определяем действие фактора среды: препарат сильнее подавляет бактерии, которые к нему неустойчивы. Устойчивые бактерии имеют больше шансов выжить и размножиться. Поэтому их потомки составят большую долю следующего поколения.
3. Учитываем повторение отбора при многократном применении препарата. Если условия сохраняются, доля устойчивых бактерий может возрастать от поколения к поколению. В результате популяция станет менее чувствительной к антибиотику.

Ответ. Устойчивость будет встречаться чаще, поскольку устойчивые бактерии оставляют больше потомства. Антибиотик выступает фактором отбора, а не причиной целенаправленного изменения каждой бактерии. Чем чаще сохраняется такое преимущество, тем заметнее может измениться состав популяции.

Задача 3. Сравните формирование высокой молочной продуктивности коров при разведении человеком и устойчивости популяции насекомых к инсектициду. В обоих случаях полезные признаки связаны с наследственными различиями. Нужно установить, кто или что определяет преимущество и каков результат отбора.

1. В случае коров выясняем, кто выбирает производителей. Человек оставляет для размножения животных с высокой молочной продуктивностью. Значит, преимущество нужного признака определяет искусственный отбор.
2. В случае насекомых фактором становится инсектицид. Более устойчивые особи чаще выживают и оставляют потомство, если устойчивость наследуется. Здесь сохранение признака определяют условия среды, а не план человека.
3. Сопоставляем результаты: разведение коров направлено на получение животных с желательными человеку свойствами. Отбор у насекомых приводит к росту доли устойчивых особей в популяции. В обоих случаях изменение связано с наследственными признаками и различным успехом размножения.

Ответ. Высокую молочную продуктивность формируют искусственным отбором, потому что животных для размножения выбирает человек. Устойчивость насекомых к инсектициду распространяется в результате естественного отбора под действием препарата. Различаются фактор, определяющий преимущество, и итог, к которому ведёт отбор.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельный организм эволюционирует в течение жизни. Организм может расти и развиваться, но это не то же самое, что эволюционное изменение популяции между поколениями. Ошибку допускают, смешивая изменения одной особи с изменением частоты наследственных признаков. Проверка: спросите себя, описывается ли изменение у группы организмов и передаётся ли оно потомкам.

Ошибка: понимать борьбу за существование только как драку. Такое толкование упускает конкуренцию и влияние неблагоприятных условий. Оно возникает из-за буквального понимания слова «борьба». Проверка: вспомните, могут ли ограниченность пищи или засуха влиять на выживание без прямого столкновения; если да, это тоже проявление борьбы за существование.

Ошибка: утверждать, что организмы приобретают нужные признаки, потому что они им необходимы. Потребность сама по себе не создаёт наследуемое изменение, а естественный отбор действует на уже имеющиеся различия. Ошибка появляется, когда результат отбора принимают за его исходную причину. Проверка: назовите наследственный вариант, который был в популяции до действия фактора отбора.

Ошибка: считать естественный отбор движением к абсолютному совершенству. Преимущество признака зависит от конкретной среды и может исчезнуть при её изменении. Такая ошибка возникает, если оценивать признак вне условий, где он проявляет пользу. Проверка: уточните, в какой среде и для какого успеха — выживания или размножения — признак даёт преимущество.

Связь с другими темами

Чтобы понять теорию Дарвина, нужно знать, что организмы размножаются, наследуют признаки родителей и различаются между собой. Эти идеи объясняют, откуда берётся разнообразие особей и как оно может сохраняться в поколениях. Теория естественного отбора помогает объяснить происхождение приспособлений и разнообразия видов. Она также применима к формированию устойчивости бактерий к лекарствам и вредителей к ядам.

Что запомнить

• Материал для естественного отбора — наследственная изменчивость.
• Избыточное размножение при ограниченных ресурсах приводит к борьбе за существование.
• Естественный отбор — неодинаковый успех особей в выживании и размножении.
• Отбор действует не на намерения организма, а на наследственные различия.
• Приспособленность относительна и зависит от условий среды.
• Искусственный отбор направляется человеком, естественный — условиями среды.