2.2.1. Закономерности эволюционного процесса

Определения и обозначения

Дивергенция — расхождение признаков у родственных организмов при приспособлении к разным условиям среды. Естественный отбор сохраняет разные наследственные варианты в разных условиях, поэтому облик и функции органов могут измениться. Общее происхождение при этом проявляется в гомологичных органах: они имеют общий план строения, хотя выполняют разные задачи.

Конвергенция — независимое приобретение сходных признаков неродственными или отдалённо родственными группами в сходных условиях. Отбор может приводить к похожим приспособлениям, но причина сходства здесь не общий предок с таким признаком. Аналогичные органы сходны по функции, однако возникли независимо и могут различаться по происхождению и строению.

Параллелизм — независимое развитие сходных признаков у близкородственных групп, имеющих сходную наследственную основу. Общие особенности происхождения делают появление похожих изменений более вероятным. Это понятие помогает отличать параллельное развитие родственных групп от конвергенции неродственных.

Биологический прогресс — успех группы организмов, выражающийся в увеличении её численности, расширении ареала и росте числа видов. Ареал — территория, на которой встречаются представители группы. Чтобы определить прогресс, рассматривают все три показателя вместе; успех группы не обязательно означает усложнение каждого вида.

Как это устроено

Внутри родственной группы появляются наследственные различия, а естественный отбор сохраняет те из них, которые полезны в конкретных условиях. Если части группы долго живут в разных средах, требования к их организмам различаются, и признаки постепенно расходятся. Так возникает дивергенция, благодаря которой родственные формы могут использовать разные экологические ниши — условия и ресурсы среды. Различия в строении конечностей млекопитающих связаны с тем, что они приспособлены к разным способам передвижения.

Сходные условия могут предъявлять сходные требования к организмам, даже если их происхождение различно. Наследственная изменчивость даёт варианты, а естественный отбор сохраняет у каждой группы те, что лучше работают в этой среде. Поэтому внешне похожие приспособления возникают независимо, а не наследуются от недавнего общего предка. Такое сходство не свидетельствует о близком родстве: оно отражает сходные условия отбора.

Параллелизм тоже приводит к сходным изменениям, но происходит у близкородственных групп. Их общая наследственная основа может включать сходные особенности строения и развития, поэтому при похожем воздействии среды изменения идут сходным образом. При конвергенции группы не имеют такой близкой основы, а сходство создаётся независимо. Для различения этих явлений необходимо учитывать не только вид признака, но и родство организмов.

Эволюционные изменения не происходят с одинаковой скоростью и не направлены к заранее заданной цели. Темп зависит, например, от условий среды и того, насколько сильно они меняются; отбор сохраняет варианты, полезные в конкретных обстоятельствах. Поэтому приспособление эффективно не вообще, а в определённой среде. При её изменении прежний признак может утратить преимущество.

Биологический прогресс оценивают по трём признакам: численности группы, размеру её ареала и числу видов. Рост всех этих показателей говорит об успехе группы, поскольку её представители становятся многочисленнее, занимают больше пространства и разнообразнее представлены. Сокращение одного показателя требует оценивать остальные, а не делать вывод по одному признаку. При этом в успешной группе отдельные виды могут вымирать: прогресс характеризует группу в целом, а не судьбу каждого её вида.

Сравнение основных направлений изменения признаков

Сначала выясните, насколько близко родственны сравниваемые группы, затем определите причину сходства или различий. Если органы похожи лишь по функции, этого недостаточно, чтобы считать их гомологичными. Пример помогает проверить, соответствует ли объяснение определению явления.

Разбор задач

Задача 1. У родственных видов млекопитающих передние конечности выполняют функции ходьбы, плавания и полёта. Определите тип эволюционного изменения и объясните ответ.

1. Установите, что сравниваются родственные виды, а не далёкие группы организмов.
2. Сравните функции конечностей: они различаются, поскольку животные приспособлены к передвижению по земле, в воде или в воздухе.
3. Учтите общее происхождение и общий план строения передних конечностей. Это гомологичные органы, признаки которых расходились при освоении разных условий.

Ответ: это дивергенция. Различия в функциях возникли у родственных организмов, а общность происхождения конечностей сохранилась.

Задача 2. Сравните обтекаемую форму тела акулы и дельфина. Какое эволюционное явление объясняет сходство и почему оно не доказывает близкое родство?

1. Определите причину, которая могла бы сблизить форму тела: оба организма передвигаются в воде, где обтекаемая форма помогает плавать.
2. Сопоставьте группы: акула — рыба, а дельфин — млекопитающее. Их сходная форма не указывает на близкое родство.
3. Сделайте вывод: похожее приспособление независимо закрепилось в сходных условиях. Это конвергенция, а сходство функций не означает общего происхождения признака.

Ответ: обтекаемая форма тела акулы и дельфина — результат конвергенции. Она отражает приспособление к водной среде, а не близкое родство этих животных.

Задача 3. У группы растут численность и ареал, но число видов сокращается. Определите, наблюдается ли биологический прогресс.

1. Проверьте численность: она увеличивается, что соответствует одному критерию прогресса.
2. Проверьте ареал: он расширяется, это второй положительный показатель. Число видов, однако, сокращается.
3. Оцените совокупность критериев. Нельзя заключить, что достигнут полный биологический прогресс по всем показателям, но и считать группу однозначно регрессирующей только из-за сокращения числа видов нельзя.

Ответ: прогресс выражен не по всем критериям. Численность и ареал растут, но число видов сокращается, поэтому для вывода о состоянии группы нужно учитывать динамику всех показателей и период наблюдения.

Типичные ошибки

Считать конвергенцию доказательством близкого родства. Ошибка возникает, когда внешнее сходство принимают за свидетельство общего происхождения. Но похожие приспособления могут независимо появиться в сходной среде. Проверьте, объясняется ли сходство общим происхождением органов или условиями жизни.

Путать конвергенцию с параллелизмом. В обоих случаях признаки сходны, поэтому легко упустить степень родства групп. При конвергенции сходство появляется у неродственных или отдалённо родственных организмов, а при параллелизме — у близкородственных. Сначала определите родство, затем называйте явление.

Называть любые сходные органы гомологичными. Одинаковая функция не доказывает общего происхождения, хотя это часто кажется очевидным. Гомологичные органы объединяет происхождение и общий план строения, а аналогичные могут быть похожи только функцией. Сравнивайте строение и происхождение, а не только то, что орган делает.

Считать биологический прогресс обязательным усложнением организмов. Такое представление появляется из-за бытового понимания слова «прогресс». В биологии судят об успехе группы по численности, ареалу и числу видов, а не по степени сложности её представителей. Проверьте вывод по всем трём показателям.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о наследственной изменчивости, естественном отборе, приспособленности и виде: они объясняют, откуда берутся различия и почему одни варианты сохраняются. Закономерности дивергенции, конвергенции и параллелизма помогают устанавливать происхождение сходств и различий по сравнительно-анатомическим данным. Биологический прогресс используют при изучении макроэволюции, вымирания групп и современной систематики. Он позволяет рассматривать изменения группы в целом, а не только отдельного вида.

Что запомнить

• Дивергенция ведёт к расхождению признаков у родственных организмов.
• Гомологичные органы имеют общее происхождение, даже если выполняют разные функции.
• Конвергенция создаёт сходные приспособления у неродственных групп в похожих условиях.
• Параллелизм характерен для близкородственных групп со сходной наследственной основой.
• Сходство признаков само по себе не доказывает близкого родства.
• Биологический прогресс оценивают по численности, ареалу и числу видов.