2.2. Основные закономерности биологической эволюции

Определения и обозначения

Биологическая эволюция — историческое развитие живой природы, связанное с изменением наследственных признаков популяций и возникновением новых форм жизни. Иными словами, из поколения в поколение меняется состав наследственных вариантов в группах организмов. Это понятие помогает объяснить происхождение видов и разнообразие жизни.

Дивергенция — расхождение признаков у родственных групп организмов в результате приспособления к разным условиям среды. У групп сохраняются черты общего происхождения, но развиваются разные особенности. Термин нужен, чтобы описывать расхождение эволюционных линий.

Конвергенция — независимое формирование сходных признаков у неродственных или далёких по происхождению организмов в сходных условиях среды. Внешнее сходство в этом случае не обязательно означает близкое родство. Понятие помогает различать сходство из-за общего предка и сходство как ответ на похожие условия.

Параллелизм — независимое развитие сходных признаков у родственных групп, имеющих общую исходную организацию. Такие группы наследуют похожие особенности строения и могут сходным образом отвечать на близкие условия. Понятие позволяет описать сходные изменения именно у родственных линий.

Необратимость эволюции — невозможность полного возвращения вида к прежнему состоянию после длительных эволюционных изменений. Отдельный признак может снова стать похожим на предковый, но сочетание признаков и условия жизни уже иные. Это понятие предостерегает от представления, будто эволюция может просто повернуть вспять.

Как это устроено

В популяции возникают наследственные различия, а условия среды влияют на то, какие из них оказываются полезными. Организмы с подходящими особенностями в среднем оставляют больше потомков, поэтому соответствующие наследственные варианты встречаются чаще. Так естественный отбор изменяет популяцию не за одно поколение, а постепенно. Если различия между группами накапливаются и уменьшается скрещивание между ними, могут сформироваться новые виды.

Эволюционируют популяции, потому что именно в них из поколения в поколение меняется частота наследственных признаков. Отдельный организм может расти, развиваться и приспосабливаться в течение жизни, но это не равнозначно изменению наследственности всей группы. Признаки конкретных особей показывают, какие варианты есть в популяции, а сравнение поколений позволяет увидеть эволюционное изменение. Результат длительных изменений становится заметен и на уровне вида.

Родственные организмы имеют общих предков, поэтому могут сохранять сходный план строения даже при различиях внешнего вида и функций отдельных органов. Если группы оказываются в разных условиях, естественный отбор поддерживает разные полезные особенности. Постепенно признаки расходятся — происходит дивергенция. Поэтому различия между родственными группами не отменяют их общего происхождения, а отражают разные пути приспособления.

При сходном образе жизни среда может создавать похожие требования для организмов разного происхождения. Независимо возникают сходные приспособления — это конвергенция; обтекаемая форма у водных животных служит примером такого сходства. У родственных групп похожее развитие признаков в сходных условиях называют параллелизмом. Общая исходная организация и родство отличают его от конвергенции, хотя в обоих случаях сходство формируется независимо.

У эволюции нет заранее заданной цели: отбор действует на наследственные различия в тех условиях, которые существуют сейчас. Если среда меняется, полезными могут стать другие признаки, поэтому направление изменений зависит от взаимодействия изменчивости, отбора и среды. Усложнение организации возможно в отдельных эволюционных линиях, но не является обязательным для всех групп. Простое строение может сохраняться, если оно достаточно эффективно в своей среде.

Основные направления и закономерности эволюции

Сначала определите, сравниваются ли родственные организмы, затем выясните, сходны или различны условия их жизни. После этого проследите, возникло ли сходство независимо или признаки разошлись от общего плана. Такой порядок помогает не спутать конвергенцию, параллелизм и дивергенцию.

Разбор задач

Задача 1. Нужно определить закономерность, проявляющуюся в различиях между передними конечностями человека, крылом летучей мыши и ластом кита. У органов общий план строения, но они выполняют разные функции. Чтобы сделать вывод, надо отделить сходство происхождения от различий, возникших при приспособлении.

1. Установите, что конечности имеют общий план строения: это признак общего происхождения.
2. Сравните их функции: рука человека служит для разнообразных действий, крыло — для полёта, ласт — для плавания.
3. Свяжите функциональные различия с приспособлением родственных организмов к разным условиям и образу жизни.

Ответ: это дивергенция. Общая исходная структура сохранилась, а отдельные части конечностей изменились в разных направлениях.

Задача 2. У акулы, ихтиозавра и дельфина сходная обтекаемая форма тела. Нужно определить, вызвано ли это сходство общим происхождением. Решение требует сравнить не только форму тела, но и родство организмов, а затем связать признак с условиями обитания.

1. Установите, что акула — рыба, ихтиозавр — вымершая рептилия, а дельфин — млекопитающее; они относятся к разным группам.
2. Отметьте общие условия: все эти животные приспособлены к передвижению в воде.
3. Объясните сходную форму тела её полезностью при плавании, а не выводом о близком родстве.

Ответ: это конвергенция. Обтекаемая форма возникла независимо у организмов разного происхождения в сходной среде.

Задача 3. У родственных групп, обитающих в сходных условиях, появились похожие приспособления. Нужно объяснить закономерность и понять, означает ли сходство полный возврат к предковому состоянию. Здесь важно учесть и родство групп, и то, что эволюция продолжается в конкретной среде.

1. Определите родство сравниваемых групп и наличие у них общей исходной организации.
2. Если сходные признаки развились независимо у родственных линий, назовите это параллелизмом; сходные условия помогают объяснить направление изменений.
3. Проверьте, восстановились ли все прежние признаки и условия. Возникновение отдельного сходного признака не означает полного возвращения к состоянию предка.

Ответ: описанное сходное развитие — параллелизм, а не полный эволюционный возврат. Необратимость относится к целому комплексу изменений; направление дальнейшей эволюции зависит от условий среды.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что вся эволюция обязательно усложняет организм. Так думают, потому что усложнение заметно в отдельных линиях, но отбор сохраняет не сложность, а пригодность к условиям. Проверьте себя: спросите, обязательно ли усложнение помогает выживанию в данной среде; если нет, оно не может быть общей целью эволюции.

Ошибка: принимать любое сходство за доказательство общего происхождения. Внешнее сходство особенно заметно, поэтому легко не учесть независимое возникновение признаков при конвергенции. Проверьте, родственны ли сравниваемые группы и совпадает ли общий план строения, а не только функция или форма.

Ошибка: смешивать дивергенцию и конвергенцию. Их названия могут казаться похожими, а обе закономерности описывают изменение признаков, но направления результатов противоположны. Для проверки спросите, есть ли общий предок: расхождение у родственников — дивергенция, независимое сходство неродственных групп — конвергенция.

Ошибка: понимать необратимость как запрет на повторное появление любого прежнего признака. Это неверно, потому что похожая черта может возникнуть вновь, например при сходных условиях, но вид в целом уже изменился. Проверяйте, идёт ли речь об одном признаке или о полном восстановлении прежнего комплекса признаков и условий.

Связь с другими темами

Для понимания закономерностей эволюции нужны знания о наследственной изменчивости, естественном отборе, популяции и виде, а также критериях вида. Эти понятия объясняют, откуда берутся различия и как они закрепляются в поколениях. Далее тема помогает изучать видообразование и макроэволюцию, происхождение человека и доказательства эволюции. Закономерности дивергенции, конвергенции и параллелизма используют при построении филогенетических схем и объяснении сходства организмов.

Что запомнить

• Эволюция представляет собой историческое изменение популяций и видов.
• Материалом эволюции служит наследственная изменчивость.
• Дивергенция ведёт к расхождению признаков родственных групп.
• Конвергенция создаёт сходные признаки у неродственных организмов.
• Параллелизм выражается в независимом появлении сходных признаков у родственных групп.
• Эволюция необратима и не имеет заранее заданной цели.
• Направление эволюции определяется взаимодействием наследственной изменчивости, отбора и условий среды.