§ 43. Основные закономерности биологической эволюции

Определения и обозначения

Дивергенция — расхождение признаков родственных организмов при приспособлении к разным условиям среды. Она показывает, как от общего предка могут возникнуть формы с разными особенностями и как эволюция создаёт разнообразие. Это понятие помогает объяснить различия между родственными организмами, не отрицая их общего происхождения.

Конвергенция — независимое возникновение сходных признаков у неродственных организмов под влиянием сходных условий среды. Группы приспосабливаются к похожим задачам, поэтому у них могут появляться похожие черты. Понятие нужно, чтобы не принимать любое внешнее сходство за доказательство родства.

Параллелизм — независимое развитие сходных признаков у родственных групп, обладающих общими наследственными особенностями. Сходство возникает не из-за прямого наследования нового признака от одной группы другой, а благодаря общей основе строения и наследственности. Этот термин помогает отличать сходные изменения у родственников от конвергенции у неродственных организмов.

Необратимость эволюции — невозможность полного возвращения вида к прежнему состоянию после длительных эволюционных изменений. Популяции со временем меняются, и прежние сочетания наследственных признаков уже не восстанавливаются точно. Понятие помогает отличить появление похожего признака от настоящего возвращения к прошлому состоянию.

Как это устроено

Внутри популяций возникают наследственные различия: часть из них передаётся потомству. Если родственные группы оказываются в разных условиях, в каждой из них оказываются полезными разные варианты признаков. Естественный отбор чаще сохраняет и передаёт те варианты, которые помогают выжить и оставить потомство именно в данной среде. За много поколений различия накапливаются, и группы становятся всё более непохожими — так происходит дивергенция.

Расходиться могут не только внешние признаки, но и строение органов. Если орган у разных потомков происходит от одной и той же структуры общего предка, такие органы называют гомологичными, даже если они выполняют разные функции. Например, конечности млекопитающих сохраняют общий план строения, но могут быть приспособлены к бегу, плаванию или полёту. Когда популяции постепенно накапливают различия и перестают свободно скрещиваться, исходная группа может разделиться на новые виды.

Неродственные организмы тоже могут стать похожими, если сталкиваются со сходными задачами среды. В водной среде выгодна обтекаемая форма тела, а при передвижении в воде важны приспособления для плавания. Поэтому у акулы и дельфина есть внешне похожие черты, хотя они относятся к разным классам позвоночных. Их сходство возникло независимо и называется конвергенцией, а не свидетельствует о близком родстве.

Параллелизм также приводит к сходству, но группы, у которых появляются похожие изменения, родственны. У них есть общие особенности строения и наследственности, поэтому сходные варианты признаков могут развиваться независимо по похожим направлениям. Иными словами, сходство при параллелизме опирается на общую наследственную основу, а при конвергенции сходные приспособления возникают у неродственных групп под влиянием среды. Чтобы различить эти случаи, сначала выясняют родство сравниваемых организмов.

Эволюцию называют необратимой, потому что изменения в популяциях не стираются простым возвращением к прежним условиям. Меняются генотипы — наследственные особенности организмов, а одновременно меняется и окружающая среда. Даже если условия снова станут похожи на прежние, отбор будет действовать на уже изменившуюся популяцию. Поэтому может возникнуть похожий признак, но точное восстановление прежнего состояния вида невозможно.

Сходство и расхождение признаков в ходе эволюции

Чтобы пользоваться таблицей, сначала посмотрите, какие группы сравниваются: родственные или неродственные. Затем определите, приводит ли ход эволюции к различию или сходству признаков и чем это вызвано. Пример поможет закрепить различие между тремя закономерностями.

Разбор задач

У близкородственных видов млекопитающих конечности имеют общий план строения, но приспособлены к бегу, плаванию или полёту. Нужно определить закономерность и объяснить появление различий. Здесь важно учесть и родство видов, и различие выполняемых функций.

1. Устанавливаем, что виды близкородственные и их конечности имеют общий план строения. Это указывает на общее происхождение соответствующих структур.
2. Сравниваем условия передвижения: бег, плавание и полёт требуют разных приспособлений. В разных условиях отбор сохраняет разные варианты наследственных признаков.
3. Делаем вывод: общий план строения сочетается с расхождением признаков у родственных групп. Это дивергенция, а такие органы относятся к гомологичным.

Ответ: это дивергенция. Конечности имеют общее происхождение, но различаются из-за приспособления близкородственных видов к разным условиям и способам передвижения.

У акулы и дельфина обтекаемая форма тела и плавники, хотя они относятся к разным классам позвоночных. Требуется объяснить сходство и определить его причину. Необходимо отличить сходство, возникшее в похожей среде, от сходства благодаря близкому родству.

1. Определяем, что акула и дельфин — неродственные животные из разных классов позвоночных. Значит, их похожая форма тела не объясняется недавним общим происхождением этих признаков.
2. Учитываем среду: оба организма приспособлены к передвижению в воде. Отбор независимо способствовал сохранению признаков, полезных для плавания.
3. Называем закономерность: независимое появление похожих приспособлений у неродственных групп — это конвергенция.

Ответ: сходство акулы и дельфина объясняется конвергенцией. Похожие условия водной среды привели к сходным приспособлениям, но сами по себе они не доказывают близкого родства.

У двух родственных групп животных независимо сформировались сходные приспособления к жизни в сходных условиях. Нужно определить закономерность и сравнить её с конвергенцией. В условии прямо указаны и родство групп, и независимое появление признаков.

1. Отмечаем, что группы родственные и имеют общие наследственные особенности. Это отличает их от неродственных организмов.
2. Устанавливаем, что признаки возникли независимо, а условия жизни сходны. Следовательно, каждая группа развивала приспособления самостоятельно.
3. Определяем параллелизм: сходные изменения развиваются у родственных групп на общей наследственной основе. При конвергенции сравнивают неродственные группы.

Ответ: это параллелизм. Он, как и конвергенция, приводит к сходству, но при параллелизме группы родственны и имеют общую наследственную основу.

Типичные ошибки

Считать любое сходство доказательством близкого родства — ошибка: внешне сходные признаки могут независимо возникнуть при конвергенции. Её часто допускают, потому что сходство заметно сразу, а историю происхождения организмов определить сложнее. Проверьте себя: сравните не только внешний вид, но и родство групп, а также условия, в которых сформировался признак.

Путать конвергенцию с параллелизмом — значит не учитывать, какие группы сравниваются. Оба явления дают сходные признаки, поэтому легко сосредоточиться только на результате и забыть о родстве. Для проверки спросите: группы неродственные — конвергенция, родственные — параллелизм.

Считать дивергенцию случайным расхождением признаков неверно: различия закрепляются в популяциях под действием естественного отбора в разных условиях. Ошибка возникает, если замечают только результат — непохожесть организмов — и не учитывают, как она формировалась. Проверьте себя: при дивергенции исходная группа родственна, условия различаются, а отбор способствует разным наследственным вариантам.

Необратимость эволюции не означает, что похожие признаки не могут появиться снова. Такое понимание смешивает точный возврат к прежнему состоянию с независимым возникновением сходного приспособления. Проверка простая: признак может быть похожим, но для настоящего возврата должны восстановиться прежние особенности вида, а этого после длительных изменений не происходит.

Связь с другими темами

Для понимания закономерностей эволюции нужны знания о наследственной изменчивости, естественном отборе, популяциях и видообразовании. Эти понятия объясняют, откуда берутся различия, как они закрепляются и почему группы могут разделяться на виды. С их помощью можно разбирать происхождение сходства и различий организмов и оценивать их родственные связи.

Эти закономерности пригодятся при изучении макроэволюции — крупных эволюционных изменений, происходящих в течение длительного времени, — а также при сравнении органов. Они помогают понимать, почему сходные органы могут иметь разное происхождение, а внешне похожие организмы не обязательно близкие родственники. Такой подход нужен при сравнении представителей разных систематических групп.

Что запомнить

• Дивергенция — расхождение признаков родственных групп.
• Разные условия среды могут усиливать расхождение родственных организмов.
• Конвергенция — сходство признаков у неродственных групп, возникшее независимо.
• Параллелизм — сходные изменения у родственных групп.
• Сходные условия среды могут приводить к сходным приспособлениям.
• Эволюционные изменения не означают точного возвращения к прежнему состоянию.