§ 42–43. Естественный отбор — движущая сила эволюции

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству. Это основной материал для естественного отбора: если наследуемые варианты отличаются, в конкретной среде одни могут давать своим носителям преимущество. Благодаря этому соотношение признаков в популяции способно меняться.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на выживание и размножение. Она не обязательно означает прямую схватку: конкуренция за пищу, засуха, холод и хищники тоже создают трудности. Понятие помогает объяснить, почему не все особи оставляют одинаковое число потомков.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными особенностями, полезными в данных условиях. Это не сознательный выбор и не появление признака по требованию среды. Понятие объясняет, как наследственные варианты, повышающие успех организмов, могут становиться распространённее.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы выжить и оставить потомство. Она проявляется в определённых условиях: например, окраска может помогать скрываться на одном фоне, но быть заметной на другом. Это понятие позволяет оценить пользу признака не вообще, а применительно к конкретной среде.

Как это устроено

Чтобы отбор мог менять популяцию, особи должны различаться, а часть этих различий — передаваться потомству. Если все организмы одинаковы по наследуемому признаку, отбирать среди его вариантов нечего. Приобретённые особенности сами по себе не становятся материалом отбора: изменение, возникшее только в течение жизни, не обязательно передаётся детям. Поэтому эволюционное значение имеет именно наследственная изменчивость.

Ресурсы среды ограничены: всем организмам может не хватать пищи, воды, места или партнёров. К этому добавляются хищники, болезни, перепады температуры и другие опасности. Из-за таких условий одни особи успешнее добывают ресурсы, избегают гибели или размножаются, чем другие. Эта разница в успехе и составляет основу борьбы за существование, даже если организмы не вступают в прямой конфликт.

Если наследуемый вариант повышает выживание или число потомков, его носители в среднем чаще передают его следующему поколению. Потомки наследуют этот вариант, поэтому его доля в популяции может постепенно увеличиваться. Меняется не обязательно сам признак у каждой особи: меняется соотношение вариантов среди организмов. Так небольшие различия в успехе размножения приводят к изменениям популяции через поколения.

Отбор непосредственно проявляется в том, какие отдельные организмы выживают и оставляют потомство. Однако одна особь за свою жизнь не превращает популяцию в новую: её признак не меняет наследственный состав всей группы сам по себе. Эволюционное последствие появляется, когда различия в размножении повторяются в ряде поколений. Поэтому об изменении говорят на уровне популяции, то есть группы особей одного вида, живущих на общей территории и размножающихся друг с другом.

Результат отбора зависит от того, какие варианты признака лучше подходят к среде. При направляющем отборе преимущество получает один крайний вариант, при стабилизирующем — средние значения, а при разрывающем — крайние варианты по обе стороны от среднего. Эти формы по-разному меняют распределение признака в популяции. Они описывают, какие варианты сохраняются чаще, а не разные способы возникновения наследственной изменчивости.

Формы естественного отбора и их влияние на признак

Сначала определите, какие варианты признака успешнее оставляют потомство, а затем сравните их со средними и крайними значениями. Это помогает увидеть, смещается ли распределение целиком, сохраняется ли его середина или преимущество получают оба края. Учитывайте условия среды: один и тот же признак в другой обстановке может оказаться невыгодным.

Разбор задач

Задача 1. В популяции насекомых часть особей имеет наследственную окраску, менее заметную на фоне окружающей среды. Объясните, почему со временем таких особей может стать больше.

1. Установим, что окраска наследственная: потомки могут получать этот вариант от родителей.
2. Сравним варианты в данных условиях: менее заметных насекомых хищникам труднее обнаружить, поэтому вероятность быть съеденными ниже.
3. Выжившие особи чаще доживают до размножения и передают окраску потомству. Если это преимущество сохраняется, доля такого наследственного варианта в популяции может увеличиваться.

Ответ. Менее заметные насекомые чаще выживают и размножаются, а их наследственная окраска передаётся потомкам. Поэтому со временем таких особей может стать больше.

Задача 2. После похолодания в популяции растений чаще выживают особи с наследственной устойчивостью к низким температурам. Определите форму отбора и объясните изменение популяции.

1. Условия среды изменились: после похолодания холодоустойчивость стала важнее для выживания растений.
2. Преимущество получили растения с одним определённым вариантом признака — повышенной устойчивостью к холоду.
3. Они чаще выживают и передают этот вариант потомству, поэтому распределение признака смещается в сторону большей устойчивости.

Ответ. Это направляющий отбор: преимущество получил один крайний вариант признака, и его доля в популяции может возрасти.

Задача 3. В устойчивых условиях чаще выживают новорождённые животные со средней массой, а очень лёгкие и очень тяжёлые — реже. Назовите форму отбора и объясните, что произойдёт с распределением признака.

1. Сравним успех вариантов: животные со средней массой выживают чаще, чем особи по обоим краям распределения.
2. Значит, преимущество получают средние значения признака, а крайние варианты чаще устраняются отбором.
3. При постоянных условиях среднее значение массы будет сохраняться, а доля очень лёгких и очень тяжёлых новорождённых уменьшится.

Ответ. Это стабилизирующий отбор. Он сохраняет среднюю массу и сокращает представленность крайних вариантов.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что организмы меняются из-за необходимости приспособиться. Так думают, потому что легко представить потребность организма как причину появления полезного признака. Но отбор не создаёт нужное наследственное изменение, а действует на уже существующие варианты. Проверь себя: назови наследственные различия, среди которых идёт отбор, а не только пользу признака.

Ошибка: отождествлять отбор с выживанием самых сильных. Сила кажется универсальным преимуществом, но в разных условиях важны разные качества. Незаметная окраска, устойчивость к холоду или способность добывать пищу могут быть важнее физической силы. Проверь себя: укажи конкретную среду и объясни, как именно признак повышает выживание или размножение.

Ошибка: приписывать эволюционное изменение отдельному организму. Можно заметить, что особь приспособилась к условиям, и ошибочно заключить, что эволюционировала вся популяция за её жизнь. Отдельный организм проходит отбор, а эволюционные изменения накапливаются в популяции через поколения. Проверь себя: спрашивай, изменилось ли соотношение наследственных вариантов у потомков.

Ошибка: считать любое полезное изменение наследственным. Некоторые особенности возникают в течение жизни под влиянием питания, тренировки или условий содержания. Польза для особи ещё не означает, что такая особенность передастся потомкам. Проверь себя: уточни, обусловлен ли признак наследуемыми различиями, а не только приобретён ли организмом.

Связь с другими темами

Для понимания естественного отбора нужны знания о наследственности и изменчивости: наследственность передаёт признаки потомству, а изменчивость создаёт различия между организмами. Гены участвуют в передаче наследственных особенностей, поэтому важно отличать их варианты от изменений, приобретённых за жизнь. Именно сочетание наследуемых различий и неодинакового успеха размножения позволяет понять механизм отбора.

Естественный отбор помогает объяснить, почему у организмов возникают и распространяются приспособления к среде. Если популяции длительно изменяются и оказываются изолированными, различия между ними могут накапливаться; со временем это связано с образованием новых видов. Значит, отбор связывает изменения наследственных вариантов с крупными результатами эволюции.

Что запомнить

• Материал для естественного отбора — наследственная изменчивость.
• Отбор связан с борьбой за существование и неодинаковым успехом размножения.
• Естественный отбор действует на организмы, а его результат проявляется в популяциях.
• Преимущество признака зависит от условий среды.
• Направляющий отбор смещает признак в одну сторону, стабилизирующий сохраняет средние варианты, разрывающий поддерживает крайние.