§ 56. Движущий и направляющий фактор эволюции

Определения и обозначения

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными признаками, повышающими их приспособленность к условиям среды. Проще говоря, особи с более выгодными признаками чаще оставляют потомство. Это понятие нужно, чтобы объяснить, как различия между организмами меняют состав популяции.

Движущий фактор эволюции — фактор, который изменяет наследственные признаки популяции и способствует её эволюционному преобразованию. Таким фактором выступает естественный отбор, потому что он постепенно меняет частоту вариантов признаков. Благодаря этому популяция не остаётся неизменной на протяжении поколений.

Направляющий фактор эволюции — фактор, который определяет направление изменений популяции. Отбор сохраняет одни наследственные варианты и устраняет другие в соответствии с условиями среды. Это понятие помогает понять, почему изменения не случайно закрепляются в популяции, а связаны с её образом жизни.

Приспособленность — соответствие особенностей организма условиям среды, повышающее его шансы выжить и оставить потомство. Приспособленным считается не просто сильный организм, а тот, чьи признаки выгодны именно в данных условиях. Понятие нужно, чтобы сравнивать относительный успех разных особей.

Как это устроено

Наследственная изменчивость создаёт различия между организмами одной популяции. Эти различия могут касаться окраски, размеров, поведения или особенностей обмена веществ и передаваться потомкам. Без наследуемых различий отбору не из чего выбирать, поэтому он не смог бы изменить популяцию.

Ресурсы среды ограничены: особям может не хватать пищи, воды, убежищ или мест для размножения. Из-за этого между организмами возникает борьба за существование, и особи с разными признаками имеют неодинаковые шансы на успех. Чем сильнее признак помогает добывать ресурсы или избегать опасности, тем выше вероятность выживания и размножения его носителя.

Полезные в данных условиях наследственные особенности повышают репродуктивный успех организма. Такая особь чаще доживает до размножения, находит партнёра или выращивает потомство. Поэтому соответствующие варианты признаков передаются следующим поколениям чаще и постепенно становятся распространённее.

Естественный отбор называют движущим фактором, поскольку он изменяет состав популяции. Он является и направляющим фактором: среда создаёт преимущество не для любых изменений, а для определённых вариантов. Например, при потемнении поверхности более тёмная окраска может стать выгоднее светлой.

Результат отбора зависит от условий среды, поэтому при их изменении преимущество могут получить другие признаки. В относительно постоянной среде чаще сохраняются средние варианты, а в неоднородной — крайние. Поэтому выделяют движущую, стабилизирующую и разрывающую формы отбора.

Формы естественного отбора и их результаты

Чтобы определить форму отбора, сначала сравните условия среды с распределением признака. Затем выясните, какие варианты оставляют больше потомков, и проследите, как изменится популяция через поколения. В таблице показано не только преимущество отдельных особей, но и итог для всей популяции.

Разбор задач

Задача 1

Объясните, почему при устойчивых условиях среды естественный отбор может сохранять среднее значение признака и устранять крайние варианты. Нужно связать постоянство условий с разницей в выживаемости организмов. Затем определите форму отбора.

1. Если условия долго не меняются, уже сложившийся средний вариант обычно соответствует им лучше всего.
2. Крайние отклонения могут ухудшать питание, защиту или размножение, поэтому их носители в среднем оставляют меньше потомков.
3. Средние варианты передаются чаще, а крайние постепенно становятся менее распространёнными; это стабилизирующий отбор.

Ответ: устойчивые условия поддерживают среднее значение признака. Крайние варианты устраняются, потому что в данной среде они менее выгодны. Форма отбора — стабилизирующая.

Задача 2

У насекомых в потемневшей среде чаще выживают особи с более тёмной окраской. Нужно объяснить изменение популяции за несколько поколений и определить форму отбора. Решение зависит от того, является ли окраска наследуемой.

1. Если тёмная окраска наследуется, её носители чаще избегают поедания и доживают до размножения.
2. Они оставляют больше потомков, поэтому доля тёмноокрашенных насекомых в следующем поколении увеличивается.
3. После повторения отбора в нескольких поколениях средняя окраска популяции станет темнее, что указывает на движущий отбор.

Ответ: частота наследственной тёмной окраски будет возрастать. Популяция постепенно сместится в сторону более тёмного варианта признака. Это движущий отбор, вызванный потемнением среды.

Задача 3

В популяции птиц есть особи с мелкими, средними и крупными клювами. На острове доступны преимущественно очень мелкие и очень крупные семена, а птицы со средними клювами оставляют меньше потомства. Требуется определить форму отбора и возможный результат.

1. Мелкие клювы эффективнее используют мелкие семена, а крупные — крупные семена, поэтому оба крайних варианта получают преимущество.
2. Средние клювы хуже приспособлены к обоим типам пищи и имеют меньший репродуктивный успех.
3. Частоты мелких и крупных клювов будут расти, а различия между группами усилятся; это разрывающий отбор.

Ответ: действует разрывающий отбор. Популяция может разделиться на две группы по размеру клюва, если различия будут сохраняться и усиливаться в следующих поколениях.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать, что отбор действует на популяцию как на единое целое. На самом деле преимущество или недостаток проявляется у отдельных организмов, а изменения накапливаются в популяции. Проверка проста: сначала назовите особей с разным успехом, затем опишите итог для нескольких поколений.

Вторая ошибка — утверждать, что организмы изменяются потому, что им это необходимо. Отбор не создаёт нужный признак по запросу, а действует на уже имеющиеся наследственные различия. Спросите себя, существовал ли вариант признака до изменения условий и передаётся ли он потомкам.

Третья ошибка — путать выживание с эволюционным успехом. В отборе важно не только дожить до определённого возраста, но и оставить жизнеспособное потомство. Поэтому при решении задачи сравнивайте именно вклад особей в следующее поколение.

Четвёртая ошибка — считать любое полезное для особи изменение наследуемым и распространяющимся. Для эволюции нужны наследуемость признака и различия в репродуктивном успехе. Проверьте, может ли признак передаваться потомкам и действительно ли его носители размножаются успешнее.

Связь с другими темами

Для понимания отбора нужны знания о наследственной изменчивости, генотипе и фенотипе, популяции и борьбе за существование. Наследственность объясняет передачу признаков, а популяция является уровнем, на котором накапливаются изменения. Борьба за существование создаёт различия в успехе особей.

Естественный отбор помогает объяснить формирование адаптаций. Он также показывает, почему частоты наследственных признаков в популяциях меняются не случайно, а под влиянием условий среды.

Эта тема служит основой для изучения видообразования и других факторов эволюции. Если различия между группами накапливаются и обмен генами ограничивается, они могут стать началом расхождения популяций.

Что запомнить

• Естественный отбор действует на наследственные различия между организмами.
• Отбор связан с неодинаковым выживанием и размножением особей.
• Эволюционные изменения накапливаются в популяциях на протяжении поколений.
• Естественный отбор является движущим и направляющим фактором эволюции.
• Направление отбора определяется условиями среды и может измениться вместе с ними.
• Различают движущую, стабилизирующую и разрывающую формы отбора.