§ 31. Результат эволюции: многообразие видов, приспособленность организмов к среде обитания

Определения и обозначения

Многообразие видов — разнообразие видов организмов, возникшее в ходе эволюции. Оно связано с тем, что наследственные признаки организмов меняются и со временем могут расходиться в разных популяциях. Это понятие помогает объяснить, почему живые организмы отличаются друг от друга и как со временем возникают новые виды.

Приспособленность организмов — совокупность особенностей строения, жизнедеятельности и поведения, повышающих вероятность выживания и размножения в определённых условиях. Например, форма тела может помогать передвигаться, а поведение — избегать опасности. Понятие нужно, чтобы связывать конкретный признак с его ролью в жизни организма.

Относительный характер приспособленности означает, что польза любого приспособления ограничена условиями среды. При их изменении признак может перестать помогать или стать неблагоприятным. Это определение напоминает, что нельзя оценить признак как выгодный вне конкретной обстановки.

Мимикрия — сходство беззащитного организма с защищённым или несъедобным видом, которое снижает вероятность нападения хищника. Хищник принимает один вид за другой и избегает его. Это понятие помогает отличать такое сходство от окраски, просто маскирующей организм на фоне среды.

Как это устроено

В любой популяции особи могут различаться по наследственным признакам. Эти различия возникают не потому, что организму заранее нужен определённый признак, а благодаря наследственной изменчивости. Если в конкретных условиях один вариант помогает выжить или оставить больше потомства, его носители чаще передают его потомкам. За многие поколения полезный в этой среде вариант становится более распространённым.

Естественный отбор не создаёт нужную адаптацию по плану. Он действует на уже существующие наследственные различия: одни варианты в сложившихся условиях оказываются выгоднее других. Поэтому изменения популяции происходят постепенно, в ряду поколений, а не по желанию отдельных организмов. Если полезного варианта нет, отбор не может сразу произвести его у каждой особи.

Приспособленность проявляется на разных уровнях. Особенность строения, например широкие корни пустынного растения, помогает быстро поглощать воду после редких дождей. Физиологическая особенность может поддерживать работу организма при жаре или недостатке воды, а поведение — уменьшать время пребывания в опасном месте. Признак считают адаптацией, когда можно объяснить, как именно он помогает выживать или размножаться в данных условиях.

Защитная окраска затрудняет обнаружение: организм сливается с фоном, как насекомое, похожее на кору или лист. Предупреждающая окраска, наоборот, хорошо заметна и сообщает хищнику о защите или несъедобности; пример — яркая окраска несъедобной бабочки. При мимикрии беззащитный вид копирует облик защищённого: сходный с яркой бабочкой съедобный вид получает шанс быть избегаемым хищником. Значит, сходство с фоном, заметный сигнал и сходство с другим видом действуют по-разному.

Среда неодинакова в разных местах и меняется со временем. В популяциях, оказавшихся в разных условиях, отбор может сохранять разные наследственные признаки, и их различия постепенно накапливаются. Длительное расхождение признаков способствует появлению разнообразия видов. Однако результат отбора всегда зависит от условий: полезный сегодня признак может потерять преимущество, если изменится среда.

Приспособления организмов и их значение

Сначала определите, к какому типу относится признак, затем проследите, как он действует на организм или его врагов. После этого проверьте, в каких именно условиях он полезен. Последний столбец показывает, почему одна и та же адаптация не гарантирует успеха в любой среде.

Разбор задач

Задача 1. У пустынного растения листья уменьшены, а корни широко распространяются у поверхности почвы. Нужно связать каждый признак с условиями пустыни, а не просто назвать его полезным. Разберём, как строение растения влияет на потерю и получение воды.

1. Уменьшенные листья имеют меньшую поверхность, через которую испаряется вода. Поэтому такой признак помогает сократить её потерю в сухом климате.
2. Дожди в пустыне могут быть редкими и непродолжительными, а вода после них быстро уходит или испаряется. Корни, широко расположенные у поверхности, способны быстро поглотить влагу на большой площади.

Ответ: уменьшенные листья связаны с недостатком воды и снижают её потерю. Широко расположенные поверхностные корни помогают быстро поглощать влагу после осадков. Оба признака полезны именно при засушливых условиях.

Задача 2. Ярко окрашенную несъедобную бабочку хищники избегают, а съедобный вид похож на неё по окраске. Требуется определить адаптацию каждого вида и проследить, как она действует на хищника. Важно не перепутать заметный предупреждающий сигнал с подражанием ему.

1. Яркая окраска несъедобной бабочки заметна и сообщает хищнику о том, что добыча неприятна или опасна. Это предупреждающая окраска.
2. Съедобный вид не просто выделяется на фоне, а похож на несъедобную бабочку. Это мимикрия: хищник может принять его за избегаемый вид.

Ответ: у несъедобной бабочки — предупреждающая окраска, а у съедобной — мимикрия. Первая сигнализирует о защите или несъедобности, вторая использует сходство с таким видом. В результате хищник может реже нападать на обеих бабочек.

Задача 3. После похолодания прежняя окраска насекомого стала заметной на фоне среды. Нужно объяснить, почему изменилось значение признака и что может произойти с его частотой в популяции. Для решения сравним окраску с новым фоном и вспомним, на что действует отбор.

1. Раньше окраска скрывала насекомое, а после изменения условий стала выделять его. Более заметных особей хищники могут обнаруживать чаще, поэтому вероятность их выживания снижается.
2. Если в популяции есть наследственные варианты окраски, которые лучше маскируют насекомых на новом фоне, их носители могут чаще выживать и оставлять потомство. Их признаки будут чаще передаваться следующим поколениям.

Ответ: приспособленность относительна, потому что прежнее преимущество зависит от фона и может исчезнуть при его изменении. Естественный отбор способен повысить распространённость наследственных вариантов, которые лучше подходят к новым условиям. Изменения происходят в популяции постепенно, а не возникают сразу у каждой особи.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что организмы приобретают нужный признак, потому что он им необходим. Так думают, представляя эволюцию как целенаправленное приспособление отдельной особи к трудностям. Проверьте себя вопросом: существовала ли наследственная изменчивость, на которую мог действовать отбор? Если признак объясняется только потребностью, рассуждение неверно.

Ошибка: называть приспособлением любую заметную особенность организма. Признак может быть просто особенностью, не повышающей выживание или размножение в данных условиях. Чтобы проверить ответ, назовите конкретную среду и объясните, как признак помогает в ней. Если механизм пользы не удаётся показать, оснований считать его адаптацией недостаточно.

Ошибка: считать, что приспособление полезно при любых условиях. Его преимущество часто связано с конкретным фоном, климатом или поведением хищников, поэтому изменения среды способны его убрать. Проверка проста: представьте, что изменилось условие, к которому признак приспособлен. Если его польза исчезает или становится вредом, значит, вы учитываете относительность приспособленности.

Ошибка: путать мимикрию с защитной окраской. Их смешивают, потому что оба случая связаны с внешним видом и помогают не стать добычей. При защитной окраске организм сливается с фоном, а при мимикрии беззащитный вид похож на другой, обычно защищённый. Для проверки спросите: организм копирует фон или облик другого вида?

Связь с другими темами

Чтобы понять происхождение адаптаций, нужно знать, что наследственные изменения передаются потомкам, а особи одной популяции могут различаться. Естественный отбор меняет распространённость этих различий, потому что особи с разным наследственным набором оставляют неодинаковое число потомков. Понятие популяции помогает увидеть, где именно накапливаются изменения: не в отдельном организме, а в группе организмов на протяжении поколений.

Различия популяций и их длительное расхождение помогают объяснить видообразование и биоразнообразие. Если среда меняется, преимущества признаков тоже могут измениться, а вслед за этим — соотношение вариантов в популяции. Поэтому приспособленность помогает понять, почему меняется численность организмов и как условия среды влияют на ход эволюции.

Что запомнить

• Эволюция приводит к многообразию видов и формированию приспособлений.
• Естественный отбор действует на наследственные различия организмов.
• Приспособления повышают вероятность выживания и размножения в определённых условиях.
• Адаптации бывают связаны со строением, физиологией и поведением.
• Защитная окраска затрудняет обнаружение организма.
• Предупреждающая окраска сигнализирует о защите или несъедобности.
• Приспособленность относительна и зависит от среды.