§ 2. Теория эволюции

Определения и обозначения

Эволюция — историческое развитие живой природы, приводящее к изменениям организмов и появлению новых видов. Это не просто перемены в жизни одной особи, а постепенные изменения групп организмов на протяжении поколений. Понятие эволюции помогает объяснить многообразие живых существ и различия между ними.

Наследственная изменчивость — различия между особями, которые могут передаваться потомству. Например, у жуков могут различаться окраска или размер, и часть этих различий может наследоваться. Такая изменчивость важна, потому что даёт материал для изменений популяций.

Борьба за существование — отношения организмов друг с другом и с условиями среды, влияющие на их выживание и размножение. Ресурсов, например пищи и места, часто не хватает всем, а условия могут быть неблагоприятными. Это понятие объясняет, почему одни особи оставляют больше потомства, чем другие.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей, у которых есть полезные в данных условиях наследственные признаки. Такие признаки чаще передаются потомству и могут становиться более распространёнными в популяции. Отбор помогает понять, как среда влияет на изменения живых организмов.

Как это устроено

Организмы часто производят больше потомков, чем может выжить и размножиться в данной среде. При этом пища, вода, убежища и места для размножения ограничены, а условия могут быть суровыми. Поэтому особям приходится конкурировать за ресурсы и справляться с неблагоприятными факторами. Борьба за существование не всегда выглядит как столкновение: нехватка пищи или холод тоже влияют на шансы организма оставить потомство.

Особей одного вида нельзя считать совершенно одинаковыми: между ними возникают различия. Некоторые из них наследуются, то есть могут передаваться потомкам, а другие появляются в течение жизни и не обязательно передаются. Среда влияет на то, какие наследственные особенности оказываются полезными: признак, помогающий в одних условиях, может быть бесполезен или даже мешать в других. Поэтому значение различия нельзя определить отдельно от условий жизни организма.

Если наследственный признак помогает выжить или оставить больше потомства, его носители в среднем передают его следующим поколениям чаще. Так действует естественный отбор: не все особи имеют одинаковые шансы на размножение. За счёт этого соотношение признаков в популяции постепенно меняется. Сам отбор проявляется через успех отдельных особей, а результат заметен в изменениях всей популяции.

Когда отбор действует на наследственные различия много поколений подряд, полезные в данных условиях признаки могут становиться распространённее. Это способствует приспособленности организмов к окружающей среде, например помогает им добывать пищу или избегать опасности. Популяции могут накапливать разные изменения, особенно если долго живут раздельно. Со временем такие различия могут привести к возникновению новых видов.

Естественный отбор не предвидит будущих условий и не стремится сделать организм совершенным. Он не создаёт нужный признак только потому, что организм в нём нуждается, а действует на уже имеющиеся наследственные варианты. Если среди особей есть признак, полезный в сложившейся среде, его носители могут оставить больше потомства. Если такого варианта нет, отбор не может выбрать его заранее; изменение среды также может сделать прежде полезный признак невыгодным.

Основные факторы и результаты эволюции

Читайте таблицу слева направо: сначала определите, какой процесс или результат описан, затем выясните, как он проявляется. Последний столбец показывает, какое место это явление занимает в эволюции. Полезно проследить цепочку от наследственных различий до изменений популяций.

Разбор задач

Задача 1. У двух групп жуков одного вида различаются окраска и размеры; потомству передаются только некоторые из этих различий. Нужно определить, какие различия могут участвовать в эволюции. Здесь важно не принять любое отличие за наследственное: часть перемен может возникнуть у жука в течение жизни. Поэтому сначала выясним, какие именно различия передаются потомству.

1. Сравним признаки двух групп: различаться могут и окраска, и размеры.
2. Проверим, какие из этих различий наследуются, то есть обнаруживаются у потомков.
3. К эволюции могут быть причастны только передаваемые наследственные варианты, поскольку они способны накапливаться в поколениях.

Ответ: участвовать в эволюции могут те различия окраски и размеров, которые наследуются. Ненаследственные изменения отдельного жука сами по себе не передаются следующему поколению.

Задача 2. На участке с тёмной почвой птицы чаще замечают светлых насекомых. Нужно объяснить, как со временем может измениться соотношение светлых и тёмных особей. Предположим, что окраска наследуется и что птицы действительно чаще ловят заметных насекомых. Тогда сравним шансы разных жуков выжить и оставить потомство.

1. Светлые жуки заметнее на тёмной почве и чаще становятся добычей птиц.
2. Тёмные жуки в среднем чаще выживают и могут оставить больше потомства.
3. Если тёмная окраска наследуется, её носители будут передавать этот вариант потомкам чаще.
4. За несколько поколений доля тёмных жуков может увеличиться, а доля светлых — уменьшиться.

Ответ: при указанных условиях естественный отбор может повысить долю тёмных жуков. Это не означает, что каждый жук изменил окраску: постепенно изменилось соотношение наследственных вариантов в популяции.

Задача 3. В популяции бактерий есть наследственные варианты, различающиеся устойчивостью к лекарству. После его применения устойчивые бактерии оставляют больше потомства. Нужно объяснить изменение популяции и выяснить, почему устойчивость не возникла просто по потребности. Для решения отделим существовавшие варианты от результата отбора.

1. До применения лекарства в популяции уже были наследственные различия по устойчивости.
2. Лекарство сильнее влияет на менее устойчивые бактерии, поэтому устойчивые чаще выживают.
3. Выжившие бактерии размножаются и передают потомству наследственный вариант устойчивости.
4. В следующих поколениях доля устойчивых бактерий возрастает: это изменение популяции, а не превращение каждой бактерии.
5. Нельзя говорить, что бактерии приобрели устойчивость «по необходимости»: лекарство отбирает уже существующие варианты, но не создаёт их по заказу среды.

Ответ: устойчивые бактерии оставляют больше потомства, поэтому наследственная устойчивость становится распространённее в популяции. Отбор меняет соотношение вариантов, а не заставляет каждую бактерию целенаправленно измениться.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельный организм эволюционирует за время жизни. Так думают, потому что хорошо заметны рост и другие перемены одной особи, но это не то же самое, что изменение наследственных признаков. Эволюционные изменения происходят в популяциях на протяжении поколений. Проверь себя: если описывается только одна особь за её жизнь, это ещё не доказательство эволюции.

Ошибка: путать наследственную изменчивость с любым изменением организма. Такое смешение возникает, когда не различают врождённые особенности и изменения, приобретённые в течение жизни. Приобретённый признак не обязательно передаётся потомству. Проверь себя вопросом: можно ли обнаружить этот вариант у потомков и передаётся ли он по наследству?

Ошибка: представлять естественный отбор как сознательный выбор или стремление организмов приспособиться. Это кажется правдоподобным, если описывать полезный признак так, будто организм специально его получил. Но отбор не имеет цели и сохраняет уже имеющиеся наследственные варианты, которые оказались полезными в данных условиях. Проверь себя: не приписываешь ли ты природе намерение или способность заранее создавать нужное изменение?

Ошибка: сводить борьбу за существование только к прямой схватке. Слово «борьба» может навести на мысль о драке между животными, хотя конкуренция часто происходит без столкновения. Нехватка пищи, воды или убежищ, а также неблагоприятные условия тоже влияют на выживание и размножение. Проверь себя: если условия уменьшают шансы организма оставить потомство, это тоже относится к борьбе за существование.

Связь с другими темами

Чтобы понять эволюцию, нужно знать, что организмы размножаются, передают потомству наследственные признаки и различаются между собой. Эти знания помогают увидеть, откуда берутся варианты признаков и как они могут распространяться в популяции. Без наследования изменения не могли бы накапливаться из поколения в поколение.

Тема связана с изучением наследственности и изменчивости: они объясняют происхождение различий, на которые действует естественный отбор. Позже эти представления помогут разбираться в многообразии видов и приспособлениях организмов. Они также нужны для понимания истории развития жизни и появления новых видов.

Что запомнить

• Эволюция — историческое развитие живой природы.
• Для эволюции важны наследственные различия между особями.
• Борьба за существование возникает, в частности, из-за ограниченности ресурсов.
• Естественный отбор — преимущественное размножение особей с полезными наследственными признаками.
• Отбор действует на особей, а изменения накапливаются в популяциях.
• Естественный отбор не направлен заранее к определённой цели.
• Накопление изменений в поколениях может приводить к появлению новых видов.