§ 29. Популяция — элементарная единица эволюции. Предпосылки эволюции

Определения и обозначения

Популяция — группа особей одного вида, длительно обитающих на общей территории и свободно скрещивающихся между собой. Её основные признаки — совместное обитание, возможность размножения друг с другом и относительная общность наследственных вариантов. Это понятие помогает выделить группу, внутри которой происходит регулярный обмен генами.

Генофонд — совокупность всех генов и их вариантов у особей популяции. Разные варианты одного гена называют аллелями; они могут влиять на наследственные признаки. Понятие генофонда нужно, чтобы описывать наследственное разнообразие популяции и отслеживать его изменения между поколениями.

Элементарная единица эволюции — популяция, в генофонде которой происходят наследственные изменения. Это не означает, что все особи одновременно приобретают новый признак: изменяются доли наследственных вариантов в группе. Такое определение показывает, на каком уровне можно обнаружить эволюционный процесс.

Предпосылки эволюции — условия и явления, создающие возможность эволюционных изменений: наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Наследственная изменчивость даёт различия, которые могут передаваться потомству. Борьба за существование и отбор влияют на то, какие варианты чаще сохраняются в последующих поколениях.

Как это устроено

Особей одного вида объединяет не только сходство, но и возможность скрещиваться. Если они долго живут на общей территории, им проще встречаться и оставлять потомство, поэтому между ними происходит обмен генами. В результате наследственные варианты отдельных особей входят в общий генофонд популяции. Общая территория и скрещивание помогают объяснить, почему популяцию рассматривают как связанную группу, а не случайное скопление организмов.

Вид обычно занимает обширную территорию и может состоять из нескольких популяций. Географические расстояния, особенности среды или преграды способны затруднить встречи особей из разных групп. Тогда скрещивание между популяциями происходит реже, а обмен генами ослабевает. Поэтому популяции одного вида могут отличаться частотами наследственных вариантов, хотя сохраняют принадлежность к одному виду.

Отдельная особь развивается и может менять отдельные признаки в течение жизни, но это не означает, что её наследственный материал эволюционно изменился. Для эволюции важно, чтобы наследуемые варианты передавались потомству и со временем становились чаще или реже. Такие изменения видны при сравнении поколений и описываются для популяционного генофонда. Поэтому единицей эволюционного процесса считают популяцию, а не особь.

В популяции возникают наследственные различия, например из-за мутаций и новых сочетаний генов при размножении. Они создают материал для эволюции, но сами по себе не направляют её к определённому результату. Особям приходится конкурировать за пищу, пространство и возможность размножения — это проявления борьбы за существование. Естественный отбор приводит к тому, что наследственные варианты, помогающие оставить больше потомства в данных условиях, чаще передаются следующим поколениям.

Изоляция возникает, когда между группами особей появляются препятствия для скрещивания или обмена генами. Это могут быть физические преграды, расстояние либо различия в сроках размножения. Поскольку варианты из одной популяции реже попадают в другую, каждая группа меняется в основном за счёт собственных наследственных различий и действующих на неё условий. Так изоляция способствует независимому изменению популяций и накоплению различий между ними.

Особь, популяция и вид в эволюционном процессе

Сначала определите, о каком уровне идёт речь: об отдельном организме, группе особей или совокупности популяций. Затем найдите, какое изменение рассматривается — изменение признака у особи или частот вариантов в генофонде. Для объяснения эволюции особенно важны наследование и передача вариантов между поколениями.

Разбор задач

Задача 1

В группе особей одного вида выясните, какие признаки позволяют считать её популяцией. Одного видового сходства недостаточно: особи могут принадлежать к одному виду, но жить разобщённо. Проверим, есть ли условия для длительного совместного обитания и размножения.

1. Установим, обитают ли особи на общей территории, а не просто встретились случайно.
2. Проверим, сохраняется ли эта группа достаточно долго, чтобы в ней происходило размножение.
3. Выясним, могут ли особи скрещиваться друг с другом и обмениваться генами.

Ответ: группу можно считать популяцией, если особи одного вида длительно живут на общей территории и имеют возможность скрещиваться. Эти условия связывают их общим генофондом.

Задача 2

В популяции доля особей с наследственным вариантом признака изменилась за несколько поколений. Нужно определить, произошло ли эволюционное изменение. Сам по себе подсчёт особей недостаточен: важно подтвердить наследуемость варианта и сравнить его распространённость во времени.

1. Уточним, что вариант признака наследуется, то есть может передаваться потомству.
2. Сравним его частоту в генофонде популяции в начале наблюдения и через несколько поколений.
3. Если частота действительно изменилась, установим, что изменился состав генофонда популяции.

Ответ: да, это эволюционное изменение, если речь идёт о наследственном варианте и его частота в популяции изменилась между поколениями. Изменение ненаследственного признака отдельной особи такого вывода не позволяет.

Задача 3

Две популяции оказались разделены преградой, и в одной наследственный признак стал встречаться чаще. Преграда может уменьшить обмен генами, но сама по себе не объясняет, почему изменилась частота признака. Для решения нужно учесть наследственную изменчивость, размножение и действие среды.

1. Проверим, наследуется ли признак: только наследственный вариант способен передаваться потомству.
2. Рассмотрим, могла ли изменчивость обеспечить наличие этого варианта в популяции.
3. Оценим, мог ли отбор в местных условиях способствовать выживанию или размножению его носителей.
4. Учтём, что изоляция ограничивает поступление вариантов из другой популяции и позволяет генофондам меняться независимо.

Ответ: частота могла вырасти под действием естественного отбора, если вариант давал преимущество, либо вследствие иных изменений состава популяции. Изоляция не создаёт признак, но ограничивает обмен генами и тем самым усиливает независимое изменение генофонда.

Типичные ошибки

Ошибка: считать элементарной единицей эволюции отдельную особь. Так думают, потому что признаки хорошо заметны у конкретного организма, однако эволюцию устанавливают по изменениям в группе между поколениями. Проверьте себя вопросом: изменились ли частоты наследственных вариантов в популяции или описано только изменение одной особи?

Ошибка: отождествлять популяцию с видом. Их путают, потому что особи популяции и вида принадлежат к одному виду, но вид может объединять несколько территориально разобщённых популяций. Чтобы проверить ответ, выясните, рассматривается ли одна группа с общим обменом генами или совокупность таких групп.

Ошибка: называть эволюцией любое изменение признака. Причина ошибки — смешение изменений, происходящих в течение жизни, с изменениями, передаваемыми потомству. Для проверки спросите, наследуется ли вариант и изменилась ли его частота в популяции на протяжении поколений.

Ошибка: утверждать, что естественный отбор создаёт наследственные варианты. Так говорят, смешивая появление различий и их распространение, хотя отбор действует на уже существующую наследственную изменчивость. Проверьте объяснение: сначала укажите источник вариантов, затем — как отбор влияет на их передачу потомству.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, нужно знать, что такое вид, наследственность, изменчивость, генотип и естественный отбор. Эти понятия объясняют, откуда берутся различия между особями и почему некоторые из них передаются потомству чаще других. Далее представление о популяции помогает изучать микроэволюцию — изменения внутри популяций, а затем и видообразование. Понимание механизмов эволюционного процесса связывает отдельные наследственные варианты с изменениями групп организмов.

Что запомнить

• Популяция объединяет особей одного вида, связанных общей территорией и скрещиванием.
• У популяции есть общий генофонд.
• Элементарной единицей эволюции является популяция, а не отдельная особь.
• Эволюционное изменение проявляется в изменении генофонда популяции.
• Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюции.
• Отбор влияет на распространение наследственных вариантов.
• Изоляция может ограничивать обмен генами между популяциями.