§ 30. Движущие силы эволюции

Определения и обозначения

Движущие силы эволюции — факторы, которые изменяют наследственные признаки популяций и направляют эволюционный процесс. Иными словами, они влияют на то, какие варианты признаков сохраняются и чаще встречаются в следующих поколениях. Это понятие помогает объяснить эволюционные изменения не как случайное превращение отдельной особи, а как результат процессов в популяции.

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству и служат материалом для эволюции. Такие различия возникают, например, из-за мутаций и новых сочетаний генов. Они нужны потому, что без наследуемых вариантов отбору было бы нечего сохранять или устранять.

Борьба за существование — совокупность взаимоотношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Речь идёт не только о прямом столкновении, но и о конкуренции за ресурсы или воздействии неблагоприятной среды. Понятие объясняет, почему не все появившиеся организмы оставляют одинаковое число потомков.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей с наследственными признаками, повышающими их приспособленность. Приспособленность — это относительный успех в выживании и размножении в конкретной среде. Отбор нужен для объяснения того, как одни наследственные варианты становятся в популяции более распространёнными, чем другие.

Как это устроено

Наследственная изменчивость возникает благодаря мутациям — изменениям наследственного материала — и сочетанию генов при половом размножении. Мутация может создать новый вариант, а образование половых клеток и их слияние по-новому комбинируют уже имеющиеся варианты. Поэтому потомки не полностью одинаковы между собой. Если различия наследуются, они могут влиять на последующие поколения и становятся материалом для эволюции.

Организмы обычно способны производить больше потомков, чем может выжить в доступной среде. При этом пища, вода, свет, места для жизни и другие ресурсы ограничены. Из-за этого возникает борьба за существование: часть особей погибает или размножается меньше. Следовательно, у разных организмов неодинаковы шансы передать свои наследственные признаки потомству.

Естественный отбор действует через различия в выживании и размножении, а не через сознательный выбор. Если наследственный признак в данных условиях помогает оставить больше жизнеспособного потомства, его носители в среднем передают этот признак чаще. Так меняется частота признака в популяции на протяжении поколений. Полезность признака зависит от среды: при её изменении прежнее преимущество может исчезнуть.

Борьба за существование бывает внутривидовой, межвидовой и связанной с неблагоприятными условиями среды. Внутривидовая возникает между особями одного вида, например при конкуренции за место или пищу; межвидовая — между организмами разных видов. Засуха, холод или недостаток света создают борьбу с условиями среды. Какая форма окажется сильнее, зависит от ситуации, а итог может сказаться на выживании и числе потомков.

Изоляция ограничивает обмен генами между популяциями, например если группы разделены географическим препятствием. Тогда наследственные варианты одной группы реже попадают в другую, и их состав может меняться независимо. Частоты генов могут изменяться не только под действием отбора, но и случайно; такие изменения особенно заметны в малых популяциях. Если условия в группах различаются, отбор может поддерживать разные варианты и усиливать различия между ними.

Факторы эволюции и их роль

Сначала определите, какой процесс описан в условии: появление различий, конкуренция, неодинаковое размножение или ограничение обмена генами. Затем сопоставьте его с влиянием фактора на популяцию. Таблица помогает не смешивать причину появления вариантов с процессами, меняющими их распространённость.

Разбор задач

Задача 1. В популяции насекомых появились особи с наследственным вариантом окраски, менее заметным для хищников. Нужно указать фактор, создающий различия, и фактор, способный увеличить долю этого варианта. Разделим появление наследуемого признака и его дальнейшее распространение: это разные этапы.

1. Менее заметная окраска — наследственный вариант, которым особи отличаются друг от друга.
2. Различия такого типа создаёт наследственная изменчивость.
3. Если хищники чаще поедают заметных насекомых, менее заметные могут чаще выживать и оставлять потомство. Это естественный отбор.

Ответ: различия создаёт наследственная изменчивость, а увеличить долю менее заметной окраски может естественный отбор.

Задача 2. Растения одного вида конкурируют за свет и воду, а часть семян поедают животные. Определим формы борьбы и связь с размножением. Важно установить, кто взаимодействует и как это может сказаться на потомстве.

1. Конкуренция растений одного вида за свет и воду — внутривидовая борьба за ресурсы.
2. Поедание семян животными — влияние организмов другого вида; оно может рассматриваться как межвидовое взаимодействие и борьба с неблагоприятными для размножения факторами.
3. Растения, получившие больше ресурсов, могут успешнее выжить и произвести семена, а поедание части семян сокращает число потомков.

Ответ: наблюдаются внутривидовая конкуренция и межвидовое взаимодействие. Они могут приводить к тому, что растения оставляют неодинаковое число потомков.

Задача 3. Две группы популяции разделены географическим препятствием. В одной группе редкий наследственный вариант стал обычным, а условия среды различаются. Нужно объяснить возможную роль изоляции, отбора и случайных изменений, не приписывая одному фактору все изменения.

1. Препятствие ограничивает обмен генами между группами, поэтому это изоляция.
2. Если редкий вариант повышает приспособленность в одной группе, естественный отбор может увеличить его распространённость именно там.
3. Если группа мала, вариант может стать обычным и случайно — из-за изменений частот генов, не связанных с преимуществом.
4. Различия условий могут приводить к разному направлению отбора в двух группах.

Ответ: изоляция затрудняет обмен генами; отбор зависит от условий среды, а случайное изменение частот особенно вероятно заметно в небольшой группе.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельный организм эволюционирует в течение жизни. Такое представление возникает, когда изменения особи смешивают с изменением популяции. Проверка: спросите себя, передаётся ли изменение потомству и меняется ли доля признака в нескольких поколениях.

Ошибка: смешивать наследственную и ненаследственную изменчивость. Приобретённый признак может выглядеть заметным, поэтому его ошибочно принимают за эволюционное изменение. Проверьте, связан ли он с наследственным материалом и может ли передаваться потомкам; обычно приобретённые в течение жизни признаки не наследуются.

Ошибка: представлять естественный отбор как сознательный выбор или стремление вида приспособиться. Так думают, когда говорят, будто организм меняется специально ради выживания. Проверка проста: отбор не ставит цели, а складывается из различий в выживании и размножении особей с разными наследственными признаками.

Ошибка: считать борьбу за существование только прямой схваткой. Её можно не заметить, если понимать слово «борьба» буквально. Проверьте, есть ли конкуренция за ресурсы или влияние среды на выживание и размножение: такие отношения тоже относятся к борьбе за существование.

Связь с другими темами

Для понимания движущих сил эволюции нужны понятия популяции, наследственности, изменчивости, мутаций и размножения организмов. Они помогают проследить, откуда берутся наследуемые различия и как они передаются следующим поколениям. Тема связывает учение Ч. Дарвина с популяционной генетикой, изучающей наследственные варианты и их частоты в популяциях. На этой основе можно объяснять адаптации и видообразование.

Что запомнить

• Эволюционные изменения происходят в популяциях, а не в отдельных организмах.
• Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюции.
• Борьба за существование приводит к неодинаковому выживанию и размножению особей.
• Естественный отбор меняет распространённость наследственных признаков.
• Изоляция ограничивает обмен генами между популяциями.
• Отбор зависит от условий среды, поэтому один и тот же признак может быть полезен в одних условиях и неблагоприятен в других.