"Биология (углублённый уровень)", Бородин П.М., Саблина О.В. и др./Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Эволюция — изменение наследственных признаков популяций организмов из поколения в поколение. Она не остановилась: естественный отбор, мутации и другие факторы продолжают влиять на живые организмы, в том числе на человека. Понимание эволюции помогает объяснить приспособленность организмов, распространение устойчивости к лекарствам и последствия вмешательства людей в природу. При этом эволюционируют популяции, а не отдельные особи, и у процесса нет заранее заданной цели.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Эволюция — историческое изменение наследственных признаков популяций организмов на протяжении поколений. Иными словами, меняется не отдельное животное или человек, а состав наследственных вариантов у группы. Это определение помогает отличать эволюцию от роста, обучения и других изменений в течение жизни одной особи.
Популяция — совокупность особей одного вида, обитающих на общей территории и способных скрещиваться. Именно в популяции передаются и становятся более или менее распространёнными наследственные варианты. Понятие нужно, чтобы понимать, на каком уровне можно наблюдать эволюционные изменения.
Естественный отбор — процесс, при котором организмы с наследственными признаками, полезными в конкретных условиях, в среднем оставляют больше потомков. Отбор не выбирает организм осознанно и не создаёт нужный признак по требованию среды. Это понятие объясняет, почему одни наследственные варианты со временем встречаются чаще других.
Приспособленность — относительный репродуктивный успех организма в определённых условиях, то есть его вклад в следующее поколение. Она зависит не от «силы» или сложности организма, а от того, насколько успешно он выживает и размножается в данной среде. Термин нужен, чтобы оценивать действие отбора без представления о единой шкале совершенства.
Эволюционное изменение начинается с наследственной изменчивости: особи популяции отличаются друг от друга, а часть различий может передаваться потомству. Мутации случайно меняют генетический материал и создают новые варианты признаков, а половое размножение перемешивает уже существующие варианты. Без такой исходной разницы отбору было бы нечего менять. При этом случайность возникновения мутации не означает, что её распространение тоже всегда случайно.
Если условия среды дают одним вариантам преимущество при выживании и размножении, их носители в среднем оставляют больше потомков. Поэтому наследственный вариант, связанный с преимуществом, может становиться в популяции более распространённым. Отбор действует не потому, что организм «старается приспособиться», а потому, что потомство разных особей количественно различается. В другой среде тот же вариант может не давать преимущества или даже оказаться невыгодным.
Так становится понятным пример устойчивости бактерий к антибиотикам. В популяции могут случайно появиться бактерии с наследственными вариантами, позволяющими пережить действие лекарства. Антибиотик уничтожает чувствительные бактерии, а устойчивые получают возможность размножиться и передать свои варианты потомкам. Лекарство не «учит» бактерии устойчивости, но меняет условия отбора в их популяции.
Эволюционный процесс не направлен к заранее установленной цели и не гарантирует постоянного усложнения организмов. Признак полезен только в связи с конкретными условиями, а среда может измениться. Если условия стабильны, некоторые варианты могут сохраняться долго; если они меняются, меняется и преимущество разных признаков. Поэтому приспособленность всегда относительна и зависит от времени и места.
Деятельность людей тоже меняет условия существования организмов. Использование лекарств, пестицидов и гербицидов создаёт отбор, а охота, рыболовство и разрушение местообитаний меняют выживание и размножение видов. Загрязнение и климатические изменения могут сделать одни признаки менее выгодными, а другие — более выгодными. Следовательно, человеческие решения способны влиять на направление и скорость изменений популяций, даже если такой результат не был их целью.
Человек сам является частью живой природы, поэтому эволюционные процессы затрагивают и человеческие популяции. Наследственные различия между людьми и условия жизни могут влиять на то, какие варианты передаются потомству чаще. Однако изменения культуры, медицины и образа жизни не следует автоматически считать генетической эволюцией: для неё важно изменение наследственных признаков популяции через поколения. Различение биологических и социальных изменений помогает не смешивать разные процессы.
| Действие человека | Изменение условий | Возможное эволюционное последствие |
|---|---|---|
| Применение антибиотиков | Чувствительные бактерии чаще погибают | Распространение наследственной устойчивости |
| Использование пестицидов | Уязвимые насекомые чаще погибают | Увеличение доли устойчивых вариантов |
| Охота или рыболовство | Меняются шансы особей на выживание и размножение | Изменение состава популяции |
| Изменение местообитаний | Меняются доступные ресурсы и условия жизни | Отбор признаков, полезных в новых условиях |
Используйте таблицу как схему причинно-следственной связи: сначала найдите действие человека, затем определите, какие условия оно меняет. После этого укажите, какие особи получают преимущество и почему. Возможное последствие не означает, что изменение обязательно произойдёт одинаково в каждой популяции: результат зависит от наследственной изменчивости и среды.
Условие. В популяции бактерий до применения антибиотика 10 из 1000 клеток обладают наследственной устойчивостью. После обработки чувствительные бактерии погибают, а устойчивые размножаются; считать, что новые мутации за время наблюдения не возникли. Объясните, почему доля устойчивых бактерий возрастает и можно ли сказать, что антибиотик вызвал появление устойчивости.
Сначала отделим исходное разнообразие от действия среды. Устойчивые бактерии уже присутствовали в популяции до обработки, поэтому антибиотик не требуется для появления этого варианта в условии задачи. Наследуемость признака позволяет устойчивым клеткам передать его потомкам.
Затем определим, как изменились шансы разных вариантов. Антибиотик чаще уничтожает чувствительные клетки, тогда как устойчивые чаще выживают. Значит, после обработки в размножающейся части популяции доля устойчивых бактерий окажется выше, чем была до неё.
Теперь проследим последствия размножения. Если выжившие устойчивые бактерии оставляют потомство, устойчивый вариант передаётся следующим поколениям. Поэтому его доля может продолжать увеличиваться, хотя точную конечную долю без данных о числе потомков вычислить нельзя.
Наконец, проверим формулировку о причине. Антибиотик создал условия отбора, потому что по-разному повлиял на выживание вариантов. В рамках условия он не вызвал появление устойчивости: этот наследственный вариант существовал заранее.
Ответ. Доля устойчивых бактерий возрастает, поскольку после обработки они чаще выживают и размножаются, передавая наследственный признак потомству. Антибиотик выступает фактором отбора, а не целенаправленной причиной возникновения мутации. Для численного расчёта итоговой доли потребовались бы дополнительные данные о выживании и размножении бактерий.
Ошибка: отдельная особь эволюционирует в течение жизни. Так говорят, потому что изменения организма заметны непосредственно: он растёт, учится или меняет поведение. Эволюция означает изменение наследственных признаков популяции через поколения. Проверьте себя вопросом: изменился ли состав наследственных вариантов у потомков группы?
Ошибка: потребность организма сама создаёт нужную мутацию. Такое объяснение кажется убедительным, когда после изменения среды быстро распространяется полезный признак. Но мутации возникают не по заказу организма, а отбор влияет на их дальнейшую частоту. Чтобы проверить себя, разделите два этапа: появление наследственного варианта и его распространение.
Ошибка: эволюция всегда ведёт к совершенству. Её путают с движением к заранее поставленной цели или с постоянным усложнением. На деле преимущество признака зависит от условий и может исчезнуть при их изменении. Проверьте вывод: указаны ли конкретная среда и конкретный способ, которым признак повышает размножение?
Ошибка: любой признак, приобретённый человеком, передаётся потомкам генетически. Это впечатление возникает, когда смешивают личный опыт и наследственные изменения популяции. Навык, полученный за жизнь, сам по себе не становится генетическим вариантом. Спросите себя, изменились ли наследственные признаки потомков на протяжении поколений.
Тема связана с генетикой: наследственная изменчивость даёт материал для эволюционных изменений, а наследование объясняет передачу вариантов потомству. Она опирается на знания о популяциях и экологии, потому что действие отбора зависит от условий среды и взаимодействий организмов. Эволюционный подход помогает разбирать устойчивость бактерий и вредителей, а также последствия охраны природы и хозяйственной деятельности. Эти связи показывают, почему изучение наследственности важно для медицины, сельского хозяйства и сохранения видов.
§ 21. Эволюция и мы
