Раздел 2. Эволюция органического мира

Определения и обозначения

Эволюция — историческое развитие живой природы, которое приводит к изменению организмов и возникновению новых видов. Это не изменение одной особи в течение жизни, а постепенное изменение наследственных признаков популяций. Понятие помогает объяснить многообразие живых организмов и их сходство.

Наследственная изменчивость — появление различий между организмами, которые могут передаваться потомству. Она возникает благодаря различиям наследственного материала и даёт популяции разные варианты признаков. Без таких вариантов отбору было бы нечего сохранять, поэтому изменчивость служит материалом эволюции.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Пища, вода и места обитания ограничены, а условия могут быть неблагоприятными. Это понятие помогает понять, почему не все особи оставляют одинаковое число потомков.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов, чьи наследственные признаки полезны в данных условиях. Их потомки могут наследовать эти признаки, поэтому со временем они встречаются в популяции чаще. Отбор объясняет, как популяции меняются и приобретают приспособленность к среде.

Как это устроено

Различия между особями появляются потому, что их наследственный материал не полностью одинаков. На него влияют случайные изменения и сочетания наследственных вариантов при размножении. Некоторые отличия возникают из-за питания, возраста или условий жизни, но не передаются потомству. Поэтому для эволюции важны именно наследственные варианты: только они способны сохраняться в ряду поколений.

В любой среде возможности организмов ограничены: пищи, воды, убежищ и мест для размножения не хватает всем. Кроме того, на выживание влияют температура, засуха и другие условия, а также отношения с организмами других видов. Конкуренция — лишь одна из форм борьбы за существование; к ней относятся также воздействие среды и, например, отношения хищника и жертвы. В результате особи различаются по вероятности дожить до размножения и оставить потомство.

Естественный отбор возникает из этих различий в успехе. Если наследственный признак помогает в конкретной среде, его носители могут чаще выживать или оставлять больше потомков. Потомки наследуют этот вариант, и через поколения его доля в популяции способна увеличиться. Отбор не предвидит будущую пользу и не создаёт признак по потребности: он меняет соотношение уже имеющихся вариантов.

Когда признак часто передаётся потомству и повышает успех организмов в привычных условиях, популяция постепенно становится лучше приспособленной к ним. Однако приспособленность относительна: она не означает совершенства и не гарантирует пользу при любых изменениях среды. Если условия меняются, прежний вариант может перестать давать преимущество. Поэтому результат отбора зависит от того, какие условия действуют на популяцию в данный период.

Эволюционное изменение происходит в популяции — группе особей одного вида, живущих на общей территории и способных размножаться между собой. Отдельная особь обычно сохраняет свой наследственный набор на протяжении жизни, хотя растёт и меняется под влиянием среды. Если группы одного вида оказываются разделены и долго не обмениваются особями, в них могут накапливаться разные наследственные варианты. Действие отбора и дальнейшее накопление различий иногда приводят к тому, что группы становятся настолько разными, что возникают новые виды.

Основные факторы и результаты эволюции

Читайте таблицу как последовательность возможных событий: сначала в популяции есть наследственные варианты, затем условия среды влияют на успех их носителей. Отбор меняет частоту признаков, а длительное расхождение групп может привести к различиям между популяциями. Примеры показывают возможную связь факторов, но исход зависит от конкретных условий.

Разбор задач

Задача 1. У особей одного вида различается окраска, и часть различий передаётся потомству. Определите, какие различия могут служить материалом эволюции. Нужно отличить наследуемые особенности от изменений, появившихся только в течение жизни. Само наличие разной окраски ещё не показывает, что все различия будут передаваться потомкам.

1. Уточняем, какие варианты окраски наследуются: они сохраняются у потомков и могут появляться в следующих поколениях. Такие варианты относятся к наследственной изменчивости.
2. Отделяем их от изменений, возникших под действием среды в течение жизни особи, если они не передаются потомству. Эти изменения не становятся материалом эволюции сами по себе.

Ответ. Материалом эволюции могут служить только наследуемые варианты окраски. Чтобы подтвердить это, нужно проследить, передаются ли они потомству.

Задача 2. В засушливой местности растения с более глубокими корнями чаще оставляют потомство. Объясните, как это может повлиять на популяцию за несколько поколений. Важно выяснить, связана ли особенность с наследственным признаком, и проследить её влияние на число потомков. Условие сообщает, что растения с глубокими корнями успешнее размножаются в засуху.

1. Глубокие корни могут давать доступ к воде в более глубоких слоях почвы, поэтому растения чаще переживают засушливые периоды. Это преимущество относится к данным условиям, а не обязательно к любой среде.
2. Если глубина корней наследуется, выжившие растения передают эту особенность потомству. За несколько поколений наследственный вариант может стать в популяции более распространённым.

Ответ. При наследуемости признака доля растений с глубокими корнями может увеличиться. Это происходит не потому, что растения намеренно меняют корни, а из-за неодинакового размножения особей.

Задача 3. Две популяции одного вида долго существуют в разных условиях, и обмен особями между ними прекратился. Объясните, почему со временем они могут стать различными и какие условия могут привести к образованию новых видов. Здесь важны сразу три обстоятельства: изоляция групп, наследственные различия и действие среды. Нельзя считать, что одной жизни в разных местах обязательно достаточно для появления новых видов.

1. После прекращения обмена особями наследственные варианты одной популяции уже не переходят регулярно в другую. Случайные изменения в группах и различия в размножении могут постепенно менять их состав.
2. Разные условия могут по-разному влиять на выживание и потомство, поэтому отбор будет сохранять неодинаковые признаки. За многие поколения различия способны накапливаться.
3. Если накопленные изменения приводят к тому, что группы больше не могут скрещиваться с появлением плодовитого потомства, сформировались новые виды. Для этого нужны длительная изоляция и достаточное расхождение наследственных признаков.

Ответ. Изоляция прекращает обмен наследственными вариантами, а различия среды могут направлять отбор по-разному. Накопление изменений способно привести к видообразованию, если популяции становятся репродуктивно изолированными.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отдельная особь эволюционирует за время жизни. Так думают, потому что заметные изменения организма легко увидеть, например его рост. Но эволюционное изменение оценивают по наследственным признакам популяции в поколениях. Проверьте себя: спрашивайте, изменились ли признаки потомков и их частота в группе.

Ошибка: называть естественный отбор случайным. Случайно могут возникать наследственные варианты, но их распространение зависит от условий и неодинакового успеха особей. Эту путаницу вызывают два этапа процесса. Проверка простая: отдельно назовите источник различий и причину, по которой одни варианты встречаются чаще.

Ошибка: думать, что организм приобретает нужный признак, потому что он ему необходим. Такая идея смешивает потребность с механизмом наследования: отбор действует на существующие наследственные варианты. Необходимость сама по себе не создаёт нужную особенность. Проверьте объяснение вопросом: был ли признак у части особей до того, как среда повлияла на их успех?

Ошибка: сводить борьбу за существование только к прямому соперничеству. Так кажется, потому что конкуренция за пищу заметна и понятна. Однако на организм также действуют неблагоприятные условия и отношения с другими видами. Для самопроверки перечислите не только конкурентов, но и условия среды, хищников и другие взаимодействия.

Связь с другими темами

Чтобы понять эволюцию, нужны знания о клетке и основах наследственности: именно передаваемые потомству признаки сохраняются в поколениях. Экология помогает объяснить, почему среда и взаимодействия организмов по-разному влияют на их выживание и размножение. Эти идеи пригодятся при изучении происхождения видов, многообразия организмов и развития жизни на Земле. Вместе они связывают наследование признаков с изменениями популяций и видов.

Что запомнить

• Эволюция — историческое изменение живой природы.
• Материалом эволюции служит наследственная изменчивость.
• Ресурсы среды ограничены, поэтому организмы сталкиваются с борьбой за существование.
• Естественный отбор приводит к неодинаковому выживанию и размножению особей.
• Приспособленность относительна и зависит от условий среды.
• Эволюционные изменения происходят в популяциях и проявляются на протяжении поколений.