Естественный отбор в природных популяциях

Определения и обозначения

Естественный отбор — процесс, при котором особи с наследственными признаками, повышающими выживаемость и размножение, оставляют больше потомков. Это не отдельное событие, а различия в успехе организмов, накапливающиеся из поколения в поколение. Понятие помогает объяснить, почему одни наследственные варианты становятся распространённее других.

Приспособленность — относительная способность организма выживать и оставлять потомство в конкретных условиях среды. Она показывает не то, насколько организм «сильный» вообще, а насколько успешно он справляется именно в своей среде. Это понятие нужно, чтобы сравнивать шансы разных особей на передачу признаков потомкам.

Движущий отбор — форма отбора, при которой преимущество получают особи с отклонением признака в одну сторону от среднего значения. Например, если среда изменилась, один из крайних вариантов может оказаться выгоднее остальных. Такое понятие позволяет описать направление изменения признака в популяции.

Стабилизирующий отбор — форма отбора, при которой преимущество получают особи со средним значением признака, а крайние варианты устраняются. Благодаря этому привычное для устойчивой среды значение сохраняется. Понятие помогает понять, почему средний вариант может быть успешнее крайних.

Как это устроено

Внутри популяции особи отличаются друг от друга, поскольку возникают мутации и происходит рекомбинация наследственного материала при размножении. Мутация меняет генетический материал, а рекомбинация создаёт новые сочетания уже имеющихся вариантов. Поэтому появляются разные признаки, на которые впоследствии может действовать отбор. Отбор не создаёт нужное изменение по запросу организма: сначала возникает наследственный вариант, а затем среда влияет на его распространённость.

Ресурсы среды ограничены, а условия жизни неодинаковы, поэтому не все особи могут одинаково успешно выживать и размножаться. Например, одним легче добывать пищу, другим — избегать хищников или переносить холод. Если различие связано с наследуемым признаком, у его носителей может быть больше потомков. Так возникают различия в репродуктивном успехе — в количестве потомков, которые сами способны размножаться.

Когда носители определённого наследственного признака оставляют больше потомков, признак чаще передаётся следующему поколению. Через много поколений доля такого варианта может увеличиться, а состав популяции изменится. Это и есть эволюционный результат отбора: изменения накапливаются в группе организмов, а не превращают отдельную особь в другой организм. Насколько сильно меняется популяция, зависит от наследуемости признака и различий в успехе размножения.

При движущем отборе преимущество получает отклонение признака в одну сторону, поэтому среднее значение в популяции со временем сдвигается. При стабилизирующем отборе успешнее особи со средним значением: крайние варианты в среднем хуже выживают или размножаются, и распределение признака становится более узким. При разрывающем, или дизруптивном, отборе преимущество получают крайние варианты, а промежуточные могут проигрывать. Таким образом, разные формы отбора по-разному меняют распределение признака.

Результат отбора зависит от условий: признак выгоден не сам по себе, а в определённой среде. Если условия меняются, прежде успешный вариант может утратить преимущество или стать неблагоприятным. В неоднородной среде разные признаки могут помогать в разных её частях, и тогда отбор может поддерживать несколько вариантов. Поэтому приспособленность всегда относительна и оценивается применительно к конкретной ситуации.

Формы естественного отбора в природных популяциях

Чтобы определить форму отбора, сначала выясни, какие именно варианты признака оставляют больше потомков. Затем сравни их со средним значением и посмотри, меняется ли среднее или сохраняются крайние варианты. Типичная ситуация в таблице помогает проверить вывод, но решающим остаётся направление преимущества.

Разбор задач

Задача 1. В популяции насекомых после применения инсектицида чаще выживают особи, устойчивые к нему. Определите, какая форма отбора действует и почему.

1. Установи, что изменилось в среде: появился инсектицид, поэтому условия выживания стали другими. Он действует как фактор, который сильнее затрагивает неустойчивых насекомых.
2. Найди вариант признака, связанный с большим успехом: устойчивые особи выживают чаще. Если устойчивость наследуется, выжившие могут передать её потомству.
3. Сравни признак с его исходным средним значением: преимущество получает сдвиг в одну сторону — к большей устойчивости. Следовательно, среднее значение признака будет смещаться.

Ответ. Действует движущий отбор, потому что в новых условиях преимущество получают особи с наследственной устойчивостью к инсектициду.

Задача 2. У птиц в течение многих поколений чаще выживают птенцы со средней массой: слишком лёгкие хуже переносят холод, а слишком тяжёлые требуют больше пищи. Объясните изменение распределения признака.

1. Определи, какие варианты массы имеют меньшие шансы: лёгкие хуже переносят холод, а тяжёлым нужно больше пищи. Значит, оба крайних значения связаны с недостатком.
2. Сравни успех крайних вариантов со средним: птенцы средней массы чаще выживают. Если масса наследуется хотя бы частично, их признаки чаще передаются потомкам.
3. Сделай вывод о форме отбора: отбор уменьшает долю крайних значений, но не сдвигает признак в одну сторону. Распределение становится более сосредоточенным около среднего.

Ответ. Это стабилизирующий отбор: средняя масса сохраняется, а слишком лёгкие и слишком тяжёлые варианты встречаются реже.

Задача 3. В неоднородной среде обитают две группы насекомых: на светлых участках преимущество имеют светлые особи, на тёмных — тёмные. Предскажите, как может измениться популяция, и назовите форму отбора.

1. Рассмотри условия отдельно: светлые насекомые успешнее на светлых участках, тёмные — на тёмных. Значит, оба крайних варианта могут повышать выживание в своей части среды.
2. Проверь, что происходит с промежуточным вариантом: если он хуже маскируется и на светлом, и на тёмном фоне, его носители могут проигрывать. Тогда преимущество получают оба края распределения.
3. Предскажи результат: в популяции может увеличиться доля светлых и тёмных особей, а промежуточных — уменьшиться. Если группы будут меньше скрещиваться, расхождение может стать сильнее.

Ответ. Возможен разрывающий отбор, поддерживающий оба крайних варианта в разных частях неоднородной среды.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что отбор создаёт нужные организму признаки. Так думают, потому что результат отбора часто выглядит как точное соответствие среды. Но наследственная изменчивость возникает до отбора, а условия лишь влияют на успех разных вариантов. Проверь себя вопросом: откуда появился вариант и был ли он наследуемым?

Ошибка: называть отдельную особь эволюционирующей. Отдельный организм может выжить или оставить потомство, но его наследственные варианты не меняются от самого факта отбора. Из поколения в поколение меняется частота вариантов в популяции. Чтобы проверить себя, уточни, о ком говорится: об успехе одной особи или об изменении состава группы?

Ошибка: считать любой полезный признак приспособлением независимо от условий. Эту ошибку допускают, если оценивают признак сам по себе, не учитывая среду. Один и тот же вариант может быть полезен в одних условиях и неблагоприятен в других. Проверяй вывод вопросом: кому этот признак помогает и в какой именно среде?

Ошибка: путать движущий и стабилизирующий отбор. В обоих случаях признак меняется под действием отбора, поэтому их легко смешать. При движущем отборе преимущество одного края сдвигает среднее значение, а при стабилизирующем сохраняется среднее и устраняются крайние варианты. Проверь себя, определив, какие именно значения признака оставляют больше потомков.

Связь с другими темами

Для понимания отбора нужны знания о наследственной изменчивости, мутациях, размножении и борьбе за существование: они объясняют, откуда берутся варианты и почему не все особи одинаково успешны. Тема пригодится при изучении эволюции, видообразования и изменений частот аллелей в популяциях. С экологией её связывает зависимость успеха признака от условий среды. Поэтому при анализе примера важно учитывать и наследственность, и конкретные условия жизни организмов.

Что запомнить

• Естественный отбор действует на наследственные различия между особями.
• Отбор не имеет заранее заданной цели и не создаёт признаки по потребности организма.
• Приспособленность зависит от условий среды.
• Естественный отбор приводит к изменению популяции, а не отдельной особи.
• Движущий отбор смещает среднее значение признака.
• Стабилизирующий отбор сохраняет среднее значение и устраняет крайние варианты.
• Разрывающий отбор может поддерживать несколько крайних вариантов признака.