Механизмы эволюции. Учение о естественном отборе

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомству и служат материалом эволюции. Такие различия возникают, например, из-за мутаций и новых сочетаний генов. Благодаря им особи могут неодинаково отвечать на условия среды, а отбору есть из чего выбирать.

Борьба за существование — совокупность отношений организмов между собой и с условиями среды, влияющих на их выживание и размножение. Это не только соперничество за пищу: сюда относятся также воздействие холода, засухи, болезней и хищников. Понятие помогает объяснить, почему не все появившиеся организмы доживают до размножения.

Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение организмов с наследственными особенностями, полезными в данных условиях. Их потомки чаще наследуют такие особенности, поэтому со временем они могут стать распространённее. Это понятие объясняет, как среда влияет на состав популяций.

Адаптация — наследственная особенность строения, функций или поведения, повышающая приспособленность организма к определённой среде. Например, маскировочная окраска может снижать вероятность быть замеченным хищником. Термин нужен, чтобы обозначать результат приспособления, а не любую особенность организма.

Как это устроено

Наследственные различия возникают вследствие мутаций и новых сочетаний генов. Мутации меняют генетический материал, а при размножении уже имеющиеся варианты генов могут сочетаться по-разному. Поэтому потомки не являются точными копиями друг друга и родителей. Если условия среды изменятся, одни варианты могут оказаться выгоднее других, а популяция получит возможность изменяться.

Организмы обычно производят больше потомков, чем может выжить и оставить собственное потомство. При этом количество пищи, мест для укрытия и других ресурсов ограничено, а условия среды могут быть неблагоприятными. Поэтому между организмами возникают отношения, влияющие на их жизненный успех. Такое давление не обязательно выглядит как прямое соперничество: особи могут по-разному переносить холод, болезни или нападения хищников.

Если наследственная особенность помогает выжить или размножиться, её носители в среднем оставляют больше потомков. Потомки могут унаследовать эту особенность, поэтому в следующих поколениях она встречается чаще. Речь идёт не о том, что каждый носитель обязательно выживет, а о различии в вероятности оставить потомство. Так небольшие различия в успехе размножения постепенно меняют состав популяции.

Естественный отбор действует на наследственную изменчивость, уже существующую в популяции. Он не создаёт нужный признак целенаправленно и не перестраивает организм в ответ на его личную потребность. Изменение среды может сделать один из имеющихся вариантов более выгодным, но само по себе не производит этот вариант. Поэтому эволюционные изменения относятся к популяции и накапливаются в ряду поколений.

В зависимости от условий среды отбор может сохранять средние значения признака, благоприятствовать одному крайнему варианту или давать преимущество сразу крайним вариантам. В первом случае крайние значения отбраковываются, во втором среднее значение смещается, а в третьем средние варианты оказываются менее успешными. Накопление таких изменений может повышать приспособленность популяции. Если группы одной популяции долго приспосабливаются к разным условиям, их различия могут усиливаться и способствовать расхождению.

Формы естественного отбора

Чтобы определить форму отбора, сначала выясни, какие варианты признака успешнее, а затем проследи, что происходит со средним значением. Учитывай не только сам признак, но и условия среды: одно и то же значение может иметь разное преимущество в разных обстоятельствах. Результат в таблице возможен, но не гарантирован: он зависит от наследуемости признака и длительности действия условий.

Разбор задач

Задача 1. У части жуков окраска наследуется. На тёмной почве птицы чаще замечают светлых жуков. Нужно определить, какие жуки оставят больше потомков.

1. Сравниваем варианты: светлая и более тёмная окраска.
2. На тёмной почве светлые жуки заметнее для птиц, поэтому чаще могут быть съедены.
3. Менее заметные тёмные жуки имеют больше шансов дожить до размножения; поскольку окраска наследуется, её могут получить потомки.

Ответ: при этих условиях в среднем больше потомков оставят менее заметные тёмные жуки. Это не означает, что выживет каждый из них: речь идёт о сравнительном преимуществе.

Задача 2. После похолодания в популяции растений чаще размножаются особи, устойчивые к низким температурам. Определим направление изменения популяции и форму отбора.

1. Находим вариант признака, дающий преимущество: устойчивость к холоду.
2. Похолодание меняет условия среды, и устойчивые растения чаще размножаются.
3. Если устойчивость наследуется, её носители передадут этот вариант потомству чаще, поэтому его доля будет расти.

Ответ: популяция будет смещаться в сторону большей холодоустойчивости, а форма отбора — движущая. Она названа так потому, что преимущество одного варианта меняет распределение признака.

Задача 3. Птицам доступны преимущественно мелкие и крупные семена, а птицы со средним размером клюва хуже добывают оба типа. Предположим форму отбора и возможные последствия.

1. Сравниваем успех вариантов: маленький и большой клюв помогают использовать разные семена, средний клюв оказывается менее выгодным.
2. Преимущество получают оба крайних варианта признака, а не один из них.
3. Если размер клюва наследуется, носители крайних вариантов могут чаще размножаться, и различия между группами будут нарастать.

Ответ: вероятен разрывающий отбор. Он может привести к расхождению групп птиц по размеру клюва, но сам по себе не гарантирует образования новых видов.

Типичные ошибки

Неверно считать, что отбор изменяет признак у отдельного организма в ответ на его потребность. Так думают, потому что результат отбора легко принять за намеренное приспособление. Проверь себя: отбор возможен только при различиях между организмами, а изменение частот вариантов происходит в популяции и поколениях.

Борьбу за существование иногда сводят к прямой конкуренции за пищу или территорию. Такое упрощение возникает из-за привычного значения слова «борьба», но среда тоже влияет на выживание и размножение. Чтобы проверить ответ, спроси, учтены ли климат, болезни, хищники и отношения с другими видами.

Фраза «выживают самые сильные» неверна, потому что преимущество зависит от конкретных условий. Сила может помочь в одной ситуации, но быть неважной или даже невыгодной в другой. Проверь себя вопросом: какой именно наследственный признак повышает выживание или размножение здесь и сейчас?

Не каждую полезную на первый взгляд особенность следует сразу называть адаптацией. Ошибка возникает, если учитывать только возможную пользу и забывать о наследуемости и реальном влиянии на размножение. Проверь, передаётся ли особенность потомкам и действительно ли она повышает приспособленность в данных условиях.

Связь с другими темами

Для понимания отбора нужны знания о наследственности, изменчивости и мутациях: они объясняют, откуда берутся различия и как они передаются. Понятие популяции помогает увидеть, на каком уровне накапливаются эволюционные изменения. Естественный отбор связывает наследственные варианты с условиями среды и помогает объяснить образование адаптаций и видообразование. В генетике популяций его результат описывают как изменение частот наследственных вариантов в поколениях.

Что запомнить

• Материалом естественного отбора служит наследственная изменчивость.
• Ограниченность ресурсов и избыток потомства приводят к борьбе за существование.
• Естественный отбор — преимущественное размножение носителей полезных в данной среде наследственных признаков.
• Отбор действует на организмы, а эволюционные изменения накапливаются в популяциях.
• Направление отбора зависит от условий среды.
• Приспособленность относительна: признак полезен лишь в определённых условиях.