Возникновение приспособлений

Определения и обозначения

Приспособленность (адаптация) — соответствие особенностей строения, жизнедеятельности и поведения организма условиям среды. Например, окраска может помогать оставаться незаметным, а особенности обмена веществ — переносить холод. Благодаря таким признакам повышается вероятность выжить и оставить потомство.

Естественный отбор — процесс, при котором особи с наследственными признаками, полезными в данных условиях, чаще выживают и размножаются. Отбор не выбирает организмы сознательно: различие в успехе просто приводит к тому, что одни варианты признаков передаются потомкам чаще других. Это понятие объясняет, почему состав популяции меняется со временем.

Наследственная изменчивость — различия между организмами, которые могут передаваться потомкам. Из-за неё особи одной популяции не полностью одинаковы по своим признакам. Такая изменчивость важна потому, что без наследуемых различий отбору было бы нечего изменять.

Относительный характер приспособленности означает, что признак полезен лишь в определённых условиях среды. При перемене условий его преимущество может исчезнуть, а сам он способен стать вредным. Это понятие помогает не считать любое приспособление выгодным всегда и повсюду.

Как это устроено

В популяции особи отличаются по наследственным признакам: например, окраске, устойчивости к холоду или способности использовать определённую пищу. Различия возникают благодаря наследственной изменчивости, а не потому, что каждый организм заранее получает нужный ему вариант. Часть этих различий передаётся потомству. Поэтому среда воздействует на уже существующее разнообразие и на новые наследственные варианты.

Если признак помогает в конкретных условиях выжить или оставить больше потомков, его носители в среднем чаще передают его следующему поколению. Причина в том, что они вносят больший вклад в потомство популяции, а не в том, что отбор как-то намеренно их выбирает. При этом полезность оценивают только относительно данной среды. В другой обстановке тот же признак может не давать преимущества.

Когда наследуемый вариант повышает успех размножения, его доля среди потомков может постепенно увеличиваться. Так в ряду поколений меняется частота признаков в популяции, и полезные варианты становятся распространённее. Изменение не происходит сразу у всех особей: оно накапливается благодаря повторяющимся различиям в выживании и размножении. Так формируются приспособления.

Приспособления бывают связаны с разными сторонами жизни организма. Маскировочная окраска — пример особенности строения и внешнего вида: она делает животное менее заметным для хищника или добычи. Особенности обмена веществ относятся к физиологии и могут помогать использовать пищу или переносить условия среды. Сезонные перемещения — пример поведения, позволяющего искать подходящие места для жизни и кормления.

Приспособленность не абсолютна и не возникает по заранее заданной потребности. Если среда меняется, прежний признак может стать бесполезным или неблагоприятным: например, заметная окраска хуже скрывает животное на новом фоне. Тогда преимущество получают другие наследственные варианты, если они есть в популяции. Их доля может изменяться в последующих поколениях под действием отбора.

Приспособления: проявление и значение в определённых условиях

Сравнивая примеры, сначала установите, в какой обстановке проявляется признак, а затем выясните, как он влияет на выживание или размножение. Одна и та же особенность может иметь разное значение при изменении среды. Таблица помогает связать вид приспособления не только с его внешним проявлением, но и с условиями пользы.

Разбор задач

Задача 1. У зайца-беляка зимой шерсть белая, а летом бурая. Какое преимущество даёт сезонная смена окраски? Чтобы ответить, сопоставим окраску с сезонным фоном и выясним, как заметность влияет на выживание. Важно объяснить пользу признака именно в данных условиях.

1. Зимой белая шерсть лучше сливается со снегом, а летом бурая — с почвой и растительностью.
2. На подходящем фоне заяц менее заметен для хищников. Это может снизить вероятность обнаружения и нападения.
3. Если сезонная смена окраски наследуется, она может давать преимущество в среде, где фон регулярно меняется.

Ответ: сезонная окраска помогает зайцу маскироваться в разные времена года и уменьшает его заметность для хищников. Это повышает вероятность выживания, но не делает животное неуязвимым.

Задача 2. После применения инсектицида часть насекомых выжила, а через несколько поколений устойчивые особи стали встречаться чаще. Нужно объяснить это изменение без предположения, что устойчивость возникла у всех по необходимости. Свяжем исходные различия с действием отбора и наследованием.

1. До обработки в популяции могли существовать наследственные различия, в том числе варианты, связанные с устойчивостью к инсектициду.
2. Обработка сильнее повлияла на чувствительных насекомых, тогда как часть устойчивых выжила и оставила потомство.
3. Если устойчивость наследуется, потомки выживших чаще получают этот вариант. Поэтому после нескольких поколений доля устойчивых особей может увеличиться.

Ответ: устойчивость распространилась благодаря наследственной изменчивости и естественному отбору. Инсектицид не создал нужный признак целенаправленно, а изменил соотношение уже имевшихся вариантов.

Задача 3. На острове изменился состав пищи и исчезли прежние укрытия. Почему некоторые признаки популяции могут стать менее полезными и какие изменения способны распространяться дальше? Здесь нужно сравнить прежние условия с новыми, а не оценивать признак вне среды.

1. Признаки, помогавшие использовать прежнюю пищу или прятаться в старых укрытиях, могут перестать давать прежнее преимущество.
2. Если такие признаки затрудняют поиск новой пищи или делают организм заметнее, они могут стать неблагоприятными в изменившейся среде.
3. Особям с другими наследственными вариантами может быть проще выживать и размножаться. Если их варианты передаются потомкам, их доля способна увеличиваться в следующих поколениях.

Ответ: полезность признаков относительна и зависит от условий. При изменении среды отбор может способствовать распространению тех наследственных вариантов, которые повышают успех выживания и размножения в новой обстановке.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что организм приобретает нужный признак, потому что он ему понадобился. Так думают, смешивая потребность организма с причиной появления наследственного варианта. Проверка: спросите себя, существовали ли наследственные различия до действия отбора и передавался ли признак потомкам.

Ошибка: приписывать естественный отбор отдельной особи. Отбор проявляется в том, что особи различаются по выживанию и размножению, а изменение частот признаков накапливается в популяции поколениями. Проверка: формулируйте результат как изменение доли вариантов в популяции, а не как сознательное изменение организма.

Ошибка: считать любое заметное отличие приспособлением. Отличие может не влиять на выживание или размножение либо оказаться полезным только в особых условиях. Проверка: укажите конкретную среду и объясните, как признак влияет на успех организма в ней.

Ошибка: полагать, что приспособление полезно всегда. Эту мысль поддерживает наблюдение, что признак хорошо работает в привычной среде, но условия способны измениться. Проверка: представьте, что изменились фон, пища или укрытия, и оцените, сохранится ли преимущество.

Связь с другими темами

Для понимания возникновения приспособлений нужно знать, что такое наследственность, изменчивость, популяция и размножение: они объясняют передачу признаков и накопление различий. Эта тема помогает разобраться в действии естественного отбора, эволюции популяций и возникновении разнообразия видов. В экологии она пригодится, чтобы объяснять связи организмов со средой и возможные последствия её изменения.

Что запомнить

• Материалом для естественного отбора служит наследственная изменчивость.
• Отбор действует через различия в выживании и размножении особей.
• Приспособления формируются в популяциях на протяжении поколений.
• Приспособления бывают связаны со строением, физиологией и поведением.
• Полезность признака зависит от условий среды.
• Признаки не возникают у организмов целенаправленно в ответ на потребность.