Естественный отбор – основная движущая сила эволюции живого мира. Именно благодаря естественному отбору возникло то разнообразие жизни на Земле, которое мы видим.
Суть естественного отбора заключается в том, что особи с благоприятными признаками выживают и продолжают свой род, а особи с неблагоприятными признаками исчезают, освобождая место для существ более сильных и приспособленных.
Следует разграничивать естественный и искусственный отбор, хотя связь между ними очень тесная. Изменчивость организмов как таковая вечна и постоянна, она не зависит от вмешательства человека.
Однако в природных условиях выживают организмы с одним набором признаков, а человек отбирает для себя особей с совсем другим набором; часто такие организмы в природе были бы нежизнеспособны, мало того – многие сочетания признаков, имеющиеся у домашних животных и культурных растений, в природе просто не могут возникнуть.
Яркий пример – домашняя свинья: с трудом передвигающаяся груда мяса и жира, не способная как-либо защитить себя от хищника, стала бы лакомой добычей других животных ещё до того, как достигла бы половой зрелости. Поэты, художники, писатели и многие другие творческие, да и просто «романтичные» люди любят рассуждать о красоте и совершенстве окружающего мира, в частности – живого.
На самом деле подоплёка всей этой красоты достаточно суровая и безжалостная: слабые и неприспособленные к окружающим условиям организмы могут быть гораздо более «красивыми», чем их более успешные конкуренты, однако природа их не щадит и уничтожает, ведь у неё собственные критерии совершенства.
Естественный отбор можно назвать результатом действия некоторых простых законов функционирования живых систем. Благодаря этому существование естественного отбора не нуждается в доказательствах – достаточно вспомнить, какие факторы являются его составляющими.
- Наследственность и изменчивость. Потомки одних родителей частично наследуют их признаки, а частично имеют собственные сочетания признаков; в соответствии с этим различается их выживаемость и способность к размножению.
- Новые пары, способные дать потомство, состоят из самок и самцов, которые смогли выжить и достичь половой зрелости, а значит – обладали подходящими для этого признаками. Эти признаки закрепляются в будущих поколениях.
- Организмы производят больше потомков, чем может выжить.
Главное понятие естественного отбора – приспособленность организма к окружающей среде. Целый ряд внешних обстоятельств (климат, наличие пищи и воды, количество конкурирующих особей и т. д.
) создаёт условия для выживания одних организмов и исчезновения других.
Однако условия также постоянно меняются, и признаки, которые в одно время являлись «сильными» и обеспечивали выживаемость, в другое время могут оказаться «слабыми», и наоборот.
эра динозавров фото
Иллюстрацией может служить вымирание динозавров и приход им на смену млекопитающих. Первые млекопитающие и их непосредственные предки – звероящеры – существовали и в мезозое, однако они были малочисленны, занимали очень ограниченные экологические ниши и не могли конкурировать с гигантскими рептилиями.
Глобальное похолодание было убийственным для пресмыкающихся, не имевших механизмов терморегуляции и сохранения тепла. Такие механизмы (теплокровность, шерстяной покров и др.) имелись у млекопитающих, и один этот признак в итоге стал определяющим: именно они оказались наиболее приспособленными к новому климату животными, и это обеспечило их последующее господство.
Естественный отбор, таким образом, проявляется в выделении определённых наборов признаков, обладатели которых имеют большую вероятность выживания. Выделение таких признаков может производиться по-разному, что и определило разные формы естественного отбора.
- Движущий отбор;
- Стабилизирующий отбор;
- Дизруптивный (разрывающий) отбор;
- Половой отбор.
Движущий естественный отбор выделяет признаки, отклоняющиеся от среднего значения в определённом направлении. Например, в ХХ веке в городских районах существенно выросло количество бабочек, окрашенных в тёмный цвет.
Это произошло вследствие промышленных выбросов, которые окрашивали окружающие объекты (деревья, стены и др.
) в чёрный цвет; на потемневшем фоне бабочки со среднестатистической, более светлой, окраской становились более заметны, из-за чего хищникам легко было поймать их; обладатели же тёмной окраски крыльев могли успешно маскироваться.
Как видим, отклонения в противоположном направлении при движущем отборе не допускаются: так, слишком светлые бабочки на тёмном фоне стали бы ещё более заметными. Движущий отбор объясняет, почему у неродственных животных формируются похожие признаки.
Так, киты и дельфины относятся к парнокопытным (точнее, составляют с ними единую группу); тюлени и моржи – животные отряда хищных, близкие родственники собак, кошек и медведей; пингвины – вообще птицы.
Однако все эти группы неродственных животных, попав в схожие условия, обзавелись похожими признаками – обтекаемой формой тела, ластами и др.
Стабилизирующий отбор
Стабилизирующий отбор отдаёт предпочтение особям со средними показателями. Примеров такого отбора очень много. Достаточно указать, например, что для выживания популяции необходимы особи со средней плодовитостью.
В самом деле, малое количество потомства будет иметь мало шансов на то, что какой-то из детёнышей сам достигнет половой зрелости; слишком большое количество потомков создаёт трудности в плане ухода и кормления, из-за чего детёныши вырастают недоразвитыми и тоже имеют мало шансов достичь взрослого состояния.
Во время природных катаклизмов, приводящих к гибели больших масс животных, часто выживают лишь особи со средними размерами тела и органов (конечностей, крыльев).
Дизруптивный отбор создаёт условия для выживания организмов, имеющих крайние значения какого-либо признака во всех направлениях, а особи со средними показателями вымирают. В результате популяция может стать неоднородной по фенотипу (внешнему облику её представителей) и генотипу, другой вариант – одновременное образование большого количества новых родственных видов.
В качестве примера можно привести многие полевые растения, обитающие на сенокосных лугах.
Период цветения и плодоношения изначально приходится у них на всё лето, однако в указанных местах выживают и дают потомство лишь те особи, которые цветут и дают плоды либо в начале лета (до сенокоса), либо в самом конце (после сенокоса).
Результатом становится образование двух разновидностей одного растения, которые существенно отличаются периодом цветения, а это может повлечь за собой и другие изменения.
Половой отбор – отдельная форма естественного отбора, ориентированная на успех в размножении. Привлекательность для противоположного пола является фактором, который не менее важен для организма, чем личное выживание.
В ряде случаев привлекательность более важна, чем способность к выживанию; ряд учёных рассматривает половой отбор как «баг», возникшую естественным путём ошибку в эволюционном процессе.
Например, у птиц самка часто выбирает себе партнёра с более ярким оперением и выразительным внешним видом; эти же признаки делают самца слишком заметным для хищников, из-за чего выживаемость вида снижается.
чем больше горловой мешок фрегата, тем лучше, по этому признаку самки выбирают самцов
Почему самки рассуждают подобным образом – науке окончательно не ясно до сих пор. По одной из гипотез, самка выбирает такого партнёра потому, что при всех своих проигрышных показателях (яркое оперение) он смог выжить и достичь взрослого состояния, следовательно – он, по мнению самки, имеет какие-то другие признаки, способствующие высокой выживаемости.
Разрозненные знания об эволюционном процессе человечество имело в древности.
Люди на всём протяжении своей истории пользовались приёмами искусственного отбора для выведения новых пород и сортов, для заключения браков (особенно уделяли этому внимание знатные семьи, в том числе королевские, княжеские, царские).
Возможно, они имели и какое-то представление о подобном процессе, протекающем в природных условиях без человеческого участия. Однако вплоть до XIX века не существовало научной теории, которая могла бы собрать воедино эти разрозненные представления и догадки и доказать существование отбора.
Такой теорией в результате стала дарвиновская, хотя изменчивость организмов и их взаимоотношения с окружающей средой изучали и его предшественники.
Одним из первых исследователей естественного отбора стал дед Чарлза Дарвина Эразм – видный английский учёный XVIII столетия.
Он, пожалуй, первым высказал мысль, что лучше приспособленные к жизни особи имеют большую вероятность выживания, лучше питаются и лучше размножаются, улучшая показатели своих потомков.
Однако самым известным исследователем этой проблемы до Дарвина является Жан Батист Ламарк. Однако предшественники Чарлза Дарвина не нашли понимания у современников. Отчасти это было связано с тем, что их умозрительные теории не имели экспериментальных доказательств.
Многие другие учёные, включая и Жоржа Кювье, придерживались прежней концепции о неизменности живых существ и их сотворении Богом. Сходство между организмами только подтверждало для них концепцию божественного сотворения.
Да и сам Чарлз Дарвин долго не решался опубликовать свой главный труд, поскольку некоторые наблюдения, на первый взгляд, опровергали его стройную теорию.
Камнем преткновения стала «проблема муравьёв». Муравьиная семья может состоять из миллионов особей, однако почти все они – бесполая рабочая каста, которая не способна к размножению. Казалось бы, это идёт вразрез с идеей того, что каждый организм стремится выжить, дать потомство, закрепить в нём приобретённые сильные признаки – и так до бесконечности.
Выход был найден на уровне сообществ, популяций, видов и даже семейств: естественный отбор стремится к выживанию не каждого организма в отдельности, а некоего сообщества организмов.
Это ясно на примере тех же муравьёв: рабочие особи сами не приносят потомства, но способствуют безопасному размножению плодящих самок и самцов и сохранению их потомства.
Если все до единого муравьи в семье будут способны размножаться, то муравейник быстро погибнет – некому станет защищать сообщество и добывать пищу, и все рождённые потомки будут недоразвитыми и незащищёнными.
Дальнейшие исследования показали, что это правило действует в отношении абсолютно всех общественных животных, в том числе и людей.
Успех в распространении популяции возможен только в том случае, если в сообществе (семье, стае) будет лишь некоторое количество размножающихся пар и огромное количество «рабочих» особей, не участвующих в размножении и занимающихся другими важными «профессиями». В этом случае отбор направлен не на количество потомков, а на их качество.
«Проблема муравьёв» имеет различные варианты реализации. Если в муравьиной семье рабочие особи уже рождаются бесполыми, то в стае голых землекопов (африканский грызун, ведущий подземный образ жизни) все особи рождаются полноценными, однако впоследствии самка, ставшая королевой, запугивает остальных самок; от страха у них выделяются гормоны, препятствующие половому размножению.
Естественный отбор направлен на выживание наиболее приспособленных организмов, но что это даёт? Во-первых, это обеспечивает, так сказать, самосохранение «живой массы» в её борьбе с неживой природой: ведь изначальными факторами изменчивости живых организмов являются именно изменения в неживой природе.
Во-вторых, естественный отбор способствует распространению живых организмов и освоению ими новых жизненных пространств.
Например, появились растения (в том числе цветковые), способные жить при отсутствии солнечного света и плодородной почвы; естественный отбор в глубокой древности вывел водных обитателей на сушу, а в неглубокой древности заставил сухопутных млекопитающих освоить морские глубины; естественный отбор, в частности, способствовал развитию человеческого интеллекта, благодаря которому люди смогли выйти в космическое пространство.
Важно понимать, что механизмы естественного отбора действуют лишь в определённой внешней среде. При резком изменении условий они перестают действовать вовсе.
Дронты, огромные нелетающие голуби, были идеально приспособлены к жизни на острове Маврикий, однако при встрече с человеком в XVII веке все они оказались беззащитны.
Без особого труда моряки и охотники истребили грузных, малоподвижных и абсолютно не агрессивных птиц.
Дилетанты нередко принижают возможности естественного отбора, поскольку обращают внимание лишь на ограниченные признаки живых организмов: силу, ловкость, выносливость, быстроту передвижения, половой инстинкт. В действительности живые организмы имеют тысячи различных признаков, и может наступить момент, когда даже самый незначительный из них станет определяющим.
Так, первые люди в физическом плане были одними из самых нежизнеспособных организмов на Земле, сильно уступая в показателях даже своим ближайшим родичам; человеческий род смог выжить лишь благодаря бурному развитию интеллекта, но этот же интеллект сделал человека, ни много ни мало, «царём природы». Тем не менее, механизмы естественного отбора могут давать сбои или обнаруживать ошибки. Мы это видели на примере полового отбора.
Другой пример – шерстокрылы. Эти животные, являющиеся дальними родственниками приматов, в процессе эволюции обрели «крылья», состоящие из кожных перепонок.
«Крылья» не обеспечивают настоящий полёт – шерстокрылы могут только планировать, перепрыгивая с дерева на дерево; кроме того, они существенно ограничивают подвижность этих животных – шерстокрылы с большим трудом передвигаются на ногах, поэтому на земле они оказываются абсолютно беспомощными и уязвимыми.
Ошибкой эволюции некоторые считают и «чрезмерное» развитие интеллекта у человека; с развитием технологических новшеств человек становился всё более слабым в физическом плане и оторванным от природы, так что современные люди, судя по всему, вообще не способны выживать в диком мире.
Урок 5. формы естественного отбора в популяции – Биология – 11 класс – Российская электронная школа
- Биология, 11 класс
- Урок 5. «Формы естественного отбора в популяции»
- 1. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;
- Урок рассматривает формы естественного отбора и условия, в которых они действуют, показывает направленность естественного отбора и эволюции в целом; раскрывает взаимосвязь факторов эволюции
- 2. Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);
Естественный отбор. Формы естественного отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой. Половой диморфизм, индустриальный меланизм.
Есте́ственный отбо́р — основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью
(наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.
Движущий отбор – форма естественного отбора, которая действует при направленном изменении условий внешней среды. В этом случае особи с признаками, которые отклоняются в определённую сторону от среднего значения, получают преимущества.
Стабилизирующий отбор — форма естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака.
Дизруптивный (разрывающий) отбор — форма естественного отбора, при которой условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам (направлениям) изменчивости, но не благоприятствуют промежуточному, среднему состоянию признака. В результате может появиться несколько новых форм из одной исходной.
Половой отбор — это естественный отбор, направленный на успех в размножении.
Полово́й диморфи́зм — анатомические различия между самцами и самками одного и того же биологического вида. Половой диморфизм может проявляться в различных физических признаках.
Индустриальный меланизм – это изменение преобладающего в популяции типа окраски под воздействием промышленного загрязнения окружающей среды человеком.
3. Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);
Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К. Беляева и профессора Г.М. Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В. Саблина.- М.: Просвещение, 2018г., с 247-256
Дополнительные источники:
1. А.Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 304- 309
2. Е.Н. Демьянков, А.Н. Соболев «Сборник задач и упражнений. Биология 10-11» – М.: ВАКО. С 140-151 учебное пособие для общеобразовательных организации
3. А.А. Кириленко, С.И. Колесников., «Биология тематические тесты. (подготовка к ЕГЭ)» Учебно- методическое пособие.- Ростов н/Д: Легион, 2009г. С 103-107.
5. Г.И.Лернер «БИОЛОГИЯ : Полный справочник для подготовки к ЕГЭ »: АСТ, Астрель; Москва; 2010г (раздел VII)
- 4. Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);
- Интернет-ресурсы:
- 5. Теоретический материал для самостоятельного изучения;
Одним из основных механизмов эволюции наряду с мутациями, миграционными процессами и генными преобразованиями является естественный отбор.
Виды естественного отбора подразумевают такие изменения в генотипе, которые повышают шансы организма на выживание и продолжение рода.
Эволюция часто рассматривается как следствие этого процесса, который может возникнуть в результате различий в видовой выживаемости, рождаемости, темпах развития, успешности спаривания или в любом другом аспекте жизни.
естественный отбор виды естественного отбора Природное равновесие Частоты генов остаются постоянными из поколения в поколение при условии, что отсутствуют возмущающие факторы, которые нарушают естественное равновесие. Сюда относятся мутации, миграции (или поток генов), случайный дрейф генов и естественный отбор.
Мутация – это спонтанное изменение частоты генов в популяции, для которой характерен низкий темп развития. При этом индивид переходит из одной популяции в другую и затем видоизменяется. Случайный дрейф генов – это изменение, которое передается от одного поколения другому совершенно случайным образом.
Все эти факторы изменяют частоты генов без учета увеличения или уменьшения вероятности выживания организма и воспроизведения в своей естественной среде. Все они являются случайными процессами.
А естественный отбор, виды естественного отбора являются умеренными дезорганизующими последствиями этих процессов, поскольку они умножают частоту полезных мутаций на протяжении многих поколений и устраняют вредные составляющие.
3 вида естественного отбора. Что такое естественный отбор?
Естественный отбор способствует сохранению тех групп организмов, которые лучше приспособлены к физическим и биологическим условиям среды их обитания.
Он может действовать на любые наследуемые фенотипические черты и при помощи селективного давления может влиять на любой аспект окружающей среды, в том числе половой отбор и конкуренцию с членами одного и того же или других видов.
Однако, это не означает, что этот процесс всегда является направленным и результативным в адаптивной эволюции. Естественный отбор, часто приводят к устранению менее приспособленных вариантов. Вариации существуют внутри всей популяции организмов.
Это происходит отчасти потому, что возникают случайные мутации в геноме одного организма, и его потомство может унаследовать такие мутации. На протяжении жизни геномы взаимодействуют с окружающей средой. Следовательно, популяция эволюционирует.
Естественный отбор является одним из краеугольных камней современной биологии. Он действует на фенотип, генетическая основа которого дает репродуктивное преимущество для большей распространенности в популяции. Со временем этот процесс может привести к появлению новых видов.
Другими словами, этот важный (хотя и не единственный) эволюционный процесс в пределах популяции. Само понятие было сформулировано и опубликовано в 1858 году Чарльзом Дарвином и Альфредо Расселом Уоллесом в совместном представлении документов касательно происхождения видов.
Естественный отбор. Термин был описан как аналог искусственного отбора, то есть это процесс, с помощью которого животные и растения с определенными признаками считаются желательными для разведения и размножения. Понятие “естественный отбор” первоначально разрабатывалось при отсутствии теории наследственности.
На момент написания Дарвином его трудов науке еще предстояло разработать современные теории генетики. Объединение традиционной дарвиновской эволюции с последующими открытиями в области классической и молекулярной генетики называют современным эволюционным синтезом.
3 вида естественного отбора остаются основным объяснением для адаптивной эволюции.
Как работает естественный отбор?
Естественный отбор – это механизм, посредством которого животный организм адаптируется и эволюционирует. По своей сути, отдельные организмы, которые оказываются лучше всего приспособленными к среде, выживают и наиболее успешно размножаются, производя на свет плодовитое потомство.
После многочисленных циклов размножения такие виды являются доминирующими. Таким образом природа отфильтровывает плохо приспособленных особей во благо всей популяции. Это относительно простой механизм, который заставляет представителей определенной популяции меняться с течением времени.
Фактически, его можно разбить на пять основных этапов: изменчивость, наследование, отбор, время и адаптация.
Дарвин о естественном отборе. Организмы в пределах популяции проявляют индивидуальные различия во внешности и поведении. Эти изменения могут включать размер тела, цвет волос, пятна на мордочке, свойства голоса или количество производимого потомства.
С другой стороны, некоторые черты характера не связаны с различиями между индивидуумами, например, количество глаз у позвоночных животных. Наследство. Некоторые черты последовательно передаются от родителей к потомству. Такие черты переходят по наследству, в то время как на другие сильно влияют условия окружающей среды, и они наследуются слабо.
Высокие темпы роста популяции. Основная масса животных ежегодно производит потомство в гораздо большем количестве, чем необходимо для равного распределения ресурсов между ними. Это приводит к межвидовой конкуренции и преждевременной смертности. Дифференциальное выживание и размножение.
Все виды естественного отбора в популяциях оставляют после себя тех животных, которые умеют бороться за локальные ресурсы. Дарвиновская теория эволюции кардинально изменила направление будущей научной мысли.
В ее центре находится естественный отбор, процесс, который происходит на протяжении последовательных поколений и определяется как дифференциальное воспроизведение генотипов. Любое изменение в окружающей среде (например, изменение цвета ствола дерева) может привести к адаптации на местном уровне.
- Существуют следующие виды естественного отбора.
- Стабилизирующий – вес при рождении человеческих младенцев, количество выведенных яиц у птиц и земноводных.
- Направленный – эволюционные изменения зубов, длины ног у лошадей, яркий цвет растений для привлечения опылителей, большой и маленький клюв у птиц в зависимости от размера пищи.
- Диверсификационный (подрывной) – окраска шерсти животных в зависимости от среды обитания и сезона, изменение размеров тела с течением времени.
Стабилизирующий отбор – зачастую частота мутаций в ДНК у одних видов статистически выше, чем в других. Этот тип естественного отбора способствует устранению любых крайностей в фенотипах наиболее приспособленных к окружающей среде особей в популяции. За счет этого уменьшается разнообразие внутри одного вида.
Однако это не значит, что все особи получаются абсолютно одинаковые. Стабилизирующий естественный отбор и его виды кратко можно охарактеризовать как усреднение или стабилизацию, при которой популяция становится более однородной. В первую очередь влиянию подвергаются полигенные черты.
Это означает, что фенотип контролируется несколькими генами, и существует широкий спектр возможных исходов. С течением времени некоторые из генов выключаются или маскируются другими, в зависимости от благоприятной адаптации. Многие особенности человека являются результатом такого отбора.
Вес человека при рождении – это не только полигенный признак, он также контролируется факторами окружающей среды. Новорожденные со средним весом при рождении имеют больше шансов выжить, чем со слишком маленьким или чрезмерно большим.
Это явление обычно наблюдается в условиях, которые изменились с течением времени, например, погода, климат или количество продовольствия могут привести к направленной селекции. Участие человека также может ускорить этот процесс. Охотники чаще всего убивают больших особей из-за мяса или других крупных декоративных или полезных частей.
Следовательно, популяция будет иметь тенденцию к перекосу в сторону более мелких особей. Чем больше хищники убивают и поедают медленных особей в популяции, тем больше будет осуществляться перекос в сторону более удачливых и быстрых представителей популяции. Виды естественного отбора можно более ярко продемонстрировать с помощью примеров из живой природы.
Чарльз Дарвин изучал направленный отбор, когда он был на Галапагосских островах. Длина клюва местных вьюрков менялась с течением времени из-за имеющихся источников питания. При отсутствии насекомых выживали зяблики с большими и длинными клювами, которые им помогали поедать семена. С течением времени насекомых стало больше, и с помощью направленного отбора птичьи клювы постепенно приобретали меньшие размеры.
Особенности диверсификационного (подрывного) отбора. Подрывной отбор – это вид естественного отбора, который выступает против усреднения видовых характеристик в популяции. Этот процесс является самым редким, если описывать виды естественного отбора кратко.
Дивесификационная селекция может привести к видообразованию двух или более различных форм в местах резких изменений окружающей среды.
Как и направленный отбор, этот процесс также может быть замедлен из-за разрушительного влияния человеческого фактора и загрязнения окружающей среды.
Одним из наиболее изученных примеров подрывного отбора является случай с бабочками в Лондоне. В сельских районах почти все особи имели светлую окраску. Однако эти же бабочки были очень темного цвета в промышленных районах. Встречались также экземпляры со средней интенсивностью цвета.
Это связано с тем, что темные бабочки научились выживать и спасаться от хищников в промышленных районах в городских условиях. Светлых мотыльков в промышленных районах легко обнаруживали и поедали хищники. Обратная картина наблюдалась в сельской местности. Бабочки средней цветовой интенсивности были легко видны в обоих местах, и поэтому их осталось очень мало.
Таким образом, смыслом подрывного отбора является движение фенотипа к крайности, которая нужна для выживания вида.
Основная идея теории эволюции заключается в том, что все видовое многообразие постепенно развивалось от простых форм жизни, которые появились более трех миллиардов лет назад (для сравнения, возраст Земли составляет примерно 4,5 миллиарда лет).
Виды естественного отбора с примерами от первых бактерий до первых современных людей сыграли в этом эволюционном развитии значительную роль. Организмы, которые были плохо приспособлены к своей среде, имеют меньше шансов выжить и оставить потомство. Это означает, что их гены имеют меньшую вероятность быть переданным следующему поколению.
Путь к генетическому разнообразию не должен быть потерян, как и способность на клеточном уровне реагировать на изменяющиеся условия окружающей среды.
6. Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).
Задание 1.
| Примером действия какого отбора является индустриальный меланизм берёзовой пяденицы? |
|
Задание 2.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.
|
|
Естественный отбор
Учение о естественном отборе создано Ч. Дарвином и А. Уоллесом, рассматривавшими его как главную творческую силу, направляющую эволюционный процесс и определяющую его конкретные формы.
Естественным отбором называется процесс, в результате которого выживают и оставляют потомство преимущественно особи с полезными для данных условий наследственными признаками.
Оценивая естественный отбор с позиций генетики, можно сделать заключение, что он проводит, по сути дела, отбор положительных мутаций и генетических комбинаций, возникающих при половом размножении, улучшающих выживание в популяциях, и выбраковывает все отрицательные мутации и комбинации, ухудшающие выживание организмов.
Последние просто погибают.
Естественный отбор может действовать и на уровне воспроизводства организмов, когда ослабленные особи либо не дают полноценного потомства, либо вообще не оставляют потомства (например, самцы, проигравшие брачные поединки с более сильными соперниками; растения в условиях дефицита света или элементов питания и т. п.).
При этом отбираются или выбраковываются не просто какие-то конкретные положительные или отрицательные качества организмов, а целиком генотипы, несущие эти признаки (включая и многие другие признаки, влияющие на дальнейшие ход и скорость эволюционных процессов).
Формы естественного отбора
В настоящее время выделяют три основные формы естественного отбора, которые приводятся в школьных учебниках по общей биологии.
Стабилизирующий естественный отбор
Эта форма естественного отбора характерна для стабильных условий существования, не меняющихся продолжительное время. Поэтому в популяциях происходит накопление адаптаций и отбор генотипов (и образуемых ими фенотипов), целесообразных именно для существующих условий.
Когда популяции достигают определенного набора приспособлений, оптимальных и достаточных для выживания в данных условиях, начинает действовать стабилизирующий отбор, отсекающий крайние варианты изменчивости и благоприятствующий сохранению некоторых средних консервативных признаков.
Все мутации и половые рекомбинации, приводящие к отклонению от этой нормы, устраняются при стабилизирующем отборе.
Например, длина конечностей у зайцев должна обеспечить им достаточно быстрое и устойчивое передвижение, позволяющее уйти от преследующего хищника. Если конечности будут слишком короткими, зайцы не смогут убежать от хищников и станут их легкой добычей, не успев дать потомство.
Так из популяций зайцев удаляются носители генов коротколапости. Если конечности окажутся слишком длинными, то бег зайцев станет неустойчивым, они будут опрокидываться, и хищники легко смогут их догнать. Это приведет к изъятию из популяций зайцев носителей генов длиннолапости.
Выжить и дать потомство смогут лишь особи, имеющие оптимальную длину конечностей и оптимальное их соотношение с размерами туловища. Это и есть проявление стабилизирующего отбора. Под его давлением устраняются генотипы, отличающиеся от какой-то средней и целесообразной в данных условиях нормы.
Так же происходит формирование покровительственной (маскирующей) окраски у многих видов животных.
То же касается формы и размеров цветков, которые должны обеспечить устойчивое опыление их насекомыми. Если цветки будут иметь слишком узкий венчик или короткие тычинки и пестики, то насекомые не смогут достать до них своими лапками и хоботками и цветки окажутся неопыленными и не дадут семян. Таким образом, происходит формирование оптимальных размеров и форм цветков и соцветий.
При очень длительных периодах действия стабилизирующего отбора могут возникать некоторые виды организмов, фенотипы которых остаются практически неизменными в течение многих миллионов лет, хотя их генотипы, конечно, претерпели за это время изменения. В качестве примеров можно назвать кистеперую рыбу латимерию, акул, скорпионов и некоторых других организмов.
Движущий отбор
Эта форма отбора типична для меняющихся условий среды, когда возникает направленный отбор в сторону изменяющегося фактора. Так происходит накопление мутаций и изменение фенотипа, связанных с данным фактором и приводящих к отклонению от средней нормы.
Примером может служить индустриальный меланиногенез, проявившийся у бабочек березовой пяденицы и некоторых других видов чешуекрылых, когда под влиянием промышленной копоти произошло потемнение стволов берез и белые по окраске бабочки (результат действия стабилизирующего отбора) стали заметны на этом фоне, что обусловило их быстрое выедание птицами.
Выигрыш получили темные мутанты, которые успешно размножались в новых условиях и стали доминирующей формой в составе популяций березовой пяденицы.
Сдвигом средней величины признака в сторону действующего фактора можно объяснить появление теплолюбивых и холодо-любивых, влаголюбивых и засухоустойчивых, солелюбивых видов и форм у разных представителей живого мира.
Следствием действия движущего отбора стали многочисленные случаи приспособлений грибов, бактерий и других возбудителей болезней человека, животных и растений к лекарственным препаратам и различным ядохимикатам. Так возникли устойчивые к этим веществам формы.
Действием движущего отбора можно объяснить постепенную редукцию глаз у кротов и пещерных обитателей, утрату крыльев у некоторых птиц, редукцию пищеварительной системы у ряда паразитических червей и т. п.
При движущем отборе обычно не происходит дивергенции (разветвления) признаков и одни признаки и несущие их генотипы плавно заменяются другими, не образуя переходных или уклоняющихся форм.
Дизруптивный, или разрывающий отбор
При этой форме отбора преимущества получают крайние варианты приспособлений, а промежуточные признаки, сложившиеся в условиях стабилизирующего отбора, становятся нецелесообразными в новых условиях, и их носители вымирают.
Под влиянием дизруптивного отбора формируются две или более формы изменчивости, нередко приводящие к полиморфизму — существованию двух или более фенотипических форм. Этому могут способствовать различные условия обитания внутри ареала, приводящие к появлению нескольких локальных популяций внутри вида (так называемых экотипов).
Например, постоянные покосы растений привели к появлению у растения большого погремка двух популяций, активно размножающихся в июне и августе, так как регулярные покосы стали причиной истребления средней июльской популяции.
При длительном действии дизруптивного отбора может произойти образование двух и более видов, заселяющих одну территорию, но проявляющих активность в разные сроки. Например, часто повторяющиеся в середине лета засухи, неблагоприятные для грибов, привели к появлению весенних и осенних видов и форм.
Борьба за существование
Борьба за существование является основным действующим механизмом естественного отбора.
Ч. Дарвин обратил внимание на то, что в природе постоянно существуют две противоположные тенденции развития:
- стремление к неограниченному размножению и расселению и
- перенаселенность, большая скученность, влияние других популяций и условий жизни, неизбежно приводящие к возникновению борьбы за существование и ограничению развития видов и их популяций.
То есть вид стремится занять все возможные для его существования местообитания. Но реальность часто оказывается суровой, в результате чего численность видов и их ареалы оказываются существенно ограничены.
Именно борьба за существование на фоне высокого мутагенеза и комбинативной изменчивости при половом размножении приводит к перераспределению признаков, и ее прямым следствием является естественный отбор.
Выделяют три основные формы борьбы за существование.
Межвидовая борьба
Эта форма, как следует из названия, осуществляется на межвидовом уровне. Ее механизмами являются сложные биотические связи, возникающие между видами:
- аменсализм — причинение одной популяцией ущерба другой популяции (например, выделение антибиотиков, вытаптывание крупными животными травы и гнезд мелких животных без всякого выигрыша для себя);
- конкуренция — борьба за общие источники питания и ресурсы (за пищу, воду, освещенность, кислород и т. п.;
- хищничество — питание за счет других видов, но циклы развития хищников и жертв не связаны или мало связаны;
- паразитизм — питание за счет хозяина, причем паразит долгое время живет в организме хозяина, поэтому их циклы развития обычно тесно взаимосвязаны;
- комменсализм (нахлебничество) — комменсал живет за счет другого организма, не влияя на последний (например, многие бактерии и грибы живут на поверхности корней, листьев и плодов растений, питаясь их выделениями);
- протокооперация — взаимовыгодные для обоих видов отношения, но не обязательные (случайные) для них (например, некоторые птички чистят зубы крокодилам, пользуясь остатками их пищи и защитой крупного хищника; взаимоотношения раков-отшельников и актиний и др.);
- мутуализм — положительные и обязательные для обоих видов связи (например, микоризы, лишайниковые симбиозы, кишечная микробиота и т. п.). Партнеры либо не могут развиваться друг без друга, либо их развитие происходит хуже в отсутствие партнера.
Комбинации этих связей могут улучшать или ухудшать условия жизни и темпы размножения популяций в природе.
Внутривидовая борьба
Эта форма борьбы за существование связана с перенаселенностью популяций, когда между особями одного вида возникает конкуренция за место для жизни — для гнездования, за свет (у растений), влагу, элементы питания, территорию для охоты или выпаса (у животных) и т. п. Проявляется она, например, в стычках и драках у животных и в затенении соперников за счет более быстрого роста у растений.
К этой же форме борьбы за существование относится и борьба за самок (брачные турниры) у многих животных, когда потомство может оставить только самый сильный самец, а слабые и неполноценные самцы исключаются из воспроизводства и их гены не передаются потомкам.
Частью этой формы борьбы является забота о потомстве, существующая у многих животных и позволяющая снизить смертность среди молодого поколения.
Борьба с абиотическими факторами среды
Эта форма борьбы наиболее остро проявляется в годы с экстремальными погодными условиями — сильными засухами, наводнениями, заморозками, пожарами, градами, извержениями вулканов и т.п. В этих условиях могут выжить и оставить потомство только наиболее сильные и выносливые особи.
Роль отбора организмов в эволюции органического мира
Важнейшим фактором эволюции (наряду с наследственностью, изменчивостью и другими факторами) является отбор.
Эволюцию условно можно разделить на естественную и искусственную. Естественной называется эволюция, протекающая в природе под воздействием природных факторов среды, исключая непосредственное прямое воздействие человека.
- Искусственной называют эволюцию, осуществляемую человеком с целью выведения таких форм организмов, которые удовлетворяют его потребностям.
- И в естественной, и в искусственной эволюции большую роль играет отбор.
- Отбор — это или выживание более приспособленных к данной среде обитания организмов, или выбраковка форм, не соответствующих определенным критериям.
- В связи с этим различают две формы отбора — искусственный и естественный.
- Творческая роль искусственного отбора состоит в том, что человек творчески подходит к выведению сорта растений, породы животных, штамма микроорганизмов, комбинируя разные методы селекции и отбора организмов с целью формирования таких признаков, которые в наибольшей степени соответствуют потребностям человека.
- Естественным отбором называют выживание особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования, и их возможность оставить полноценное в данных условиях существования потомство.
- В результате генетических исследований стало возможным выделение двух видов естественного отбора — стабилизирующего и движущего.
- Стабилизирующим называется такой вид естественного отбора, при котором выживают только те особи, признаки которых строго соответствуют данным конкретным условиям среды, а организмы с новыми признаками, возникшими в результате мутаций, погибают или не дают полноценного потомства.
Например, растение приспособлено к опылению данным конкретным видом насекомого (имеет строго определенные размеры элементов цветка и их строение). Возникло изменение — увеличился размер чашечки.
Насекомое свободно проникает внутрь цветка, не задевая тычинок, за счет чего пыльца не попадает на тело насекомого, что предотвращает возможность опыления следующего цветка. Это приведет к тому, что данное растение не даст потомства и возникший признак не будет передан по наследству.
При очень малом размере чашечки опыление вообще невозможно, так как насекомое не сможет проникнуть в цветок.
- Стабилизирующий отбор позволяет удлинить исторический отрезок времени существования вида, так как не дает возможности признакам вида «размываться».
- Движущий отбор — это выживание тех организмов, у которых появляются новые признаки, позволяющие им выжить в новых условиях окружающей среды.
- Примером движущего отбора является выживание бабочек с темной окраской на фоне закопченных стволов березы в популяции бабочек, имеющих светлую окраску.
- Роль движущего отбора состоит в возможности возникновения новых видов, что наряду с другими факторами эволюции сделало возможным появление современного многообразия органического мира.
Творческая роль естественного отбора состоит в том, что через различные формы борьбы за существование у организмов возникают признаки, позволяющие наиболее полно приспособиться к данным условиям среды. Эти полезные признаки закрепляются у организмов за счет выживания особей, имеющих такие признаки, и вымирания тех особей, у которых полезные признаки отсутствуют.
Например, северный олень приспособлен к жизни в полярной тундре. Он может там выжить и дать нормальное плодовитое потомство, если сможет нормально добывать свой корм. У оленя кормом является ягель (олений мох, относится к лишайникам). Известно, что в тундре долгая зима и корм скрыт под снежным покровом, который оленю необходимо разрушить.
Это станет возможным лишь в случае наличия у оленя очень сильных ног, снабженных широкими копытами. Если реализуется только один из этих признаков, то олень не выживет.
Таким образом, в процессе эволюции выживают только те особи, которые обладают двумя описанными выше признаками (в этом и состоит суть творческой роли естественного отбора применительно к северному оленю).
Важно понимать различия естественного и искусственного отбора. Они таковы:
- искусственный отбор осуществляет человек, а естественный отбор самопроизвольно реализуется в природе под воздействием внешних факторов среды;
- результатом искусственного отбора являются новые породы животных, сорта растений и штаммы микроорганизмов с полезными для хозяйственной деятельности человека признаками, а при естественном отборе возникают новые (любые) организмы с признаками, позволяющими выжить в строго определенных условиях среды;
- при искусственном отборе возникшие у организмов признаки могут быть не только не полезными, они могут быть вредными для данного организма (но они полезны для деятельности человека); при естественном отборе возникшие признаки полезны для данного организма в данной, конкретной среде его существования, так как они способствуют лучшему его выживанию в этой среде;
- естественный отбор осуществляется со времени появления организмов на Земле, а искусственный — только с момента приручения животных и с появления земледелия (выращивания растений в особых условиях).
Итак, отбор является важнейшей движущей силой эволюции и реализуется через борьбу за существование (последнее относится к естественному отбору).
Естественного отбора мало для эволюции
Считается, что в основе эволюции живой природы лежит естественный отбор, то есть выживание наиболее приспособленных к той или иной среде обитания. Есть еще половой отбор, дрейф генов и т. п. Но ключевым всегда остается естественный отбор.
Эволюция и естественный отбор – понятия абстрактные. Причем эволюция – абстракция более высокого уровня, так как включает в себя естественный отбор. Но только ли его?
Эволюция – это развитие. Центральная ветвь эволюции идет от простого к сложному. Отбор же не обязывает организмы усложняться. Он лишь говорит, что выживать должны более подходящие.
Тогда почему в ряде случаев приспособление оказывалось связанным с усложнением? Почему более сложные формы получали преимущество, знаменуя новый виток развития природы? Что еще подставить в формулу “эволюция = естественный отбор + …”?
В технике чем сложнее устройство, тем больше вероятность его поломки. Потому что выход из строя любой части чревато отказом всей системы. Нельзя сказать, что подобное неверно для биологических систем. Самые живучие – вирусы и бактерии. К регенерации органов способны не самые сложные формы. Звери же и птицы более чувствительны к повреждениям.
Обратим внимание, появление более сложных форм было связано с заселением новых сред обитания. Системы органов должны были кардинально изменяться, приспосабливаясь, например, к жизни на суше. Но опять, почему они усложнялись? Или нам так только кажется?
Действительно ли млекопитающее сложнее рыбы? Может просто легкие заменили жабры, шерсть – чешую. Сердце стало сложнее, но так ли нужна теплокровность в воде? Акула там живет не хуже дельфина.
Однако есть развитие, которое не подлежит сомнению. Мозг и поведение стали сложнее. Они открыли новые адаптивные возможности, которые достигли пика у человека. Люди приспосабливаются не телом, а меняют свое поведение, то есть исключительно за счет работы мозга.
Мозг – энергозатратный орган. Его сильное развитие стало возможным лишь тогда, когда животные стали много есть и вырабатывать много энергии.
Получается, все дело в энергии. Звери в отличие от рептилий ведут более активный образ жизни, что дает больше возможностей для адаптации. Выходит, чтобы вырабатывать больше энергии, нужны сложные органы, даже если они делают систему менее устойчивой на отказ. Чем мощнее процессор, тем больше энергии он потребляет, но тем больше он может сделать. В таком случае получаем формулу
эволюция = естественный отбор + нарастание энергопотребления
Тут следует оговорить, энергопотребление не должно быть в пустую. Нет смысла в бешеной обезьяне. Только та активность имеет смысл, которая дает преимущество в борьбе за существовании. При прочих равных отбором поддерживаются более энергоэффективные системы.
Хануман (фото из Википедии)Хануман (фото из Википедии)
Загрузка...
