Факторы эволюции
Факторы эволюции — это процессы и условия, благодаря которым изменяются популяции, возникают приспособления и формируются новые виды. Главные факторы темы: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор и изоляция.
Наследственная изменчивость — материал для эволюции
Особи одного вида не完全 одинаковы: они отличаются окраской, размером, устойчивостью к болезням, скоростью роста и другими признаками. Для эволюции особенно важны различия, которые могут передаваться потомкам. Такая изменчивость называется наследственной.
Наследственная изменчивость — способность организмов приобретать различия, обусловленные изменениями генотипа и передающиеся потомкам. Она создаёт разнообразие, на котором действует отбор.
Основные источники наследственной изменчивости — мутационная изменчивость и комбинативная изменчивость. Мутации возникают в генетическом материале и могут изменять признаки. Комбинативная изменчивость появляется при половом размножении из-за независимого расхождения хромосом, кроссинговера и случайного сочетания гамет.
- Мутации возникают относительно случайно по отношению к потребностям организма.
- Комбинации генов формируются заново у потомков.
- Полезность признака определяется условиями среды, а не самим фактом его появления.
- Ненаследственные изменения, например загар или развитие мышц при тренировке, обычно не служат материалом для отбора.
Эволюционные изменения возможны, если признак наследуется, различается у особей и влияет на выживание или размножение. Само появление наследственного признака ещё не означает, что он закрепится в популяции.
Борьба за существование
Организмы производят больше потомков, чем может дожить до размножения. Ресурсы среды ограничены: не хватает пищи, воды, света, убежищ и мест для размножения. Поэтому между организмами возникают отношения, которые называют борьбой за существование. Это не обязательно прямое нападение; борьбой является любое противодействие неблагоприятным условиям.
| Форма борьбы | С кем или чем происходит | Пример |
|---|---|---|
| Внутривидовая | Между особями одного вида | Соперничество самцов за территорию или партнёра |
| Межвидовая | Между особями разных видов | Конкуренция сорняков и культурного растения за воду |
| С неблагоприятными условиями среды | С температурой, засухой, недостатком кислорода | Переживание зимы у животных с защитными приспособлениями |
Самой напряжённой обычно считают внутривидовую борьбу, поскольку особи одного вида нуждаются в одинаковых ресурсах. Межвидовая борьба может приводить к конкуренции, хищничеству или паразитизму. Борьба с неблагоприятными условиями среды усиливается при засухе, морозе, наводнении и других изменениях условий.
Не сводите борьбу за существование только к дракам. Конкуренция за пищу, гибель от холода и невозможность найти партнёра также являются формами борьбы за существование.
Естественный отбор и его результат
В борьбе за существование особи с полезными наследственными признаками чаще выживают и оставляют потомство. Через поколения доля таких признаков в популяции увеличивается. Этот процесс называется естественным отбором.
Естественный отбор — преимущественное выживание и размножение особей, имеющих наследственные признаки, полезные в данных условиях среды. Отбор действует не на отдельную особь как на объект изменения, а на её фенотип; эволюционный результат проявляется в изменении популяции.
Отбор не создаёт нужный признак по требованию среды. Сначала в популяции возникает наследственное разнообразие, затем среда способствует сохранению одних вариантов и устранению других. Поэтому направление отбора зависит от условий: признак, полезный в пустыне, может оказаться невыгодным в холодном влажном лесу.
В простых расчётах изменение доли варианта можно представить как разность его частоты после и до действия отбора. Если \(\Delta p>0\), доля варианта увеличилась; если \(\Delta p<0\), уменьшилась. В реальных популяциях результат зависит также от мутаций, миграций, случайных изменений численности и скрещивания.
Какое условие необходимо, чтобы признак мог закрепляться естественным отбором?
Различают формы отбора. Формы естественного отбора зависят от того, какие варианты признака получают преимущество. Движущий отбор сдвигает среднее значение признака в одну сторону; стабилизирующий сохраняет средние варианты; разрывающий благоприятствует крайним вариантам и может способствовать расхождению популяций.
Наследственные различия → борьба за существование → неодинаковое выживание и размножение → изменение частот признаков в популяции → приспособленность.
Изоляция и образование новых видов
Одного отбора иногда недостаточно для образования нового вида. Если части популяции перестают свободно скрещиваться, между ними уменьшается обмен генами. Такое разделение называют изоляцией.
Изоляция — возникновение барьеров, ограничивающих скрещивание между группами особей одного вида и обмен генами между ними.
- Географическая изоляция возникает из-за гор, рек, островов, ледников или большого расстояния.
- Экологическая изоляция связана с разными местами обитания или сроками размножения на одной территории.
- Биологическая изоляция возникает при различиях в поведении, строении органов размножения, времени размножения или несовместимости гамет.
В изолированных популяциях накапливаются мутации и разные комбинации генов. Отбор действует в неодинаковых условиях, поэтому признаки групп постепенно расходятся. Если скрещивание становится невозможным или потомство теряет способность к размножению, формируется репродуктивная изоляция — важный этап видообразования.
Разобранный пример: отбор устойчивых к антибиотику бактерий
В популяции бактерий случайно присутствуют наследственные варианты, различающиеся устойчивостью к антибиотику. Нужно объяснить, почему после обработки доля устойчивых бактерий увеличивается.
Антибиотик не «учит» бактерии становиться устойчивыми и не превращает каждую бактерию в устойчивую. Он отбирает уже существующие наследственные варианты, поэтому устойчивость распространяется в популяции.
Нельзя говорить, что отдельная особь эволюционировала за одну жизнь. Эволюция — изменение наследственных признаков и их частот в популяции на протяжении поколений.
Как решать задания по факторам эволюции
- Найдите источник различий: мутация, рекомбинация или ненаследственное изменение.
- Определите форму борьбы: внутривидовая, межвидовая или с условиями среды.
- Проверьте, есть ли различия в выживании или размножении. Если есть — действует отбор.
- Уточните уровень результата: изменение отдельной особи — не эволюция, изменение популяции — эволюционный процесс.
- Если популяции разделены и обмен генами ограничен, ищите изоляцию и возможное видообразование.
Быстрая проверка
Главное
- Наследственная изменчивость поставляет материал для эволюции.
- Ограниченность ресурсов вызывает борьбу за существование.
- Естественный отбор сохраняет наследственные варианты, повышающие выживание и размножение.
- Эволюция происходит в популяциях, а не в отдельных организмах.
- Изоляция уменьшает обмен генами и создаёт условия для видообразования.