Предпосылки эволюции
Эволюция возможна потому, что организмы отличаются друг от друга, часть этих отличий наследуется, а условия среды ограничивают выживание и размножение особей. Поэтому наследственность, изменчивость и борьба за существование рассматривают как основные предпосылки эволюционного процесса.
Что необходимо для эволюции
Эволюция — это историческое изменение наследственных признаков популяций. Отдельная особь в течение жизни может измениться, но эволюционным результатом становится изменение именно популяции: в ней со временем меняется частота наследственных вариантов признаков и генов. Популяция служит элементарной единицей эволюции, потому что особи одной популяции скрещиваются и передают потомкам общий генофонд.
Наследственность — способность организмов сохранять и передавать потомкам признаки. Изменчивость — способность организмов приобретать различия между собой. Борьба за существование — совокупность взаимоотношений организмов между собой и с условиями среды, при которых выживают и оставляют потомство не все особи.
- В популяции возникают различия между особями.
- Некоторые различия передаются потомкам.
- Организмы производят больше потомков, чем может выжить.
- Ресурсы среды ограничены, поэтому возникает конкуренция.
- Особей с полезными наследственными признаками чаще сохраняет естественный отбор.
Если изменчивость не наследуется, она не может закрепиться в поколениях. Если нет различий, отбору не из чего выбирать. Если нет ограничений среды и различий в выживании, частоты признаков не будут направленно изменяться.
Эволюционный процесс возможен при одновременном наличии наследственной изменчивости и дифференциального размножения: разные наследственные варианты должны с неодинаковой вероятностью сохраняться в потомстве.
Наследственность и изменчивость
Наследственность обеспечивает преемственность поколений. Генетическая информация передаётся при размножении, поэтому потомки обычно похожи на родителей. Однако наследование не означает полного копирования: новые сочетания генов и мутации создают разнообразие признаков. Подробнее формы изменчивости разобраны на странице наследственная изменчивость.
| Вид изменчивости | Причина | Наследование | Эволюционное значение |
|---|---|---|---|
| Модификационная | Влияние условий среды | Обычно не наследуется | Помогает приспособиться особи, но не поставляет материал для отбора |
| Комбинативная | Новые сочетания аллелей при половом размножении | Да, если сочетания передаются потомкам | Создаёт разнообразие потомков |
| Мутационная | Изменение генетического материала | Может наследоваться | Поставляет новые варианты генов и признаков |
Комбинативная изменчивость возникает при кроссинговере, независимом расхождении хромосом и случайном сочетании гамет. Мутации бывают генными, хромосомными и геномными. Их механизмы рассмотрены на страницах генные мутации, хромосомные мутации и геномные мутации. Большинство мутаций нейтральны или вредны, но отдельные варианты оказываются полезными в конкретной среде.
Формула 1 показывает ожидаемые частоты генотипов в равновесной популяции при случайном скрещивании, отсутствии отбора, мутаций, миграций и при большой численности. Здесь \(p\) и \(q\) — частоты аллелей \(A\) и \(a\). Изменение этих частот означает эволюционное изменение популяции.
Какое изменение является непосредственным материалом для естественного отбора?
Борьба за существование
Численность потомков у большинства организмов потенциально быстро возрастает, но ресурсы — пища, вода, свет, убежища и территория — ограничены. Поэтому до размножения доживает лишь часть особей. Борьба за существование не всегда означает прямую драку: чаще это конкуренция за ресурс или противостояние неблагоприятным условиям.
| Форма борьбы | Участники или причина | Пример |
|---|---|---|
| Внутривидовая | Особи одного вида | Сосны конкурируют за свет и минеральные вещества |
| Межвидовая | Особи разных видов | Лиса и хищная птица используют общую добычу |
| С неблагоприятными условиями среды | Организм и абиотический фактор | Растения переносят засуху или низкую температуру |
Наиболее напряжённой обычно бывает внутривидовая борьба: особи одного вида нуждаются в одинаковых ресурсах и занимают сходные экологические ниши. Межвидовая конкуренция может приводить к разделению ресурсов, вытеснению одного вида или формированию специализаций. Взаимосвязь рождаемости, смертности и численности рассматривается на страницах рождаемость популяции, смертность популяции и регуляция численности популяции.
Поскольку потенциальная плодовитость организмов выше возможностей среды, возникает конкуренция и избирательная гибель. Это создаёт условия для естественного отбора, но сама борьба за существование ещё не является отбором.
Как предпосылки приводят к отбору
Естественный отбор — результат борьбы за существование. Если наследственный признак повышает вероятность выживания или размножения, его носители в среднем оставляют больше потомков. Доля соответствующего аллеля в популяции возрастает. Если признак вреден, его носители чаще погибают или размножаются слабее, и его частота может уменьшаться.
Важно различать приспособленность и абсолютную неуязвимость. Приспособление относительно: признак полезен только в определённых условиях. Например, густой мех выгоден в холодном климате, но может мешать в жарком. Кроме того, естественный отбор действует не «на пользу виду вообще», а через различия в личном выживании и размножении особей.
В популяции частота аллеля устойчивости к заболеванию увеличивается с \(0{,}20\) до \(0{,}32\) за несколько поколений. Определим изменение частоты и сделаем вывод.
Вывод: наследственный вариант устойчивости, вероятно, повышал выживание или плодовитость носителей в данных условиях. Однако по одному изменению частоты нельзя утверждать, что причиной был только отбор: могли действовать миграция, случайные изменения численности или другие факторы.
1. Нельзя считать любую изменчивость наследственной. 2. Борьба за существование — не только прямое столкновение животных. 3. Естественный отбор не создаёт полезные признаки по потребности; он сохраняет уже возникшие наследственные варианты. 4. Приспособление особи и эволюция популяции — разные уровни явления. 5. Рост численности вида не равен обязательному улучшению всех его признаков.
В условии сначала найдите тип изменчивости, затем выясните, наследуется ли признак. После этого определите ограничивающий фактор и форму борьбы за существование. Если носители признака оставляют больше потомков, ответ связывайте с естественным отбором и изменением частоты аллелей.
Проверка понимания
- Наследственность сохраняет признаки между поколениями.
- Изменчивость создаёт различия, но для эволюции важна прежде всего наследственная изменчивость.
- Ограниченность ресурсов вызывает борьбу за существование и неодинаковое выживание особей.
- Естественный отбор изменяет состав популяции через неодинаковое размножение особей.
Quick-test
Главное
- Эволюция — изменение наследственных признаков и частот генов в популяциях.
- Наследственность обеспечивает передачу признаков, а наследственная изменчивость поставляет разнообразие.
- Ограниченность ресурсов вызывает борьбу за существование и неодинаковое выживание особей.
- Естественный отбор сохраняет наследственные варианты, повышающие успех размножения в конкретной среде.
- Для решения заданий различайте модификационную, комбинативную и мутационную изменчивость, а также формы борьбы за существование.