Механизм естественного отбора
Естественный отбор — механизм эволюции, при котором особи с наследственными признаками, полезными в данных условиях, в среднем оставляют больше потомков. Поэтому со временем в популяции увеличивается доля соответствующих аллелей и признаков.
Предпосылки естественного отбора
Отбор действует не на отдельную особь, а на популяцию. Популяция — группа особей одного вида, длительно живущих на общей территории и свободно скрещивающихся. Для действия отбора необходимы три условия: различия между особями, наследование хотя бы части этих различий и неодинаковый успех размножения.
- В популяции существует изменчивость: особи отличаются по размерам, окраске, устойчивости к холоду, болезням и другим признакам.
- Часть различий имеет наследственную природу и может передаваться потомкам. Подробнее это рассматривается на странице «Наследственная изменчивость».
- Ресурсы ограничены, поэтому не все особи выживают и оставляют одинаковое число потомков. Это проявление борьбы за существование.
- Особи с разной приспособленностью размножаются с разной эффективностью.
Естественный отбор — процесс избирательного выживания и размножения особей, обладающих наследственными признаками, повышающими их приспособленность к условиям среды.
Если наследственный признак повышает вероятность выживания или размножения, то при прочих равных условиях его частота в популяции со временем возрастает.
От признака особи к изменению популяции
Приспособленность — не абсолютное «совершенство» организма, а его относительный вклад в следующее поколение в конкретной среде. Один и тот же признак может быть полезным в одних условиях и нейтральным или вредным в других. Например, густой мех повышает выживаемость в холодном климате, но может мешать при жаре.
Отбор часто происходит незаметно: хищник чаще ловит медленных животных, засуха сильнее действует на растения с неглубокими корнями, а антибиотик уничтожает чувствительные бактерии. Выжившие особи передают потомкам свои аллели чаще, чем погибшие или не размножившиеся.
Важно различать наследственный признак и индивидуальное изменение, возникшее под влиянием среды. Загар, увеличение мышц при тренировке или изменение роста из-за питания сами по себе не становятся причиной эволюционного изменения частоты аллелей. В отличие от них, мутации и новые сочетания генов создают наследственные различия. Типы мутаций разобраны на страницах «Генные мутации», «Геномные мутации» и «Хромосомные мутации».
| Этап | Что происходит | Результат |
|---|---|---|
| 1. Изменчивость | В популяции появляются особи с различными наследственными признаками. | Есть материал для отбора. |
| 2. Борьба за существование | Ресурсов недостаточно для выживания всех. | Возникает конкуренция и гибель части особей. |
| 3. Дифференциальное размножение | Особь с полезным признаком в среднем оставляет больше потомков. | Её аллели передаются чаще. |
| 4. Изменение частот | В следующих поколениях меняется соотношение вариантов генов и признаков. | Популяция становится более приспособленной. |
В формуле (1) \(p_t\) — частота аллеля \(A\) в текущем поколении, \(w_A\) — относительная приспособленность носителей этого аллеля, а \(\overline{w}\) — средняя приспособленность популяции. Если \(w_A>\overline{w}\), частота аллеля обычно увеличивается; если \(w_A<\overline{w}\) — уменьшается.
Какое условие обязательно для эволюционного действия отбора?
Формы и результаты отбора
В зависимости от направления изменения среды выделяют несколько форм естественного отбора.
- Движущий отбор благоприятствует одному крайнему варианту признака. Среднее значение признака смещается. Пример — увеличение доли устойчивых к антибиотику бактерий.
- Стабилизирующий отбор сохраняет средние значения и устраняет крайние варианты. Пример — преимущество новорождённых со средней массой при прочих равных условиях.
- Разрывающий отбор благоприятствует двум крайним вариантам и уменьшает долю промежуточных. Он может способствовать разделению популяции.
- Половой отбор связан с успехом получения партнёра. Яркая окраска или сложное поведение могут повышать вероятность спаривания, хотя иногда увеличивают заметность для хищников.
Адаптация — наследственно закреплённое приспособление организма или популяции к условиям среды, сформированное в результате естественного отбора. Отдельная особь не «создаёт» адаптацию по желанию: отбор сохраняет уже возникшие наследственные различия.
Результатом отбора может стать не только повышение приспособленности, но и расхождение популяций. Если группы одного вида длительно живут в разных условиях и накапливают различия, возможна дивергенция; примеры приведены на странице «Примеры дивергенции». Противоположный по результату процесс — сходное формирование признаков у неродственных организмов, то есть конвергенция, описанная на странице «Примеры конвергенции».
Разобранный пример: отбор устойчивых бактерий
В популяции бактерий 10% особей имеют наследственную устойчивость к препарату. После обработки чувствительные бактерии почти не размножаются, а устойчивые дают в среднем в четыре раза больше потомков. Найдём примерную долю устойчивых бактерий в следующем поколении.
После одного поколения доля устойчивых бактерий возрастает примерно с 10% до 30,8%. Препарат не «создал» устойчивость по потребности: он создал условия, в которых уже существовавший наследственный вариант получил преимущество при размножении.
Что важно не перепутать
1. Неверно говорить, что организм изменился, чтобы приспособиться. Сначала возникают наследственные варианты, затем среда отбирает более успешные. 2. Нельзя считать любое выживание доказательством отбора: нужен различный вклад в потомство. 3. Естественный отбор действует на фенотипы особей, но эволюционный результат проявляется в изменении частот аллелей популяции. 4. Полезность признака относительна и зависит от среды. 5. Отбор не обязательно делает организм сложнее и не всегда направлен к «прогрессу».
Сначала найдите наследственное различие, затем укажите фактор среды и сравните число выживших потомков. В расчётах не забывайте нормировать вклад группы на среднюю приспособленность популяции.
Естественный отбор — одна из предпосылок и движущих сил эволюции, но он действует вместе с наследственностью, изменчивостью, изоляцией и случайными изменениями частот генов. Общая схема таких факторов рассматривается на странице «Предпосылки эволюции», а сам естественный отбор — на более общей странице «Естественный отбор».
Быстрая проверка
Главное
- Естественный отбор сохраняет наследственные варианты, повышающие выживание или успех размножения.
- Эволюция происходит на уровне популяции: меняются частоты аллелей и признаков, а не «желания» отдельных организмов.
- Необходимы наследственная изменчивость, борьба за существование и дифференциальное размножение.
- Полезность признака зависит от условий среды; выделяют движущий, стабилизирующий, разрывающий и половой отбор.
- В задачах сравнивайте вклад групп в следующее поколение и при необходимости используйте формулу \(p_{t+1}=\frac{p_t w_A}{\overline{w}}\).