Стабилизирующая форма естественного отбора обеспечивает. Что мы узнали? в) Групповой отбор
Ситуацию, а можно действовать наугад. Достаточно создавать широкий спектр разнообразных особей - и, в конечном счёте, выживут наиболее приспособленные.
- Сначала появляется особь с новыми, совершенно случайными, свойствами
- Потом она оказывается или не оказывается способной оставить потомство, в зависимости от этих свойств
- Наконец, если исход предыдущего этапа оказывается положительным, то она оставляет потомство и её потомки наследуют новоприобретённые свойства
В настоящее время, отчасти наивные взгляды самого Дарвина оказались частично переработаны. Так, Дарвин представлял, что изменения должны происходить очень плавно, а спектр изменчивости является непрерывным. Сегодня, однако, механизмы естественного отбора объясняются при помощи генетики , которая вносит некоторое своеобразие в эту картину. Мутации в генах , которые работают на первом этапе описанного выше процесса, являются существенно дискретными. Ясно, однако, что основная суть идеи Дарвина осталась без изменений.
Формы естественного отбора
Движущий отбор
Движущий отбор - форма естественного отбора, когда условия среды способствуют определённому направлению изменения какого-либо признака или группы признаков. При этом иные возможности изменения признака подвергаются отрицательному отбору. В результате в популяции от поколения к поколению происходит сдвиг средней величины признака в определённом направлении. При этом давление движущего отбора должно отвечать приспособительным возможностям популяции и скорости мутационных изменений (в ином случае давление среды может привести к вымиранию).
Современным случаем движущего отбора является «индустриальный меланизм английских бабочек». «Индустриальный меланизм» представляет собой резкое повышение доли меланистических (имеющих тёмную окраску) особей в тех популяциях бабочек, которые обитают в промышленных районах. Из-за промышленного воздействия стволы деревьев значительно потемнели, а также погибли светлые лишайники, из-за чего светлые бабочки стали лучше видны для птиц, а тёмные - хуже. В XX веке в ряде районов доля тёмноокрашенных бабочек достигла 95 %, в то время как впервые тёмная бабочка (Morfa carbonaria) была отловлена в 1848 году.
Движущий отбор осуществляется при изменении окружающей среды или приспособлении к новым условиям при расширении ареала. Он сохраняет наследственные изменения в определенном направлении, перемещая соответственно и норму реакции. Например, при освоении почвы, как среды обитания у различных неродственных групп животных конечности превратились в роющие.
Стабилизирующий отбор
Стабилизирующий отбор - форма естественного отбора, при котором действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака.
Описано множество примеров действия стабилизующего отбора в природе. Например, на первый взгляд кажется, что наибольший вклад в генофонд следующего поколения должны вносить особи с максимальной плодовитостью. Однако наблюдения над природными популяциями птиц и млекопитающих показывают, что это не так. Чем больше птенцов или детенышей в гнезде, тем труднее их выкормить, тем каждый из них меньше и слабее. В результате наиболее приспособленными оказываются особи со средней плодовитостью.
Отбор в пользу средних значений был обнаружен по множеству признаков. У млекопитающих новорожденные с очень низким и очень высоким весом чаще погибают при рождении или в первые недели жизни, чем новорожденные со средним весом. Учет размера крыльев у птиц, погибших после бури, показал, что большинство из них имели слишком маленькие или слишком большие крылья. И в этом случае наиболее приспособленными оказались средние особи.
Дизруптивный отбор
Дизруптивный (разрывающий) отбор - форма естественного отбора, при котором 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. Дизруптивный отбор способствует возникновению и поддержанию полиморфизма популяций, а в некоторых случаях может служить причиной видообразования.
Одна из возможных в природе ситуаций, в которой, вступает в действие дизруптивный отбор, - когда полиморфная популяция занимает неоднородное местообитание. При этом разные формы приспосабливаются к различным экологическим нишам или субнишам.
Примером дизруптивного отбора является образование двух рас у погремка лугового на сенокосных лугах. В нормальных условиях сроки цветения и созревания семян у этого растения покрывают всё лето. Но на сенокосных лугах семена дают преимущественно те растения, которые успевают отцвести и созреть либо до периода покоса, либо цветут в конце лета, после покоса. В результате образуются две расы погремка - ранне- и позднецветущая.
Дизруптивный отбор осуществлялся искусственно в экспериментах с дрозофилами. Отбор проводился по числу щетинок, оставлялись лишь особи с малым и большим количеством щетинок. В результате примерно с 30-го поколения две линии разошлись очень сильно, несмотря на то, что мухи продолжали скрещиваться между собой, осуществляя обмен генами. В ряде других экспериментов (с растениями) интенсивное скрещивание препятствовало эффективному действию дизруптивного отбора.
Отсекающий отбор
Отсекающий отбор - форма естественного отбора. Его действие противоположно положительному отбору. Отсекающий отбор выбраковывает из популяции подавляющее большинство особей, несущих признаки, резко снижающие жизнеспособность при данных условиях среды. С помощью отсекающего отбора из популяции удаляются сильно вредные аллели. Также отсекающему отбору могут подвергаться особи с хромосомными перестройками и набором хромосом, резко нарушающими нормальную работу генетического аппарата.
Положительный отбор
Положительный отбор - форма естественного отбора. Его действие противоположно отсекающему отбору . Положительный отбор увеличивает в популяции число особей, обладающих полезными признаками, повышающими жизнеспособность вида в целом. С помощью положительного отбора и отсекающего отбора совершается изменение видов (а не только посредством уничтожения ненужных особей, тогда любое развитие должно остановиться, но этого не происходит).
Среди примеров положительного отбора: чучело археоптерикса можно использовать как планер, а чучело ласточки или чайки нельзя. Но первые птицы летали лучше археоптерикса. Другой пример положительного отбора - появление хищников , превосходящих своими «умственными способностями» многих других теплокровных . Или появление таких рептилий, как крокодилы , обладающих четырехкамерным сердцем и способных жить как на земле, так и в воде.
Частные направления естественного отбора
- Выживание наиболее приспособленных к условиям обитания видов и популяций , например видов, обладающих жабрами в воде, поскольку приспособленность позволяет выигрывать борьбу за выживание.
- Выживание физически здоровых организмов.
- Выживание физически сильнейших организмов, поскольку физическая борьба за ресурсы является неотъемлемой частью жизни. Имеет значение во внутривидовой борьбе.
- Выживание наиболее сексуально успешных организмов, поскольку половое размножение является доминирующим способом размножения. В данном случае в дело вступает половой отбор .
Однако все эти случаи являются частными, а главным остаётся успешное сохранение во времени. Поэтому иногда эти направления нарушаются ради следования главной цели.
Роль естественного отбора в эволюции
Дарвин долго не решался обнародовать свою теорию, т.к. видел проблему муравьёв , которую можно было объяснить только с позиций генетики.
См. также
Ссылки
- «Проблемы макроэволюции» - сайт палеонтолога А. В. Маркова
- «Формы естественного отбора» - статья с хорошо известными примерами: цвет бабочек, устойчивость людей к малярии и прочее
- «Эволюция на основе закономерностей» - статья о том, велика ли роль мутаций в процессе эволюции, или какие-то признаки существуют заранее, а затем развиваются под действием движущего отбора
| Эволюционная биология | |
|---|---|
| Механизмы и процессы | Адаптация Видообразование Генетический дрейф Естественный отбор Наследственность Изменчивость Микроэволюция Макроэволюция Мутации Перенос генов |
| Возникновение жизни | Химическая эволюция Гипотеза мира РНК Биологическая эволюция |
| История эволюционного учения | |
Коснемся в общем характеристики естественного отбора и его форм, заострив внимание на одной из них - стабилизирующей. Разберем ее признаки, наглядные примеры и последствия.
Естественный отбор - это...
Термин "естественный отбор" был введен Чарльзом Дарвином. Под этим понятием подразумевается главнейший эволюционный процесс, в ходе которого увеличивается число наиболее приспособленных к определенным условиям особей и уменьшается число особей, имеющих неблагоприятные для данной местности признаки. Более современная синтетическая теория эволюции называет естественным отбором главную причину образования видов и адаптации живых существ к окружающей среде.
Кроме естественного отбора движущими силами эволюции также являются мутации, генетический дрейф и перенос генов от популяции к популяции.
Виды естественного отбора
Основных форм естественного отбора четыре:
- Движущий отбор - эта форма действует при внезапно изменившихся условиях окружающей среды. В "выигрыше" остаются особи, чьи признаки отклонены в определенную сторону от среднестатистического значения, а именно - более подходящи для новой обстановки. Повышение числа насекомых с сероватой, темной окраской в районах, ставших промышленными, - это движущий отбор, так как в новых условиях особи со светлой окраской весьма заметны для хищников.
- Разрывающий (дизруптивный отбор) - при этой форме внешние условия благоприятствуют только крайне полярным проявлениям признака, не давая шансов особям с усредненным его проявлением. Например, на покосных лугах семена дают только растения, успевающие отцвести поздней весной или в начале осени - до и после покоса травы.
- Стабилизирующая форма отбора направлена против особей, имеющих отклонение от средних значений для определенной популяции.
- Половой отбор - эта форма "отсеивает" самцов и самок, не привлекательных для противоположного пола в силу ряда причин - болезни, дефекта, неполноценного развития и пр. Он помогает не наследовать нежелательные или губительные для потомства признаки.
Характеристика стабилизирующего отбора
Чтобы примеры стабилизирующего отбора были более ясны, для начала нужно его охарактеризовать.
Термин "стабилизирующий отбор" был введен отечественным эволюционистом И. И. Шмальгаузеном. Под ним ученый понимал вид отбора, направленный против особей, имеющих отклонение от среднего проявления какого-либо признака. Стабилизирующий отбор, таким образом, защищает популяцию от тотального наследования какой-либо широкой мутации, но допускает мутации узкие.
Именно стабилизирующий отбор, охраняя средние проявления признака от существенных изменений, обогащает генофонд определенной популяции - накапливаются рецессивные (не проявляющиеся у большинства до поры до времени) аллели при условии, что в общем фенотип остается неизменным. В результате нарабатывается скрытое генетическое разнообразие популяции, эдакий мобилизационный резерв, накапливающийся к моменту резкого изменения внешних условий и вступления в силу движущего отбора.
Стоит сказать, что стабилизирующий и движущий отбор тесно связаны между собой - они периодически сменяют друг друга в жизненном цикле популяций живых существ.
Примеры стабилизирующего отбора
Упомянем различные проявления стабилизирующего отбора:
- Неизменность структуры тироксина (гормона щитовидной железы) на протяжении всей истории эволюции позвоночных.
- После снежной бури в Северной Америке были найдены 136 пострадавших домовых воробьев. 64 птицы погибли, а 72 выжили. Среди умерших в основном были особи с очень длинными или слишком коротенькими крылышками. Воробьи с крыльями средней длины оказались более выносливыми.
- Среди лесных птиц самые приспособленные - особи со средней плодовитостью. Высокоплодовитые родители не в состоянии полноценно прокормить всех своих птенцов, отчего последние вырастают маленькими и слабыми.
- При родах у млекопитающих, а также в первые недели жизни стабильно погибает часть детенышей - со слишком низким или, наоборот, большим весом. Особи среднего размера в основном благополучно переживают этот период.
Признаки стабилизирующего отбора
Стабилизирующий отбор характеризуется следующими признаками:
- Проявляется в среде, чьи условия долгое время остаются относительно постоянными. Отличный пример стабилизирующего отбора - нильские крокодилы. На протяжении 70 млн лет их внешний облик не меняется, так как их среда обитания (тропические околоводные биотопы) также остается почти климатически неизменной. Стоит отметить тот факт, что и сами по себе крокодилы - животные неприхотливые, могут долгое время обходится без питания.
- Допускает мутации с неширокой нормой реакции.
- Ведет к однородности фенотипа популяции. Еще раз отметим, что она лишь кажущаяся - генофонд ее остается мобилен из-за узких мутаций.
- Выбраковка особей, значительно измененных мутацией.
Результаты стабилизирующего отбора
Напоследок рассмотрим, каковы последствия стабилизирующего отбора:
- стабильность внутри каждой из существующих популяций;
- сохранение наиболее существенных, типичных признаков популяции;
- защита видового разнообразия от мутационных изменений, часть которых не только вредна, но и губительна;
- создание механизма наследственности;
- совершенствование механизмов индивидуального развития - онтогенеза.
Стабилизирующий отбор - одна из важных форм отбора естественного. Он не позволяет мутациям изменить коренные признаки той или иной популяции или целого вида. Примеры стабилизирующего отбора свидетельствуют о неблагоприятности или даже губительности отбракованных им мутационных проявлений.
1. Стабилизирующая форма естественного отбора проявляется в
А) постоянных условиях среды
Б) изменении средней нормы реакции
В) сохранении приспособленных особей в исходной среде обитания
Г) выбраковывании особей с отклонениями от нормы
Д) сохранении особей с мутациями
Е) сохранении особей с новыми фенотипами
Ответ
3. Установите соответствие между примером и типом доказательств эволюции животного мира, который он иллюстрирует: 1-сравнительно-анатомические, 2-палеонтологические
А) филогенетический ряд лошади
Б) наличие копчика в скелете человека
В) перо птицы и чешуя ящерицы
Г) отпечатки археоптерикса
Д) многососковость у человека
Ответ
А2 Б1 В1 Г2 Д1
4. Определите последовательность процессов, характерных для географического видообразования
А) формирование популяции с новым генофондом
Б) появление географической преграды между популяциями
В) естественный отбор особей с приспособительными к данным условиям признаками
Г) появление особей с новыми признаками в изолированной популяции
Ответ
4+. Укажите правильную последовательность этапов географического видообразования
А) распространение признака в популяции
Б) появление мутаций
В) изоляция популяций
Г) сохранение в результате борьбы за существование естественного отбора особей с полезными изменениями
Ответ
4++. Укажите последовательность процессов при географическом видообразовании
А) накопление мутаций в новых условиях
Б) территориальная изоляция популяции
В) репродуктивная изоляция
Г) образование нового вида
Ответ
4+++. Укажите последовательность этапов географического видообразования
А) дивергенция признаков в изолированных популяциях
Б) репродуктивная изоляция популяций
В) возникновение физических преград в ареале исходного вида
Г) возникновение новых видов
Д) образование изолированных популяций
Ответ
4А. Под влиянием каких факторов эволюции происходит процесс экологического видообразования
?
А) модификационной изменчивости
Б) приспособленности
В) естественного отбора
Г) мутационной изменчивости
Д) борьбы за существование
Е) конвергенции
Ответ
4Б. Установите соответствие между примером и способом видообразования, который этот пример иллюстрирует: 1-географическое, 2-экологическое
А) обитание двух популяций обыкновенного окуня в прибрежной зоне и на большой глубине озера
Б) обитание разных популяций чёрного дрозда в глухих лесах и вблизи жилья человека
В) распад ареала ландыша майского на изолированные участки в связи с оледенением
Г) образование разных видов синиц на основе пищевой специализации
Д) формирование лиственницы даурской в результате расширения ареала лиственницы сибирской на восток
Ответ
А2 Б2 В1 Г2 Д1
4В. Установите соответствие между причинами и способами видообразования: 1-географическое, 2-экологическое
А) расширение ареала исходного вида
Б) стабильность ареала исходного вида
В) разделение ареала вида различными преградами
Г) многообразие изменчивости особей внутри ареала
Д) многообразие местообитаний в пределах стабильного ареала
Ответ
А1 Б2 В1 Г2 Д2
5. Установите соответствие между примером и типом доказательств эволюции, к которому этот пример относят: 1- палеонтологические, 2- сравнительно-анатомические
А) переходные формы
Б) гомологичные органы
В) рудименты
Г) единый план строения органов
Д) окаменелости
Е) атавизмы
Ответ
А1 Б2 В2 Г2 Д1 Е2
6. Установите последовательность формирования ароморфозов у животных
А) появление тканей
Б) возникновение полового размножения
В) образование хорды
Г) формирование пятипалых конечностей
Ответ
6а. Установите последовательность формирования ароморфозов в эволюции хордовых животных
А) возникновение легких
Б) образование головного и спинного мозга
В) образование хорды
Г) возникновение четырехкамерного сердца
Ответ
6а+. Установите последовательность формирования ароморфозов в эволюции беспозвоночных животных
А) возникновение двусторонней симметрии тела
Б) появление многоклеточности
В) возникновение членистых конечностей, покрытых хитином
Г) расчленение тела на множество сегментов
Ответ
6б. Установите последовательность усложнения организации указанных животных в процессе эволюции
А) дождевой червь
Б) обыкновенная амеба
В) белая планария
Г) майский жук
Ответ
7. Какие факторы являются движущими силами эволюции?
А) модификационная изменчивость
Б) мутационный процесс
В) естественный отбор
Г) приспособленность организмов к среде обитания
Д) популяционные волны
Е) абиотические факторы среды
Ответ
7+. К движущим силам эволюции относят
А) кроссинговер
Б) мутационный процесс
В) модификационную изменчивость
Г) изоляцию
Д) многообразие видов
Е) естественный отбор
Ответ
9. Установите соответствие между примером и фактором антропогенеза, который его иллюстрирует: 1-биологический, 2-социальный
А) пространственная изоляция
Б) дрейф генов
В) речь
Г) абстрактное мышление
Д) социальная трудовая деятельность
Е) популяционные волны
Ответ
А1 Б1 В2 Г2 Д2 Е1
9а. Установите соответствие между примером и фактором антропогенеза, для которого он характерен: 1-биологический, 2-социальный
А) трудовая деятельность
Б) абстрактное мышление
В) изоляция
Г) мутационная изменчивость
Д) популяционные волны
Е) вторая сигнальная система
Ответ
А2 Б2 В1 Г1 Д1 Е2
11. Установите соответствие между характеристикой естественного отбора и его формой: 1-движущая, 2-стабилизирующая
А) сохраняет среднее значение признака
Б) способствует приспособлению к изменившимся условиям среды
В) сохраняет особи с признаком, отклоняющимся от его среднего значения
Г) способствует увеличению многообразия организмов
Д) способствует сохранению видовых признаков
Ответ
А2 Б1 В1 Г1 Д2
11+. Укажите признаки, характеризующие движущую форму естественного отбора
А) обеспечивает появление нового вида
Б) проявляется в меняющихся условиях среды
В) совершенствуется приспособленность особей к исходной среде
Г) выбраковываются особи с отклонением от нормы
Д) возрастает численность особей со средним значением признака
Е) сохраняются особи с новыми признаками
Ответ
11++. Какие признаки характеризуют движущий отбор?
А) действует при относительно постоянных условиях жизни
Б) устраняет особей со средним значением признака
В) способствует размножению особей с измененным генотипом
Г) сохраняет особей с отклонениями от средних значений признака
Д) сохраняет особей с установившейся нормой реакции признака
Е) способствует появлению мутаций в популяции
Ответ
12. К чему привели идиоадаптации в классе Птицы?
А) общему подъёму организации
Б) увеличению числа популяций и видов
В) широкому распространению
Г) упрощению организации
Д) возникновению частных приспособлений к условиям среды
Е) понижению плодовитости
Ответ
13. Установите соответствие между животным и типом окраски покровов его тела: 1-покровительственная, 2-предупреждающая
А) медоносная пчела
Б) речной окунь
В) божья коровка
Г) колорадский жук
Д) белая куропатка
Е) заяц-беляк
Ответ
А2 Б1 В2 Г2 Д1 Е1
14. Укажите историческую последовательность основных стадий антропогенеза
А) Человек современного типа
Б) Австралопитек
В) Кроманьонец
Г) Питекантроп
Д) Неандерталец
Ответ
16. Установите соответствие между процессом, происходящим в природе, и формой борьбы за существование: 1-внутривидовая, 2-межвидовая
А) состязание между особями популяции за территорию
Б) использование одного вида другим
В) соперничество между особями за самку
Г) вытеснение чёрной крысы серой крысой
Д) хищничество
Ответ
А1 Б2 В1 Г2 Д2
17. Установите соответствие между характеристикой эволюции и её особенностью: 1-фактор, 2-результат
А) естественный отбор
Б) приспособленность организмов к среде
В) образование новых видов
Г) комбинативная изменчивость
Д) сохранение видов в стабильных условиях
Е) борьба за существование
Ответ
А1 Б2 В2 Г1 Д2 Е1
18. Установите соответствие между признаком прыткой ящерицы и критерием вида, который он иллюстрирует: 1-морфологический, 2-экологический
А) зимнее оцепенение
Б) длина тела – 25–28 см
В) тело веретеновидной формы
Г) различия в окраске самцов и самок
Д) обитание на опушках лесов, в оврагах и садах
Е) питание насекомыми
Ответ
А2 Б1 В1 Г1 Д2 Е2
18+. Установите соответствие между признаком, характеризующим прыткую ящерицу, и критерием вида: 1-морфологический, 2-экологический
А) тело имеет бурую окраску
Б) питается насекомыми
В) при низкой температуре неактивна
Г) органы дыхания – легкие
Д) размножается на суше
Е) кожа не имеет желез
Ответ
А1 Б2 В2 Г1 Д2 Е1
18++. Установите соответствие между характеристикой вида Дельфин обыкновенный (дельфин-белобочка) и критерием вида, к которому эту характеристику относят: 1-морфологический, 2-физиологический, 3-экологический
А) Хищники питаются разными видами рыб.
Б) Самцы на 6–10 см крупнее самок.
В) Животные освоили водную среду обитания.
Г) Величина тела – 160–260 сантиметров.
Д) Беременность самок продолжается 10–11 месяцев.
Е) Животные ведут стадный образ жизни.
Ответ
А3 Б1 В3 Г1 Д2 Е3
19. Установите последовательность появления типов животных в процессе эволюции
А) Кольчатые черви
Б) Кишечнополостные
В) Круглые черви
Г) Плоские черви
Ответ
20. Установите соответствие между видом организмов и направление эволюции, по которому в настоящее время происходит его развитие: 1-биологический прогресс, 2-биологический регресс
А) одуванчик обыкновенный
Б) домовая мышь
В) латимерия
Г) лотос ореховидный
Д) утконос
Е) заяц-русак
Ответ
А1 Б1 В2 Г2 Д2 Е1
21. Какие утверждения относят к теории Ч.Дарвина?
А) Внутри вида расхождение признаков приводит к видообразованию.
Б) Вид неоднороден и представлен множеством популяций.
В) Естественный отбор – направляющий фактор эволюции.
Г) При созданиии сортов и пород направляющим фактором служит искусственный отбор.
Д) Внутреннее стремление к совершенству – фактор эволюции.
Е) Популяция – это единица эволюции.
Ответ
22. Установите соответствие между ароморфозом хордовых и эрой, в которой он появился: 1-палеозой, 2-мезозой
А) четырехкамерное сердце у птиц
Б) костные челюсти у панцирных рыб
В) легочное дыхание у двоякодышащих рыб
Г) пятипалая конечность у стегоцефалов
Д) матка и плацента у млекопитающих
Е) яйцо, покрытое плотной оболочкой, у пресмыкающихся
Ответ
А2 Б1 В1 Г1 Д2 Е1
23. Установите последовательность эволюционных процессов на Земле в хронологическом порядке
А) выход организмов на сушу
Б) возникновение фотосинтеза
В) формирование озонового экрана
Г) образование коацерватов в воде
Д) появление клеточных форм жизни
Ответ
23+. Установите последовательность эволюционных процессов на Земле в хронологическом порядке
А) возникновение прокариотических клеток
Б) образование коацерватов в воде
В) возникновение эукариотических клеток
Г) выход организмов на сушу
Д) появление многоклеточных организмов
Ответ
24. Установите соответствие между характеристикой отбора и его видом: 1-естественный, 2-искусственный
А) действует в природе постоянно
Б) сохраняет особи с признаками, интересующими человека
В) сохраняет особей с полезными им признаками
Г) обеспечивает формирование приспособленности
Д) приводит к возникновению новых видов
Е) способствует созданию новых пород животных
Ответ
А1 Б2 В1 Г1 Д1 Е2
Ответ
26. Установите хронологическую последовательность антропогенеза
А) человек умелый
Б) человек прямоходящий
В) дриопитек
Г) человек разумный
Рис. Стабилизирующая форма естественного отбора
Стабилизирующий отбор в относительно постоянных условиях среды естественный отбор направлен против особей, признаки которых отклоняются от средней нормы в ту или другую сторону.
Стабилизирующий отбор сохраняет то состояние популяции, которое обеспечивает ее
максимальную приспособленность в постоянных условиях существования. В каждом
поколении удаляются особи, отклоняющиеся от среднего оптимального значения по
приспособительным признакам.
Описано множество примеров действия стабилизующего отбора в природе. Например,
на первый взгляд кажется, что наибольший вклад в генофонд следующего поколения
должны вносить особи с максимальной плодовитостью.
Однако наблюдения над природными популяциями птиц и млекопитающих показывают, что это не так. Чем больше птенцов или детенышей в гнезде, тем труднее их выкормить, тем каждый из них меньше и слабее. В результате наиболее приспособленными оказываются особи со средней плодовитостью.
Отбор в пользу средних значений был обнаружен по множеству признаков. У млекопитающих новорожденные с очень низким и очень высоким весом чаше погибают при рождении или в первые недели жизни, чем новорожденные со средним весом. Учет размера крыльев у птиц, погибших после бури, показал, что большинство из них имели слишком маленькие или слишком большие крылья. И в этом случае наиболее приспособленными оказались средние особи.
В чем причина постоянного появления малоприспособленных форм в постоянных условиях существования? Почему естественный отбор не способен раз и навсегда очистить популяцию от нежелательных уклоняющихся форм? Причина не только и не столько в постоянном возникновении все новых и новых мутаций. Причина в том, что часто наиболее приспособленными оказываются гетерозиготные генотипы. При скрещивании они постоянно дают расщепление и в их потомстве появляются гомозиготные потомки со сниженной приспособленностью. Это явление получило название сбалансированный полиморфизм.
Наиболее широко известным примером такого полиморфизма является серповидно-клеточная анемия. Это тяжелое заболевание крови возникает у людей гомозиготных по мутантному аллею гемоглобина (HbS) и приводит к их гибели в раннем возрасте. В большинстве человеческих популяций частота этого аллея очень низка и приблизительно равна частоте его возникновения за счет мутаций. Однако он довольно часто встречается в тех районах мира, где распространена малярия. Оказалось, что гетерозиготы по HbS имеют более высокую устойчивость к малярии, чем гомозиготы по нормальному аллею. Благодаря этому в популяциях, населяющих малярийные районы, создается и стабильно поддерживается гетерозиготность по этому летальному в гомозиготе аллею.
Стабилизирующий отбор является механизмом накопления изменчивости в природных популяциях. Первым на эту особенность стабилизирующего отбора обратил внимание выдающийся ученый И.И.Шмальгаузен. Он показал, что даже в стабильных условиях существования не прекращается ни естественный отбор, ни эволюция. Даже оставаясь фенотипически неизменной, популяция не перестает эволюционировать. Её генетический состав постоянно меняется. Стабилизирующий отбор создает такие генетические системы, которые обеспечивают формирование сходных оптимальных фенотипов на базе самых разнообразных генотипов. Такие генетические механизмы как доминирование, эпистаз, комплементарное действие генов, неполная пенетрантность и другие средства скрывания генетической изменчивости обязаны своим существованием стабилизирующему отбору.
Стабилизирующая форма естественного отбора предохраняет сложившийся генотип от
разрушающего влияния мутационного процесса, чем объясняется, например,
существование таких древних форм, как гаттерия, гинкго.
Благодаря стабилизирующему отбору до наших дней сохранились «живые ископаемые»,
обитающие в относительно постоянных условиях внешней среды:
1.
гаттерия, носящая черты пресмыкающихся
мезозойской эры;
2.
латимерия, потомок кистеперых рыб, широко
распространенных в палеозойскую эру;
3.
североамериканский опоссум – сумчатое
животное, известное с мелового периода;
4.
голосеменное растение гинко, сходное с
древесными формами, вымерших в юрском периоде мезозойской эры.
Стабилизирующая форма отбора действует до тех пор, пока сохраняются условия, повлекшие образование того или иного признака или свойства.
Здесь важно отметить, что постоянство условий не означает их неизменности. В течение года экологические условия регулярно меняются. Стабилизирующий отбор адаптирует популяции к этим сезонным изменениям. К ним приурочиваются циклы размножения, таким образом, чтобы молодняк рождался в тот сезон года, когда ресурсы пищи максимальны. Все отклонения от этого оптимального, воспроизводимого из года в год цикла, устраняются стабилизирующим отбором. Потомки, родившиеся слишком рано, гибнут от бескормицы, слишком поздно – не успевают подготовиться к зиме. Как животные и растения узнают о наступлении зимы? По наступлению заморозков? Нет, это не слишком надежный указатель. Кратковременные флуктуации температуры могут быть очень обманчивы. Если в какой-то год потеплело раньше обычного, то это вовсе не значит, что пришла весна. Те, кто слишком поспешно среагируют на этот ненадежный сигнал, рискуют остаться без потомства. Лучше дождаться более надежного знака весны – увеличения светового дня. У большинства видов животных, именно этот сигнал запускает механизмы сезонных изменений жизненно важных функций: циклы размножения, линьки, миграций и др. И.И. Шмальгаузен убедительно показал, что эти универсальные адаптации возникают в результате стабилизирующего отбора.
Таким образом, стабилизирующий отбор, отметая отклонения от нормы, активно формирует генетические механизмы, которые обеспечивают стабильное развитие организмов и формирование оптимальных фенотипов на базе разнообразных генотипов. Он обеспечивает устойчивое функционирование организмов в широком спектре привычных для вида колебаний внешних условий.
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 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.
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: 1) стремление к неограниченному размножению и расселению и 2) 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;
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 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:
1) искусственный отбор осуществляет человек, а естественный отбор самопроизвольно реализуется в природе под воздействием внешних факторов среды;
2) 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;
3) 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;
4) 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).