Какие признаки характеризуют естественный отбор. Пример стабилизирующего отбора, признаки и последствия. Естественный отбор. формы естественного отбора в популяциях

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.

Факторы естественного отбора

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Формы естественного отбора

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).

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.

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.

Теория естественного отбора

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.

Значение естественного отбора

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.

Из этого урока вы узнаете, что такое естественный обор, каковы его виды. Как естественный отбор влияет на популяции живых организмов? В чем сходство и отличие естественного и искусственного отбора? Что именно отбирается в процессе естественного отбора и как происходит этот процесс? Вы познакомитесь со стабилизирующим, движущим и разрывающим (дизруптивным) отбором, выясните природу полового отбора, открытого Ч. Дарвиным. Возможно, этот урок поможет вам в вашей личной борьбе за существование. Вы узнаете, как влияет естественный отбор на современного человека.

Тема: Эволюционное учение

Урок: Виды естественного отбора

Естественный отбор - это основная движущая сила эволюции.

Представление о естественном отборе сильно углубились благодаря современным представлениям генетики и трудам отечественных ученых И. И. Шмальгаузена и С. С. Четверикова (Рис. 1), а также многих их зарубежных коллег.

Рис. 1.

Согласно современным представлениям о естественном отборе, можно выделить три его формы.

Первая форма естественного отбора - это движущий отбор. Он возникает при смене условий среды и приводит к сдвигу среднего значения проявления признака в популяции под действием факторов среды (рис. 2). Новый признак или его значение должны лучше подходить к изменившимся условиям, чем старые.

Рис. 2. Схема влияния движущего отбора на значение представленности признака в популяции

Например, при похолодании климата происходит отбор особей с более теплой шерстью.

Классическим примером движущего отбора является эволюция окраски у берёзовой пяденицы. Окраска крыльев этой бабочки имитирует окраску покрытых серой корой деревьев. Загрязнение атмосферы, связанное с выбросами заводов и фабрик, привело к потемнению стволов деревьев. Светлые бабочки на темном фоне стали легко заметны для птиц. С середины XVII века, в популяциях березовой пяденицы стали появляться мутантные темные формы бабочек. Частота этой аллели быстро возрастала, и уже к концу XIX века некоторые городские популяции берёзовой пяденицы почти целиком состояли из темных форм. В то время как в сельских популяциях, где уровень загрязнения был ниже, по-прежнему преобладали светлые формы.

Изменение признака может происходить как в сторону его усиления, так и в сторону ослабления, вплоть до полной редукции. Так, например, произошло исчезновение зрительных органов у кротов и прочих роющих животных, или редукция крыльев у нелетающих птиц и насекомых (см. Рис. 3).

Рис. 3. Примеры длительного воздействия движущего отбора: отсутствие глаз у крота (слева) и крыльев у страуса (справа)

Второй вид отбора - это дизруптивный (разрывающий) отбор. В этом случае оставляют потомство особи с несколькими крайними вариантами признака, а особи со средним значением признака элиминируются (Рис. 4).

Рис. 4. Схема влияния дизруптивного (разрывающего) отбора на представленность признака среди особей в популяции

Дарвин считал, что дизруптивный отбор ведет к дивергенции, т. е. к расхождению признаков, и служит для поддержания полиморфизма популяции. В ходе дизруптивного отбора из общего светло-жёлтого предка появились две формы бабочек: белая и желтая. Разная окраска приводит к разному нагреву крыльев. Белым бабочкам удобно летать в полдень, а желтым - утром. Светло-жёлтым бабочкам неудобно летать и днем, и утром, поэтому отбор действует как раз против среднего значения признака.

Третья форма естественного отбора - это стабилизирующий отбор. Он действует при постоянстве условий внешней среды, путем выбраковывания особей со значительными отклонениями признака (Рис. 5).

Рис. 5. Схема стабилизирующего отбора

Он направлен на сохранение и закрепление среднего значения признака. Например, цветы растений, которые опыляются насекомыми, очень консервативны, то есть их форма редко меняется. Это связано с тем, что насекомые-опылители не могут проникнуть в венчик цветка слишком глубокий, либо слишком узкий (см. видео).

Поэтому гены, которые приводят к таким изменениям строения цветов, не передаются дальше и вытесняются из генофонда.

Благодаря стабилизирующему отбору до наших дней сохранились т. н. живые ископаемые.

До наших дней в неизменном виде дожили некоторые виды живых существ, миллионы лет назад бывшие типичными представителями флоры и фауны давно минувшей эпохи.

Например, мечехвосты (см. Рис. 6), древние членистоногие, жившие полмиллиарда лет назад, успешно существуют и сейчас благодаря стабилизирующему отбору. Этот вид почти вдвое старше вымерших уже динозавров.

Рис. 6.

Кистеперая рыба латимерия, предки которой были широко распространены в палеозойскую эру, наглядно показывает, как могло происходить превращение плавников рыб в лапы будущих амфибий.

Стабилизирующий отбор прекратил дальнейшую эволюцию ее конечностей в связи с переходом этих рыб к жизни в глубинах океана (см. видео).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.

3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.

Антропология и концепции биологии Курчанов Николай Анатольевич

Естественный отбор

Естественный отбор

Естественный отбор – важнейший фактор эволюции. Дарвинизм (а именно на базе дарвинизма построена СТЭ), как уже отмечалось выше, называют теорией естественного отбора.

Кратким и удачным определением отбора может служить сформулированное И. Лернером: «Отбор – это дифференциальное воспроизведение генотипов» (Lerner J., 1958). Данное определение показывает, что воспроизведение подразумевает не более интенсивное, а более эффективное размножение. Очень хорошо естественный отбор охарактеризовал один из основателей современной цитогенетики С. Дарлингтон (1903–1981) – как процесс переноса «…с химического уровня мутации на биологический уровень адаптации» (Darlington С., 1958).

Роль естественного отбора – это один из ключевых дискуссионных вопросов эволюционной биологии на всем протяжении ее истории.

К середине XX века, благодаря фундаментальным теоретическим разработкам И. И. Шмальгаузена и Дж. Симпсона, в эволюционной биологии сформировалось представление о трех формах отбора.

Стабилизирующий отбор – это преимущественное выживание организмов, обладающих признаками, не имеющими заметных отклонений от нормы, свойственной данной популяции. Наиболее очевидный результат действия стабилизирующего отбора – стабилизация уже существующей нормы реакции по данному признаку.

Движущий отбор – способствует сдвигу среднего значения признака. При направленном изменении среды чаще выживают особи, обладающие индивидуальными особенностями, соответствующими этому изменению. Такой отбор способствует закреплению новой формы взамен старой, пришедшей в несоответствие с изменившимися условиями внешней среды.

Дизруптивный отбор – отбор, направленный против особей со средним значением признаков и ведущий к разрыву популяции на несколько групп по данному признаку.

Такое деление нашло хорошее подтверждение в последующих экспериментальных исследованиях.

Изменчивость признака в популяции описывается кривой нормального распределения. Нормальный генотип приводит к развитию особи, близкой по своим признакам к средней норме (моде ) вариационной кривой данного признака. Чем больше изменен генотип особи, тем реже встречаются такие особи. Если генотип изменен настолько, что онтогенез не может привести к развитию половозрелой особи, то такая особь находится за пределами вариационной кривой (летальные мутации).

Помимо отмеченных трех форм отбора существует множество других классификаций. В популяционной генетике внимание акцентируется на изменение частоты аллелей в популяции и выделяются следующие варианты отбора (Айала Ф., Кайгер Дж., 1988):

– отбор против рецессивного аллеля;

– отбор против доминантного аллеля;

– отбор против нейтрального аллеля;

– отбор в пользу гетерозигот;

– отбор против гетерозигот;

– частотно-зависимый отбор.

Последний вариант весьма интересен. Он характеризуется возрастанием вероятности скрещивания в зависимости от частоты генотипа, причем часто отбор происходит в пользу редкого аллеля.

Важную роль в природе играет отбор в пользу гетерозигот, приводящий к устойчивому полиморфизму популяций. В эволюционной экологии особое значение придается отбору по стратегиям размножения, которые мы рассмотрим далее. Весьма специфичной разновидностью отбора является половой отбор.

Существует множество других классификаций естественного отбора, причем не всегда среди эволюционистов наблюдается единство мнений.

Глава IV. Естественный отбор, или выживание наиболее