При этом отбору подвергаются не только определенные положительные или отрицательные признаки организмов, но и все генотипы, несущие эти признаки (включая многие другие признаки, влияющие на дальнейший ход и темп эволюционных процессов).
Естественный отбор — это биологический процесс, в ходе которого в каждом последующем поколении одной и той же популяции чаще проявляются благоприятные наследственные признаки, а неблагоприятные признаки проявляются реже из-за различий в скорости воспроизводства генотипов. Естественный отбор влияет на фенотип (видимые характеристики организма); организмы с более благоприятным фенотипом имеют больше шансов выжить и произвести больше потомства, чем другие организмы с менее благоприятным фенотипом. От поколения к поколению увеличивается частота встречаемости генотипа фенотипа, лучше приспособленного к окружающей среде. Со временем естественный отбор может привести к адаптации и специализации организма к определенной экологической нише, в результате чего образуется новый вид. Другими словами, естественный отбор — это механизм, с помощью которого эволюционирует популяция организмов.
Сегодня естественный отбор является одним из краеугольных камней современной биологии. Этот термин был введен в 1859 году английским натуралистом Чарльзом Дарвином. В это время была опубликована его самая известная книга «Происхождение видов». В нем естественный отбор описывается по аналогии с искусственным отбором у людей, в котором животные с желательными характеристиками отбираются для использования в селекции.
Идея естественного отбора возникла в то время, когда не существовало подробной теории наследственности. Когда Дарвин писал об эволюции, естественном отборе и происхождении видов, еще ничего не было известно о наследственности и законах генетики. Хотя Грегор Мендель, отец генетики, был современником Дарвина, его работы оставались неизвестными до начала 20-го века. Сочетание классической теории Дарвина с более поздними открытиями в классической и молекулярной генетике привело к современной теории эволюции. Со временем были открыты другие механизмы молекулярной эволюции, которые также являются важными факторами в определении генетического разнообразия (см., например, нейтральную теорию Мотоо Кимуры). Однако естественный отбор остается единственным объяснением адаптивной эволюции.
Основные принципы
Естественный отбор влияет на фенотип (физические характеристики) организма. Фенотип определяется генетической структурой организма (генотипом) и условиями среды, в которой он живет. Естественный отбор часто влияет на конкретные характеристики особи, и термины «фенотип» и «генотип» используются в узком смысле для обозначения этих конкретных характеристик.
Когда отдельные
Рисунки Чарльза Дарвина, показывающие разновидность спичечного клюва, с Галапагосских островов, где обитают 13 близкородственных видов, различающихся в основном формой клюва. Клюв каждого вида соответствует предпочитаемой пище, что позволяет предположить, что он эволюционировал в результате естественного отбора.
Термин «естественный отбор» может иметь различные (исключительно дифференцированные) значения в зависимости от контекста. Как правило, этот термин используется в контексте наследования признаков. Однако оно также может относиться к характерному репродуктивному успеху фенотипов, независимо от того, наследуются ли они. Эффект естественного отбора является «слепым» в том смысле, что репродуктивный успех особи зависит от ее фенотипа, независимо от того, наследуется ли фенотип и в какой степени. Этот термин был первоначально использован Дарвином для описания как последствий слепого отбора, так и его механизма. Иногда необходимо было четко разграничить механизм отбора и его последствия. Впоследствии ученые уточнили это определение следующим образом: «Это механизм, способствующий отбору особей, которые размножаются», независимо от того, являются ли признаки, на которых основан отбор, наследственными или нет. Иногда это называют «фенотипическим естественным отбором».
Номенклатура и употребление
Признаки, которые помогают улучшить репродуктивный успех, часто подвергаются положительному отбору. С другой стороны, те признаки, которые снижают шансы потомства на воспроизводство, подвергаются отрицательному отбору. Положительный отбор по одному признаку часто приводит к положительному отбору по другим родственным признакам, которые не влияют непосредственно на приспособленность. Это может привести к плейотропии или сцеплению генов.
Понятие «пригодность» является центральным для естественного отбора. Как и в случае с понятием «естественный отбор», существуют различные взгляды на его точное определение. Хотя термин «приспособленность» в разговорной речи относится к признаку (признакам), который помогает индивидууму выжить — например, в известной фразе «выживает сильнейший» — современная эволюционная теория связывает определение этого термина с воспроизводством индивидуума. Этот подход основан на следующей идее: если особь живет лишь вдвое меньше, чем другая особь того же вида, но оставляет после себя вдвое больше потомков, чем последняя (которые, в свою очередь, выживают и производят потомство), то гены первой особи более широко распространены в популяции следующего поколения. Это называется дифференциальным размножением.
Естественный отбор сам по себе является простой концепцией, в которой различия в приспособляемости между различными фенотипами
Генетическая теория естественного отбора
Стабилизирующий природный вариант встречается гораздо чаще. Она снижает частоту генов, оказывающих вредное влияние на фенотип (т.е. приводящих к снижению приспособляемости организмов). Этот процесс в конечном итоге может привести к элиминации гена из популяции.
Принципы отбора
Естественный отбор является результатом комбинации других эволюционных факторов. В основном борьба за существование и наследственная изменчивость.
Организмы способны производить гораздо больше потомства, чем может вместить среда обитания. В результате возникает борьба за существование индивида — борьба за жизнь, пищу, землю и право на размножение. Более того, отдельные особи и популяции борются не только между собой, но и с неблагоприятными условиями окружающей среды. В широких массах выживают те, кто наиболее успешен в этой борьбе. Они производят следующее поколение, которое обладает их характеристиками.
Организмы в пределах одной и той же популяции не идентичны. Они отличаются друг от друга в той или иной степени. Другими словами, организмы обладают изменчивостью — способностью приобретать особые или новые черты. Некоторые из этих признаков наследуются и образуют так называемую наследственную изменчивость.
Причины естественного отбора
Низкая емкость, характерная для конкретной среды обитания, помогает организмам с наследственной изменчивостью выжить и победить в борьбе за существование.
В процессе естественного отбора особи и популяции адаптируются к среде обитания, как к абиогенной, т.е. неживой природе, так и к биогенной, т.е. живой природе — биосоциуму. В определенный момент времени популяция имеет определенную степень адаптации к окружающей среде, т.е. различные приспособления к ней.
Адаптацию можно рассматривать и как процесс, усиливающий адаптацию, и как эффект, который выражается в наличии определенных адаптаций.
Адаптация может быть разной. Они зависят от среды обитания и исходных характеристик вида. Различные виды могут по-разному адаптироваться к одной и той же среде обитания.
Следствие естественного отбора – адаптация, или приспособленность
Адаптации, основанные на существующей морфологии и физиологии вида, изменяют их таким образом, чтобы популяция как можно быстрее и надежнее заняла определенное экологическое положение в биологическом сообществе.
Можно сказать, что каждая характеристика организма является следствием адаптации к определенным условиям, возникшим в ходе эволюции данного вида. Другими словами, существуют черты, которые были приспособлены к окружающей среде предков. Они не исчезают в потомках, но могут быть изменены.
Среди ярких и простых примеров адаптации часто выделяют мимикрию, снисходительную окраску. Однако большинство адаптаций по своей природе сложны и включают в себя множество органических систем.
Адаптация связана с
Если условия окружающей среды меняются, стабилизирующий вариант заменяется движущим естественным вариантом. Когда условия меняются, популяция обычно может содержать особей, имеющих более подходящее значение признака. Естественный отбор приведет к тому, что в популяции увеличится число таких особей.
Естественный отбор всегда действует в одном направлении и смещает среднее значение признака в одну сторону. Следующая модель может быть описана следующим образом. Условия окружающей среды изменились, и все особи погибли, кроме тех, которые имели определенное значение признака. Затем они размножились, и признак превратился из редкого в обычный.
Диссоциативный или взрывной отбор можно рассматривать как частный случай движущего отбора, поскольку он тоже приводит к исчезновению старой нормы. Однако, в отличие от движущего отбора, дизруптивный отбор формирует не одну, а две новые нормы из прежних экстремальных значений признака. Другими словами: При изменении условий одна часть населения начинает адаптироваться иначе, чем другая.
Формы естественного отбора
В зависимости от направления, эффективности и особенностей условий существования организмов, формы естественного отбора могут быть различными.
Формы естественного отбора:
1. Кинетический отбор — это форма естественного отбора, при котором особи с характеристиками, соответствующими изменяющимся условиям среды, получают предпочтение, а другие элиминируются.
Например, слоны, у которых волосы разной длины.
Среди них есть люди с очень короткими, средней длины и очень длинными волосами.
Формы естественного отбора
Предположим, условия жизни изменились на более холодный климат.
Что будет с нашими слонами?
Вы, наверное, догадались, что короткошерстные слоны постепенно вымрут, среднешерстные уменьшатся, а длинношерстные продолжат расти.
Процесс выбора руководящих принципов на примере длины волос слона показан на следующих схемах:
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!
Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?
Эта информация доступна для зарегистрированных пользователей
На первой диаграмме показано нормальное распределение признака у слонов, где больше всего особей с волосами средней длины.
Рисунок 2 показывает, что по мере изменения условий, особенно при снижении температуры, исчезают люди с короткими волосами, увеличивается количество людей с длинными волосами, и постепенно появляются люди с еще более длинными и густыми волосами.
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
В результате среднее значение признака в популяции смещается в определенном направлении от поколения к поколению.
Общая схема выбора драйвера выглядит следующим образом:
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!
Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?
Эта информация доступна для зарегистрированных пользователей
Миграция происходит при изменении окружающей среды или при адаптации к новым условиям путем расширения ареала обитания.
Он поддерживает наследственные изменения в определенном направлении и соответствующим образом смещает правило реакции признака.
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
В результате среднее значение признака в популяции смещается в определенном направлении от поколения к поколению.
Общая схема выбора драйвера выглядит следующим образом:
Отличным примером драйверного отбора является «промышленный меланизм березовой моли»: резкое увеличение доли темнокожих бабочек в популяциях, живущих в загрязненных промышленных районах.
Искусственный отбор — отбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений с целью получения от них потомства с желаемыми характеристиками.
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
В результате среднее значение признака в популяции смещается в определенном направлении от поколения к поколению.
Общая схема выбора драйвера выглядит следующим образом:
Искусственный отбор ускоряет движущий отбор.
Искусственный отбор. Сравнение искусственного и естественного отбора
Например, чтобы вывести новую породу кур, требуется около 8 лет, а чтобы создать устойчивую к пестицидам породу (форму) насекомых, достаточно один раз обработать поле и найти среди массы погибших насекомых несколько выживших, из которых выйдут адаптированные к пестицидам особи.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!
Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?
Эта информация доступна для зарегистрированных пользователей
Таблица. Сравнительные характеристики естественного и искусственного отбора.
Критерии
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
В результате среднее значение признака в популяции смещается в определенном направлении от поколения к поколению.
Общая схема выбора драйвера выглядит следующим образом:
Наследственная изменчивость (индивидуальные особенности организма)
Фактор выбора
Условия природы (живой и неживой)
Скорость эволюции
Медленный (тысячи или миллионы лет)
Формы отбора
Вождение, стабилизация, нарушения, сексуальные
Масса, человек, бессознательное, сознание, индивид
Результат
Адаптация к новым условиям окружающей среды, появление новых видов (биоразнообразие)
Новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов, приводящие к появлению видов, не существующих в природе (мулы)
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!
Факторы, влияющие на эффективность естественного отбора:
Важнейшим свойством естественного отбора является его способность накапливать и комбинировать полезные признаки.
Естественный отбор, который начинается у каждого вида в момент его рождения, действует на протяжении всего его существования. Таким образом, это может привести как к прогрессу вида, так и к его деградации.
Не следует забывать о комбинаторной и мутационной изменчивости, которая также может привести к совершенно новым характеристикам организмов.
Вполне естественно, что отбор идет по пути постепенного накопления благоприятных признаков и исчезновения неблагоприятных, и все это происходит путем непрерывных мутаций и отбора тех, которые способствуют лучшему выживанию. В результате появилось множество хорошо приспособленных организмов.
Представители вида, обладающие признаком, который дает им преимущество в выживании и воспроизводстве, играют важную роль, становясь лидерами в своей популяции.
Например, если низкорослое растение имеет преимущество в выживании, то через некоторое время оно будет доминировать на своей территории.
Творческая роль естественного отбора заключается в изменении вида, что приводит к появлению нового вида.
Это означает, что естественный отбор усиливает выгодные черты и ослабляет негативные черты и черты, потерявшие свою адаптивную ценность, давая начало новым видам. В этом случае один генетический набор организма под влиянием различных направлений отбора, которые сами по себе различны, может привести к очень разным генетическим комбинациям, которые впоследствии отражаются в разнообразии вида.
Естественный отбор начался с появлением жизни на Земле и происходит непрерывно, без перерыва.
В нашем материале вы узнали о многих эволюционных факторах. Мы видим влияние всех этих факторов вокруг нас, как в современном человеке, так и в разнообразии растительного и животного мира, который приспособился к жизни в различных условиях.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!
Adipisci alia
Такая форма естественного отбора характерна для стабильных условий жизни, которые не меняются с течением времени. Поэтому популяции накапливают адаптации и отбирают генотипы (и фенотипы, которые они производят), подходящие для существующих условий. Когда популяции достигают определенного количества адаптаций, оптимальных и достаточных для выживания в данных условиях, в дело вступает стабилизирующий отбор, который скрывает крайности изменчивости и благоприятствует поддержанию определенных средних консервативных признаков. Все мутации и половые рекомбинации, которые приводят к отклонению от этого правила, устраняются стабилизирующим отбором.
Например, длина конечностей зайцев должна позволять им двигаться достаточно быстро и устойчиво, чтобы уйти от преследующего их хищника. Если конечности слишком короткие, зайцы не могут убежать от хищников и становятся легкой добычей, не успев размножиться. Это позволяет удалить носителей гена коротконогости из популяций кроликов. Если конечности слишком длинные, кролики становятся неустойчивыми, опрокидываются и могут быть легко пойманы хищниками. Это приведет к исчезновению длинноногих кроликов из популяции кроликов. Только особи с оптимальной длиной конечностей и соотношением размеров конечностей и тела могут выжить и произвести потомство. Это и есть проявление стабилизирующего отбора. Под его давлением элиминируются генотипы, отклоняющиеся от среднего и целевого генотипа в данных условиях. Образование защитных пигментов (брачных пигментов) также происходит у многих видов животных.
То же самое относится к форме и размеру цветков, которые должны обеспечивать устойчивое опыление насекомыми. Если у цветков слишком узкий венчик или слишком короткие тычинки, насекомые не могут достать их своими когтями и хоботками, цветки не опыляются и не образуют семян. Это приводит к оптимальному размеру и форме цветков и соцветий.
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
Эффективность и творческая роль естественного отбора
Такая форма отбора характерна для изменяющихся условий окружающей среды, когда происходит направленный отбор на изменяющийся агент. Таким образом, происходит накопление мутаций и изменение фенотипа, связанное с этим фактором, что приводит к отклонению от среднего паттерна. Примером может служить промышленный меланогенез, который произошел у березовой моли и некоторых других видов моли, когда под воздействием промышленной сажи стебли березы потемнели, и мотыльки белого цвета (результат стабилизирующего отбора) стали заметны на этом фоне, что привело к их быстрому поеданию птицами. Темные мутанты воспользовались этим и успешно
- условия существования
- индивидуальные признаки (если все особи в популяции совершенно одинаковы, то даже в условиях жесткой борьбы за существование все они имеют равные шансы уцелеть или погибнуть)
- сила давления отбора (эффективность естественного отбора зависит от доли особей, доживших до половой зрелости и участвующих в размножении, чем меньше эта доля, тем больше интенсивность и сила отбора)
- изоляция усиливает действие и эффективность отбора
- мутационный процесс (ослабление мутационного процесса уменьшает эффективность естественного отбора)
Ч. Дарвин отметил, что в природе всегда существуют две противоположные тенденции развития:
То есть, вид стремится занять все возможные для его существования места обитания. Однако реальность часто оказывается суровой, в результате чего виды и их ареалы оказываются сильно ограничены. Борьба за существование в условиях высокого мутагенеза и комбинированной изменчивости при половом размножении приводит к перераспределению признаков, и естественный отбор является прямым следствием этого.
Можно выделить три основные формы борьбы за существование.
Эта форма, как следует из названия, происходит на межвидовом уровне. Его механизмы — это сложные биологические отношения, существующие между видами:
Комбинации этих отношений могут улучшать или ухудшать условия жизни и уровень воспроизводства популяций в природе.
Эта форма борьбы за существование связана с перенаселением популяций, когда особи одного вида конкурируют за место обитания — за гнездо, свет (у растений), влагу, пищу, охотничьи или пастбищные угодья (у животных) и так далее. Это проявляется, например, в столкновениях и драках у животных и в затенении соперников за счет более быстрого роста у растений.
Борьба за самок (брачные турниры) у многих животных также связана с этой формой борьбы за существование, в которой только самый сильный самец может рожать детей, а слабые и неполноценные самцы исключаются из воспроизводства и их гены не передаются потомству.
Частью этой формы контроля является забота о потомстве, которая существует у многих животных и помогает снизить смертность в молодом поколении.
Искусственный отбор напрямую контролируется человеком, поэтому он сильно отличается от естественного отбора и не является формой биологической эволюции. Она удовлетворяет потребности и цели человека, который ее практикует.
Культурные растения и домашние животные приспособлены только к потребностям человека, а не к условиям окружающей среды. Поскольку за ними постоянно наблюдают и заботятся, они не борются за свое существование в природе и не конкурируют друг с другом. Поэтому эти виды исключены из естественной борьбы.
Таким образом, становится понятным направленный характер естественного отбора.
В результате среднее значение признака в популяции смещается в определенном направлении от поколения к поколению.
Общая схема выбора драйвера выглядит следующим образом:
Естественный отбор
- естественный отбор препятствует увеличению численности организмов в геометрической прогрессии
- естественный отбор имеет направленное действие и основан на борьбе за существование
- естественный отбор сохраняет наиболее приспособленных к условиям окружающей среды особей
- естественный отбор является движущей силой эволюции и одним из факторов эволюции
Разница между естественным и искусственным отбором
Стабилизирующий естественный отбор
Естественный отбор
Тысячи — миллионы лет (медленно)
От 8 до 20 лет для создания одного сорта (быстро)
Движущие силы
Движущий отбор
Конкуренция за существование
Вмешательство человека
Адаптация
Адаптируется к окружающей среде
- стремление к неограниченному размножению и расселению и
- перенаселенность, большая скученность, влияние других популяций и условий жизни, неизбежно приводящие к возникновению борьбы за существование и ограничению развития видов и их популяций.
Один из самых ослепительных примеров в истории относится к мезозойской эре. Здесь были и гигантские рептилии, и млекопитающие. Последние были очень редки и занимали лишь небольшое место в экологии. Поэтому они проиграли динозаврам.
После начала глобального похолодания животные-звери исчезли. Потому что у них не было терморегуляционных механизмов млекопитающих (что это такое?) — шерстяного меха, теплокровного поведения. Теперь они выиграли битву.
Межвидовая борьба
Существуют различные формы естественного отбора, в результате которого лучшие черты сохраняются для устойчивости и дальнейшего роста:
- 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;
- паразитизм — питание за счет хозяина, причем паразит долгое время живет в организме хозяина, поэтому их циклы развития обычно тесно взаимосвязаны;
- 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.
Движущая сила естественного отбора. В сущности, при наличии признака со средним значением, наиболее приспособленными являются те особи, у которых этот признак находится в одной из крайних точек. Например, были светло-серые бабочки, которые хорошо выжили. Но условия окружающей среды изменились: наступил век промышленности и выбросов, и деревья и стены приобрели более темный цвет.
Внутривидовая борьба
Например, очень светлый цвет часто бывает привлекательным. Да, это поможет вам найти женщину или мужчину. Но в то же время этот вид более узнаваем для хищников.
Естественный и искусственный отбор
Главные факторы естественного отбора
- На свет появляется больше потомков, чем потом могут выжить.
- Пары, которые вступают в размножение и вынашивание – это самки и самцы, которые выжили и достигли половозрелого возраста. Из этого можно сделать вывод, что они обладают лучшими качествами и способностью к выживанию, чем остальные. Такие признаки и передаются детям, что делает их сильнее.
- Потомки одних родителей имеют разный уровень приспособления к окружающей среде. Поскольку получают похожий набор генотипа (это как?), но склонны к личным изменениям и развитию в разных направлениях.
Формы (виды) естественного отбора
