Эволюционное учение. Естественный отбор

У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают  с чередованием тени и света окружающей местности. В этом случае животные малозаметны  даже на открытом пространстве с расстояния 50-70 м. Некоторые животные (камбала, хамелеон) способны к быстрому изменению  покровительственной окраски благодаря  перераспределению пигментов в  хроматофорах кожи. Эффект покровительственной  окраски повышается при ее сочетании  с соответствующим поведением: в  момент опасности многие насекомые, рыбы, птицы замирают, принимая позу покоя.

Очень яркая предостерегающая окраска (обычно белая, желтая, красная, черная) характерна для хорошо защищенных, ядовитых, жалящих форм. Несколько  раз попытавшись отведать клопа-солдатика, божью коровку, осу, птицы в конце концов отказываются от нападения на жертву с яркой окраской.

Интересные примеры адаптации  связаны с мимикрией (от греч. мимос - актер). Некоторые беззащитные и съедобные животные подражают видам, которые хорошо защищены от нападения хищников. Например, некоторые пауки напоминают муравьев, а осовидные мухи внешне сходны с осами.

 

б) Происхождение адаптации

Впервые научное объяснение приспособленности дал Ч. Дарвин. Из учения о естественном отборе как  процессе выживания и размножения  наиболее приспособленных следует, что именно отбор - основная причина  возникновения разнообразных приспособлений живых организмов к среде обитания. Покажем это на примере формирования приспособлений у тетеревиных птиц к жизни в нижнем ярусе леса. Для этого вспомним некоторые особенности внешнего строения и образа жизни этих птиц: короткий клюв, позволяющий склевывать ягоды и семена с лесной подстилки, а зимой с поверхности снега, роговые бахромки на пальцах, обеспечивающие хождение по снегу, способность спасаться от холода, зарываясь на ночь в снег, короткие и широкие крылья, дающие возможность быстро и почти отвесно взлетать с земли.

Допустим, что у предков  тетеревиных птиц описанные приспособления не были развиты. Однако при изменении  среды обитания (в связи с похолоданием) они были вынуждены зимовать в  лесу, гнездиться и кормиться на лесной подстилке.

Непрерывный процесс возникновения  новых мутаций, их комбинация при  скрещивании, волны численности  обеспечивали генетическую гетерогенность популяции. Поэтому птицы отличались друг от друга рядом наследственных признаков: отсутствием или наличием бахромок на пальцах, размерами крыльев, длиной клюва и т.п.

Внутривидовая борьба за существование  способствовала выживанию особей, у  которых признаки внешнего строения больше соответствовали условиям обитания. В процессе естественного отбора именно эти птицы оставляли плодовитое потомство и численность их в популяции возрастала.

Птицы нового поколения вновь  несли разнообразные мутации. Среди  мутаций могли быть и такие, которые  усиливали проявление отобранных ранее  признаков. Обладатели этих признаков  вновь имели больше шансов выжить и оставить потомство. И так из поколения в поколение на основе усиления, накапливания полезных наследственных изменений совершенствовались черты  приспособленности тетеревиных  птиц к жизни в нижнем ярусе  леса.

Объяснение возникновения  приспособленности, данное Ч. Дарвином, в корне отличается от понимания  этого процесса Ж.Б. Ламарком, который  выдвинул идею о врожденной способности  организмов изменяться под влиянием среды только в полезную для них  сторону. У всех известных ежей острые колючки надежно защищают их от большинства  хищников. Трудно представить, что образование  таких колючек вызвано прямым влиянием среды. Только действием естественного  отбора можно объяснить возникновение  такого приспособления: далеким предкам  ежа могло бы помочь выжить даже незначительное огрубление волос. Постепенно, в течение миллионов поколений, оставались в живых только те особи, которые случайно оказывались обладателями все более и более развитых колючек. Именно им удалось оставить потомство и передать ему свои наследственные особенности. По этому же пути возникновения иголок вместо волос пошли мадагаскарские щетинистые ежи - тенреки и некоторые колючешерстные виды мышей и хомяков.

Рассматривая другие примеры  адаптации в живой природе (появление  колючек у растений, различных  зацепок, крючков, летучек у семян  растений в связи с распространением их животными и т.д.), мы можем предположить, что механизм их возникновения общий: во всех случаях приспособления возникают  не сразу в готовом виде как  нечто данное, а длительно формируются  в процессе эволюции посредством  отбора особей, имеющих признак в наиболее выраженной форме.

 

в) Относительность приспособленности организмов

Приспособленность организмов к среде, выработанная в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин, не абсолютна, а относительна, так  как условия среды обитания часто  изменяются быстрее, чем формируются  приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении.

Доказательством относительного характера приспособленности могут  быть следующие факты:

защитные приспособления от одних врагов оказываются не эффективными от других (например, ядовитых змей, опасных  для многих животных, поедают мангусты, ежи, свиньи);

проявление инстинктов у  животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но также летят и на огонь, хотя и гибнут при этом);

полезный в одних условиях орган становится бесполезным и  даже относительно вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда  не опускаются на воду);

возможны и более совершенные  приспособления к данной среде обитания. Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них  районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительный  характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

 

5.Ответьте на  вопросы:

а) Против каких мутаций (доминантных или рецессивных) отбор идет более эффективно? Почему?

Особенно эффективно отбор  идет против доминантных мутаций, поскольку  они проявляются не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии. При  популяция за одно поколение избавляется от доминантных летальных мутаций. Например, доминантным аллелем обусловлено тяжелое заболевание у человека - ахондроплазия. Из-за нарушения роста длинных костей для таких больных характерны короткие, часто искривленные конечности и деформированный череп. Гомозиготы по этому аллелю совершенно нежизнеспособны . У гетерозигот число детей впятеро меньше по сравнению со здоровыми людьми.

В качестве доминантных мутаций  можно рассмотреть и некоторые  хромосомные перестройки. Так, больные  с синдромом Дауна, как правило, не оставляют потомства, и популяция  избавляется от этого вредного гена за одно поколение. Но почему тогда  заболевания, обусловленные доминантными мутациями, не исчезают бесследно? Это объясняется непрерывным действием мутационного процесса, поддерживающего присутствие вредных аллелей в популяции. Так, частота возникновения аллеля ахондроплазии равна 1 на 20 000 гамет, a частота новорожденных детей с этой болезнью в потомстве здоровых родителей составляет 1:10 000.

Многие рецессивные мутации  обладают пониженной приспособленностью и будут устраняться отбором. Если рецессивные гомозиготы обладают нулевой приспособленностью, то популяция избавится от них также за одно поколение. Но отбор против рецессивных аллелей затруднен, потому что большая их часть находится в гетерозиготном состоянии (под прикрытием нормального фенотипа) и они как бы ускользают от действия отбора. Подсчитано, что если часота "вредного" рецессивного аллеля равна 0,01, то потребуется 100 поколений только для того, чтобы снизить частоту аллеля вдвое, и 9900 поколений, чтобы снизить ее до 0,0001. Особенно трудно избавить от рецессивных мутаций большие популяции, так как в них вероятность перевода таких мутаций в гомозиготное состояние очень мала.

 

б) Несмотря на усиленную  борьбу людей с крысами, они до сих пор не истреблены. Объясните происходит ли в настоящее время отбор среди крыс. Какой это отбор?

Борьба за существование  – один из факторов эволюции и одно из основных понятий в теории эволюции Ч. Дарвина.

По Дарвину борьба за существование  – есть результат, с одной стороны, тенденции к безграничному размножению, а с другой, - ограниченности природных  ресурсов, т. е. соответствие интенсивности  размножения и средств жизни, приводит к борьбе за существование.

Способность к размножению  – одно из основных свойств живого. В природе наблюдается тенденция  организмов к неограниченному размножению.    

 Серая крыса – 5 пометов в год, в среднем по 8 крысят, достигающих половозрелости с трех месяцев:

Крысы причиняют людям  массу других проблем и неприятностей. Почему же не удается их уничтожить? 
Люди пытаются это сделать с тех самых пор, когда узнали крыс. И все бесполезно. Количество крыс не уменьшается. В городах их не меньше, чем людей, а в сельской местности и того больше. На каждого жителя приходится по 3-4 крысы. Они живут везде: в домах, в земле, в трубах, в мусорных кучах, в метро и просто на улицах. Несмотря на то, что люди постоянно и упорно травят крыс, крысы так же упорно и безудержно размножаются. Самки могут рожать до 8-10 крысят в год, в свою очередь те, достигнув    3-4месячного возраста, уже могут производить собственное потомство. 
К тому же крысы очень хитрые животные. Они умеют распознавать отраву и, заметив, что их сородичи погибли от какой-то смешанной с ядом пищи, ни за что не станут есть то же самое. Приходится изобретать все новые и новые средства избавления от крыс, но истребить всех все равно не удается. 
Крысы выживают еще и потому, что обладают удивительной способностью приспосабливаться к разным условиям. Конечно, лучше всего им живется, когда кругом полная бесхозяйственность и разруха. Тогда они шныряют буквально под ногами у людей и ничего не боятся. Но и в благополучной среде им полное раздолье. Когда у людей всего много, крысам тоже перепадает достаточно еды. 
Однако крысы умеют выживать и в неблагоприятных условиях. Если они понимают, что от человека ничего не получат, то начинают заботиться сами о себе, пожирая друг друга или нападая на других животных и даже людей.

Борьба за существование - межвидовая борьба – протекает остро, если виды относятся к одному роду и нуждаются в одинаковых условиях существования.

Серая крыса хорошо плавает, а главное крупнее и агрессивнее, вытеснила черную крысу в поселениях человека.

Межвидовая борьба включает отношения типа:

форма  этой борьбы приводит к эволюции обоих взаимодействующих  видов, к развитию у них взаимных приспособлений. Также она усиливает  и обостряет внутривидовую борьбу.

Борьба с неблагоприятными условиями среды также усиливает внутривидовое состязание, т.к. особи одного вида конкурируют за пищу, свет, тепло и т.д.

Если биологические особенности передаются по наследству, то при этом будут совершенствоваться видовые приспособления к среде обитания.

Кто же выиграет в  борьбе с неблагоприятными условиями  окружающей среды?

(победят наиболее жизнеспособные особи (с эффективным обменом веществ и физиологическими процессами)

 (В результате естественного отбора выживают наиболее приспособленные к тем конкретным условиям среды, в которых протекает жизнь данного вида.

Приспособительные изменения возникают не сразу. Естественный отбор способствует накоплению полезных изменений из поколения в поколение, и через много поколений особи приобретают значительные отличия от своих предков.)

Борьба за существование  тесно связана с естественным отбором. Побеждают те особи, которые  сохранены естественным отбором  и допущены к размножению. Это  направляющий фактор эволюции. Где  нет борьбы, там эволюция останавливается.

Единственным фактором, имеющим  направленный характер, является естественный отбор. Он является следствием разнообразных  типов взаимоотношений живых  существ между собой и с  условиями среды, т.е. следствием борьбы за существование.

Естественный  отбор – процесс , в результате которого преимущественно выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные особи каждого вида и погибают менее приспособленные.

в) Как приспособлен дятел к жизни на деревьях? Объясните возникновение долотообразного клюва.

Мир живых существ обладает рядом общих черт, которые всегда вызывали у человека чувство изумления. Первая из них — необычайная сложность  строения. Вторая — очевидная целенаправленность или приспособительный характер многих признаков живых организмов. И наконец, третья ярко выраженная общая  черта — огромное разнообразие форм жизни. Таким образом, проблемы биологической  сложности и приспособленности  объединяются самим фактом существования  большого числа различных типов  организмов, обладающих этими признаками.

Многие наследственные признаки организмов соответствуют той или  иной особенности обычной для  них среды обитания, так что  организм имеет преимущества для  существования в этой среде. Эти  признаки называют приспособительными (адаптивными). Известный естествоиспытатель XVIII в, Бюффон описал в своей «Естественной истории» множество приспособительных признаков птиц, рыб и других животных. Приведённое ниже типичное утверждение иллюстрирует, как был введен в употребление этот термин.

«Что касается наружного  строения птиц, то оно удивительным образом приспособлено к быстрому передвижению, оно… предназначено  для того, чтобы подниматься в  воздух… Обширные приспособления средств к целям [наблюдаются] в общем плане строения пернатых…»