Движущие силы эволюции

Движущие силы эволюции

Лекция по общей биологии (продолжение)

Движущие силы эволюции по Дарвину:

1. Индивидуальная наследственная изменчивость

2. Естественный отбор

3. Борьба за существование

Для всех живых существ характерна изменчивость, для эволюции имеет значение наследственная (мутационная) изменчивость. В благоприятных условиях существования небольшие изменения между особями не очень заметны и не играют большой роли, но при неблагоприятных условиях могут стать причиной выживания или гибели особей. Наследственная изменчивость даёт материал для эволюционного процесса. Полезен ли возникший признак для вида определяется естественным отбором.

Различают несколько форм естественного отбора, которые зависят от условий существования.

1. Стабилизирующий отбор – ведет к сохранению мутаций, уменьшающих изменчивость средней величины признака, то есть сохраняет среднее значение признака. Например, у цветковых растений цветки мало изменяются, а вегетативные части растений более вариативны. На пропорции цветка повлиял стабилизирующий отбор.

2. Движущий отбор – при котором происходит смена нормы реакции в определенном направлении, такой отбор изменяет среднее значение признака. (Пример – постепенная замена в промышленных районах светлоокрашенных бабочек березовой пяденицы на темноокрашенные (индустриальный меланизм))

3. Дизруптивный (разрывающий) отбор – даёт преимущество для выживания особей, имеющих крайние отклоняющиеся от среднего значения признаки, такой отбор направлен против средних особей в популяции (пример – вследствие массового применения ядохимикатов, сохранились устойчивые к этим химикатам группы насекомых, каждая такая группа стала самостоятельным центром, в пределах которого уже стабилизирующий отбор сохранит устойчивость к пестицидам.)

В основе естественного отбора лежит борьба за существования (три формы внутривидовая, межвидовая и борьба с неблагоприятными условиями) Все новые признаки, возникающие в результате наследственной изменчивости, проходят проверку естественным отбором. Естественный отбор – главный движущий, направляющий фактор эфолюционного процесса.

Возникновение приспособлений.

Естественный отбор всегда имеет характер приспособления к условиям существования. Все признаки живых организмов приспособлены к данным условиям среды. Приспособленностью отличаются внутреннее, внешнее строение, поведение животных и т.д. Например, интенсивность размножения выше у тех существ, потомство которых гибнет в своей массе, треска, которая не заботится о своём потомстве вымётывает до 10 млн. икринок; самка колюшки, самец которой охраняет гнездо с икринками, вымётывает всего несколько десяток икринок. Слониха, потомству, которой в природе почти ничего не угрожает, в течение всей жизни приносит не более 6 слонят, а человеческая аскарида, абсолютное большинство потомства гибнет, в течение года откладывает по 200 тысяч яиц каждые сутки.

Ветроопыляемые растения производят огромное количество мелкой, сухой и очень лёгкой пыльцы. Рыльце пестиков их цветков большие и имеют перистую форму. Всё это помогает им эффективнее опыляться. У насекомоопыляемых растений пыльца меньше, она крупная, липкая, цветки ярко окрашены, есть нектарники для привлечения насекомых опылителей.

Яркие примеры приспособленности – покровительственная окраска и мимикрия. Мимикрия – это подражание опасным видам, наблюдается у многих животных, например, неядовитые змеи приобрели внешние сходства с ядовитыми сородичами, это их защищает. Теория Дарвина объясняет появление приспособленности наследственной изменчивостью и естественным отбором. Надо помнить, что приспособленность не абсолютна, а относительна. То есть любые приспособления помогает выживать только в тех условиях, в которых оно формировалось. Стоит условиям измениться и, ранее полезный признак, превратится во вредный и приведет к гибели, например, прекрасно летающий стриж имеет очень длинные узки крылья, однако такая специализация крыла привела к тому, что стриж не может взлететь с ровных поверхностей, если ему не с чего спрыгнуть, он погибает.

Относительный характер приспособленности можно рассмотреть на примере индустриального меланизма (смотри выше про бабочек). Таким образом, естественный отбор положил начало дивергенции (расхождению) признаков внутри вида, это может сначала привести к подвидам, а затем к новым видам. Образование новых видов – это и есть этап в процессе эволюции.

Микроэволюция – это процесс перестройки внутри вида, приводящий к образованию новых популяций, подвидов и образованию новых видов. Микроэволюция – это начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени её можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате наследственной (мутационной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизвольная частота мутаций довольна высока, 1-2% половых клеток имеют мутированные гены или измененные хромосомы. Мутации чаще всего рецессивны и редко бывают полезны. Однако, если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то эта особь имеет некое преимущество перед другими особями популяции: получает больше пищи, устойчива к болезнетворным бактериям, вирусам и т.д. Например, возникновение длинной шеи позволило предкам жирафа питаться листьями с высоких деревьев, это обеспечило им больше корма, чем особям с короткой шеи.

Таким образом, с возникновением нового признака начинается процесс дивергенции, то есть расхождение признаков внутри популяции.

В популяции любого вида существуют волны численности (популяционные волны – это фактор эволюции по современной синтетической теории эволюции). В благоприятные годы численность популяции возрастает, происходит интенсивное размножение, большинство молодых и старых особей – демографический взрыв. В неблагоприятные годы численность популяции может резко упасть: множество особей, особенно молодых и старых погибает – интенсивность размножения снижается. Такие волны зависят от многих факторов – от изменений климата, количества пищи, количества врагов и патогенных бактерий. В неблагоприятные для популяции годы, могут сложиться условия, когда в жизни останутся только те особи, которые в результате мутации приобрели полезный признак, например, во время засухи короткошеие жирафы могли погибнуть от голода, а жирафы с длинной шеей и их потомство стало преобладать в популяции. Таким образом, за короткий промежуток времени в результате естественного отбора, могла появиться популяция парнокопытных животных с длинной шеей, но если особи этой популяции могли свободно скрещиваться с родственниками с короткой шеей из соседних популяций, то тогда новый вид не смог бы возникнуть. Таким образом, следующим необходимым фактором микроэолюции, является изоляция особей с возникшим новым признаком от популяции особей, не имеющих этого признака.

Виды изоляций:

1. Географическая изоляция как фактор видообразования, она связана с расширением зоны обитания вида – ареала. При этом новые популяции попадают в иные, по сравнению с другими популяциями, условиями (климат, почва). В популяции постоянно происходят наследственные изменения, действует естественный отбор – в результате этих процессов генофонд этих популяций меняется, возникает новый подвид. Свободному скрещиванию этих популяций и этих подвидов между собой могут мешать разрывы ареала за счёт гор, рек и т.д. Например, на основе географических факторов изоляции из одного вида ландышей за несколько млн. лет возник целый ряд видов. Этот путь видообразования – медленный, происходящий на протяжении сотен тысяч и миллионов поколений.

2. Временная изоляция как фактор видообразования (экологическая изоляция). Этот вид изоляции связан с тем, что в случае несовпадении сроков размножения два близких подвида не могут скрещиваться и дальнейшая дивергенция приведет к образованию двух новых видов, таким образом, возникают новые виды рыб, если сроки нереста подвидов не совпадают или новые виды растений, если не совпадают сроки цветения подвидов.

3. Репродуктивная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изоляции возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строение половых органов, различие в поведении, несовместимости генетического материала.

В любом случае всякая изоляции приводит к репродуктивному разобщению, то есть к невозможности скрещивания возникающих видов, ещё фактором эволюции является дрейф генов – фактор эволюции согласно современной теории эволюции. В природе часто бывает гибель случайная, непредсказуемая по причине природных катаклизмов: извержение вулканов, цунами, землетрясение, торнадо и т.д. Дрейф генов – случайная гибель аллелей. Таким образом, процесс микроэволюции можно разделить на следующие этапы:

1. Спонтанные мутации и начало дивергенции в пределах одной популяции

2. Естественный отбор наиболее приспособленных особей, продолжение дивергенции

3. Гибель менее приспособленных особей в результате влияний условий среды – продолжение естественного отбора и образование новых популяций и подвидов.

4. Изоляция подвидов, приводящая вследствие репродуктивного разобщения к появлению новых видов.