к формам естественного отбора относится
Урок Бесплатно Естественный отбор. Формы естественного отбора
Введение
Из самого сочетания слов «естественный отбор» можно понять, что идет определенный отбор, а раз естественный, значит природный, то есть получается природа что-то выбирает.
Давайте подумаем, что может выбирать природа?
Если обратимся к изучению и наблюдению окружающего мира, мы увидим, что природа достаточно жестоко ведет себя по отношению к слабым и не приспособленным организмам, она не дает им шанс на выживание.
В природе выживают лишь сильнейшие и наиболее приспособленные к определенным условиям особи, а часть особей с неблагоприятными вариациями погибает.
Этот процесс Ч. Дарвин и назвал естественным отбором.
По Дарвину естественный отбор — это результат борьбы за существование, который проявляется в преимущественном выживании и оставлении потомства наиболее приспособленных особей и гибели менее приспособленных.
Сейчас мы с вами более детально рассмотрим понятие естественного отбора, его форм и характеристик.
Понятие естественного отбора
Естественный отбор — это эволюционный процесс отбора генотипов особей, которые наиболее приспособлены к данным условиям среды, и устранения генотипов особей, менее приспособленных к данным условиям.
Естественный отбор — это важнейший эволюционный фактор, приводящий к повышению или понижению вероятности оставления потомства одной формы организмов по сравнению с другой.
Обычно этот эволюционный фактор приводит к постепенному усложнению и повышению организации живых форм, приспособленности их к условиям существования и многообразию видов.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Выделяют три уровня действия естественного отбора.
Естественный отбор является движущей силой эволюции, потому что является причиной адаптации, которые позволяют выжить особям в изменяющихся условиях.
Возникает на основе борьбы за существование. (посмотрите урок «Эволюция. Факторы и результаты эволюции»)
Естественный отбор всегда имеет направленный характер, то есть его действие обусловлено средой и направлено на приспособление к ней.
Исходным материалом для естественного отбора является наследственная изменчивость.
Рассмотрим пример свойств естественного отбора.
Ученые, в течении нескольких лет исследовали два вида близкородственных жуков- амбарных вредителей, увидели принципы работы естественного отбора.
Взрослые жуки, их личинки и куколки, содержались в просеянной муке на протяжении многих поколений, и когда два вида объединились вместе, то через несколько лет один из них исчезал из культуры, а второй достигал такой же плотности, какую он имел бы в чистой культуре.
То есть при объединении двух видов, в работу включалась борьба за существование, где один вид вытеснил другой, так как они использовали ограниченные ресурсы внешней среды и одному из видов просто не хватало этих ресурсов.
Но ученые не остановились на этом и решили изменять условия внешней среды, где существовали эти жуки.
Оказалось, что при температуре выше 29°С выживал один вид, а если температуру понижали ниже 29°С, то в конкуренции побеждал другой вид жуков.
То есть опыты четко показали, что в основе естественного отбора лежит борьба за существование и его действие обусловлено средой обитания.
Похожие опыты дают представление о тех богатых возможностях, которые заключены в сложной природной среде для совместного проживания видов, которые используют сходные ресурсы для своего существования.
Все вышесказанное можно свести в следующую схему, которая в обобщенном виде показывает механизм естественного отбора.
Эта схема очень важна для объяснения причин появления приспособлений у видов:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Стоит отметить, что естественный отбор оставляет для себя несколько вариантов признаков для отбора, то есть не сразу уничтожает особей с отклонениями признаков.
Например, в природе существуют особи одного вида, которые приспособлены к различным условиям и существуют одновременно.
К примеру, среди бабочек капустниц встречаются особи, приспособленные к более низким температурам, а есть те, которые приспособлены к более высоким температурам. При чём особей, приспособленых к среднему значению температур, большинство.
Такое распределение называется «нормальным распределением» или «распределением Гаусса», его можно изобразить в виде графика:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Формы естественного отбора
В зависимости от направленности, эффективности и особенностей условий обитания организмов формы естественного отбора могут быть разными.
Формы естественного отбора:
Например, особи слонов, которые обладают различной длинной шерсти.
Среди них есть особи с очень короткой, со средней длиной и очень длинной шерстью.
Предположим, условия жизни изменились в сторону похолодания климата.
Что произойдет с нашими слонами?
Думаю, вы догадались, что особи с короткой шерстью, будут постепенно вымирать, количество особей со средней длиной шерсти уменьшится, а количество особей с длинной шерстью наоборот, будет увеличиваться.
Процесс движущего отбора на примере длины шерсти у слонов можно увидеть на следующих графиках:
На первом графике указано нормальное распределение признака у слонов, где больше всего особей со средней длинной шерсти.
На рисунке №2 видно, что при изменении условий, а конкретно понижении температуры, особи с короткой шерстью вымирают, количество особей с длинной шерстью увеличивается, и постепенно появляются особи с еще более длинной и густой шерстью.
Таким образом, прослеживается направленный характер естественного отбора.
В результате в популяции, от поколения к поколению, происходит сдвиг средней величины признака в определенном направлении.
Общий график движущего отбора выглядит так:
Движущий отбор осуществляется при изменении окружающей среды или при приспособлении к новым условиям при расширении ареала.
Он сохраняет наследственные изменения в определенном направлении, перемещая соответственно и норму реакции признака.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Норма реакции — это пределы изменчивости признака, которые обусловлены данным генотипом.
Например, вес самого тяжелого человека в мире составил 635кг, то есть вес тела человека — это количественный признак, который изменяется в широких пределах в зависимости от условий (например, от рациона питания), значит у этого признака широкая норма реакции.
Признаки с узкой нормой реакции изменяются в небольшом диапазоне.
К таким признакам можно отнести: цвет глаз, расовая принадлежность, группа крови, а также такие стабильные количественные признаки, как количество и строение глаз, ушей и т.п.
Количество пальцев на руках у человека — это количественный признак, который практически не зависит от условий среды и у этого признака узкая норма реакции
Ярким примером движущего отбора является «индустриальный меланизм бабочки берёзовой пяденицы»: резкое повышение доли бабочек, имеющих темную окраску, в тех популяциях, которые обитают в загрязненных промышленных районах.
Во время промышленной революции в Англии из-за загрязнения атмосферы стволы берез значительно потемнели и погибли светлые лишайники.
Поэтому бабочки исходной светлой формы стали очень видны для хищников на фоне потемневших стволов берез, и птицы активно поедали их.
Постепенно в ряде районов доля темноокрашенных бабочек достигла 99%, но это продолжалось не долго, так как в 1960 годы начали активно бороться с загрязнением окружающей среды, что дало свои плоды.
Вновь стали появляться светлые лишайники на коре берез и на белом фоне стали более заметны темные бабочки, которые постепенно вновь были вытеснены бабочками со светлой окраской.
Сейчас частота встречаемости темных бабочке составляет примерно 5%.
Следует отметить, что в природе обычно движущий отбор идет медленно: у позвоночных- около полумиллиона лет.
Еще примеры движущего отбора:
2. Стабилизирующий отбор- форма естественного отбора, при котором действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака — это определение дал И.И.Шмальгаузен.
Происходит при постоянных условиях окружающей среды.
Стабилизирующий отбор как бы защищает и охраняет среднее проявление признака от существенных изменений.
Примеры стабилизирующего отбора:
Уникальная фауна в озере Байкал также сформировалась благодаря стабилизирующему отбору.
Байкал уже около 20 млн. лет не имеет соединения с другими водоемами, поэтому организмы из других водоемов не могут попасть в это озеро.
В результате в нем сохранились виды, которые во всех остальных водоемах уже вымерли. У этих видов происходило изменение генофонда благодаря мутациям и действию естественного отбора, что привело к появлению новых эндемичных видов, то есть видов, которые могут обитать только в условиях озера Байкал.
График этой формы отбора на примере признака длины шерсти выглядит следующим образом:
Крайние признаки при постоянных условиях среды стабилизирующим отбором отсекаются, погибают особи с короткой шерстью, например, не выдержав температурный режим, также погибают особи с длинной шерстью, например, из-за того, что в такой шерсти заводится слишком много паразитов, для которых температурный режим окружающей среды благоприятен для активного размножения.
Получается, что особи со средней длиной шерсти в таких условиях оказываются наиболее приспособлены.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Самцы павлинов имеют длинный ярко окрашенный хвост.
Птицы, обладающие слишком коротким и тусклым хвостовым оперением или очень длинным и ярким, уничтожаются стабилизирующим естественным отбором
Павлины, обладающие слишком длинным и ярким хвостом- легкая добыча для хищников и уничтожаются естественным отбором (поскольку они слишком заметны для хищников из-за яркой окраски и им тяжело летать из-за длинного хвоста).
А вот птицы, обладающие слишком коротким и тусклым хвостовым оперением, уничтожаются естественным отбором, поскольку не оставляют потомства, т. к. самки не отдают им предпочтения во время брачных игр.
Поэтому постепенно сформировались виды со средним значением признака
3. Дизруптивный (разрывающий) отбор- естественный отбор, при котором сохраняются крайние варианты признака и убираются его средние значения.
Снова расмотрим признак длины шерсти.
До наступления ледникового периода у слонов была определенная шерстистость, но с наступлением похолодания особи, у которых шерсть была кроткой, просто мигрировали южнее, где климат оставался по-прежнему теплый.
А у животных, которые оказались в плену холодной части ареала, напротив, преимущество было на стороне тех, которые имели наиболее длинную шерсть.
В итоге особи со средней длиной шерсти оказались в менее выгодном положении, чем все остальные.
График этой формы отбора:
То есть при действии дизруптивного отбора внутри популяции возникает несколько отчетливо различающихся фенотипических форм- такое понятие называется полиморфизм.
Так как скрещивание между такими популяциями из-за изоляции будет невозможно, то это приводит к постепенному расхождению признаков этих популяций и образованию новых видов.
Иногда дизруптивный отбор рассматривают как частный случай движущего отбора, поскольку обе эти формы приводят к изменению фенотипического облика популяций (в противоположность стабилизирующему отбору).
Примеры:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
У погремка большого в настоящее время есть две формы, которые по морфологическим признакам пока не отличаются, но переопыление между ними уже невозможно, так как одна форма цветет весной, другая- в конце лета.
Причиной возникновения этих форм явилось воздействие ежегодного скашивания трав в середине лета и действие разрывающего отбора.
Цветущие летом особи не давали потомства и постепенно вымерли. Таким образом, сформировалась сезонная изоляция, которая разделила популяцию на два будущих вида.
4. Половой отбор— форма естественного отбора, основанная на успешности в размножении.
Самец, который живет недолго, но популярен среди самок и поэтому производит много потомков, имеет гораздо более высокую совокупную приспособленность, чем тот, что живет долго, но оставляет мало потомков.
То есть оценивается не выживаемость самца, а его активное участие в размножении. Значение полового отбора заключается в активизации процесса размножения вида. Встречаются две формы полового отбора:
Или сильная разветвлённость рогов у оленей, ослабляющая их значение как органов защиты или нападения, длинный тяжёлый хвост у самцов некоторых птиц, но именно эти признаки благоприятствуют выбору самки и успешность этих самцов к размножению возрастает.
Половой отбор является прогрессивной формой отбора, поскольку не требует гибели «побежденных»: «побеждённые», как правило, выживают и могут жить дольше, чем победители, а в последующий сезон спаривания даже могут оказаться «победителями».
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Искусственный отбор. Сравнение искусственного и естественного отбора
Искусственный отбор- выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.
Человек давно научился выводить для своей хозяйственной деятельности растения и животных, с новыми качествами, которые ему нужны. Например, выращивание пшеницы, которая дает наибольший урожай — это искусственный отбор.
С развитием науки человек научился создавать новые штаммы бактерий, например, молочнокислых бактерий, которых используют для приготовления кисломолочных продуктов и добавляют в пищу.
Именно на основе искусственного отбора удалось понять принципы естественного отбора.
Искусственный отбор является ускоренным движущим отбором.
Например, чтобы вывести новую породу кур, требуется около 8 лет, а чтобы получить расу (форму) насекомых, устойчивых к ядохимикатам, достаточно один раз обработать поле и среди массы погибших насекомых найти единицы выживших, от которых произойдут особи, приспособленные к ядохимикатам.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Чем больше ядохимикатов используется, тем выше вероятность того, что у многих насекомых разовьется иммунитет к этим ядам.
Сопротивление ядохимикатам– это всеобщее явление среди насекомых, которое является достаточно быстрым процессом.
Иногда весь процесс происходит всего лишь за одно поколение.
Те насекомые, которые смогли выжить после применения ядохимикатов и не потеряли способность к размножению, передают своему потомству устойчивость к яду, который был использован.
То есть следующее потомство будет устойчиво к пестицидам с рождения.
Большинство видов насекомых очень быстро размножаются, поэтому всего через несколько поколений, все насекомые этого вида будут устойчивы к данному ядохимикату.
Получается, человек сам бессознательно способствует выведению тех насекомых, которым не страшны никакие ядохимикаты
Таблица. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора
Критерии
Естественный отбор
Искусственный отбор
Исходный материал для отбора
наследственная изменчивость (индивидуальные признаки организма)
Отбирающий фактор
условия природы (живой и неживой)
Темпы эволюции
медленные (тысячи и миллионы лет)
быстрые (от 6 до 20 лет)
Благоприятные изменения
сохраняются, накапливаются и передаются по наследству следующим поколениям
отбираются, становятся хозяйственно ценными
Неблагоприятные изменения
уничтожаются в борьбе за существование
Приспособленность
живые организмы приспособлены к условиям среды; формы, обладающие менее полезными признаками, вымирают
живые организмы приспособлены к нуждам человека; формы, обладающие менее полезными для человека свойствами, выбраковываются
Характер действия
творческий– целенаправленное накопление признаков у организмов полезных для человека
Формы отбора
движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой
массовый, индивидуальный, бессознательный, сознательный
Результат
адаптация к новым условиям среды, появление новых видов (многообразие видов)
новые сорта растений, пород животных, штаммов микроорганизмов, ведет к появлению видов невозможных в природе (мул)
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Эффективность и творческая роль естественного отбора
Факторы, влияющие на эффективность естественного отбора:
Важнейшим свойством естественного отбора является его способность накапливать и совмещать полезные признаки.
Естественный отбор, начавшийся у каждого вида с момента его возникновения, действует на всем протяжении его существования. При этом он может привести как к прогрессии вида, так и к его деградации.
Не стоит забывать о комбинативной и мутационной изменчивости, благодаря которым также могут появляться совершенно новые признаки организмов.
Вполне естественно, что отбор идет по пути постепенного аккумулирования благоприятных признаков и исчезновения неблагоприятных, все это происходит благодаря постоянным мутациям и выборке тех их них, которые способствуют более лучшей выживаемости. В результате образуется много хорошо приспособленных к жизни организмов.
У представителей вида, имеющих признак, дающий преимущество в выживании и размножении, велика роль занять ведущее положение в своей популяции.
Например, если низкорослость растений дает преимущество в выживании, то через некоторое время они займут доминирующее положение на своей территории.
Творческая роль естественного отбора состоит в изменении одного вида, приводящем к возникновении нового вида.
То есть естественный отбор усиливает полезные и ослабляет негативные признаки, а также признаки, утратившие приспособительное значение, создавая таким образом новые виды. При этом один генетический набор организма, на который воздействуют разные по сути направления отбора, может дать совершенно разные генетические комбинации, которые выразятся в дальнейшем в многообразии вида.
Естественный отбор начался с момента возникновения жизни на земле, действует постоянно, никогда не останавливаясь.
Выводы:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Их основные враги – рыси, волки, медведи.
И именно природа наградила их особенными копытами, благодаря которым горные козлы спокойно могут забраться на любую гору, где их не смогут достать хищники!
Особенность копыт в том, что по краям они жесткие и шершавые, а в центре находится мягкая подушечка.
Посмотрите на фотографии – зависть любого альпиниста!
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Эволюция естественный отбор: виды, признаки, борьба и движущий фактор
Виды естественного отбора
Выделяют три основные формы естественного отбора — стабилизирующий, движущий (или направленный), и дизруптивный (раздробляющий). Это деление довольно условно, и зачастую не всегда можно точно определить, к какой из форм относиться данный конкретный пример естественного отбора.
Стабилизирующий отбор направлен на поддержание в популяциях среднего, ранее сложившегося значения признака или свойства. Он действует при относительно постоянных (колеблющихся в определенных пределах) условиях внешней среды. При стабилизирующем отборе преимущество в размножении получают наиболее типичные особи в популяции, особи же, заметно уклоняющиеся от установившейся нормы, устраняются естественным отбором. Эта форма отбора самая обычная, но заметить ее сложно, так как в этом случае не происходит изменения морфологического облика организмов в популяции.
Движущим или направленным называется отбор, способствующий сдвигу среднего значения признака или свойства в популяции. Эта форма отбора возникает при изменении условий существования и приводит к установлению новой нормы взамен ранее существующей.
Дизруптивным или раздробляющим отбором (disrupt — разрывать, раздроблять, англ.) называют отбор, идущий одновременно в пользу нескольких уклоняющихся вариантов против особей с промежуточным значением признака. Эта форма отбора возникает в случаях, когда ни одна из групп генотипов не получает решающего преимущества в борьбе за существование из-за разнообразия условий, одновременно встречающихся на одной территории. Дизруптивный отбор способствует возникновению и поддержанию полиморфизма популяций, а в некоторых случаях может служить причиной видообразования.
Эволюционный процесс
Эволюционная теория утверждает, что каждый биологический вид целенаправленно развивается и изменяется для того, чтобы наилучшим образом приспособиться к окружающей среде. В процессе эволюции многие виды насекомых и рыб приобрели защитную окраску, еж стал неуязвимым благодаря иглам, человек стал обладателем сложнейшей нервной системы. Можно сказать, что эволюция — это процесс оптимизации всех живых организмов. Рассмотрим, какими же средствами природа решает эту задачу оптимизации.
Фото: Elroy Serrao
Основной механизм эволюции — это естественный отбор. Его суть состоит в том, что более приспособленные особи имеют больше возможностей для выживания и размножения и, следовательно, приносят больше потомства, чем плохо приспособленные особи. При этом благодаря передаче генетической информации (генетическому наследованию) потомки наследуют от родителей основные их качества.
Таким образом, потомки сильных индивидуумов также будут относительно хорошо приспособленными, а их доля в общей массе особей будет возрастать. После смены нескольких десятков или сотен поколений средняя приспособленность особей данного вида заметно возрастает.
Чтобы сделать понятными принципы работы генетических алгоритмов, поясним также, как устроены механизмы генетического наследования в природе. В каждой клетке любого животного содержится вся генетическая информация этой особи. Эта информация записана в виде набора очень длинных молекул ДНК (Дезоксирибонуклеиновая Кислота). Каждая молекула ДНК — это цепочка, состоящая из молекул нуклеотидов четырех типов, обозначаемых А, T, C и G. Собственно, информацию несет порядок следования нуклеотидов в ДНК. Таким образом, генетический код индивидуума — это просто очень длинная строка символов, где используются всего 4 буквы. В животной клетке каждая молекула ДНК окружена оболочкой — такое образование называется хромосомой.
Каждое врожденное качество особи (цвет глаз, наследственные болезни, тип волос и т.д.) кодируется определенной частью хромосомы, которая называется геном этого свойства. Например, ген цвета глаз содержит информацию, кодирующую определенный цвет глаз. Различные значения гена называются его аллелями.
При размножении животных происходит слияние двух родительских половых клеток и их ДНК взаимодействуют, образуя ДНК потомка. Основной способ взаимодействия — кроссовер (cross-over, скрещивание). При кроссовере ДНК предков делятся на две части, а затем обмениваются своими половинками.
При наследовании возможны мутации из-за радиоактивности или других влияний, в результате которых могут измениться некоторые гены в половых клетках одного из родителей. Измененные гены передаются потомку и придают ему новые свойства. Если эти новые свойства полезны, они, скорее всего, сохранятся в данном виде — при этом произойдет скачкообразное повышение приспособленности вида.
В начале XX века, на заре генетики, многие исследователи отрицали роль естественного отбора как созидающего фактора. Основной эволюционной силой считался мутационный процесс как единственная причина возникновения новых признаков и свойств организма. Поскольку мутация — явление исключительно редкое (установлено, что в среднем мутирует один ген из миллиона), естественному отбору отводили роль простого «контролера», вступающему в действие только после появления нового генетического отклонения.
Однако дальнейшие исследования показали, что в природных популяциях любого вида существует огромный запас генетической изменчивости по самым разнообразным признакам. Таким образом, у естественного отбора всегда есть огромный материал для работы. В лабораторных экспериментах удалось установить, что с помощью отбора можно изменять практически любые свойства организма, даже такие, как доминантность или рецессивность тех или иных признаков.
Действительно, единственным источником «эволюционного материала» (наследственной изменчивости) является мутационный процесс. Но это не отрицает творческую роль естественного отбора: его можно сравнить со скульптором, который создает прекрасные предметы искусства лишь отсекая от глыбы мрамора «ненужные» куски.
Формы естественного отбора
В природе естественный отбор, без сомнения, выступает как единый фактор, действующий в пределах популяций. Однако в зависимости от изменений условий среды и взаимодействия популяций и видов не только его направление, но и формы могут меняться. Механизм действия естественного отбора при этом остается неизменным — выживание и более эффективное размножение индивидуумов, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования. Выделяют несколько форм отбора: — движущий —стабилизирующий — разрывающий.
Движущая форма отбора.Способствует сдвигу среднего значения признаков и появлению новых форм.
Популяции, находящиеся достаточно долго в стабильных, мало меняющихся условиях, достигают высокой степени приспособленности и могут длительное время пребывать в равновесном состоянии, не испытывая значительных изменений генотипического состава. Однако изменение внешних условий может быстро привести к значительным сдвигам в генотипической структуре популяций.
Яркий пример, доказывающий существование движущей формы естественного отбора, — так называемый индустриальный меланизм. Причина возрастания частоты встречаемости черных бабочек в промышленных районах состоит в том, что на потемневших стволах деревьев белые бабочки стали легкой добычей птиц, а черные бабочки, наоборот, стали менее заметными.
Движущая форма естественного отбора приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды. Отбор всегда идет по фенотипам, но вместе с фенотипом отбираются и генотипы, их обусловливающие.
Стабилизирующая форма отбора. Стабилизирующая форма отбора направлена на сохранение установившегося в популяции среднего значения признака. Поскольку в любой популяции всегда существует мутационная изменчивость, то постоянно возникают особи с существенно отклоняющимися от среднего значения, типичного для популяции или вида, признаками они погибают.
Во время бури преимущественно гибнут птицы с длинными и короткими крыльями, тогда как птицы со средним размером крыльев чаще выживают; наибольшая гибель детенышей млекопитающих наблюдается в семьях, размер которых больше и меньше среднего значения, поскольку это отражается на условиях кормления и на способности защищаться от врагов.
Разрывающий отбор. Отбор, благоприятствующий более чем одному фенотипическому оптимуму и действующий против промежуточных форм, называется дизруптивным, или разрывающим.
Его можно объяснить на примере появления распогремка— раннецветущего и поздноцветущего. Их возникновение — результат покосов, осуществляемых в середине лета, которые уничтожают растения с промежуточными сроками цветения. Вследствие этого единая популяция разделяется на две не перекрывающиеся субпопуляции. Гибриды, возникающие между разными формами, не обладают достаточным сходством с несъедобными видами и активно потребляются птицами.
Творческая роль естественного отбора:В различных обстоятельствах естественный отбор может идти с различной интенсивностью.
Дарвин отмечает обстоятельства, благоприятствующие естественному отбору:
— достаточно высокая частота проявления неопределенных наследственных изменений;
многочисленность особей вида, повышающая вероятность проявления полезных изменений;
— не родственное скрещивание, увеличивающее размах изменчивости в потомстве.
Дарвин отмечает, что перекрестное опыление встречается изредка даже среди растений-самоопылителей;
изоляция группы особей, препятствующая их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции;
— широкое распространение вида, так как при этом на разных границах ареала особи встречаются с различными условиями и естественный отбор будет идти в разных направлениях и увеличивать внутривидовое разнообразие.
Естественный отбор лежит в основе эволюции. Его можно считать процессом, в результате которого в популяциях живых организмов увеличивается количество особей, лучше приспособленных к условиям окружающей среды.
В то время как количество особей менее приспособленных по тем или иным признакам уменьшается.
Поскольку условия среды обитания популяций неодинаковы (где-то условия стабильны, где-то изменчивы), то существует несколько разных форм естественного отбора.
Обычно выделяют три основные формы — это стабилизирующий, движущий и дизруптивный отборы.
Также существует половой естественный отбор.
Стабилизирующая форма естественного отбора
В популяциях организмов всегда возникают мутации, также существует комбинативная изменчивость. Они приводят к тому, что появляются особи с новыми признаками или их комбинациями. Однако, если условия среды остаются постоянными и популяция к ним уже была хорошо приспособлена, то появившиеся новые значения признаков обычно становятся неуместными.
Особи, у которых они возникли, оказываются хуже приспособленными к имеющимся условиям, проигрывают борьбу за существование и оставляют меньше потомства. В результате новые признаки не закрепляются в популяции, а удаляются из нее.
Таким образом, стабилизирующая форма естественного отбора действует в неизменных условиях среды и поддерживает в популяции средние широко распространенные значения признаков.
Примером стабилизирующего отбора является поддержание плодовитости на среднем уровне у многих животных.
Особи, рождающие большое количество детенышей, не могут их хорошо выкормить. В результате потомство оказывается слабым и гибнет в борьбе за существование.
Особи, рождающие маленькое количество детенышей, не могут наполнить популяцию своими генами так, как это делают особи, рождающие среднее количество детенышей.
Движущая форма естественного отбора
Движущая форма естественного отбора начинает действовать в изменяющихся условиях среды. Например, при постепенном похолодании или потеплении, уменьшении или увеличении влажности, появлении нового хищника, который медленно увеличивает свою численность.
Также среда может изменяться в результате расширения ареала популяции.
Следует отметить, что для естественного отбора важно постепенное изменение условий, так как возникновение новых приспособлений у организмов — длительный процесс, происходящий на протяжении множества поколений.
Если условия меняются резко, то популяции организмов обычно просто вымирают или уходят на новые места обитания с прежними или похожими условиями.
В новых условиях какие-нибудь ранее вредные и нейтральные мутации и комбинации генов могут оказаться полезными, повышать приспособляемость организмов и их шансы на выживание в борьбе за существование. Следовательно, такие гены и определяемые ими признаки будут закрепляться в популяции.
В результате каждое новое поколение организмов будет все больше отдаляться по какому-либо признаку от исходной популяции.
Важно понимать, что при движущей форме естественного отбора полезным оказывается лишь какое-то определенное значение признака из ранее неполезных, а не все. Например, если раньше выживали особи только со средним ростом, а большие и маленькие гибли, то при движущем отборе будут лучше выживать, скажем, особи только с маленьким ростом, а со средним и тем более большим будут оказываться в худших условиях и постепенно исчезать из популяции.
Дизруптивная форма естественного отбора
Дизруптивная форма естественного отбора сходна по своему механизму с движущей формой. Однако есть существенное отличие. Движущий отбор благоприятствует только одному значению конкретного признака, удаляя из популяции не только среднее значение этого признака, но и все другие крайние. Дизруптивный же отбор действует только против среднего значения признака, благоприятствуя обычно двум крайним значениям признака. Например, на островах с сильным ветром выживают насекомые без крыльев (они не летают) или с мощными крыльями (при полете могут сопротивляться ветру).
Насекомые со средними крыльями уносятся в океан.
Дизруптивный естественный отбор приводит к появлению полиморфизма в популяциях, когда по какому-либо признаку формируются две и более разновидности особей, иногда занимающие несколько отличающиеся экологические ниши.
Половой отбор
При половом отборе особи в популяциях выбирают в качестве партнеров тех особей противоположного пола, которые обладают каким-либо признаком (например, ярким хвостом, большими рогами), не связанным напрямую с повышением выживаемости или даже вредным для этого.
Обладание таким признаком повышает шансы на размножение и, следовательно, закрепление своих генов в популяции. По поводу причин возникновения полового отбора существует несколько гипотез.
Движущая сила эволюции: какие формы естественного отбора существуют
Февраля, 11 класс, биология.
РОЛЬ ИЗМЕНЧИВОСТИ И НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В ЭВОЛЮЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ.
Эволюция – процесс исторического развития живой природы на основе изменчивости, наследственности и естественного отбора.
Материал для эволюции — наследственная изменчивость.
Наследственная изменчивость — это мутации, которые могут возникать в популяциях.
Рецессивные мутации накапливаются, доминантные проявляются. Отбор, действуя в популяциях, отбраковывает особи с ненужными признаками, оставляя особей с полезными признаками.
Результаты эволюции – приспособленность организмов к условиям окружающей среды, образование новых видов и надвидовых таксонов.
Приобретение приспособлений отдельными группами организмов может при определенных условиях привести к образованию новых видов
МЕХАНИЗМЫ (направления, пути) ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА
Ароморфоз — крупные эволюционные изменения, ведущие к общему усложнению строения и функций организмов и позволяющие им занимать принципиально новые местообитания или существенным образом повышающие конкурентную способность организмов в существующих местообитаниях.
Идиоадаптации — частные приспособления, не меняющие существенно уровня организации организмов, достигнутого в процессе эволюции, но заметно облегчающие их выживание именно в данных местообитаниях.
Дегенерация — это форма эволюционного процесса, приводящая к упрощению организации в связи с переходом организмов к паразитизму или сидячему образу жизни.
При этом может происходить упрощение или исчезновение ряда органов и тканей, связанных с новым образом жизни.
Биологический прогресс — это такое направление эволюции, при котором увеличивается число популяций, подвидов и расширяется ареал (территория обитания), при этом данная группа организмов находится в состоянии постоянного видообразования.
Биологический регресс — направление эволюции, при котором уменьшаются ареал и численность организмов, замедляются темпы видообразования, уменьшается число популяций, подвидов, видов.
БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР.
ФОРМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА В ПОПУЛЯЦИЯХ.
Борьба за существование – совокупность взаимосвязей особей вида между собой, с другими видами и абиотическими факторами среды.
Часть потомков организма выживает, а часть – обречена на гибель.
Формы борьбы за существование:
4. Взаимодействие с абиотическими факторами
ВЫДЕЛЯЮТ ТРИ ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА:
1. Стабилизирующий отбор — направлен на поддержание в популяциях среднего, ранее сложившегося значения признака или свойства. Он действует при относительно постоянных (колеблющихся в определенных пределах) условиях внешней среды.
При стабилизирующем отборе преимущество в размножении получают наиболее типичные особи в популяции, особи же, заметно уклоняющиеся от установившейся нормы, устраняются естественным отбором. Эта форма отбора самая обычная, но заметить ее сложно, так как в этом случае не происходит изменения морфологического облика организмов в популяции.
Движущий или направленный отбор — способствует сдвигу среднего значения признака или свойства в популяции. Эта форма отбора возникает при изменении условий существования и приводит к установлению новой нормы взамен ранее существующей.
Дизруптивный или раздробляющий отбор – это отбор, идущий одновременно в пользу нескольких вариантов против особей с промежуточным значением признака. Эта форма отбора возникает в случаях, когда ни одна из групп генотипов не получает решающего преимущества в борьбе за существование из-за разнообразия условий, одновременно встречающихся на одной территории.
Дизруптивный отбор способствует возникновению и поддержанию полиморфизма популяций, а в некоторых случаях может служить причиной видообразования.
Таким образом, потомки сильных индивидуумов также будут относительно хорошо приспособленными, а их доля в общей массе особей будет возрастать. После смены нескольких десятков или сотен поколений средняя приспособленность особей данного вида заметно возрастает.
Эволюция е стественный отбор
В современной теории эволюции вопрос о формах естественного отбора остается одним из дискуссионных. Выделяется более 30 различных форм отбора. Однако основных форм отбора только три: стабилизирующий, движущий и дизруптивный (Рис.2).
Стабилизирующий отбор —форма естественного отбора, направленная на поддержание и повышение устойчивости реализации в популяции среднего, ранее сложившегося значения признака или свойства.
Происходит он через элиминацию любых отклонений от этой нормы. Примером стабилизирующего отбора может служить установленная М.Карном и Л. Пенроузом связь между массой новорожденных детей и их смертностью: чем сильнее отклонение в любую сторону от средней нормы (3,6 кг), тем реже такие дети выживают.
Таким образом, важнейшим результатом действия стабилизирующего отбора является сохранение, стабилизация уже существующих признаков и уже сформировавшейся нормы реакции по этим признакам.
Примером длительного сохранения адаптаций на морфологическом уровне можно назвать формирование пятипалой конечности, возникшей примерно 320 млн. лет назад при возникновении наземных позвоночных. Поскольку и у животных, и у человека известны мутации, увеличивающие или уменьшающие число пальцев (птицы, копытные, динозавры и др.), сохранение пятипалости — результат действия стабилизирующего отбора.
Движущий отбор— отбор, способствующий сдвигу среднего значения признака или свойства.
Эта форма отбора приводит к возникновению адаптивных признаков. При направленном изменении среды чаще выживают особи, обладающие индивидуальными особенностями, соответствующими этому изменению; особи с уклонениями в противоположную сторону, не адекватными изменению внешних условий, чаще гибнут. Утрата признака — обычно результат действия движущей формы отбора. Например, в условиях функциональной непригодности органа естественный отбор способствует их редукции.
Утрата крыльев у части птиц и насекомых, пальцев у копытных, конечностей у змей, глаз у пещерных животных — примеры действия движущего отбора.
Таким образом, движущая форма отбора приводит к выработке новых приспособлений через направленную перестройку генофонда популяции, а это, в свою очередь, сопровождается перестройкой генотипа особей.
В природе движущая и стабилизирующая формы отбора постоянно сосуществуют, и можно говорить лишь о преобладании той или иной формы в данный период времени по данному признаку.
Дизруптивный отбор— форма отбора, благоприятсвующая более чем одному фенотипу и действующая против средних промежуточных форм.
Такой отбор ведет к установлению полиморфизма в пределах популяции. Популяция как бы «разрывается» по данному признаку на несколько групп. Примером дизруптивного отбора является появление мимикрии у африканских парусников.
На Коморских островах, Мадагаскаре и в Сомали самцы и самки парусников имеют желтую окраску и не мимикрируют, т.к. в этих регионах нет не поедаемых птицами видов.
В юго-западной Абиссинии самцы сохраняют видоспецифическую окраску и форму крыльев, а у самок окраска меняется в соответствии с не поедаемыми птицами бабочками.
В качестве примера дизруптивного отбора, действующего в природе, могут быть случаи, когда хорошо дифференцированные полиморфные типы обладают явным селективным преимуществом по сравнению со слабо дифференцированными полиморфными типами.
Например, половой диморфизм: самки и самцы с хорошо дифференцированными вторичными половыми признаками спариваются и размножаются более успешно, чем
различные промежуточные типы (интерсексы, гомосексуалы и др.).
Рис. 2. Схема действия стабилизирующей (А), движущей (Б) и дизруптивной (В) форм отбора (по Н.В. Тимофееву-Ресовскому и др., 1977)
другие формы естественного отбора:
— групповой отбор и др.
Эти формы отбора имеют подчиненное значение. Естественный отбор, касающийся признаков особей одного пола, называется половым отбором. Он основан на селективной не равноценности особей одного пола у раздельнополых животных.
Это особая форма индивидуального отбора, в которой участвуют представители только одного пола (обычно самцы) данной популяции. Вторичные половые признаки самцов помогают им отыскивать брачных партнеров.
Естественный отбор выполняет поддерживающую роль — поддержание определенного уровня приспособленностиособей популяции, позволяющего ей существовать в данных условиях среды.
Особи, обладающие относительной приспособленностью, более низкой, чем средняя приспособленность популяции, как правило, гибнут.
Для жизни вида и его эволюции важен также распределяющий эффект отбора. Вид занимает ту часть земной поверхности, на которой он может выжить. Отбор регулирует положение вида в среде: организмы выживают чаще в тех условиях среды, к которым они лучше приспособлены отбором.
Поэтому, распределение организмов популяций, видов по поверхности Земли происходит, прежде всего, через отбор.
Отбор выполняет накапливающую роль. Поскольку отбор — переживание более приспособленных, им сохраняется любое уклонение, повышающее адаптивность. Такие изменения накапливаются, и фенотипическое проявление признака усиливается в ряду поколений. Примером может служить эволюция конечности предков лошади: от пятипалости через трехпалость к однопалости.
Творческая роль отбора состоит в том, что отбираются наиболее приспособленные, т.е. адаптированные особи к данным условиям среды. На генотипическом уровне в результате действия отбора происходит эволюция генотипа, т.е. идет преобразование изменчивости. По отношению к фенотипу творческая роль естественного отбора выражается в становлении новых приспособлений и перестройке всего организма, обеспечивающей нормальное действие этих приспособлений.
Новые адаптации возникают только на основе генотипической изменчивости и только в результате действия отбора.
Например, в 40-х годах прошлого века в медицине впервые стали применять пенициллин, стрептомицин и другие антибиотики. Вначале они были эффективны в отношении болезнетворных бактерий даже в небольших дозах. Однако, вскоре после того, как применение антибиотиков расширилось, их эффективность начала снижаться и для достижения желаемых результатов приходилось использовать более высокие дозы.
Существуют штаммы бактерий, устойчивые к антибиотикам и чувствительные к ним. Появление устойчивых штаммов обусловлено спонтанными мутациями, возникающими с некоторой низкой частотой.
Таким образом, применение антибиотиков в низких или умеренных дозах приводит в действие процесс отбора, благоприятствующих появлению устойчивых штаммов.
Такие микроэволюционные изменения были обнаружены в лабораторных экспериментах.
Примером служит селекционный эксперимент, проведенный на одном из штаммов Staphylococcus aureus – патогенной бактерии, вызывающей нагноение ран и пищевые отравления. Исходная популяция, от которой произошел этот штамм, была чувствительна к разным антибиотикам в малых дозах.
Часть выделенных из исходной популяции бактерий выращивали последовательно на средах, содержавших пенициллин и другие антибиотики в возрастающих концентрациях. В результате у разных штаммов возникла устойчивость к этому антибиотику. Устойчивость к разным антибиотикам повышалась в разной степени: к хлоромицетину в 193 раза, к Na- пенициллину в 187 000 раз, а к стрептомицину в 250 000 раз.
В то же время у таких штаммов возникают и другие изменения. Они медленнее растут, особенно в анаэробных условиях, утрачивают свою патогенность. Удаление антибиотиков из культуральной среды приводит к отбору в обратном направлении, т.е. к сохранению чувствительных к антибиотикам форм.
Таким образом, творческая роль естественного отбора обусловливает:
1) преобразование изменчивости — изменение фенотипического выражения мутаций, устранение вредных проявлений плейотропии, эволюцию доминантности и рецессивности, а также пенетрантности и экспрессивности генов;
2) эволюцию процессов индивидуального развития;
3) возникновение новых адаптаций, включая коадаптацию признаков организма и усиление организменного гомеостаза, коадаптацию особей в популяции, развитие механизмов популяционного гомеостаза, коадаптацию видов, а также развитие приспособлений к абиотическим факторам;
4) эволюцию популяций, дифференциацию видов и видообразование.
Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущий по линии прогрессивного усложнения морфо-физиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях — по пути специализации (аллогенез).
Типы естественного отбора
Естественный отбор — основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.
В свете современной синтетической теории эволюции естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Естественный отбор — единственная известная причина адаптаций, но не единственная причина эволюции. К числу неадаптивных причин относятся генетический дрейф, поток генов и мутации.
Типы естественного отбора.:
—Движущий отбор— форма естественного отбора, которая действует при направленном изменении условий внешней среды.
Описали Дарвин и Уоллес. В этом случае особи с признаками, которые отклоняются в определённую сторону от среднего значения, получают преимущества. При этом иные вариации признака (его отклонения в противоположную сторону от среднего значения) подвергаются отрицательному отбору. В результате в популяции из 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).
—Стабилизирующий отбор — форма естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака.
Понятие стабилизирующего отбора ввел в науку и проанализировал И. И. Шмальгаузен.
-Дизруптивный (разрывающий) отбор — форма естественного отбора, при которой 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. Дарвин описывал действие дизруптивного отбора, считая, что он лежит в основе дивергенции, хотя и не мог привести доказательств его существования в природе.
Дизруптивный отбор способствует возникновению и поддержанию полиморфизма популяций, а в некоторых случаях может служить причиной видообразования.
—Половой отбор — это естественный отбор на успех в размножении.
Выживание организмов является важным, но не единственным компонентом естественного отбора. Другим важным компонентом является привлекательность для особей противоположного пола. Дарвин назвал это явление половым отбором. «Эта форма отбора определяется не борьбой за сущесствование.