Почему в природе происходит естественный отбор: Natural Selection and Adaptive Evolution | Biology

Естественный отбор, которому большое внимание уделил Дарвин, и есть та самая, главная движущая сила эволюции. В отличие от других факторов эволюции (дрейфа генов, мутаций, комбинативной изменчивости) только естественный отбор обладает направленной силой. Его действие не приводит к случайным изменениям, а всегда идет в сторону все большего приспособления организмов к окружающей среде.

Естественный отбор – это выживание наиболее приспособленных к данной среде особей в результате их борьбы за существование в условиях ограниченных ресурсов и на основе мутаций и комбинативной изменчивости, обеспечивающих отличие особей между собой.

Причины естественного отбора

Естественный отбор есть следствие действия совокупности других факторов эволюции. В основном борьбы за существование и наследственной изменчивости.

Организмы способны дать намного больше потомства, чем вместимость среды обитания. В результате между особями возникает

Организмы в пределах одной популяции не одинаковы. Они так или иначе отличаются между собой. Другими словами, организмы обладают изменчивостью – способностью приобретать отличительные или новые признаки. Часть из таких признаков передается по наследству, формируя так называемую наследственную изменчивость.

Особенности конкретной среды обитания, ее малая вместимость способствуют выживанию организмов с такой наследственной изменчивостью, которая позволяет им выигрывать борьбу за существование.

Следствие естественного отбора – адаптация, или приспособленность

В процессе естественного отбора происходит приспособление особей и популяций к их среде обитания, как абиогенной – к неживой природе, так и биогенной – к живой природе – биоценозу. На конкретном отрезке времени популяция обладает определенной степенью приспособленности к среде, то есть различными адаптациями к ней.

Адаптацию можно рассматривать и как процесс, увеличивающий приспособленность, и как результат, выражающийся в наличии определенных приспособлений.

Приспособления могут быть различными. Они зависят от среды обитания и исходных характеристик вида. Разные виды могут адаптироваться к одной и той же среде обитания по-разному.

Адаптация, отталкиваясь от имеющейся морфологии и физиологии вида, меняет их так, чтобы популяция как можно быстрее и надежнее заняла определенную экологическую нишу в биоценозе.

Можно сказать, любой признак организма есть следствие адаптации к тем или иным условиям, возникшим в процессе эволюции данного вида. Другими словами, есть признаки, которые были адаптивными к условиям среды предков. У потомков они могут не исчезать, а претерпевать модификацию.

Среди ярких и простых примеров адаптаций часто выделяют мимикрию, покровительственную окраску. Большинство же адаптаций имеют сложный комплексный характер, затрагивающий несколько систем органов.

Адаптации имеют относительный характер. При смене условий обитания они могут утратить свое полезное значение. И требуется время, смена поколений для выработки новых.

Формы естественного отбора

В зависимости от сложившихся условий среды естественный отбор может отбирать особей по-разному. То есть в одних условиях лучше будут выживать одни, в других – вполне может быть, что другие. На этом основании выделяют три основные формы естественного отбора – стабилизирующий, движущий и дизруптивный.

Если условия среды меняются, то на смену стабилизирующему приходит движущий естественный отбор. Обычно при смене условий в популяции могут найтись особи с каким-либо более подходящим значением признака. Естественный отбор будет давить на популяцию так, чтобы количество таких особей увеличивалось.

Движущий естественный отбор всегда действует в одном направлении, сдвигая среднее значение признака в какую-либо одну сторону. Модель ниже можно описать так. Условия среды изменились и погибли все особи, кроме тех, которые обладали определенным значением признака. После они размножились, и признак из редкого превратился в распространенный.

Дизруптивный, или разрывающий, отбор можно представить как частный случай движущего, так как он тоже приводит к исчезновению старой нормы. Однако, в отличие от движущего, при дизруптивном отборе формируется не одна, а две новые нормы из ранее крайних значений признака. Другими словами, при изменении условий часть популяции начинает приспосабливаться не так, как другая ее часть.

Естественный отбор в природе. Прикладная философия

Естественный отбор в природе

Не берусь утверждать, что все виды на Земле возникли согласно теории Дарвина. У этой теории, как известно, есть определенные нерешенные проблемы. Но то, что в природе в пределах любого одного вида действует механизм естественного отбора, это факт, видимо, не вызовет возражений.

Суть механизма естественного отбора может быть сформулирована следующим образом. Индивидуальные отличительные биологические особенности особи определяются ее генетическим кодом или генотипом. Рассматриваем двуполый вид, потомство наследует генотип родителей пятьдесят процентов от отца, пятьдесят от матери. Естественный отбор – это природная игра, механизм саморегуляции в природе, при котором у особей с более подходящими биологическими особенностями организма к среде обитания больше шансов на оставление потомства, чем у менее подходящих. Эта тенденция проявляется из поколения в поколение, таким образом постепенно количество особей с неподходящим наследственными признаками уменьшается, а с подходящими признаками увеличивается до установления некоторого равновесия, вызванного другими механизмами. И такая регуляция может быть по любому биологическому свойству, если только оно определяется генотипом.

Любой природный вид состоит из множества особей этого вида. Для всякого вида свойственны некоторые наиболее часто встречающиеся особенности этого вида. В данном случае речь может идти практически о любом характерном параметре: рост, вес, цвет, продолжительность жизни, уровень интеллекта, обычный рацион, привычная среда обитания, цвет глаз, характерные видовые привычки и т. д. и т. д. Но все особи чем-то отличаются, и по любому характерному параметру, как правило, существует отклонение от нормы. Особей с наиболее распространенным параметром, так сказать средним, больше всего, а чем больше отличие от среднего, тем меньше таких особей. Величину, характеризующую разброс какого то параметра для всего вида назовем дисперсией этого параметра. Чем чаще встречаются отклонения и чем больше они в среднем по величине, тем больше дисперсия. Если по какому-то параметру для вида природа уже сделала однозначный выбор, т. е. отсутствует отклонение от среднего, например число пальцев на руке человека, то дисперсия для этого параметра будет ноль. Если же отклонение от среднего возможно, как например рост человека, то дисперсия будет иметь какое-то значение большее нуля. Наличие отклонения от среднего, т. е. ненулевая дисперсия, это одно из средств выживания вида в условиях изменения среды обитания. Представим, что что-то изменилось в природе, потеплел или похолодал климат, появился новый хищник, опасный для рассматриваемого вида, или вид – конкурент, питающийся тем же кормом, расширение ареала обитания вида и т. д. Любое изменение среды обитания может привести к тому, что наиболее распространенный параметр перестанет быть самым удобным, и естественный отбор в течение смены нескольких поколений приведет как бы к некоторому изменению биологического вида. Примеров такого изменения внутри биологических видов на протяжении человеческой цивилизации (малый срок для этих процессов) не так уж много, но отдельные все же можно привести.

Известный пример из истории сельского хозяйства, когда применение ядохимикатов ДДТ в течение нескольких лет практически уничтожило вредных насекомых. А некоторое время спустя те же насекомые, но уже нечувствительные к данным ядохимикатам, размножились сильнее прежнего.

С точки зрения рассматриваемого вопроса произошло следующее: пусть существовал некий вид насекомых. Подавляющее большинство представителей этого вида не обладали иммунитетом по отношению к ДДТ, но дисперсия вида по этому параметру – чувствительность к ядохимикату ДДТ, была не нулевой, т. е. существовали отдельные особи менее чувствительные к подобным химическим соединениям. Это и спасло эти виды насекомых от уничтожения. Большая часть насекомых погибла, получив смертельную дозу ядохимикатов и не оставив потомства, а освободившуюся биологическую нишу заполнили быстро размножившиеся особи с наследственной нечувствительностью к ДДТ. Как бы один подвид внутри вида вытеснил другой в условиях изменившейся среды обитания.

Казалось бы, что чем больше дисперсия по каждому параметру, тем это выгоднее для выживания вида, однако сама дисперсия является результатом естественного отбора. Т. е. естественный отбор сам отрегулирует оптимальное соотношение между количеством особей с неким видовым параметром вблизи среднего и количеством особей с видовым параметром отличающимся от среднего. Для устойчивого существования биологических видов необходимо, с одной стороны, сохранение наследственной информации из поколения в поколение, с другой стороны, возможность изменения с максимальной скоростью. Оптимальное соотношение между стабильностью и готовностью к изменениям внутри вида определяется дисперсиями различных видовых параметров, которые сами регулируются естественным отбором.

Точно так же, как биологию видов, естественный отбор регулирует и видовую стратегию поведения. Правильную, с точки зрения сохранения вида, стратегию поведения, естественный отбор закрепил в виде набора стереотипов, свойственных практически всему живому, которые мы называем инстинктами самосохранения и продолжения рода. Очевидно, что те особи, которые жили в соответствии с этими инстинктами, из поколения в поколение, имели гораздо больше шансов для оставления потомства, чем те, которые жили вопреки им.

Однако, каков может быть наследственный биологический механизм действия этих инстинктов? Разнообразие ситуаций в жизни таково, что закодировать их все в наследственной памяти вместе с адекватными реакциями, невозможно. Инстинкты по всей видимости должны опираться на некоторые чисто физиологические отклики на раздражение, а на базе этих физиологических реакций уже возникает все разнообразие действий животного в сложившейся ситуации, которое регулируется иными, не физиологическими механизмами. Таким основным физиологическим полуфабрикатом, на ряду с некоторыми другими, является реакция организма «удовольствие – неудовольствие».

Инстинкт самосохранения включает в себя чувство голода и реакцию на опасность. Вопрос о потреблении пищи решается просто. Если животное давно не ело, то у него возникает набор физиологических ощущений, вплоть до болевых, называемых голодом, сопровождающихся раздражением центра неудовольствия. Соответственно, когда голодное животное ест, то с одной стороны, очень быстро исчезают отрицательные ощущения, вызванные голодом, с другой стороны, сам процесс еды сопровождается раздражением центра удовольствия.

Реакция организма на опасность организуется несколько сложнее. Во-первых, это также раздражение центра неудовольствия, во-вторых, в помощь животному для борьбы с опасностью включаются еще некоторый дополнительный набор физиологических реакций из которых сразу можно выделить два основных типа: возбуждение и торможение. Торможение свойственно биологическим видам, для которых лучшей с точки зрения выживания реакцией на опасность, является – замереть, затаиться. Их страх парализует. Возбуждение свойственно видам, основной реакцией которых на опасность является атака. Естественный отбор для этих видов должен был позаботиться о возбуждении злости, ярости, повышенной собранности в случае опасности. Для полноты картины можно, видимо, выделить и некий промежуточный вариант, назовем его заторможенным возбуждением, которое будет свойственно видам животных привыкших спасаться бегством.

Другая, важнейшая для выживания вида, группа инстинктов может быть названа инстинктом продолжения рода. Сюда входит сексуальна тяга к особям своего вида противоположного пола и материнские инстинкты, обеспечивающие выживание потомства после рождения. Сексуальная тяга обеспечивается через удовольствие – неудовольствие, удовольствие от секса и дискомфорт от его недостаточности. Забота о потомстве, может быть и сопряжена с каким-то физиологическим механизмом возбуждения центра удовольствия, но основным в этом случае, как и конкретная реакция животного на опасность, видимо программируется в поведении путем общественного воспитания. Поэтому продуктом естественного отбора, во-первых, является биологическая способность запоминать информацию, т. е. у животного естественный отбор создал биологический компьютер с блоком памяти и системой программирования через общественное воспитание, а во-вторых, опять же естественный отбор позаботился выработать у животных навыки правильной стратегии поведения в различных жизненных ситуациях, привязанных к среде обитания, которые передаются через воспитание.

Попробуем из теории естественного отбора получить хоть небольшие результаты для практического использования. Берем к рассмотрению биологический вид животного, соответствующий или физиологически близкий к человеку, и для различных видовых параметров будем угадывать оптимальную наиболее выгодную для продолжения рода, т. е. сохранения своего генотипа, величину рассматриваемого характерного видового параметра или стратегию поведения. Для начала определим в чем состоит различие полов с точки зрения естественного отбора. В процессе производства потомства участвуют две особи мужского и женского пола, но биологическое участие их в этом процессе различается. Женская особь на производство одного ребенка должна потратить, как минимум, около двух лет своего времени (беременность и выкармливание), то мужская особь биологически в состоянии свое участие в производстве потомства ограничить всего несколькими минутами. Соответственно женская особь физиологически в состоянии иметь максимально порядка десяти детей, а мужская – в тысячу раз больше. Из этого отличия будут проистекать совершенно разные стратегии поведения и во многом различающиеся биологические особенности мужского и женского организмов, напрямую вроде бы и не связанных с детопроизводством.

Перед особью стоит одна стратегическая игровая задача – оставить как можно больше потомства. С этой точки зрения для женской особи (в условиях до возникновения устойчивых парных семей, когда естественный отбор и должен был потрудиться над видом), этот вопрос решен без какой-либо борьбы. Она гарантированно должна оставить после себя порядка десяти детей. Ей не надо бороться за самцов, даже в случае их малочисленности, все равно ее оплодотворят и ее гены сохранятся приблизительно в пятикратном размере (10 детей по 0.5 генотипа от матери =5). Совершенно другая ситуация для самцов. При соотношении количества самок и самцов приблизительно один к одному, от поведения самца зависит останется после его смерти генотип размноженный в пять тысяч раз (10 000*0.5) или ничего вообще не останется.

При таком разделении участия в воспроизводстве потомства, чтобы оптимизировать соотношение между стабильностью вида и его готовностью к изменениям, дисперсия по любым видовым параметрам для женских и мужских особей должна различаться. Изменчивость вида должна в основном определяться мужскими особями, т. е. теми между которыми имеет место конкуренция, а женские особи должны быть существенно ближе к среднему параметру т. е. больше предназначены для хранения наследственной информации. (Это можно доказать математически с точки зрения скорости адаптации вида к изменяющимся условиям, но строгое доказательство будет сложным для неподготовленного читателя, поскольку потребует знания генетики и некоторых специальных разделов математики).

Конкретно для человека, как биологического вида, получается, что мужчины сильнее различаются между собой, а женщины слабее, т. е. все женщины гораздо более одинаковы практически по любому параметру. Возьмем к примеру интеллект. Среди женщин во всей истории человечества практически отсутствуют выдающиеся личности, кругом одни мужчины, но и не дотягивающих по развитию до средней нормы женщин гораздо меньше, чем таковых мужчин. Выполнение простой рутинной, но требующей аккуратности работы, как к примеру бухгалтерия, больше подходит для женщин, а творческую, нестандартную естественнее выполнять мужчинам. Если условно за социальную норму взять например законопослушание, то отклонения от нее среди мужчин будут встречаться гораздо чаще, чем среди женщин. Число спившихся или наркоманов мужчин значительно превосходит число аналогичных женщин и т. д.

Один из возможных практических итогов сделанного вывода получается таким: женская мечта найти себе «принца» не лишена смысла, они хоть редко, но все же встречаются, а вот найти «принцессу» не представляется возможным, их практически нет в природе. Хотя конечно самое трудное в этом деле – знать как выбирать, а это рассмотрим чуть позже, в другом разделе.

Из правильных игровых стратегий мужских и женских особей в вопросе производства потомства, с точки зрения естественного отбора, можно сделать некоторые выводы о биологической природе любви. Для самца основной стратегией будет – как можно больше самок охватить своим сексуальным вниманием, и как можно меньше других самцов допустить к ним. В переводе на современный житейский язык моногамной семьи (с одним постоянным партнером) это выливается в отсутствие для мужчины любви к одной женщине, биологическое стремление мужа к «беганью» из семьи, при сильно развитом чувстве мужской ревности и отсутствии любви к детям.

Для самки стратегия несколько иная. Основным элементом ее стратегии поведения становится забота о детях. В первом приближении ей все равно от кого рожать детей, ее гены уже гарантировано останутся, и другим самкам она не в состоянии помешать иметь детей. Но во втором приближении ей выгоднее рожать от суперсамца, так, чтобы ее дети унаследовали и его признаки, одновременно ей выгодно отгонять других самок от суперсамца, чтобы они рожали от худших самцов, и ее дети, унаследовав лучшие признаки от отца имели бы фору в дальнейшем естественном отборе перед другими. В переводе на язык современных отношений это проявляется в сильной любви женщины к своим детям, несильной любви к мужу, т. е. любовь есть, но при этом есть и потенциальная готовность уступить ухаживания другого, и относительно небольшой ревности к другим женщинам, почему в принципе достаточно естественны женские гаремы.

Хотя сделанные выводы верны, в чем каждый в состоянии убедиться сам, не будем их переоценивать. Биологическая природа сильна, но она не единственная формирует человеческую личность. Для рассматриваемого круга вопросов, по-моему, удовлетворительной будет модель, учитывающая, кроме биологической природы, общественное воспитание и самовоспитание человека. А в некоторых вопросах придется рассматривать и духовную природу. Каков относительный вклад каждого из этих начал? Даже для более простого объекта, чем человек, примитивных ярлыков навесить не удастся. Например, попытка отобрать кусок мяса у голодной собаки может плачевно кончится и для хозяина, пересилит инстинкт. Но специальное воспитание служебных собак позволяет перебороть этот инстинкт, и обученная собака не будет есть без разрешения хозяина, как бы голодна она ни была.

Модель личности (не только человека но и многих видов животных) с учетом этого может быть сформулирована следующим образом: внешний мир воздействует на органы чувств, информация от органов чувств поступает в анализатор – мощный биологический компьютер в мозгу, который в свою очередь, после обработки информации, воздействует на центр «удовольствия – неудовольствия». Из центра «удовольствия – неудовольствия» сигнал поступает обратно в анализатор, который сообразно ситуации во внешнем мире, опыту и эмоциональной оценке центра «удовольствия – неудовольствия», отдает команды на исполнительные органы биологического организма.

Органы чувств состоят из внешних датчиков, непосредственно испытывающих воздействие внешнего мира и преобразующих это воздействие в нервные импульсы, и соответствующих отделов мозга, которые обрабатывают поступающую нервно-импульсную информацию, преобразуя ее в образную форму, с которой далее оперирует наше сознание. Ведь строго говоря, мир, пусть он реально и существует, никакой. Красным или зеленым, холодным или горячим, скользким или шершавым, кислым или сладким его делают наши органы чувств после обработки поступающих от внешнего мира сигналов. Вся цепочка от внешних рецепторов, т. е. нервных окончаний, взаимодействующих с окружающей средой, до участков мозга, представляющих информацию от них в образной форме нашего представления внешнего мира, это всего лишь продукт естественного отбора. В природе не могла стоять задача, чтобы эта цепочка «адекватно» отражала внешний мир, но зато естественный отбор должен был позаботится о том, чтобы эта цепочка так отражала этот внешний мир, чтобы биологическим особям с этим отражением внешнего мира было легче выжить и оставить потомство. И так, исходя из этого заключаем, что мы располагаем набором биологических приборов (органов чувств), которые оптимальным образом, с точки зрения нашей защиты в этом мире, отражают в сознании внешний мир. Эти биологические приборы состоят из неизменной приборной и программируемой части Т. е. естественный отбор создав оптимальный инструмент, предусмотрел в нем и программируемый блок и инструмент для программирования. Как известно, ребенок в раннем детстве проходит определенное обучение, приводя в соответствие свои ощущения от различных органов чувств с внешним миром. С совсем маленьким ребенком обсудить эту тему невозможно, но со взрослым человеком с врожденным дефектом какого-то органа чувств, например слепотой, после успешного лечения, вполне можно обсуждать и исследовать этот процесс программирования.

Центр (или центры) «удовольствия – неудовольствия» реально существует в мозгу, специалисты нейрохирурги умеют вживлять в него электроды для прямого воздействия. Он, как и все прочее, является продуктом естественного отбора.

Анализатор состоит из приборной части, т. е. собственно компьютера и системы для программирования этого компьютера. Часть программного обеспечения уже заложена в компьютер с рождения, часть программного обеспечения вносится в детстве во время знакомства с миром, часть постоянно вносится и корректируется в процессе жизни через набор психологических механизмов общественного воспитания, и наконец, последняя часть вносится сознательно самим человеком через осмысленный анализ мира.

Человеческая личность, ее Я, определяется содержанием программного обеспечения, заложенного в анализаторе. Насколько может меняться это содержание, настолько же может и меняться личность в процессе жизни. Здесь же те начала человеческой личности, о которых говорилось выше. Биологическая природа это неизменная часть анализатора плюс врожденная часть программного обеспечения, которая отвечает за физиологические ощущения и управление физиологией организма. Общественное воспитание – часть программного обеспечения, которая вносится через психологические механизмы, другими словами, общественный гипноз и неосознанное самовнушение. Самовоспитание это часть программного обеспечения, соответствующая осознанному самовнушению и аналитическому осмыслению мира. Условно можно считать, что анализатор состоит из множества каналов, обрабатывающих информацию параллельно. Специалисты утверждают, что мощность каналов, обрабатывающих подсознательную информацию, приблизительно в миллион раз выше, чем аналитического канала, а мощность физиологических каналов в миллион раз выше, чем подсознательных.

Проанализируем возможность эволюции человека из животного. Для начала определим, какой биологический вид лучше подходит для дальнейшей эволюции.

Он должен быть с максимально развитой нервной деятельностью, т. е. в его компьютере должно быть как можно больше различных программ, да еще программы, определяющие какой из них необходимо воспользоваться конкретно сейчас. Из того обязательного для естественного отбора арсенала, который рассмотрен выше, наибольший объем вариантов нервной деятельности доставляет реакция на опасность. Если взять крупного хищника, ему большой запас подпрограмм не нужен, его реакция на любого врага может быть достаточно однообразной – атаковать. Если взять мелкое животное, то в его арсенале преобладают тоже однообразные решения – спрятаться. Поэтому нужно животное среднего размера, которое может сильно варьировать свои действия в зависимости от ситуации: прятаться, убегать, атаковать, пугать, изображая атаку, но с возможностью быстро переключиться на убегание или на действительную атаку и т. д.

Вид должен быть коллективным животным, чтобы из коллективных отношений могли развиться социальные отношения. Это значит, что несколько особей этого вида должны иметь возможность кормиться на небольшой территории, т. е. вид вероятнее всего должен питаться в основном растительной пищей, но с возможностью перехода на животную.

Вид должен иметь руку, способную что-то держать, и некоторую естественную склонность к хождению на двух нижних конечностях, чтобы для него было естественно что-то в этой руке держать.

Если выбран биологический вид, отвечающий перечисленным выше условиям, то исходя из стратегии поведения самца должна сложиться гаремная форма семьи. Самый сильный в округе самец должен собрать самок в гарем, отгонять от него других самцов. Как говорилось выше, самки этому не должны противиться. Куда податься остальным самцам, при естественном соотношении для приматов самцов и самок один к одному. Я считаю наилучшей стратегией для них обитать рядом, в безопасной зоне от хозяина гарема, и постоянно быть готовыми к уводу части гарема, вступлению в сексуальную связь с самкой из гарема, если хозяин зазевался, или атаке хозяина гарема, с целью занять его место. При этом между холостыми самцами должна быть установлена иерархия, в смысле кто кому уступает, если подвернулся благоприятный случай. Если этого не будет сделано, то вместо возможности воспользоваться благоприятным случаем, они начнут выяснять отношения между собой, и благоприятный случай наверняка будет упущен. Таким образом я нарисовал вполне логичную картину для возникновения иерархической структуры в среде холостых самцов, а стало быть естественный отбор должен был такую систему поведения закрепить. Если к этому добавить, что хозяин гарема тоже когда-то был молодым холостым самцом, то он прошел через эту систему. Поэтому вполне логично будет включить его в общую иерархическую схему, поставив на первую позицию. Суть иерархической схемы получается в следующем: младший по рейтингу самец всегда уступает старшему, младший при случае готов оспорить рейтинг старшего, но тот готов защищать свое место в иерархии и очень яростно, проигравшая сторона должна ретироваться, это сохраняет ей жизнь, победитель в этом случае не добивает побежденного. Наряду с зачатками социальных отношений возникают и зачатки морали. А самец воспитывается в среде, проходя общественное воспитание, в котором у него развивается чувство хозяина, собственника. Естественно, место в иерархии регулирует не только отношение к самкам, но и по любому принципиальному вопросу: еды, удобного места, и чего угодно другого, что может иметь ценность в среде обезьян.

Мы логически естественным образом (на основе механизма естественного отбора) подошли к возникновению зачатков общественных отношений, которые сегодня можно обнаружить у многих видов животных, живущих стаями. Попробуем выявить тот качественный переход, который все же отделяет человека от животного, и найти механизм для его преодоления.

Есть мнение, что эта грань проходит через изготовление орудий труда. В научно-популярном фильме «Обезьяний остров» (около 1980 года) исследователи несколько месяцев наблюдают за группой шимпанзе, выпущенных в теплое время года на небольшой необитаемый остров, иногда ставя перед своими подопечными практические задачи. Приведу одну из таких характерных задач. На земле закреплен прозрачный ящик с дверцей, в ящике лакомство. Дверца хорошо подогнана, не туго, но плотно закрыта. Ее можно открыть, но устройство, управляющее дверцей находится в трех метрах от ящика. Пока тянешь за кольцо, дверца открыта, отпускаешь – дверца закрывается. Обезьяна изучает устройство, пытается ногтями подцепить дверцу и открыть; не удается, дверь хорошо подогнана. Пытается ногой оттягивать кольцо, а рукой достать лакомство; роста немного не хватает. После этого обезьяна отправляется в кустарник, выламывает там ветку, обдирает с нее мешающие мелкие ветки. Ногой тянет за кольцо, а рукой конец ветки вставляет в приоткрывшуюся щель, не давая дверце захлопнуться. После этого отпускает кольцо и неплотно прикрытую дверь открывает руками. Т. е. обезьяна в состоянии делать простейшие орудие труда, при этом заранее представляя, каким оно должно быть (абстрактное мышление). Высказанная выше версия о грани, отделяющей человека от животного, не проходит.

Авторы фильма провели эту грань в другом месте. Задача для нескольких обезьян была такой: под тяжелым камнем лежит лакомство. Одна обезьяна не в состоянии поднять камень, но силы двух обезьян достаточно. Чтобы решить задачу, они должны были бы объединить усилия, договориться. Этого не произошло. По мнению авторов фильма грань между человеком и животным проходит через организованную коллективную деятельность.

Не берусь оспаривать результата опыта, но с выводом авторов фильма позволю себе не согласиться. Многие хищники, живущие стаями, охотятся коллективно, более того с разделением функций. Одни загоняют, другие из засады нападают. Стало быть в компетенции естественного отбора обеспечить совместный коллективный труд с разделением функций у животных. При этом схемы охоты на разных животных в принципе отличаются, значит существуют и какие-то механизмы (видимо предварительное обучение), позволяющее совместно решить, когда какую схему использовать.

Даже попытки провести грань, отделяющую человека от животного, через заведомо человеческие занятия, как земледелие и животноводство, обречены на неудачу. Можно построить очень естественные схемы на основе часто повторяемых случайных событий и естественного отбора, приводящие животных относительно высокого уровня развития к этим занятиям. То, что естественному отбору это вполне по плечу, можно видеть на примере муравьев, разводящих тлей. А земледелие вполне может сложиться из широко распространенной у многих животных привычки прятать что-то съедобное, закопать, да еще пометить территорию. Если в качестве закапываемого будет, например, корнеплод, размножающийся вегетативно, то это очень хороший способ класть на хранение, и он вполне может войти в привычку.

Попытки провести грань, отличающие человека от животного, через умение говорить, могут быть состоятельны только отчасти. Во-первых, речь – вторичный инструмент, развивающийся вместе с потребностью, диктуемой родом занятий. Во-вторых, звуковых сигналов не врожденного происхождения, в арсенале различных видов животных вполне достаточно, чтобы служить зародышем для будущего языка. Животные вполне в состоянии различать и запомнить десятки различных звуковых сигналов от человека, сами только не могут их воспроизводить в таком объеме. Голосовой аппарат вместе с участком, мозга, отвечающим за речь, оказывается к этому не готов. Т. е. если идти по пути наименьшего сопротивления, то можно предположить, что у животных не подготовлен участок мозга, управляющего некоторыми тонкими движениями, такими как развитая речь (Такую версию мне приходилось слышать), и им необходим еще период в десятки тысяч лет для биологической эволюции мозга, создания в нем соответствующего отдела.

Лично мне эта версия не нравится. Очень сложно допустить, чтобы природа, создав биологический компьютер колоссальной мощности, не сделала память в нем достаточно унифицированной для любого рода информации. Эволюция вероятно начала с создания компьютера для управления физиологией организма. Для этого нужны огромные вычислительные мощности. Запас по ним тоже должен быть и немалый, потому что это вопрос выживания организма. Можно ли представить себе, что из-за случайной гибели одной нервной клетки в мозгу, нейрона, вдруг перестанет функционировать сердце или почки. Естественный отбор обязан был позаботиться о запасе объемов памяти, и вычислительных мощностей, вариантах дублирования программ и т. д.

Если мы немного проанализируем работу собственной памяти, то обнаружим в ней очень много интересного и рационально устроенного. Например, то что нам требуется часто, лежит в памяти где-то очень близко. Мы можем пользоваться им неосознанно, автоматически, даже если это интеллектуальная информация. А память о чем то давно прошедшем, хранится где-то очень далеко в «архиве», не мешая сиюминутным делам, но при желании может быть там обнаружена и извлечена.

Поэтому вполне естественно предположить, что эволюция создав компьютер для физиологии, заложила там многократный запас по мощности. Практически параллельно с работой по созданию этого компьютера велась и эволюционная работа по созданию в нем программируемых блоков и систем для программирования в процессе жизни. Под это отводилась ничтожная часть (порядка одной миллионной) от всех вычислительных мощностей. При этом, естественно, как-то решался вопрос о перераспределении памяти, ведь объем программ, поступающих в течение жизни заранее не известен, как то должен был быть решен о приоритете хранящихся в памяти программ, если места перестает хватать и т. д. Поэтому, наиболее естественно, чтобы в ходе эволюции и на программируемые участки памяти отвелись объемы с многократным запасом. А в этой памяти по мере надобности выделяется объем и для абстрактного аналитического мышления. Ведь четкую грань между конкретным и абстрактным мышлением тоже провести едва ли удастся. Аналогично и для участка мозга, управляющего речью. Изначально под него какой-то минимальный объем зарезервирован, но если его не будет хватать, то добавятся новые объемы памяти в соответствии с потребностью. Другими словами, человек с рождения находится в состоянии интенсивного обучения человеческой речи, идеально подходящей под его физиологические голосовые данные. Это приводит к развитию в мозгу соответствующего центра, который изначально (с момента рождения) находился в рудиментарном состоянии. Предлагаемая гипотеза состоит в том, что если другое высокоорганизованное животное (обезьяна, дельфин, касатка, может быть волк) поместить в аналогичные с их точки зрения условия, когда с детства их интенсивно обучают речи, адекватно подходящей под их голосовой аппарат, и эта речь вписывается, как часть, в общее освоение ими мира, то они вполне могут заговорить, уже в человеческом понимании значения этого слова. Между прочим, женская разговорчивость – продукт естественного отбора, сложившийся для обучения ребенка речи. В результате обсуждения, проведенного выше, я бы взялся так сформулировать окончательный вывод: какой-то качественной революционной грани, отделившей человека от других животных, не видно. Вероятнее всего, человек просто опередил идущих следом за ним в процессе эволюции. Для объяснения появления человека нет нужды привлекать идеи о внесении сознания в бессознательную животную оболочку Прометеем, каким-то Божеством или инопланетным разумом. Косвенным подтверждением этого утверждения может быть и тот факт, что у многих животных (тигр) в наследственной памяти, видимо, сидит запрет нападать на человека. Это возможно, только как результат естественного отбора, т. е. для этих животных человек был человеком на протяжении очень многих тысячелетий.

В заключение раздела о естественном отборе я рассмотрю еще один специальный вопрос, стоящий в стороне от общего изложения, чтобы больше к нему не возвращаться. Теории этногенеза Л. Н. Гумилева, я намерен посвятить существенный раздел данной работы, а сейчас коснусь всего одного аспекта введенного им понятия «пассионарности». Гумилев утверждает, что это свойство антиинстинктивно, что оно противоречит естественному отбору, инстинкту самосохранения. И в качестве примера приводит факты из поведения животных, когда вожак стаи защищает стаю, часто жертвуя собой. В этой части изложения я не намерен обсуждать корректность введенного им понятия, но с оценкой поведения вожака стаи как антиинстинктивной абсолютно не согласен, считая такую оценку поверхностной, примитивной. В природе очень часто случается, что один инстинкт противоречит другому. Ведь само понятие инстинктов это наше упрощенное (модельное) представление о механизмах, регулирующих поведение животного, и теоретическое решение очень усложняется, когда между собой начинают конфликтовать различные инстинктивные установки. Чтобы получить строгое решение необходимо вернуться к первопричине, формирующей инстинкты, т. е. основной установке естественного отбора – оставить после себя как можно больше потомства. Вот с этой точки зрения и надо рассматривать поведение вожака, чтобы иметь право утверждать является его поведение естественным или противоестественным. В моем понимании естественны следующие варианты поведения вожака в зависимости от его возможностей и характера опасности: бежать впереди стаи, уводя ее за собой от опасности; давать убегать стае, прикрывая ее отход, и как вариант, уводя за собой преследователей; защищать стаю на месте. Я только совершенно исключаю вариант, который по мнению Гумилева, видимо должен быть наиболее естественным в соответствии с инстинктом самосохранения, – в случае опасности бросать стаю и «делать ноги», забыв о своем гареме. И дело здесь совсем не в морали, а в том, что самец с подобной установкой поведения никогда не будет иметь своего гарема и не оставит потомства, хотя сам и спасется.

Современному человеку законы Дарвина не указ — Российская газета

Современному человеку законы Дарвина уже не указ, утверждают многие ученые. Он вышел из-под действия главного закона природы — естественного отбора — и остановился в биологическом развитии. Словом, больше не эволюционирует. Вина за это лежит, в частности, на современной медицине. Наши предки жили по законам природы. Миром правил отбор: наиболее приспособленные выживали, слабейшие отбраковывались. Сегодня все иначе. Медицина дает шанс на жизнь людям с тяжелыми наследственными заболеваниями и даже аномалиями. Как следствие, стремительно увеличивается нагрузка на генофонд человечества, он загрязняется «плохими» генами. Дарвин с его законами отбора в современном мире перестает действовать.

Однако у этой точки зрения немало оппонентов. Они считают, что на естественном отборе рано ставить крест. Он продолжает работать, но в новых реалиях. Если раньше нашему предку приходилось выживать в суровых условиях дикой природы, то сейчас задачи иные. Ведь уже сам человек творит новую среду обитания, но механизм адаптации к ней не изменился. Сейчас нам приходится приспосабливаться к достижениям цивилизации точно так же, как когда-то далекий предок приспосабливался к изменениям климата. Но есть одно но… Если климат менялся крайне медленно, за сотни тысяч, а то и миллионы лет, то затем изменения в образе жизни стали стремительно ускоряться. И они заставляют человека в условиях цейтнота находить ответы на эти вызовы самому себе.

— Вот лишь один пример, — говорит кандидат биологических наук из Института общей генетики РАН Светлана Боринская. — Есть целые народы, которые не переносят молоко, скажем, китайцы. С точки зрения биологии так и должно быть. Ведь человек, как и все млекопитающие, вскармливает детенышей молоком. У них вырабатывается фермент, расщепляющий молочный сахар. Но вот малыш подрастает, и ему молоко уже не требуется. Значит, не нужен и фермент. И тогда отвечающий за него «молочный» ген перестает работать, отключается. Что и произошло с китайцами.

Почему же сегодня миллионы людей без всяких проблем могут пить молоко до глубокой старости? Все дело в мутации «молочного» гена. Среди наших предков были люди с такими мутациями, но не играло существенной роли, пока человек был охотником-собирателем. А вот 10 тысяч лет назад он переключился на земледелие и скотоводство, молоко полилось, что называется, рекой. «Мутанты» смогли употреблять молоко и во взрослом состоянии. В итоге произошел отбор по мутантному «молочному» гену. Сегодня в Дании и Голландии этот напиток пьют практически все взрослые. У русских доля меньше, около 60 процентов. Это яркий пример, как хозяйственные и культурные особенности меняют генофонд популяции.

— Надо отметить, что наш геном уже не поспевает за стремительным развитием цивилизации, — говорит Светлана Боринская. — Отсюда и многие наши недуги. По сути, болезни цивилизации, скажем, атеросклероз, диабет, гипертония, заложены в нас генетически. И виноваты «жадные» гены. Ведь наш организм устроен рационально: если в пище чего-то не хватает, то именно этот дефицит он из еды максимально аккумулирует. Так, в рационе охотников-собирателей было мало соли, углеводов, холестерина, поэтому их генетический аппарат был «жадным» до этих продуктов, «заточен» на них. Кстати, в генофонде бушменов Африки, рацион которых примерно такой же, как у наших далеких предков, частота «жадных» генов и сегодня очень высока.

Что касается большинства населения планеты, то наше меню человека забито солью, углеводами, холестерином. Но мы не приспособлены к этому избытку, так как геном не может столь быстро перестроиться. И то, что когда-то помогало популяции выживать, сегодня мешает: соль вызывает гипертонию, холестерин — атеросклероз, сахар — диабет. Словом, в ходе социальной и технической эволюции появляются все новые факторы риска, причем намного быстрее, чем наш генетический аппарат успевает к ним подстроиться.

Яркий пример связи генетики и переломов в развитии человечества приводит британский ученый Грегори Кларк. Он рассматривает причины промышленной революции в Англии в XVII-XIX веках. Об этом феномене в истории человечества ученые спорят уже не один десяток лет, в частности, называют демографию, развитие демократии, появление патентов и т.д. Кларк утверждает, что в основе революции лежит генетика. Переход нашего предка к аграрной жизни заставил быть более бережливым, ответственным, как следствие — богатеть. Вместо импульсивной, «вольной» жизни охотника и собирателя он постепенно превратился в дисциплинированного труженика, который должен каждый день приходить на работу без опозданий и трудиться по восемь и более часов. Что, кстати, за десятки тысяч лет предыдущего развития вовсе не было естественно для человека. Но аграрное общество наступало вольнице на горло, ведь нужно было в строго определенное время сеять и собирать урожай.

Но как же все эти годы работал генетический механизм? Как он «породил» промышленную революцию? Кларк доказывает, что у аграриев из поколения в поколение шел отбор по «гену работника», «гену цивилизованного человека». То есть средний класс формировался генетически. Это были относительно богатые люди, в семьях которых детей больше, чем в бедных. Они наследовали те черты, которые позволили их родителям стать богатыми. Так как у богатых детей становилось слишком много, то отпрыскам пришлось спускаться в низкие слои и постепенно распространять сюда «хорошие» гены. Словом, культура высшего класса распространилась на все общество через биологические механизмы.

Но почему она произошла именно в Англии, а не в какой-то другой стране, которые также жили в аграрных экономиках? Причина, по мнению Кларка, в резком росте населения в этой стране. Менее чем за сто лет оно выросло втрое, а человеку впервые в истории удалось выбраться из кошмара знаменитой мальтузианской ловушки. Британский ученый Томас Мальтус доказывал, что каждый скачок производительности труда увеличивает рождаемость, но этот рост числа едоков «съедает» все излишки, возвращая общество на круги своя. И вот в Англии впервые дополнительная рабочая сила стала увеличивать, а не проедать доходы. Кларк замечает, что английские рабочие ускорили приближение промышленной революции своим упорным трудом как в цеху, так и в постели.

Эта версия Грегори Кларка сразу попала под огонь критики. Не меньше досталось и работе американского нейрофизиолога Брюса Лана. Сравнив современного человека и жившего 37 тысяч лет назад, он обнаружил изменения в двух генах, отвечающих за развитие мозга: один — за увеличение его объема, второй — за усложнение строения. По мнению Лана, первый ген «усовершенствовался» под влиянием культуры, искусства, письменности и ремесел. Они требовали от человека сложных навыков. Естественный отбор отдавал предпочтение тем, у кого этот ген был качественнее, отбраковывая бездарных и тупых. Второй ген улучшался благодаря развитию сельского хозяйства и возникновению городов.

Ученые выяснили, у каких людей больше шансов победить в эволюционной гонке

https://ria.ru/20190813/1557426857.html

Ученые выяснили, у каких людей больше шансов победить в эволюционной гонке

Ученые выяснили, у каких людей больше шансов победить в эволюционной гонке — РИА Новости, 13.08.2019

Ученые выяснили, у каких людей больше шансов победить в эволюционной гонке

Современные британцы унаследовали от предков несколько вариантов генов, которые помогли им стать выше, более светлокожими и веснушчатыми. По мнению ученых,… РИА Новости, 13.08.2019

2019-08-13T08:00

2019-08-13T08:00

2019-08-13T10:39

наука

великобритания

кембриджский университет

колумбийский университет

открытия — риа наука

эволюция

болезнь альцгеймера

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155055/56/1550555634_179:0:3820:2048_1920x0_80_0_0_1955d396dee5a77e1728c8b48543c27b.jpg

МОСКВА, 13 авг — РИА Новости, Альфия Еникеева. Современные британцы унаследовали от предков несколько вариантов генов, которые помогли им стать выше, более светлокожими и веснушчатыми. По мнению ученых, естественный отбор все еще действует среди людей и направляет эволюцию так, чтобы жизнеспособность человека повышалась. Все как у зверейВ 2012 году международная группа исследователей изучала данные из церковно-приходских книг четырех финских деревень: Хиттинен, Кустави, Рымааттылаа и поселения на острове Икаалинен. Всего проанализировали информацию о почти шести тысячах человек, проживавших в этих местах с 1760-го по 1849 год. Это довольно большая выборка, затрагивавшая сразу несколько поколений отдельных семей. Ученые могли проследить репродуктивный успех каждого человека, оценивая его по четырем критериям: достижение половой зрелости, возможность выбрать брачного партнера, успешный брак и уровень плодовитости. Все эти сведения содержались в церковно-приходских книгах, куда вносили записи о крещении, венчании и смерти. Анализ показал, что способность передать гены потомкам не зависела от принятой в общинах моногамии, социального и имущественного неравенства или общего культурного уровня. Кроме того, несмотря на норму, запрещающую менять брачного партнера, репродуктивный успех мужчин варьировался шире, чем у женщин. Это, кстати, соответствует правилу естественного отбора: эволюционная изменчивость самок, несущих большие репродуктивные риски, меньше, чем у самцов.Иными словами, естественный отбор среди людей шел так же, как в дикой природе у животных. И самыми успешными представителями сообществ считались те, кто прожил дольше и успел воспроизвести больше потомков, тоже отличавшихся повышенной живучестью и плодовитостью.Выше, светлее и в веснушкахЧетыре года спустя международная команда ученых исследовала естественный отбор в человеческой популяции более детально. Ученые проанализировали свыше четырех миллионов точечных мутаций, которые встречаются у современных британцев с частотой более пяти процентов. Материалом послужили геномы более трех тысяч человек, включенные в биобанк Соединенного Королевства. В первую очередь специалисты обращали внимание на те генетические варианты, частота которых менялась в десять, а иногда и в сто раз быстрее, чем обычно. Дело в том, что в результате разных процессов частоты генов меняются постоянно, и скорость этих преобразований известна. Если какая-то мутация стремительно распространяется внутри популяции, то вряд ли это случайность.В итоге выделили четыре гена, повлиявших на образ жизни и внешний облик. Один связан с возможностью синтезировать лактазу — фермент, участвующий в усвоении молочного сахара. Именно благодаря ему организм взрослого человека переваривает молоко.Обычно этот вариант гена встречается в популяциях, которые практиковали молочное животноводство. По мнению авторов работы, он появился у предков современных обитателей Великобритании минимум две тысячи лет назад. Другие важные генетические вариации, закрепленные естественным отбором, определили более светлую пигментацию волос и глаз, а также образование веснушек. Кроме того, названы несколько сотен генов, которые сделали современных британцев немного выше ростом, а британок — шире в бедрах. Также часто встречались аллели, ответственные за увеличение окружности головы и веса у новорожденных и позднее половое созревание у женщин. Бабушки в помощьГенетики из Кембриджского и Колумбийского университетов на выборке порядка двухсот тысяч человек показали, что естественный отбор действует даже в пределах одного поколения. Так, в старших возрастных группах отбраковываются генетические варианты, которые могут негативно влиять на продолжительность жизни.Речь прежде всего идет о гене APOE. Он кодирует белок — переносчик холестерола, необходимый, среди прочего, для восстановления повреждений нервной ткани. Для некоторых вариантов этого гена, например APOE ε4, доказана связь с болезнью Альцгеймера. Частота именно таких опасных вариаций снижается в европейской популяции с увеличением возраста. Причем это более характерно для женщин. Что касается мужчин, то у них негативному отбору подвержены варианты гена рецептора CHRNA3, связанные с тяжелой никотиновой зависимостью. Снижение частоты обоих плохих вариантов генов наблюдалось у большинства участников исследования старше 70 лет, то есть уже после репродуктивного возраста. На первый взгляд, такой отбор среди стариков кажется бессмысленным. Однако здоровые бабушки и дедушки способны взять на себя заботу о внуках, что позволит их сыновьям и дочерям рожать еще больше детей и таким образом обеспечить эволюционный успех именно своим генам.

https://ria.ru/20190729/1556963108.html

https://ria.ru/20190615/1555578000.html

https://ria.ru/20190304/1551488251.html

великобритания

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

великобритания, кембриджский университет, колумбийский университет, открытия — риа наука, эволюция, болезнь альцгеймера

МОСКВА, 13 авг — РИА Новости, Альфия Еникеева. Современные британцы унаследовали от предков несколько вариантов генов, которые помогли им стать выше, более светлокожими и веснушчатыми. По мнению ученых, естественный отбор все еще действует среди людей и направляет эволюцию так, чтобы жизнеспособность человека повышалась.

Все как у зверей

В 2012 году международная группа исследователей изучала данные из церковно-приходских книг четырех финских деревень: Хиттинен, Кустави, Рымааттылаа и поселения на острове Икаалинен. Всего проанализировали информацию о почти шести тысячах человек, проживавших в этих местах с 1760-го по 1849 год.

Это довольно большая выборка, затрагивавшая сразу несколько поколений отдельных семей. Ученые могли проследить репродуктивный успех каждого человека, оценивая его по четырем критериям: достижение половой зрелости, возможность выбрать брачного партнера, успешный брак и уровень плодовитости. Все эти сведения содержались в церковно-приходских книгах, куда вносили записи о крещении, венчании и смерти.

Иными словами, естественный отбор среди людей шел так же, как в дикой природе у животных. И самыми успешными представителями сообществ считались те, кто прожил дольше и успел воспроизвести больше потомков, тоже отличавшихся повышенной живучестью и плодовитостью.

Выше, светлее и в веснушках

В первую очередь специалисты обращали внимание на те генетические варианты, частота которых менялась в десять, а иногда и в сто раз быстрее, чем обычно. Дело в том, что в результате разных процессов частоты генов меняются постоянно, и скорость этих преобразований известна. Если какая-то мутация стремительно распространяется внутри популяции, то вряд ли это случайность.

В итоге выделили четыре гена, повлиявших на образ жизни и внешний облик. Один связан с возможностью синтезировать лактазу — фермент, участвующий в усвоении молочного сахара. Именно благодаря ему организм взрослого человека переваривает молоко.

Обычно этот вариант гена встречается в популяциях, которые практиковали молочное животноводство. По мнению авторов работы, он появился у предков современных обитателей Великобритании минимум две тысячи лет назад.

Другие важные генетические вариации, закрепленные естественным отбором, определили более светлую пигментацию волос и глаз, а также образование веснушек. Кроме того, названы несколько сотен генов, которые сделали современных британцев немного выше ростом, а британок — шире в бедрах. Также часто встречались аллели, ответственные за увеличение окружности головы и веса у новорожденных и позднее половое созревание у женщин.

Бабушки в помощь

Речь прежде всего идет о гене APOE. Он кодирует белок — переносчик холестерола, необходимый, среди прочего, для восстановления повреждений нервной ткани. Для некоторых вариантов этого гена, например APOE ε4, доказана связь с болезнью Альцгеймера. Частота именно таких опасных вариаций снижается в европейской популяции с увеличением возраста. Причем это более характерно для женщин.

Что касается мужчин, то у них негативному отбору подвержены варианты гена рецептора CHRNA3, связанные с тяжелой никотиновой зависимостью.

Российские биологи впервые наглядно показали механизм эволюции на высших организмах

Рыбка колюшка показала, как в природе происходит эволюция по Дарвину — приспособление к новой среде обитания путем естественного отбора. Авторы работы — российские биологи — рассказали о ней «Газете.Ru».

Маленькая рыбка, трехиглая колюшка, наглядно продемонстрировала биологам механизм эволюции по Дарвину – изменение под давлением естественного отбора.

13 сентября 10:49

Ученым удалось на генетическом уровне увидеть, как организм приобретает новые признаки и приспосабливается к новой среде обитания.

Статью с результатами исследования колюшки в бассейне Белого моря группа российских ученых опубликовала в журнале PLOS Genetics. Среди соавторов работы — сотрудники созданной по мегагранту лаборатории профессора Алексея Кондрашова на факультете биоинформатики и биоинженерии МГУ, лаборатории молекулярной генетики Всероссийского научного института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО), Беломорской биологической станции МГУ, Института биологии развития РАН, Института проблем передачи информации РАН.

Трехиглая колюшка получила свое название за три шипа на спине (в наших водоемах встречается еще девятииглая, с девятью шипами). Эта рыбка изначально живет в море и приспособлена к обитанию в соленой воде. Но волею случая некоторые популяции оказываются в пресноводных озерах, они там выживают, а значит, вырабатывают приспособления к обитанию в пресной воде. У них появляются некоторые изменения во внешнем облике и поведении. А в основе этих изменений лежат мутации генов, которые в новой среде рыбам не вредны, а полезны.

Колюшка оказалась прекрасной моделью, на которой удалось в реальном времени увидеть такие вещи, которые обычно изучают лишь теоретически, максимум на бактериях.

Биологи показали, какие гены и как изменяются, чтобы колюшка могла жить в пресной воде.

Ученые секвенировали (прочитали последовательность ДНК) геном рыбок, пойманных в различных местах обитания. «Всего было изучено 8 образцов популяций, в каждом образце от 8 до 20 рыбок, — рассказывает «Газете.Ru» первый автор работы, аспирант факультета биоинформатики и биоинженерии МГУ Надежда Тереханова. — Работа над проектом началась в 2010 году на Беломорской биологической станции МГУ, а в 2012 году образцы ДНК колюшки были секвенированы». Среди них были две популяции морской колюшки, выловленные в разных местах, популяции колюшки, уже давно живущей в пресноводных озерах; популяция из озера, которое стало пресным в течение последних 30 лет. И, наконец, популяции из двух бывших карьеров, в которые колюшка была заселена человеком.

Сначала биологи сравнили геном морской и пресноводной колюшки и выявили более 18 тыс. генетических отличий. Эти отличия представляют собой одиночные замены нуклеотидов (однонуклеотидный полиморфизм, SNP).

«Это как игра в Lego, — говорит «Газете.Ru» заведующий лабораторией молекулярной биологи ВНИРО и руководитель работы Николай Мюге. — Чтобы сделать из торгового корабля флибустьера, не надо перебирать все с нуля, а нужно заменить несколько кирпичиков

— ну там, пушки поставить, мешки убрать, и у тебя получается пиратский корабль. И так же из морской колюшки можно сделать пресноводную. Берутся кирпичики, которые в «морском» наборе есть, просто не часто встречаются.

Когда рыбы заселяют пресноводное озеро, то эти редкие кирпичики оказываются под отбором, соответственно они встречаются с каждым поколением все чаще и чаще, и популяция за сотню поколений становится полностью пресноводной.

17 сентября 15:13

А все остальные кирпичики, весь геном, остался тем же самым».

Итак, ученые нашли генетические маркеры приспособления к пресной воде. Среди измененных были гены, отвечающие за осмотическую регуляцию, гены метаболизма, гены иммунной системы, гены, участвующие в развитии нервной системы, в поведении и др. Интересно, что эти маркеры группировались в «островки» на хромосомах, и таких островков ученые насчитали 19.

Затем в разных популяциях биологи изучили, с какой частотой встречаются эти приспособительные маркеры. Как объясняет Николай Мюге, в морских популяциях колюшки их частота мала, а в пресноводных популяциях после завершения процесса адаптации составляет 80% и выше. Популяция из Ершовского озера, которое отделилось от моря и только недавно опреснилось, претерпевает эволюцию буквально на глазах. Частота пресноводных маркеров за 30 лет поднялась в ней от 5 до 32%.

Ученым повезло с тем, что им удалось закончить эволюционный эксперимент, начатый в 1978 году биологом Валерием Зюгановым. Он в научных целях заселил два искусственных карьера морской и пресноводной колюшкой в равных количествах. Они скрестились, и пошла эволюция. В этих карьерах частота пресноводных маркеров за 33 года поднялась от изначальных 50 до 70%.

«Поскольку нам было известно с точностью до дня, когда именно в карьеры заселили колюшку, мы просчитали, как изменились частоты аллелей за это время, и смогли вычислить коэффициент отбора», — продолжает Николай Мюге. Этот коэффициент характеризует давление отбора,

он показывает, насколько большее преимущество получают носители одних генетических вариаций перед носителями других вариаций.

Если признак нейтральный, коэффициент отбора равен нулю, а чем он больше, тем более полезен в данных условиях.

Естественный отбор — это механизм эволюции по Дарвину. «В популяции есть небольшое количество особей, хуже других приспособленных к данным условиям среды, но обладающих признаками, благоприятными в другой среде, — объясняет Надежда Тереханова. — Попадая же в новую среду, выживают особи, у которых присутствуют эти признаки, потому что они становятся полезными в данной среде. Они оставляют потомство, которое обладает этими полезными признаками, и, таким образом, признаки закрепляются в новой популяции».

Впервые биологам удалось на примере высшего организма — на рыбах — найти участки генома, участвующие в адаптации к новой среде обитания и оценить для каждого из них силу естественного отбора в течение 33 лет. Это большой шаг вперед в изучении механизмов эволюции животных и человека и, по мнению биоинформатика Михаила Гельфанда, который ранее рассказывал об этой работе «Газете.Ru» , «биологически очень красивая задача».

Будущее человека: эволюция и неестественный отбор

11 мая 2016

Группа американских ученых из Гарварда и Массачусетса заявила, что разработала искусственную кожу. Так что в скором будущем, говорят они, если у вас появились морщины или мешки под глазами, или прочие изъяны, вы можете решить эту проблему и радикально омолодиться.

Правда, при ближайшем рассмотрении проблемы оказалось, что решение скорее косметическое, чем биологическое, хотя оно и может иметь положительный эффект для здоровья.

Но мы решили воспользоваться этим случаем, чтобы взглянуть на проблему шире, с точки зрения дальнейшей человеческой эволюции. Куда мы движемся как Homo sapiens, и во что мы превратимся? Что будет с человеком через полвека, век, или, скажем, сто тысяч лет?

Ведущий программы «Пятый этаж» Александр Баранов беседует с зав. кафедрой биологической эволюции биологического факультета МГУ Александром Марковым и доцентом кафедры антропологии биологического факультета МГУ, научным редактором портала антропогенез.ру Станиславом Дробышевским.

Александр Баранов: Прежде чем понять, во что мы превратимся, хотелось бы выяснить, превращаемся ли мы вообще в кого-то, или нет. Я мало что понимаю в эволюции, как и большинство, но мне интересно было узнать, что ученые расходятся даже в вопросе о том, эволюционируем ли мы сейчас. Например, американский антрополог Ян Таттерсолл говорит, что об эволюции человека можно забыть, поскольку человечество стало слишком мобильным.

Мы знаем, что виду нужно находиться в определенной изоляции, чтобы мутации стали нормой. Это, как известно, выяснил еще Чарльз Дарвин на Галапагосских островах. В случае с человечеством сейчас такое невозможно, говорит Таттерсолл. Если следовать его логике, то глобализация по сути дела остановила эволюцию человека. Александр Марков, скажите, как вы относитесь к этой теории? Действительно ли эволюция человека остановилась?

Александр Марков: Это сложный вопрос, потому что все зависит от того, что мы понимаем под словом «эволюция».

А.Б.: Эволюция путем естественного отбора в ее классическом варианте.

А.М.: Естественный отбор – это избирательное выживание или избирательное размножение особей. Сейчас естественный отбор человеческой популяции, конечно же, продолжается. И чтобы он полностью остановился, нужна такая фантастическая ситуация, когда среднее количество потомства, оставляемого родителями с разными генотипами, было бы абсолютно одинаковым. То есть, чтобы процесс размножения людей полностью перестал зависеть от их наследственных различий.

А.Б.: Я осмелюсь вам возразить с позиций антрополога Яна Таттерсолла. Он говорит, что дело не в том, что мутации не появляются, дело в том, что нужно несколько поколений, чтобы они закрепились и стали нормой. Сейчас у людей появляются разные генетические мутации, но поскольку человечество постоянно перемешивается, браки становятся не изолированными, то просто нет времени на то, чтобы мутации закрепились, поэтому человек эволюционировать не может.

А.М.: В данном случае вы считаете, что только если мутация закрепилась, это можно считать эволюцией. Действительно, сейчас в такой большой популяции, которую представляет человечество, а это больше семи миллиардов, для того, чтобы новая возникшая мутация закрепилась, то есть присутствовала у всех особей популяции, нужно огромное количество времени.

То есть, в самом деле фиксироваться современные мутации практически не могут, или это требует огромного количества времени, но тем не менее частоты, с которыми встречаются разные генотипы в разных популяциях, они продолжают потихоньку меняться. Но, конечно, это процесс медленный, то есть некоторые аспекты этого процесса сильно замедляются в силу того, что человечество очень сильно выросло количественно, и из-за того, что усилилась миграция и смешение генофондов — много межнациональных браков, люди переезжают из страны в страну, и все это замедляет процесс фиксации каких-то генотипов.

А.Б.: Станислав Дробышевский, а как вы относитесь к этой идее?

Станислав Дробышевский: Тут есть несколько моментов. Во-первых, то, что сейчас все перемешиваются. Это некоторое преувеличение, потому что это взгляд человека большого города. А как известно подавляющая часть воспроизведения идет не в мегаполисах, а в маленьких поселениях. Мегаполисы скорее съедают генофонд. А в небольших деревнях, раскиданных там и сям, естественный отбор по полной программе идет. И нашу «зацивилизованность» преувеличивать не надо. Ну а то, что идет смешение, на самом деле не уменьшает никоим образом отбор.

То есть да, гены перемешиваются, но когда они не перемешивались? Люди всегда бродили по планете взад-вперед, и всегда у них возникали какие-то сложности, другое дело, что сейчас есть новые факторы отбора. Если раньше люди в основном отбирались по способности голодать, переносить холод или жару или что-то такое, то сейчас может идти отбор на способность сидеть в офисе с утра до вечера, переносить большое количество информации и общаться сразу с большим числом людей. Такие факторы, которых раньше не было, все время появляются, и по ним тоже может идти естественный отбор.

А.Б.: Но основная эволюция человечества, оказывается, происходит в деревне?

С.Д.: Да, действительно, большая часть воспроизводства популяции происходит в сельской местности, это демографический факт.

А.Б.: Я посмотрел, как ученые рисуют себе будущего человека, и картина эта не внушает большого оптимизма. Хотя, может быть, критерии прекрасного в будущем изменятся, но сейчас человека рисуют с большой головой, крупным мозгом, большим животом и мягким местом тоже большим, атрофированными мышцами, маленьким половым органом и красными глазами.

Я удивился – почему красные глаза, но оказалось, что многим придется работать по ночам. Потому что в глобализованном мире придется ориентироваться на основные производственные зоны, а это будет Китай и Индия, а бедные европейцы будут работать по ночам и ходить с красными глазами, так же, как и американцы. Насколько точен такой прогноз?

С.Д.: Я считаю, что это художественное преувеличение, потому что для того, чтобы человек стал таким, нужен очень длительный отбор в эту сторону. У нас в процессе эволюции за последние много миллионов лет действительно увеличиваются мозги, вся эволюция приматов — это увеличение мозга. Но с другой стороны, последние 25 тысяч лет мозги даже немного уменьшаются.

У развития мозга есть пределы. Для того, чтобы он рос такими же темпами, как у тех же Homo erectus, должен быть настолько же мощный отбор. А современная цивилизация создает скорее обратный отбор, то есть мы функции своего мозга перекладываем на калькуляторы, компьютеры, и не факт, что нам такой гигантский мозг вообще-то нужен.

Кроме того, чтобы он поддерживался в рабочем состоянии, нужна очень мощная пищеварительная система и все прочие органы. Поэтому таких уж запредельных изменений вряд ли стоит ожидать, по крайней мере в ближайшие несколько тысяч лет. А предсказывать, что у нас такая технологичная цивилизация, что она с упором на интеллект будет развиваться миллионы лет, это как-то слишком смело.

А.Б.: Да, я тоже встречал мнение, что даже память наша станет хуже, потому что мы всегда сможем найти нужную информацию. Она всегда будет под рукой, и нам не надо будет ничего запоминать.

С.Д.: Другое дело, что для того, чтобы поддерживать такой высокотехнологичный уровень, нужны все-таки интеллектуальные люди. То есть, может создаться ситуация, когда высокие технологии позволят поглупеть, и из-за этого сами высокие технологии не смогут поддерживаться. И тогда придется снова умнеть. Это будет такая синусоида с увеличением и уменьшением мозга, которая в принципе может колебаться сколько угодно, пока не кончится ресурс.

А.Б.: У меня по этому поводу есть собственная доморощенная теория. Может быть, это будет не синусоида во времени, а радикальное разделение человечества, очень маленькую группу людей с большим мозгом, которая будет заниматься интеллектуальной деятельностью, и огромное количество людей с маленьким мозгом, которые либо будут выполнять самые простые работы, либо вообще ничего делать не будут, потому что за них будут работать машины. Довольно грустная картина, но возможно ли такое?

А.М.: Думаю что нет. Во-первых, для того, чтобы происходили какие-то направленные изменения, допустим, увеличивался мозг, должен происходить отбор по этому признаку. То есть особи с большим мозгом должны оставлять существенно больше детей, чем особи с маленьким мозгом, чего в современном человечестве мы практически не наблюдаем.

Нет такого отбора сейчас, поэтому нет вообще никаких оснований говорить о том, что мозг будет увеличен. Скорее намечается обратная тенденция в постиндустриальном обществе. Кроме того, может ли человечество разделиться на два четко различающихся вида? Для того, чтобы вид разделился надвое, между этими двумя новыми видами должна возникнуть репродуктивная изоляция.

Но пока у нас существует свободное скрещивание, никакого разделения ни на какие разновидности быть не может. То есть, если кто-то захотел бы вывести две такие породы людей с большими и маленькими головами, в первую очередь нужно было бы установить репродуктивный барьер, то есть запретить скрещивание. Это обязательное условие, без него никакого разделения не будет.

А.Б.: Но это, скорее, материал для фантастического романа.

А.М.: Ну почему же, я стараюсь дать чисто научное объяснение.

А.Б.: Но вот вещь более прозаическая и предсказуемая: моноэтничность человечества. Предсказывают, что различия в расах будут стираться, что все люди будут в будущем примерно одинаковые. Насколько такой прогноз оправдан?

А.М.: А вот это как раз вполне правдоподобный вариант. С развитием транспорта, со снятием каких-то запретительных барьеров, люди все больше путешествуют, все больше межрасовых браков и так далее. Если это экстраполировать на будущее, мы увидим размывание границ между кластерами морфологическими, культурными. Глобализация, которая идет на уровне культуры, она будет происходить и на уровне генофондов, которые постепенно смешиваются. Это все и сейчас уже происходит.

А.Б.: Станислав Дробышевский, вот мы выяснили, что все это практически неизбежно. Вы как антрополог можете сказать, как такой человек будущего будет выглядеть?

С.Д.: Скорее всего, исходя из общих соображений по частоте признаков у современных людей, он будет с темными волосами и темными глазами, потому что таково подавляющее большинство людей на планете сейчас, и это доминантные признаки. Черты его лица, скорее всего, будут похожи на современных латиноамериканцев или полинезийцев. Фактически это модель будущей абстрактной расы.

Но я лично считаю, что вряд ли так уж все смешается, поскольку для этого должны совсем отсутствовать барьеры. А сейчас просто география играет роль этого барьера. Я уже не говорю про политические и прочие факторы, но расстояние имеет значение, и вероятность девушки с Чукотки выйти замуж за австралийского аборигена, строго говоря, стремится к нулю.

А.Б.: Ну это она сейчас стремится к нулю, а лет через 50 или 100 проблем для их встречи где-нибудь на Филиппинах, по-моему, не будет.

С.Д.: Хотелось бы верить…

А.Б.: Я читал, что сейчас Бразилия является моделью расового слияния.

С.Д.: Фактически да. Только практика показывает, что сплошь и рядом смешение двух групп приводит не к тому, что они напрочь усредняются и становятся одним целым, а то, что две предыдущие группы сохраняются, но возникает еще третья группа с промежуточными вариантами. И смешение групп может приводить не к уменьшению разнообразия, а к увеличению. Хотя в целом, если сравнить современное человечество с Верхним палеолитом, то сейчас разнообразие меньше. То есть за последние 20 тысяч лет разнообразие немного уменьшилось.

А.Б.: То есть, в Верхнем палеолите люди выглядели более разнообразно, чем сейчас?

С.Д.: Да, это было множество маленьких группок, в каждой из которых возникали свои черты. А сейчас эти группы слились и более-менее усреднились.

А.Б.: Я хотел бы перейти к еще одному аспекту этой проблемы – самоэволюции. Это технологические возможности, которые открывают новые горизонты в нашей эволюции. Скажем, самосовершенствование нашего организма с помощью бионических органов. И второй аспект – это выбор родителями нужных генов для ребенка. Это, как говорят ученые, может дать стремительный толчок к изменениям в человеке.

С.Д.: Станислав Лем написал замечательную книгу «Эдем», где он описал последствия таких экспериментов. То есть для того, чтобы сделать это грамотно, надо представлять, какие гены за что отвечают, чего сейчас, строго говоря, нет. Хочется верить, что в ближайшее время генетики и эмбриологи с этим разберутся, и вот тогда действительно можно будет менять все что угодно.

Выращивать дополнительные органы, улучшать те, что есть. Мне представляется, что процесс пойдет по такому пути, что вначале будут исправлять грубые нарушения, типа синдрома Дауна, катаракты, а потом будут косметические вещи типа поправки формы ушей или носа. А потом уже пойдет по полной программе, когда научатся понимать, как взаимосвязаны генетика и эмбриология, и можно будет делать что угодно. Другое дело, насколько это будет полезно, потому что мы не можем предсказать все последствия.

А.Б.: А не получится ли так, что богатые первыми смогут это делать, а бедные – нет, и мы получим не просто богатых, которые становятся богаче, и бедных, которые беднеют, но и богатых, которые будут здоровее, лучше, совершеннее как особи, и бедных, которые будут становиться хуже.

С.Д.: Только с некоторой вероятностью. Другое дело, что богатые, которые будут менять себя, в условиях неотработанной методики окажутся в группе риска, и выживаемость у них в итоге будет ниже. Потому что на данный момент такого рода эксперименты связаны с повышенным риском рака, например. И никто эту проблему пока не решил.

А.Б.: Ну что ж, дадим им возможность быть первопроходцами. Александр Марков, я хотел спросить у вас, как вы думаете, когда в МГУ откроется кафедра биотехнической эволюции путем неестественного отбора?

А.М.: В МГУ уже есть факультет генной инженерии и информатики, есть кафедра биотехнологий, процесс идет в эту сторону. В принципе генная инженерия неизбежно будет играть все более важную роль в дальнейшем развитии человечества. Но прежде всего, это будет не генная инженерия человека, а сельскохозяйственная генная инженерия. Ну а также, конечно, генная терапия, генная медицина, потому что вредные мутации накапливаются.

Благодаря развитию цивилизации, медицины, решении проблемы голода мутанты с испорченными генами, которые раньше погибали, теперь выживают, эти гены сохраняются, копятся в генофонде. Соответственно, нам придется развивать биотехнологии и искусственным путем исправлять ошибки. Как верно сказал Станислав, начнется все с исправления самых грубых и зримых нарушений генома, мутаций с ярко выраженным негативным эффектом. Технологии такого рода уже есть или сейчас разрабатываются.

А.Б.: Есть такая философия трансгуманизма, насколько я знаю, она проповедует электронное бессмертие, в частности, что человек превратится в некого бессмертного киборга. Последователи этой философии говорят, что это будет эволюция путем неестественного отбора. Или это все та же эволюция, просто она приобретает новые формы. Как вы на это смотрите?

А.М.: Естественный отбор, который существует в природе, это вещь довольно неприятная для цивилизованного существа. Принципы биологической эволюции в применении к человечеству – вещь безжалостная, это никому не понравится. Поэтому мне кажется, что путь, который лежит перед человечеством, это путь сознательного управления нашей эволюцией. Но для этого, конечно, надо быстро и качественно развивать науку.

А.Б.: И общество тоже надо развивать. Ученые говорят, что будущее общество станет намного более совершенным и справедливым , оно будет отличаться от нашего общества так же, как мы отличаемся от средних веков, и это даст возможность нравственной регуляции всех этих процессов. Но есть и другие вещи, которые предсказывают, и они довольно жестокие.

К примеру, футурологи в США подготовили отчет о том, что уже к 2040 году человек как вид будет испытывать такую огромную конкуренцию с машинами, что ему придется себя совершенствовать, причем совершенствовать биотехническим путем. Вставлять бионические имплантаты в руки, процессоры в мозг, чтобы он быстрее работал. Предсказывают, что люди, которые пойдут на риск и так себя усовершенствуют, станут зарабатывать намного больше, чем все остальные.

А.М.: Подобные предсказания крайне редко сбываются. Когда мы читаем, что предсказывали футурологи прошлого, обычно это вызывает смех. Всем известны примеры, когда предсказывали, что в XX веке главной проблемой будут горы лошадиного навоза на улицах.

Так что я думаю, что современные предсказания того, что будет через 50 лет, не лучше по качеству. Пока таких технологий, как вживление процессоров в мозг, нет и в помине. Скорее будут развиваться какие-то медикаментозные средства для улучшения памяти и повышения сообразительности.

А.Б.: Не только медикаментозные, но и гормональные, как говорят, человек будущего станет зависеть от дополнительных гормонов.

А.М.: Я включаю это понятие. В общем, это какая-то фармакология и биохимия.

А.Б.: С другой стороны, все эти чипы, ведь это все понемножку начинается. Вживлять, скажем, чип в палец, чтобы не тратить время на набор паролей. Палец приложил – вошел в систему быстрее машины. С этого начнем, а потом и не заметим, как и в мозг себе что-нибудь вкрутим.

А.М.: Может быть, но мне не кажется, что мы к этому быстро идем. Зачем нам конкурировать с машиной. Машины будут брать на себя наименее интересные виды деятельности. Какие виды человеческой деятельности нужно в первую очередь заменить машинами? Всякую скучную, однообразную деятельность.

А.Б.: В самом деле, если зайти на сайт Русской службы Би-би-си, там можно послушать, как машина озвучивает репортажи. Звучит совсем неплохо, по крайней мере все понятно, вот вам и пример того, как машина заменяет человека. Правда, машина сама пока не пишет текст, но ведь все происходит понемножку…

Впрочем, я смотрю на это с долей скептицизма. Я помню статью в журнале «Наука и жизнь», которую я прочитал еще в 80-е годы. Это была такая околонаучная статья, которая объясняла, почему в начале XX века мы все будем работать максимум три дня в неделю, и то по полдня, потому что умные машины нас заменят, и наша жизнь станет легче. На самом деле этого не происходит, а случается часто прямо противоположное. Машины приводят к интенсификации нашего труда.

А.М.: Конечно, в том-то и дело, просто у нас произошла величайшая технологическая революция, появились компьютеры и интернет. Казалось бы, футурологи прошлого должны были представить, что умные машины вытеснят людей с рабочих мест и наступила безработица. Но на самом деле ничего подобного не произошло.

Развитие всей этой технологии дало огромное количество новых рабочих мест, программистов, веб-дизайнеров, системных администраторов, разработчиков нового программного обеспечения. Получилась огромная новая индустрия, и фактически появились новые рабочие места, а не замещение людей.

А.Б.: Да, для того, чтобы машина отобрала у меня мое рабочее место, нужны еще два человека, чтобы они эту машину обслуживали.

А.М.: Вот именно, машины не только отбирают, но и создают работу. Опираясь на то, что создано машинами, люди будут находить себе новые виды занятий.

____________________________________________________________

Загрузить подкаст программы «Пятый этаж» можно здесь.

Естественный отбор | Национальное географическое общество

Английский натуралист Чарльз Дарвин разработал идею естественного отбора после пятилетнего путешествия для изучения растений, животных и окаменелостей в Южной Америке и на островах Тихого океана. В 1859 году он довел до сведения всего мира идею естественного отбора в своем бестселлере « о происхождении видов ».

Естественный отбор — это процесс адаптации и изменения популяций живых организмов.Люди в популяции естественно изменчивы, а это означает, что все они в чем-то разные. Эта вариация означает, что некоторые люди обладают чертами, более подходящими для окружающей среды, чем другие. Особи с адаптивными чертами — чертами, дающими им некоторое преимущество, — с большей вероятностью выживут и размножатся. Затем эти особи передают адаптивные черты своим потомкам. Со временем эти полезные черты становятся более распространенными в популяции. Благодаря этому процессу естественного отбора благоприятные черты передаются из поколения в поколение.

Естественный отбор может привести к видообразованию, когда один вид порождает новый и совершенно другой вид. Это один из процессов, который движет эволюцией и помогает объяснить разнообразие жизни на Земле.

Дарвин выбрал название «естественный отбор», чтобы противопоставить его «искусственному отбору» или селекционному размножению, контролируемому людьми. Он указывал на разведение голубей, популярное в его время хобби, как на пример искусственного отбора. Выбирая, какие голуби спариваться с другими, любители создали разные породы голубей с причудливыми перьями или акробатическим полетом, которые отличались от диких голубей.

Дарвин и другие ученые того времени утверждали, что процесс, очень похожий на искусственный отбор, происходил в природе без какого-либо вмешательства человека. Он утверждал, что естественный отбор объясняет, как большое разнообразие форм жизни развилось с течением времени от одного общего предка.

Дарвин не знал, что гены существуют, но он мог видеть, что многие признаки являются наследственными — передаются от родителей к потомству.

Мутации — это изменения в структуре молекул, из которых состоят гены, называемые ДНК.Мутация генов является важным источником генетической изменчивости в популяции. Мутации могут быть случайными (например, когда реплицирующиеся клетки делают ошибку при копировании ДНК) или происходить в результате воздействия чего-то в окружающей среде, например вредных химических веществ или радиации.

Мутации могут быть вредными, нейтральными, а иногда и полезными, что приводит к появлению новой полезной черты. Когда мутации происходят в зародышевых клетках (яйцеклетки и сперматозоиды), они могут передаваться потомству.

Если окружающая среда быстро меняется, некоторые виды не смогут достаточно быстро адаптироваться посредством естественного отбора.Изучая летопись окаменелостей, мы знаем, что многие из организмов, которые когда-то жили на Земле, теперь вымерли. Динозавры — один из примеров. Инвазивный вид, болезнетворный организм, катастрофическое изменение окружающей среды или очень успешный хищник — все это может способствовать исчезновению видов.

Сегодня действия человека, такие как чрезмерная охота и разрушение мест обитания, являются основной причиной вымирания. Судя по летописи окаменелостей, сегодня вымирания происходят гораздо быстрее, чем в прошлом.

Как работает естественный отбор? 5 основных шагов (VISTA)

Естественный отбор — это механизм адаптации и эволюции популяций.

По сути, это простое утверждение о темпах размножения и смертности: те отдельные организмы, которые лучше всего приспособлены к окружающей среде, выживают и размножаются наиболее успешно, производя множество столь же хорошо приспособленных потомков.После многочисленных таких циклов размножения доминируют более приспособленные. Природа отфильтровала плохо приспособленных особей, и популяция эволюционировала.

ВИСТА

Естественный отбор — это простой механизм, благодаря которому популяции живых существ со временем меняются. На самом деле, это настолько просто, что его можно разбить на пять основных шагов, сокращенно обозначенных здесь как ВИСТА: вариация, наследование, отбор, время и адаптация.

Изменение и наследование

репликация ДНК
© АМНХ

Члены любого данного вида редко бывают абсолютно одинаковыми как внутри, так и снаружи.Организмы могут различаться по размеру, окраске, способности бороться с болезнями и множеству других признаков. Такие вариации часто являются результатом случайных мутаций или «ошибок копирования», возникающих при делении клеток по мере развития новых организмов.

Когда организмы размножаются, они передают свою ДНК — набор инструкций, закодированных в живых клетках для построения тел — своим потомкам. А поскольку многие черты закодированы в ДНК, потомки часто наследуют вариации своих родителей. Например, у высоких людей обычно рождаются высокие дети.

Отбор: выживание и размножение

Половой отбор у жуков
© Страна рептилий Клайда Пилинга

Среды не могут поддерживать неограниченное количество популяций.Поскольку ресурсы ограничены, рождается больше организмов, чем может выжить: некоторые люди будут более успешными в поиске пищи, спаривании или избегании хищников, и у них будет больше шансов процветать, воспроизводить и передавать свою ДНК. Небольшие вариации могут влиять на то, живет ли особь и размножается ли она. Различия в цвете, например, помогают некоторым особям маскироваться от хищников. Острые глаза и когти помогают орлу поймать свой обед. А более яркая окраска повышает шансы павлина-самца привлечь самку.

Время и адаптация

В поколении за поколением полезные черты помогают некоторым особям выживать и размножаться. И эти черты передаются все большему и большему числу потомков. Всего через несколько поколений или через тысячи, в зависимости от обстоятельств, такие черты становятся обычными в популяции. В результате получается популяция, которая лучше приспособлена — лучше адаптирована — к некоторым аспектам окружающей среды, чем раньше. Ноги, которые когда-то использовались для ходьбы, модифицируются для использования в качестве крыльев или ласт.Чешуя, используемая для защиты, меняет цвет, чтобы служить камуфляжем.

Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов не действуют изолированно в природных популяциях

Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов — это механизмы, вызывающие изменения частот аллелей с течением времени. Когда одна или несколько из этих сил действуют в популяции, популяция нарушает предположения Харди-Вайнберга, и происходит эволюция. Таким образом, теорема Харди-Вайнберга обеспечивает нулевую модель для изучения эволюции, и основное внимание популяционной генетики уделяется пониманию последствий нарушения этих предположений.

Естественный отбор происходит, когда особи с определенными генотипами имеют больше шансов выжить и размножиться, чем особи с другими генотипами, и, таким образом, передать свои аллели следующему поколению. Как утверждал Чарльз Дарвин (1859 г.) в работе «О происхождении видов» , если выполняются следующие условия, должен произойти естественный отбор:

1. Среди особей внутри популяции существуют различия по некоторым признакам.
2. Эта вариация передается по наследству (т.е., существует генетическая основа вариации, так что потомство имеет тенденцию напоминать своих родителей по этому признаку).
3. Изменчивость этого признака связана с изменчивостью приспособленности (среднее чистое воспроизводство особей с данным генотипом по отношению к особям с другими генотипами).

Направленный отбор со временем приводит к увеличению частоты предпочтительного аллеля. Рассмотрим три генотипа ( АА , Аа и аа ), которые различаются по приспособленности, так что особи АА производят в среднем больше потомства, чем особи других генотипов.В этом случае, если предположить, что селективный режим остается постоянным и что действие отбора является единственным нарушением предположений Харди-Вайнберга, аллель A будет становиться все более распространенным в каждом поколении и в конечном итоге закрепляться в популяции. Скорость, с которой полезный аллель приближается к фиксации, частично зависит от доминантных отношений между аллелями в рассматриваемом локусе (Рис. 1). Начальное увеличение частоты редкого, благоприятного, доминантного аллеля происходит быстрее, чем редкого, благоприятного, рецессивного аллеля, потому что редкие аллели обнаруживаются в основном у гетерозигот.Таким образом, новая рецессивная мутация не может быть «увидена» естественным отбором до тех пор, пока она не достигнет достаточно высокой частоты (возможно, из-за случайных эффектов дрейфа генов — см. ниже), чтобы начать появляться у гомозигот. Однако новая доминантная мутация сразу становится видимой для естественного отбора, потому что ее влияние на приспособленность наблюдается у гетерозигот. Как только полезный аллель достигает высокой частоты, вредные аллели обязательно редки и, таким образом, в основном присутствуют у гетерозигот, так что окончательный подход к фиксации происходит быстрее для благоприятного рецессивного аллеля, чем для благоприятного доминантного аллеля.Как следствие, естественный отбор не так эффективен, как можно было бы наивно ожидать, в устранении вредных рецессивных аллелей из популяций.

Рисунок 1: Изменение частоты аллеля при направленном отборе в пользу (а) доминантного полезного аллеля и (б) рецессивного полезного аллеля

Балансирующий отбор, в отличие от направленного отбора, поддерживает генетический полиморфизм в популяциях. Например, если гетерозиготы в локусе имеют более высокую приспособленность, чем гомозиготы (сценарий, известный как преимущество или сверхдоминирование гетерозигот), естественный отбор будет поддерживать множественные аллели на стабильных равновесных частотах.Стабильный полиморфизм также может сохраняться в популяции, если приспособленность, связанная с генотипом, снижается по мере увеличения частоты этого генотипа (т. е. если существует отрицательный частотно-зависимый отбор). Важно отметить, что недостаток гетерозигот (недостаточное доминирование) и положительный частотно-зависимый отбор также могут действовать на локус, но ни один из них не поддерживает множественные аллели в популяции, и, таким образом, ни один из них не является формой уравновешивающего отбора.

Генетический дрейф возникает из-за ошибки выборки, присущей передаче гамет особями в ограниченной популяции.Пул гамет популяции в поколении t — это общий пул яйцеклеток и сперматозоидов, произведенных особями в этом поколении. Если бы пул гамет был бесконечным по размеру и если бы не было отбора или мутации, действующих в локусе с двумя аллелями ( А и А ), мы могли бы ожидать, что доля гамет, содержащих аллель А, точно равна частоте на , а доля гамет, содержащих на , равна частоте на .Сравните эту ситуацию с подбрасыванием правильной монеты. Если бы вы подбрасывали монету бесконечное количество раз, доля выпадения орла была бы 0,50, а доля решки — 0,50. Однако если вы подбросите монету всего 10 раз, не стоит слишком удивляться, если выпадет 7 орлов и 3 решки. Это отклонение от ожидаемых частот начала и окончания связано с ошибкой выборки. Чем больше раз вы подбрасываете монету, тем ближе эти частоты должны приближаться к 0,50, поскольку ошибка выборки уменьшается по мере увеличения размера выборки.

В конечной популяции взрослые особи в поколении t передадут конечное число гамет, чтобы произвести потомство в поколении t + 1. Частоты аллелей в этом пуле гамет обычно отклоняются от частот популяции в поколении t из-за ошибки выборки (опять же, при условии отсутствия выбора в локусе). Таким образом, частоты аллелей в этой популяции со временем будут меняться из-за случайных событий, то есть популяция будет подвергаться генетическому дрейфу.Чем меньше размер популяции ( N ), тем сильнее эффект дрейфа генов. На практике при моделировании эффектов дрейфа мы должны учитывать эффективный размер популяции ( N _e ), который по существу представляет собой количество размножающихся особей и может отличаться от учетного размера, N , при различных сценариях. включая неравное соотношение полов, определенные структуры спаривания и временные колебания численности популяции.

В локусе с множественными нейтральными аллелями (аллелями, идентичными по своему влиянию на приспособленность) генетический дрейф приводит к фиксации одного из аллелей в популяции и, таким образом, к потере других аллелей, так что гетерозиготность в популяции снижается до нуль.В любой момент времени вероятность того, что один из этих нейтральных аллелей в конечном итоге закрепится, равна частоте этого аллеля в популяции. Мы можем рассматривать эту проблему с точки зрения множества повторяющихся популяций, каждая из которых представляет дему (субпопуляцию) внутри метапопуляции (набора дем). Учитывая 10 конечных демов, равных N _e , каждая с начальной частотой аллеля A , равной 0,5, мы ожидаем, что A в конечном итоге зафиксируется в 5 демах и возможная потеря A в 5 демах. .Наши наблюдения, вероятно, в некоторой степени отклоняются от этих ожиданий, поскольку мы рассматриваем конечное число демов (рис. 2). Таким образом, дрейф генов устраняет генетическую изменчивость внутри демов, но приводит к дифференциации между демами полностью за счет случайных изменений частот аллелей.

Рисунок 2. Моделирование изменения частоты аллеля в 10 повторных популяциях (N = 20) наблюдения отклоняются от ожиданий из-за конечного числа популяций.В этом цикле симуляций мы видим 7 случаев фиксации (p = 1), 2 случая потери (p = 0) и один случай, в котором остаются два аллеля после 100 поколений. В этой последней популяции A в конечном итоге достигнет фиксации или потери.

Поток генов — это перемещение генов в популяцию или из нее. Такое перемещение может быть связано с миграцией отдельных организмов, размножающихся в своих новых популяциях, или с перемещением гамет (например, вследствие переноса пыльцы между растениями).В отсутствие естественного отбора и генетического дрейфа поток генов приводит к генетической однородности среди демов в метапопуляции, так что для данного локуса частоты аллелей достигают равновесных значений, равных средним частотам в метапопуляции. Напротив, ограниченный поток генов способствует дивергенции популяций за счет отбора и дрейфа, которые, если они сохраняются, могут привести к видообразованию.

Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов не действуют изолированно, поэтому мы должны рассмотреть, как взаимодействие этих механизмов влияет на эволюционные траектории в природных популяциях.Этот вопрос имеет решающее значение для генетиков-природоохранников, которые борются с последствиями этих эволюционных процессов, создавая заповедники и моделируя динамику популяций находящихся под угрозой исчезновения видов в фрагментированных средах обитания. Все реальные популяции конечны и, следовательно, подвержены влиянию генетического дрейфа. Мы ожидаем, что в бесконечной популяции направленный отбор в конце концов зафиксирует выгодный аллель, но это не обязательно произойдет в конечной популяции, потому что эффекты дрейфа могут преодолеть эффекты отбора, если отбор слаб и/или популяция мала.Потеря генетической изменчивости из-за дрейфа вызывает особую озабоченность в небольших популяциях, находящихся под угрозой исчезновения, в которых фиксация вредных аллелей может снизить жизнеспособность популяции и повысить риск исчезновения. Даже если усилия по сохранению увеличат рост популяции, низкая гетерозиготность, вероятно, сохранится, поскольку узкие места (периоды сокращения численности популяции) оказывают более выраженное влияние на Ne, чем периоды большей численности популяции.

Мы уже видели, что генетический дрейф ведет к дифференциации демов внутри метапопуляции.Если принять простую модель, в которой особи имеют равные вероятности расселения среди всех демов (каждый из которых имеет эффективный размер 90 067 N 90 119 и 90 120 90 068) внутри метапопуляции, то скорость миграции (90 067 м 90 068) представляет собой долю копий гена в пределах дема, введенная через иммиграцию в поколение. Согласно общепринятому приближению, появление только одного мигранта на поколение ( N _e m = 1) составляет достаточный поток генов, чтобы противодействовать диверсифицирующим эффектам генетического дрейфа в метапопуляции.

Естественный отбор может производить генетическую изменчивость среди демов в пределах метапопуляции, если в разных демах преобладает различное давление отбора. Если N _e достаточно велико, чтобы не принимать во внимание эффекты дрейфа генов, то мы ожидаем, что направленный отбор закрепит предпочтительный аллель в пределах данной фокальной демы. Однако постоянное введение посредством генного потока аллелей, полезных в других демах, но вредных в фокальном деме, может противодействовать эффектам отбора.В этом сценарии вредоносный аллель останется на промежуточной равновесной частоте, которая отражает баланс между потоком генов и естественным отбором.

Эволюция и естественный отбор

Эволюция путем естественного отбора — OpenLearn

Хотя Дарвин ничего не знал о механизме наследования, он хорошо знал многие другие аспекты живых организмов.Среди них три особо выделяются в его теории:

• Виды, населяющие Землю сегодня, отличаются от тех, что существовали в прошлом, хотя и напоминают их. Этот аспект эволюции был очень очевиден Дарвину из палеонтологической летописи.

• Каждый вид обладает рядом признаков, которые адаптируют особей этого вида к их образу жизни и конкретной среде. Большая часть Происхождение видов посвящена подробным описаниям адаптации отдельных видов, например, различной формы клюва у вьюрков на Галапагосских островах.

• Селективное разведение домашних видов может дать признаки в различных формах. Например, собаководы вывели множество пород, различающихся такими признаками, как длина ушей, рост и поведение: разные породы имеют разные формы характера.

Теория Дарвина о естественном отборе может быть выражена в виде четырех утверждений. Эти положения настолько важны для понимания эволюции путем естественного отбора, что вам следует попытаться запомнить их, хотя и не обязательно дословно.

Четыре предложения Дарвина

• Внутри данного вида в результате размножения производится больше особей, чем может выжить в условиях ограничений (например, запасов пищи), налагаемых средой обитания вида.

• Следовательно, существует борьба за существование , из-за несоответствия между числом особей, произведенных размножением, и числом, которое может выжить.

• Особи одного вида проявляют вариаций ; нет двух совершенно одинаковых людей (даже тех, кого мы называем «однояйцевыми» близнецами).Те, у кого благоприятный характер, имеют большую вероятность выживания и, следовательно, размножения в борьбе за существование.

• Особи производят потомство, которое имеет тенденцию напоминать своих родителей (принцип наследования ). При условии, что благоприятные признаки, способствующие выживанию, наследуются потомством, особи, обладающие этими признаками, станут более распространенными в популяции в последующих поколениях, потому что они с большей вероятностью, чем особи, не обладающие этими признаками, выживут и произведут потомство в следующем поколении.

Суть теории Дарвина в том, что естественный отбор произойдет при соблюдении трех условий. Эти условия, выделенные выше жирным шрифтом, представляют собой борьбу за существование, изменчивость и наследование. Говорят, что это необходимых и достаточных условий для возникновения естественного отбора. Сказать, что три условия являются необходимыми, означает, что до тех пор, пока не будут соблюдены все три условия, естественный отбор не произойдет. Таким образом, оно не произойдет, если размножение не даст больше потомства, чем может выжить, оно не произойдет, если признак не проявляет изменчивости, и не произойдет, если изменчивость не имеет наследственной основы.Сказать, что трех условий достаточно, означает, что при соблюдении всех трех условий неизбежно произойдет естественный отбор, и этот может привести к изменению признаков популяции от одного поколения к другому.

Дарвин интересовался эволюцией, то есть изменением во времени, и он предложил процесс, естественный отбор, который мог бы вызвать такие изменения. Эволюция посредством естественного отбора является нашим основным направлением здесь. Однако важно иметь в виду, что естественный отбор также является процессом, который может предотвратить изменение, т.е.е. способствовать стабильности. Другими словами, естественный отбор может происходить без эволюции. Кроме того, помимо естественного отбора существуют и другие факторы, влияющие на эволюцию (некоторые из них рассматриваются в разделе 3). Три условия, перечисленные выше, необходимы и достаточны для осуществления естественного отбора, а не эволюции. Тем не менее, подавляющее большинство биологов признают, что естественный отбор является самым важным процессом, посредством которого осуществляется эволюция.

Давайте подробнее рассмотрим три необходимых и достаточных условия и подумаем, насколько вероятно, что они будут выполнены. Первый, борьба за существование, вероятно, встречается почти всегда, потому что живые организмы производят больше потомства, чем требуется для замены их родителей, когда они умирают. Второе условие, вариативность, часто, но не всегда выполняется. Некоторые признаки практически не различаются между представителями одного вида, в то время как другие признаки демонстрируют значительные различия.Третье условие, наследование, выполняется лишь иногда; не все вариации имеют наследственную основу. Например, жабы различаются по размеру. Двумя факторами, которые вносят наибольший вклад в изменение размера тела жаб, являются возрастные различия (жабы продолжают расти на протяжении всей своей жизни) и различия в окружающей среде (например, хорошее питание). Обе эти причины являются внешними (т. Е. Размер тела не является результатом определенных признаков, которыми обладает жаба). Так что размер тела у жаб не является в первую очередь наследственным признаком.

Этот последний пункт подводит нас к важному аспекту естественного отбора, который широко обсуждался, когда Дарвин впервые предложил свою теорию. Этот спор касается возможного наследования приобретенных признаков . Помимо роста, отдельные организмы могут развивать определенные навыки или физические характеристики в течение своей жизни в результате различий в образе жизни. Рассмотрим человеческую практику прокалывания ушей, обрезания и декоративных шрамов на теле. Эти признаки, сознательно приобретаемые в течение жизни человека, не наследуются его потомством, даже если такая практика могла осуществляться на протяжении сотен поколений.Точно так же растение, которое выросло особенно большим на участке хорошей земли, или жаба, которая стала очень большой, потому что живет в саду, полном пищи, не передаст свой большой размер своему потомству. Итак, наследование приобретенных символов не происходит.

Наследование признака происходит только в том случае, если этот признак передается от одного поколения к другому во время воспроизведения. Другими словами, именно размножение является решающим фактором естественного отбора. Короче говоря, естественный отбор направлен на воспроизводство, а не на выживание, наиболее приспособленных.(Термин «приспособленность» имеет особое значение в биологии.

Естественный отбор — Biology Online Dictionary

Естественный отбор
сущ., ˈnætʃəɹəl//səˈlɛkʃən
Процесс, посредством которого наследуемые признаки увеличивают шансы организма на выживание и размножение. : Jackie Malvin, (CC BY-SA 4.0)

Определение естественного отбора

Что такое естественный отбор в биологии Естественный отбор определяется как процесс в природе, посредством которого живые организмы адаптируются и изменяются в ответ на условия окружающей среды.А организмы, которые лучше приспособлены к окружающей среде, как правило, выживают дольше и производят больше потомства.

Различные условия склоняют тот или иной организм к приобретению адаптивного признака . Затем эти черты будут переданы следующим поколениям. Со временем эти черты станут более распространенными, поскольку они будут преобладать над другими чертами в популяции.

Естественный отбор (биологическое определение): процесс в природе, при котором организмы, обладающие определенными генотипическими характеристиками, которые делают их лучше приспособленными к окружающей среде, имеют тенденцию к выживанию, размножению, увеличению численности или частоты и, следовательно, способны передавать и передают свои основные генотипические качества последующим поколениям.

Согласно Urry et al., (2016) естественный отбор относится к дифференцированному выживанию и размножению особей. Это жизненно важный механизм эволюции, при котором происходит изменение наследственных признаков популяции на протяжении поколений.

Основная идея естественного отбора заключается в том, что особи естественным образом изменчивы, а это означает, что все они в чем-то отличаются. Эта изменчивость существует внутри организмов, и изменения происходят 90 003 случайных 90 004 . Он будет передан следующему потомству.

Естественный отбор происходит, когда некоторые из этих изменений помогают организму выживать и производить больше, чем другие, в результате чего их гены со временем становятся более распространенными в популяции.

Поскольку окружающая среда постоянно меняется, ни один организм не считается идеально подходящим или абсолютно адаптированным к окружающей среде. Он всегда будет избирательным в отношении определенных организмов, обладающих определенными генетическими комбинациями. Это делает естественный отбор важной движущей силой эволюции.

Объяснение естественного отбора

Попробуем понять принципы, лежащие в основе естественного отбора . Даже если родители были идеально адаптированы к окружающей среде, тем не менее, окружающая среда каким-то образом меняется, их потомство склонно приспосабливаться к изменяющейся среде, пытаясь процветать, несмотря на ограниченные ресурсы, и побеждать в конкуренции с другими обитателями. К тому времени наиболее приспособленные организмы будут иметь возможность размножаться. В результате те, кто сможет выжить, смогут передать свои черты или гены следующему поколению.

Генетическая изменчивость организма приводит к тому, что каждый человек немного отличается. Эти различия заставляют их воспроизводить больше, создавая особей, более приспособленных к успеху. Организм без этих генетических приспособлений не будет воспроизводиться дальше. В результате их линии со временем перестают существовать.

Процесс естественного отбора заставляет популяции со временем адаптироваться к окружающей среде. Особи в популяции наследуют черты, которые помогают им пережить стрессовые факторы окружающей среды, такие как присутствие хищников и доступность пищи.

Те особи, которые унаследовали черты, имеют тенденцию иметь больше потомства в следующем поколении по сравнению со своими сверстниками. Эти полезные черты позволят им более эффективно выживать и размножаться. Ресурсы в природе ограничены, когда люди с благоприятными чертами увеличивали свою частоту на протяжении поколений.

Естественный отбор описывается как дифференциальное воспроизводство . Некоторые организмы, которые несут благоприятные генетические варианты, повышающие выживаемость, имеют более высокий репродуктивный успех, чем те, которые несут альтернативные генетические варианты.Отбор происходит в результате различий в выживании, успехе спаривания, развитии и плодовитости.

Естественный отбор — это процесс, посредством которого наследуемые признаки увеличивают шансы организма на выживание и размножение. Полезные черты, как правило, предпочтительнее менее полезных черт.

История естественного отбора

Теория естественного отбора основана на непосредственном наблюдении британского натуралиста Чарльза Дарвина во время кругосветного путешествия на корабле HMS Beagle, который должен был совершить кругосветное путешествие с 1831 по 1836 год.Он увидел, что один и тот же организм по-разному выглядит в разных географических точках. К тому времени он частично предположил, что такие физические изменения были адаптацией организмов к окружающей среде. Но до дарвиновской теории естественного отбора существовали и другие эволюционные мысли, заслуживающие объяснения.

Додарвиновские теории

Жан Батист Шевалье де Ламарк (1744-1829) был первым эволюционным теоретиком, который публично провозгласил свою идею о процессе, который ведет к биологическим изменениям.Он был одним из сторонников спонтанного зарождения , теории, которая когда-то была популярной, полагая, что живые организмы возникают спонтанно из неживых материалов и постепенно превращаются в более сложную форму, постоянно стремясь к совершенству. ( Pre-Darwinian Evolutionary Theory , 2015)

Теория была приписана его имени. Известная как ламаркианство , эта теория была основана на идее Ламарка о том, что эволюция происходит в основном за счет наследования характеристик по мере того, как организмы приспосабливаются к окружающей среде.( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Он считал, что человеческий род был конечным продуктом этой целенаправленной эволюции . (Додарвиновская эволюционная теория, 2015)

В книге «Наследование приобретенных признаков» Ламарк утверждал, что эволюция происходит, когда организм использует часть тела таким образом, что в конечном итоге она изменяется в течение своей жизни. Затем это изменение может быть унаследовано его потомством.

Он объяснил эту теорию на примере жирафов, у которых со временем стали длинные шеи.Он считал, что предки жирафов изначально были короткошеими. Поскольку жирафы продолжают вытягивать свои шеи, чтобы достать листья для еды, их шеи в конечном итоге становились длиннее с каждым поколением. Это изменение формы тела, вероятно, передавалось по наследству.

Жирафы Ламарка

Другим примером являются болотные птицы, такие как цапли и белые цапли. Казалось, что они развили свои длинные ноги, растянув их, чтобы они оставались сухими.

Ламарк также считал, что у организмов могут развиваться новые органы, которые изменяют структуру и функции старых.

Эта теория, однако, уже не так популярна, как была, когда она была дискредитирована более современными эволюционными мыслями и исследованиями. Хотя его теория была неверной, он был инструментом направления научных открытий к основанию эволюционной биологии .

Жорж Кювье (1769-1832) был французским ученым, дискредитировавшим «Наследование приобретенных признаков» Ламарка . Тем не менее, он все еще верил, что существовала более ранняя форма жизни.Кювье был первым ученым, задокументировавшим вымирание древних животных. Он был специалистом по динозаврам. Кювье считал, что « вида закрепились и не изменились » (Brown (2007).

Другой додарвинистской школой мысли был Катастрофизм . Его сторонниками-натуралистами были Жозеф Фурье и граф де Бюффон. Теория основывалась на идея о том, что катастрофические события изменили Землю.Катастрофисты считают, что Земля возникла как горячий шар из расплавленной породы, который со временем остыл.( Униформизм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Эту точку зрения оспаривал Чарльз Лайелл (1797–1875), английский юрист и геолог, когда некоторые естествоиспытатели связали катастрофизм с Библией. ( Униформизм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Лайель хотел основать геологию как науку, далекую от богословских аспектов. Таким образом, он обратился к идеям Джеймса Хаттона, которые привели к концепции школы мысли, Униформизм .

Лайель утверждал, что на протяжении всего времени на Земле происходили медленные процессы, а не огромная катастрофа. Эти постепенные процессы, такие как выветривание, отложение, литификация и т. д., изменили Землю, какой мы ее видим сегодня. Он описал эти природные силы как силу, изменившую форму земной поверхности.

Однако и Лайелл, и Хаттон рассматривали историю Земли как нечто обширное и бесцельное. Лайель считал, что процессы, изменившие Землю, были одинаковыми во времени.

С точки зрения истории жизни это не имеет никакого значения. Тем не менее эта революционная идея способствовала пониманию Чарльзом Дарвином биологической эволюции в 1830-х годах. Жорж Кювье и Шарль Лайель решительно отвергли идею биологической эволюции. Кювье не дожил до того, чтобы узнать о доказательстве эволюции Чарльза Дарвина. Однако Лайель узнал об этом и принял это доказательство в начале 1860-х годов, а также стал другом Чарльза Дарвина. Сегодня наш мир формируется случайными катастрофическими событиями.Все эти события, возможно, повлияли на скорость и направление биологической эволюции.

Теория Дарвина

Во время экспедиции Чарльза Дарвина он наблюдал интригующую закономерность в распределении и физических особенностях организмов. Одной из таких замечательных закономерностей, которую он заметил, были виды вьюрков на Галапагосских островах.

Эти птицы не были идентичными видами, каждый вид хорошо подходил для своей среды и роли. Например, у некоторых птиц, которые едят крупные семена, как правило, большие и крепкие клювы.У других птиц, питавшихся насекомыми, были тонкие и острые клювы. Однако Дарвин не знал, что эти вьюрки связаны между собой, пока не представил свой образец орнитологу (орнитологу).

Постепенно у него появилась идея, объясняющая рисунок различных вьюрков. По его словам, такая закономерность была бы возможна, если бы Галапагосские острова раньше были заселены птицами с материка.

Зяблики могли медленно адаптироваться к местным условиям в течение длительного периода времени, что привело к формированию отдельных видов на каждом острове.

С этой идеей Дарвин разработал Теорию эволюции путем естественного отбора . В нем говорится, что виды могут меняться с течением времени и что новые виды возникают из ранее существовавших видов. Следовательно, у видов есть общий предок, который постепенно отделился от исходного вида и стал новым видом.

Вьюрки Дарвина

Читайте: Дарвин и естественный отбор (учебное пособие)

Эволюция путем естественного отбора — одна из наиболее подтвержденных теорий в истории науки.Эта теория имеет два основных положения. Во-первых, все формы жизни на Земле родственны и связаны. Во-вторых, это разнообразие жизни является продуктом модификации в результате естественного отбора, когда одни черты в окружающей среде отдавали предпочтение другим. Все это теория естественного отбора Чарльза Дарвина.

Эволюция относится к процессам и событиям, которые происходят с течением времени и иллюстрируют постепенную прогрессию изменений в генетическом составе биологической популяции в последующих поколениях.Двумя основными механизмами, движущими эволюцию, являются естественный отбор и генетический дрейф .

Дарвиновская теория эволюции посредством естественного отбора включает следующие фундаментальные идеи:

• Признаки часто передаются по наследству. Это означает, что организмы унаследовали черты, позволяющие им выживать и размножаться в данных условиях окружающей среды. Когда особь обладает полезными характеристиками, производит больше потомства и передает его следующему поколению.
• Производится больше потомства, чем окружающая среда может его поддерживать. Таким образом, среди населения возникает конкуренция за ограниченные ресурсы. Эта конкуренция включает в себя нехватку пищевых ресурсов, среды обитания и партнеров. Поскольку полезные черты передаются по наследству, и родители могут передать эти черты своим потомкам, эти черты затем становятся более распространенными в популяции.
• Потомство с унаследованными признаками позволяет им лучше всего конкурировать за ограниченные ресурсы. Эти особи затем выживут и произведут больше потомства, чем особи с меньшими вариациями для конкуренции.Поскольку характеристики наследуются, указанные признаки будут представлены в следующем поколении. Благодаря этому население будет меняться в следующем поколении. Дарвин назвал этот процесс нисхождением с модификацией .

Принципы естественного отбора

Как работает естественный отбор? Вот несколько пояснений, которые могут помочь вам лучше понять это.

Первый , естественный отбор зависит от окружающей среды.Он не отдает предпочтение лучшему признаку, но отдает предпочтение признакам, которые полезны для выживания и размножения в определенной области. Характеристики, которые полезны в одной среде обитания, могут быть вредны для другой.

Второй , естественный отбор воздействует на существующие наследуемые признаки. Эта наследуемая изменчивость служит исходным материалом для действия естественного отбора. В-третьих, наследуемые вариации возникают в результате случайных изменений или мутаций генов. Случайные мутации генов приводят к появлению новых вариантов признаков, которые передаются по наследству.

Ниже приведены четыре фундаментальных принципа естественного отбора , которые Чарльз Дарвин первоначально изложил в своей книге Происхождение видов :

Изменчивость : Особи в популяции проявляют вариации в поведении и внешнем виде. Эта вариация включает цвет, рост, вес и другие характеристики. Каждая особь с благоприятными вариациями изменит частоту признаков в популяции. Однако некоторые организмы проявляют больше вариаций, чем другие, из-за конкретных условий окружающей среды.В результате эти популяции развивают очень отчетливую характеристику. Как, например, бабочки одного вида с разным цветом крыльев. Мотыльки, похожие по цвету на кору дерева, лучше маскируются, чем мотыльки другого цвета. Таким образом, бабочки древесного цвета, скорее всего, выживут, размножатся и передадут свои гены.

Наследственность : Унаследованные черты, полезные для выживания, с большей вероятностью будут переданы последующим поколениям. Чтобы произошел естественный отбор, человек должен иметь наследуемый признак, на который сильно влияют условия окружающей среды.Говорят, что эти полезные черты отбираются или поощряются естественным отбором. Со временем неудачные характеристики исчезнут, а удачные станут более распространенными. Однако когда различия станут достаточно высокими, возникнет новый вид. Мы смотрим на пример галапагосских вьюрков; вариации клюва «отбираются» естественным отбором. Это изменение признаков было унаследовано последующими поколениями и стало более распространенным, образуя новый отдельный вид. Таким образом, в целом, лучше адаптированные организмы способны передавать свои выгодные характеристики своим потомкам по наследству.

Адаптивная радиация дарвиновских вьюрков

Высокая скорость роста популяции : Ежегодно популяции производят больше потомства, чем может поддерживать окружающая среда, что приводит к борьбе за ресурсы. Каждое поколение сталкивается со значительной смертностью, поскольку члены населения конкурируют за ограниченные природные ресурсы. Только тогда выживший человек может передать характеристики следующему поколению. Большинство видов считается перепроизводящими, например, рыбы откладывают миллионы икринок за один раз, но выживает лишь часть из них.Морские черепахи откладывают от 70 до 190 яиц за раз, но обычно выживает только 1 из 100. Хотя перепроизводство кажется смертным приговором, оно имеет свои преимущества. У рыб и черепах много хищников, поэтому увеличение производства также увеличивает шансы на выживание. Это помогает улучшить генетическую линию, поддерживая выживание наиболее приспособленных. Те лучшие люди, которые способны адаптироваться к вызовам окружающей среды, могут выжить. Лучшие гены будут переданы следующему поколению, что сделает вид сильнее в целом.

Репродуктивное преимущество : Средство, благодаря которому видимые выраженные признаки организмов могут меняться со временем. Эти положительные черты передаются потомству и приносят репродуктивную выгоду в популяции, имеющей благоприятный признак. Наличие положительных черт означает, что в следующем поколении присутствует больше этих черт. Например, у павлина великолепный длинный хвост, привлекающий самок и дающий им репродуктивное преимущество. Мотыльки, которые маскируются под кору дерева, чтобы избежать хищников и способны размножаться, дают мотылькам преимущество в выживании.Для растений они увеличивают спектр потенциальных опылителей, давая растениям репродуктивное преимущество. Есть факторы репродуктивного преимущества, которые следует учитывать, такие как выбор партнера и половой отбор, поэтому репродуктивное преимущество отличается от приспособленности. Родительская забота также является важным фактором, поскольку лучшая забота о потомстве часто дает преимущество в более позднем возрасте. Тем не менее, он измеряется в поколениях, поскольку организмы сводят на нет последствия изменчивости в течение одного года или сезона размножения.

Естественный отбор — одна из главных движущих сил эволюции. Естественный отбор выбирает признаки, которые будут чаще передаваться от одного поколения к другому, когда они улучшат приспособленность организма к окружающей среде.

Принципы эволюции

Каковы четыре принципа эволюции? Как эти принципы реализуются при естественном отборе? Четыре принципа эволюции Чарльза Дарвина представлены ниже.

Конкуренция : Каждое поколение производит больше особей в данной среде. Однако эти особи конкурируют друг с другом за природные ресурсы. Ресурсы, благодаря которым они выживают и имеют шанс передать свои гены следующему поколению. Более того, конкуренция может быть внутривидовой или межвидовой . Внутривидовая конкуренция происходит между представителями одного и того же вида. Например, две ящерицы одного и того же вида соревнуются за пару в одной и той же области.Такого рода конкуренция является общим фактором естественного отбора, благодаря которому организм лучше адаптируется в популяции. Другим типом является межвидовая конкуренция , в которой соревнуются представители двух разных видов. Например, хищники разных видов на одной территории соревнуются за одну и ту же добычу. Этот тип конкуренции может привести к вымиранию других видов. Если этот вид менее адаптирован и получает меньше ресурсов, в которых нуждаются два разных вида.

Наследственные различия : Генетические или характерные различия могут быть обнаружены у индивидуума в популяции.Эти различия проявляются как видимые или невидимые черты, которые могут быть полезными или нет. В этом случае вариация предпочтительна и необходима, поскольку она обеспечивает более высокие шансы на выживание вида. Более того, наследуемость — это концепция, которая влечет за собой степень вариации данного признака, подходящую для генетической изменчивости. Говорят, что он характерен для одной популяции в одной и той же среде и меняется со временем по мере изменения обстоятельств. Как, например, меланизм перечной моли в Англии.Индустриализация загрязняет воздух в этом районе, сажа с заводов делает дерево темнее. Мы знаем, что раньше перцовая моль имела светлый цвет, чтобы смешать кору дерева и лишайники. В этом случае темных бабочек стало больше, чем светлых, поскольку последние стали уязвимы для хищников.

Выживание сильнейших : Генетическая изменчивость индивидуума, как правило, хорошо подходит для его среды для выживания и размножения. Фитнес относится к полезным качествам — выносливости, силе, скорости, социальным навыкам, интеллекту и т. д.которые помогают организмам выжить. Хотя силы, влияющие на выживание, не были одинаковыми для отдельных людей, всегда существовали различия. Эти вариации придали бы пригодность по сравнению с другими. Мы снова посмотрели на пример с перечной бабочкой; темная бабочка становится более приспособленной к меняющейся среде. По мере того, как приспособленность темной бабочки улучшалась, она могла выживать и размножаться. В то время как численность светлых бабочек уменьшается, приспособленность для них неблагоприятна. Приспособленность означает выживание и размножение в определенной среде.

Происхождение с модификацией : Образование нового вида от общего предка вследствие репродуктивной изоляции. Существует отклонение генетических характеристик, которое позволяет организмам отчетливо происходить от общего предка. Например, у популяции черепах на Галапагосских островах шея длиннее, чем у черепах, обитающих в сухих низинах. Черепахи с длинной шеей выбраны потому, что они могут дотянуться до большего количества листьев и получить доступ к лучшей пище. Когда наступит засуха, на островах будет меньше листьев.У тех, кто может схватить больше листьев, больше шансов выжить, чем у тех, кто не смог до них дотянуться. В результате черепахи с длинной шеей с большей вероятностью будут репродуктивно успешными. К тому времени черта длинной шеи будет передана их потомству. Со временем в популяции будут доступны только длинношеие черепахи. Поскольку признаки наследуются, они будут представлены в следующем поколении. Затем это приведет к изменению популяции на протяжении поколений посредством процесса, называемого происхождением с модификацией.

Галапагосская черепаха

Типы естественного отбора

Какие существуют типы естественного отбора? Давайте узнаем ниже.

Стабилизирующий отбор

Это происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение промежуточным состояниям признака против крайней вариации признака, чтобы выжить . Как, например, высота растений, маленькое растение получало меньше солнечного света по сравнению с высоким растением. Однако высокие растения уязвимы для разрушения ветром.Учитывая эти два давления, растение будет поддерживать среднюю высоту. Со временем количество мелких и высоких растений уменьшается, в то время как количество средних растений продолжает увеличиваться. В этом случае растения подвергаются стабилизирующему отбору. Разнообразие растений уменьшается по мере того, как популяция стабилизируется на определенном значении признака — средних растениях. Этот тип отбора подталкивает признак к среднему, а не к крайним значениям. Просто заявил, что причина стабилизирующего отбора увеличила репродуктивный успех, который имеет медианная особь.Эти крайние черты имеют тот или иной недостаток, что снижает воспроизводство.

Стабилизирующий отбор

Направленный отбор

При направленном отборе происходит когда предпочтение отдается одному фенотипу, вызывая сдвиг частоты в одном направлении . : Распределение признаков в популяции изменится в сторону другого экстремального признака. В данном случае классическим примером является перечная моль в Англии. До промышленной революции бабочки были естественно светлыми, чтобы сливаться со светлыми деревьями и лишайниками.Однако, когда загрязнение воздуха промышленными предприятиями делает деревья более темными по цвету. Светлые мотыльки на затемненных деревьях становятся уязвимыми для хищников. Перечные мотыльки со временем меняют цвет, становясь темнее, чтобы замаскировать темные деревья. Количество более темных бабочек увеличивается, поскольку они имеют более высокую выживаемость в местах обитания, подверженных загрязнению воздуха. Когда среда часто меняется, популяция подвергается направленному отбору. Таким образом, происходит сдвиг популяционной генетической изменчивости в сторону новой подходящей фенотипической изменчивости.Когда характеристика падает на один конец, а другой фенотипический спектр предпочтительнее остальных, отбор является направленным.

Диверсифицирующий или разрушительный отбор

Этот тип отбора удаляет особь из центра фенотипического распределения. Это происходит, когда естественный отбор благоприятствует обеим крайним непрерывным вариациям . При таком выборе распределение становится бимодальным. Две крайние вариации станут более распространенными, что в конечном итоге приведет к появлению двух новых отдельных видов.Например, окраска позволяет организму соответствовать или смешиваться со своим фоном, чтобы его не узнавали хищники. В случае устриц светлые устрицы более скрыты, чем устрицы промежуточного цвета. С другой стороны, темные устрицы сливаются с тенями скал. Следовательно, устрицы промежуточного цвета более уязвимы для крабов. Светлые и темные устрицы выживают и размножаются. Этот тип отбора, который производит больше вариаций, называется полиморфизмом.

Половой отбор

Говорят, что организм, способный обеспечить себе партнера, лучше приспособлен к окружающей среде. Наличие определенной черты у представителей одного пола может каким-то образом привлечь внимание противоположного пола. Как, например, у мух Drosophila , некоторые из них имеют желтую окраску тела в результате спонтанной мутации . Напротив, другие имеют нормальную желтовато-серую пигментацию. Самцы желтовато-серой окраски более предпочтительны для самок мух, чем самцы желтой окраски.Другой пример — олени (самцы оленей). Рога оленей увеличивают доблесть в соревнованиях. Таким образом, в состязании силы те, у кого рога лучше, имеют преимущество в победе и обеспечении себе партнера. Таким образом, половой отбор приводит к увеличению размера и агрессивности самцов. Конечной целью полового отбора является размножение, при котором индивидууму необходимо максимизировать способность заводить себе пару и производить жизнеспособное потомство. Половой отбор также называют неслучайным дифференциальным воспроизводством в результате дифференцированного доступа к партнерству и репродуктивному труду.Как, например, у павлиньего хвоста, когда половой отбор благоприятствует развитию заметных структур ухаживания, он увеличивает успех спаривания.

Половой отбор – оленьи бои

Отбор хищник-жертва

Этот тип естественного отбора представляет собой взаимодействие между организмами, при котором хищник захватывает и поедает часть или все тело другого организма-жертвы . Хищники и жертвы часто обладают выгодными чертами, возникающими в результате естественного отбора, которые помогают им лучше действовать в окружающей среде.Например, у добычи есть защитная адаптация, чтобы убежать от хищников. Эти защиты различаются по своей природе, могут быть химическими, механическими и поведенческими. Например, многоножка имеет как химическую защиту, так и защиту тела. Он производит ядовитое вещество и сворачивается в защитный шар, когда ему угрожают. Многие организмы использовали свою окраску или форму тела, чтобы избежать хищников. Например, хамелеон меняет цвет, чтобы слиться с окружающей средой. Со временем процесс естественного отбора может изменить организм, сделав его лучшим хищником и защитной добычей.В любом случае адаптация меняет всю динамику хищник-жертва. Если организм не может адаптироваться с соответствующей защитой, он может каким-то образом вымереть. Отношения хищник-жертва часто образуют «эволюционную гонку вооружений», которая развивается, чтобы противостоять друг другу.

Родственный отбор

Этот тип естественного отбора предполагает альтруистическое поведение. Родственный отбор происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение чертам или признакам, которые приносят пользу родственным членам группы.Например, рабочие пчелы демонстрируют альтруистическое поведение, работая в улье всю жизнь, но никогда не имея возможности размножаться самостоятельно. Однако все пчелы в ульях являются близкими родственниками. Черты рабочих пчел будут переданы следующему поколению косвенно через матку. Таким образом, матка произвела больше родственного потомства, что привело к более высокой приспособленности рабочей пчелы, хотя она никогда не размножается напрямую. Похоже, что поведение рабочих не будет поощряться или поддерживаться естественным отбором.Потому что любой фактор, вызывающий такое поведение, скорее всего, исчезнет из популяции. Поскольку дифференциальный репродуктивный успех обусловлен не рабочими пчелами, а маткой.

Примеры естественного отбора

Каковы некоторые примеры естественного отбора? Мы узнаем, что естественный отбор — это средство, с помощью которого организмы лучше приспосабливаются к окружающей среде и, следовательно, становятся более приспособленными к выживанию и размножению. Изменения в окружающей среде с течением времени повлияют на генетическое разнообразие видов.Организмы могут не выглядеть как их предки, потому что естественный отбор изменил их, чтобы выжить в новой среде. Чтобы было понятнее, давайте рассмотрим несколько примеров естественного отбора.

Черношерстные и рыжевато-коричневые мыши

Группа мышей с наследственными вариациями черно-подпалого окраса меха обитала в районе, где скалы черные. Ястребы — это хищники, которые могут легко заметить коричневых мышей. В этих экологических особенностях рыжие мыши с большей вероятностью будут съедены, чем черные мыши на черном камне.Будет удалено большое количество коричневых мышей по сравнению с черными мышами. Таким образом, большая часть черных мышей, которые выживут, означает, что в следующем поколении будет все больше черных мышей. Цвет меха является наследственным признаком. После нескольких поколений селекции популяция мышей может стать полностью черной. Это изменение наследственных признаков популяции мышей является примером происхождения с модификацией .

Длиннохвостый и короткохвостый павлины

Радужное оперение павлина с хвостовыми перьями длиной 4-5 футов.Эти длинные перья мешают самцам убегать от хищников, но привлекают больше самок, предпочитающих длинные и богато украшенные перья. В результате длиннохвостые павлины спаривались чаще, чем короткохвостые, и производили больше потомства. Затем эта черта будет передана следующему поколению, вплоть до того, что все самцы всего павлина будут иметь экстравагантное оперение. Цвет хвостовых перьев самцов эволюционировал, и это говорит нам о том, что павлины (самки павлина) предпочитали ярко окрашенное оперение. Важно помнить, что естественного отбора недостаточно для того, чтобы особь выжила, но еще и для размножения.Поэтому признаки, повышающие вероятность размножения, жизненно важны для естественного отбора.

павлин

Белая, черная и коричневая мыши

Как естественный отбор ведет к эволюции? Как отмечалось ранее, естественный отбор является движущей силой эволюции. Его обычно называют эволюцией путем естественного отбора . Давайте посмотрим на популяцию мышей с разным цветом меха — белым, черным и коричневым. Белые мыши уязвимы для хищников, так как их цвет легко определить.Таким образом, характеристики белого цвета не будут переданы следующему поколению. Однако коричневые и коричневые мыши могут прятаться от хищников, так как легко маскируются под окружающую среду. Это означает, что они смогут передать признаки черного/коричневого окраса следующему поколению. В этом случае естественный отбор приводит к тому, что мыши становятся преимущественно черными или коричневыми.

белые, черные, коричневые мыши

Жирафы с длинной шеей и жирафы с короткой шеей

В среде, где у одних жирафов длинная шея, а у других — короткая.Если что-то случится с той средой, в которой вымрут все низкорослые кустарники. Тогда жирафам с короткой шеей не хватило бы еды, чтобы выжить. Через несколько поколений в этом районе будут доступны только длинношеие жирафы. В этом сценарии естественный отбор способствует сохранению группы организмов, которые лучше всего приспособлены к биологическим и физическим изменениям окружающей среды.

Серые и зеленые квакши

В лесистой местности серые и зеленые квакши имеют общую среду обитания – кору дерева – и экологическую нишу.Змеи и птицы являются хищниками древесных лягушек. С корой дерева серые квакши сливаются лучше, чем зеленые. Таким образом, зеленые древесные лягушки более заметны для хищников и могут быть съедены. Со временем серые древесные лягушки производят больше потомства, которое с меньшей вероятностью будет съедено. В данном случае естественный отбор благоприятствовал древесным лягушкам, обитающим в местах обитания, в которых они лучше замаскированы. Кроме того, существует множество способов, которыми естественный отбор формирует организмы.

Красные и зеленые жуки

Красные и зеленые жуки имеют общую среду обитания.Птицы — хищники местности, которые предпочитают есть красных жуков, чем зеленых. Вскоре количество зеленых жуков увеличивается, а количество красных жуков уменьшается или исчезает в этом районе. В этом случае дифференциальное размножение клопов зависит от пищевых предпочтений хищника. Репродуктивный успех считается важным фактором, определяющим группы, которым благоприятствует процесс естественного отбора.

Пингвины, нелетающие птицы

Пингвин, например, нелетающая птица, которая кажется неподходящим кандидатом для выживания.Однако вместо того, чтобы летать, пингвины приспособились быть хорошими пловцами. Что, в свою очередь, приносит им большую пользу в поиске пищи и спасении от хищников. Так как в районе обитания пингвинов нет наземных хищников, а источник пищи находится в воде. Потеря способности летать не является для них недостатком.

плавающий пингвин

Венерина мухоловка

Естественный отбор также происходит у растений, таких как, например, Венерина мухоловка. Эти растения плотоядны и растут в районах, где в почве не хватает азота.По своей природе растениям нужен азот, химический элемент, необходимый для выживания. Чтобы выжить венериной мухоловке в такой среде, они ловят насекомых в виде ловушек, поскольку насекомые содержат азот и становятся альтернативным источником для выживания растений в среде с низким содержанием азота.

Венерина мухоловка – с пойманным насекомым

Зеленые и бурые жуки

Еще одним примером естественного отбора являются зеленые и бурые жуки, живущие на земле. Птицы легко замечают зеленых жуков, поскольку они более заметны на фоне коричневой среды.С течением времени в популяции остаются в основном бурые жуки, поскольку зеленые поедаются птицами. Когда в районе произойдут изменения, земля будет заполнена травой из-за изменения климата. Затем коричневые жуки теперь легко замечаются птицами. Следовательно, численность их популяции может уменьшиться. Тем не менее, количество оставшихся зеленых жуков в конечном итоге увеличится, поскольку они приспособлены к выживанию в новой среде. Следовательно, случайные эффекты происхождения с модификацией становятся эволюцией жуков, чтобы приспособиться к окружающей среде посредством естественного отбора.Черты с лучшей адаптацией к окружающей среде затем передаются, а черты с плохой адаптацией не сохраняются.

Акулы

Акулы имеют защитную окраску: белая снизу и сине-серая сверху. Эта окраска делает их замаскированными в воде, где сверху смешивается голубоватая вода, если смотреть вниз. Принимая во внимание, что белый цвет нижней части акулы уравновешивает свет, идущий сквозь воду сверху.

 

 

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о естественном отборе.

Следующий

Естественный отбор

Естественный отбор Эрик Р. Пианка В переводе на словацкий Барбара Лебедова Эволюция — это постепенное генетическое изменение живых организмов с течением времени из-за экологического давления, которое они испытывают.Особи в скрещивающейся популяции имеют общий генофонд. Генофонд популяции, а не индивидуума, развивается из-за изменений, происходящих в таком генофонде. Эволюция может происходить несколькими способами: (1) частоты генов могут изменяться в результате миграции, потока генов из другой популяции. (2) в небольших популяциях частота генов может быть изменена посредством случайной выборки — это известно как генетический дрейф. (3) давление мутаций и (4) неменделевская сегрегация (мейотический драйв) также могут изменить генофонды.Однако, безусловно, самым важным фактором эволюции является (5) естественный отбор, который действует посредством дифференциального репродуктивного успеха особей. Естественный отбор — единственный направленный эволюционный механизм, приводящий к соответствию между организмом и окружающей средой. Так возникают и сохраняются адаптации. Естественный отбор действительно является фундаментальной объединяющей теорией всей жизни. Полное понимание естественного отбора открывает окно ясности, позволяющее понять практически любое явление в живом мире — это космический универсальный процесс, даже для любых инопланетных форм жизни, не основанных на ДНК, которые могут существовать где-либо еще в Космосе. Каким бы мощным ни был естественный отбор, к сожалению, иногда его понимают неправильно. Устойчивое заблуждение состоит в том, что естественный отбор происходит в основном за счет различий между организмами в показателях смертности или дифференциальной смертности (например, Природа, красные зубы и когти). Отбор обычно происходит гораздо более тонким и незаметным образом. Всякий раз, когда один организм оставляет более успешное потомство, чем другой, со временем его гены начинают доминировать в генофонде популяции.В конце концов, генотип, оставляющий меньшее количество потомков, должен вымереть в стабильной популяции, если только сопутствующие изменения не дают ему преимущества по мере того, как он становится более редким. В конечном счете, естественный отбор действует только благодаря дифференциальному репродуктивному успеху . Дифференциальная смертность может быть избирательной, но только в той степени, в какой она создает различия между особями в количестве производимого ими репродуктивного потомства. Следовательно, такие фразы, как борьба за существование и выживание наиболее приспособленных, имели печальные последствия.Они, как правило, заставляют людей мыслить в терминах мира собак и собак и рассматривать такие вещи, как хищничество и борьба за пищу, как преобладающие средства отбора. Слишком часто естественный отбор формулируется с точки зрения дифференциальной смертности, когда самые сильные и быстрые особи считаются имеющими селективное преимущество перед более слабыми и медлительными особями. Но если бы это было так, каждый вид постоянно набирал бы силу и скорость. Поскольку этого не происходит, должен иметь место отбор против повышенной силы и скорости (контротбор), который должен ограничивать процесс.Животные могут быть слишком агрессивными для своего же блага; чрезвычайно агрессивная особь может тратить так много времени и энергии на погоню за другими животными, что тратит меньше времени и энергии на спаривание и размножение, чем в среднем, и в результате оставляет меньше потомства, чем в среднем. Точно так же человек может быть слишком покорным и тратить слишком много времени и энергии, убегая от других животных. Различия в выживаемости, приводящие к различной смертности, могут, но не обязательно, приводить к естественному отбору.Осторожный кот, который редко пересекает шумные улицы, может дожить до глубокой старости, не оставив столько потомков, сколько другой, менее уравновешенный кот, убитый на оживленной дороге в гораздо более молодом возрасте. Если продолжительность жизни не позволяет или не приводит к более высокому репродуктивному успеху, естественный отбор не благоприятствует долгой жизни. Точно так же, хотя мы могли бы желать иного, нет необходимой избирательной премии за красоту, ум или мускулы, если только эти черты не трансформируются в большее количество потомков, чем в среднем. Таким образом, единственная валюта, признаваемая естественным отбором, — это дети.Если уродливые, тупые, слабые особи оставят больше потомства, они унаследуют Землю. Естественный отбор действует как недальновидный эксперт по эффективности, выискивая все без исключения способы максимизировать репродуктивный успех, даже если это становится пагубным для выживания. Отбор не разумен и не имеет другой цели, кроме оптимизации использования ресурсов для немедленного успешного воспроизводства. Естественный отбор также является главным изобретателем: краткий список его многочисленных патентов включает в себя полеты, астрономическую навигацию, многие фармацевтические препараты, эхолокацию, изоляцию, инфракрасные датчики и иглы для подкожных инъекций. Естественный отбор привел как к инстинктам, так и к обучению. Обучение предпочтительно в непредсказуемых ситуациях, когда животные могут лучше всего адаптироваться, соответствующим образом изменив свое поведение. Инстинкты в основном являются «запрограммированным» обучением и развиваются в предсказуемых ситуациях, особенно в тех, которые связаны с решениями о жизни и смерти. Таким образом, поскольку люди возникли в Африке, окруженные опасными ядовитыми змеями, у нас развился инстинктивный страх перед змеями. Многие другие эмоции также эволюционировали, чтобы адаптировать нас к окружающей среде.На протяжении многих тысячелетий люди жили как охотники-собиратели и укрывались в пещерах. Жадность и месть, безусловно, должны были быть адаптивными для ранних обитателей пещер. Жадный пещерный человек, который отказывался делиться своими запасами еды в начале зимы, с большей вероятностью дожил бы до весны и, следовательно, имел бы более высокую приспособленность (репродуктивный успех), чем пещерный человек, не жадный делящийся. Точно так же месть имела смысл — если другой пещерный человек испортил ваши вещи, вы ударили его по голове, и он вряд ли сделает это снова.Такие инстинкты работали нам на пользу, когда мы были пещерными людьми, но стали опасно неприспособленными в сегодняшнем рукотворном искусственном мире. В настоящее время мы поклоняемся безудержной жадности, позволяя другим становиться миллиардерами — какой смысл иметь больше, чем вы можете использовать? Точно так же месть не имеет смысла, когда кто-то собирается нажать красную кнопку, чтобы привести в действие ядерную взрывчатку, которая уничтожит вас и ваших врагов. Следовательно, естественный отбор может иметь неприятные последствия, как это уже случалось много раз.Например, отбор запрограммировал нас на размножение, заставляя наши нервные окончания покалывать в нужных местах — пещерные люди производили множество детей, даже не зная, откуда они взялись! Как и все формы жизни, мы всего лишь марионетки, танцующие на ниточках естественного отбора, часто даже не подозревая об этом. Люди перенаселены Космический корабль Земля и мы разрушаем собственные системы жизнеобеспечения, фактически угрожая уничтожить самих себя. Естественный отбор часто не одобряет «хорошесть», но обычно приводит к эгоистичному поведению.Даже при сотрудничестве, таком как мутуализм, стороны различаются по издержкам и получаемым выгодам. Чтобы такие кооперативные системы развивались, чистые выгоды для обеих сторон должны перевешивать затраты. К сожалению, каким бы могущественным ни был естественный отбор, он чрезвычайно близорук и, следовательно, является несовершенным экспертом по эффективности. Вы можете даже возразить, что естественный отбор — наш самый большой враг: чтобы жить в устойчивом долгосрочном равновесии с ограниченными ресурсами Земли, людям придется преодолеть запрограммированное стремление к размножению.Это будет непросто и, может быть, даже невозможно. Наивные, групповые селекционистские объяснения часто даются биологическим явлениям. Например, люди часто говорят о вещах, которые «полезны для вида». Естественный отбор просто не работает на этом уровне, а способствует репродуктивному успеху отдельных организмов. Думать об эволюции различных экологических атрибутов нужно тщательно и правильно. Например, заманчиво, но опасно ошибочно рассматривать организмы или экосистемы как созданные для упорядоченного и эффективного функционирования.Многочисленные атрибуты индивидуумов являются плохо спроектированными остатками от предков с другой экологией. Адаптация предковой рыбы к наземному млекопитающему обязательно включала множество изменений функций и приводила к некоторым элементам плохого дизайна, таким как перекрест между дыхательными и пищеварительными трубками, что приводило к неадекватному расположению легких/пищевода (которое привело почти к 3000 смертям от удушья). в Америке каждый год). Всегда следует помнить, что естественный отбор действует за счет дифференциального репродуктивного успеха отдельных организмов.Антагонистические взаимодействия на уровне особей и популяций (конкуренция, хищничество, паразитизм) часто должны ухудшать некоторые аспекты работы экосистемы. В биологии оказались полезными два принципиально разных подхода: функциональный (механистический) и эволюционный (стратегический). Первый имеет дело с более коротким масштабом времени, чем второй. Они были названы как? против почему? вопросы. Например, можно спросить, почему соотношение полов часто близко к 50:50? Приблизительный механистический ответ может заключаться в том, что (по крайней мере, у млекопитающих) половина сперматозоидов содержит y-хромосому, а другая половина содержит x-хромосому: таким образом, половина образующихся зигот будет xy (мужскими), а другая половина будет женской. (хх). Фишер (1930) предложил эволюционный ответ: независимо от нынешнего соотношения полов, в каждом поколении половина генов в генофонде следующих поколений должна исходить от самцов, а другая половина — от самок. Таким образом, инвестиции в сыновей имеют такое же ожидаемое вознаграждение, как и инвестиции в дочерей: в равновесии родители должны вкладывать в обоих полов поровну, что обычно приводит к соотношению полов примерно 50:50. Далее Фишер отметил, что у людей соотношение полов при рождении на самом деле статистически смещено в сторону избытка мужчин.Затем, соединив точки, он отметил, что детская смертность среди мужчин выше, чем среди женщин. Следовательно, чтобы уравнять родительские расходы на сыновей и дочерей, родители должны вкладывать больше средств в сыновей в начале периода родительской заботы и компенсировать это позже, в период родительской заботы, вкладывая больше средств в дочерей. Фишер заключает, что, поскольку это приспособление вызвано несколько большим неравенством в соотношении полов при зачатии, для которого нельзя указать априорных причин, трудно избежать вывода, что соотношение полов действительно было изменено этими средствами. В течение многих лет биологи просто принимали широкий спектр биологических явлений как существенно неизменными, как в приведенном выше примере, что соотношение полов обычно близко к равенству, без учитывая, почему такие факты могли быть такими или как они могли развиваться. Примерно до 1970 г. эволюционная перспектива полностью отсутствовала в учебниках по экологии. За последние полвека в экологии произошла интеллектуальная революция: строгие Применение теории естественного отбора в популяционной биологии значительно расширилось. наше понимание многочисленных явлений, включая эволюцию таких вещей, как генетические доминирование, способы кормодобывания, репродуктивная тактика, старение, менопауза, соотношение полов, толерантность изгибы, широкий спектр социального поведения, выбор партнера, системы спаривания, тактика побега от хищников, вирулентность паразита, измененное поведение хозяина, эволюционная эпидемиология, дарвиновская медицина, широта ниши, структура гильдии и разделение ресурсов, среди прочего.Добавление эволюционный подход открыл совершенно новые области деятельности, такие как оптимальная добыча пищи, тактика истории жизни, половой отбор и коэволюция, каждая из которых стала субдисциплину, а затем быстро превратилась в самостоятельную область. Эволюционная экология превратилась в массовую дисциплину, которая ассимилировала и в значительной степени заменила другие экологические субдисциплины. Современные молекулярные методы теперь позволяют биологам изолировать, амплифицировать и секвенировать ДНК, которая в свою очередь, может быть использован для реконструкции вероятных эволюционных деревьев и наследственных состояний.филогения а современные сравнительные методы теперь позволяют экологам делать выводы и отслеживать вероятные фактические ход эволюции. Активная температура тела в C среди семи родов австралийских сцинков с предполагаемым предком температуры тела в различных узлах. Обратите внимание на высокую температуру тела Ctenotus (далеко справа) и более низкие температуры тела у его родственников Hemiergis, Eremiascincus и Сфеноморф .Этот филогенетический анализ предполагает, что потомки разошлись. от общего предка, который обладал умеренной активной температурой тела [Адаптировано из Huey и Беннетт (1987).] Все живое на Земле произошло от одного общего предка, потомки которого разошлись выбор аналогичен показанному на рисунке выше. Дарвин закончил «Происхождение видов» словами «Интересно созерцать запутанный берег, одетая многими растениями многих видов, с пением птиц на кустах, с различными порхающими насекомыми и червями, ползающими по сырой земле, и отражать это эти искусно сконструированные формы, столь отличные друг от друга и зависящие друг от друга другие столь сложным образом были произведены законами, действующими вокруг нас.Эти законы, взятый в самом широком смысле, как рост с воспроизводством; наследство, которое почти подразумевается воспроизведением; изменчивость от косвенного и прямого действия условий жизни, а также от использования и неиспользования; коэффициент увеличения настолько высок, что ведет к борьбе за жизни и, как следствие, к естественному отбору, влекущему за собой расхождение признаков и вымирание менее совершенных форм. Таким образом, от войны природы, от голода и смерти самый возвышенный объект, который мы способны себе представить, а именно производство высшего животных, непосредственно следует.В этом взгляде на жизнь есть величие. . . Впервые за всю более чем 3,5-миллиардную историю жизни на Земле продукт естественного отбора развил разум достаточно, чтобы осознать силу (естественный отбор), управляющий всеми живыми системами. По существу, чтобы пересказ Бальфура (1895)» материя познает себя». У нас есть возможность понять эволюционную основу человеческих эмоций: предательство, сострадание, сочувствие, зависть, страх, жадность, честность, ревность, верность, похоть, месть и доверие.Но мы все еще отсутствие возможности их контролировать. К сожалению, вместо того, чтобы использовать наш интеллект, чтобы стать богоподобные распорядители этой планеты, люди вместо этого решили изнасиловать и уничтожить единственную Землю у нас есть. В настоящее время люди настолько доминируют в экосистемах Земли, что чистая экология практически исчезла с лица этой планеты! Первозданные экологические системы больше нигде не существуют. Многочисленный К антропогенным последствиям перенаселения относятся многие виды загрязнения атмосферы, вода и земля (и многообразное воздействие такого загрязнения на здоровье и жизнедеятельность растений и животных, включая нас самих), разрушение и фрагментация среды обитания, исчезающие виды, потеря генетической изменчивости, вымирание, нарушение природных экосистем, перемещение человека организмов и вытекающая из этого гомогенизация земной биоты, эволюция микробов, заражающих людей в качестве носителей и даже уровень убийств среди людей. До недавнего времени космический корабль Земля предоставил нам довольно хорошее место для жизни. Но сейчас системы жизнеобеспечения Земли провал . . . мы перенаселили планету и загрязнили ее атмосферу — в результате загрязнение способствует глобальному изменению погоды. Земля быстрое потепление – таяние ледяных шапок и изменение океанских течений. Белые медведи и пингвинам грозит вымирание, и хотя многие люди отказываются смотреть в лицо фактам, мы, возможно, не сильно отстаем. См. также: ERP: Эволюция ERP: Адаптация ERP: Коэволюция ERP: конвергентная эволюция ERP: репродуктивная тактика ERP: сексуальный отбор ERP: научные методы и человеческие знания Каталожные номера Бальфур, А. Дж. (1895) Основы веры. Лонгманс Грин. Дарвин К. (1859) Происхождение видов путем естественного отбора.Мюррей, Лондон. Фишер Р.А. (1930) Генетическая теория естественного отбора. Кларендон Пресс, Оксфорд. Garland T, RB Huey, & AF Bennett (1991) Филогенез и коадаптация тепловой физиологии у ящериц: повторный анализ. 17.03.2022Leave a Comment on Почему в природе происходит естественный отбор: Natural Selection and Adaptive Evolution | BiologyРазное About the Author admin Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Возраст Воспитать Детей Отношения Психология Разное Семья Советы Related Posts Прорезывание зубов у детей: симптомы, порядок и как помочь малышу Сколько и как часто прибавляет в весе новорожденный ребенок: нормы по месяцам Пуповина новорожденного: что происходит после рождения и почему это важно Польза и вред козьего молока: что нужно знать о сыром и пастеризованном продукте