Причины естественного отбора: Естественный отбор — главный фактор эволюции

Естественный отбор — главный фактор эволюции

Главной заслугой Чарлза Дарвина было верное описание механизма эволюции, ее причин, или факторов; то есть того, как на самом деле она протекает. Сама же мысль, что виды меняются, постепенно приспосабливаясь к окружающей среде, высказывалась еще до Дарвина. Так Жан Батист Ламарк внес большой вклад в развитие эволюционного учения, хотя неправильно описал то, как протекает эволюция.

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 борьба за существование – борьба за жизнь, пищу, территорию, право на размножение. Также индивиды и популяции борются не только между собой, но и с неблагоприятными условиями среды. В общей массе выживают наиболее успешные в этой борьбе. Они производят следующее поколение, обладающее их признаками.

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.

Желтые стрелки – направление действия естественного отбора. Красный график – прежнее состояние популяции. Синий график – состояние популяции после действия естественного отбора. Ось X – значение признака. Ось Y – количество особей.

В случае стабилизирующей формы отбор благоприятствует выживанию особей со средним значением признака и устраняет особей с любыми крайними значениями. Стабилизирующий отбор действует в неизменных условиях среды на популяции, которые давно здесь обитают. Он поддерживает неизменность, то есть стабильность, популяций.

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 – главный фактор эволюции видов в природе



Стр. 169

1. Дайте определение естественного отбора. Назовите причины естественного отбора, действующего в природе?

Естественный отбор – процесс, изначально определённый Чарльзом Дарвином как приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. В соответствии с теорией Дарвина и современной синтетической теорией эволюции, основным материалом для естественного отбора служат случайные наследственные изменения – рекомбинация генотипов, мутации и их комбинации.

При отсутствии полового процесса естественный отбор приводит к увеличению доли данного генотипа в следующем поколении. Однако естественный отбор «слеп» в том смысле, что он «оценивает» не генотипы, а фенотипы, и преимущественная передача следующему поколению генов особи, обладающей полезными признаками, происходит независимо от того, являются ли эти признаки наследуемыми.

Более успешной считают особь, которая оставила большее число потомков (то есть копий своих генов).

2. В чем сущность борьбы за существование?

Борьба за существование – сложные и многообразные отношения организмов между собой и с условиями окружающей среды. Причина борьбы за существование: несоответствие между возможностью видов к беспредельному размножению и ограниченностью ресурсов.

3. Какие различают формы борьбы за существование?

1) Внутривидовая( борьба внутри определенного вида)

2) Межвидовая(борьба между видами)

3) Борьба с неблагоприятными условиями среды.

— Внутривидовая борьба, которая протекает наиболее остро, так как у всех особей вида совпадает экологическая ниша. В ходе внутривидовой борьбы организмы конкурируют за ограниченные ресурсы – пищевые, территориальные, самцы некоторых животных конкурируют между собой за оплодотворение самки, а также другие ресурсы. Для снижения остроты внутривидовой борьбы организмы вырабатывают различные приспособления – разграничение индивидуальных участков, сложные иерархические отношения. У многих видов организмы на разных этапах развития занимают разные экологические ниши, например, личинки жесткокрылых обитают в почве, а стрекоз – в воде, в то время как взрослые особи заселяют наземно-воздушную среду.

— Межвидовая – борьба за существование между разными видами. Как правило, межвидовая борьба протекает особенно остро, если у видов сильно перекрываются экологические ниши (часто у представителей одного рода или семейства). В ходе межвидовой борьбы организмы также конкурируют за одни и те же ресурсы – пищевые, территориальные.

— Борьба с неблагоприятными условиями среды.

4. Что является объектами действия естественного отбора?

Естественный отбор – преимущественное выживание и размножение наиболее приспособленных особей.

5. Почему естественному отбору иногда подвергаются признаки, вредные для отдельной особи?

Естественный отбор действует на отдельные особи или целые группы особей популяции. Отбору подлежат все жизненно важные признаки и свойства организмов, обеспечивающие их размножение и оставление потомства. Под действие отбора могут попадать даже признаки, вредные для отдельной особи, но полезные в целом для популяции. Например, ужалившая врага медоносная пчела погибает, но так как она защищает всю пчелиную семью, то способность к самопожертвованию сохраняется естественным отбором как полезный признак для выживания данного вида.

6. Охарактеризуйте различные формы борьбы за существование. Заполните таблицу.

Борьба за существование

ПРИЧИНЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА

. 1990 декабрь; 44 (8): 1947-1955.

doi: 10.1111/j.1558-5646.1990.tb04301.x.

Майкл Дж. Уэйд ¹ , Сьюзан Калиш ^{2 3}

Принадлежности

• ¹ Факультет экологии и эволюции Чикагского университета, 915 East 57th Street, Чикаго, Иллинойс, 60637, США.
• ² Биологическая станция Келлогг, Университет штата Мичиган, 3700 Галл Лейк Драйв, Хикори Корнерс, Мичиган, 49060, США.
• ³ Кафедра ботаники и патологии растений, кафедра зоологии, Университет штата Мичиган, Ист-Лансинг, Мичиган, 48824, США.

• PMID: 28564434
• DOI: 10.1111/j.1558-5646.1990.tb04301.x

Майкл Дж. Уэйд и др. Эволюция. 1990 Декабрь

. 1990 декабрь; 44 (8): 1947-1955.

doi: 10.1111/j.1558-5646.1990.tb04301.x.

Авторы

Майкл Дж. Уэйд ¹ , Сьюзан Калиш ^{2 3}

Принадлежности

• ¹ Факультет экологии и эволюции Чикагского университета, 915 East 57th Street, Чикаго, Иллинойс, 60637, США.
• ² Биологическая станция Келлогг, Университет штата Мичиган, 3700 Gull Lake Drive, Hickory Corners, MI, 49060, США.
• ³ Кафедра ботаники и патологии растений, кафедра зоологии, Университет штата Мичиган, Ист-Лансинг, Мичиган, 48824, США.

• PMID: 28564434
• DOI: 10.1111/j.1558-5646.1990.tb04301.x

Абстрактный

Обсуждаются необходимые и достаточные условия выявления причины естественного отбора по фенотипическому признаку. Мы пересматриваем наблюдательные методы, недавно предложенные для измерения отбора в естественных популяциях, и показываем, почему многомерный анализ отбора недостаточен для идентификации каузальных агентов отбора. Мы обсуждаем, как наблюдательный подход многофакторного анализа отбора может быть дополнен экспериментальными манипуляциями с фенотипическим распределением и окружающей средой, чтобы определить не только то, как отбор воздействует на фенотипическое распределение, но и почему он действует наблюдаемым образом. Важным отправным пунктом нашей работы от недавних дискуссий является роль окружающей среды в изучении естественного отбора. Вместо того чтобы рассматривать окружающую среду как источник нежелательных вариаций, скрывающих связь между фенотипом и приспособленностью, мы рассматриваем приспособленность как результат взаимодействия фенотипа с окружающей средой. Биотическая и абиотическая среда — это контекст, который порождает отношения между фенотипом и приспособленностью (отбором). Анализ причин отбора по существу является проблемой экологии. Экспериментальное изучение связи между градиентами отбора и характеристиками среды необходимо для выявления агентов естественного отбора. Мы рекомендуем методы исследования для определения агента отбора, которые зависят от взаимности между наблюдательным подходом многомерного анализа отбора и манипулятивным подходом полевых экспериментов в эволюционной экологии.

© 1990 Общество изучения эволюции.

Похожие статьи

• Каковы экологические детерминанты фенотипического отбора? Метаанализ экспериментальных исследований.

  Карузо К.М., Мартин Р.А., Слетволд Н., Моррисси М.Б., Уэйд М.Дж., Августин К.Е., Карлсон С.М., Макколл А.Д.С., Сепилский А.М., Кингсолвер Д.Г. Карузо С.М. и соавт. Я Нат. 2017 г., сен; 190 (3): 363–376. дои: 10.1086/692760. Epub 2017, 2 августа. Я Нат. 2017. PMID: 28829646

• Отбор и эволюция причинно-ковариантных признаков.

  Моррисси МБ. Моррисси МБ. Эволюция. 2014 июнь; 68 (6): 1748-61. doi: 10.1111/evo.12385. Epub 2014 16 апр. Эволюция. 2014. PMID: 24611949

• Эволюционные последствия экологических взаимодействий, опосредованных фенотипической пластичностью.

  Фордайс Дж.А. Фордайс Дж.А. J Эксперт Биол. 2006 г., июнь; 209 (часть 12): 2377-83. дои: 10.1242/jeb.02271. J Эксперт Биол. 2006. PMID: 16731814 Обзор.

• Экологические аспекты эволюционных процессов.

  Бок WJ. Бок В.Дж. зоолог. наук. 2003 март; 20 (3): 279-89. doi: 10.2108/zsj.20.279. зоолог. наук. 2003. PMID: 12692387

• Генетика, лежащая в основе естественной изменчивости биотических взаимодействий Arabidopsis thaliana: проблемы связи эволюционной генетики и экологии сообщества.

  Ру Ф., Бергельсон Дж. Ру Ф. и др. Curr Top Dev Biol. 2016;119:111-56. doi: 10.1016/bs.ctdb.2016.03.001. Epub 2016 23 апр. Curr Top Dev Biol. 2016. PMID: 27282025 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Фенотипический отбор по декоративному признаку не зависит от плотности размножения в популяции мухоловки-пеструшки.

  Моралес-Мата Х.И., Потти Х., Камачо К., Мартинес-Падилья Х., Канал Д. Моралес-Мата JI и др. Дж. Эвол Биол. 2022 Апрель; 35 (4): 610-620. дои: 10.1111/jeb.13993. Epub 2022 16 марта. Дж. Эвол Биол. 2022. PMID: 35293060 Бесплатная статья ЧВК.

• Зависимость от частоты и предсказуемость эволюции в меняющейся среде.

  Чевин Л.М., Гомперт З., Носил П. Чевин Л.М. и др. Эвол Летт. 2021 дек. 20;6(1):21-33. дои: 10.1002/evl3.266. Электронная коллекция 2022 февраль. Эвол Летт. 2021. PMID: 35127135 Бесплатная статья ЧВК.

• Многовариантный отбор, опосредованный засушливостью, предсказывает дивергенцию засухоустойчивых признаков вдоль естественных градиентов засушливости инвазивного сорняка.

  Карвалью К., Дэвис Р., Конналлон Т., Глидоу Р.М., Мур Д.Л., Уэсуги А. Карвалью С. и др. Новый Фитол. 2022 май; 234(3):1088-1100. doi: 10.1111/nph.18018. Epub 2022 28 февраля. Новый Фитол. 2022. PMID: 35118675 Бесплатная статья ЧВК.

• Взаимодействующие фенотипы и коэволюционный процесс: межвидовые косвенные генетические эффекты изменяют коэволюционную динамику.

  Де Лиль С.П., Болник Д.И., Броди Э.Д. 3-й, Мур А.Дж., МакГлотлин Д.В. Де Лиль С.П. и др. Эволюция. 2022 март;76(3):429-444. doi: 10.1111/evo.14427. Epub 2022 10 февраля. Эволюция. 2022. PMID: 34997942 Бесплатная статья ЧВК.

• Об эволюции трофического положения.

  Моосманн М., Куэнка-Камбронеро М., Де Лиль С., Гринуэй Р., Хадсон К.М., Люриг М.Д., Мэтьюз Б. Моосманн М. и соавт. Эколь Летт. 2021 декабря; 24 (12): 2549-2562. doi: 10.1111/ele.13888. Epub 2021 22 сентября. Эколь Летт. 2021. PMID: 34553481 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Эволюция путем естественного отбора | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Title

Evolution by Natural Selection

NGSS Performance Expectations

MS-LS3-1

MS-LS3-2 Разработайте и используйте модель для описания того, почему бесполое размножение идентично потомству. генетическая информация и половое размножение приводят к потомству с генетическими вариациями.

MS-LS4-4 Придумайте объяснение на основе данных, описывающих, как генетические вариации признаков в популяции повышают вероятность выживания и размножения некоторых особей в конкретной среде.

HS-LS3-1 Задайте вопросы, чтобы прояснить взаимосвязь о роли ДНК и хромосом в кодировании инструкций для характерных признаков, передаваемых от родителей к потомству.

HS-LS4-1 Сообщать научную информацию о том, что общее происхождение и биологическая эволюция подтверждаются многочисленными линиями эмпирических данных.

HS-LS4-2 Построить объяснение, основанное на доказательствах того, что процесс эволюции в первую очередь является результатом четырех факторов: (1) возможности увеличения численности вида, (2) наследственной генетической изменчивости особей вида из-за к мутациям и половому размножению, (3) конкуренции за ограниченные ресурсы и (4) размножению тех организмов, которые лучше приспособлены к выживанию и размножению в окружающей среде.

HS-LS4-4 Разработайте объяснение, основанное на доказательствах того, как естественный отбор приводит к адаптации популяций.

Тело

Введение в эволюцию путем естественного отбора

Без физического подсчета бактерий и вирусов ученые подсчитали, что сегодня на Земле живет более 8,7 миллионов видов организмов. Происхождение и исчезновение столь многих видов волновали ученых на протяжении тысячелетий, еще со времен Древней Греции. Большое разнообразие живых организмов на Земле лучше всего объясняется научно обоснованной концепцией эволюции путем естественного отбора.

 

 

 

Эволюция — это изменение унаследованных характеристик или признаков в популяции организмов на протяжении многих поколений. Механизм, который лучше всего объясняет эволюцию, — это явление, известное как естественный отбор. Естественный отбор — это процесс, при котором в популяции предпочтение отдается определенным унаследованным признакам, таким как цвет рыбы, рост человека или форма листа. Население человек — это группа организмов, которые спариваются и размножаются друг с другом. В общем,

• признаков сохраняются в популяции, потому что они способствуют успеху организма, или
90 031 черт устранены, потому что они умаляют успех организма.

 

Тысячи лет селективного давления определили формы, цвета, размеры и поведение, которые оптимизируют выживание и репродуктивный успех организмов в среде, в которой они развивались. На самом деле часто можно многое сказать о том, где что-то живет, по тому, как оно выглядит и ведет себя.

 

Эволюционная приспособленность и успех относится к выживанию, достаточному для передачи генетического материала потомству. Черты, которые передаются потомству, потому что они способствуют успеху, называются « выбранными для продолжения ». Черты, которые исключаются из популяции, потому что они мешают успеху, называются « выбранными против продолжения ».

 

Любая сила в окружающей среде, которая одобряет или не одобряет черты, является селективным агентом. Сила может быть биологической, как хищник, или физической, как температура. Со временем популяции, подвергшиеся воздействию различных селективных агентов, могут стать настолько разными, что больше не смогут скрещиваться друг с другом. Биологическое определение вид — это группа организмов, которые могут успешно размножаться друг с другом. Согласно этому определению, когда популяции больше не могут размножаться друг с другом, они считаются разными видами.

 

 

Weird Science

Activity

Моделирование естественного отбора в популяции бактерий.

 

История эволюционной биологии

В 1800-х годах многие люди пытались определить, почему в мире так много различных видов растений и животных. Чарльз Дарвин задавался вопросом о разнообразии животных, которых он видел на Галапагосских островах. Это привело его к разработке теории естественного отбора, которая является лучшим объяснением разнообразия жизни. Альфред Рассел Уоллес также выдвинул гипотезу о том, что окружающая среда может помочь сформировать разнообразие жизни, отдавая предпочтение одним чертам по сравнению с другими. Уоллес заметил, что насекомые в джунглях Африки и Южной Америки очень хорошо приспособлены к уникальным условиям. Эти два человека, работая независимо друг от друга, разработали одно и то же основное объяснение разнообразия жизни: естественный отбор. Эти принципы подтверждаются современными научными исследованиями.

 

Научная практика

 

Генетическая изменчивость необходима для эволюции посредством естественного отбора

Для осуществления естественного отбора популяция должна состоять из большого количества особей с разными характеристиками. Например, естественный отбор не повлиял бы на окраску тела рыб, если бы все особи в популяции были одного цвета. Термин фенотип используется для описания этих физических признаков. Все фенотипы являются выражением генетической информации в молекулах ДНК человека. Срок генотип описывает специфический генетический код в молекулярной структуре ДНК, который производит определенный фенотип. Вариации генотипов могут также вызывать вариации фенотипов.

 

Новые генотипы могут быть получены в результате естественного процесса генетической мутации. Мутация — это ошибка, допущенная в процессе копирования ДНК. Мутация приводит к изменению генетического кода или генотипа.

Рис. 1.7. Самец индийского павлина ( Pavo cristatus ) с мутацией белого лейцистического окраса демонстрирует полное оперение. Генетические мутации порождают новые генотипы. Новые генотипы могут привести к появлению новых фенотипов или признаков, таких как размер тела или рисунок окраски.

Изображение предоставлено Феликсом Потуи, Wikimedia Commons

Иногда ошибки мутации возникают в участках цепи ДНК, которые не кодируют какой-либо фенотип или признак. Точно так же некоторые мутации незначительны и не вызывают каких-либо значительных изменений во внешнем виде, физиологии или поведении организма. В других случаях мутации могут вызывать изменения фенотипа (рис. 1.7).

 

За миллионы поколений копирования даже небольшие ошибки в этом влиянии на фенотип могут привести к большим изменениям. Иногда одно изменение в регулирующем гене, контролирующем другие части ДНК организма, также может иметь большой эффект. Чтобы представить, как это может работать, представьте себе игру «телефон». В этой игре один человек шепчет фразу своему соседу, тот шепчет ее своему соседу и так далее. Последний человек, получивший сообщение, сравнивает фазу, которую, по его мнению, он услышал, с исходной фразой. Часто ошибки в повторении или понимании фразы-образца приводят к изменению смысла. То же самое происходит, когда ДНК реплицируется снова и снова. Изменения сообщения в игре аналогичны тому, что происходит при мутациях. Изменение значения «сообщения» ДНК может вызвать изменения во внешнем виде, физиологии или поведении организма.

 

Мутация может быть особенно мощным фактором изменения, если она оказывает значительное влияние на выживание организма. Некоторые мутации, например, обеспечили устойчивость бактерий к антибиотикам. Поскольку бактерии размножаются очень быстро, эти мутации могут быстро изменить популяцию бактерий.

 

Также важно помнить, что мутации случайны. Организм не может выбрать или выбрать свою мутацию. Например, некоторые виды животных, которые всю жизнь живут в пещерах без света, не имеют ни пигмента, ни окраски. Поскольку в пещерах темно, нет смысла маскироваться, чтобы избежать хищника, или иметь окраску, чтобы привлечь помощника. Однако не всем животным, живущим в темноте, не хватает цвета. Чтобы вид потерял свою окраску, должны произойти мутации, которые позволят устранить пигмент. Если мутация никогда не возникнет, животные останутся пигментированными.

 

Половое размножение также может увеличивать генетическую изменчивость популяции. Многие одноклеточные микроорганизмы размножаются, просто дублируя свой генетический материал (то есть ДНК) и делясь пополам. Этот процесс называется бесполым размножением. Новые клетки, полученные в результате бесполого размножения, генетически идентичны исходной родительской клетке, если только не произойдет какая-либо мутация. Половое размножение — это производство потомства путем объединения специализированных половых клеток. Эти половые клетки (также называемые гаметами) содержат только половину генетического материала отдельного организма. Когда две половинки — мужская и женская — объединяются, в потомстве получается совершенно новая комбинация генов.

Рис. 1.8. Схема генетической мутации и естественного отбора

Изображение предоставлено Elembis, Wikimedia Commons

Мутации и половое размножение увеличивают генетическую изменчивость популяции. Отдельные организмы с неблагоприятными чертами (например, деформированные крылья у плодовых мушек или ярко-белый рисунок у самцов павлинов) с меньшей вероятностью выживают и размножаются. Эти особи и гены, которые они несут, «отбираются против» или не одобряются естественным отбором (рис. 1.8). Напротив, люди с полезными генами с большей вероятностью выживут и размножатся.

---

 

 

Вкратце:

1. Естественный отбор требует различий между особями.
2. Мутации и половое размножение увеличивают генетическую изменчивость популяции.
3. Естественный отбор происходит, когда давление окружающей среды благоприятствует определенным чертам, которые передаются потомству.