4. Движущие силы эволюции
В эволюционной теории Ч. Дарвина предпосылкой эволюции является наследственная изменчивость, а движущими силами – борьба за существование и естественный отбор.
Изменчивость - процесс возникновения отличий у потомков по сравнению с предками, которые обусловливают многообразие особей в пределах сорта, породы под влиянием генетико-экологических факторов эволюции. Проанализировав формы изменчивости Ч. Дарвин выделил среди них три: определенную, неопределенную и коррелятивную.
Определенная, или групповая, изменчивость возникает под влиянием какого-либо фактора среды, действующего на все особи одинаково и изменяющегося в определенном направлении. Например, изменения волосяного покрова под влиянием климата. Эта изменчивость является массовой и выражается у всех особей сходным образом. Она ненаследственна.
Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость проявляется специфично у каждой особи и выражается в появлении разнообразных отличий у особей одного сорта или породы, находящихся в одинаковых условиях. Например, появление у одного сорта растений экземпляров с разной окраской цветков, разной интенсивностью окраски лепестков и т.п. Неопределенная изменчивость имеет наследственный характер, т.е. устойчиво передается потомству. В этом заключается ее важное значение для эволюции.
Коррелятивная, или соотносительная, изменчивость - это изменение в каком-то одном органе, вызывающие изменения в других органах. Например, у голубей с длинным клювом длинные ноги и т.п. Определив форму изменчивости Ч.Дарвин делает вывод о том, что для эволюционного процесса важны лишь наследуемые изменения.
Согласно Дарвину, основные факторы, эволюции культурных растений - это наследственная изменчивость и отбор, производимый человеком (такой отбор Дарвин назвал искусственным).
Естественный отбор - это процесс в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями. При этом на первое место по значению для эволюции Дарвин поставил индивидуальную изменчивость.
Одним из главных условий естественного отбора Дарвин считает перенаселение особей, возникающее как следствие геометрической прогрессии размножения.
В природных условиях значительная часть потомства по различным причинам гибнет. Дарвин делает заключение, что перенаселение является основной (хотя и не единственной) причиной возникновения между организмами борьбы за существование.
В возникновении борьбы за существование, кроме перенаселения, Дарвин видел и другие причины. Перенаселение только обостряет борьбу за существование, но не является основной причиной.
Борьба за существование проявляется четко между особями одного вида (внутривидовая). Занимая одинаковую экологическую нишу особи одной видовой популяции конкурируют жестко и борьба между ними протекает напряженно.
Межвидовая борьба идет, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы, либо когда они связаны отношениями типа “хищникжертва”, но проходит в менее напряженной форме, чем внутривидовая борьба.
Колебания физико-химических и тем более биотических условий среды в определенный период жизни (при ухудшении условий среды) требуют приспособляемости организмов к новым условиям, что усиливает внутривидовую борьбу.
В борьбе за существование выживают наиболее приспособленные и гибнут менее приспособленные организмы, такое явление Дарвин назвал естественным отбором.
Концепция “выживания наиболее приспособленных” представляет собой ядро естественного отбора.
Одним из видов естественного отбора Дарвин выделил половой отбор. Половой отбор - это конкуренция особей одного пола за спаривание с особями другого пола. Дарвин различал две формы полового отбора:
1) когда самки остаются пассивными и происходит прямая борьба между самцами;
2) когда самцы не вступают в прямую борьбу между собой, а конкурируют с целью очаровать самку, выбирающую наиболее привлекательных самцов.
Примером первой формы являются турнирные бои млекопитающих и других животных, в результате которых устраняются от размножения слабые особи, что ведет к появлению сильного потомства.
При второй форме отбора отмечается усиление вторичных половых признаков самцов: яркое оперение, громкие брачные песни, запахи и т.п. В результате такого отбора самцы многих видов становятся особенно заметными. Тем самым они привлекают самок и отвлекают от них хищников.
Основным результатом эволюции Дарвин считал приспособленность организмов к условиям обитания, которая совершенствует организм.
Например, покровительственная окраска, предупреждающая окраска. Наряду с этим он также отмечает, что приспособленность организмов к среде обитания (их целесообразность), носит относительный характер. Любое приспособление полезно только для тех условий в которых оно исторически возникло.
Другой важный результат эволюции - многообразие живых организмов. Развитие органического мира от низших форм к высшим Дарвин называет - прогрессивной эволюцией, но он не отрицает и морфофизиологического регресса (т.е. эволюции форм, приспособления которых к условиям среды идут через упрощение организма), а также консервативного направления эволюции.
В начале 40-х годов 20-го века возникла синтетическая теория эволюции. В разработку этой теории внесли особый вклад русские, английские и американские ученые.
Развитие дарвинизма нашло свое выражение в создании синтетической теории эволюции, разработанной на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма.
Основные постулаты синтетической теории эволюции:
1. Материалом для эволюции служат наследственные изменения - мутации (генные).
2. Основной движущий фактор эволюции - естественный отбор, возникший на основе борьбы за существование.
3. Наименьшей эволюционной единицей является популяция.
4. Эволюция носит дивергентный характер, т.е. один таксон может дать ряд дочерних таксонов.
5. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Происходит последовательная смена одной видовой популяции чередой последующих временных популяций.
6. Вид состоит из множества соподчиненных репродуктивно не изолированных единиц - подвидов и популяций.
7. Вид - целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями (“поток генов”).
8. Любой реальный таксон имеет монофилетическое происхождение.
9. Эволюция имеет ненаправленный характер, т.е. не идет в направлении какой-либо конечной цели.
В настоящее время выделяют несколько форм естественного отбора, главными из которых является стабилизирующий о ленными к старым, вызывает изменение преобладающего генотипа и фенотипа в популяции, т.е. благоприятствует увеличению в ней частоты новых аллелей (рис. 38).
Примером движущегося отбора является появление темноокрашенных форм некоторых видов бабочек под воздействием химических загрязнений атмосферы. За последние 100 лет у более чем 80 видов бабочек появились темные формы. Это явление известно теперь под названием индустриального (промышленного) механизма.
Дизруптивный отбор осуществляется в тех случаях, когда две или более генетически различные формы обладают преимуществом в разных условиях, например, в разные сезоны года (рис. 39). Такой отбор направлен против промежуточных форм. Он как бы разрывает популяцию по данному признаку на несколько групп и при участии изоляции может привести к разделению популяции на две и более. Примером эволюционного действия дизруптивного отбора может быть возникновение карликовых рас хищных рыб (щук). При дефиците объектов питания преимущество приобретают самые быстрорастущие формы, что позволяет им поедать собратьев меньших. С другой стороны выгодное положение будут иметь щурята с максимальной задержкой скорости роста. так как мелкие размеры позволяют ограничиться планктонными кормом.
Эволюционная роль изоляции популяций и ее формы
При размножении половым путем, вид представляет совокупность связанных между собой популяций. Но, если между отдельными популяциями или группами популяций возникнут какие-либо препятствия, затрудняющие обмен генами (изоляция), это приведет к расчленению вида.
Таким образом, изоляция - это постоянное ограничение панмиксии, т.е. ограничение свободного скрещивания.
Выделяют два основных типа изоляции популяция: географическая и биологическая. Первая связана с различными изменениями в ландшафте: водные барьеры, горные хребты, лесные массивы. Географическая изоляция может иметь место и в тех случаях, когда вид занимает достаточно обширный ареал и особи разных популяций не могут встречаться и скрещиваться в силу большого расстояния между популяциями.
Вторая, биологическая изоляция, определяется всяческими различиями индивидуумов внутри вида, предупреждающими скрещивание. Выделяют 3 основные формы биологической изоляции: экологическую, морфофизиологическую и генетическую. Экологическая изоляция наблюдается тогда, когда потенциальные партнеры по спариванию не встречаются из-за разных мест обитания (биотическая) на одной территории, либо из-за разных сроков созревания (сезонная).
Морфофизиологическая изоляция обусловлена особенностями строения и функционирования органов размножения (размеры особей, несоответствие в строении половых аппаратов, гибель половых клеток).
Генетическая изоляция проявляется тогда, когда скрещивающиеся пары имеют существенные различия в строении хромосом их количестве и др., что снижает жизненную способность зигот и зародышей.
Эволюционный смысл изоляции популяций в том, что из-за отсутствия потока генов (результат изоляции) генофонд такой популяции становится самостоятельным, частота встречаемости разных аллелей в нем подобрана естественным отбором применительно к конкретным условиям обитания. это может привести к возникновению нового вида.
Видообразование, его факторы и способы
Видообразование - это процесс возникновения одного или нескольких новых видов из видов, существовавших ранее. Новые виды могут возникнуть из одного вида (внутривидовое видообразование) или 2 вида дают начало новому виду (межвидовая гибридизация часто встречающаяся у растений).
Если внутривидовая видообразование происходит в условиях пространственной разобщенности популяций, то его называют аллопатрическим видообразованием (от allos - разный, patria- родина).
Например, при изменении растительного покрова в четвертичном периоде произошло разделение ареала ландыша майского на 5 самостоятельных географических ареалов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, в которых сформировались сначала отдельные расы, а в дальнейшем самостоятельные виды ландыша. Сохранившийся на юге Европы ландыш майский вторично расселился по всей Европе (европейская раса). Аллопатрическое видообразование часто называют географическим.
Симпатрическое ( syn - вместе) видообразование - это формирование нового вида, находящегося в пределах ареала вместе с материнским видом. Этот способ видообразования не связан с территориальным разобщением популяций в период создания генетической изоляции.
Примером симпатрического видообразования может служить образование сезонных рас (сезонная изоляция) погремка большого. Одна из этих рас созревает (цветет) и размножается до сенокошения, а другая после сенокошения, так возникает сначала новый подвид погремка, а затем и вид. На нескашиваемых лугах погремок цвете все лето.
Второй пример - 2 вида фиалок, произрастающих в одной и той же области, предпочитают различные эдафотопы (местообитания).
В первом и втором примерах действует изолирующий механизм (по Доброжанскому), как фактор процесса видообразования. Это экологическая форма изоляции.
Репродуктивная изоляция может действовать и в форме поведения организмов (брачные ритуалы видов), в форме механической разнородности (различия в строении половых органов у животных и растений) строения тела.
К симпатрическому видообразованию относятся также случаи возникновения новых видов на основе полиплоидий и отдаленной гибридизации. Так, разные виды картофеля имею хромосомные наборы 12, 24, 48, 72. Полиплоиды, как правило, более жизнеспособные и могут вытеснять родительский вид. Полиплоидия известна у таких животных как иглокожие, членистоногие, кольчатые черви и др.