Теория эволюции. Накопление биологических фактов все более указывало на необходимость признать существование эволюции органического мира, но ученые долгое время не могли объяснить причин, заставляющих эволюировать виды. В настоящее время во всем мире принята концепция естественного отбора.
Эта концепция была доложена впервые 1 июля 1858 года в Лондоне на заседании Линнеевского общества Чарльзом Дарвином. Она основана на трех наблюдениях и двух выводах. Наблюдение первое. Все организмы потенциально способны к увеличению своей численности в геометрической прогрессии, поэтому численность стремится к значительному увеличению.
На свет всегда производится больше потомков, чем природа может прокормить. Наблюдение второе. Как правило, численность живых организмов значительно не увеличивается, а остается примерно на одном уровне, так как выживают не все появившиеся на свет особи, а только некоторые. Вывод. Поскольку рождается больше, чем может прокормиться, между организмами происходит борьба за существование, которая протекает обычно в виде конкуренции.
То есть борьба за существование является причиной гибели многих организмов. 69 Наблюдение третье. На земле все организмы отличаются друг от друга, одинаковых особей нет. То есть изменчивость - свойство всех живых организмов на земле. Вывод. Так как в борьбе за существование участвуют разные организмы, следовательно, те особи, которые отличаются более выгодными свойствами или более выгодным набором изменчивости будут иметь больше шансов выжить в этой борьбе и оставить потомство, а организмы менее приспособленные - наоборот будут иметь меньше шансов на выживание.
Такое выживание наиболее приспособленных организмов Дарвин назвал естественным отбором. Следует иметь ввиду, что материалом для естественного отбора является только наследственная изменчивость. Таким образом, Дарвин объяснил, почему происходит эволюция. Эволюция происходит, потому что ею движет естественный отбор, то есть из поколения в поколение выживают наиболее приспособленные организмы.
Иными словами естественный отбор - это движущая сила эволюции. Естественный отбор проявляется в результате борьбы за существование. Борьба за существование возможна благодаря тому, что рождается организмов больше, чем могут прокормиться. В настоящее время теория Дарвина признана учеными всего мира. Однако ряд открытий показал, что в природе изредка наблюдаются явления противоречащие теории выживания наиболее приспособленных организмов. Представим популяцию березовых пядениц небольшой рощи. Естественный отбор привел к тому, что все бабочки имеют светлую окраску крыльев, маскирующую их на белых стволах.
Однако в популяции регулярно встречаются мутантные темные формы. Численность их невысока, так как они постоянно находятся под воздействием естественного отбора они более заметны для птиц на стволах берез. Допустим, что в нашей популяции на 10 светлых пядениц рождаются 100 темных 0,001 , а к осени в результате естественного отбора соотношение становится 10 к 10 0,01 . Представим также, что в ре- 70 зультате крайне неблагоприятных условий зимовки например, сильные морозы при невысоком снеговом покрове большая часть популяции бабочек зимующих на стадии куколки погибнет. В результате весной может вылететь из куколок только 100 бабочек, из которых окажется 5 темных, то есть соотношение темных увеличился до 5 вопреки естественному отбору.
Такое случайное увеличение частоты вредных мутаций называется дрейфом генов. Это явление открыто отечественным генетиком Н.П. Дубининым и американским генетиком С. Райтом. 5.2. ФОРМЫ БОРЬБЫ ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ Борьба за существование может протекать между разными организмами.
Выделяют следующие формы борьбы за существование. 1. Хищничество - это такие отношения между организмами, в результате которых одни организмы животные или реже растения поедают других животных. Например, рысь является хищником для зайца-беляка, а он в свою очередь - жертвой. Эволюция обоих видов протекает в результате постоянного естественного отбора.
В ходе этого отбора оставляют потомство только те зайцы, которые смогли спастись от рыси и те рыси, которые способны регулярно отлавливать зайцев. Между зайцами-беляками и рысями происходит непрерывная борьба за существование, в ходе которой животные должны быстрее бегать, лучше маскироваться. 2. Паразитизм - это такие отношения между организмами, в результате которых одни организмы живут, потребляя части другого организма в отличие от хищников не поедают жертву целиком. Например, дизентерийная амеба является кишечным паразитом шимпанзе. Эволюция, как шимпанзе, так и дизентерийной амебы протекает в ходе борьбы за существование между ними. В результате этой борьбы будут выживать, и оставлять потомство только те обезьяны, которые обладают устойчивостью к данному паразиту достаточно быстро вырабатывающие необходимые иммунные белки и те амебы, которые способны лучше противостоять защитным свойствам организма обезьян. 71 3. Конкуренция - это отношения между организмами, соревнующимися за одни и те же ресурсы внешней среды.
Конкуренция бывает двух типов конкуренция между особями разных видов - межвидовая конкуренция, а также - между особями одного вида - внутривидовая конкуренция. Рассмотрим пример межвидовой конкуренции.
В средней полосе России волк и рысь конкурируют за такой объект охоты как заяц-беляк. Для рыси заяц является основной пищей, для волка основной пищей являются копытные кабан, олень, лось. При недостатке копытных волки переключаются на добычу зайцев и становятся конкурентами рыси. Однако конкуренция обоих хищников за беляка не бывает слишком напряженной, так как при недостатке корма, волк способен охотиться на полевок в сельхозугодьях, нападать на домашних животных.
Рысь в свою очередь по-своему решает проблему недостатка пищи. Лесные кошки могут переключаться на охоту за лесными тетеревиными птицами, или охотиться на лисиц. Внутривидовая конкуренция проявляется среди любых особей одного вида. Эта форма конкуренции является более жесткой, чем межвидовая.
Для объяснения вернемся к выше рассмотренному примеру хищничества рыси и волка. Как уже сказано оба хищника конкурируют в охоте на зайца-беляка. Если же беляка становится слишком, то оба вида хищников переходят на другие различные объекты охоты. Конкуренция в этом случае между рысью и волком не наблюдается. Однако конкуренция сохраняется между рысями, так как для них объекты охоты остаются одинаковыми. Аналогично можно сказать и про волков.
Вместе с тем рыси между собой конкурируют не только за пищу, но и за многие другие факторы среды участки леса необходимые для дневного отдыха, самцы конкурируют за самок, самки - за самцов. То же можно сказать и про волков и про зайцев. 5.3. ФОРМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА Существуют три формы естественного отбора. 1. Движущий или направляющий естественный отбор это 72 такой отбор, который благоприятствует одному направлению изменчивости и не благоприятствует всем остальным направлениям.
Движущий естественный отбор обычно наблюдается при изменении условий окружающей среды. Рассмотрим следующий пример. В лесах умеренной зоны Евразии очень обычны бабочки березовые пяденицы. Эти бабочки ведут сумеречный образ жизни, а весь день неподвижно сидят на стволах берез. Окраска крыльев - белая с темноватым струйным рисунком - делает их незаметными на фоне белой коры. В 19 веке в Англии развитие промышленности привело к тому, что в ряде индустриальных районов в результате сильного загрязнения воздуха потемнели стволы берез.
Изменение цвета коры деревьев изменило условия существования бабочек березовых пядениц светлая окраска крыльев утратила свое приспособительное значение, бабочки стали очень заметными для насекомоядных птиц и в результате их численность начала сокращаться. Вместе с тем в таких загрязненных лесах все чаще стали встречаться бабочки черной формы березовых пядениц и вскоре почти полностью заменили бабочек светлой формы. За короткое время естественный отбор привел к изменению цвета березовой пяденицы.
Как это произошло? Как мы уже говорили, особи одного как бы не были похожи между собой, всегда имеют какие-либо различия. Так среди светлых пядениц могли встречаться мутантные темные формы. Однако в белоствольном лесу такие бабочки имели меньше шансов выжить, так как из-за своей большей заметности часто становились жертвами насекомоядных птиц, поэтому численность их была очень мала. Однако, при индустриальном загрязнении стволов естественный отбор изменил направление своей деятельности в черноствольном лесу вероятность выживания мутантной черной формы увеличилась, а белой обычной - уменьшилась. В течение смен нескольких поколений загрязненный лес был почти полностью населен черными пяденицами.
В течение этого времени действовал движущий естественный отбор, направленный на измене 73 ние окраски целой популяции бабочек. Следует отметить, что чер- ная окраска одной бабочки появилась в результате мутации, а черная окраска всех бабочек, населяющих загрязненный лес это результат деятельности естественного отбора. 2. Стабилизирующий естественный отбор это такой отбор, который благоприятен сохранению какого- либо выработанного признака в популяции и неблагоприятен любым его изменениям.
Рассмотрим пример с зимней окраской белой куропатки. Белый цвет оперения прекрасно маскирует куропаток на фоне снега. Любые изменения этой зимней окраски серый, рыжий, бурый, черный оттенки, различные пестрины, пятна и т.п. будут неблагоприятны для птиц, так как сделают птиц заметными для хищников. Так как изменчивость характерна для всех организмом, можно предположить, что и в популяции куропаток регулярно появляются особи с необычной окраской зимнего оперения, но эти любые отклонения будут делать птиц более легкой добычей хищников.
Стабилизирующий естественный отбор будет сохранять белых птиц и устранять любые отклонение этого признака в популяции. Гибель менее приспособленных особей в популяциях в результате деятельности естественного отбора называется элиминация. Не трудно понять, что стабилизирующий естественный отбор встречается там, где условия внешней среды постоянны в нашем случае белизна снега, но при изменении условий приспособительный признак белая окраска куропатки может потерять свое приспособительное значение например, при глобальном загрязнении снега промышленной копотью. В изменившихся условиях стабилизирующий отбор заменится движущим отбором. 3. Разделяющий или дизруптивный естественный отбор направлен на сохранение в популяции организмов с противоположными признаками.
При этом носители промежуточных признаков уничтожаются элиминируются отбором.
Например, результатом разделяющего естественного отбора может быть такой признак как скорость развития личинок комаров. В высоких широтах при коротком безморозном периоде популяции комаров, зи- 74 мующей на стадии личинки или яйца, важно иметь либо высокую, либо низкую скорость развития личинок.
Высокая скорость развития позволит до морозного периода осуществить вылет новой генерации комаров и отложить в воду яйца. Замедленное развитие приведет к появлению взрослых насекомых только летом следующего года. Средняя скорость развития личинок вредна для популяции, так как не позволяет успеть до наступления холодов комарам, отложить яйца в воду, то есть оставить новое потомство. 5.4. НАПРАВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ Как правило, эволюция приводит к совершенствованию приспособления организмов к условиям окружающей среды.
Однако это не всегда бывает так. Поэтому выделяют два противоположных направления эволюции биологический прогресс и биологический регресс. 1. Биологический прогресс - это эволюция живых организмов в сторону увеличения их адаптации к окружающей среде. При прогрессе наблюдается такие явления как увеличении численности организмов, расширение ареала их распространения, увеличение количества систематических групп числа видов, родов и т.д Прогрессивными современными группами являются злаковые, двукрылые, воробьиные, грызуны. Прогресс может достигаться как усложнением, так и упрощением строения организма деградацией, если такое упрощение носит адаптивный характер.
Так появление глаз у головоногих моллюсков кальмаров, осьминогов несомненно, обеспечило им более высокий успех в охоте на рыб. Но и утрата зрения роющими животными дождевыми червями, термитами, червягами, кротами, слепышами обеспечило им лучшую приспособленность в условиях почвенного обитания. 2. Биологический регресс - это такое направление развития живых организмов, которое происходит в сторону уменьшения их адаптации к окружающей среде.
Для регресса характерны уменьшение численности, сокращение ареала распространения, вымирание целых систематических групп видов, родов, семейств и т.д. Сейчас в состоянии регресса находятся такие группы организмов 75 как орхидеи, страусы, яйцекладущие, сумчатые. Темпы изменения условий обитания для этих организмов выше, чем темпы их эволюции. Прогрессивные виды способны активно вытеснять представителей регрессивных групп из мест их коренных мест обитания, тем самым, усиливая темпы регресса.
Так акклиматизация в Австралии плацентарных животных собак, кошек, крыс привела к резкому сокращению численности и даже вымиранию ряда видов сумчатых животных валаби, сумчатый дьявол и др 5.5.