Природное равновесие
Частоты генов остаются постоянными из поколения в поколение при условии, что отсутствуют возмущающие факторы, которые нарушают естественное равновесие. Сюда относятся мутации, миграции (или поток генов), случайный дрейф генов и естественный отбор. Мутация — это спонтанное изменение частоты генов в популяции, для которой характерен низкий темп развития. При этом индивид переходит из одной популяции в другую и затем видоизменяется. Случайный дрейф генов — это изменение, которое передается от одного поколения другому совершенно случайным образом.
Все эти факторы изменяют частоты генов без учета увеличения или уменьшения вероятности выживания организма и воспроизводения в своей естественной среде. Все они являются случайными процессами. А естественный отбор, виды естественного отбора являются умеренными дезорганизующими последствиями этих процессов, поскольку они умножают частоту полезных мутаций на протяжении многих поколений и устраняют вредные составляющие.
Классификация
Существуют разные классификации, но чаще используют их разделение по характеру влияния формы отбора на изменчивость: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой, групповой отбор.
| Формы естественного отбора | |
|---|---|
| Движущий | Суть его заключается в направленном изменении генома популяции. Это происходит в момент приспособления группы особей к новым условиям среды. Так старые виды замещаются на новые, более приспособленные. При этом появление нового признака или утрата имеющегося — следствие движущей формы отбора. Например, птицы без крыльев, паразитические растения без корневой системы и др. |
| Стабилизирующий | Оказывает действие на представителей вида, которые имеют отклонения от средних величин в популяции. Для продолжительного существования группы должны выживать самые стойкие и приспособленные, а такими являются особи со средними показателями жизнедеятельности. Например, слишком высокая плодовитость приводит к тому, что рожденные детеныши слабые с малым весом и требуют больше пищи для нормального развития. Поэтому оптимальной является средняя рождаемость. |
| Дизруптивный | Цель — развитие и сохранение крайних форм одного признака. Встречается на одной территории с разными экологическими условиями, что снижает внутривидовую конкуренцию. |
| Половой | Идет выработка признаков, которые необходимы для вынашивания здорового потомства и произведения на свет максимально возможного количества особей. Также на половой отбор влияют внешние признаки: яркие перья, разнообразный окрас тропических рыбок, песни птиц и другие. |
| Групповой | Направлен на сохранение признаков, которые обеспечивают выживание группы в целом, даже если эти свойства приведут к гибели отдельных представителей. Также конкурирующие группы вытесняют друг друга в ходе эволюции, выживают при этом более сильные. |
Ход игры
1-й раунд
В первом раунде участвуют все игроки. Их привязывают к канатам. В течение минуты ведущий задаёт вопросы, на которые можно ответить только «Да» или «Нет». Игроки должны дотянуться до соответствующей их варианту ответа кнопки. За каждый правильный ответ даётся 50 баллов. Двое, набравшие наименьшее количество баллов, выбывают.
2-й раунд
Во втором раунде каждый игрок проходит отдельное испытание. Ему в течение минуты ведущий задаёт вопросы, игрок должен на них ответить, однако сделать это не так просто — игрок испытывает серьёзные нагрузки и может не услышать ведущего. За каждый верный ответ начисляется 100 баллов. Двое, у кого на счету наибольшее количество баллов, проходят в финал.
Финал
В финале два игрока проходят одно испытание, но отвечают на вопросы отдельно. На вопросы даётся одна минута, на ответ на каждый вопрос даётся 10 секунд. За правильный ответ начисляется 200 баллов. Игрок, набравший большее количество баллов за всю игру, проходит в суперфинал. В ходе финала игрок может подвергаться нагрузкам как от работающих на площадке униформистов, так и от самого ведущего или оппонента.
Суперфинал
В суперфинале игрока приглашают в комнату пыток. Зачитывается один вопрос. На обдумывание даётся одна минута. В любом случае игрок получит деньги — в случае проигрыша заработает только свою сумму, в случае выигрыша — дополнительно и сумму набранных очков соперников, т.е общий фонд игры.
Дарвин о естественном отборе
Согласно учению Дарвина естественный отбор состоит из четырех компонентов:
- Вариации. Организмы в пределах популяции проявляют индивидуальные различия во внешности и поведении. Эти изменения могут включать размер тела, цвет волос, пятна на мордочке, свойства голоса или количество производимого потомства. С другой стороны, некоторые черты характера не связаны с различиями между индивидуумами, например, количество глаз у позвоночных животных.
- Наследство. Некоторые черты последовательно передаются от родителей к потомству. Такие черты переходят по наследству, в то время как на другие сильно влияют условия окружающей среды, и они наследуются слабо.
- Высокие темпы роста популяции. Основная масса животных ежегодно производит потомство в гораздо большем количестве, чем необходимо для равного распределения ресурсов между ними. Это приводит к межвидовой конкуренции и преждевременной смертности.
- Дифференциальное выживание и размножение. Все виды естественного отбора в популяциях оставляют после себя тех животных, которые умеют бороться за локальные ресурсы.
Основоположники учения
Словосочетание «естественный отбор» едва ли не напрямую связано с Чарльзом Дарвином, основоположником теории эволюции. Но на самом деле к мысли об этом учении в начале XIX века пришло сразу несколько британских натуралистов.
Так, Уильям Чарльз Уэллс упомянул теорию естественного отбора в 1813 году, предположив, что она обеспечила появление новых сортов. Патрик Мэттью сделал аналогичные выводы в 1831-м, а Эдвард Блит в 1835-1837 годах описал естественный отбор как механизм, который обеспечил сохранение неизменной сущности устойчивых видов. Кроме того, к открытию естественного отбора как механизма макроэволюции и видообразования приложил руку Альфред Рассел Уоллес.
Собственно, «Происхождение видов» Дарвина было вдохновлено работами Мэттью. А когда Уоллес, заболевший малярией в экспедиции по Амазонии, направил Дарвину свои размышления о выживании наиболее способных, на котором настаивали мальтузианцы, тот искренне удивился и пообещал упомянуть ученого в своей книге. Надо сказать, Дарвин слово сдержал.
Естественный отбор: виды естественного отбора
Дарвиновская теория эволюции кардинально изменила направление будущей научной мысли. В ее центре находится естественный отбор, процесс, который происходит на протяжении последовательных поколений и определяется как дифференциальное воспроизведение генотипов. Любое изменение в окружающей среде (например, изменение цвета ствола дерева) может привести к адаптации на местном уровне. Существуют следующие виды естественного отбора (таблица № 1):
| Виды естественного отбора | Примеры |
| Стабилизирующий | Вес при рождении человеческих младенцев, количество выведенных яиц у птиц и земноводных |
| Направленный | Эволюционные изменения зубов, длины ног у лошадей, яркий цвет растений для привлечения опылителей, большой и маленький клюв у птиц в зависимости от размера пищи |
| Диверсификационный (подрывной) | Окраска шерсти животных в зависимости от среды обитания и сезона, изменение размеров тела с течением времени |
Интересные факты
- Слоган игры: «Естественный отбор неизбежен!»
- Съёмки проходили в здании ангара на Загородном шоссе, в доме №1, в Москве.
- К ведущему Александру Абдулову Ксения Назарова часто обращалась «Маэстро», а иногда называла его по имени и отчеству.
- Это один из немногих российских телепроектов, не имеющих аналогов за границей.
- Выбывших из игры участников униформисты утаскивали под руки. Победителя несли на носилках к ложе ведущего, где тот подписывал сертификаты на выигранные победителями суммы.
- Условия проведения игры достаточно жёсткие, поэтому на площадке всегда дежурила бригада «Скорой помощи».
- В одном из выпусков в финале Ксения Назарова задала вопрос: «Фамилию какого русского писателя можно сложить из букв составляющих слова «губа» и «волк»?». Правильным ответом была фамилия «Булгаков». По совпадению, в 2005 году Ксения Назарова и Александр Абдулов снялись в сериале «Мастер и Маргарита» Владимира Бортко по роману Булгакова.
Естественный отбор у человека
Нельзя сказать, что естественного отбора в человеческом обществе не существует. Появление и развитие медицины повлияло на жизнь людей и естественный отбор стал менее выражен, чем в древнее времена. Но полностью его влияние прекратить невозможно. Еще на этапах ортогенеза прослеживается его действие.
Так, при формировании гамет, при нарушении конвергенции, появлении аномального количества хромосом, половые клетки утрачивают основные свойства (сперматозоиды не могут передвигаться по половым путям, яйцеклетки не созревают).
Естественный отбор у человека
Также случаи не вынашивания, выкидыши, внутриутробная гибель плода на поздних этапах беременности, младенческая смертность указывают на действие естественного отбора в человеческом обществе.
Как вымирают виды из-за естественного отбора
Изменения вида укореняются за счет наследования. Но в какой-то момент ареал заполняется и его обитатели начинают жестко соперничать друг с другом. Когда еды становится мало, стартует борьба за выживание. В результате виды с наиболее благоприятными для жизни здесь признаками побеждают, а куда менее приспособленных особей становится всё меньше.
Чем реже встречаются особи определенного вида, тем выше его шансы на вымирание. Изменить ситуацию как в лучшую, так и в худшую сторону могут только серьезные климатические изменения, резкое увеличение количества врагов вида или внезапные катаклизмы.
Какие факторы влияют на естественный отбор
Чем больше изменчивость внутри вида и чем сильнее отдельные особи отличаются друг от друга, тем потенциально эффективнее будет естественный отбор. Чем больше особей одного вида существует, тем выше шансы, что скрещивание между кем-то из них улучшит вид.
Скрещивание (получение потомства от двух особей), в отличие от самооплодотворения, продуктивнее для естественного отбора. С одной стороны, оно гарантирует постоянство и однообразие признаков внутри вида. С другой – позволяет получить потомство, которое будет более сильным, плодовитым и приспособленным, чем родители. У особей, которые получаются в результате самооплодотворения, шансов на выживание и размножение меньше.
Источники генетического разнообразия
Мутации — основной источник генетического разнообразия естественного и искусственного отбора, но в первом случае они происходят спонтанно, а во втором — под человеческим влиянием.
В зависимости от влияния на организм выделяют такие мутации:
- Летальные (приводят к гибели);
- полулетальные (понижают жизнеспособность);
- нейтральные (не влияют на организм);
- полезные (улучшают исходные качества).
Мутации редко оказывают благоприятное влияние, чаще наносят вред. Полезные доминантные мутации сохраняются длительное время, а от вредоносных — популяция избавляется.
| Сравнение естественного и искусственного отбора | ||
|---|---|---|
| Факторы влияния | Окружающая среда | Антропогенное влияние |
| Источник разнообразия особей | Наследственная изменчивость, естественные мутационные механизмы | Искусственно созданные мутации, скрещивание |
| Длительность | Долгий процесс | Относительно недолгая |
| Исход | Появление новых видов | Выведение плодовитых пород для развития животноводства, рост урожайности за счет модифицированных сортов растений. |
| Формы отбора | Направленный, дизруптивный, половой | Индивидуальный, массовый |
| Цель | Выживание в меняющихся условиях | Получение полезных для человека характеристик |
| Влияние на организм | Способствует сохранению вида, делает организм сильнее и выносливее | Может плохо сказываться на состоянии организма |
Суть естественного отбора
Дарвин утверждал, что виды не являются чем-то неизменным и нерушимым. В своей борьбе за выживание на планете виды растений и животных постоянно менялись, чтобы лучше приспособиться к среде обитания.
Каждый вид потратил много веков на борьбу с другими видами за пищу и территорию. Эти способности укреплялись и в той или иной форме по наследству передавались потомству, накапливались и развивались.
Дарвин заявил: чем лучше организованы особи определенного вида, тем выше их шансы пережить более слабых конкурентов. Тем больше вероятность, что они добудут пищу, защитятся от врагов и оставят потомство.
В этом и состоит естественный отбор: слабые вымирают, выживают сильнейшие.
Механизм естественного отбора
В процессе естественного отбора закрепляются мутации, увеличивающие приспособленность организмов к окружающей их среде. Естественный отбор часто называют «самоочевидным» механизмом, поскольку он следует из таких простых фактов, как:
- Организмы производят потомков больше, чем может выжить;
- В популяции этих организмов существует наследственная изменчивость;
- Организмы, имеющие разные генетические черты, имеют различную выживаемость и способность размножаться.
Такие условия создают конкуренцию между организмами в выживании и размножении и являются минимально необходимыми условиями для эволюции посредством естественного отбора. Таким образом, организмы с наследственными чертами, которые дают им конкурентное преимущество, имеют большую вероятность передать их своим потомкам, чем организмы с наследственными чертами, не имеющими подобного преимущества.
Центральное понятие концепции естественного отбора — приспособленность организмов. Приспособленность определяется как способность организма к выживанию и размножению в существующей окружающей среде. Это определяет размер его генетического вклада в следующее поколение. Однако главным в определении приспособленности является не общее число потомков, а число потомков с данным генотипом (относительная приспособленность). Например, если потомки успешного и быстро размножающегося организма слабые и плохо размножаются, то генетический вклад и, соответственно, приспособленность этого организма будут низкими.
Если какая-либо аллель увеличивает приспособленность организма больше, чем другие аллели этого гена, то с каждым поколением доля этой аллели в популяции будет расти. То есть, отбор происходит в пользу этой аллели. И наоборот, для менее выгодных или вредных аллелей — их доля в популяциях будет снижаться, то есть отбор будет действовать против этих аллелей
Важно отметить, что влияние определённых аллелей на приспособленность организма не является постоянным — при изменении условий окружающей среды вредные или нейтральные аллели могут стать полезными, а полезные вредными.
Естественный отбор для черт, которые могут изменяться в некотором диапазоне значений (например, размер организма), можно разделить на три типа:
- Движущий (направленный) отбор — изменения среднего значения признака в течение долгого времени, например увеличение размеров тела;
- Дизруптивный отбор — отбор на крайние значения признака и против средних значений, например, большие и маленькие размеры тела;
- Стабилизирующий отбор — отбор против крайних значений признака, что приводит к уменьшению дисперсии признака.
Частным случаем естественного отбора является половой отбор, субстратом которого является любой признак, который увеличивает успешность спаривания за счёт увеличения привлекательности особи для потенциальных партнёров. Черты, которые эволюционировали за счёт полового отбора, особенно хорошо заметны у самцов некоторых видов животных. Такие признаки, как крупные рога, яркая окраска, с одной стороны могут привлекать хищников и понижать выживаемость самцов, а с другой это уравновешивается репродуктивным успехом самцов с подобными ярко выраженными признаками.
Отбор может действовать на различных уровнях организации — таких, как гены, клетки, отдельные организмы, группы организмов и виды. Причём отбор может одновременно действовать на разных уровнях. Отбор на уровнях выше индивидуального, например, групповой отбор, может приводить к кооперации (см. ).
Эффективность
Условия, способствующие естественному отбору:
- Множество организмов, подвергающееся отбору;
- изменчивость в популяциях;
- условия окружающей среды, часто меняющиеся во времени;
- разделение популяций географическими барьерами;
- обширная территория расселения вида.
Эффективность естественного отбора — это изменение частоты встречаемости генов за определенный промежуток времени. Эффективность выражается в подавлении доминирующего гена. В популяции доминантные аллели исчезают довольно быстро. Рецессивные признаки убрать сложнее, так как они длительное время сохраняются в гетерозиготном виде, не проявляя себя.
Высокая и низкая концентрация гена снижает скорость отбора. Средний уровень встречаемости признака — оптимальный для эффективного замещения его на новый. При внедрении нового генома популяция теряет представителей группы, обладающих старым набором генов. Таким образом, популяция, которая способна перенести такие утраты выживает и приобретает новые качества, если же она не в состоянии выдержать массовую гибель особей, то часто вся группа вымирает. Поэтому на протяжении эволюции много видов так и не приспособились к изменяющимся условиям, что заканчивалось их полным исчезновением.
[править] Формы естественного отбора
В общем, согласно условиям окружающей среды, естественный отбор развивается четырьмя путями: стабилизирующим, движущим, дизруптивным и балансирующим.
Стабилизирующий отбор — обезвреживание мутаций путем отбора совершенствования генотипа при постоянном фенотипе и образование резерва обезвреженных мутаций. Стабилизирующий отбор происходит при постоянных условиях окружающей среды. Результатом стабилизирующего отбора является доминирование организмов со средней нормой реакции, которая характерна для вида организма.
Движущий отбор — раскрытие резерва обезвреженных мутаций, отбор обезвреженных мутаций, формирование нового генотипа и фенотипа — формируется новая норма реакции. Движущий отбор происходит в условиях среды, которая медленно изменяется в определенном направлении. Его результатом является возникновение новых генотипа и фенотипа, которые наиболее соответствуют условиям среды, которые медленно меняются.
Дизруптивный отбор — раскрытие резерва обезвреженных мутаций и их отбор для формирования крайней нормы реакции — возникновение полиморфизма. Результатом дизруптивного отбора является выживание организмов с крайней нормой реакции, которая наиболее соответствует условиям окружающей среды.
Балансирующий отбор — форма отбора, в результате действия которого поддерживается, повышается или регулируется генетическая изменчивость без возникновения новых морфофизиологических адаптаций и новых жизненных форм.
Помогает ли изоляция вида естественному отбору
Если ареал, в котором живет вид, небольшой и изолированный от остального мира, условия в разных его частях примерно одинаковы. В такой ситуации естественный отбор будет менять всех особей в одном и том же направлении.
Если же вид не изолирован, могут произойти межвидовые скрещивания. Кроме того, чем шире ареал обитания, тем сильнее изменить представителей вида может среда.
В результате естественный отбор будет продуктивнее: представители одного вида будут конкурировать друг с другом и с другими видами, параллельно приспосабливаясь к особенностям среды, чтобы ограниченная территория смогла их прокормить. Если же вид не будет меняться, его место займет кто-то другой.
