Что называют естественным отбором
Естественный отбор
Естественный отбор — процесс, посредством которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается. В свете современной синтетической теории эволюции естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Естественный отбор — единственная известная причина адаптаций, но не единственная причина эволюции. К числу неадаптивных причин относятся генетический дрейф, поток генов и мутации.
Термин «Естественный отбор» популяризовал Чарльз Дарвин, сравнивая данный процесс с искусственным отбором, современной формой которого является селекция. Идея сравнения искусственного и естественного отбора состоит в том, что в природе так же происходит отбор наиболее «удачных», «лучших» организмов, но в роли «оценщика» полезности свойств в данном случае выступает не человек, а среда обитания. К тому же, материалом как для естественного, так и для искусственного отбора являются небольшие наследственные изменения, которые накапливаются из поколения в поколение.
Содержание
Механизм естественного отбора
В процессе естественного отбора закрепляются мутации, увеличивающие приспособленность организмов. Естественный отбор часто называют «самоочевидным» механизмом, поскольку он следует из таких простых фактов, как:
Естественный отбор для черт, которые могут изменяться в некотором диапазоне значений (например, размер организма), можно разделить на три типа [7] :
Формы естественного отбора
Существуют разные классификации форм отбора. Широко используется классификация, основанная на характере влияния форм отбора на изменчивость признака в популяции.
Движущий отбор
Движущий отбор — форма естественного отбора, которая действует при направленном изменении условий внешней среды. Описали Дарвин и Уоллес. В этом случае особи с признаками, которые отклоняются в определённую сторону от среднего значения, получают преимущества. При этом иные вариации признака (его отклонения в противоположную сторону от среднего значения) подвергаются отрицательному отбору. В результате в популяции из поколения к поколению происходит сдвиг средней величины признака в определённом направлении. При этом давление движущего отбора должно отвечать приспособительным возможностям популяции и скорости мутационных изменений (в ином случае давление среды может привести к вымиранию).
Примером действия движущего отбора является «индустриальный меланизм» у насекомых. «Индустриальный меланизм» представляет собой резкое повышение доли меланистических (имеющих тёмную окраску) особей в тех популяциях насекомых (например, бабочек), которые обитают в промышленных районах. Из-за промышленного воздействия стволы деревьев значительно потемнели, а также погибли светлые лишайники, из-за чего светлые бабочки стали лучше видны для птиц, а тёмные — хуже. В XX веке в ряде районов доля тёмноокрашенных бабочек в некоторых хорошо изученных популяциях березовой пяденицы в Англии достигла 95 %, в то время как впервые тёмная бабочка (morfa carbonaria) была отловлена в 1848 году.
Движущий отбор осуществляется при изменении окружающей среды или приспособлении к новым условиям при расширении ареала. Он сохраняет наследственные изменения в определённом направлении, перемещая соответственно и норму реакции. Например, при освоении почвы как среды обитания у различных неродственных групп животных конечности превратились в роющие.
Стабилизирующий отбор
Стабилизирующий отбор — форма естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака. Понятие стабилизирующего отбора ввел в науку и проанализировал И. И. Шмальгаузен.
Описано множество примеров действия стабилизующего отбора в природе. Например, на первый взгляд кажется, что наибольший вклад в генофонд следующего поколения должны вносить особи с максимальной плодовитостью. Однако наблюдения над природными популяциями птиц и млекопитающих показывают, что это не так. Чем больше птенцов или детёнышей в гнезде, тем труднее их выкормить, тем каждый из них меньше и слабее. В результате наиболее приспособленными оказываются особи со средней плодовитостью.
Отбор в пользу средних значений был обнаружен по множеству признаков. У млекопитающих новорождённые с очень низким и очень высоким весом чаще погибают при рождении или в первые недели жизни, чем новорождённые со средним весом. Учёт размера крыльев у воробьёв, погибших после бури в 50-х годах под Ленинградом, показал, что большинство из них имели слишком маленькие или слишком большие крылья. И в этом случае наиболее приспособленными оказались средние особи.
Дизруптивный отбор
Дизруптивный (разрывающий) отбор — форма естественного отбора, при котором условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам (направлениям) изменчивости, но не благоприятствуют промежуточному, среднему состоянию признака. В результате может появиться несколько новых форм из одной исходной. Дарвин описывал действие дизруптивного отбора, считая, что он лежит в основе дивергенции, хотя и не мог привести доказательств его существования в природе. Дизруптивный отбор способствует возникновению и поддержанию полиморфизма популяций, а в некоторых случаях может служить причиной видообразования.
Одна из возможных в природе ситуаций, в которой вступает в действие дизруптивный отбор, — когда полиморфная популяция занимает неоднородное местообитание. При этом разные формы приспосабливаются к различным экологическим нишам или субнишам.
Примером дизруптивного отбора является образование двух рас у погремка большого на сенокосных лугах. В нормальных условиях сроки цветения и созревания семян у этого растения покрывают всё лето. Но на сенокосных лугах семена дают преимущественно те растения, которые успевают отцвести и созреть либо до периода покоса, либо цветут в конце лета, после покоса. В результате образуются две расы погремка — ранне- и позднецветущая.
Дизруптивный отбор осуществлялся искусственно в экспериментах с дрозофилами. Отбор проводился по числу щетинок, оставлялись только особи с малым и большим количеством щетинок. В результате примерно с 30-го поколения две линии разошлись очень сильно, несмотря на то, что мухи продолжали скрещиваться между собой, осуществляя обмен генами. В ряде других экспериментов (с растениями) интенсивное скрещивание препятствовало эффективному действию дизруптивного отбора.
Половой отбор
Положительный и отрицательный отбор
Существует две формы естественного отбора: Положительный и Отсекающий (отрицательный) отбор.
Положительный отбор увеличивает в популяции число особей, обладающих полезными признаками, повышающими жизнеспособность вида в целом.
Отсекающий отбор выбраковывает из популяции подавляющее большинство особей, несущих признаки, резко снижающие жизнеспособность при данных условиях среды. С помощью отсекающего отбора из популяции удаляются сильно вредные аллели. Также отсекающему отбору могут подвергаться особи с хромосомными перестройками и набором хромосом, резко нарушающими нормальную работу генетического аппарата.
Роль естественного отбора в эволюции
Интересные факты
Урок Бесплатно Естественный отбор. Формы естественного отбора
Введение
Из самого сочетания слов «естественный отбор» можно понять, что идет определенный отбор, а раз естественный, значит природный, то есть получается природа что-то выбирает.
Давайте подумаем, что может выбирать природа?
Если обратимся к изучению и наблюдению окружающего мира, мы увидим, что природа достаточно жестоко ведет себя по отношению к слабым и не приспособленным организмам, она не дает им шанс на выживание.
В природе выживают лишь сильнейшие и наиболее приспособленные к определенным условиям особи, а часть особей с неблагоприятными вариациями погибает.
Этот процесс Ч. Дарвин и назвал естественным отбором.
По Дарвину естественный отбор — это результат борьбы за существование, который проявляется в преимущественном выживании и оставлении потомства наиболее приспособленных особей и гибели менее приспособленных.
Сейчас мы с вами более детально рассмотрим понятие естественного отбора, его форм и характеристик.
Понятие естественного отбора
Естественный отбор — это эволюционный процесс отбора генотипов особей, которые наиболее приспособлены к данным условиям среды, и устранения генотипов особей, менее приспособленных к данным условиям.
Естественный отбор — это важнейший эволюционный фактор, приводящий к повышению или понижению вероятности оставления потомства одной формы организмов по сравнению с другой.
Обычно этот эволюционный фактор приводит к постепенному усложнению и повышению организации живых форм, приспособленности их к условиям существования и многообразию видов.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Выделяют три уровня действия естественного отбора.
Естественный отбор является движущей силой эволюции, потому что является причиной адаптации, которые позволяют выжить особям в изменяющихся условиях.
Возникает на основе борьбы за существование. (посмотрите урок «Эволюция. Факторы и результаты эволюции»)
Естественный отбор всегда имеет направленный характер, то есть его действие обусловлено средой и направлено на приспособление к ней.
Исходным материалом для естественного отбора является наследственная изменчивость.
Рассмотрим пример свойств естественного отбора.
Ученые, в течении нескольких лет исследовали два вида близкородственных жуков- амбарных вредителей, увидели принципы работы естественного отбора.
Взрослые жуки, их личинки и куколки, содержались в просеянной муке на протяжении многих поколений, и когда два вида объединились вместе, то через несколько лет один из них исчезал из культуры, а второй достигал такой же плотности, какую он имел бы в чистой культуре.
То есть при объединении двух видов, в работу включалась борьба за существование, где один вид вытеснил другой, так как они использовали ограниченные ресурсы внешней среды и одному из видов просто не хватало этих ресурсов.
Но ученые не остановились на этом и решили изменять условия внешней среды, где существовали эти жуки.
Оказалось, что при температуре выше 29°С выживал один вид, а если температуру понижали ниже 29°С, то в конкуренции побеждал другой вид жуков.
То есть опыты четко показали, что в основе естественного отбора лежит борьба за существование и его действие обусловлено средой обитания.
Похожие опыты дают представление о тех богатых возможностях, которые заключены в сложной природной среде для совместного проживания видов, которые используют сходные ресурсы для своего существования.
Все вышесказанное можно свести в следующую схему, которая в обобщенном виде показывает механизм естественного отбора.
Эта схема очень важна для объяснения причин появления приспособлений у видов:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Стоит отметить, что естественный отбор оставляет для себя несколько вариантов признаков для отбора, то есть не сразу уничтожает особей с отклонениями признаков.
Например, в природе существуют особи одного вида, которые приспособлены к различным условиям и существуют одновременно.
К примеру, среди бабочек капустниц встречаются особи, приспособленные к более низким температурам, а есть те, которые приспособлены к более высоким температурам. При чём особей, приспособленых к среднему значению температур, большинство.
Такое распределение называется «нормальным распределением» или «распределением Гаусса», его можно изобразить в виде графика:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Формы естественного отбора
В зависимости от направленности, эффективности и особенностей условий обитания организмов формы естественного отбора могут быть разными.
Формы естественного отбора:
Например, особи слонов, которые обладают различной длинной шерсти.
Среди них есть особи с очень короткой, со средней длиной и очень длинной шерстью.
Предположим, условия жизни изменились в сторону похолодания климата.
Что произойдет с нашими слонами?
Думаю, вы догадались, что особи с короткой шерстью, будут постепенно вымирать, количество особей со средней длиной шерсти уменьшится, а количество особей с длинной шерстью наоборот, будет увеличиваться.
Процесс движущего отбора на примере длины шерсти у слонов можно увидеть на следующих графиках:
На первом графике указано нормальное распределение признака у слонов, где больше всего особей со средней длинной шерсти.
На рисунке №2 видно, что при изменении условий, а конкретно понижении температуры, особи с короткой шерстью вымирают, количество особей с длинной шерстью увеличивается, и постепенно появляются особи с еще более длинной и густой шерстью.
Таким образом, прослеживается направленный характер естественного отбора.
В результате в популяции, от поколения к поколению, происходит сдвиг средней величины признака в определенном направлении.
Общий график движущего отбора выглядит так:
Движущий отбор осуществляется при изменении окружающей среды или при приспособлении к новым условиям при расширении ареала.
Он сохраняет наследственные изменения в определенном направлении, перемещая соответственно и норму реакции признака.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Норма реакции — это пределы изменчивости признака, которые обусловлены данным генотипом.
Например, вес самого тяжелого человека в мире составил 635кг, то есть вес тела человека — это количественный признак, который изменяется в широких пределах в зависимости от условий (например, от рациона питания), значит у этого признака широкая норма реакции.
Признаки с узкой нормой реакции изменяются в небольшом диапазоне.
К таким признакам можно отнести: цвет глаз, расовая принадлежность, группа крови, а также такие стабильные количественные признаки, как количество и строение глаз, ушей и т.п.
Количество пальцев на руках у человека — это количественный признак, который практически не зависит от условий среды и у этого признака узкая норма реакции
Ярким примером движущего отбора является «индустриальный меланизм бабочки берёзовой пяденицы»: резкое повышение доли бабочек, имеющих темную окраску, в тех популяциях, которые обитают в загрязненных промышленных районах.
Во время промышленной революции в Англии из-за загрязнения атмосферы стволы берез значительно потемнели и погибли светлые лишайники.
Поэтому бабочки исходной светлой формы стали очень видны для хищников на фоне потемневших стволов берез, и птицы активно поедали их.
Постепенно в ряде районов доля темноокрашенных бабочек достигла 99%, но это продолжалось не долго, так как в 1960 годы начали активно бороться с загрязнением окружающей среды, что дало свои плоды.
Вновь стали появляться светлые лишайники на коре берез и на белом фоне стали более заметны темные бабочки, которые постепенно вновь были вытеснены бабочками со светлой окраской.
Сейчас частота встречаемости темных бабочке составляет примерно 5%.
Следует отметить, что в природе обычно движущий отбор идет медленно: у позвоночных- около полумиллиона лет.
Еще примеры движущего отбора:
2. Стабилизирующий отбор- форма естественного отбора, при котором действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака — это определение дал И.И.Шмальгаузен.
Происходит при постоянных условиях окружающей среды.
Стабилизирующий отбор как бы защищает и охраняет среднее проявление признака от существенных изменений.
Примеры стабилизирующего отбора:
Уникальная фауна в озере Байкал также сформировалась благодаря стабилизирующему отбору.
Байкал уже около 20 млн. лет не имеет соединения с другими водоемами, поэтому организмы из других водоемов не могут попасть в это озеро.
В результате в нем сохранились виды, которые во всех остальных водоемах уже вымерли. У этих видов происходило изменение генофонда благодаря мутациям и действию естественного отбора, что привело к появлению новых эндемичных видов, то есть видов, которые могут обитать только в условиях озера Байкал.
График этой формы отбора на примере признака длины шерсти выглядит следующим образом:
Крайние признаки при постоянных условиях среды стабилизирующим отбором отсекаются, погибают особи с короткой шерстью, например, не выдержав температурный режим, также погибают особи с длинной шерстью, например, из-за того, что в такой шерсти заводится слишком много паразитов, для которых температурный режим окружающей среды благоприятен для активного размножения.
Получается, что особи со средней длиной шерсти в таких условиях оказываются наиболее приспособлены.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Самцы павлинов имеют длинный ярко окрашенный хвост.
Птицы, обладающие слишком коротким и тусклым хвостовым оперением или очень длинным и ярким, уничтожаются стабилизирующим естественным отбором
Павлины, обладающие слишком длинным и ярким хвостом- легкая добыча для хищников и уничтожаются естественным отбором (поскольку они слишком заметны для хищников из-за яркой окраски и им тяжело летать из-за длинного хвоста).
А вот птицы, обладающие слишком коротким и тусклым хвостовым оперением, уничтожаются естественным отбором, поскольку не оставляют потомства, т. к. самки не отдают им предпочтения во время брачных игр.
Поэтому постепенно сформировались виды со средним значением признака
3. Дизруптивный (разрывающий) отбор- естественный отбор, при котором сохраняются крайние варианты признака и убираются его средние значения.
Снова расмотрим признак длины шерсти.
До наступления ледникового периода у слонов была определенная шерстистость, но с наступлением похолодания особи, у которых шерсть была кроткой, просто мигрировали южнее, где климат оставался по-прежнему теплый.
А у животных, которые оказались в плену холодной части ареала, напротив, преимущество было на стороне тех, которые имели наиболее длинную шерсть.
В итоге особи со средней длиной шерсти оказались в менее выгодном положении, чем все остальные.
График этой формы отбора:
То есть при действии дизруптивного отбора внутри популяции возникает несколько отчетливо различающихся фенотипических форм- такое понятие называется полиморфизм.
Так как скрещивание между такими популяциями из-за изоляции будет невозможно, то это приводит к постепенному расхождению признаков этих популяций и образованию новых видов.
Иногда дизруптивный отбор рассматривают как частный случай движущего отбора, поскольку обе эти формы приводят к изменению фенотипического облика популяций (в противоположность стабилизирующему отбору).
Примеры:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
У погремка большого в настоящее время есть две формы, которые по морфологическим признакам пока не отличаются, но переопыление между ними уже невозможно, так как одна форма цветет весной, другая- в конце лета.
Причиной возникновения этих форм явилось воздействие ежегодного скашивания трав в середине лета и действие разрывающего отбора.
Цветущие летом особи не давали потомства и постепенно вымерли. Таким образом, сформировалась сезонная изоляция, которая разделила популяцию на два будущих вида.
4. Половой отбор— форма естественного отбора, основанная на успешности в размножении.
Самец, который живет недолго, но популярен среди самок и поэтому производит много потомков, имеет гораздо более высокую совокупную приспособленность, чем тот, что живет долго, но оставляет мало потомков.
То есть оценивается не выживаемость самца, а его активное участие в размножении. Значение полового отбора заключается в активизации процесса размножения вида. Встречаются две формы полового отбора:
Или сильная разветвлённость рогов у оленей, ослабляющая их значение как органов защиты или нападения, длинный тяжёлый хвост у самцов некоторых птиц, но именно эти признаки благоприятствуют выбору самки и успешность этих самцов к размножению возрастает.
Половой отбор является прогрессивной формой отбора, поскольку не требует гибели «побежденных»: «побеждённые», как правило, выживают и могут жить дольше, чем победители, а в последующий сезон спаривания даже могут оказаться «победителями».
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Искусственный отбор. Сравнение искусственного и естественного отбора
Искусственный отбор- выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.
Человек давно научился выводить для своей хозяйственной деятельности растения и животных, с новыми качествами, которые ему нужны. Например, выращивание пшеницы, которая дает наибольший урожай — это искусственный отбор.
С развитием науки человек научился создавать новые штаммы бактерий, например, молочнокислых бактерий, которых используют для приготовления кисломолочных продуктов и добавляют в пищу.
Именно на основе искусственного отбора удалось понять принципы естественного отбора.
Искусственный отбор является ускоренным движущим отбором.
Например, чтобы вывести новую породу кур, требуется около 8 лет, а чтобы получить расу (форму) насекомых, устойчивых к ядохимикатам, достаточно один раз обработать поле и среди массы погибших насекомых найти единицы выживших, от которых произойдут особи, приспособленные к ядохимикатам.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Чем больше ядохимикатов используется, тем выше вероятность того, что у многих насекомых разовьется иммунитет к этим ядам.
Сопротивление ядохимикатам– это всеобщее явление среди насекомых, которое является достаточно быстрым процессом.
Иногда весь процесс происходит всего лишь за одно поколение.
Те насекомые, которые смогли выжить после применения ядохимикатов и не потеряли способность к размножению, передают своему потомству устойчивость к яду, который был использован.
То есть следующее потомство будет устойчиво к пестицидам с рождения.
Большинство видов насекомых очень быстро размножаются, поэтому всего через несколько поколений, все насекомые этого вида будут устойчивы к данному ядохимикату.
Получается, человек сам бессознательно способствует выведению тех насекомых, которым не страшны никакие ядохимикаты
Таблица. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора
Критерии
Естественный отбор
Искусственный отбор
Исходный материал для отбора
наследственная изменчивость (индивидуальные признаки организма)
Отбирающий фактор
условия природы (живой и неживой)
Темпы эволюции
медленные (тысячи и миллионы лет)
быстрые (от 6 до 20 лет)
Благоприятные изменения
сохраняются, накапливаются и передаются по наследству следующим поколениям
отбираются, становятся хозяйственно ценными
Неблагоприятные изменения
уничтожаются в борьбе за существование
Приспособленность
живые организмы приспособлены к условиям среды; формы, обладающие менее полезными признаками, вымирают
живые организмы приспособлены к нуждам человека; формы, обладающие менее полезными для человека свойствами, выбраковываются
Характер действия
творческий– целенаправленное накопление признаков у организмов полезных для человека
Формы отбора
движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой
массовый, индивидуальный, бессознательный, сознательный
Результат
адаптация к новым условиям среды, появление новых видов (многообразие видов)
новые сорта растений, пород животных, штаммов микроорганизмов, ведет к появлению видов невозможных в природе (мул)
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Эффективность и творческая роль естественного отбора
Факторы, влияющие на эффективность естественного отбора:
Важнейшим свойством естественного отбора является его способность накапливать и совмещать полезные признаки.
Естественный отбор, начавшийся у каждого вида с момента его возникновения, действует на всем протяжении его существования. При этом он может привести как к прогрессии вида, так и к его деградации.
Не стоит забывать о комбинативной и мутационной изменчивости, благодаря которым также могут появляться совершенно новые признаки организмов.
Вполне естественно, что отбор идет по пути постепенного аккумулирования благоприятных признаков и исчезновения неблагоприятных, все это происходит благодаря постоянным мутациям и выборке тех их них, которые способствуют более лучшей выживаемости. В результате образуется много хорошо приспособленных к жизни организмов.
У представителей вида, имеющих признак, дающий преимущество в выживании и размножении, велика роль занять ведущее положение в своей популяции.
Например, если низкорослость растений дает преимущество в выживании, то через некоторое время они займут доминирующее положение на своей территории.
Творческая роль естественного отбора состоит в изменении одного вида, приводящем к возникновении нового вида.
То есть естественный отбор усиливает полезные и ослабляет негативные признаки, а также признаки, утратившие приспособительное значение, создавая таким образом новые виды. При этом один генетический набор организма, на который воздействуют разные по сути направления отбора, может дать совершенно разные генетические комбинации, которые выразятся в дальнейшем в многообразии вида.
Естественный отбор начался с момента возникновения жизни на земле, действует постоянно, никогда не останавливаясь.
Выводы:
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Их основные враги – рыси, волки, медведи.
И именно природа наградила их особенными копытами, благодаря которым горные козлы спокойно могут забраться на любую гору, где их не смогут достать хищники!
Особенность копыт в том, что по краям они жесткие и шершавые, а в центре находится мягкая подушечка.
Посмотрите на фотографии – зависть любого альпиниста!
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации