что такое естественный отбор примеры
Конспект 9 примеров работы естественного отбора из книги «Приспособиться и выжить!»
В своей книге «Приспособиться и выжить!» (в подготовке российского издания, кстати, участвовал фонд «Династия») американский биолог Шон Кэрролл рассказывает, как ход эволюции отражается в ДНК. Для конспекта «Афиша» выбрала из книги несколько впечатляющих фрагментов о естественном отборе.
Лучшие научно-популярные книги пишут те ученые, которые умеют простыми словами объяснить свой предмет широкой публике, создать легкое, но вместе с тем насыщенное и интригующее повествование, то есть обладающие публицистическим даром. Этот навык, в общем-то, необязателен для хорошего физика или биолога, поэтому по большинству научно-популярных книг заметно, что писали их люди, которым ближе строгий научный стиль. Такова и книга Шона Кэрролла, который построил для нее оригинальную концепцию и насытил действительно интересными фактами, но все же часто впадает в сугубо научную дотошность, закапываясь в подробности геномов тех или иных видов живых существ. Впрочем, эта дотошность оправдана тем, что всю книгу Кэрролл занимается сбором доказательств — как и многие труды по эволюции, «Приспособиться и выжить!» носит отчетливо полемический характер и призвана прежде всего опровергнуть доводы тех, кто все еще оспаривает реальность эволюции и естественного отбора. Цели своей автор вполне достиг, после прочтения читатель получает исчерпывающий набор аргументов и примеров того, как универсально и безошибочно (хоть и медленно и незаметно) действует естественный отбор.
9 примеров того, как в природе действует естественный отбор
Рыба с белой кровью
Ледяная рыба, живущая в холодных антарктических водах, не имеет красных кровяных телец, из-за чего кажется почти прозрачной. Долгое время ученые не могли поверить, что такое вообще возможно: раньше считалось, что эритроциты, переносящие кислород по организму, необходимы всем крупным животным. Однако выяснилось, что из-за низкой температуры, в которой обитает ледяная рыба, гемоглобин в эритроцитах, наоборот, представлял сложность: из-за него кровь становилась слишком вязкой и с трудом циркулировала по венам. При этом в холодной воде кислород растворяется гораздо лучше, чем в теплой, и клетки могут получать его без гемоглобина. Поэтому, как это ни парадоксально, жидкость в жилах ледяных рыб больше напоминает простую воду, чем кровь привычного нам вида. Зато в ней присутствует необычный белок-«антифриз», который блокирует образование ледяных кристаллов — без него рыба могла бы заживо превратиться в мороженую.
Одичавшие голуби в Северной Америке часто становятся добычей соколов, в борьбе с которыми практически не имеют шансов. Орнитологи заметили, что среди нескольких видов голубей один обладает необычной особенностью — на привычном серо-синем фоне его оперения чуть выше хвоста есть белое пятно. Наблюдения показали, что именно такие голуби чаще всего спасаются от нападения соколов. Судя по всему, когда в момент атаки голубь пытается увернуться от хищника, белое пятно отвлекает сокола, и тот пролетает мимо, а голубь получает время, чтобы скрыться. Зная механизм естественного отбора, можно предположить, что именно голубей с белым пятном будет становиться все больше, чем других, ведь только они имеют такое преимущество в борьбе за выживание.
Рыба в море и в озере
Изначально морская, трехиглая колюшка после ледниковых периодов попала в озера, где с тех пор ведет изолированное существование. Ученые заметили, что озерные колюшки имеют на боках не больше 10 костных пластинок, что делает их гораздо маневреннее своих морских собратьев, у которых аналогичных пластинок 30 и больше. Связано это с различиями в экосистемах и, соответственно, необходимостью сопротивляться разным видам хищников. Самое интересное, что этот пример естественного отбора ученые могли наблюдать в реальном времени: запустив в начале 80-х популяцию морских колюшек в озеро, всего через 10 лет они обнаружили, что количество костных пластин у них резко сократилось.
Глаза и желудки обезьяны колобус
В отличие от подавляющего большинства млекопитающих колобусы обладают трихроматическим зрением, то есть отличают красный от зеленого и видят их оттенки. Такой способностью обладают еще лишь два вида — шимпанзе и человек. Причем многие млекопитающие когда-то обладали полноценным цветным зрением, но потом потеряли его из-за ночного образа жизни — еще в те времена, когда на планете доминировали динозавры, а млекопитающие были на нелегальном положении. Но у колобусов есть еще одна особенность, которая делает их уникальными, — они жвачные животные. Их желудок состоит из нескольких камер, в которых часами переваривается пища, и гораздо больше похож на желудок коровы, чем других приматов. Связано все это с тем, что колобусы питаются преимущественно листьями и определяют самые молодые — а значит, самые питательные — именно по цвету, ну а для переваривания листьев «коровий» желудок подходит лучше всего.
Многие птицы видят в ультрафиолетовом спектре, то есть различают цвета, неуловимые человеком. Поэтому два самца, которые для нас выглядят одинаково, могут различаться для самки: преимущество в романтических отношениях получит тот, у кого в оперении больше ультрафиолетового. А еще ультрафиолет нанесен на клювы многих птенцов — для того чтобы родители могли их обнаружить в ветвях и покормить даже ночью.
Гонка вооружений между тритонами и змеями
Эволюция иногда приводит к настоящей гонке вооружений между соперничающими видами, когда каждая сторона постоянно наращивает свое преимущество. Пример такой гонки — эпическое соперничество желтобрюхого тритона и подвязочной змеи. Змеи охотятся на тритонов, тритоны защищаются — в результате эти небольшие лягушки стали одним из наиболее ядовитых существ на земле. Единственным животным, устойчивым к его яду, является как раз та самая змея, которая тоже времени не теряла и наращивала защиту от яда с тем же упорством. Однако баланс до сих пор шаткий — встречаются как более и менее ядовитые тритоны, так более и менее устойчивые змеи, поэтому участь проглотившей тритона змеи каждый раз непредсказуема.
В середине ХХ века ученые выяснили, что аномально большое количество жителей Центральной Африки страдают от серповидно-клеточной анемии — серьезного заболевания, при котором эритроциты меняют форму и хуже справляются со своей функцией. Вскоре заметили, что анемия встречается у людей, живущих в низинах и на побережье, в то время как у жителей горных областей с эритроцитами все было нормально. Ученые начали говорить о странной эпидемии, но природа оказалась мудрее: оказалось, что как раз деформированная форма эритроцитов защищает своих обладателей от малярии, настоящего проклятья африканских низин. Эволюция заключила, что положительный эффект от такой защиты перевешивает недостатки деформации эритроцитов и продемонстрировала ученым, как она действует не только на других существах, но и на человеке.
Глаза на крыльях и лапах
Ученые долго задавались вопросом, как эволюция создала такие сложные органы, как, например, глаза. Одно время считали, что разные глаза возникали независимо друг от друга — ведь строение этих органов у разных типов животных отличается кардинально. Изучение ДНК показало, что это было ошибкой и все глаза на планете произошли от некоего «протоглаза», так как удалось обнаружить общий ген, отвечающий за восприятие света. Когда этот ген искусственно активировали в необычных местах — например, на крыльях или лапках мух, — там начинала формироваться глазная ткань. А самые простые глаза, которые удалось обнаружить ученым, состоят лишь из двух клеток, все дальнейшее разнообразие является лишь разными путями их эволюции.
К сожалению, помимо естественного имеет место и «неестественный» отбор, то есть спровоцированный человеком. Яркий тому пример — популяция североатлантической трески, которая сократилась в десятки раз в результате промышленного вылова в послевоенные десятилетия. В 1992 году был наложен мораторий на вылов трески до восстановления ее популяции. Но она так и не восстановилась. Дело в том, что рыбаки столетиями вылавливали самых крупных и сильных рыб — в результате тот признак, что раньше был эволюционным преимуществом, стал недостатком, ведь лучше выживали более мелкие. Но измельчавшая треска потеряла свое место в пищевой цепочке, она попросту стала добычей тех рыб, которыми раньше питалась сама. В результате простого прекращения вылова оказалось недостаточно: экосистема нарушена столь сильно, что треска просто не имеет возможности восстановить свою популяцию из-за того, что проигрывает конкуренцию другим видам. Так человек оказал необратимое и неисправимое влияние на ход эволюции.
Отрывок из книги можно прочитать здесь.
Что такое естественный отбор примеры
Подробное решение параграф 9 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
Стр. 47. Вспомните.
1. Какие виды отбора вы знаете?
2. Стабилизирующий отбор.
3. Разрывающий или дизруптивный отбор.
2. Назовите известные вам формы естественного отбора.
Различают несколько форм естественного отбора, которые зависят от условий внешней среды.
Стабилизирующий отбор ведет к сохранению мутаций, уменьшающих изменчивость средней величины признака, то есть сохраняет среднее значение признака. Действует в постоянных условиях среды. Давление отбора направлено против особей, имеющих отклонения от средней нормы как в сторону усиления, так и в сторону ослабления выраженности признака. Преимущество получают организмы со средними значениями признака. Стабилизирующая форма отбора предохраняет генотип от разрушающего действия мутационного процесса. Стабилизирующая форма естественного отбора характерна для видов, длительно обитающих в неизменных условиях, например таких, как пещерные летучие мыши, глубоководные рыбы. Например: у цветковых растений цветки мало изменяются, а вегетативные части растения более вариабельны. На пропорции цветка в этом примере повлиял стабилизирующий отбор. Свойствен он также для современного этапа эволюции человека.
Другая форма отбора – движущий отбор, при котором происходит смена нормы реакции в определенном направлении; такой отбор изменяет среднее значение признака. Действует при плавно изменяющихся условиях среды. Давление отбора направлено против особей, имеющих отклонения от средней нормы либо в сторону усиления, либо ослабления выраженности признака. В результате происходит сдвиг средней нормы – возникает новая средняя норма вместо старой, переставшей отвечать обновленным условиям существования. Примером такого отбора может служить постепенная замена в промышленных районах светлоокрашенных особей бабочки березовой пяденицы на тёмноокрашенные. Например, среди крыс быстро распространилась устойчивость к яду, вызывающему кровотечение, так как особи, имевшие устойчивость к этому яду, изначально выжили и в дальнейшем дали начало новой популяции. Другим примером движущего отбора может послужить утрата у крота признака – редукция глаз. В результате действия движущей формы естественного отбора могут возникать новые виды.
Еще одна форма – дизруптивный (разрывающий) отбор – дает преимущество для выживания особей, имеющих крайние проявления данного признака. Такой отбор направлен против средних и промежуточных форм. При этом сохраняются наиболее уклонившиеся от средних значений признака части популяции; как правило, это происходит в связи с очень резкими изменениями среды обитания. Например, вследствие массового применения ядохимикатов сохранились устойчивые к этим химикатам группы особей насекомых. Каждая такая группа стала самостоятельным селективным центром, в пределах которого уже стабилизирующий отбор сохраняет устойчивость к пестицидам. Дизруптивный отбор можно проиллюстрировать на примере появления двух рас погремка – раннецветущей и позднецветущей. Их возникновение – результат покосов, осуществляемых в середине лета, вследствие чего единая популяция разделяется на две неперекрывающиеся популяции.
Стр. 51. Вопросы для повторения и задания
1. Что такое естественный отбор?
Естественный отбор – это преимущественное выживание и размножение в природе более приспособленных особей каждого вида. При этом хуже приспособленные особи размножаются с меньшим успехом или даже гибнут. Главный результат отбора заключается не просто в выживании более жизнеспособных особей, а в относительном вкладе таких особей в генофонд дочерней популяции. Как элементарный эволюционный фактор естественный отбор действует в популяциях. Популяция является полем действия, отдельные особи – объектами действия, а конкретные признаки – точками приложения отбора.
Необходимой предпосылкой отбора служит борьба за существование – конкуренция за пищу, жизненное пространство, партнера для спаривания.
2. На чем основывается действие естественного отбора?
Естественный отбор основывается на генетическом разнообразии и избыточной численности особей в популяции. Генетическое разнообразие создаёт материал для отбора, а избыточное число особей приводит к возникновению конкуренции и, как следствие, к борьбе за существование. Гибель организмов может происходить по разным причинам. Иногда она может носить случайный характер, например в результате пересыхания водоёма или пожара. Однако обычно с большей вероятностью выживают и оставляют потомство те особи, которые максимально приспособлены к данным условиям обитания и имеют определённые преимущества. Наименее приспособленные имеют меньше шансов оставить потомство и чаще погибают. Таким образом, естественный отбор – это результат борьбы за существование.
3. Какие формы естественного отбора вам известны?
Различают несколько форм естественного отбора, которые зависят от условий внешней среды.
Стабилизирующий отбор ведет к сохранению мутаций, уменьшающих изменчивость средней величины признака, то есть сохраняет среднее значение признака. Например: у цветковых растений цветки мало изменяются, а вегетативные части растения более вариабельны. На пропорции цветка в этом примере повлиял стабилизирующий отбор.
Другая форма отбора – движущий отбор, при котором происходит смена нормы реакции в определенном направлении; такой отбор изменяет среднее значение признака. Изменение признаков или свойств под действием движущего отбора может происходить весьма быстро. Примером такого отбора может служить постепенная замена в промышленных районах светлоокрашенных особей бабочки березовой пяденицы на тёмноокрашенные.
4. В каких условиях внешней среды действует каждая форма естественного отбора?
Движущий отбор действует при изменении внешних условий. Он проявляет себя лишь время от времени и действует до тех пор, пока средняя величина признака в популяции не достигнет оптимального в новых условиях значения.
Стабилизирующий отбор действует при неизменных внешних условиях. Он проявляет себя постоянно, ограничивая размах вариаций признака и тем самым закрепляя эффект движущего отбора. В ходе селекции аналогом движущего отбора является искусственный отбор, направленный на выведение новой породы (сорта), а стабилизирующему отбору соответствуют усилия человека по сохранению свойств породы, когда к скрещиванию допускаются лишь особи с «нужным» фенотипом.
5. В чем заключается причина появления у микроорганизмов, вредителей сельского хозяйства и других организмов устойчивости к ядохимикатам?
Причиной появления устойчивости к ядохимикатам у микроорганизмов, вредителей сельского хозяйства и других подобных организмов является проводимый человеком непроизвольный отбор. При использовании ядохимикатов (или антибиотиков) уничтожается почти вся популяция вредителей (возбудителей заболевания). Выживают лишь те особи, которые обладают ранее совершенно бесполезным и не проявляющим себя признаком – устойчивостью к данному яду. Потомство этих особей сохранит такую устойчивость и получит преимущество. В результате признак закрепится в популяции, и вскоре она в целом станет невосприимчива к ядохимикату (антибиотику). Так, например, некоторые возбудители инфекционных заболеваний в настоящее время приобрели устойчивость к препаратам, открытым в середине XX в. (пенициллину и другим антибиотикам). Фактически данный пример иллюстрирует действие движущего отбора.
Стр. 52. Подумайте и выполните.
1. Приведите известные вам примеры различных форм естественного отбора в природе.
Стабилизирующий отбор. Существование разного рода реликтов.
Половой. Ветвистые рога у оленя, павлиний хвост и т. д.
2. Объясните, почему даже длительное воздействие стабилизирующего отбора не приводит к полному фенотипическому единообразию в популяции.
Потому что новые мутации тоже возникают постоянно, и поэтому возникают и новые фенотипы, т. е. стабилизирующий отбор «не может угнаться» за мутационным процессом, хотя и достигается довольно большая степень фенотипического единообразия. Кроме того, имеет место и модификационная изменчивость, которая не подвергается действию стабилизирующего отбора.
Естественный отбор — основные формы, примеры, результаты
В биологии до сих пор есть множество неоднозначных теорий. Эволюция позволяет выживать только сильнейшим представителям. За время ее существования исчезли тысячи разных видов. Естественный отбор заключается в том, что в ходе действия популяции остаются в живых только наиболее приспособленные особи. Количество неприспособленных уменьшается естественным путем.
Механизм действия
Термин был введен Чарльзом Дарвином. Он сравнивал естественный отбор с искусственным, т. е. с селекцией. Согласно мнению ученого, разница между этим процессами простая: в первом случае все решает природа, во втором — человек. Рабочим материалом являются наследственные мутации, которые накапливаются или исчезают в следующих поколениях.
Взгляд Чарльза Дарвина на механизмы эволюции произвел революцию в научных кругах. В какой-то мере он был скандальным и смелым. В современном мире теорию считают обычной и само собой разумеющейся. Три неоспоримых факта существования естественного отбора:
Все это становится причинами для жестокой конкуренции, которая является движущей силой эволюции. Сам процесс протекает медленно, в нем ученые выделяют несколько этапов. Первый — это изменчивость, у отдельной особи появляется случайная мутация. Второй — наследование, особенность передается потомкам. Третьи — отбор, происходит определение, насколько полезно было изменение для выживания.
Четвертый — это время, для закрепления и распространения особенности требуется много лет. Пятый — это адаптация, мутация становится общим признаком для популяции или становится основой для появления нового вида.
Творческая роль отбора естественного заключается в том, что с изменением признаков в соответствии с условиями окружающей среды происходит создание новых видов. Именно этот процесс является направляющим фактором эволюции.
Все виды находятся во взаимоотношениях, что порождает борьбу за существование. Каждая особь стремится оставить после себя максимальное количество потомства. Из него выживут только самые приспособленные, так как кормовой базы не хватит на всех.
Принципы классификации
По направленности действия выделяют положительный и отрицательный (иногда называется отсекающим) виды естественного отбора. В первом случае процесс направлен на развитие полезных признаков и увеличение количества особей, которые владеют им. Механизм позволяет повышать жизнеспособность вида. Если рассматривать это в масштабах биосферы, то происходит постепенное усложнение строения живых организмов.
Подобная тенденция хорошо видна на примере эволюции. Некоторые виды древних рыб потратили миллионы лет на то, чтобы жабры трансформировались в среднее ухо. Когда это произошло, первые земноводные смогли выйти на сушу. Этому способствовали сильнейшие приливы и отливы.
Отрицательный отбор позволяет выводить из популяции особей с опасными и вредными признаками. Они значительно снижают уровень жизни и повышают уровень смертности. Механизм выступает определенным фильтром, который не пропускает плохие аллели и не дает им развиваться.
Благодаря развитию большого пальца, предки человека смогли сжимать кисть в кулак. В драках они могли использовать их для ударов, это давало возможность разбивать черепа. В итоге выжили только особи с крепкими черепами. Подобные скелеты с повреждениями были неоднократно обнаружены археологами. Эффективность отбора напрямую зависит от концентрации гена в популяции. Она понижается при увеличении количества гомозиготных особей.
Есть еще одна классификация, основой которой является характер влияния отбора на изменчивость признака в популяции. В ней выделяют движущий, стабилизирующий, дестабилизирующий, дизруптивный, половой.
Основные типы
Движущий отбор действует при направленном изменении условий внешней среды. В итоге отсеиваются особи с одним значением среднего признака, и с каждым поколением происходит небольшой сдвиг. В итоге привычная норма претерпевает изменения и появляется новое значение. Одни признаки исчезают, другие формируются.
Автором описания механизмов движущего отбора был не только Дарвин, но и ученый Уоллес. В качестве примера можно рассмотреть выработку у бактерий устойчивости к антибиотикам, снижение чувствительности паразитических грибков к ядохимикатам и изменение строения конечностей у предков лошадей.
Стабилизирующий отбор сохраняет существующие признаки. Он действует только при постоянном сохранении условий среды. По сути, это другая сторона движущего отбора, так как цель этого процесса — сохранить адаптированный вид. Он не дает размножаться особям с отклоняющимися мутациями.
Примеры стабилизирующего отбора — гигантская секвойя, растение гингко, крокодилы, некоторые виды медуз. Именно эта форма поддерживает постоянство вида.
Разрывающий (дизруптивный) отбор характеризуется поддерживанием крайних значений, средние при этом убираются из популяции. В результате из исходной формы появляются несколько новых — это позволяет поддерживать разнообразие популяции. Дивергенция (расхождение признаков) дает возможность сформироваться новым видам, например, клеверу.
Движущий, стабилизирующий и дизруптивный — вот какие формы естественного отбора существуют. Но некоторые ученые отдельно выделяют еще один тип — половой. Самцы соперничают в праве на размножение, у них часто появляются признаки, которые отрицательно влияют на выживаемость. Красивый хвост у павлина не несет практической пользы, лишь привлекает самок.
Существуют две гипотезы, которые объясняют этот механизм. Согласно первой, самка выбирает того, кто может выжить в тяжелых условиях. Вторая версия — стремление получить потомство от успешного отца.
Современный мир
Идея естественного отбора до сих пор вызывает множество споров в научной среде. Противники не считают теорию эволюции правдивой, так как неясно, каким образом зародилась жизнь на Земле. Креационисты тоже не поддерживают учение Чарльза Дарвина. Появление синтетической теории эволюции тоже вызывает немало споров.
Происхождение разных видов также подвергается критике. Ученые могут только строить теории о развитии тех или иных организмов. Селекция создана человеком и является противовесом природной эволюции.
В ЕГЭ по биологии и в контрольных работах можно встретить вопросы, которые затрагивают тему «Естественный отбор». Задания состоят из разных требований: где-то нужно составить таблицу-сравнение, указать формы и перечислить их отличия, написать сравнительную характеристику. Важно уметь приводить краткие примеры, называть последствия отбора и как они проявляются. Иногда нужно порассуждать на тему «почему существует отбор естественный», «борьба за выживание как двигатель эволюции» и т. п.
В тестах по биологии можно найти разные вопросы об отборе. Примерные задания:
Знание учения Дарвина позволяет иначе взглянуть на механизмы эволюции. Природа отбирает лучших представителей для дальнейшего развития. Ученые спорят о том, влияет ли этот механизм на человечество. Благодаря тому, что многие виды смогли изменяться, они выжили в ходе эволюции. Не всегда главное — размер и сила. Динозавры поражают гигантским ростом, но в итоге победили те животные, что были небольшими и умными. Прогнозировать, как будет развиваться эволюция, сложно.