Материалы к лекции по теме "Естественный отбор" в дистанционном формате

Урок проведен в дистанционном формате в связи с самоизоляцией. Материалы урока были размещены на диске Гугл, доступ открыт по ссылке. Также задание размещалось в личном блоге преподавателя. Обратная связь осуществлялась через Гугл-формы, общение со студентами – группа в ВК, конференция в Zoom.

Задание:

Изучить материалы лекции, выполнить задания в конце лекции

Тема: Естественный отбор

В 1831 году по окончании университета Дарвин в качестве натуралиста отправился в кругосветное путешествие на экспедиционном судне королевского флота «Бигль». Путешествие продолжалось без малого пять лет. Большую часть времени Дарвин проводит на берегу, изучая геологию и собирая коллекции по естественной истории. В течение путешествия он тщательно записывает свои наблюдения и теоретические выкладки. Время от времени, как только для этого представлялся удобный случай, Дарвин отсылает копии заметок в университет, вместе с письмами, включающими копии отдельных частей его дневника, для родственников. За время путешествия он сделал ряд описаний геологии различных районов, собрал коллекцию животных, а также сделал краткое описание внешнего строения и анатомии многих морских беспозвоночных. В других областях, в которых Дарвин был несведущ, он проявил себя искусным коллекционером, собрав экземпляры для изучения их специалистами. Несмотря на частые случаи плохого самочувствия связанные с морской болезнью, Дарвин продолжал исследования и на борту судна; большинство его заметок по зоологии были о морских беспозвоночных, которых он коллекционировал и описывал во времена затишья на море

Основы учения о естественном отборе были заложены Ч. Дарвиным в его трудах по теории эволюции (дарвинизме). Понятие о естественном отборе существенно расширилось и углубилось благодаря развитию генетики, трудам И.И. Шмальгаузена и С.С. Четверикова

Основная логика эволюционного учения

Как вы знаете, все организмы оставляют потомство, иногда очень многочисленное. Одна особь сельди выметывает в среднем около 40 тыс. икринок, осетр – 2 млн., лягушки – до 10 тыс. икринок, серая крыса – 5 пометов в год. На одном растении мака ежегодно созревают до 30-40 тыс. семян. Даже медленно размножающиеся животные потенциально способны оставить огромное число потомков. Самки слонов приносят детенышей в возрасте между 30 и 90 годами. За 60 лет они рождают в среднем 6 слонят. Расчеты показывают, что даже при такой низкой интенсивности размножения через 750 лет потомство одной пары слонов составило бы 19 млн. особей.

На основе этих и других примеров Дарвин приходит к выводу о том, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным. Каждая пара организмов дает гораздо больше потомков, чем их доживает до взрослого состояния. Большая часть появившихся на свет организмов гибнет.

В чем причина гибели?

Причины гибели разнообразны:

Недостаток корма из-за конкуренции особей одного вида

Нападение врагов

Действие неблагоприятных факторов среды (засуха, сильные морозы, высокая температура и др.)

Отсюда следует вывод, сделанный Дарвином: в природе происходит непрерывная борьба за существование. Сам Дарвин писал: «… Я должен предупредить, что применяю этот термин в широком смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также включая не только жизнь одной особи, но и успех ее в оставлении после себя потомства. Я ради удобства прибегаю к общему термину «борьба за существование».

Иначе говоря, борьба за существование – это совокупность сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

Когда лев отнимает добычу, подразумевается борьба за пищу. Про растение на окраине пустыни можно сказать, что оно ведет борьбу против засухи.

Дарвин выделил 3 основные формы борьбы за существование.

Межвидовая борьба:

Включает отношения типа: хищник – жертва (волки, лисы охотятся на зайцев, между волками и зайцами, между лисами и зайцами идет напряженная борьба за существование); между хищниками (волки и лисы) тоже идет конкуренция за пищу. Существование трав зависит не только от поедания их животными, но и от других условий: опыление, конкуренция за свет, влагу.

Между паразитами и хозяином тоже идет межвидовая борьба, т.к. паразиты ослабляют организм хозяина, делают его менее конкурентноспособным.

Внутривидовая борьба:

Самая жесткая и острая, т.к. все особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах: пище, территории, убежищах, местах размножения. Например птицы одного вида конкурируют из-за мест гнездования. Самцы многих видов млекопитающих и птиц в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей. У многих животных в процессе эволюции выработались приспособления, помогающие им избежать конкуренции с другими особями своего вида. Например, самцы бобров, медведей метят границы своего участка. Наряду с этим в целях сохранения своего вида у многих животных в процессе эволюции выработались приспособления жить стадами (олени, обезьяны и др.), совместно заботиться о молодняке своей популяции (зайцы, пчелы, пингвины и др.).

Борьба с неблагоприятными условиями среды:

Факторы неживой природы оказывают огромное влияние на выживаемость организмов. Много растений гибнет во время холодных малоснежных зим. В сильные морозы смертность увеличивается и среди животных, обитающих в почве. Зимой при недостатке растворенного в воде кислорода погибает рыба. Семена растений нередко заносятся в неблагоприятные места обитания и не прорастают.

ВЫВОД: Все формы борьбы за существование сопровождаются гибелью огромного количества организмов или приводят к тому, что часть их не оставляет потомства.

Естественный отбор

Сопоставив способность всех организмов к неограниченному размножению и разнонаправленной наследственной изменчивости, Дарвин пришел к выводу, что выживают и оставляют потомство особи, отличающиеся более полезными для данного вида свойствами, т. е. в определенных условиях местности происходит естественный отбор.

Эволюция лошади началась 65 млн лет назад (ранний эоцен) с маленького животного размером не больше собаки. Многие животные, существующие сейчас на земле, произошли от созданий, которые были намного больше их по размеру. Лошадь же наоборот.

Первым известным предком лошади было маленькое животное размером не больше собаки. Это был «Eohippus» или «низкая лошадка».

Этот зверек с гибким изогнутым позвоночником и длинным хвостом опирался на всю ступню, на передних лапах у него было по четыре пальца, а на задних – по три. «Низкая лошадь» жила в лесу и передвигался по мягкой почве, питаясь преимущественно листьями и молодыми побегами.

Еще одна ступень в эволюции - небольшие трехпалые лошади, которые впервые появились 35 миллионов лет назад. Это животное напоминало своими размерами пони. Родом они из Америки, откуда они мигрировали в Евразию. Когда на нашей планете началось похолодание, условия, в которых предок лошади развивался миллионы лет, изменились. Климат стал суше, растительность - грубее. Коренным переломом в развитии этой ветви животного мира стало появление участков суши свободных от лесов. Влажные почвы лесов сменились покрытыми травой и кустарником территориями. Тропические леса уступили место бескрайним равнинам. Предки лошади стали жить на открытых пространствах. Новые условия проживания привели к вырабатыванию новых инстинктов и изменениям в строении тела; повысилась прочность зубов, челюсти стали более массивными. В результате вытянулась лицевая часть черепа, а глазницы и черепная коробка отодвинулись назад. Шея удлинилась, чтобы легче было доставать до земли. С длинными ногами стало проще убегать от хищников, стопа приспособилась к передвижению по твердому грунту. Постепенно конечности предков лошадей приняли очертания подобные сегодняшним, доминирующим стал один палец, который увеличился в размерах и ороговел, постепенно превратившись в копыто. И только 15 миллионов лет назад появилась первая однопалая лошадь. От этого предка берет начало классификация домашней лошади и всех ее выживших сородичей.

Таким образом, естественным отбором называют процесс, происходящий в природе, в результате которого выживают и оставляют потомство в конкретных условиях среды особи с полезными для данного вида признаками и свойствами. Материалом для естественного отбора служат индивидуальные наследственные изменения (мутации и комбинации, возникающие в популяциях). Они могут быть полезными, безразличными и вредными для вида. Полезным для вида будет всякое изменение, повышающее возможность выживания и оставления более многочисленного потомства.

Творческая роль естественного отбора заключается в том, что в процессе эволюции он сохраняет и накапливает из разнонаправленных мутаций наиболее соответствующие условиям среды и полезные для вида. Естественный отбор является главной движущей силой эволюции органического мира. Различают две формы естественного отбора.

Движущий отбор описал Дарвин, показав, что в изменившихся условиях среды большую возможность выжить и оставить потомство имеют особи, генотипы которых обеспечивают формирование новых, наиболее отвечающих этим условиям признаков. Движущий отбор приводит к образованию новых популяций, а затем видов. Например, в Плимутской бухте (Англия) вследствие постоянного засорения воды органическими остатками на смену прежней популяции краба пришла новая, способная существовать в таких условиях.

Стабилизирующий отбор фиксирует, закрепляет полезные признаки и формы в относительно постоянных условиях среды. Мутации, отклоняющиеся от установившейся оптимальной нормы, в таких условиях, как правило, оказываются менее жизнеспособны и уничтожаются отбором. Эту форму отбора описал советский ученый Иван Иванович Шмальгаузен (1884—1943). Реальность стабилизирующего отбора подтверждается существованием относительно стабильных в определенных условиях возделывания сортов растений и пород животных, а также длительным существованием древних форм (кистеперые рыбы, пресмыкающиеся и др.). Его действие можно наблюдать, например, в замкнутом водоеме (пруд, озеро). В нем при относительно постоянных условиях размножаются особи, признаки которых наиболее соответствуют установившемуся биологическому равновесию. Возникающие отклонения от установившейся нормы нежелательны и отметаются отбором.

Относительная приспособленность (целесообразность). Дарвин считал, что все приспособления организмов к окружающей среде возникли в результате естественного отбора за счет выживания и оставления потомства особями, наиболее приспособленными к данной среде. В процессе эволюции у организмов выработалось множество разнообразных относительных приспособлений к окружающей среде.

Таким образом:

Естественный отбор обеспечивает протекание процесса эволюции в том или ином направлении. В результате его действия в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определенным свойством или качеством.

Естественный отбор определяют как процесс дифференциального (выборочного) размножения генотипов.

Все эволюционные изменения происходят вслед за изменениями условий существования, и отбор — это лишь реакция на изменения среды и приспособления к уже существующим условиям.

Еще один важный момент — отбор не вызывает появления новых признаков (они возникают благодаря мутациям), а лишь способствует исчезновению или распространению уже существующих признаков в популяции.

Три фактора составляют предпосылки действия естественного отбора:

1. генетическая разнородность особей, входящих в состав популяций (изменчивость);

2. избыточность потомства (или прогрессия размножения);

3. борьба за существование.

Выделяют три основные формы борьбы за существование:

1. внутривидовая борьба:

2. межвидовая борьба,

3. борьба с неблагоприятными факторами среды.

Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле этого слова, фактически она представляет собой просто стратегию выживания и способ существования организма.

Различают несколько форм отбора.

Движущий отбор. Он закрепляет возникновение новых мутаций, вызывающих изменение средней величины признака, приводя к направленному изменению частот аллелей и генотипов в популяции. Движущий отбор действует главным образом в изменяющихся условиях среды и во время заселения новых территорий.

Стабшизирующий отбор Эта форма отбора действует в относительно неизменных условиях среды, результатом такого отбора является элиминация крайних вариантов проявления признака, т.е. стабилизирующий отбор способствует сохранению и поддержанию средних значений признака.

Дизруптивный отбор. Эта форма отбора приводит к закреплению в популяции наиболее отклонившихся от среднего фенотипа форм.

Вопросы и задания

1. Заполните таблицу

Виды борьбы за существование

2. Запишите термины: борьба за существование, естественный отбор, виды отбора.

3. Приведите пример стабилизирующего отбора.

4. Многие насекомые приносят вред. Между насекомыми, растениями и врагами насекомых идет ожесточенная борьба за существование. Объясните:

- Почему бы не уничтожить насекомых, ведь сейчас для этого имеются эффективные средства?

- К каким последствиям в живой природе приведет уничтожение насекомых?

5. В теплице для выращивания растений созданы оптимальные условия жизни. Объясните, будет ли в этом случае происходить борьба за существование.

6. Плодовитость вида тем выше, чем выше вероятность истребления потомства. Несколько примеров большой плодовитости видов:

- Холерная бацилла за сутки может дать потомство массой 100 т.

- Потомство пары птиц величиной с воробья при продолжительности жизни в 4 года может покрыть весь земной шар за 35 лет.

- Потомство пары мух съест мертвую лошадь так же скоро, как лев.

Потенциал размножения велик, но численность взрослых особей вида постоянна. Почему?