Эволюционные теории. Движущие силы эволюции

За время изучения окружающего мира накопилось немало предположений, идей и теорий эволюции.

Биологическая эволюция — это естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Более двух тысяч лет научные теории о природе жизни основывались на учениях древнегреческого философа Аристотеля, который в своих наблюдениях за животными заключил, что виды не меняются. 

Шведский натуралист Карл Линней, основоположник систематики, полагал, что все свойства живого — результат Божественного замысла.

Линней считал, что виды растений и животных не изменяются; они сохраняют свои особенности "с момента своего сотворения".

Однако, он, конечно, не мог не заметить изменчивости многих видов.

Учёным, который попытался объяснить изменения организмов со временем, был выдающийся французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк, создавший первую эволюционную теорию.

Согласно его идее эволюции живой природы, «все биологические виды, включая человека, произошли от других видов».

Животных учёный разделил на 14 классов, которые распределил по степени усложнения организации, образовав 6 ступеней — градаций.

Ламарк полагал, что все живые организмы стремятся совершенствоваться. Поэтому и изменяются. И что эти изменения закрепляются и передаются следующему поколению по наследству.

Главным фактором эволюции Ламарк считал прямое влияние среды. Например, у водяного лютика подводные листья рассечены на тонкие волосовидные доли, а листья, находящиеся на поверхности воды, широкие и округлые, разделены на простые лопасти.

У родственного вида лютика, растущего на влажной почве, листья не разделены на тонкие доли. Ламарк считал, что при попадании семян первого вида лютика не в воду, а на влажную почву из них вырастут растения второго вида. Однако в действительности такого не бывает.

В первой половине XIX в. разные учёные продолжали изучать виды растений и животных, находить их сходства и выдвигать свои теории эволюции. 

Учёный Карл Бэр, один из основоположников эмбриологии и сравнительной анатомии, впервые описал процесс возникновения тканей и органов в ходе развития эмбриона.

Бэр сформулировал законы зародышевого сходства. Один из них гласит: «Зародыш высокоорганизованного вида может обладать сходством с зародышем более примитивного вида, но никогда не бывает похож на взрослую форму этого вида».

Сходство зародышей разных систематических групп свидетельствует об общности их происхождения.

Английский учёный Чарлз Лайель расшифровал и датировал геологическую историю Земли. Он показал, что климатические факторы могут объяснить, как нынешние, так и прошлые изменения земной поверхности, а следовательно, и изменения в составе органического мира.

Идеи Чарлза Лайеля стали толчком для создания научной теории эволюции органического мира.

Великий английский биолог, создатель основ современной теории эволюции биологических видов Чарлз Дарвин заинтересовался идеей Чарлза Лайеля о движущих факторах эволюции Земли.

В путешествиях на корабле «Бигль» Дарвин находил доказательства влияния окружающей среды на развитие видов организмов и изменения их во времени.

Изучая клювы вьюрков, он заключил, что все вьюрки произошли от одного предка, а каждая из пород адаптировалась, чтобы легче добывать себе пропитание. Эта мысль его поразила: ведь если такие изменения затронули вьюрков, то почему они не могут затронуть все организмы живой природы?!

Дарвин предположил, что в природе действует естественный отбор ― основной фактор эволюции, приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками.

Дарвин объяснил изменение организмов действием законов природы. Он выдвинул три главных фактора эволюции:

1.      Борьба за существование.

2.      Естественный отбор.

3.      И изменчивость организмов.

Теорию Чарлза Дарвина можно кратко сформулировать в виде положений:

1.      Организмы изменчивы. И поэтому невозможно найти два полностью идентичных организма.

2.      Различия между организмами, хотя бы частично, передаются по наследству.

3.      Любые организмы при благоприятных условиях, благодаря размножению, способны заполнить всю Землю. Однако этого не происходит, так как многие особи погибают ещё до того, как смогли произвести потомство. 

4.      Организмы, которые обладают лучшими свойствами, имеют большую вероятность выжить по сравнению с другими. Выжившие передают эти свойства потомкам. Поэтому лучшие свойства закрепляются в череде последующих поколений.

Движущие силы эволюции: изменчивость и наследственность.

Итак, мы сказали, что одним из факторов эволюции Дарвина была изменчивость организмов.

Дарвин выделил две основные формы изменчивости — ненаследственную и наследственную.

Вы знаете, что изменения организмов, которые не наследуются, не затрагивают гены. Поэтому происходят только фенотипические изменения, которые меняют внешние или внутренние признаки на определённых стадиях развития.

Ненаследственные изменения можно пронаблюдать на примере стрелолиста обыкновенного. У экземпляров, которые растут на самом берегу водоёма, листья стреловидной формы. У экземпляров, растущих на глубине 1,5 и более метра, листья имеют только лентовидную форму.  А если стрелолист растёт частично погруженным, то его листья имеют и лентовидную, и стреловидную форму. Все эти изменения - влияние окружающей среды.

Эти изменения не затрагивают гены и не предаются по наследству.

Так, ненаследственной изменчивостью называют изменчивость, которая возникает в ответ на изменения условий окружающий среды и условий жизни.

Однако, без генетической изменчивости не было бы и эволюции… так как для того, чтобы организмы эволюционировали, необходимо, чтобы изменения родителей передавались по наследству потомкам.

Наследственная изменчивость представляет собой изменения генотипа.

Наследственную, или генотипическую, изменчивость подразделяют на мутационную и комбинативную.

Мутационная изменчивость — это возникновение изменений в наследственном материале.

Комбинативной называют изменчивость, в основе которой лежит образование рекомбинаций, т. е. таких комбинаций генов, которых не было у родителей.

Рекомбинация — это процесс обмена генетическим материалом путём разрыва и соединения разных участков молекул ДНК.

Дарвин считал, что особи с лучшими свойствами размножаются и передают их поколению.

Так из поколения в поколение свойства закрепляются, меняя генофонд. (пауза)

Например, такое свойство, как окраска, способствует выживанию. 

Так, бабочка-пестрянка имеет предупреждающую защитную окраску.

Пустынные змеи окрашены в серовато-жёлтый цвет, под цвет окружающей почвы и растительности.

Однако особи, которые не имеют каких-то необходимых свойств для выживания, не выдерживают конкуренции и погибают.

Так по прошествии какого-то времени, в результате естественного отбора происходит исчезновение одних признаков и эволюция других, а вместе с этим и изменение генофонда популяции.

Итак, в результате мутаций происходит изменение генотипа особей в популяции, а затем и всего генофонда.

Новые генотипы вытесняют старые… Но почему они не сосуществуют вместе? Дело в том, что количество появившихся на свет особей обычно во много раз превышает жизненные ресурсы. Поэтому между организмами происходит борьба, где побеждает тот, кто имеет какие-либо признаки и свойства, которые помогают организму доминировать над другими.

Борьба за существование — это один из движущих факторов эволюции наряду с естественным отбором и наследственной изменчивостью, совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

Различают несколько форм борьбы за существование.

Дарвин выделил три основные: внутривидовую, которая ведётся между особями одного вида, межвидовую, которая ведётся между особями разных видов;, и борьбу с неблагоприятными условиями окружающей среды.

Борьба между самцами львов молодого и зрелого поколения внутри прайда является примером внутривидовой борьбы.

Межвидовая борьба ведётся между разными видами организмов. Они соревнуются за одни и те же виды природных ресурсов: территорию, пищу, участок для гнезда. В результате такой конкуренции численность одного вида, может вытеснять другой вид.

Борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды играет большую роль в эволюционных изменениях организмов. Например, бесстебельное растение-подушка — ярета, занимает нишу, в которой у неё очень мало конкурентов, ведь немногие растения способны выжить в условиях холодов и постоянных ветров.

Все перечисленные формы борьбы способствуют естественному отбору, когда в результате конкуренции один вид, более приспособленный вытесняет другой, менее приспособленный к среде своего обитания и который, возможно, не имеет каких-либо необходимых признаков для выживания в борьбе за существование.

Так же благодаря естественному отбору виды с благоприятными признаками выдерживают борьбу, размножаются и передают эти признаки следующему поколению. 

Выделяют формы естественного отбора: стабилизирующий и движущий.

Стабилизирующий отбор ― это одна из форм естественного отбора, которая помогает сохранить в популяции оптимальные в данных условиях фенотипы (которые в дальнейшем становятся преобладающими) и действует против проявлений фенотипической изменчивости.

Например, возникают и такие мутации, которые уменьшают вероятность выживания организма в конкретном месте его обитания.  Обычно они не закрепляются в популяции и никак не влияют на генофонд, потому как такие организмы обычно не доживают до половозрелого возраста и не дают потомства.

Отсеиванию особей с такими мутациями из популяции способствует стабилизирующий отбор, который поддерживает уже существующие фенотипы.

Если стабилизирующий отбор направлен на поддержание уже существующих фенотипов, то движущий отбор способствует изменениям фенотипов.

Действие движущего отбора может проявляться в ответ на изменение внешних условий. Пример движущего отбора ― эволюция стопы лошади. В результате эволюции у лошади остался один (средний) палец на ноге. Такая эволюция стопы связана с переходом от жизни в лесах на тропической почве к жизни в открытых сухих степях.

Способность к быстрому бегу в степи имеет защитное значение и позволяет более эффективно находить водоёмы и кормовые угодья. Таким образом, увеличение быстроты бега достигалось облегчением скелета ноги и постепенным уменьшением числа пальцев.

Действие движущего отбора проследить очень трудно, так как в большинстве случаев процесс отбора идёт очень медленно.