Введение
В любом биогеоценозе противоречия между особями одного или разных видов разрешаются в борьбе за существование. Закономерным результатом борьбы за существование является гибель одних особей популяции и выживание и размножение других, т.е. естественный отбор. Принцип естественного отбора Ч. Дарвина имеет основополагающее значение в эволюционной теории. Естественный отбор является ведущим, направляющим, движущим фактором эволюционного развития органического мира. В настоящее время представления об отборе пополнены новыми фактами, расширились и углубились.
При увеличении численности популяции некоторые факторы среды, такие как пища (для животных) или свет (для растений), становятся лимитирующими. Это приводит к конкуренции за ресурсы между членами популяции. Организмы, индивидуальные особенности которых дают им преимущество в конкуренции, будут легче овладевать этими ресурсами, выживут и оставят потомство. Организмы, лишенные таких признаков, окажутся в невыгодном положении и могут погибнуть, прежде чем успеют произвести потомство. Совместное действие лимитирующих факторов среды и численности популяции создает давление отбора, интенсивность которого может быть различной.
Разделы
Поцелуй по расчетуПоэма СоддиЗадача о сферахМногомерностьГость из четвертого измеренияЧетырехмерный симплексВозможности нового измеренияЭксперимент ЦельнераГеометрия — это интуицияУщербность нашего восприятия Объем — в плоскостьНаш плоский объемный мирМебиусианаОдносторонность листа Мебиуса Топология — из листа Мебиуса Число БеттиХроматический номерСправа, где сердцеБутылка КлейнаМебиус и микромирЛевый и Правый МебиусыЭксперимент By Цзянь-сюнДвухкомпонентная теория нейтриноЗеркальные двойникиРоль формыВселенная искривляетсяТензорный анализТеория Вселенной ЭйнштейнаПульс ВселеннойВеликолепная пятеркаО божественной пропорции«Начала» ЕвклидаДоказательство ЭйлераСимволы ШлефлиГамильтонова линия Изопиранная задачаИнтуиция царицы ДидоныКак управляется мирСерьезные игрыИскусство орнаментаФедоровские группыИгры ЭсхераСимметрии ЭсхераНефедоровская кристаллографияМировая гармонияУдавшаяся провокация«Колючий» ёж КеплераФигура ПетриТеория многогранниковПравильные и почти правильные телаПесок расширяется!Кубическая плотная упаковкаПлотность упаковкиДома на пескеТайные связиМузыка сферПодкупающая простотаМодели ДончиянаПолезные политопыОрганизация пространстваРадость видеть и понимать Теории ЗемлиБейсбольный мяч планетыКатенаныВечный ГеометрЦепь причин и следствийСчастливый случайМетод Монте-КарлоВероятностные методыБросаем песчинкуСходство схемЗадачи распространения теплаСлучайные траекторииВозможности равныСлучай в игреИгры с таблицейНовые осложненияХуже-лучшеРасшифровка кодовРоль элемента случайностиОбучение и случайностьОбучение автоматов«Школьная» схема обученияОбучение — самообучениеШаблон поведенияУметь пользоваться памятьюОпыты И. П. ПавловаУсловный рефлексСвязь между нейронамиНоситель памятиМеханизм образования условного рефлексаМеханизм «вспоминания»Структура нервной сетиПростой экспериментПроблема опознанияЧто такое опознаниеЗрительные образыПерсептронРазличаемые образыЧто умеет персептронСвойства персептронаЗалог опознания образовРоль случайности в эволюцииК чему приводят мутацииЕстественный отбор«Безжалостность» законов природыПриспособление видаСхема гомеостатаИдея ЭшбиУсилитель отбораУсилитель мыслительных способностейСхема искусственного отбораСамонастраивающиеся системы и случайностьНепохожесть системКритерий близости к совершенствуСамонастраивающиеся системыНаладчик сложных системМетод компенсацииКак настроитьУстройство автоматаДержим точный размерАнализ станка-автоматаОбратное воздействиеСпособ Гаусса — ЗейделяАнализ настроекМетод градиентаМетод случайной настройкиМетод случайного поискаПрограмма случайного поискаСхема случайного поискаСамонастраивающаяся системаИсточник неограниченных возможностей
Естественный отбор
Естественный отбор – результат борьбы за существование; он основывается на преимущественном выживании и оставлении потомства с наиболее приспособленными особями каждого вида и гибели менее приспособленных организмов.
Мутационный процесс, колебания численности популяций, изоляция создают генетическую неоднородность внутри вида. Но их действие ненаправленное. Эволюция же – процесс направленный, связанный с выработкой приспособлений, с прогрессивным усложнением строения и функций животных и растений. Существует лишь один направленный эволюционный фактор – естественный отбор.
Под действие отбора могут попасть либо определенные особи, либо целые группы. В результате группового отбора часто накапливаются признаки и свойства, невыгодные для отдельной особи, но полезные для популяции и целого вида (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В любом случае отбор сохраняет наиболее приспособленные к данной среде организмы и действует в пределах популяций. Таким образом, именно популяции – поле действия отбора.
Под естественным отбором нужно понимать избирательное (дифференциальное) воспроизведение генотипов (или генных комплексов). В процессе естественного отбора важны не столько выживание или гибель особей, сколько их дифференциальное размножение. Успех в размножении разных особей может служить объективным генетико-эволюционным критерием естественного отбора. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется вкладом ее генотипа в генофонд популяции. Отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы. Для эволюции имеют значение не только генотипы, но и фенотипы и фенотипическая изменчивость.
В процессе экспрессии ген может оказывать влияние на многие признаки. Поэтому в сферу действия отбора могут включаться не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. Они отбираются опосредованно в результате корреляций.
Основные положения теории Чарльза Дарвина
Ч.Дарвин (1809–1882) создал современное эволюционное учение, изложив его в книге «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859)
1. Искусственный отбор как движущий фактор происхождения и выведения новых сортов культурных растений и пород домашних животных. Разработка этой проблемы сыграла огромное значение для формирования идеи естественного отбора, являющейся центральным ядром дарвинизма.
2. Наличие у живых организмов определенной (ненаследственной) и неопределенной (наследственной) изменчивости. Исключительное значение наследственной изменчивости в эволюции живых организмов.
3. «Борьба за существование…», как писал сам Ч. Дарвин: «…в широком и метафорическом смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также подразумевая (что еще важнее) не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством». Борьба за существование вытекает из геометрической прогрессии размножения организмов и многочисленных препятствий, сдерживающих неограниченное размножение. Дарвин особо подчеркивал, что «борьба за существование особенно упорна, когда она происходит между особями и разновидностями того же вида».
4. «Естественный отбор или переживание наиболее приспособленных», как «…сохранение полезных индивидуальных различий или изменений и уничтожение вредных». Дарвин считал, что «…естественный отбор действует только путем сохранения и накопления малых наследственных изменений, каждое из которых выгодно для сохраняемого существа».
5. Наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор — главные движущие силы, приводящие к образованию новых видов за счет «расхождения признаков». Первоначально «расхождение признаков» проявляется в возникновении разновидностей внутри старого вида, а по мере углубления различий происходит возникновение двух (или больше) новых видов (принцип дивергенции).
6. Естественный отбор служит причиной приспособленности видов, целесообразности строения и функций организмов. Другими словами: эволюция носит приспособительный характер. Органическая целесообразность универсальна (т.е. приспособленность присуща всем живым организмам, на всех стадиях их индивидуального развития), но она относительна, т.к. при изменении условий окружающей среды приспособленность организма в новых условиях не будет им соответствовать (например, задержка в выпадении снега с наступлением зимы, ставит в «сложное положение» животных, сменивших свой летний «наряд» на зимний — заяц-беляк и т.п.). Резкие климатические изменения на значительных территориях нашей планеты нередко приводили к вымиранию множества видов живых организмов (о чем свидетельствуют геологическая и палеонтологическая летописи).
7. Прогресс в развитии органического мира. Сущность прогрессивной эволюции заключается в том, что в каждую историческую эпоху среди форм, хорошо адаптированных к существующим условиям среды, появляются формы, обладающие принципиально новыми и более сложными типами строения. По данным палеонтологической летописи, с течением времени одни доминирующие группы организмов сменялись (или дополнялись) другими, имеющими более высокий уровень организации, чем их предшественники.
3.Дестабилизирующий отбор
Дестабилизирующий отбор — это разрушение корреляционных связей в организме при интенсивном отборе в каждом определенном направлении. В пример можно привести случай, когда отбор, направленный на уменьшение агрессивности, приводит к дестабилизации цикла размножения.
Стабилизирующий отбор сужает норму реакции. Однако в природе нередки случаи, когда экологическая ниша вида со временем может оказаться более широкой. В этом случае селективное преимущество получают особи и популяции с более широкой нормой реакции, сохраняющие вместе с тем то же среднее значение признака. Эта форма естественного отбора была впервые описана американским эволюционистом Джорджем Г. Симпсоном под названием центробежного отбора. В итоге идет процесс, обратный стабилизирующему отбору: преимущество получают мутации с более широкой нормой реакции.
Так, популяции озёрных лягушек, живущие в прудах с разнородной освещенностью, с чередованием участков, заросших ряской, тростником, рогозом, с «окнами» открытой воды, характеризуются широким диапазоном изменчивости окраски (итог дестабилизирующей формы естественного отбора). Наоборот, в водоемах с однородной освещенностью и окраской (пруды, сплошь заросшие ряской, или открытые пруды) диапазон изменчивости окраски лягушек узок (итог действия стабилизирующей формы естественного отбора).
Таким образом, дестабилизирующая форма отбора ведет к расширению нормы реакции.
Половой отбор.
Половой естественный отбор — естественный отбор внутри одного пола, направленный на выработку признаков, дающих преимущественно возможность оставить наибольшее количество потомков.
У самцов многих видов обнаруживаются явно выраженные вторичные половые признаки, которые на первый взгляд кажутся неадаптивными: хвост павлина, яркие перья райских птиц и попугаев, алые гребни петухов, феерические цвета тропических рыбок, песни птиц и лягушек, и т.п. Многие из этих особенностей осложняют жизнь их носителей, делают их легко заметными для хищников. Казалось бы, эти признаки не дают никаких преимуществ их носителям в борьбе за существование, и, тем не менее, они очень широко распространены в природе. Какую роль в их возникновении и распространении сыграл естественный отбор?
Мы уже знаем, что выживание организмов является важным, но не единственным компонентом естественного отбора. Другим важнейшим компонентом является привлекательность для особей противоположного пола. Ч.Дарвин назвал это явление половым отбором. Впервые он упомянул эту форму отбора в «Происхождении видов», а затем подробно проанализировал ее в книге «Происхождение человека и половой отбор». Он считал, что «эта форма отбора определяется не борьбой за существование в отношениях органических существ между собою или с внешними условиями, но соперничеством между особями одного пола, обычно самцами, за обладание особями другого пола».
Половой отбор — это естественный отбор на успех в размножении. Признаки, которые снижают жизнеспособность их носителей, могут возникать и распространяться, если преимущества, которые они дают в успехе размножения значительно выше, чем их недостатки для выживания. Самец, который живет недолго, но нравится самкам и поэтому производит много потомков, имеет гораздо более высокую совокупную приспособленность, чем тот, что живет долго, но оставляет мало потомков. У многих видов животных подавляющее большинство самцов вовсе не участвует в размножении. В каждом поколении между самцами возникает жесточайшая конкуренция за самок. Эта конкуренция может быть прямой, и проявляться в виде борьбы за территории или турнирных боев. Она может происходить и в косвенной форме и быть обусловленной выбором самок. В тех случаях, когда самки выбирают самцов, конкуренция самцов проявляется в демонстрации их яркого внешнего вида или сложного поведения ухаживания. Самки выбирают тех самцов, которые им больше всего нравятся. Как правило, это наиболее яркие самцы. Но почему самкам нравятся яркие самцы?
Рис. 7. Яркая расцветка птиц возникает в эволюции благодаря половому отбору.
Приспособленность самки зависит о того, насколько объективно она способна оценить потенциальную приспособленность будущего отца своих детей. Она должна выбрать такого самца, сыновья которого будут обладать высокой приспособленностью и привлекательностью для самок.
Было предложено две основные гипотезы о механизмах полового отбора.
Согласно гипотезе «хороших генов» самка «рассуждает» следующим образом: «Если этот самец, несмотря на его яркое оперение и длинный хвост, каким-то образом умудрился не погибнуть в лапах хищника и дожить до половой зрелости, то, следовательно, он обладает хорошими генами, которые позволили ему это сделать. Значит, его стоит выбрать в качестве отца для своих детей: он передаст им свои хорошие гены». Яркость окраски перьев и гребней у птиц, чешуи и хвоста у рыб является надежной характеристикой здоровья. Так, на рыбке корюшке было показано, что чем ярче окраска самца, тем более он привлекателен для самок и тем менее он заражен паразитами. Яркость гребня у петухов напрямую зависит от содержания тестостерона в крови и от степени зараженности паразитами. Чем выше уровень тестостерона, тем ярче гребень, чем больше паразитов, тем он бледнее. Известно, также, что тестостерон угнетает иммунную систему. Следовательно, самцы с ярким гребнем обладают такой эффективной иммунной системой, которая обеспечивает их устойчивость к паразитам, несмотря на высокий уровень тестостерона. Выбирая ярких самцов, самки выбирают хорошие гены для своих потомков.
