Природний відбір

Зміст

Вступ 2

Сутність природного відбору 3

Природний відбір і генетичне спадкування 6

Сучасні погляди на природний відбір 8

Висновок 13

Список літератури 14

Вступ

Приромдний відбімр (або добір) — процес, завдяки якому сприятливі спадкові характеристики стають більш загальними в наступних поколіннях популяції організмів, що розмножуються, а несприятливі спадкові характеристики стають менш загальними. Природний відбір діє на фенотип, або зовнішні характеристики організму, так що індивідууми із сприятливими фенотипами вірогідніше виживуть і розмножаться, ніж індивідууми з менш сприятливими фенотипами. Якщо цей фенотип має генетичну основу, тоді генотип, пов’язаний із сприятливим фенотипом, стане більш поширеним в наступному поколінні. Через якийсь час, цей процес може привести до адаптації організмів до певної екологічної ніші і, кінець кінцем, може привести до виникнення нових видів.

Природний відбір — одна з найважливіших концепцій сучасної біології. Термін був введений Чарльзом Дарвіном в його інноваційній книзі 1859 року «Походження видів» у якому природний відбір був описаний аналогічно селекції (штучному відбору), процесу, у якому для розмноження систематично відбираються тварини із рисами, корисними для людини. Поняття природного відбору спочатку розвивалося у відсутності дійсної теорії спадковості; за часів Дарвіна сучасна генетика ще не була відома. Хоча Грегор Мендель, отець сучасної генетики, був сучасником Дарвіна, його робота не була відома до початку 20-го століття. Об'єднання традиційної дарвінівської еволюції з подальшими відкриттями в класичній і молекулярній генетиці привели до виникнення Синтетичної теорії еволюції. Хоча були запропоновані й інші механізми молекулярної еволюції, що приводять до виникнення біорізноманіття, наприклад Теорія нейтральної еволюції Моту Кімура, природний відбір є головним механізмом адаптивної еволюції.

Сутність природного відбору

Природний відбір, основний рушійний чинник еволюції живих організмів. До думки про існування еволюції організмів прийшли незалежно один від одного і майже одночасні декілька англійських натуралістів: В. Уеллс (1813), П. Метью (1831), Е. Блайт (1835, 1837), А. Уоллес (1858), Ч. Дарвін (1858, 1859); але лише Дарвін зумів розкрити значення цього явища як головного чинника еволюції і створив теорію еволюції організмів На відміну від того, що проводиться людиною штучного відбору, еволюції організмів обумовлюється впливом на організми довкілля. Згідно з Дарвіном, еволюції організмів — це «переживання найбільш пристосованих» організмів, унаслідок якого на основі невизначеної (неадекватного діям зовнішнього середовища) спадкової мінливості у ряді поколінь відбувається еволюція.

Еволюції організмів можуть піддаватися не лише окремі організми, але і групи їх (різновиди, раси). Радянський біолог І. І. Шмальгаузен розвинув (1946) уявлення про груповий відбір — виживання популяцій, видів, пологів, сімейств, загонів і тому подібне Але оскільки груповий відбір відбувається на основі переживання організмів, з яких складаються ці групи, що веде роль в еволюції грає і індивідуальна еволюція організмів — відбір найбільш пристосованих особин. Мутаційний процес, що безперервно йде, змінює генотипи, і вільне схрещування забезпечують генетичну різноманітність популяції. Мутації і їх комбінації, виявляючись в фенотипі, обумовлюють фенотипічну різноманітність організмів (невизначена мінливість, по Дарвіну). В результаті особини даної популяції різно реагують навіть на одні і ті ж чинники зовнішнього середовища. Біологічна різноякість особин в популяції і високі темпи розмноження, що приводять до недоліку життєвих засобів, — їжі, притулків і т. п., служать передумовами боротьби за існування, в ході якої частина особин популяції гине, елімініруєтся, а частина виживає, відбирається. Таким чином, еволюція організмів може відбуватися лише за наявності мутаційної мінливості, що створює матеріал для відбору, і представляє головний (але не єдиний) чинник еволюції. Чим гостріше боротьба за існування, тим сильніше елімінація (загибель особин або груп організмів) і тим строго еволюції організмів. Але дуже різкі зміни зовнішнього середовища викликають масову загибель — невиборчу елімінацію, при якій, як і за відсутності загибелі, відбору бути не може. Еволюція організмів йде лише при виборчій елімінації — загибелі менш пристосованих особин. Розмножуючись особини, передають потомству свої спадкові особливості (свої генотипи), що і забезпечує можливість пристосованого розвитку наступного покоління: Еволюції організмів йде по фенотипам, але відбираються генотипи. Значення еволюції організмів не у виживанні як такому, а в тому, що особини, що вижили, залишають потомство.

Спрямованість еволюції організмів, що обумовлює і напрям еволюції, залежить не лише від змін зовнішнього середовища, але і від характеру спадкових ухилень, які, володіючи перевагами в умовах існування, що змінилися, піддаються відбору в даний момент. Тому в популяціях одного і того ж вигляду, що навіть знаходяться в дуже схожих умовах, можуть відбиратися різні ухилення, що приводить до різних напрямів еволюції організмів В той же час, як би часто не виникали непристосовувальні в даних умовах ухилення, вони будуть елімініроватися і не зроблять впливу на напрям відбору. Отже, мінливість сама по собі не може визначати напряму еволюції.

Еволюція організмів виступає в двох основних формах — що стабілізує і рушійною. Відкритий Шмальгаузеном стабілізуючий відбір спостерігається серед організмів даної групи за постійних умов існування. В цьому випадку всі знов виникаючі мутації виявляються шкідливими, оскільки порушують пристосованість до довкілля, що склалася в ході передуючої еволюції групи, нові пристосування не розвиваються, а зберігається вже досягнута пристосовна норма. Рушійна форма еволюції організмів, відкрита Дарвіном, виявляється при зміні зовнішнього середовища. Тоді спадкове ухилення, співпадаюче з напрямом зміни умов існування, підхоплюється еволюцією організмів Зрештою, унаслідок загибелі особин, що не володіють перевагами в новому місці існування, корисне ухилення поступово поширюється в популяції. Якщо відбором підхоплено одне ухилення, найбільш вигідне в даних умовах, популяція перебудовується як єдине ціле; але інколи відбувається відбір декілька якісно різних ухилень, приблизно однаково пристосовних по відношенню до одного і тому ж чинника середовища. У такому випадку виникає декілька напрямів еволюції однієї і тієї ж популяції, відбувається т.з. дізруптівний відбір. У природі постійно співіснують обидві форми еволюції організмів Можна говорити лише про переважання рушійної або стабілізуючої форми на даному етапі еволюції досліджуваної групи. Стабілізуючий відбір охороняє ознаки, що мають в певних умовах існування пристосовне значення, рушійний — «створює» нові пристосування.

Завдяки еволюції організмів будь-яка популяція володіє відомим рівнем пристосованості до довкілля, що дозволяє організмам, складовим цю популяцію, витримувати боротьбу за існування. У цьому виражається підтримуюча роль еволюції організмів Але підтримуваний відбором рівень пристосованості забезпечує виживання особин в тих умовах, до яких вони пристосовані. Тому розподіл організмів в межах області поширення даного вигляду буває нерівномірним, вони частіше виживають в більш відповідних умовах. Так впливає еволюція організмів і на географічне поширення організмів: у сприятливішому місці існування виникають скупчення, менш сприятлива — виявляється незаселеною. У цьому виражається розподільна роль еволюції організмів, що визначає структуру популяції вигляду.

Лише завдяки еволюції організмів з’являються нові пристосування. Мутаційна мінливість без еволюції організмів (безконтрольне накопичення мутацій, по Шмальгаузену) приводить до втрати пристосованості. В ході еволюції організмів перетвориться сама мінливість: на додаток до кожного спадкового ухилення, що дає хоч би часткові переваги при зміні зовнішнього середовища, еволюція організмів підхоплює всі мутації генів-модифікаторів, що підвищують пристосовне значення даного спадкового ухилення і що знижують його непристосовувальні прояви (див. Плейотропія). В процесі мутації генів-модифікаторів і комбінування мутацій, що йде під контролем еволюції організмів, новий ген мутанта, спочатку зазвичай рецесивний, стає домінантним. Відповідно до знов виникаючого пристосування завдяки корелятивній мінливості перебудовується весь організм. Паралельно в результаті переважної елімінації особин, що не мають нового пристосування, перетвориться вся популяція. У створенні нових пристосувань, в еволюційній перебудові організмів, в перетворенні популяцій, що приводить до відообразованію, виражається творча роль еволюції організмів, що визначає прогресивну еволюцію. Саме цей, найбільш важливий результат дії еволюції організмів і обумовлює його значення як рушійного чинника еволюції — значення, з приводу якого Дарвін писав: «Я не убачаю межі діяльності цієї сили, повільно і що прекрасно пристосовує кожну форму до найскладніших життєвих стосунків» (Соч., т. 3, М. — Л., 1939, с. 651).

Еволюцію організмів інколи порівнюють з ситом, через яке проходять камінчики певної величини. Ця аналогія з ситом, проте, не вірна, оскільки «камінчики», що проходять через «сито» відбору, можуть змінюватися перед наступним «просіюванням». Тому погляди, що відводять відбору лише елімініруючу роль, неминуче ведуть до визнання ламаркістського принципу спадкоємства ознак (знехтуваного сучасною біологією) і до ідеалістичного розуміння еволюції живих істот.

Природний відбір і генетичне спадкування

Ключову роль в еволюційній теорії грає природний відбір. Його суть полягає в тому, що найбільш пристосовані особини краще виживають і приносять більше нащадків, ніж менш пристосовані. Помітимо, що сам по собі природний відбір ще не забезпечує розвиток біологічного виду. Тому дуже важливо вивчити, яким чином відбувається спадкування, тобто як властивості нащадку залежать від властивостей батьків.

Основний закон спадкування інтуїтивно зрозумілий кожному — він полягає в тому, що нащадки схожі на батьків. Зокрема, нащадки більш пристосованих батьків будуть, швидше за все, одними з найбільш пристосованих у своєму поколінні. Щоб зрозуміти, на чому заснована ця подібність, нам буде потрібно небагато поглибитися в побудову природної клітини — у світ генів і хромосом.

Майже в кожній клітині будь-якої особини є набір хромосом, що несуть інформацію про цю особину. Основна частина хромосоми — нитка ДНК, що визначає, які хімічні реакції будуть відбуватися в даній клітині, як вона буде розвиватися і які функції виконувати.

Ген — це відрізок ланцюга ДНК, відповідальний за визначену властивість особини, наприклад за колір очей, тип волосся, колір шкіри і т.д. Вся сукупність генетичних ознак людини кодується за допомогою приблизно 60 тис. генів, довжина яких складає більш 90 млн. нуклеотидів.

Розрізняють два види клітин: статеві (такі, як сперматозоїд і яйцеклітина) і соматичні. В кожній соматичній клітині людини міститься 46 хромосом. Ці 46 хромосом — насправді 23 пари, причому в кожній парі одна з хромосом отримана від батька, а друга — від матері. Парні хромосоми відповідають за однакові ознаки — наприклад, батьківська хромосома може містити ген чорного кольору око, а парна їй материнська — ген голубого кольору. Існують визначені закони, що керують участю тих чи інших генів у розвитку особини. Зокрема, у нашому прикладі нащадок буде чорнооким, оскільки ген блакитних очей є «слабким» (рецесивним) і подавляється геном будь-якого іншого кольору.

В статевих клітинах хромосом тільки 23, і вони непарні. При заплідненні відбувається злиття чоловічої і жіночої статевих клітин і утворюється клітина зародка, що містить саме 46 хромосом. Які властивості нащадок одержить від батька, а які - від матері? Це залежить від того, які саме статеві клітини брали участь у заплідненні. Справа в тім, що процес вироблення статевих клітин (так званий мейоз) в організмі піддається випадкам, завдяки яким нащадки все-таки багато в чому відрізняються від своїх батьків. При мейозі, зокрема, відбуваються наступне: парні хромосоми соматичної клітини зближаються впритул, потім їхні нитки ДНК розриваються в декількох випадкових місцях і хромосоми обмінюються своїми частинами (рис. 1).

Рис. 1. Умовна схема кросинговеру

Цей процес забезпечує появу нових варіантів хромосом і зветься «кросинговер». Кожна з нових хромосом з’явиться потім всередині однієї з статевих клітин, і її генетична інформація може реалізуватись в нащадках даної особини.

Другий важливий фактор, що впливає на спадковість, — це мутації, що виражаються в зміні деяких ділянок ДНК. Мутації також випадкові і можуть бути викликані різними зовнішніми факторами, такими, як радіоактивне випромінювання. Якщо мутація відбулася в статевій клітині, то змінений ген може передатися нащадку і проявитися у вигляді успадкованої хвороби або в інших нових властивостях нащадка. Вважається, що саме мутації є причиною появи нових біологічних видів, а кросинговер визначає вже змінність всередині виду (наприклад, генетичні розходження між людьми).

Сучасні погляди на природний відбір

Природний відбір, основний чинник еволюції організмів, значення і механізм дії якого були розкриті Ч. Дарвіном. Дарвін не був першим, хто відкрив природний відбір. До нього про диференціальну (різної) смертність і диференціальне виживання організмів писали, щонайменше, двічі. Проте Дарвін був першим, хто зрозумів, що природний відбір є основною рушійною силою, чинником еволюції органічного світу. У своїй знаменитій книзі «Походження видів шляхом природного відбору, або збереження порід в боротьбі за життя», вперше виданій в 1859 році, він назвав природним відбором «принцип збереження, або переживання найбільш пристосованих» організмів. До аналогічних поглядів одночасно і незалежно прийшов англійський натураліст А. Уоллес, що визнавав пріоритет Дарвіна.

Логіка міркувань Дарвіна була бездоганна: якщо серед організмів даного вигляду або різновиду кожна особина чимось відрізняється від всіх інших особин, тобто існує індивідуальна мінливість, то серед цих організмів завжди існують і більш пристосовані, і менш пристосовані до умов навколишнього середовища. У боротьбі за існування більш пристосовані частіше виживають — піддаються природному відбору, а менш пристосовані частіше гинуть. Це відбувається в кожному поколінні, а в чреде поколінь корисні зміни накопичуються, організми поступово стають несхожими на своїх предків. Зрештою, завдяки природному відбору виникає новий вигляд.

Сформульована Дарвіном теорія, що пояснила дією природного відбору і пристосованість організмів до умов їх життя, і різноманіття видів, що становлять біосферу, повністю зберегла своє значення. Всі спроби спростувати її, а вони були численними і з позицій заперечення самого явища еволюції, і з позицій заперечення значення природного відбору в цьому процесі, дотепер не увінчалися успіхом.

Проте з часу першої публікації «Походження видів» біологія пішла далеко уперед. Розвивалася і теорія природного відбору, особливо у зв’язку з величезними досягненнями генетики в першій третині 20 століття. Тепер відомо, як виникає спадкова індивідуальна мінливість, як відбувається боротьба за існування, в яких умовах і в якому напрямі діє природний відбір. Правда, еволюція — процес повільний. Формування нового вигляду займає десятки — сотні тисяч років. Тому спостерігати природний відбір майже неможливо. У біологічній літературі мало досліджень, в яких безпосередньо прослідкував цей процес. Проте результати експериментів, аналіз причин диференціальних смертності і виживання організмів в природі, реконструкції, в яких про відбір судять по його результатах, поступово сформували сучасну теорію природного відбору.

Форми природного добору.

Рушійна форма добору.

Кожна популяція характеризується деяким середнім значенням будь-якої ознаки. Для кількісних ознак середня величина визначається як середнє арифметичне значення, наприклад середнім числом народжуваних нащадків, середньою довжиною крила, середньою масою тіла. Для характеристики популяції по якісних ознаках визначається частота особів з тим чи іншою ознакою; наприклад, частота чорних і білих метеликів. Зміна умов існування часто приводить до добору особів, що ухиляються від середньої величини ознаки, що відбирається. Яскравий приклад, що доводить існування рушійної форми природного добору в природі, — так називаний індустріальний меланізм.

Прикладів, що доводять існування рушійної форми добору, безліч, але суть їх одна: природний добір доти зміщає середнє значення чи ознаки змінює частоту зустрічальності особів зі зміненою ознакою, поки популяція пристосовується до нових умов. Рушійна форма природного добору приводить до закріплення нової норми реакції організму, що відповідає умовам навколишнього середовища, що змінилися.

Добір особин з відхиленням від раніше сталого в популяції значенням ознаки називають рушійною формою добору.

Стабілізуюча форма добору.

Стабілізуюча форма добору спрямована на користь сталого в популяції середнього значення ознаки. При стабілізуючому доборі усуваються особи, що істотно відхиляються від середнього значення ознак, типового для популяції цього виду. Що спостерігається в будь-якій популяції чи тварин рослин велика подібність всіх особів — результат дії стабілізуючої форми природного добору.

Основні напрямки еволюційного процесу.

Під біологічним прогресом варто розуміти зростання пристосованості організмів у навколишнім середовищі, що веде до збільшення чисельності і більш широкому поширенню виду.

Еволюційні зміни, що відбуваються в деяких видах і більш великих таксонах (сімействах, загонах) не завжди можуть бути визнані прогресивними. У таких випадках говорять про біологічний регрес. Біологічний регрес — це зниження рівня пристосованості до умов, зменшення чисельності виду і площі видового ареалу.

Шляхи досягнення біологічного прогресу:

Ароморфоз.

Ароморфоз (морфологічний процес) — виникнення в ході еволюції ознак, що істотно підвищують рівень організації живих організмів. Ароморфоз дають великі переваги в боротьбі за існування, відкривають можливості освоєння нової, раніше недоступного середовища проживанняя. В еволюції ссавців можна виділити трохи великих ароморфозів: виникнення шерстного покриву, живородіння, вигодовування дитинчат молоком, придбання постійної температури тіла, прогресивний розвиток легень, кровоносної системи і головного мозку. Формування ароморфозу — тривалий процес, що відбувається на основі спадкоємної мінливості і природного добору. Морфофизиологічний процес — магістральний шлях еволюції органічного світу.

Ідіоадаптація.

Ідіоадаптація — це пристосування живого світу до навколишнього середовища, що відкривають перед організмами можливість прогресивного розвитку без принципової перебудови їхньої біологічної організації.

Загальна дегенерація.

Загальна дегенерація — різке спрощення організації, зв’язане зі зникненням цілих систем, органів і функцій. Дуже часто дегенерація спостерігається при переході видів до паразитичного образа існування. Незважаючи на те, що загальна дегенерація приводить до значного спрощення організації, види, що йдуть цим шляхом, можуть збільшувати свою чисельність і ареал, тобто рухатися по шляху біологічного прогресу.

Висновок

Як відомо, еволюційна теорія затверджує, що життя на нашій планеті виникло спочатку лише в найпростіших формах — у вигляді одноклітинних організмів. Ці форми поступово ускладнювалися, пристосовуючись до навколишнього середовища, породжуючи нові види, і тільки через багато мільйонів років з’явилися перші тварини і люди. Можна сказати, що кожен біологічний вид з часом вдосконалює свої якості так, щоб найбільш ефективно справлятися з найважливішими задачами виживання, самозахисту, розмноження і т.д. Таким шляхом виникло захисне забарвлення в багатьох риб і комах, панцир у черепахи, отрута в скорпіона і багато інших корисних застосувань.

За допомогою еволюції природа постійно оптимізує все живе, знаходячи часом не ординарніші рішення. Неясно, за рахунок чого відбувається цей прогрес, однак йому можна дати наукове пояснення, ґрунтуючись всього на двох біологічних механізмах — природного відбору і генетичного спадкування

Список літератури

1. А. Азімов. Коротка історія біології. — М., 1999 г.

2. Біологічний енциклопедичний словник. — Москва «Советская энциклопедия», 1987 г.

3. Дарвін Ч., Соч., т. 3, М., 1939;

4. Симпеон Дж., Темпи і форми еволюції, переведення з англійського, М., 2001;

5. Холден Дж., Чинники еволюції, переклад з англійського, М. — Л., 1989;

6. Чеховська Т., Щербаков Р. — Ошеломляющее разнообразие жизни. — М., 1998г

7. Шмальгаузен І. І., Чинники еволюції, 2 видавництва, М., 2004