Эволюция — историческое необратимое развитие живой природы: виды изменяются, возникают новые, некоторые вымирают, у организмов формируются приспособления к среде. На экзамене часто спрашивают взгляды учёных, основные понятия учения Дарвина, формы естественного отбора, приспособления и доказательства эволюции.
§1. Взгляды до Дарвина
К. Линней систематизировал живые организмы, ввёл бинарную номенклатуру (название рода + вида). Но считал виды неизменными, сотворёнными (креационизм).
Ж. Кювье — основатель сравнительной анатомии и палеонтологии; смену ископаемых форм объяснял теорией катастроф.
Ж. Б. Ламарк («Философия зоологии», 1809) — автор первого целостного эволюционного учения. Он утверждал, что виды изменяются. Причины эволюции по Ламарку: внутреннее стремление организмов к совершенству, упражнение и неупражнение органов, наследование приобретённых признаков.
Ошибка Ламарка: признаки, приобретённые в течение жизни (например, натренированная мышца), не наследуются. Но его идея изменяемости видов была верной.
§2. Учение Ч. Дарвина
Ч. Дарвин совершил кругосветное путешествие на корабле «Бигль» (1831–1836), собрал множество фактов и в 1859 году издал книгу «Происхождение видов». Основные понятия учения:
Наследственная изменчивость — Дарвин называл её неопределённой (индивидуальной, наследуемой); именно она служит материалом эволюции. Определённая (групповая) изменчивость возникает у всех особей одинаково под действием среды и не наследуется.
Борьба за существование — организмы размножаются в геометрической прогрессии, а пища, территория и другие ресурсы ограничены; поэтому большинство родившихся гибнет. Формы борьбы перечислены ниже.
внутривидовая — самая острая, так как особи одного вида нуждаются в одинаковых ресурсах;
межвидовая — хищник и жертва, паразит и хозяин, конкурирующие виды;
с неблагоприятными условиями — холод, засуха и др.
Естественный отбор — выживание и преимущественное размножение наиболее приспособленных особей. Это направляющий фактор эволюции.
Искусственный отбор — отбор человеком особей с полезными для него признаками; так создаются породы и сорта. Дарвин различал бессознательный и методический отбор. Искусственный отбор служит интересам человека, естественный — выживанию самого организма.
Пример
Как объяснили бы длинную шею жирафа Ламарк и Дарвин?
Ламарк: предки тянули шею, чтобы доставать листья с высоких веток; удлинённая упражнением шея передавалась потомству.
Дарвин: среди предков были особи с более длинной и более короткой шеей (наследственная изменчивость); при нехватке корма длинношеие чаще выживали и оставляли больше потомства (естественный отбор).
Ответ: современная наука подтверждает объяснение Дарвина.
§3. Формы естественного отбора
Движущий отбор — при изменении среды среднее значение признака сдвигается в одну сторону. Классический пример — берёзовая пяденица (индустриальный меланизм): в Англии, когда кора берёз потемнела от копоти, стала преобладать ранее редкая тёмная форма, потому что светлых бабочек птицы замечали и поедали чаще. Так же возникает устойчивость насекомых к ядохимикатам, бактерий — к антибиотикам.
Стабилизирующий отбор — в постоянных условиях сохраняется средняя форма, крайние устраняются. Например, после бури чаще гибли птицы со слишком длинными или слишком короткими крыльями. Благодаря ему «живые ископаемые», например латимерия, долго не менялись.
Дизруптивный (разрывающий) отбор — в одной популяции сохраняются две или более крайние формы, а средняя исчезает. Например, на островах с сильными ветрами сохраняются бескрылые и сильнокрылые насекомые.
Половой отбор — соперничество особей одного пола за партнёра (хвост павлина, рога оленя).
§4. Приспособления и их относительность
Приспособления возникают в результате естественного отбора:
Покровительственная окраска — под цвет среды: белая зимняя шерсть зайца-беляка, зелёный кузнечик.
Маскировка — сходство формы с предметами среды: палочник (веточка), бабочка каллима (сухой лист).
Мимикрия — сходство незащищённого вида с защищённым: некоторые мухи (журчалки) похожи на ос.
Физиологические (жир верблюда, спячка) и поведенческие (постройка гнёзд, забота о потомстве) приспособления.
Любое приспособление относительно: оно полезно только в определённых условиях. Если снег выпадет поздно, белый заяц заметен на тёмной земле; стриж с очень длинными крыльями не может взлететь с ровной земли.
§5. Доказательства эволюции
Сравнительно-анатомические:
гомологичные органы — одинаковое происхождение и план строения, функции могут различаться: рука человека, ласт кита, крыло летучей мыши, передняя конечность крота;
аналогичные органы — сходная функция, разное происхождение: крыло бабочки и птицы, плавник рыбы и ласт кита;
рудименты — органы, утратившие функцию: червеобразный отросток, копчик, ушные мышцы, остаток третьего века у человека; кости таза у кита;
атавизмы — появление признаков предков у отдельных особей: хвостатый человек, многососковость, сплошной волосяной покров лица.
Эмбриологические — закон К. Бэра: зародыши разных позвоночных на ранних стадиях сходны (у всех есть жаберные щели, хорда, хвост). Биогенетический закон (Ф. Мюллер, Э. Геккель): онтогенез есть краткое повторение филогенеза.
Палеонтологические — ископаемые остатки, переходные формы (археоптерикс — между пресмыкающимися и птицами; кистепёрые рыбы — между рыбами и земноводными; зверозубые ящеры — между пресмыкающимися и млекопитающими), филогенетические ряды (эволюция лошади, В. О. Ковалевский).
Биогеографические — своеобразная фауна давно обособленных материков, например Австралии (сумчатые).
Молекулярно-биологические — единый генетический код у всех организмов; у близких видов белки и ДНК сходны сильнее.
Пример
Распределите пары на гомологичные и аналогичные органы: 1) нога лошади и крыло летучей мыши; 2) крыло пчелы и крыло голубя; 3) колючки кактуса и колючки барбариса (обе — видоизменённые листья); 4) клубень картофеля и корнеплод моркови.
Крылья пчелы и голубя — функция одна, происхождение разное → аналогичные.
Обе колючки произошли из листа → гомологичные.
Клубень — побег, корнеплод — корень; оба запасают вещества → аналогичные.
§6. Синтетическая теория эволюции
В XX веке учение Дарвина объединили с достижениями генетики, и сложилась синтетическая теория эволюции (С. С. Четвериков, Р. Фишер, Дж. Холдейн, Ф. Г. Добржанский, Э. Майр и другие). Её основные положения:
элементарная единица эволюции — не особь и не вид, а популяция;
элементарный эволюционный материал — мутации и комбинативная изменчивость;
элементарное эволюционное явление — устойчивое изменение генофонда популяции (частот аллелей).
Факторы эволюции:
мутационный процесс — создаёт новые аллели, но ненаправленно;
популяционные волны — периодические колебания численности; при спаде некоторые аллели случайно исчезают или становятся частыми;
дрейф генов — случайное изменение частот аллелей в малой популяции;
изоляция — географическая (горы, реки, моря) или биологическая (сроки размножения, поведение, строение); прекращает скрещивание между популяциями;
естественный отбор — единственный направляющий фактор: сохраняет приспособленные генотипы.
Мутации дают материал, изоляция его обособляет, а естественный отбор задаёт направление.
Результаты эволюции: возникновение приспособлений, образование новых видов (видообразование) и многообразие органического мира. Изменения внутри вида на уровне популяций называют микроэволюцией, а возникновение надвидовых групп — макроэволюцией.
Пример
Бактерия в благоприятных условиях делится каждые 20 минут. Сколько бактерий может образоваться из одной клетки за 10 часов? Какую идею Дарвина это подтверждает?
10 часов = 600 минут; число делений: 600 / 20 = 30.
Число клеток: 2^30 ≈ 1,07 × 10^9 — около миллиарда.
В природе такой рост не продолжается бесконечно: кончаются пища и место, накапливаются продукты обмена.
Ответ: около 10^9 клеток; это показывает размножение в геометрической прогрессии и неизбежность борьбы за существование из-за ограниченности ресурсов.
Проверьте себя
Кто создал первое целостное эволюционное учение?
Какая форма борьбы за существование самая острая?
Пример какой формы отбора — распространение тёмной формы берёзовой пяденицы?
Каким приспособлением является сходство журчалки с осой?
Червеобразный отросток человека — рудимент или атавизм?
Что Дарвин считал направляющим фактором эволюции?
Что, согласно синтетической теории, является элементарной единицей эволюции?
Какой фактор эволюции является единственным направляющим?
Типичные ошибки
Называть ласт кита и плавник рыбы гомологичными — они аналогичные.
Смешивать идеи Ламарка и Дарвина: наследование приобретённых признаков — идея Ламарка.
Путать рудименты и атавизмы: рудимент есть у всех, атавизм — у отдельных особей.
Считать Линнея эволюционистом — он считал виды неизменными.
Связывать стабилизирующий отбор с меняющейся средой — он действует в постоянных условиях.
Считать приспособления абсолютными — они всегда относительны.