Что такое факторы эволюции в биологии
Факторы эволюции
Мутационный процесс
Большинство мутаций возникает спонтанно и вредит организму. Часть мутаций являются рецессивными, поэтому не проявляются и передаются многим поколениям, накапливаясь в генофонде популяции.
Популяционные волны
Особенно весомым фактором эволюции популяционные волны выступают в небольших популяциях. Их участие в эволюционном процессе основано на явлении дрейфа генов.
Такое повышение встречаемости аллелей возникает в результате близкородственных браков: проявляются редкие гены, которые часто приводят к заболеваниям.
Изоляция
Изоляцией называют невозможность или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Вследствие этого, генофонды двух популяций становятся независимыми друг от друга. Внутри каждой популяции происходит генотипическая дифференцировка из-за их разобщенности.
Естественный отбор
Иногда безобидные животные, в результате приспособления к внешней среде, приобретают окраску тела, напоминающую окраску опасных хищных животных. Примером может послужить внешнее сходство мухи из семейства журчалок с осой.
Многие хорошо защищенные, ядовитые виды в ходе естественного отбора получили яркую, так называемую предупреждающую окраску. Эта окраска предупреждает хищников об опасности. Если хищник съест такое ядовитое животное, то рискует получить тяжелую интоксикацию и погибнуть.
Необходимо осознавать относительность приспособленности к окружающей среде. Она помогает выживать лишь при определенных условиях, и, если условия меняются, то окраска может оказаться вовсе не полезной, но даже и вредной. К примеру, при таянии снега заяц-беляк становится еще более заметен на голой земле.
Самая ожесточенная борьба. Происходит между особями, принадлежащими к одному виду. Благодаря внутривидовой борьбе происходит половой отбор: к размножению редко допускаются неприспособленные особи, род продолжают лучшие из лучших.
В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи. Примером такой борьбы являются сезонные миграции птиц, зимняя спячка у животных.
Формы естественного отбора
Открыт И.И. Шмальгаузеном. Стабилизирующий отбор приводит к сужению нормы реакции, устраняя отклонения от нее. В результате преимущество получают особи, обладающие средней степенью признака, который характерен для вида или популяции. Этот отбор действует при стабильных (неизменных) условиях среды.
Примером действия стабилизирующего отбора может послужить буря: во время бури чаще всего выживают птицы со средней длиной крыла, тогда как особи с слишком короткими, или слишком длинными крыльями погибают.
Движущий естественный отбор приводит к смещению нормы реакции, в результате чего изменяется среднее значение признака. Этот вид отбора действует при изменяющихся условиях среды.
Направлен на сохранение в популяции крайних значений признаков, не благоприятствует среднему промежуточному значению признака. В результате в популяции сохраняется более чем одно значение признака.
Типичным примером является появление в луговых сообществах раноцветущих и поздноцветущих растений. В результате летних покосов, особи со средним значением признака, у которых цветение приходит на середину лета, постепенно исчезают из популяции растений. Выживают и размножаются только те растения, у которых цветение происходит до или после покосов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Эволюция живой природы. Эволюционная теория. Движущие силы эволюции.
Эволюция живых систем
Эволюционное учение
Эволюционное учение (теория эволюции) — наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция — эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция — эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.
Развитие эволюционных идей
Учение Дарвина сводится к следующему:
Факторы эволюции по Ч. Дарвину — это
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование — весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба — борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба — борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.
На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ). Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.
Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)
| Признаки | Эволюционная теория Ч. Дарвина | Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
| Основные результаты эволюции | 1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов | |
| Единица эволюции | Вид | Популяция |
| Факторы эволюции | Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор | Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор |
| Движущий фактор | Естественный отбор | |
| Трактовка термина естественный отбор | Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм | Избирательное воспроизводство генотипов |
| Формы естественного отбора | Движущий (и половой как его разновидность) | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный |
Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.
Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).
Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
• мутационный процесс;
• популяционные волны и дрейф генов;
• изоляция;
• естественный отбор.
Мутационная и комбинативная изменчивость.
Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Популяционные волны и дрейф генов.
Популяционные волны (волны жизни) — периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.
Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор — это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).
Формы естественного отбора
Краткая история эволюции органического мира
Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.
Об элементарных эволюционных факторах
Что такое эволюция — понятие
Эволюция является биологическим процессом, соотносящимся с временными изменениями, в ходе которых набор генов видоизменяется на уровне ДНК, в результате чего образуется множество потомков.
Понятия эволюции и естественного отбора часто пересекаются.
Процессом эволюционирования называют историческое формирование мутаций.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Естественный отбор — наиболее важный из механизмов, за счет которого возникают мутации. В современном мире область эволюционной биологии получила активное развитие, было изучено большое количество данных по теме эволюции.
Ученым удалось исследовать исторические эволюционные изменения, которые были выведены непосредственно при анализе окаменелостей, изучения филогении и процесса эволюционных изменений, в том числе, эффекта естественного отбора. Известно, что сильный отбор ускоряет эволюцию сильнее, чем было предположено Дарвином.
Результатом современных исследований является определение возможности для проведения эволюционных опытов в реальном времени. Последние события во многих научных областях, таких как молекулярная биология и биология развития, существенно увеличили спектр имеющихся знаний и послужили доказательством того, что эволюция занимает центральное место в понимании биологического разнообразия.
Кратко, эволюция представляет собой процесс последовательного естественного развития. Для него характерны следующие черты:
Важной особенностью эволюционного процесса является то, что он протекает естественно, планомерно, исключаются бурные всплески и скачки. Данные факты отличают его от революционных преобразований.
Основателями теории биологической эволюции являются Мендель, Ламарк, Дарвин. Вместе с тем, современная философская наука все чаще оперирует понятием социальной эволюции, которая характеризует изменения в общественной жизни.
Синтетическая теория эволюции
В современной науке существует несколько эволюционных теорий, которые обладают рядом отличий. Ключевой из них является объяснение механизмов эволюционных процессов. Наибольшее признание завоевала синтетическая теория эволюции. В ее основе лежит дарвиновское учение, развивающееся с помощью актуальных научных достижений.
Начало синтетической теории отмечено 40-ми годами XX столетия. Данная теория является синтезом разных предметных областей научных знаний, таких как дарвинизм, генетика, молекулярная биология. Большой вклад в развитие синтетической теории внесла наука палеонтология.
Данный подход способствовал созданию более полной картины развития жизни на Земле. Согласно синтетической теории эволюции, дарвиновское учение не опровергнуто, а, наоборот, дополнено. Многие тезисы, которые выдвинул ученый, получили подтверждение в настоящее время, так как в тот период, когда они были сформулированы, отсутствовали необходимые ресурсы для их доказательства, что было связано с недостаточным уровнем развития научной мысли.
Понятие «синтетическая» было сформулировано и активно употреблялось, благодаря одному из создателей синтетической теории эволюции Дж. Хаксли. В 1942 году ученый опубликовал труд под названием «Эволюция – современный синтез». Стоит отметить его большую роль в формировании Всемирного фонда дикой природы. Дж. Хаксли привнес огромный вклад в развитие науки, за что был удостоен медалью Дарвина и рыцарского звания.
Благодаря синтетической теории эволюции, значительно расширяются представления Дарвина об эволюционных процессах за счет раскрытия разнообразных сил эволюции, которые являлись триггерами. В учениях Дарвина упоминается лишь внутривидовая и межвидовая борьба за выживание при воздействии неблагоприятных факторов. В современной науке к факторам эволюции относят мутацию, изоляцию, популяционные всплески численности и другие.
Синтетическая теория основана на двух теориях:
Макроэволюция и микроэволюция являются процессами, которые протекают под влиянием природных изменений. События, которые происходят на микроэволюционном уровне, являются доступными для наблюдений. Процессы макроэволюции занимают тысячелетия и могут быть только реконструированы.
В таком случае, отсутствуют какие-либо возможности для постановки эксперимента, свидетельствующего о том, что макроэволюция существует. С другой стороны, ученым удалось найти косвенные доказательства в процессе изучения и развития наук:
Основные положения синтетической теории эволюции в упрощенном виде:
Элементарные эволюционные факторы
Ключевым фактором эволюции является мутация, а затем, естественный отбор. Кроме того, в качестве наиболее важных эволюционных факторов выделяют смешение генов, рекомбинацию ДНК, которые оказывают значительное влияние на эволюцию живых организмов. Мутация представляет собой источник возникновения новых генов. Каждая особь популяции отличается от других наличием разных генов.
Определенные гены необходимы для выживания человека. В том случае можно отметить более высокую вероятность того, что данные гены будут унаследованы следующими поколениями. Подобным образом природа определяет благоприятные изменения на поколенном уровне, что в результате способствует эволюции организма с хорошей адаптацией.
Элементарными факторами эволюции называют такие факторы, которые изменяют генетическую структуру популяции.
Основные элементарные факторы эволюции:
Мутации являются скачкообразными и устойчивыми изменениями признаков, которые передаются по наследству.
В результате мутационного процесса возникают новые гены. Он способствует переходу гена из одного состояние в другое, либо изменяет его. Для мутации не характерна направленность. При условии отсутствия других факторов эволюции эволюционный процесс не может управлять изменением природной популяции. Мутация лишь является поставщиком элементарного эволюционного материала, который необходим для естественного отбора.
Комбинативная изменчивость представляет собой формирование новых комбинаций генов, которые уже существуют.
Благодаря комбинативной изменчивости, обеспечивается фенотипическое разнообразие особей в популяции. Данный фактор также представляет собой источник материала, за счет которого осуществляется естественный отбор.
Волнами жизни называют колебания численности популяции периодического и непериодического типа.
Среди причин возникновения популяционных волн:
Как эволюционный фактор, популяционные волны характерны для малочисленных популяций, где есть вероятность проявления дрейфа генов.
Дрейфом генов называют случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов, характерных для популяций.
В том случае, когда популяция характеризуется небольшими размерами, случайные события приводят к незначительным изменениям в частоте определенных аллелей. Если численность популяции резко снижается (например, при уменьшении кормовой базы, возникновении пожара и других событиях), жизнь могут сохранить особи, обладающими редкими генотипами.
При условии, что восстановление популяции будет обеспечено данными особями, частоты генотипов, которые сохранились, увеличатся в генофонде популяции. Таким образом, с помощью популяционных волн и дрейфа генов образуется материал для естественного отбора.
Изоляция представляет собой формирование факторов, которые служат барьером для свободного скрещивания.
Изолированные популяции прекращают обмениваться генетической информацией между собой, из-за чего возрастают и закрепляются отличия в генофондах. Каждая популяция характеризуется разными изменениями, что способствует постепенному формированию разных видов.
Биологическая изоляция классифицируется на несколько видов:
Изоляция имеет большое значение для эволюции. Данный фактор способствует закреплению и усилению генетических различий, которыми характеризуются популяции.
Частоты генов и генотипы изменяются благодаря эволюционным факторам случайно и не направленно. С их помощью появляются полезные, нейтральные или вредные признаки у определенных особей. Они являются основой для единственного фактора эволюции, который обладает направленным действием, – естественного отбора.
Естественный отбор представляет собой направляющую силу эволюционного процесса, обеспечивает приспособление живых организмов к регулярно изменяющимся условиям среды обитания.
В процессе естественного отбора особи, обладающие полезными признаками, способствующими их приспособлению к внешней среде и выживанию, не погибают и приносят потомство. В том случае, когда особи не имеют данных признаков, шансы на их выживание и продолжение рода существенно сокращаются.
В качестве примера приспособления животных к выживанию в среде обитания можно привести приобретение покровительственного окраса (мимикрию), что позволяет оставаться им незаметными. Иногда встречаются виды, которые маскируются под опасных хищников. Например, муха из семейства журчалок имеет внешнее сходство с осой.
Действие естественного отбора обусловлено следующими факторами:
Борьба за существование проявляется в нескольких формах:
В зависимости от формы, различают естественный отбор:
Роль эволюционной теории в формировании современной естественнонаучной картины мира
Эволюционная теория представляет собой теоретическую базу биологии, объясняющую ключевые характеристики, специфику, взаимосвязи и направления развития органического мира. С помощью эволюционной теории ученые исследуют причину единства и разнообразия органического мира, выясняют исторические закономерности, возникающие между разными формами жизни, предсказывают их развитие в будущем.
В эволюционной теории обобщена информация из многих биологических дисциплин. Благодаря ей современная наука понимает механизмы и векторы изменчивости живой материи.
Эволюционная теория обладает огромным значением для развития таких сфер, как сельское хозяйство, селекция, охрана окружающей среды. С помощью теории эволюции исследователи определяют оптимальную стратегию взаимоотношения человека и окружающей живой природы, рассматривают вопросы разработки принципов управляемой эволюции.
Таким образом, эволюционная теория представляет собой фундамент, методологическую основу для развития биологической науки в целом. Эволюция жизни на нашей планете является неоспоримым фактом. Основное содержание современной теории эволюции определяют причины, триггеры и закономерности эволюции жизни.
Человек воздействует на эволюционный процесс разными методами. Используя искусственный отбор, как и гибридизацию, ученым удалось сформировать разнообразные формы культурных растений и животных, получить виды с высокой продуктивностью. Такой способ необходим для разработки штаммов микроорганизмов, представляющих практическую ценность.
Человек выбирает для размножения лучших особей, которые обладают полезными хозяйственными качествами. Он вносит изменения в определенную частоту встречаемости аллелей в размножаемой популяции, за счет чего ее структура меняется. Породы и сорта, которые создал человек, могут не иметь способности размножаться.
Темпы эволюции меняются в результате человеческой деятельности. Данный факт объясняется тем, что механизмы искусственного отбора оказываются эффективнее естественного. К примеру, породы домашних животных обладают более явными отличиями друг от друга, по сравнению с видами и даже родами диких животных.
Главной движущей силой эволюции является естественный отбор, оказывающий воздействие на многие поколения. В его силе человек смог убедиться на практике, когда начал влиять на условия окружающей среды. Например, были выведены насекомые и крысы, устойчивые к ядам, бактерии, защищенные от воздействия эффективных антибиотиков.
Естественный отбор основан на общей приспособленности организма. Искусственный отбор, наоборот, ведется по определенному признаку, который важен для хозяйственной деятельности человека. В результате общая приспособленность организма к условиям внешней среды снижается. Человек изменяет и сокращает биологическое разнообразие естественных биоценозов и экосистем, что приводит к изменениям в биосфере в целом.