Механизм эволюции по дарвину: Биологический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова

Формирование представлений об эволюции. Учение Ч. Дарвина. Биология, 11 класс: уроки, тесты, задания.

1. Учёные об эволюции

Сложность: лёгкое

1
2. Карл Линней

Сложность: лёгкое

1
3. Дарвин об эволюции

Сложность: лёгкое

1
4. Учение Ламарка

Сложность: среднее

2
5.
Движущие силы эволюции по Дарвину

Сложность: среднее

2
6. Результаты эволюции по Дарвину

Сложность: среднее

2
7. Механизм образования нового вида

Сложность: сложное

3
8. Развитие представлений об эволюции

Сложность: сложное

3
9.
Установи последовательность событий

Сложность: сложное

3

Урок 53. современные концепции биологической эволюции — Естествознание — 10 класс

Естествознание, 10 класс

Урок 53. «Современные концепции биологической эволюции»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

— Каковы современные концепции биологической эволюции?

— Каковы основные положения синтетической теории эволюции?

— Каковы основные механизмы эволюции, согласно синтетической теории эволюции?

— В чем отличие синтетической теории эволюции от теории эволюции Ч.

Дарвина?

Глоссарий по теме:

Синтетическая теория эволюции – это синтез классического дарвинизма и генетики популяций. Синтетическая теория эволюции позволяет выявить и объяснить взаимосвязь между материалом эволюции (генетическими мутациями) и механизмом эволюции (естественным отбором).

Микроэволюция – это распространение в популяции изменений частот аллелей на протяжении ряда поколений, результатом микроэволюции являются эволюционные изменения на внутривидовом уровне.

Мутационный процесс приводит к изменению частот некоторых генов в рамках популяции и выступает генератором нового генетического материала в популяции, что создает базу для осуществления естественного отбора (поскольку чем больше генетическое разнообразие в популяции, тем больше эффективность естественного отбора и тем более устойчива такая популяция).

Изоляция

– это возникновение различных барьеров в популяции, которые ограничивают свободное скрещивание в этой популяции особей. Изоляция является достаточно важным механизмом эволюции – она закрепляет и усиливает первоначальные стадии генетической дифференциации популяции.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 247-249.

2. Дробышевский С. В. Эволюция мозга человека: Анализ эндокраниометрических признаков гоминид. М.: КомКнига. 2007 с. 67-123.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На современном этапе теория Ч. Дарвина дополнена рядом других положений, в результате чего возникла качественно новая теория – синтетическая теория эволюции, основоположниками которой стали Джулиан Хаксли и Эрнст Майер.

Синтетическая теория эволюции сегодня является общепринятой и представляет собой синтез классического дарвинизма и генетики популяций. Синтетическая теория эволюции позволяет выявить и объяснить взаимосвязь между материалом эволюции (генетическими мутациями) и механизмом эволюции (естественным отбором).

В рамках синтетической теории эволюции эволюция определена как процесс изменения частоты аллелей различных генов в популяциях организмов в течение определенного времени, превышающего длительно жизни одного поколения этой популяции.

В рамках синтетической теории эволюции выдвинуты следующие основные положения:

1. Материалом для эволюции являются различные мутации. Изменчивость в популяциях под воздействием мутаций носит случайный характер.

2. Главным движущим фактором эволюционного процесса выступает естественный отбор, который базируется на отборе мелких и случайно возникающих мутаций.

3. Наименьшая эволюционирующая единица в рамках синтетической теории эволюции – это популяция, а не особь, как допускали более ранние представления о возможности наследования одной особью за другой «благоприобретенных признаков».

4. Эволюция дивергентна по своей природе, и один таксон (вид, род, семейство, класс и др.) может являться предком нескольких дочерних таксонов, но при этом каждый вид имеет единственный предковый тип и, по сути, единственную предковую популяцию.

5. Эволюция носит градуалистический (постепенный) и достаточно длительный характер. Видообразование – как один из этапов эволюционного процесса рассматривается, как поэтапная смена одной временной популяции рядом последующих популяций.

6. Каждый вид живых организмов состоит из морфологически, генетически и физиологически отличных и соподчиненных, но не изолированных репродуктивно единиц – популяций и подвидов.

7. «Поток генов», обмен аллелями возможен только внутри одного вида. Если возникшая случайно мутация имеет селективную ценность (то есть положительно сказывается на приспособленности и выживаемости популяций) на всей территории распространения вида (его ареала), то такая мутация может распространиться за счет «потока генов» по всем подвидам и популяциям внутри вида.

В рамках этого положения синтетическая теория эволюции предоставляет краткое и емкое определение биологического вида: вид живых организмов – это замкнутая и генетически целостная система.

8. Макроэволюция – эволюция, протекающая на уровне выше видового, идет только путем микроэволюции. Микроэволюция – это распространение в популяции изменений частот аллелей на протяжении ряда поколений, результатом микроэволюции являются эволюционные изменения на внутривидовом уровне. За пределами видового уровня эволюция фактически прекращается. Ряд исследователей микроэволюции часто противопоставляют макроэволюцию, которая также является процессом изменения частот генов на уровне популяции, но в значительном геологическом периоде.

9. Любой реальный, а не искусственный или сборный таксой имеет монофилетическое происхождение – то есть происхождение от одного предка (предковой популяции).

10. Эволюция в целом непредсказуема, не имеет направления и конечной цели, то есть, носит нефиналистический характер.

Синтетическая теория эволюции внесла ряд уточнений в исследование естественного отбора – как одного из механизмов эволюционного процесса.

Мутационный процесс приводит к изменению частот некоторых генов в рамках популяции и выступает генератором нового генетического материала в популяции, что создает базу для осуществления естественного отбора (поскольку чем больше генетическое разнообразие в популяции, тем больше эффективность естественного отбора и тем более устойчива такая популяция). Условно считается (хотя и не существует точных доказательств), что большинство возникающих мутаций скорее вредны, чем полезны (с точки зрения повышения выживаемости популяции. Ввиду этого, в рамках репликации ДНК в ходе полового процесса предусмотрен механизм «исправления» и обезвреживания мутаций.

Колебания численности популяций (популяционные волны) действует, как неизбирательное и стохастическое уничтожение особей в популяции.

Изоляция – это возникновение различных барьеров в популяции, которые ограничивают свободное скрещивание в этой популяции особей. Наиболее простой пример – это «географические» разрывы ареалов – областей обитания популяций. К примеру, соболь и куница являются, с точки зрения систематики разными видами и обитают в сравнительно разных ареалах, хотя и сходных по географическим и климатическим условиям, но существуют территории в Сибири, на которых соболь и куница могут свободно скрещиваться. По всей вероятности, эти два вида произошли от общей популяции, но их ареал по каким-то причинам был «разорван», ввиду чего и развитие популяций пошло разными путями, образовав два вида – куницу и соболя, которые, тем не менее, на данными момент не успели генетически обособиться настолько, чтобы скрещивание между ними оказалось невозможным.

Изоляция является достаточно важным механизмом эволюции – она закрепляет и усиливает первоначальные стадии генетической дифференциации популяции.

С позиции популяционной генетики естественный отбор может быть рассмотрен как избирательное воспроизводство наиболее «выгодных» с точки зрения выживаемости генотипов. Ключевое значение в эволюционном процессе имеет не столько само выживание особей, сколько вклад этих особей в генофонд популяции. В ряде случаев естественный отбор ведет к созданию признаков, которые невыгодны для отдельно взятой особи, но полезны для популяции в целом.

Основные формы естественного отбора это:

1) Стабилизирующий отбор – данная форма отбора направлена на поддержание ранее сложившегося признака в популяции, его среднего значения.

2) Движущий (направленный) отбор – данная форма естественного отбора способствует сдвигу возникшего среднего значения признака, и формированию и закреплению новой нормы.

3) Дизруптивный (разрывающий) отбор – данная форма естественного отбора направлена против особей, имеющих средний и промежуточный характер признаков. Дизруптивный отбор ведет к появлению полиморфизма в популяции.

Результат действия естественного отбора – это возникновение различных адаптаций.

Основные пути эволюции:

1. Ароморфоз – это крупные эволюционные изменения, которые приводят к подъему уровня биологической организации, повышению адаптации и способствуют переходу эволюционирующей группы в качественно новую адаптивную зону (например, появление аэробного дыхания, автотрофного питания, полового размножения и т. д.). Эволюционное направление, которое сопровождается приобретением ароморфозов называют арогенезом.

2. Идиоадаптация – это мелкие эволюционные (как правило, адаптивные) изменения, приспособления к условиям окружающей среды, но без подъема у эволюционирующей группы общего уровня биологической организации. Идиоадаптация – это эволюция группы внутри адаптивной зоны. Эволюционное направление, сопровождающееся приобретением идиоадаптаций называют аллогенезом.

3. Общая дегенерация – это эволюционные изменения, которые приводят к упрощению общей организации эволюционирующей группы в результате ее приспособления к более простым и однородным условиям жизни (например, возникновение паразитизма).

Выводы:

Эволюцией называют историческое развитие отдельных групп организмов либо развитие жизни от простейших организмов до высших.

Синтетическая теория эволюции сегодня является общепринятой и представляет собой синтез классического дарвинизма и генетики популяций. Синтетическая теория эволюции позволяет выявить и объяснить взаимосвязь между материалом эволюции (генетическими мутациями) и механизмом эволюции (естественным отбором).

Макроэволюция – эволюция, протекающая на уровне выше видового, идет только путем микроэволюции. Микроэволюция – это распространение в популяции изменений частот аллелей на протяжении ряда поколений, результатом микроэволюции являются эволюционные изменения на внутривидовом уровне. За пределами видового уровня эволюция фактически прекращается. Ряд исследователей микроэволюции часто противопоставляют макроэволюцию, которая также является процессом изменения частот генов на уровне популяции, но в значительном геологическом периоде.

Важными механизмами эволюции сегодня признаются мутационный процесс, изоляция, колебания численности популяции.

Мутационный процесс приводит к изменению частот некоторых генов в рамках популяции и выступает генератором нового генетического материала в популяции, что создает базу для осуществления естественного отбора (поскольку чем больше генетическое разнообразие в популяции, тем больше эффективность естественного отбора и тем более устойчива такая популяция).

Изоляция – это возникновение различных барьеров в популяции, которые ограничивают свободное скрещивание в этой популяции особей.

Изоляция является достаточно важным механизмом эволюции – она закрепляет и усиливает первоначальные стадии генетической дифференциации популяции.

Естественный отбор и в рамках теории Ч. Дарвина и в рамках синтетической теории эволюции рассматривается, как движущая сила эволюции. С позиции популяционной генетики естественный отбор может быть рассмотрен как избирательное воспроизводство наиболее «выгодных» с точки зрения выживаемости генотипов. Ключевое значение в эволюционном процессе имеет не столько само выживание особей, сколько вклад этих особей в генофонд популяции. В ряде случаев естественный отбор ведет к созданию признаков, которые невыгодны для отдельно взятой особи, но полезны для популяции в целом.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Какая теория эволюции ближе к современной синтетической теории эволюции?

1) Теория Ж. Б. Ламарка;

2) Теория Ч. Дарвина;

3) Научный креационизм.

Правильный ответ: 2) Теория Ч. Дарвина;

2. Расположите теории эволюции в порядке их появления:

1) Теория Ч. Дарвина;

2) Теория Ж.Б. Ламарка;

3) Синтетическая теория эволюции.

Правильная последовательность:

2) Теория Ж.Б. Ламарка;

1) Теория Ч. Дарвина;

3) Синтетическая теория эволюции.

Эволюция Дарвина

Эволюция (лат. evolutio – развертывание, развитие), как принято считать в биологии, это необратимое историческое развитие естественных и искусственных систем. Обычно эволюцию противопоставляли революции – быстрым и значительным по масштабу изменениям. В настоящее время стало ясно, что процесс развития искусственных и естественных систем слагается из изменений как постепенных, так и резких, как быстрых, так и длящихся много поколений.

Основные характерные черты биологической эволюции это: преемственность; возникновение в эволюционном процессе целесообразности; усложнение и совершенствование структур.

Согласно второму началу термодинамики все совершающиеся в природе процессы направлены в сторону разрушения структур, снижению уровня сложности, увеличения доли беспорядка (энтропии) во всех системах. А в процессе эволюции происходит лишь местное усложнение системы, которое достигается ценой лишней затраты энергии на развитие организма.

Впервые термин эволюция был использован в биологии швейцарским ученым Ш. Бонне в 1782 году. Под эволюцией понимают медленные постепенные количественные и качественные изменения объекта. При этом каждое новое состояние объекта должно иметь по сравнению с предыдущим более высокий уровень развития и организации.

Теорию эволюции науку о закономерностях и причинах эволюционного процесса называют эволюционным учением. В настоящее время существует большое число вариантов различных концепций эволюции. Основное их различие в том, какую изменчивость они берут за основу эволюции определенную направленную приспособительную или же неопределенную ненаправленную и оказывающуюся приспособительной только случайно.

В биологии эволюция определяется наследственной изменчивостью, борьбой за существование, естественным и искусственным отбором. Эволюция приводит к формированию адаптации (приспособлений) организмов к условиям их существования, изменению генетического состава от популяции видов, а также отмиранию неприспособленных видов. Под адаптацией понимается процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к условиям окружающей среды. В науке под адаптацией понимают процесс накопления и использования информации в системе, направленный на достижение ее (системы) оптимального состояния, при первоначальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях. О том, что явление адаптации имеется в живой природе, было известно биологам прошлых веков. В настоящее время генетика или теория генетики утверждает, что адаптация не является какой-то внутренней сущностью, заранее приданной организму, но она всегда возникает и развивается. Такое развитие осуществляется под воздействием четырех основных признаков: наследственности, изменчивости, естественного отбора, искусственного отбора.

С развитием теории эволюции ее идеи все больше используются при моделировании мышления и поведения человека, создании современных компьютеров и т. д. В связи с этим возникают целые новые отрасли знаний и науки. Например, бионика (греч. bion – элемент жизни) – наука пограничная между биологией, генетикой и техникой, решающая инженерно-технические задачи на основе генетики и анализа структуры жизнедеятельности организмов. Генетика – наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Основная задача генетики – это разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных форм организмов или для управления их индивидуальным развитием.

Важную роль в явлениях наследственности играют хромосомы — нитевидные структуры, находящиеся в клеточном ядре. Каждый вид характеризуется вполне определенным числом хромосом, во всех случаях оно четное, и их можно распределить попарно. При делении половых клеток и в процессе оплодотворения каждая хромосома ищет себе подобную. Они сближаются и располагаются параллельно друг другу и почти сливаются. Затем они расходятся. Но во время контакта почти все хромосомы обмениваются своими частями. Получившаяся клетка (зигота), многократно делясь, образует зародыш, из которого развивается организм.

В клетках существует сложный и важный механизм перераспределения генетического материала. Каждая клетка организма имеет одинаковое число хромосом. Потомки имеют то же самое число, причем ровно половина от отца, а половина от матери. При таком обмене передаются наследственные признаки.

Ч. Вильсон в 1900 г. определил, что гены находятся в хромосомах. Две гомологичные хромосомы (одна от отца, а другая от матери) сближаются при созревании половых клеток и обмениваются частям. Это явление назвали кроссинговер. Оно происходит между разными генами случайным образом с разной частотой. Модель хромосомы в настоящее время – это нить, на которую, словно бусины, нанизаны гены.

Ч. Дарвин первый ученый, который определил в живой природе существование общего принципа – естественного отбора. В эволюционном учении различают две стороны: учение о материале для эволюции и учение о ее факторах, ее движущей силе. Движущая сила эволюции естественный отбор. В основе наследования лежат неделимые и несмешиваемые факторы – гены. Именно через отбор и происходит направленное влияние условий жизни на наследственную изменчивость. Сама по себе наследственная изменчивость случайна. Под воздействием окружающей среды отбираются признаки, которые лучше других соответствуют условиям жизни.

Наследственные изменения отдельных генов де Фриз назвал мутациями. Мутации и служат элементарным материалом для эволюционного процесса. Они закономерно возникают в природных условиях.

Изменчивость – разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Различают изменчивость направленную и ненаправленную.

Направленная, или определенная, изменчивость обычно массовая и приспособительная. В данном случае наследуется не изменение признака, а способность к изменению, но в разной степени. Такие изменения называют модификациями. Определенная изменчивость – продукт эволюции, способность к ней возникает в результате отбора в течение многих поколений. Но само изменение признака под влиянием какого-нибудь фактора внешней среды исчезает с гибелью организма, потомки должны обретать его заново. Только в этом смысле определенная изменчивость ненаследственна. Ее нельзя называть изменчивостью: это наследственность, проявляющаяся в фенотипе не всегда, а лишь при воздействии определенного фактора внешней среды.

Ненаправленная, или неопределенная, изменчивость возникает независимо от природы вызвавшего ее фактора, причем изменяющийся признак может изменяться и в сторону усиления, и в сторону ослабления. При этом она не массовая, а единичная. Различают два типа неопределенной изменчивости комбинативную и мутационную. На основе комбинативной изменчивости при образовании потомства во время мейоза возникают новые сочетания материнских и отцовских хромосом. При этом хромосомы иногда обмениваются частями (кроссинговер), так что число комбинаций генов в каждом новом поколении резко возрастает. Мутационная изменчивость – процесс изменения генетической структуры организма, его генотипа. При этом изменяется число хромосом, или их строение, или же структура слагающих хромосому генов. Как и комбинативная изменчивость, мутационная процесс ненаправленный (признаки могут при ней изменяться случайным образом), немассовый (одновременное возникновение какой-нибудь одной мутации у целого ряда особей в популяции невозможно) и неприспособительный (мутации могут и повышать и понижать жизнеспособность их носителей). Неопределенная изменчивость – материал для процесса эволюции. Изменения организмов, по Ч. Дарвину, определяются факторами внешней среды. При этом с большей вероятностью выживают и оставляют потомство носители полезных в данной среде признаков, возникших в результате мутации или рекомбинации определяющих эти признаки генов.

Понятия ген и генетика ввел датский ученый В. Иогансен. Приведем факторы, которые меняют генетический состав природной популяции: мутационный процесс, изоляция, «волны жизни», отбор.

Особое положение генов состоит в их уникальности. В хромосомном наборе каждый ген представлен только один раз. В 30-е годы было доказано, что генная мутация – это небольшое химическое изменение. Следовательно, ген имеет химическую природу, являясь молекулой или частью большой молекулы.

В 1953 г. с работ М. Уоткена и Ф. Крика началась новая наука – молекулярная генетика. Биохимические особенности живых организмов наследуются по законам, которые открыл Г. Мендель. В генах «записаны» планы строения белков – планы всех наследственных признаков. Генетический код оказался общим для всех естественных систем на нашей планете. Он практически расшифрован. Каждая хромосома уникальна морфологически и генетически и не может быть заменена другой либо восстановлена при утере. При потере хромосомы клетка, как правило, погибает. Каждый биологический вид имеет определенное, постоянное число хромосом. В процессах наследования признаков определяющую роль играет поведение хромосом при делении клеток. Существует два основных типа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз – непрямое деление клеток тела, это механизм точного распределения хромосом между двумя образующимися дочерними клетками. Мейоз – механизм редукции (уменьшения числа хромосом вдвое).

Классическая генетика к началу 1940-х годов пришла к пониманию дискретности таких качеств, как наследственность и изменчивость. Это стало возможным в первую очередь благодаря формированию теории гена в работах школы Т. Моргана. Основные положения этой теории можно сформулировать следующим образом:

  • все признаки организмов находятся под контролем генов;
  • гены – элементарные единицы наследственной информации, они находятся в хромосомах;
  • гены могут изменяться – мутировать;
  • мутации отдельных генов приводят к изменению отдельных элементарных признаков, или фенов.

Сейчас считают, что ген – реально существующая независимая комбинирующаяся и расщепляющаяся при скрещиваниях единица наследственности, самостоятельно наследующийся наследственный фактор. Ген определяют как структурную единицу наследственной информации, неделимую в функциональном отношении. Его рассматривают как участок молекулы ДНК, кодирующий синтез одной макромолекулы или выполняющий какую-либо другую элементарную функцию. Совокупность генов составляет генотип. Фенотип – совокупность всех внешних и внутренних признаков. Комплекс генов, содержащихся в наборе хромосом одного организма, образует геном.

Основой регулярной (общей) рекомбинации является кроссинговер, т. е. обмен гомологичными участками в различных точках гомологичных хромосом, приводящий к появлению нового сочетания сцепленных генов.

Расщепление при независимом наследовании и при кроссинговере определяет изменчивость организмов вследствие комбинаторики существующих генов (аллелей). Аллелями называют определенное химическое состояние гена. Мутации – это возникновение качественно новых генов (аллелей), хромосом и наборов хромосом. Сочетание обоих типов изменчивости вызывает общую изменчивость генотипа.

Генетический материал обладает такими универсальными свойствами, как дискретность, непрерывность, линейность и относительная стабильность, выявляемыми в ходе генетического анализа. Повышение разрешающей способности генетического анализа возможно с помощью изучения большого числа особей, применения селективных методов, ускорения мутационного процесса.

Все эти методы имеют важное значение в естественных системах и могут найти применение в построении искусственных систем. Увеличение числа особей приводит к росту разнообразия генетического материала, что означает увеличение исходного набора контролируемых генами функций, а это, в свою очередь, позволяет провести более широкий отбор функций. Ускорение мутационного процесса ведет к получению все более разнообразного генетического материала.

В естественных и искусственных системах роль мутаций заключается в том, что именно они генерируют новые функции, затем происходит дупликация, закрепляющая обе функции, а после этого начинается отдельная эволюция исходной и новой функции. Эта эволюция и показывает, что новая или возникшая в результате мутации функция обладает более высокими адаптационными качествами либо прежняя функция выполняет эту роль лучше.

В общем же эволюция стремится к усреднению (так как происходит все более однородное смешение разного по качеству с нашей точки зрения генетического материала). Поэтому в качестве одного из методов для получения наилучших результатов развития используется селекция. Селекция представляет собой форму искусственного отбора. Селекция, как наука, создана Ч. Дарвином, который выделял три формы отбора:

  • естественный отбор, вызывающий изменения, связанные с приспособлением популяции к новым условиям;
  • бессознательный отбор, при котором в популяции сохраняются лучшие экземпляры;
  • методический отбор, при котором проводится целенаправленное изменение популяции в сторону установленного идеала.

Движущими силами эволюции по Ч. Дарвину являются:

  • неопределенная изменчивость, т. е. наследственно обусловленное разнообразие организмов каждой популяции;
  • борьба за существование, в ходе которой устраняются от размножения менее приспособленные организмы;
  • естественный отбор – выживание более приспособленных особей, в результате которого накапливаются и суммируются полезные наследственные изменения и возникают новые адаптации.

Дарвинизм адаптацию объясняет эволюцией. В результате естественного отбора вновь возникающие мутации комбинируются генами уже прошедших отбор особей, их фенотипическое выражение меняется и на их основе возникают новые адаптации. Следовательно, отбор – основной фактор эволюции, обуславливающий возникновение новых адаптации, преобразование организмов и видообразование. Отбор проявляется в трех основных формах:

  • движущий (ведущий). Он приводит к выработке новых адаптаций;
  • стабилизирующий. Он обеспечивает сохранение в неизменных условиях среды уже сформировавшихся адаптации;
  • дизруптивный (разрывающий). Он обуславливает возникновение полиморфизма при разнонаправленных изменениях среды обитания популяции.

Отбор идет по обшей приспособленности организма, а не по какому-нибудь отдельному признаку.

При движущем отборе большую вероятность оставить потомство имеют особи, изменившиеся по каким-нибудь признакам по сравнению со средней дня данного вида величиной (нормой). При этом отбирается один тип отклонений от нормы.

Стабилизирующий отбор сохраняет в популяции среднее значение признаков (норму) и не пропускает в следующее поколение наиболее отклонившихся от этой нормы особей. Это делает сохранения видов неизменными.

При дизруптивном, или разрывающем, отборе отбирается не один тип отклонений от нормы, а два или больше. Это путь дробления предкового вида на дочерние группировки, каждая из которых может стать новым видом.

Эволюционные процессы, протекающие внутри вида и завершающиеся видообразованием, называют микроэволюцией. Макроэволюцией называется развитие групп организмов надвидового ранга. Задачами макроэволюции являются анализ соотношения индивидуального и исторического развития организмов, анализ закономерностей направления эволюционного процесса.

Шмальгаузен разработал и привел концепции целостности организма в индивидуальном и историческом развитии. Он исследовал механизмы эволюционного процесса и индивидуального развития организмов как саморегулирующихся систем, и изложил эволюционную теорию с позиций кибернетики.

В учении об отборе Ч. Дарвин доказал, что главной движущей силой эволюции является отбор наилучших форм, требующий для успеха таких условий: правильный выбор исходного материала, точная постановка цели, проведение селекции в достаточно широких масштабах и возможно более жесткая браковка материала, отбор по одному основному признаку.

Вид – основная структурная единица в естественных системах, качественный этап их эволюции. Новые виды возникают в результате межвидового скрещивания. Вид – это группа популяций, особи которых могут скрещиваться в естественных условиях, но изолированы от других видов. Вид подразделяется на несколько популяций, каждая из которых эволюционирует самостоятельно. Процесс перехода одного вида в другой не скачкообразен и генетическая изоляция между ними может не возникать.

Основой эволюционных процессов в естественных системах служит популяция. Популяция – это многочисленная совокупность особей определенного вида, в течение длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенный участок географического пространства, внутри которого осуществляется та или иная степень случайного свободного скрещивания. В популяции нет абсолютно тождественных особей. Каждая особь является носителем уникального генотипа, который управляет формированием фенотипа. Существование каждой особи ограничено некоторым временным интервалом, по истечении которого особь погибает. При этом генотип особи исключается из генофонда популяции, но при жизни особь может передать наследственную информацию.

Известны три механизма передачи наследственной информации при рождении потомства; бесполое размножение, половое размножение, промежуточная (между бесполым и половым) форма размножения. Устойчивая передача генов от родителей к потомкам зависит в первую очередь от способности молекул ДНК к репродукции и авторепродукции. Каждая особь в течение жизни подвергается воздействиям внешней среды. В некоторых случаях эти воздействия могут привести к перестройкам молекул ДНК, переносящих наследственную информацию. Изменение первоначальной последовательности генов в молекулах ДНК приводит к изменению свойств этой молекулы, а следовательно, и наследственной информации.

Рассмотренные выше факторы по степени влияния на эволюцию можно упорядочить по убыванию влияния:

  • естественный отбор;
  • изоляция популяции;
  • колебание численности популяции;
  • мутационные процессы.

Пусковой механизм эволюции функционирует в результате совместного действия эволюционных факторов в пределах популяции. В результате действия эволюционных сил в каждой популяции многократно возникают элементарные эволюционные изменения. Со временем некоторые из них суммируются и ведут к возникновению новых приспособлений, что и лежит в основе видообразования.

Направленная молекулярная эволюция подобна искусственному отбору. Если надо создать молекулу, обладающую каким-либо химическим свойством, следует выбирать из большой популяции молекул те, которые в наилучшей степени выражают это свойство, и произвести из них дочерние, в разной степени похожие на родителей. Этот процесс отбора и дупликации повторяется до тех пор, пока не будет достигнут нужный результат.

Согласно теории Ч. Дарвина, эволюция осуществляется во взаимодействии трех повторяющихся вновь процессов: отбора, амплификации, мутации. Амплификация – процесс производства потомков или более точно, копирование особей, действует в природе совместно с отбором. Критерий отбора подобен библейскому: «плодитесь и размножайтесь». Стратегия повторяющейся рандомизации может заставить молекулы эволюционизировать в направлении улучшения функциональных характеристик.

Теория Дарвина

Свой взгляд на эволюцию и его научное обоснование английский ученый-естествоиспытатель Чарльз Дарвин изложил в труде под названием «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение пород в борьбе за жизнь», вышедшем в 1859 году, спустя полвека после публикации эволюционной теории биолога Жана Батиста Ламарка.

Что представляют собой идеи Дарвина? 
Эволюционная теория Дарвина, дарвинизм — это целостное учение о развитии органического мира. Она охватывает больше количество вопросов и проблем, главные из которых: доказательство эволюции и выявление ее движущих сил, определение свойств и закономерностей эволюции.

Основной стимул, сильно ускоривший публикацию Дарвином труда об эволюции — работа его соотечественника Альфреда Рассела Уоллеса, который независимо пришел к очень близким идеям и выводам.

Уоллес признал приоритет Дарвина, так как последний исследовал вопросы эволюции более глубоко и привел большее количество доказательств. 
Основная заслуга Дарвина — выбор правильной схемы для изучения факторов эволюции и успешное разрешение вопроса о движущих силах эволюции: борьбе за существование и естественном отборе. 

Основные принципы теории Дарвина

Все виды имеют свой размах индивидуальной изменчивости по физиологическим, поведенческим, морфологическим и другим признакам. Изменчивость существует всегда, имея лишь разный количественный и качественный состав.

1.     Размножение живых организмов происходит в геометрической прогрессии. В силу ограниченности ресурсов между видами и особями идет борьба за существование.

2.     Выживают и дают потомство те виды, у которых появляются отклонения, адаптивные к создавшимся условиям среды.

3.     Отклонения возникают случайно, их имеют немногие особи, однако потомки таких особей выживают и преимущественно размножаются — именно этот процесс ученый назвал естественным отбором.

4.     Естественный отбор со временем приводит к дивергенции признаков и образованию новых видов.

5.     Результаты эволюции: приспособленность организмов и появление новых видов в природе.

6.     Итак, главные движущие силы эволюции — это естественный отбор, борьба за существованием и наследственная изменчивость.

Дарвин установил механизм эволюции и объяснение многообразия видов живых существ. Ученый доказал, что данный механизм есть постепенный естественный отбор случайных, ненаправленных наследственных изменений.

Взаимосвязь движущих сил эволюции 

В природе постоянно наблюдается наследственная изменчивость. Например, муравьи умеют отличать особей своего вида, живущих в другом муравейнике — они, конечно, близки и похожи, но под влиянием наследственных изменений уже немного другие. Организмы вступают в жизнь с новыми изменениями в признаках и начинают борьбу за существование. Ее результатом всегда является естественный отбор
Существует 3 вида борьбы за существование. Внутривидовая — идет между особями одного вида, возникает в результате перенаселенности и является наиболее напряженной.
Межвидовая — взаимоотношения хищник-жертва, паразит-хозяин и т. д., а также борьба между видами за пищу и иные ресурсы. Также существует борьба с негативными факторами внешней среды.

Дарвин также определил, почему одни особи гибнут, а другие выживают. В силу постоянной изменчивости в каждом поколении появляется неоднородность и неравноценность особей, то есть их разнокачественность. В результате борьбы за существование выживают особи с наиболее конкурентоспособным набором признаков. Таким образом, избирательно уничтожаются наименее приспособленные особи — происходит естественный отбор.   

Результаты эволюции по Чарльзу Дарвину

1.     Появление защитной, предупреждающей окраски.

2.     Развитие способности к мимикрии.

3.     Дивергенция (расхождение) признаков между уже существующими и новыми видами. Многообразие видов живых организмов.

Итак, основные выводы, следующие из эволюционной теории Дарвина.

1.     Особи любого вида обладают наследственной изменчивостью.

2.     Внутри вида количество потомства очень высоко, а количество необходимых ресурсов ограничено.

3.     Это приводит к борьбе за существование и, как следствие, к естественному отбору — выживанию и размножению самых приспособленных особей и видов.

4.     В результате естественного отбора появляются новые виды и механизмы приспособления, носящие относительный характер.

БИОДОТЭДУ

Наблюдения Дарвина
Поиски «механизма» эволюции начались не с Дарвина, но его свидетельство о происхождении видов путем естественного отбора , опубликованное в 1859 году, было настолько всеобъемлющим, что отбросило все другие теории и стало важным поворотным моментом. при изучении биологии.

Среди обширного массива данных, предоставленных Дарвином, есть пять ключевых наблюдений:

  1. Больше потомков рождается, чем когда-либо выживает, чтобы стать взрослыми (идея, которую он нашел в эссе по экономике 1789 года преподобного Томаса Мальтуса). Самки рыб могут откладывать тысячи икринок, но обычно только одна или две выживают, чтобы стать взрослыми.
  2. Среди этих потомков есть диапазон значений для любого признака; другими словами, есть вариант . У некоторых золотых рыбок чешуя золотистая, у некоторых оранжевая, у некоторых коричневатая, а у некоторых смешанная.
  3. Эта вариация распространяется на всех черт, даже жизненно важных для выживания индивидуума. Орел, который при поиске добычи зависит от превосходного зрения, все же может родиться близоруким. Таким образом, все вариации являются случайными и , а не , специально направленными на какую-либо предпочтительную адаптацию.
  4. Все потомки соревнуются в своей естественной среде за пищу, ресурсы, партнеров и защиту от вреда. Те, у кого самые слабые комбинации признаков, умирают, тогда как те, у кого лучшие комбинации признаков, чаще доживают до репродуктивной зрелости.Существует естественный отбор для тех особей, которые являются наиболее приспособленными .
  5. Выжившие передают свои черты следующему поколению, и процесс повторяется. В течение миллионов лет такие постепенные изменения приводят к изменению всей популяции и, следовательно, к возникновению совершенно нового вида.

Говоря современным языком, Дарвин объяснил, что случайные события создают изменения в генотипе организмов. Эти изменения затем отражаются в вариациях фенотипа.

Комбинации этих вариаций, распределенные среди большого числа потомков и выраженные в виде различных фенотипов, соревнуются за выживание.

Природа и природная среда «отбирают» наиболее подходящий фенотип и отбрасывают наименее подходящие фенотипы. Поэтому Дарвин рассматривал эволюцию как постепенное накопление генотипических изменений в популяции организмов до такой степени, что популяция превращается в новый вид.


BIO точка EDU
© 2001, профессор Джон Бламир

В поисках происхождения жизни: Чарльз Дарвин

Наука и исследования

09.02.2003 13819 просмотров 35 лайков

Миссия ЕКА по поиску похожих на Землю планет названа в честь Чарльза Дарвина, британского натуралиста, прославившегося своими теориями эволюции и естественного отбора.

Дарвин считал, что вся жизнь на Земле развивалась постепенно в течение миллионов лет от нескольких общих предков. Миссия «Дарвин» исследует 1000 ближайших к нам звезд в поисках маленьких каменистых планет, которые являются наиболее вероятными местами для развития жизни — по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем.

Чарльз Роберт Дарвин родился 12 февраля 1809 года в Шрусбери, Англия. Его отец, Роберт Дарвин, был врачом, сыном Эразма Дарвина, поэта, философа и натуралиста. Мать Чарльза, Сюзанна Веджвуд Дарвин, умерла, когда ему было восемь лет.

В возрасте шестнадцати лет Дарвин покинул Шрусбери, чтобы изучать медицину в Эдинбургском университете. Отвергнутый видом операции, проводимой без анестезии, он в конце концов отправился в Кембриджский университет, чтобы подготовиться к тому, чтобы стать священником в англиканской церкви.

С 1831 по 1836 год Дарвин служил натуралистом на борту британского Королевского флота HMS Beagle в британской научной экспедиции вокруг света. В Южной Америке Дарвин нашел окаменелости вымерших животных, которые были похожи на современные виды.

На Галапагосских островах в Тихом океане он заметил множество вариаций среди растений и животных того же общего типа, что и в Южной Америке. Экспедиция посетила места по всему миру, и Дарвин везде изучал растения и животных, собирая образцы для дальнейшего изучения.

Вернувшись в Лондон, Дарвин тщательно изучил свои записи и образцы. Из этого исследования вытекает несколько связанных теорий: эволюция действительно происходила, эволюционные изменения были постепенными, требующими от тысяч до миллионов лет, что первичным механизмом эволюции был процесс, называемый естественным отбором; и что миллионы видов, живущих сегодня, возникли из единственной первоначальной формы жизни в результате ветвящегося процесса, называемого «специализацией».

Теория эволюционного отбора Дарвина утверждает, что изменчивость внутри видов происходит случайным образом и что выживание или исчезновение каждого организма определяется его способностью адаптироваться к окружающей среде. Он изложил эти теории в своей книге «Происхождение видов» (1859 г.). После публикации этой книги Дарвин продолжал писать о ботанике, геологии и зоологии до своей смерти в 1882 году. Он похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Работа Дарвина оказала огромное влияние на религиозную мысль.Многие люди решительно выступали против идеи эволюции, потому что она противоречила их религиозным убеждениям. Дарвин избегал говорить о богословских и социологических аспектах своей работы, но другие писатели использовали его теории для поддержки своих собственных теорий об обществе. Дарвин был сдержанным, тщательным, трудолюбивым ученым, заботившимся о чувствах и эмоциях не только своей семьи, но также друзей и сверстников.

Нравиться

Спасибо за лайк

Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!

Эволюция и глаз: двухсотлетие Дарвина и полторы сотни лет происхождения видов | Генетика и геномика | JAMA Офтальмология

Эволюция — важная концепция для всех, кто считает науку лучшим способом понять мир природы.Он настолько полностью установлен, насколько может быть установлен любой научный принцип, и является великой объединяющей темой во всей биологии, столь же неотъемлемой частью понимания форм жизни, как гравитация — для понимания космоса. К двухсотлетию со дня рождения Чарльза Дарвина в 1809 году и через 150 лет после публикации в 1859 году книги «О происхождении видов путем естественного отбора» мы должны помнить об основных особенностях эволюции глаза и о выдающемся месте, которое он занимает. в разработке и уточнении эволюционной теории.Несколько основных моментов включают древность родопсина, быструю способность глаза к эволюции, влияние глаз на разнообразие форм жизни и многообещающее влияние генетики на биологию развития и эволюционную биологию.

ШЕСТАЯ ГЛАВА ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИДОВ

Чарльз Дарвин (рис. 1) прекрасно понимал, что его идеи вызовут бурю критики со стороны широкой публики, если не научного истеблишмента.Нанеся хитрый превентивный удар по «естественной теологии», креационистской идее «разумного замысла» того времени, Дарвин написал шестую главу в первом издании «О происхождении видов» «Трудности теории». что потомство с модификацией, или то, что позже стало известно как эволюция, было произведено естественным отбором. Один из разделов этой главы называется «Органы чрезвычайного совершенства и сложности».

Предположить, что глаз со всеми его неподражаемыми приспособлениями для регулировки фокуса на различных расстояниях, для приема различных световых пучков и для исправления сферической и хроматической аберрации мог образоваться в результате естественного отбора, кажется, я свободно признаться, абсурд в высшей степени.Однако разум подсказывает мне, что если можно показать, что существуют многочисленные градации от совершенного и сложного глаза к одному очень несовершенному и простому, причем каждая градация полезна для своего обладателя; если далее, то глаз изменяет хоть сколько-нибудь незначительно, и эти вариации наследуются, что, безусловно, так и есть; и если какая-либо вариация или модификация органа когда-либо будет полезна животному при меняющихся условиях жизни, то трудность поверить в то, что совершенный и сложный глаз может быть образован путем естественного отбора, хотя и непреодолимая для нашего воображения, вряд ли может считаться реальной. .То, как нерв становится чувствительным к свету, вряд ли интересует нас больше, чем то, как впервые возникла сама жизнь; но я могу заметить, что несколько фактов заставляют меня подозревать, что любой чувствительный нерв может быть сделан чувствительным к свету, а также к тем более грубым колебаниям воздуха, которые производят звук. 1 (стр. 217)

Первое предложение в этой цитате часто искажается, как если бы Дарвин беспокоился об объяснении эволюции глаза, но на самом деле он был совершенно уверен в своих основаниях.Можно было бы пожелать, чтобы он не был так легкомыслен, отвергая светочувствительность («как нерв становится чувствительным к свету, нас почти не касается») — эволюция родопсина и строение палочек и колбочек заслужили бы его восхищение. . Можно было бы также пожелать, чтобы его викторианская проза была проще и прямолинейнее — последние пассажи « Происхождения » почти поэтичны по своему изяществу, — но мысль ясна. Возьмите изменчивость, ее «наследуемость» (менделевская генетика в то время еще не зародилась) и полезность примитивных глаз, и сложный глаз может быть легко развит.

В идеале, продолжает Дарвин, было бы лучше всего проследить постепенное развитие сложных глаз у предков известных в настоящее время животных. Но так как летопись окаменелостей не позволяет этого, мы должны рассмотреть весь спектр глаз у различных существующих видов, которые доступны нам для изучения, особенно у беспозвоночных, потому что они демонстрируют самые широкие различия в глазах, в то время как все позвоночные уже достигли сложный глазок камеры. Если мы сделаем это:

Я не вижу больших трудностей (не больше, чем в случае со многими другими структурами) в том, чтобы поверить, что естественный отбор превратил простой аппарат зрительного нерва, просто покрытый пигментом и облаченный в прозрачную мембрану, в оптический инструмент как совершенной, как у любого члена великого класса членораздельных [т.е. позвоночных]. 1 (стр. 218)

Затем он продолжает подчеркивать, что эти изменения, хотя и происходящие постепенно в течение огромного геологического времени, могли произойти под действием силы естественного отбора.

Если мы должны сравнить глаз с оптическим прибором, мы должны в воображении взять толстый слой прозрачной ткани с нервом, чувствительным к свету под ним, а затем предположить, что каждая часть этого слоя постоянно медленно меняется по плотности, так, чтобы они разделялись на слои разной плотности и толщины, расположенные на разном расстоянии друг от друга, причем поверхности каждого слоя медленно меняли форму.Далее мы должны предположить, что есть сила, всегда пристально наблюдающая за каждым незначительным случайным изменением в прозрачных слоях; и тщательный отбор каждого изменения, которое при различных обстоятельствах может тем или иным образом или в какой-либо степени способствовать созданию более отчетливого образа. Мы должны предположить, что каждое новое состояние инструмента умножается на миллион; и каждый должен быть сохранен до тех пор, пока не будет произведен лучший, а затем старые должны быть уничтожены. В живых телах изменчивость вызовет незначительные изменения, поколение умножит их почти до бесконечности, а естественный отбор с безошибочным умением отберет каждое усовершенствование. Пусть этот процесс продолжается миллионы и миллионы лет; и в течение каждого года на миллионы особей многих видов; и не можем ли мы поверить, что таким образом живой оптический инструмент мог бы быть образован так же, как творение Творца по сравнению с творением человека? 1

Этот раздел о глазе цитируется здесь так подробно, чтобы показать, что в нем Дарвин сформулировал многие основные положения всей книги. Кроме того, Дарвин неявно предполагал модульность эволюции, что она может изменить одну часть организма, не влияя на целостность и живучесть организма в целом.Этим занимался Жорж Кювье, основоположник сравнительной анатомии и палеонтологии на рубеже 19-го века. 2

Родопсин — древняя молекула

Термин родопсин в его самом широком смысле (также называемый ретинилиденовыми белками ) относится к семейству молекул, которые содержат хромофорный сегмент ретиналя (ретинальдегид или альдегид витамина А) и различные типы белковых сегментов, опсины, все они связаны в той или иной степени. Примечательно, что это конкретное семейство молекул — а их было идентифицировано более 300 3 — служит светочувствительным химическим веществом во всех системах зрения у существ вверх и вниз по эволюционному дереву. Точные аминокислотные последовательности белковых сегментов могут различаться, и фотохимический каскад различается в деталях (например, циклический гуанозинмонофосфат как вторичный мессенджер у позвоночных и инозитолтрифосфат у беспозвоночных). Тем не менее, основное сочетание альдегида и белка витамина А является постоянной чертой.Если он не так распространен, как ДНК, то родопсин достаточно вездесущ, чтобы также отражать основное единство форм жизни.

Родопсин обнаружен не только во всем домене эукариот (настоящие ядерные клетки, из которых произошли простейшие, растения и животные), он также присутствует в прокариотах (микробы без ядер или других внутренних органелл), доменах бактерий и архей (микроскопические безъядерные клетки, изначально обнаруженные в экстремальных условиях, например, в вулканических горячих источниках или районах с повышенной засоленностью, которые отличаются от бактерий по своей биохимии).

Поскольку родопсин необходим для зрения, его обнаружение в подвижных организмах от простейших до человека неудивительно. Эти организмы находят чувство света настолько полезным, потому что они могут реагировать некоторым адаптивным движением на то, что они ощущают в окружающей среде. Даже простейший светочувствительный орган позволил бы обнаружить тень.

Что удивительно, так это обнаружение прокариот, которые также содержат родопсин. Какая возможная польза от зрения любого рода для таких примитивных организмов?

Во-первых, мы склонны забывать, что бактерии (и археи) часто подвижны, используя жгутики или волокноподобные структуры, называемые pili . 4 Перемещение может наблюдаться у таких патогенов, как Pseudomonas aeruginosa и Neisseria gonorrhoeae , и, вероятно, способствует их патогенности. Любой тип подвижной способности позволяет организму проявлять фототаксис, способность ориентироваться и двигаться навстречу свету или от него. Эта способность учитывает циркадные ритмы и вертикальную миграцию в глубинах океана в соответствии с циклами дня и ночи. 5 В самом широком смысле это тип зрения, и родопсин обеспечивает его.

Во-вторых, молекула типа родопсина в этих примитивных формах жизни не обязательно используется для зрения — из-за ее феноменальной способности улавливать фотоны, запускающие биохимический каскад и преобразование света в нервный импульс. Здесь родопсин может служить не запускающей молекулой, а скорее протонным насосом . Это белок, присутствующий во внутриклеточных мембранах и служащий для перемещения протонов через мембрану из одного субклеточного компартмента в другой.Это устройство для захвата энергии, используемое для передачи энергии внутри клетки и обеспечения ее метаболизма. Так обстоит дело с родопсинами, обнаруженными у микробов, из которых наиболее изучен бактериородопсин. Кроме того, галородопсин, обнаруженный у некоторых видов, служит насосом ионов хлорида внутри клетки. 6

Бактерии и археи существовали до эукариот и животных. Эти более поздние формы жизни взяли родопсин, который, скорее всего, уже был доступен в качестве протонного насоса, и использовали его в качестве основы для зрения.Кооптация молекулы, служащей одной цели, и использование ее для другой цели — повторяющаяся тема эволюции. Молекулы и метаболические пути подвержены такой кооптации, как и анатомические структуры. Эволюция использует то, что доступно. Это непревзойденный переработчик.

Как именно родопсин изначально развился, неясно. Этот белок подобен белку, обнаруженному в осязательных и химических рецепторах у некоторых примитивных существ, и, возможно, был заимствован из этих других модальностей чувств.Мы можем быть уверены, что промежуточные формы молекулы имели некоторую полезность для клетки и что эта адаптивная полезность обеспечивала сохранение и развитие молекулы. В конце концов, молекулярная эволюция подчиняется тем же эволюционным принципам, что и анатомические структуры. Такая система была постулирована в ходе эволюции протонного насоса оксидазы цитохрома c , еще одной древней молекулы, которая у человека состоит из 6 белков, что еще более сложно, чем ситуация с родопсином. 7

Молекулярная эволюция — относительно новая область исследований. Это показывает, что задолго до появления многоклеточных животных и растений, известных нам как ископаемые, задолго до появления эукариотических микробов более примитивные формы жизни развивали молекулы и метаболические пути, которые должны были обеспечить развитие более сложной жизни. . Родопсин был там почти с самого начала, выполняя свою работу настолько хорошо, что сохранялся более миллиарда лет жизни на Земле.

Хотя чувствительность к свету присутствует у микробов, настоящие глаза или структуры, которые предоставляют информацию о направлении света, исходящего из разных частей окружающей среды, есть только у животных. Предсказание Дарвина о том, что будут найдены промежуточные формы глаза, полностью сбылось. Переход от светочувствительных глазных пятен, обнаруженных у некоторых простейших, и ямочных глаз червей и моллюсков к сложным глазам камерного типа у позвоночных хорошо задокументирован у животных, живущих сегодня, а также у их предков.Доступно несколько отличных обзоров, в которых это подробно обсуждается. 8 -15

Вообще глаза различаются как минимум по 3 категориям:

  • 1. Тип конструкции

  •     a. «Простые» (неправильное название) или однокамерные глаза, наблюдаемые у некоторых моллюсков, пауков, морских и наземных позвоночных, у которых сетчатка вогнута и изображение перевернуто.

  •     б. «Сложные» или многокамерные глаза, состоящие из отдельных покрытых пигментом канальцев («омматидиев») в различных сочетаниях, как у ракообразных и насекомых, и где эквивалент сетчатки выпуклый, а изображение прямое.

Каждый тип глаза показывает переходные формы. Представлено не менее 11 оптических систем, включая зеркальную оптику, а также преломляющую оптику и недавно обнаруженный телеобъектив 9 (но без зум-объектива и без призмы Френеля). British Journal of Ophthalmology поместил на обложке многие из наиболее интересных глаз с забавными пояснительными статьями офтальмолога Ивана Шваба. Некоторые из этих глаз поражают воображение.

(Здесь я должен признаться в тайном пристрастии к участкам фоторецепторов на спине так называемой «безглазой» креветки, извлеченной из глубины океанской бездны, недалеко от гидротермальных жерл срединно-океанического хребта в центральной Атлантике.Там, вдали от любых следов солнечного света, креветка использует свою светочувствительность, чтобы ориентироваться в тусклом свете, исходящем из отверстия, из которого выделяются необходимые ей питательные вещества на основе серы. 16 )

  • 2. Тип фоторецептора: было найдено по крайней мере 2 решения проблемы расположения молекул родопсина внутри клетки таким образом, чтобы оптимизировать вероятность столкновения входящего фотона с молекулой. И то, и другое связано с изменением конформации окружающей клетки мембраны, чтобы на пути фотона образовалось множество слоев фотопигмента.

  •     а. Мембрана рабдомерной клетки имеет множество микроворсинок, имеется в основном у беспозвоночных и при разряде деполяризуется.

  •     б. Мембрана цилиарной клетки, оттесненная инвагинациями внутрь, присутствует в основном у позвоночных и гиперполяризуется при разряде.

  • 3. Способ развития эмбриона: наиболее отчетливо это видно при сравнении глаза позвоночных с внешне похожим глазом камерного типа, наблюдаемым у осьминога, головоногого моллюска.

  •     а. Глаз беспозвоночного осьминога развивается за счет ряда складок эпидермальной плакоды. Фоторецепторы обращены к полости стекловидного тела.

  •     б. Глаза позвоночных формируются из нервной пластинки и заставляют лежащий выше эпидермис формировать хрусталик. Инвагинация нервной чашечки создает двухслойную сетчатку, в которой фоторецепторы обращены в сторону от полости стекловидного тела.

Линзы показывают молекулярный оппортунизм

Линзы у разных видов могут происходить из разных тканей эмбриона. Но независимо от исходной ткани, вещество, из которого состоит тело хрусталика, должно иметь градуированную разницу в плотности: больше в центре с более высоким показателем преломления, менее плотное на периферии с более низким показателем преломления. Так эволюция справилась со сферической аберрацией, особенно актуальной проблемой для сферических хрусталиков морских позвоночных. Эту проблему якобы осознал британский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Однажды за завтраком он посмотрел на селедку, которую ему подали, и решил тут же вскрыть ей глаз.Он увидел, что линза сферическая, и быстро понял, что сферическая аберрация ограничит эффективность глаза, если в линзе не будет градации показателей преломления, и так оно и оказалось. 17

Фактические вещества, используемые в хрусталике позвоночных, — кристаллические белки — когда-то считались уникальными для хрусталика и эволюционировали специально для этой цели. В настоящее время признано, что они подобны белкам, используемым для других целей, и делят свое место с другими белками, которые, по-видимому, были рекрутированы из ферментов или других факторов. Fernald 10 называет этот молекулярный оппортунизм и противопоставляет его широко распространенной зависимости от родопсинов.

Глаз полезен при классификации видов

Поскольку с помощью аминокислотного секвенирования теперь можно изучать детальные различия в различных белках опсинов, присутствующих в фоторецепторах позвоночных, и поскольку эти белки тесно связаны друг с другом, этот метод используется для особенно точного определения точного положения животных. на эволюционном дереве. 13 Например, фотопигменты аллигатора более тесно связаны с пигментами кур и предположительно других птиц, чем с другими рептилиями или млекопитающими. 18

Когда появились первые глаза?

В качестве мягких частей глаза обычно не сохраняются в окаменелостях. Тем не менее, глаза, состоящие в основном из кальцитовых линз, случайно окаменели у некоторых ранних трилобитов, ныне вымершего вида членистоногих, существовавшего почти 300 миллионов лет.Видно, что они присутствовали в виде уже хорошо развитых сложных глаз в самом начале кембрийского периода около 540 миллионов лет назад (рис. 2). Первые настоящие глаза должны были появиться где-то до этого, и окаменелости трилобитов появляются как кульминация их предшествующей эволюции. Но поскольку трилобиты (или большинство других ископаемых животных) не встречаются до этого периода, эти первые глаза нельзя увидеть напрямую. 17 ,20

Другим свидетельством важности зрения в то время является то, что внешне эти ранние существа были цветными.Паркер 17 изучил окаменелости из знаменитых сланцевых пород Берджесс в Скалистых горах Канады, которые ясно показывают сохранившиеся мягкие части существ позднего кембрия. У многих видны окаменевшие сложные глаза, некоторые из них до крайности причудливы — у одного существа длиной всего несколько миллиметров глаз вдвое меньше всего его тела. Электронные микрофотографии показывают слоистость твердых частей, сохранившихся в этих окаменелостях. Эти слои могли действовать как дифракционная решетка, придавая существу переливающийся металлический блеск всех цветов видимого спектра.Паркер действительно визуализировал такой цвет; это могло отпугнуть хищников, которых, по-видимому, тоже нужно было заметить.

Vision предоставил такой актив для выживания, что, возможно, привел к «гонке вооружений» между хищником и добычей, с развитием панцирей для защиты и модифицированных придатков и кусающих ртов для нападения. Заманчиво думать о зрении как о главном факторе среди всех других, влияющем на выживание этих ранних существ и, таким образом, ускоряющем их эволюцию. 17

Что можно сказать, так это то, что вскоре после появления глаз жизнь животных, кажется, диверсифицировалась во множество различных форм. (До сих пор остается вопросом, было ли такое кажущееся разнообразие действительно новым или его можно было оценить заново из-за развития окаменелых твердых частей. ) присутствует в начале кембрия. Из этих 35 типов 6 имеют глаза: книдарии (медузы), моллюски (улитки, моллюски, кальмары и осьминоги), кольчатые черви (сегментарные черви), онихофоры (бархатные черви), членистоногие (насекомые, пауки и ракообразные) и хордовые (позвоночные).Эти 6 типов содержат около 96% известных сегодня видов. Возможно, действительно имел место «оптический взлет» видов с глазами. 9 ,10

Сколько времени потребуется для эволюции сложного глаза?

Для тех, кто сомневается, что естественный отбор мог развить такую ​​сложную структуру, как глаз, проверенный и верный ответ подчеркнул длительный период геологического времени и короткую продолжительность жизни каждого поколения ранних форм жизни.Но этот длительный период беременности, возможно, не был необходим.

В 1994 году Дэн-Эрик Нильссон и Сюзанна Пелгер опубликовали математическую модель перехода от ямочного глаза к однокамерному глазу позвоночных. 20 Под заголовком «Пессимистическая оценка времени, необходимого для развития глаза», оно поразило читателей, поскольку показало, как быстро гипотетически может развиваться сложный глаз. Их модель стоит обсудить на мгновение, потому что она поднимает некоторые соображения — анатомические ограничения — связанные с происхождением целых органов.

Авторы сделали консервативную, а значит, «пессимистическую» оценку последовательных шагов, необходимых для трансформации плоского участка фоторецепторов, расположенного между прозрачным защитным слоем с одной стороны и темным пигментированным слоем ткани с другой (рис. 3). По мере того, как слои фоторецептора-пигмента изгибаются назад, образуя ямку, способность просто оценивать присутствие тени улучшается, чтобы дать некоторое ощущение направления света. По мере продолжения этого процесса передний конец начинает сужаться, превращаясь в отверстие с радужной оболочкой.С введением линзы разрешение улучшается еще больше, особенно по мере повышения плотности материала линзы.

Предполагая, что ткани будут различаться не более чем на 1% по ширине, длине, показателю преломления и т. д. на каждом этапе, Нильссон и Пелгер подсчитали, что в целом потребуется менее 2000 шагов. (Вас не впечатлило изменение на 1%? Подумайте об этом: 2000 таких изменений могли бы протянуть палец, чтобы пересечь Атлантику. 12 ) Изменение только одного признака могло произойти одновременно, еще один «пессимистичный» признак, который мог бы иметь тенденцию к переоценить необходимое время.Еще один важный момент: каждый шаг не будет мешать функциональности промежуточной формы.

Кроме того, они предполагали медленную скорость эволюции, то есть некоторые представители вида, уже имеющие вариацию, передающую дальнейшую благоприятную вариацию следующему поколению. Эта вариация немного улучшит зрение и, таким образом, повысит выживаемость, так что она будет распространяться в популяции вида с каждым последующим поколением. Фактические наблюдения натуралистов в полевых условиях дали значения для таких соображений, как наследуемость, вероятность изменчивости и интенсивность отбора. 21 Оказалось, что для развития сложного глаза более чем достаточно менее 400 000 поколений. Поскольку у подобных существ, живущих сегодня, короткая продолжительность жизни, можно с уверенностью предположить, что поколение занимает год. Таким образом, можно разумно предположить, что весь ход изменений займет менее полумиллиона лет — всего лишь мимолетный момент в геологической шкале времени.

Обратите внимание, что модель начинается с фоторецепторов, уже размещенных в простом глазном пятне. Оценка относится к однокамерному глазу, но первый глаз был сложным.Может ли схема применяться и к сложным глазам? Лэнд и Нильссон 12 предполагают, что у предка трилобитов разрозненное скопление глазных пятен изменялось сходным образом, образуя сложные глаза. Таким образом, все это могло произойти как раз перед самыми ранними кембрийскими окаменелостями, или около 540 миллионов лет назад.

Глаз развился один раз или много раз?

Это ставит вопрос с подвохом, потому что ответом на «один раз» и «много раз» может быть да, в каком-то смысле. В классической работе 1977 г. прослеживались разновидности глаз у различных линий животных и был сделан вывод, что глаза развивались отдельно по меньшей мере 40, а возможно, и 60 раз за всю историю форм жизни животных. 22 Эта так называемая «полифилетическая» концепция происхождения глаз теперь зависит от результатов экспериментальной генетики, которые заставляют некоторых ученых утверждать «монофилетическое» происхождение под влиянием так называемых главных управляющих генов. Эта загадка расширила наши представления о том, как именно генетические программы влияют на развитие органов в целом.

Генетики-экспериментаторы в 1980-х годах идентифицировали гомеобокс, последовательности ДНК в генах, которые были особенно важны для регуляции развития формы у эмбриона. Эти гомеобоксные гены кодируют факторы транскрипции, которые включают каскады программ других генов.

В 1995 году Гальдер и др. сообщили об экспериментах на надежном лабораторном животном Drosophila melanogaster , плодовой мушке. 23 Им удалось выделить его ген гомеобокса безглазый. ( Дрозофила биологи традиционно называют ген по эффекту, который его инактивация оказывает на развитый организм; полная деактивация этого гена на ранней стадии развития плодовой мушки приводит к рождению особи без глаз.) Но на этот раз они преднамеренно активировали безглазых в соматических клетках зародыша, где глаза в норме не развиваются. Эта манипуляция вызвала развитие эктопических глаз на ногах, крыльях и даже на кончиках усиков.Глаза были анатомически совершенными, и фоторецепторы могли активироваться светом. Затем они превзошли свой результат, введя эквивалентный ген Sey («маленький глаз»), взятый у мыши, включив его и вызвав тот же эффект — эктопическое развитие сложного глаза мухи с геном позвоночного. 24

Эти поразительные эксперименты сделали ученых похожими на колдунов. Было обнаружено, что гены мыши и мухи имеют высокую степень сходства аминокислотных последовательностей. Они были названы «генами основного контроля» для развития глаз, и подобные гены были обнаружены во всем спектре животных у червей, кальмаров и людей, у которых он называется Pax-6 . (Мутационное изменение в Pax-6 связано с различными аномалиями переднего сегмента. 25 -27 Гомозиготная утрата приводит к анофтальмии с пороками развития головного мозга, достаточно серьезными, чтобы убить новорожденного, показывая, что Pax-6 не только важен к развитию глаз, но и к развитию самого мозга. 28 )

Одно дело знать, что ДНК объединила все живые существа способом, неизвестным Дарвину. Еще более унизительно было узнать, что фактические генные наборы инструментов для построения глаз и других органов настолько интенсивно сохранялись в ходе эволюции, что люди поделились ими с мышами и, mirabile dictu , плодовой мухой.

Однако концепция Pax-6 как основного управляющего гена, который развился однажды, а затем включил вторичные программы, которые на самом деле создают самые разные глаза, вероятно, слишком проста. Pax-6 выполняет и другие важные функции, в частности, при формировании головы. Он присутствует у некоторых существ без глаз, в том числе у некоторых медуз. Другие гены также могут включать развитие глаз, и они могут быть выше по течению от Pax-6 . По словам Фернальда:

Генетический контроль строения глаза невероятно сложен, и кажется более вероятным, что интерактивная «генная сеть» регулирует развитие всех сложных органов, включая глаз. . . . Поскольку Pax-6 существовал перед глазами, как и другие важные для развития гены, он мог быть задействован для формирования глаз, как и опсин. 10 (стр.448)

К 1996 г. было картировано по крайней мере 72 гена, участвующих в развитии глаза у мышей, и, несомненно, сейчас их стало больше. 29

Другими словами, Pax-6 могли рекрутироваться в разное время для разных животных, так что, даже если подстерегали сложные генетические программы, они не всегда включались, а сами глаза эволюционировали много раз. Весь этот вопрос заставляет переосмыслить классическую эволюционную концепцию гомологии, идею о том, что сходные структуры у разных видов могут быть идентифицированы как родственные благодаря общему происхождению. 29 -32

Онтогенез повторяет филогенез

Впервые я столкнулся с этой загадочной фразой, которая была вывешена над доской на уроке естествознания во время моего введения в биологию в старшей школе. В нем была торжественная заклинательная сила религиозного изречения. В то время он был уже не в фаворе, если не полностью устарел, в течение 50 лет.

Эта фраза была придумана Эрнстом Геккелем (1834-1919), который хотел провозгласить «биогенетический закон», утверждающий, что стадии развития зародыша позвоночных напоминают взрослые формы существ, появившихся ранее в ходе эволюции. Я полагаю, он надеялся, что такие великие принципы объяснят мириады реалий биологической формы, и был слишком впечатлен физиками того времени, унаследовавшими целый ряд математических «законов» и занятыми в то время формулированием новых те. Но эволюция сделала биологию исторической наукой, и закон — неправильный термин для описания закономерностей, с которыми он действует.

По словам Стивена Джея Гулда, который испытал тот же опыт, что и я, с фразой Геккеля, «биогенетический закон Геккеля был настолько экстремальным, а его крах настолько впечатляющим, что вся эта тема стала табу». 33 (p2) Он сохранился в разбавленной форме, что привлекло внимание, например, к временному появлению жаберных щелей у эмбрионов млекопитающих, хотя не считалось, что оно многое объясняет ни в эмбриогенезе, ни в эволюции.До относительно недавнего времени эмбриологи и эволюционисты не разговаривали друг с другом. Это было очень плохо, потому что эволюцию можно рассматривать как взаимодействие среды с развитием. Игнорирование эмбриогенеза было ошибкой, тем более что сам Дарвин часто упоминал эмбриологию в «Происхождении » и в частных письмах. 34 (стр. 282)

Здесь мы должны помнить, что глаз был важен для ранней эмбриологии, поскольку он помог сформулировать концепцию индукции, определяемой как ткань, влияющая на последующее развитие другой. Ганс Шпеманн (1869-1941) провел свои знаменитые эксперименты на развивающемся глазу лягушки в 1901 году. Он мог видеть, что в норме хрусталик развивается из покрывающей его эктодермы. Но если до того, как разовьется хрусталик, он вырежет нижележащий зачаток глаза, хрусталик не сможет сформироваться. Трансплантация зачатка глаза в другие части эмбриона индуцировала развитие хрусталика в вышележащей эктодерме, где бы она ни находилась. Более поздние эксперименты, вызывающие развитие нервной трубки, привели к концепции организатора. Органайзер стал прорывом в понимании эмбриогенеза и произвел в то время сенсацию. 35 (стр. 163)

Однако помимо этих подсказок эмбриология описывала развитие, но не могла сказать, почему оно происходило определенными путями, а не другими. Эмбриологи не присоединились к современному синтезу классического дарвинизма и популяционной генетики, когда он был сформулирован в 1930-х и 1940-х годах. Потребовалась экспериментальная генетика, чтобы показать, что важны не только гены, но и то, что форма определяется тем, когда и где они выключаются и включаются и как долго. Большим сюрпризом стало обнаружение того, что сходные подходы к формированию паттерна эмбриона применимы к видам, столь далеким друг от друга в эволюционном масштабе. Нынешнее сближение между биологами-эволюционистами, молекулярными генетиками и биологами развития (обычно называемое «эво-дево») проясняет, как никогда ранее, то, как могут происходить как малые, так и большие изменения в форме. 34 ,36 ,37 Очевидно, что в развитии происходят основные процессы, посредством которых изменения в генотипе — будь то путем мутации, генной рекомбинации или хромосомной реассортации во время полового размножения — могут оказывать сильное влияние на фенотип и ускорять эволюцию большие изменения.Генетические переключатели, которые включают или выключают гены, настолько важны для определения фенотипа, что они являются особенно важными местами для воздействия эволюции. Понимание этого может помочь нам принять тот факт, что в геноме человека всего 22 500 генов, что всего в 6 раз больше, чем в геноме бактерии. 37

Дарвин построил свою теорию на трех основных идеях: что вариации возникают, что наследственность передает некоторые из них следующему поколению, и что естественный отбор определяет, какие из них останутся и будут развиваться с течением времени.Он не знал задействованных генетических и клеточных механизмов, и с тех пор наука активно подвергала сомнению, исследовала и модифицировала его идеи. Теперь, спустя 150 лет после рождения О происхождении видов , то, что он назвал одним длинным аргументом , продолжается, обещая еще больше проникнуть в природу жизни на Земле.

Для тех читателей, которые зашли так далеко и все еще задаются вопросом об этом элегантном последнем проходе в Origin , вот он:

Есть величие в этом взгляде на жизнь, с ее несколькими силами, изначально вдохнутыми в несколько форм или в одну; и что, в то время как эта планета продолжала вращаться в соответствии с постоянным законом тяготения, из такого простого начала развились и развились бесчисленные формы, самые прекрасные и самые удивительные. 1 (стр. 459-460)

Для переписки: Рональд С. Фишман, Мэриленд, 47880 Кросс-Мэнор Роуд, Сент-Инигос, Мэриленд 20684 ([email protected]).

Подано в публикацию: 6 апреля 2008 г.; окончательная редакция получена 22 апреля 2008 г.; принято 22 апреля 2008 г.

Раскрытие финансовой информации: Не сообщалось.

1.

Дарвин C О происхождении видов путем естественного отбора, или о сохранении привилегированных рас в борьбе за жизнь [первоначально опубликовано в Лондоне, Англия: J Murray; 1859].Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, издательство Crown Publishers Avenel Books, 1979;

2.

Гулд SJ Восемь поросят: размышления о естествознании.   Нью-Йорк, штат Нью-Йорк Norton1993;254

3.Spudich JLYang C-HJung К.Х.Спудич RU Ретинилиденовые белки: структуры и функции от архей до человека. Annu Rev Cell Dev Biol 2000;16365-392PubMedGoogle ScholarCrossref 5.Armitage JPHellingwerf KJ Свет-индуцированные поведенческие реакции («фототаксис») у прокариот. Photosynth Res 2003;76 (1-3) 145– 155PubMedGoogle ScholarCrossref 6.Oesterhelt Д. Стокениус W Функции новой мембраны фоторецептора.  Proc Natl Acad Sci U S A 1973;70 (10) 2853– 2857PubMedGoogle ScholarCrossref 8.Cronly-Dillon Дж. Р. Грегори RL Эволюция глаза и зрительной системы. Бостон, MA CRC Press, 1991; Зрение и визуальная дисфункция vol 2Google Scholar12.Land М.Ф.Нильссон DE Глаза животных. Оксфорд, Англия, Oxford University Press, 2002;  Оксфордская серия биологии животных Google Scholar14.Lamb ТДКоллин SPPugh RU Младший Эволюция глаза позвоночных: опсины, фоторецепторы, сетчатка и глазной бокал.  Nat Rev Neurosci 2007;8 (12) 960– 975PubMedGoogle ScholarCrossref 16. Van Dover CLSzuts ЭЗ Чемберлен SCCann JR Новый глаз у «безглазых» креветок из гидротермальных источников Срединно-Атлантического хребта.  Природа 1989;337 (6206) 458- 460PubMedGoogle ScholarCrossref 17.

Parker A  В мгновение ока: как видение вызвало Большой взрыв эволюции . Нью-Йорк, NY Basic Books2004;194224

19.

Fortey R Трилобит! Свидетель эволюции . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк Alfred A. Knopf2000; рис. 10 (рядом со стр. 80)

20. Nilsson ДЭПельгер S Пессимистическая оценка времени, необходимого для развития глаза. Proc Biol Sci 1994; 256 (1345) 53- 58PubMedGoogle ScholarCrossref 22.Сальвини-Плавен Л.В.Майр E Об эволюции фоторецепторов и глаз.  Evol Biol 1977;10207- 269Google Scholar23.Halder Каллаертс Геринг WJ Индукция эктопических глаз путем направленной экспрессии гена Eyeless у Drosophila .  Наука 1995;267 (5205) 1788– 1792 PubMedGoogle ScholarCrossref 25. Мирзаянс Пирс WGMacDonald И.М.Уолтер MA Мутация гена PAX6 у пациентов с аутосомно-доминантным кератитом.  Am J Hum Genet 1995;57 (3) 539- 548PubMedGoogle Scholar26.Glaser TJepeal LEdwards Дж. Г. и другие. Эффект дозы гена PAX6 в семье с врожденной катарактой, аниридией, анофтальмом и дефектами центральной нервной системы.  Нат Жене 1994;7 (4) 463- 471PubMedGoogle ScholarCrossref 27.Hanson И. М. Летчер JMJordan Т и другие. Мутации в локусе PAX6 обнаруживаются при гетерогенных пороках развития переднего сегмента, включая аномалию Петерса.  Нат Жене 1994;6 (2) 168- 173PubMedGoogle ScholarCrossref 28.Hever А.М.Уильямсон КАван Хайнинген V Пороки развития глаза: роль PAX6 , SOX2 и OTX2.    Клин Жене 2006;69 (6) 459– 470PubMedGoogle ScholarCrossref 31.Wray GA Эволюционные диссоциации между гомологичными генами и гомологичными структурами. Бок GRCardew G Серия симпозиумов Фонда Novartis. Hoboken, NJ John Wiley & Sons1999;189–206Google Scholar33.

Гулд SJ Онтогенез и филогенез.  Кембридж, Массачусетс, издательство Гарвардского университета, 1977;

34.

Кэрролл SB  Бесконечные самые красивые формы: новая наука об Эво-Дэво.  Нью-Йорк, NY WW Norton2005;

35.

Майр E Это биология. Кембридж, Массачусетс, издательство Гарвардского университета, 1997; 169–175

36.

Рафф BA Форма жизни: гены, развитие и эволюция формы животного.  Чикаго, IL University of Chicago Press, 1996;

37.

Киршнер М.В.Герхарт JC Правдоподобие жизни: решение дилеммы Дарвина.  Нью-Хейвен, издательство Йельского университета штата Коннектикут, 2005 г .;

National Geographic игнорирует недостатки теории Дарвина

Был ли Дарвин не прав?

В ноябрьском выпуске National Geographic за 2004 год Дэвид Кваммен отвечает на этот вопрос громким «НЕТ. Доказательства эволюции неопровержимы.

По мнению Кваммена, большинство людей, отвергающих дарвиновскую теорию эволюции, делают это по незнанию, поэтому он продолжает излагать некоторые доказательства в ее пользу. Но доказательства, которые он выкладывает, преувеличены, а проблемы с ними игнорируются.

Кваммен объясняет, что теория Дарвина имеет два аспекта: «исторический феномен», согласно которому все виды живых существ произошли от общих предков, и «основной механизм, вызывающий этот феномен», то есть естественный отбор. Доказательства, представленные Дарвином, продолжает он, «в основном относились к четырем категориям: биогеография, палеонтология, эмбриология и морфология.

Первая категория включает данные о сходных видах в соседних местах обитания, таких как вьюрки на Галапагосских островах; второй включает свидетельства из летописи окаменелостей, такие как вымершие лошадиные животные, которые предшествовали современным лошадям; а третья включает свидетельства сходства ранних эмбрионов, которые предположительно указывают на их общее происхождение.

Все три категории изобилуют проблемами, которые Кваммен упускает из виду. Например, история с галапагосскими вьюрками осложняется тем фактом, что многие из тех, кого первоначально считали тринадцатью видами, теперь скрещиваются друг с другом, хотя дарвиновская теория рассматривает неспособность к скрещиванию как отличительную черту отдельных видов.

Летопись окаменелостей лошадей также намного сложнее, чем это представляет Кваммен; на самом деле это скорее спутанный куст с отдельными ветвями, чем прямая линия предков и потомков. Хуже того, Кваммен игнорирует кембрийский взрыв, когда многие из основных групп («типов») животных появились в геологически короткое время без ископаемых свидетельств общего происхождения — факт, который сам Дарвин считал «серьезной» проблемой, « может быть действительно выдвинут в качестве веского аргумента против» его теории.

Наконец, эмбрионы не показывают того, что, по мнению Дарвина, они показывают. Согласно Кваммену, доказательства эволюции включают «выявление стадий развития (повторяющих более ранние стадии эволюционной истории), через которые проходят эмбрионы до рождения или вылупления». Дарвин (цитата по Кваммену) считал, что «эмбрион — это животное в его менее модифицированном состоянии», состоянии, которое «обнажает структуру его прародителя». Эта идея о том, что эмбрионы проходят более ранние этапы своей эволюционной истории и тем самым показывают нам своих предков, является переформулировкой пресловутого немецкого дарвиниста Эрнста Геккеля «онтогенез повторяет филогенез» — ложной доктрины, которую знающие эксперты отвергли более века назад.

На самом деле именно четвертая категория Кваммена, морфология (т. е. анатомическая форма), которую сам Дарвин (как цитирует Кваммен) называл «самой душой» естественной истории, обеспечивает основу для остальных трех. В каждой категории сходство в морфологии («гомология») интерпретируется как свидетельство эволюционного родства. Согласно Дарвину, черты разных организмов гомологичны, потому что они были унаследованы от общего предка посредством процесса, который он назвал «происхождением с модификацией».

Однако биологи, описавшие гомологию за десять лет до Дарвина, приписали ее построению или сотворению на основе общего архетипа или дизайна. Как можно определить, происходит ли гомология живых существ от общего происхождения или от общего замысла? Простого указания на сходство самих по себе недостаточно, как непреднамеренно показал биолог Тим Берра, когда использовал разные модели автомобилей Corvette для иллюстрации происхождения с модификацией в своей книге 1990 года « Эволюция и миф о креационизме ». Хотя Берра писал, что «происхождение с модификациями совершенно очевидно» в Corvettes, мы все знаем, что сходство автомобилей связано с общим дизайном, а не с общим происхождением. Только продемонстрировав, что Corvette может трансформироваться в другую модель в результате естественных процессов, кто-то может исключить необходимость в дизайнере. Точно так же единственный научный способ продемонстрировать, что сходство живых существ связано с общим происхождением, — это определить естественный механизм, который их произвел. Согласно теории Дарвина, этим механизмом является естественный отбор.

Таким образом, четыре категории свидетельств, на которые опирался Дарвин в поддержку своей теории исторического феномена эволюции, в свою очередь опираются на его теорию механизма эволюции. Но каковы доказательства механизма Дарвина?

Основным доказательством, которое приводит Кваммен, является устойчивость к антибиотикам. «Нет лучшего и более непосредственного доказательства, подтверждающего теорию Дарвина, — пишет Кваммен, — чем этот процесс принудительной трансформации среди наших враждебных микробов».

Возможно, так; но тогда у теории Дарвина серьезные проблемы.Устойчивость к антибиотикам включает лишь незначительные изменения внутри существующих видов. У растений и животных такие изменения были известны за столетия до Дарвина. Никто не сомневается, что они могут возникать или что они могут быть произведены путем отбора. Но Дарвин утверждал гораздо больше, а именно, что в процессе отбора могут возникать новые виды — действительно, все виды после первого. Вот почему Дарвин назвал свой выдающийся труд «Происхождение видов» , а не «Как меняются со временем существующие виды» .

Тем не менее никто никогда не наблюдал происхождения новых видов путем естественного или иного отбора. Бактерии должны быть самыми простыми организмами, в которых это можно наблюдать, потому что бактерии могут производить тысячи поколений в течение нескольких месяцев, и они могут подвергаться воздействию мощных агентов, вызывающих мутации, и интенсивному отбору. Тем не менее, за более чем столетие исследований не появилось ни одного нового вида бактерий. Кваммен цитирует биологов-дарвинистов, которые утверждают, что создали «зачаточные виды», но это просто относится к разным штаммам одного и того же вида, которые, по мнению исследователей — теоретически — могут в конечном итоге стать новыми видами.Когда на карту поставлена ​​истинность самой теории, такая теоретическая экстраполяция вряд ли представляет для нее «неопровержимые доказательства».

Таким образом, доказательства, представленные Квамменом в пользу теории Дарвина, далеки от ее подтверждения. Биогеография, палеонтология, эмбриология и морфология — все они полагаются на гомологии, и единственный способ определить, обусловлены ли гомологии общим происхождением, а не общим дизайном, — это предоставить естественный механизм. Тем не менее механизм Дарвина, естественный отбор, никогда не наблюдался для создания ни одного нового вида.Научные теории (признает Кваммен) не должны приниматься на веру, а только на основе доказательств. И, учитывая доказательства, любой разумный человек вправе сомневаться в истинности теории Дарвина.

Как отмечает Кваммен в начале своей статьи, опросы общественного мнения, проведенные за последние двадцать лет, постоянно показывают, что только около 12% американцев принимают теорию Дарвина о том, что «люди произошли от других форм жизни без какого-либо участия бога.Ссылка на «бога» имеет большое значение, потому что она показывает, что наука — не единственное, что здесь поставлено на карту: дарвинизм также выдвигает религиозные и философские претензии. Что наиболее важно, дарвинизм привержен натурализму, философии, согласно которой природа — это все, что существует, а Бог является воображаемым — или, по крайней мере, ненужным. Поэтому неудивительно, что многие люди отвергают дарвинизм по религиозным соображениям. Тем не менее, утверждает Кваммен, большинство американцев являются антиэволюционистами только из-за «замешательства и невежества», потому что «они никогда не изучали курс биологии, посвященный эволюции, и не читали книги, в которой эта теория была бы ясно описана.

Как человек с докторской степенью Беркли. в биологии я оспариваю характеристику Квамменом сомневающихся в Дарвине как запутавшихся и невежественных. Напротив, статья Кваммена совершенно ясно показывает, почему вполне разумно сомневаться в дарвинизме: свидетельства в его пользу в лучшем случае «неутешительны».

Закон 2001 года «Ни одного отстающего ребенка» требует, чтобы каждый штат разработал стандарты естественнонаучного образования. В качестве руководства по толкованию закона Конгресс также принял отчет конференции, в котором признается, что «качественное научное образование должно готовить студентов к тому, чтобы отличать данные и проверяемые научные теории от религиозных или философских утверждений, выдвигаемых от имени науки.Там, где преподаются темы, которые могут вызвать споры (например, биологическая эволюция), учебная программа должна помочь учащимся понять весь спектр существующих научных взглядов, почему такие темы могут вызвать споры и как научные открытия могут глубоко повлиять на общество».

Другими словами, студентов следует поощрять отличать фактические доказательства теории Дарвина от сопутствующей ей натуралистической философии. Кроме того, студентов следует учить не только доказательствам теории, но и тому, почему многие из этих доказательств являются спорными.Конгресс рекомендует это; американский народ подавляющим большинством поддерживает его; и хорошая наука требует этого.

Кваммен утверждает, что эволюция «в настоящее время имеет более важное значение для благополучия человека, медицинской науки и нашего понимания мира, чем когда-либо прежде». Тем не менее ни одна страна в истории не внесла большего вклада в благосостояние людей и медицинскую науку, чем Америка. Это просто совпадение, что подавляющее большинство граждан самой успешной в научном отношении страны на Земле скептически относятся к теории Дарвина? Думаю, нет.Мне, как ученому, кажется, что для хорошей науки необходим здоровый скептицизм. Это предостережение относится ко всем теориям, включая теорию Дарвина.

Если бы в статье Кваммена были точно представлены не только доказательства теории Дарвина, но и проблемы с этими доказательствами, она могла бы внести ценный вклад в научную грамотность в Америке. Однако в нынешнем виде статья представляет собой не что иное, как прекрасно иллюстрированное пропагандистское произведение. Читатели National Geographic заслуживают большего.

Уоллес и Дарвин: пакт об эволюции

Годовщина теории эволюции обычно отмечается 24 ноября, в день, когда Дарвин опубликовал свою книгу «Происхождение видов» (1859). Однако такой взгляд на историю упускает из виду еще более важную дату для понимания того, как была задумана теория эволюции. 1 июля 1858 г. 90 448 в Линнеевском обществе в Лондоне было представлено краткое изложение теории естественного отбора 90 449 .Авторами были Чарльз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес , и они использовали эту теорию для объяснения эволюции вида. В этот день родились современная биология и эволюционизм.

Портрет Чарльза Дарвина (ок. 1859 г.). Кредит: Молл и Фокс

Эволюция не была блестящим и одиноким мозговым штурмом Дарвина. Идея почти век витала в научном эфире. Линней, Ламарк, Эразм Дарвин (дедушка Чарльза) и другие великие ученые теоретизировали о том, что тогда называлось трансмутацией видов. Но викторианское общество отвергло эту и другие революционные идеи, которые предлагали нетеологические объяснения расположения континентов, природы человеческого интеллекта или происхождения самой жизни.

По завершении своего знаменитого путешествия на «Бигле» в октябре 1836 года юный Чарльз Дарвин (1809–1882) был принят этой научной элитой викторианской эпохи. К тому времени его теория эволюции была уже совершенно ясной, и он знал, что она вызовет раздражение у людей.Этот страх был одним из ключей, задержавших публикацию теории. Прошло более 20 лет, пока в июне 1858 года уже зрелый Дарвин не получил письмо от Альфреда Рассела Уоллеса (1823-1913). Этот молодой человек, находившийся в середине экспедиции натуралистов на Малайском архипелаге, 90 448 независимо пришел к тому же заключению: естественный отбор является механизмом, определяющим приспособление и видообразование 90 449 90 448 живых существ 90 449 , независимо от божественного влияния.Затем скромный и почти наивный Уоллес написал Дарвину, чтобы узнать его мнение и, если Дарвин сочтет это уместным, послать изложение своих идей выдающемуся геологу Чарльзу Лайелю.

Дарвин, до сих пор не желавший публиковать свою теорию, решил сделать это. Он и его круг избранных ученых организовали совместный документ, который будет зачитан на следующем собрании Линнеевского общества, хотя ни один из мужчин не смог присутствовать. Уоллес все еще был в Малайзии, а Дарвин оплакивал смерть всего тремя днями ранее своего 19-месячного юного сына.

Портрет Альфреда Рассела Уоллеса (около 1863 г.). Кредит: Национальная портретная галерея

Этот день знаменует собой период до и после в истории биологии. Но совместная статья Дарвина и Уоллеса не вызвала особого немедленного фурора. Сам Уоллес узнал об этом гораздо позже, когда «Происхождение видов» уже было опубликовано и разразился ожидаемый скандал. Но отнюдь не считая, что самый известный и опытный натуралист усвоил его идею, Уоллес был одним из великих защитников идей Дарвина. Настолько, что в 1930-х годах, когда идеи эволюции вновь появились с той силой, которой они обладают сегодня, « Дарвинизм» (1889), написанный самим Уоллесом, был самой последней и полной версией, написанной об эволюционизме и справочная работа.

Обстоятельства эпохи и личные особенности каждого из мужчин гарантировали, что, хотя Дарвин триумфально войдет в историю, напротив, имя Альфреда Рассела Уоллеса не появится в учебниках начальной школы , и он не будет улицы, парки или скверы, названные его именем.По крайней мере, до сегодняшнего дня.

Очень хорошо известно, как Чарльз Дарвин пришел к идее естественного отбора после изучения различных видов вьюрков на Галапагосских островах , собранных на одной ноге путешествия Бигля . Здесь мы вновь оправдываем Уоллеса, рассказывая, как он сам пришел к той же идее:

Под предлогом сбора образцов для коллекционеров в Англии Уоллес провел восемь лет в одном из самых крупных открытий девятнадцатого века.Во-первых, он заметил странный азиатский подвид с самых западных островов Малайского архипелага; затем он отметил их отсутствие на восточных островах, где, однако, появились странные виды австралийского происхождения. Из этого он сделал вывод, что существовало два семейства животных, принадлежащих к двум различным континентам, разделенным океаническими впадинами (так называемая линия Уоллеса), которые фактически когда-то были соединены с тем, что сейчас представляет собой сотни изолированных островов. Он также пришел к выводу, что эта изоляция привела к дифференциации видов. И, учитывая огромное количество каталогизированных им видов, он наблюдал преемственность между всеми ними, так сказать, родство. Таким образом, он вывел не только теорию эволюции, но также механизмы и эффекты, которые ею управляют, и, более того, он сформулировал ее в рамках нового понимания географии : Уоллес — отец биогеографии . И это то, что никто не будет оспаривать.

Ventana al Conocimiento (окно знаний)

Павлиний хвост: как Дарвин пришел к своей теории полового отбора | Чарльз Дарвин

Около 150 лет назад и «почти всю жизнь» с обеих сторон Чарльза Дарвина одолевала проблема павлиньего хвоста.Один только вид пера, писал он в апреле 1860 года, «тошнит от меня!»

Оперение самца птицы представляет собой пробел в его теории эволюции. Согласно викторианскому мышлению, красота была божественным творением: Бог создал павлина для собственного удовольствия и удовольствия человечества.

В книге «О происхождении видов», опубликованной в прошлом году, Дарвин бросил вызов господствующей теории креационизма, утверждая, что человек был создан не по образу Бога, а в результате эволюции, когда новые виды формировались на протяжении поколений в ответ на их окружение.

Но красота и предполагаемое эстетическое чувство у животных («Мы должны предположить, [что павы] восхищаются [] павлиньим хвостом, как и мы», — писал он), отняли у Дарвина лучшую часть его жизни, чтобы оправдать — не в последнюю очередь потому, что теория, на которой он в конце концов остановился, противоречила сути всего его мировоззрения.

Половой отбор имел для Дарвина стратегическое значение, говорит Эвеллин Ричардс, почетный профессор истории и философии науки Сиднейского университета: это было натуралистическое объяснение эстетических различий между самцами и самками животных одного и того же вида. его защита естественного отбора.

«Никто не выдвинул эту теорию так, как Дарвин, и тем не менее она была встроена в его размышления о естественном отборе: половой отбор объясняет то, чего не может естественный отбор», — говорит она.

Естественный отбор был «борьбой за существование», половой отбор — «борьбой за партнёров». Он приписывал развитие оперения, брачных танцев, песен и других так называемых «вторичных половых признаков» выбору самками партнеров, создавая механизм положительной обратной связи в поколениях.

Забава, главный сатирический соперник Панча, несла визуальный образ Дарвина в виде человекообразной обезьяны с торчащим хвостом и волосатой черной рукой на изящном запястье «женщины-потомка морского асцидианца». Фотография: Public Domain

«Девушка видит красивого мужчину и, не замечая, являются ли его нос или его бакенбарды на десятую долю дюйма длиннее или короче, чем у какого-либо другого мужчины, восхищается его внешностью и говорит, что выйдет за него замуж», — написал он в 1868. «Я полагаю, что и с павой; а хвост увеличился в длину только потому, что в целом он стал более великолепным.

Ричардс утверждает, что дарвиновская теория полового отбора была не только естественным отбором, но и исключительно его собственной и, возможно, в результате часто неправильно истолковывалась. Его теоретизирование опиралось на широкий спектр влияний, многие из которых были глубоко личными, включая радикальные работы его деда Эразма об эволюции и его собственные отношения с женой.

В книге «О Дарвине и создании полового отбора», опубликованной в прошлом месяце издательством University of Chicago Press, Ричардс исследует это слияние связей, которые Дарвин должен был установить, и, что не менее важно, проблемы, которые ему пришлось преодолеть, чтобы достичь своей цели. заключение.

Учитывая общепринятое понимание красоты, пола и сексуальности викторианской эпохи, трудно переоценить, насколько радикальной была теория Дарвина в то время. Это была кульминация интеллектуальной беготни на протяжении всей жизни, и тем не менее его постоянно призывали подтвердить ее до самой своей смерти в апреле 1882 года. для собственного и человеческого удовольствия», — говорит Ричардс. «Поэтому было очень радикально сказать: «Нет, все это происходит благодаря случайности, женскому выбору и так далее».

«Даже некоторые люди, которые принимали естественный отбор и эволюцию человеческого мира, все же считали красоту чем-то, что не было дано Богом».

Дарвин изо всех сил старался закрепить свою теорию, о чем свидетельствует не только обилие неопубликованной личной переписки и маргиналов, на которые Ричардс опирается в своей книге, но и время, которое потребовалось ему, чтобы опубликовать ее.

«Ужасно трудно поверить, что хвост павлина образовался таким образом, но, веря в это, я верю, что тот же самый принцип, несколько измененный, применим и к человеку», — писал Дарвин в 1864 году.

Его теория была опубликована под названием «Происхождение человека и отбор в связи с полом» в 1871 году, после двух лет написания и «почти целой жизни» теоретизирования. Это была «колоссальная работа», писал Дарвин, и она сделала его «скучным как утка, как мужчиной, так и женщиной».

Большая часть книги Ричардса посвящена изображению того, каким человеком был Дарвин, чтобы показать не только то, как он пришел к половому отбору, но и барьеры, которые ему пришлось преодолеть в своем собственном мышлении, чтобы сделать это.

Ключом к « многим ужасным загадкам» (как он писал), возникшим в результате его изучения полового отбора, была трудность, с которой он столкнулся при принятии его центрального принципа: женский выбор.

«Пока я не сравню все свои записи, я очень сомневаюсь в том, какую долю играют самцы и самки в половом отборе; Я подозреваю, что самец спарится с любой самкой, и что самки выберут самого победоносного или самого красивого петуха или того, в ком сочетаются красота и мужество», — писал он в конце 1859 года после публикации «Происхождения».

Птицы-самцы собираются, чтобы показать себя в навесе над искусно спрятанными лучниками. Фотография: Public Domain

Многие препятствия на пути его теоретизирования проистекают из его фундаментальной веры в подчинение и неполноценность женщин по сравнению с мужчинами, утверждает Ричардс, хотя «в этом, как и во многом другом, Дарвин был человеком своего времени и класса». .

Во время работы над «Происхождением видов» Дарвин думал о браке не меньше, чем об изменении вида. Всего за четыре месяца до того, как он сделал предложение своей двоюродной сестре Эмме, тогдашний 29-летний Дарвин написал в своем дневнике в июле 1838 года, что он «стремительно ищет» «милую мягкую жену на диване», с детьми и компанией (« во всяком случае лучше, чем собака») среди стимулов.

Для Эммы, писал он, была возможность «очеловечить» его. Когда, думая, что она должна «подучить немного знаний» для своего академического мужа, она начала читать «Элементы геологии», он отговорил ее.

Он не выступал против избирательного движения, говорит Ричардс, потому что «просто думал, что это невозможно». Точно так же его страстная пожизненная ненависть к рабству не означала, что ему не было «трудно принимать неевропейцев как братьев», как она выразилась.

Фактически, Дарвин впервые наткнулся на половой отбор, изучая расовые различия, говорит Ричардс.

Взгляд Дарвина на женщин как на низших, возможно, был подкреплен окружающим его миром, но это противоречило его теории полового отбора, которая основывалась на преобразующей силе женского выбора. Ричардс утверждает, что эти части начали раскладываться примерно в 1858 году после того, как Дарвин наблюдал за каменным манакином (воробьиная птица, обитающая в Южной Америке), которая выбирала себе пару из красочных самцов, соревнующихся за ее внимание.

«Голова, — писал Дарвин, — является главным украшением» как у птиц, так и у «диких и цивилизованных» людей.Фотография: Wellcome Images

Отсюда не составило большого труда связать экстравагантное оперение птиц с «кринолиноманией» современной женской моды викторианской эпохи. Ричардс указывает на 200 с лишним страниц «Нисхождения», посвященных птицам, которые Дарвин представил с утверждением, что птицы «наиболее эстетичны из всех животных… и у них почти такой же вкус к прекрасному, как и у нас»:

Об этом свидетельствуют… наши женщины, как цивилизованные, так и дикие, украшающие головы заимствованными перьями и использующие драгоценные камни, едва ли более ярко окрашенные, чем обнаженная кожа и сережки некоторых птиц.

Птицы, возможно, были ключевым звеном, но трудно переоценить количество нитей, которые сформировали теорию Дарвина, сформированную культурными и социальными убеждениями и более важными проблемами дня.

Аспекты Дарвина, по словам Ричардс, ей было «действительно трудно принять».

«Эта идея, которая была у него глубоко укоренившейся, что женщины ниже мужчин, как и большинство неевропейских рас, — мне приходилось постоянно напоминать себе, что так думало большинство людей в 19 веке.

И все же именно эта комбинация — «все его предубеждения, предубеждения и все такое» — привела его к сексуальному отбору и концепции женского выбора, говорит Ричардс.

Но ей было трудно оставаться слишком критичным по отношению к Дарвину. Ричардс цитирует письмо, которое он написал Эмме во время короткого отсутствия, в котором он сказал об их маленьком ребенке: «Я очень хочу поцеловать задницу Энни».

Она смеется при воспоминании. «В конце концов мне пришлось полюбить его».

Естественный отбор — Биологический онлайн-словарь

Естественный отбор
n., ˈnætʃəɹəl//səˈlɛkʃən
Процесс, посредством которого наследуемые признаки увеличивают шансы организма на выживание и размножение Авторы и права: Джеки Малвин, (CC BY-SA 4.0)

Определение естественного отбора

Что такое естественный отбор в биологии? Естественный отбор определяется как природный процесс, посредством которого живые организмы адаптируются и изменяются в ответ на условия окружающей среды. А организмы, которые лучше приспособлены к окружающей среде, как правило, выживают дольше и производят больше потомства.

Различные условия склоняют тот или иной организм к приобретению адаптивного признака . Затем эти черты будут переданы следующим поколениям. Со временем эти черты станут более распространенными, поскольку они будут преобладать над другими чертами в популяции.

Естественный отбор (биологическое определение): процесс в природе, при котором организмы, обладающие определенными генотипическими характеристиками, которые делают их лучше приспособленными к окружающей среде, имеют тенденцию к выживанию, размножению, увеличению численности или частоты и, следовательно, способны передавать и передают свои основные генотипические качества последующим поколениям.

Согласно Urry et al., (2016) естественный отбор относится к дифференцированному выживанию и размножению особей. Это жизненно важный механизм эволюции, при котором происходит изменение наследственных признаков популяции на протяжении поколений.

Основная идея естественного отбора заключается в том, что особи естественным образом изменчивы, а это означает, что все они в чем-то отличаются. Эта изменчивость существует внутри организмов, и изменения происходят в случайных случаев. Он будет передан следующему потомству.

Естественный отбор происходит, когда некоторые из этих изменений помогают организму выживать и производить больше, чем другие, в результате чего их гены со временем становятся более распространенными в популяции.

Поскольку окружающая среда постоянно меняется, ни один организм не считается идеально подходящим или абсолютно адаптированным к окружающей среде. Он всегда будет избирательным в отношении определенных организмов, обладающих определенными генетическими комбинациями. Это делает естественный отбор важной движущей силой эволюции.

Объяснение естественного отбора

Попробуем понять принципы, лежащие в основе естественного отбора . Даже если родители были идеально адаптированы к окружающей среде, тем не менее, окружающая среда каким-то образом меняется, их потомство склонно приспосабливаться к изменяющейся среде, пытаясь процветать, несмотря на ограниченные ресурсы, и побеждать в конкуренции с другими обитателями. К тому времени наиболее приспособленные организмы будут иметь возможность размножаться. В результате те, кто сможет выжить, смогут передать свои черты или гены следующему поколению.

Генетическая изменчивость организма приводит к тому, что каждый человек немного отличается. Эти различия заставляют их воспроизводить больше, создавая особей, более приспособленных к успеху. Организм без этих генетических приспособлений не будет воспроизводиться дальше. В результате их линии со временем перестают существовать.

Процесс естественного отбора заставляет популяции со временем адаптироваться к окружающей среде. Особи в популяции наследуют черты, которые помогают им пережить стрессовые факторы окружающей среды, такие как присутствие хищников и доступность пищи.

Те особи, которые унаследовали черты, как правило, будут иметь больше потомства в следующем поколении, чем их сверстники. Эти полезные черты позволят им более эффективно выживать и размножаться. Ресурсы в природе ограничены, когда люди с благоприятными чертами увеличивали свою частоту на протяжении поколений.

Естественный отбор описывается как дифференциальное воспроизводство . Некоторые организмы, которые несут благоприятные генетические варианты, повышающие выживаемость, имеют более высокий репродуктивный успех, чем те, которые несут альтернативные генетические варианты.Отбор происходит в результате различий в выживании, успехе спаривания, развитии и плодовитости.

Естественный отбор — это процесс, посредством которого наследуемые признаки увеличивают шансы организма на выживание и размножение. Полезные черты, как правило, предпочтительнее менее полезных черт.

История естественного отбора

Теория естественного отбора основана на непосредственном наблюдении британского натуралиста Чарльза Дарвина во время кругосветного путешествия на корабле HMS Beagle, который должен был совершить кругосветное путешествие с 1831 по 1836 год.Он увидел, что один и тот же организм по-разному выглядит в разных географических точках. К тому времени он частично предположил, что такие физические изменения были адаптацией организмов к окружающей среде. Но до дарвиновской теории естественного отбора существовали и другие эволюционные мысли, заслуживающие объяснения.

Додарвиновские теории

Жан Батист Шевалье де Ламарк (1744-1829) был первым теоретиком-эволюционистом, публично провозгласившим свою идею о процессе, ведущем к биологическим изменениям.Он был одним из сторонников спонтанного зарождения , теории, которая когда-то была популярна, полагая, что живые организмы возникают спонтанно из неживых материалов и постепенно превращаются в более сложную форму, постоянно стремясь к совершенству. ( Pre-Darwinian Evolutionary Theory , 2015)

Теория была приписана его имени. Известная как ламаркианство , эта теория была основана на идее Ламарка о том, что эволюция происходит в основном за счет наследования характеристик по мере того, как организмы приспосабливаются к окружающей среде. ( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Он считал, что человеческий род был конечным продуктом этой целенаправленной эволюции . (Додарвиновская эволюционная теория, 2015)

В Наследовании приобретенных признаков Ламарк утверждал, что эволюция происходит, когда организм использует часть тела таким образом, что в конечном итоге она изменяется в течение своей жизни. Затем это изменение может быть унаследовано его потомством.

Он объяснил эту теорию на примере жирафов, которые со временем приобрели длинные шеи.Он считал, что предки жирафов изначально были короткошеими. Поскольку жирафы продолжают вытягивать свои шеи, чтобы достать листья для еды, их шеи в конечном итоге становились длиннее с каждым поколением. Это изменение формы тела, вероятно, передавалось по наследству.

Жирафы Ламарка

Другим примером являются болотные птицы, такие как цапли и белые цапли. Казалось, что они развили свои длинные ноги, растянув их, чтобы они оставались сухими.

Ламарк также считал, что у организмов могут развиваться новые органы, изменяющие структуру и функции старых.

Эта теория, однако, уже не так популярна, как была, когда она была дискредитирована более современными эволюционными мыслями и исследованиями. Хотя его теория была неверной, он был инструментом направления научных открытий к основанию эволюционной биологии .

Жорж Кювье (1769-1832) был французским ученым, дискредитировавшим Наследование Ламарком приобретенных признаков . Тем не менее, он все еще верил, что существовала более ранняя форма жизни.Кювье был первым ученым, задокументировавшим вымирание древних животных. Он был специалистом по динозаврам. Кювье считал, что « видов закрепились и не изменились » (Браун (Brown, 2007).

Другой додарвинистской школой мысли был Катастрофизм . Его сторонниками-натуралистами были Жозеф Фурье и граф де Бюффон. Теория основывалась на идея о том, что катастрофические события изменили Землю. Катастрофисты считают, что Земля возникла как горячий шар из расплавленной породы, который со временем остыл.( Униформизм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Эту точку зрения оспаривал Чарльз Лайелл (1797–1875), английский юрист и геолог, когда некоторые естествоиспытатели связали катастрофизм с Библией. ( Униформизм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Лайель хотел основать геологию как науку, далекую от богословских аспектов. Таким образом, он обратился к идеям Джеймса Хаттона, которые привели к концепции школы мысли, Униформизм .

Лайель утверждал, что на протяжении всего времени на Земле происходили медленные процессы, а не огромная катастрофа. Эти постепенные процессы, такие как выветривание, отложение, литификация и т. д., изменили Землю, какой мы ее видим сегодня. Он описал эти природные силы как силу, изменившую форму земной поверхности.

Однако и Лайелл, и Хаттон рассматривали историю Земли как нечто обширное и бесцельное. Лайель считал, что процессы, изменившие Землю, были одинаковыми во времени.

С точки зрения истории жизни это не имеет никакого значения. Тем не менее эта революционная идея способствовала пониманию Чарльзом Дарвином биологической эволюции в 1830-х годах. Жорж Кювье и Шарль Лайель решительно отвергли идею биологической эволюции. Кювье не дожил до того, чтобы узнать о доказательстве эволюции Чарльза Дарвина. Однако Лайель узнал об этом и принял это доказательство в начале 1860-х годов, а также стал другом Чарльза Дарвина. Сегодня наш мир формируется случайными катастрофическими событиями.Все эти события, возможно, повлияли на скорость и направление биологической эволюции.

Теория Дарвина

Во время экспедиции Чарльза Дарвина он наблюдал интригующую закономерность в распределении и физических особенностях организмов. Одной из таких замечательных закономерностей, которую он заметил, были виды вьюрков на Галапагосских островах.

Эти птицы не были идентичными видами, каждый вид хорошо подходил для своей среды и роли. Например, у некоторых птиц, которые едят крупные семена, как правило, большие и крепкие клювы.У других птиц, питавшихся насекомыми, были тонкие и острые клювы. Однако Дарвин не знал, что эти вьюрки связаны между собой, пока не представил свой образец орнитологу (орнитологу).

Постепенно у него появилась идея, объясняющая рисунок различных вьюрков. По его словам, такая закономерность была бы возможна, если бы Галапагосские острова раньше были заселены птицами с материка.

Зяблики могли медленно адаптироваться к местным условиям в течение длительного периода времени, что привело к формированию отдельных видов на каждом острове.

С этой идеей Дарвин разработал Теорию эволюции путем естественного отбора . В нем говорится, что виды могут меняться с течением времени и что новые виды возникают из ранее существовавших видов. Следовательно, у видов есть общий предок, который постепенно отделился от исходного вида и стал новым видом.

Вьюрки Дарвина

Читайте: Дарвин и естественный отбор (учебное пособие)

Эволюция путем естественного отбора — одна из наиболее подтвержденных теорий в истории науки. Эта теория имеет два основных положения. Во-первых, все формы жизни на Земле родственны и связаны. Во-вторых, это разнообразие жизни является продуктом модификации в результате естественного отбора, когда одни черты в окружающей среде отдавали предпочтение другим. Все это теория естественного отбора Чарльза Дарвина.

Эволюция относится к процессам и событиям, происходящим во времени и иллюстрирующим постепенный прогресс изменений в генетическом составе биологической популяции в последующих поколениях.Двумя основными механизмами, движущими эволюцию, являются естественный отбор и генетический дрейф .

Дарвиновская теория эволюции путем естественного отбора включает следующие фундаментальные идеи:

  • Признаки часто передаются по наследству. Это означает, что организмы унаследовали черты, позволяющие им выживать и размножаться в данных условиях окружающей среды. Когда особь обладает полезными характеристиками, производит больше потомства и передает его следующему поколению.
  • Производится больше потомства, чем окружающая среда может его поддерживать. Таким образом, среди населения возникает конкуренция за ограниченные ресурсы. Эта конкуренция включает в себя нехватку пищевых ресурсов, среды обитания и партнеров. Поскольку полезные черты передаются по наследству, и родители могут передать эти черты своим потомкам, эти черты затем становятся более распространенными в популяции.
  • Потомство с унаследованными признаками позволяет им лучше всего конкурировать за ограниченные ресурсы. Затем эти особи выживут и произведут больше потомства, чем особи с меньшими вариациями, чтобы конкурировать.Поскольку характеристики наследуются, указанные признаки будут представлены в следующем поколении. Благодаря этому население будет меняться в следующем поколении. Дарвин назвал этот процесс нисхождением с модификацией .

Принципы естественного отбора

Как работает естественный отбор? Вот несколько пояснений, которые могут помочь вам лучше понять это.

Первый , естественный отбор зависит от окружающей среды.Он не отдает предпочтение лучшему признаку, но отдает предпочтение признакам, которые полезны для выживания и размножения в определенной области. Характеристики, которые полезны в одной среде обитания, могут быть вредны для другой.

Второй , естественный отбор воздействует на существующие наследуемые признаки. Эта наследуемая изменчивость служит исходным материалом для действия естественного отбора. В-третьих, наследуемые вариации возникают в результате случайных изменений или мутаций генов. Случайные мутации генов приводят к появлению новых вариантов признаков, которые передаются по наследству.

Ниже приведены четыре фундаментальных принципа естественного отбора , которые Чарльз Дарвин первоначально изложил в своей книге Происхождение видов :

Изменчивость : Особи в популяции проявляют вариативность в поведении и внешнем виде. Эта вариация включает цвет, рост, вес и другие характеристики. Каждая особь с благоприятными вариациями изменит частоту признаков в популяции. Однако некоторые организмы проявляют больше вариаций, чем другие, из-за конкретных условий окружающей среды.В результате эти популяции развивают очень отчетливую характеристику. Как, например, бабочки одного вида с разным цветом крыльев. Мотыльки, похожие по цвету на кору дерева, лучше маскируются, чем мотыльки другого цвета. Таким образом, бабочки древесного цвета, скорее всего, выживут, размножатся и передадут свои гены.

Наследование : Унаследованные черты, полезные для выживания, с большей вероятностью будут переданы последующим поколениям. Чтобы произошел естественный отбор, человек должен иметь наследуемый признак, на который сильно влияют условия окружающей среды.Говорят, что эти полезные черты отбираются или поощряются естественным отбором. Со временем неудачные характеристики исчезнут, а удачные станут более распространенными. Однако когда различия станут достаточно высокими, возникнет новый вид. Мы смотрим на пример галапагосских вьюрков; вариации клюва «отбираются» естественным отбором. Это изменение признаков было унаследовано последующими поколениями и стало более распространенным, образуя новый отдельный вид. Таким образом, в целом, лучше адаптированные организмы способны передавать свои выгодные характеристики своим потомкам по наследству.

Адаптивная радиация дарвиновских вьюрков

Высокие темпы роста популяции : Ежегодно популяции производят больше потомства, чем может поддерживать окружающая среда, что приводит к борьбе за ресурсы. Каждое поколение сталкивается со значительной смертностью, поскольку члены населения конкурируют за ограниченные природные ресурсы. Только тогда выживший человек может передать характеристики следующему поколению. Большинство видов считается перепроизводящими, например, рыбы откладывают миллионы икринок за один раз, но выживает лишь часть из них.Морские черепахи откладывают от 70 до 190 яиц за раз, но обычно выживает только 1 из 100. Хотя перепроизводство кажется смертным приговором, оно имеет свои преимущества. У рыб и черепах много хищников, поэтому увеличение производства также увеличивает шансы на выживание. Это помогает улучшить генетическую линию, поддерживая выживание наиболее приспособленных. Те лучшие люди, которые способны адаптироваться к вызовам окружающей среды, могут выжить. Лучшие гены будут переданы следующему поколению, что сделает вид сильнее в целом.

Репродуктивное преимущество : Средство, благодаря которому видимые выраженные признаки организмов могут изменяться с течением времени. Эти положительные черты передаются потомству и приносят репродуктивную выгоду в популяции, имеющей благоприятный признак. Наличие положительных черт означает, что в следующем поколении присутствует больше этих черт. Например, у павлина великолепный длинный хвост, привлекающий самок и дающий им репродуктивное преимущество. Мотыльки, которые маскируются под кору дерева, чтобы избежать хищников и способны размножаться, дают мотылькам преимущество в выживании. Для растений они увеличивают спектр потенциальных опылителей, давая растениям репродуктивное преимущество. Есть факторы репродуктивного преимущества, которые следует учитывать, такие как выбор партнера и половой отбор, поэтому репродуктивное преимущество отличается от приспособленности. Родительская забота также является важным фактором, поскольку лучшая забота о потомстве часто дает преимущество в более позднем возрасте. Тем не менее, он измеряется в поколениях, поскольку организмы сводят на нет последствия изменчивости в течение одного года или сезона размножения.

Естественный отбор — одна из главных движущих сил эволюции. Естественный отбор выбирает черты, которые будут чаще передаваться от одного поколения к другому, когда они улучшат приспособленность организма к окружающей среде.

Принципы эволюции

Каковы четыре принципа эволюции? Как эти принципы реализуются при естественном отборе? Ниже представлены четыре принципа эволюции Чарльза Дарвина.

Конкуренция : Каждое поколение производит больше особей в данной среде. Однако эти особи конкурируют друг с другом за природные ресурсы. Ресурсы, благодаря которым они выживают и имеют шанс передать свои гены следующему поколению. Более того, конкуренция может быть внутривидовой или межвидовой . Внутривидовая конкуренция происходит между представителями одного и того же вида. Например, две ящерицы одного и того же вида соревнуются за пару в одной и той же области.Такого рода конкуренция является общим фактором естественного отбора, благодаря которому организм лучше адаптируется в популяции. Другим типом является межвидовая конкуренция , в которой соревнуются представители двух разных видов. Например, хищники разных видов на одной территории соревнуются за одну и ту же добычу. Этот тип конкуренции может привести к вымиранию других видов. Если этот вид менее адаптирован и получает меньше ресурсов, в которых нуждаются два разных вида.

Наследственные различия : Генетические или характерные различия могут быть обнаружены у индивидуума в популяции.Эти различия проявляются как видимые или невидимые черты, которые могут быть полезными или нет. В этом случае вариация предпочтительна и необходима, поскольку она обеспечивает более высокие шансы на выживание вида. Более того, наследуемость — это концепция, которая влечет за собой степень вариации данного признака, подходящую для генетической изменчивости. Говорят, что он характерен для одной популяции в одной и той же среде и меняется со временем по мере изменения обстоятельств. Как, например, меланизм перечной моли в Англии.Индустриализация загрязняет воздух в этом районе, сажа с заводов делает дерево темнее. Мы знаем, что раньше перцовая моль имела светлый цвет, чтобы смешать кору дерева и лишайники. В этом случае темных бабочек стало больше, чем светлых, поскольку последние стали уязвимы для хищников.

Выживание сильнейших : Генетическая изменчивость индивидуума, как правило, хорошо подходит для его среды для выживания и размножения. Фитнес относится к полезным качествам — выносливости, силе, скорости, социальным навыкам, интеллекту и т. д.которые помогают организмам выжить. Хотя силы, влияющие на выживание, не были одинаковыми для отдельных людей, всегда существовали различия. Эти вариации придали бы пригодность по сравнению с другими. Мы снова посмотрели на пример с перечной бабочкой; темная бабочка становится более приспособленной к меняющейся среде. По мере того, как приспособленность темной бабочки улучшалась, она могла выживать и размножаться. В то время как численность светлых бабочек уменьшается, приспособленность для них неблагоприятна. Приспособленность означает выживание и размножение в определенной среде.

Происхождение с модификацией : Образование нового вида от общего предка вследствие репродуктивной изоляции. Существует отклонение генетических характеристик, которое позволяет организмам отчетливо происходить от общего предка. Например, у популяции черепах на Галапагосских островах шея длиннее, чем у черепах, обитающих в сухих низинах. Черепахи с длинной шеей выбраны потому, что они могут дотянуться до большего количества листьев и получить доступ к лучшей пище. Когда наступит засуха, на островах будет меньше листьев.У тех, кто может схватить больше листьев, больше шансов выжить, чем у тех, кто не смог до них дотянуться. В результате черепахи с длинной шеей с большей вероятностью будут репродуктивно успешными. К тому времени черта длинной шеи будет передана их потомству. Со временем в популяции будут доступны только длинношеие черепахи. Поскольку признаки наследуются, они будут представлены в следующем поколении. Затем это приведет к изменению популяции на протяжении поколений посредством процесса, называемого происхождением с модификацией.

Галапагосская черепаха

Типы естественного отбора

Какие существуют типы естественного отбора? Давайте узнаем ниже.

Стабилизирующий отбор

Это происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение промежуточным состояниям признака против крайней вариации признака, чтобы выжить . Как, например, высота растений, маленькое растение получало меньше солнечного света по сравнению с высоким растением. Однако высокие растения уязвимы для разрушения ветром.Учитывая эти два давления, растение будет поддерживать среднюю высоту. Со временем количество мелких и высоких растений уменьшается, в то время как количество средних растений продолжает увеличиваться. В этом случае растения подвергаются стабилизирующему отбору. Разнообразие растений уменьшается по мере того, как популяция стабилизируется на определенном значении признака — средних растениях. Этот тип отбора подталкивает признак к среднему, а не к крайним значениям. Просто заявил, что причина стабилизирующего отбора увеличила репродуктивный успех, который имеет медианная особь.Эти крайние черты имеют тот или иной недостаток, что снижает воспроизводство.

Стабилизирующий отбор

Направленный отбор

При направленном отборе происходит когда предпочтение отдается одному фенотипу, вызывая сдвиг частоты в одном направлении . Распределение признаков в популяции изменится в сторону другого крайнего признака. В данном случае классическим примером является перечная моль в Англии. До промышленной революции бабочки были естественно светлыми, чтобы сливаться со светлыми деревьями и лишайниками.Однако, когда загрязнение воздуха промышленными предприятиями делает деревья более темными по цвету. Светлые мотыльки на затемненных деревьях становятся уязвимыми для хищников. Перечные мотыльки со временем меняют цвет, становясь темнее, чтобы замаскировать темные деревья. Количество более темных бабочек увеличивается, поскольку они имеют более высокую выживаемость в местах обитания, подверженных загрязнению воздуха. Когда среда часто меняется, популяция подвергается направленному отбору. Таким образом, происходит сдвиг популяционной генетической изменчивости в сторону новой подходящей фенотипической изменчивости.Когда характеристика падает на один конец, а другой фенотипический спектр предпочтительнее остальных, отбор является направленным.

Диверсифицирующий или разрушительный отбор

Этот тип отбора удаляет особь из центра фенотипического распределения. Это происходит, когда естественный отбор благоприятствует обеим крайним непрерывным вариациям . При таком выборе распределение становится бимодальным. Две крайние вариации станут более распространенными, что в конечном итоге приведет к появлению двух новых отдельных видов.Например, окраска позволяет организму соответствовать или смешиваться со своим фоном, чтобы его не узнавали хищники. В случае устриц светлые устрицы более скрыты, чем устрицы промежуточного цвета. С другой стороны, темные устрицы сливаются с тенями скал. Следовательно, устрицы промежуточного цвета более уязвимы для крабов. Светлые и темные устрицы выживают и размножаются. Этот тип отбора, который производит больше вариаций, называется полиморфизмом.

Половой отбор

Говорят, что организм, способный обеспечивать себе партнеров, более приспособлен к окружающей среде. Наличие определенной черты у представителей одного пола может каким-то образом привлечь внимание противоположного пола. Как, например, у мух Drosophila , некоторые из них имеют желтую окраску тела в результате спонтанной мутации . Напротив, другие имеют нормальную желтовато-серую пигментацию. Самцы желтовато-серой окраски более предпочтительны для самок мух, чем самцы желтой окраски.Другой пример — олени (самцы оленей). Рога оленей увеличивают доблесть в соревнованиях. Таким образом, в состязании силы те, у кого рога лучше, имеют преимущество в победе и обеспечении себе партнера. Таким образом, половой отбор приводит к увеличению размера и агрессивности самцов. Конечной целью полового отбора является размножение, при котором индивидууму необходимо максимизировать способность заводить себе пару и производить жизнеспособное потомство. Половой отбор также называют неслучайным дифференциальным воспроизводством в результате дифференцированного доступа к партнерству и репродуктивному труду. Как, например, у павлиньего хвоста, когда половой отбор благоприятствует развитию заметных структур ухаживания, он увеличивает успех спаривания.

Половой отбор – оленьи бои

Отбор хищник-жертва

Этот тип естественного отбора представляет собой взаимодействие между организмами, при котором хищник захватывает и поедает часть или все тело другого организма-жертвы . Хищники и жертвы часто обладают выгодными чертами, возникающими в результате естественного отбора, которые помогают им лучше действовать в окружающей среде.Например, у добычи есть защитная адаптация, чтобы убежать от хищников. Эти защиты различаются по своей природе, могут быть химическими, механическими и поведенческими. Например, многоножка имеет как химическую защиту, так и защиту тела. Он производит ядовитое вещество и сворачивается в защитный шар, когда ему угрожают. Многие организмы использовали свою окраску или форму тела, чтобы избежать хищников. Например, хамелеон меняет цвет, чтобы слиться с окружающей средой. Со временем процесс естественного отбора может изменить организм, сделав его лучшим хищником и защитной добычей.В любом случае адаптация меняет всю динамику хищник-жертва. Если организм не может адаптироваться с соответствующей защитой, он может каким-то образом вымереть. Отношения хищник-жертва часто образуют «эволюционную гонку вооружений», которая развивается, чтобы противостоять друг другу.

Родственный отбор

Этот тип естественного отбора предполагает альтруистическое поведение. Родственный отбор происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение чертам или признакам, которые приносят пользу родственным членам группы.Например, рабочие пчелы демонстрируют альтруистическое поведение, работая в улье всю жизнь, но никогда не имея возможности размножаться самостоятельно. Однако все пчелы в ульях являются близкими родственниками. Черты рабочих пчел будут переданы следующему поколению косвенно через матку. Таким образом, матка произвела больше родственного потомства, что привело к более высокой приспособленности рабочей пчелы, хотя она никогда не размножается напрямую. Похоже, что поведение рабочих не будет поощряться или поддерживаться естественным отбором.Потому что любой фактор, вызывающий такое поведение, скорее всего, исчезнет из популяции. Поскольку дифференциальный репродуктивный успех обусловлен не рабочими пчелами, а маткой.

Примеры естественного отбора

Каковы некоторые примеры естественного отбора? Мы узнаем, что естественный отбор — это средство, с помощью которого организмы лучше приспосабливаются к окружающей среде и, следовательно, становятся более приспособленными к выживанию и размножению. Изменения в окружающей среде с течением времени повлияют на генетическое разнообразие видов.Организмы могут не выглядеть как их предки, потому что естественный отбор изменил их, чтобы выжить в новой среде. Чтобы было понятнее, давайте рассмотрим несколько примеров естественного отбора.

Черношерстные и рыжевато-коричневые мыши

Группа мышей с наследственными вариациями черно-подпалого окраса меха обитала в районе, где скалы черные. Ястребы — это хищники, которые могут легко заметить коричневых мышей. В этих экологических особенностях рыжие мыши с большей вероятностью будут съедены, чем черные мыши на черном камне.Будет удалено большое количество коричневых мышей по сравнению с черными мышами. Таким образом, большая часть черных мышей, которые выживут, означает, что в следующем поколении будет все больше черных мышей. Цвет меха является наследственным признаком. После нескольких поколений селекции популяция мышей может стать полностью черной. Это изменение наследственных признаков популяции мышей является примером происхождения с модификацией .

Длиннохвостый и короткохвостый павлины

Радужное оперение павлина, хвостовые перья которого имеют длину 4–5 футов.Эти длинные перья мешают самцам убегать от хищников, но привлекают больше самок, предпочитающих длинные и богато украшенные перья. В результате длиннохвостые павлины спаривались чаще, чем короткохвостые, и производили больше потомства. Затем эта черта будет передана следующему поколению, вплоть до того, что все самцы всего павлина будут иметь экстравагантное оперение. Цвет хвостовых перьев самцов эволюционировал, и это говорит нам о том, что павлины (самки павлина) предпочитали ярко окрашенное оперение. Важно помнить, что естественного отбора недостаточно для того, чтобы особь выжила, но еще и для размножения.Поэтому признаки, повышающие вероятность размножения, жизненно важны для естественного отбора.

павлин

Белая, черная и коричневая мыши

Как естественный отбор ведет к эволюции? Как отмечалось ранее, естественный отбор является движущей силой эволюции. Обычно его называют эволюцией путем естественного отбора . Давайте посмотрим на популяцию мышей с разным цветом меха — белым, черным и коричневым. Белые мыши уязвимы для хищников, так как их цвет легко определить.Таким образом, характеристики белого цвета не будут переданы следующему поколению. Однако коричневые и коричневые мыши могут прятаться от хищников, так как легко маскируются под окружающую среду. Это означает, что они смогут передать признаки черного/коричневого окраса следующему поколению. В этом случае естественный отбор приводит к тому, что мыши становятся преимущественно черными или коричневыми.

белые, черные, коричневые мыши

Жирафы с длинной шеей и жирафы с короткой шеей

В среде, где у одних жирафов длинная шея, а у других — короткая.Если что-то случится с той средой, в которой вымрут все низкорослые кустарники. Тогда жирафам с короткой шеей не хватило бы еды, чтобы выжить. Через несколько поколений в этом районе будут доступны только длинношеие жирафы. В этом сценарии естественный отбор способствует сохранению группы организмов, которые лучше всего приспособлены к биологическим и физическим изменениям окружающей среды.

Серые и зеленые квакши

В лесистой местности серые и зеленые квакши имеют общую среду обитания – кору дерева – и экологическую нишу.Змеи и птицы являются хищниками древесных лягушек. С корой дерева серые квакши сливаются лучше, чем зеленые. Таким образом, зеленые древесные лягушки более заметны для хищников и могут быть съедены. Со временем серые древесные лягушки производят больше потомства, которое с меньшей вероятностью будет съедено. В данном случае естественный отбор благоприятствовал древесным лягушкам, обитающим в местах обитания, в которых они лучше замаскированы. Кроме того, существует множество способов, которыми естественный отбор формирует организмы.

Красные и зеленые жуки

Красные и зеленые жуки имеют общую среду обитания.Птицы — хищники местности, которые предпочитают есть красных жуков, чем зеленых. Вскоре количество зеленых жуков увеличивается, а количество красных жуков уменьшается или исчезает в этом районе. В этом случае дифференциальное размножение клопов зависит от пищевых предпочтений хищника. Репродуктивный успех считается важным фактором, определяющим группы, которым благоприятствует процесс естественного отбора.

Пингвины, нелетающие птицы

Пингвин, например, нелетающая птица, которая кажется неподходящим кандидатом для выживания. Однако вместо того, чтобы летать, пингвины приспособились быть хорошими пловцами. Что, в свою очередь, приносит им большую пользу в поиске пищи и спасении от хищников. Так как в районе обитания пингвинов нет наземных хищников, а источник пищи находится в воде. Потеря способности летать не является для них недостатком.

Плавающий пингвин

Венерина мухоловка

Естественный отбор также происходит у растений, таких как, например, Венерина мухоловка. Эти растения плотоядны и растут в районах, где в почве не хватает азота.По своей природе растениям нужен азот, химический элемент, необходимый для выживания. Чтобы выжить венериной мухоловке в такой среде, они ловят насекомых в виде ловушек, поскольку насекомые содержат азот и становятся альтернативным источником для выживания растений в среде с низким содержанием азота.

Венерина мухоловка – с пойманным насекомым

Зеленые и бурые жуки

Еще одним примером естественного отбора являются зеленые и бурые жуки, живущие на земле. Птицы легко замечают зеленых жуков, поскольку они более заметны на фоне коричневой среды.С течением времени в популяции остаются в основном бурые жуки, поскольку зеленые поедаются птицами. Когда в районе произойдут изменения, земля будет заполнена травой из-за изменения климата. Затем коричневые жуки теперь легко замечаются птицами. Следовательно, численность их популяции может уменьшиться. Тем не менее, количество оставшихся зеленых жуков в конечном итоге увеличится, поскольку они приспособлены к выживанию в новой среде. Следовательно, случайные эффекты происхождения с модификацией становятся эволюцией жуков, чтобы приспособиться к окружающей среде посредством естественного отбора.Черты с лучшей адаптацией к окружающей среде затем передаются, а черты с плохой адаптацией не сохраняются.

Акулы

Акулы проявляют защитную окраску: белая нижняя сторона и серо-голубая сверху. Эта окраска делает их замаскированными в воде, где сверху смешивается голубоватая вода, если смотреть вниз. Принимая во внимание, что белый цвет нижней части акулы уравновешивает свет, идущий сквозь воду сверху.

 

 

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о естественном отборе.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.