Тест ЕГЭ Биология 11 класс Получить доступ за 75 баллов Естественный отбор. Формы естественного отбора

Из самого сочетания слов «естественный отбор» можно понять, что идет определенный отбор, а раз естественный, значит природный, то есть получается природа что-то выбирает.

Давайте подумаем, что может выбирать природа?

Если обратимся к изучению и наблюдению окружающего мира, мы увидим, что природа достаточно жестоко ведет себя по отношению к слабым и не приспособленным организмам, она не дает им шанс на выживание.

В природе выживают лишь сильнейшие и наиболее приспособленные к определенным условиям особи, а часть особей с неблагоприятными вариациями погибает.

Этот процесс Ч. Дарвин и назвал естественным отбором.

По Дарвину естественный отбор — это результат борьбы за существование, который проявляется в преимущественном выживании и оставлении потомства наиболее приспособленных особей и гибели менее приспособленных.

Сейчас мы с вами более детально рассмотрим понятие естественного отбора, его форм и характеристик.

Естественный отбор — это эволюционный процесс отбора генотипов особей, которые наиболее приспособлены к данным условиям среды, и устранения генотипов особей, менее приспособленных к данным условиям.

Естественный отбор — это важнейший эволюционный фактор, приводящий к повышению или понижению вероятности оставления потомства одной формы организмов по сравнению с другой.

Обычно этот эволюционный фактор приводит к постепенному усложнению и повышению организации живых форм, приспособленности их к условиям существования и многообразию видов.

Естественный отбор является движущей силой эволюции, потому что является причиной адаптации, которые позволяют выжить особям в изменяющихся условиях.

Возникает на основе борьбы за существование. (посмотрите урок "Эволюция. Факторы и результаты эволюции")

Естественный отбор всегда имеет направленный характер, то есть его действие обусловлено средой и направлено на приспособление к ней.

Исходным материалом для естественного отбора является наследственная изменчивость.

Рассмотрим пример свойств естественного отбора.

Ученые, в течении нескольких лет исследовали два вида близкородственных жуков- амбарных вредителей, увидели принципы работы естественного отбора.

Взрослые жуки, их личинки и куколки, содержались в просеянной муке на протяжении многих поколений, и когда два вида объединились вместе, то через несколько лет один из них исчезал из культуры, а второй достигал такой же плотности, какую он имел бы в чистой культуре.

То есть при объединении двух видов, в работу включалась борьба за существование, где один вид вытеснил другой, так как они использовали ограниченные ресурсы внешней среды и одному из видов просто не хватало этих ресурсов.

Но ученые не остановились на этом и решили изменять условия внешней среды, где существовали эти жуки.

Оказалось, что при температуре выше 29°С выживал один вид, а если температуру понижали ниже 29°С, то в конкуренции побеждал другой вид жуков.

То есть опыты четко показали, что в основе естественного отбора лежит борьба за существование и его действие обусловлено средой обитания.

Похожие опыты дают представление о тех богатых возможностях, которые заключены в сложной природной среде для совместного проживания видов, которые используют сходные ресурсы для своего существования.

Естественный отбор- основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

В свете современной синтетической теории эволюции естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов.

Все вышесказанное можно свести в следующую схему, которая в обобщенном виде показывает механизм естественного отбора.

Эта схема очень важна для объяснения причин появления приспособлений у видов:

Механизм возникновения отпугивающей окраски по Дарвину у божьей коровки.

Яркая окраска божьей коровки носит угрожающий и предупреждающий характер и является продуктом эволюции.

Красный цвет в соединении с черным, ну и другие яркие цвета считаются в природе предупреждающими- животные этих цветов ядовиты и своим цветом показывают это, чтоб не быть съеденными хищниками.

Предупреждающие окраски присутствуют у ядовитых или жалящих животных, например, осы, шмели, змеи несъедобны и своей яркой окраской как бы предупреждают об опасности

Такая приспособительная окраска смогла возникнуть с помощью такого биологического механизма, как естественный отбор.

В процессе эволюции в популяции божьих коровок появилось множество особей с разнообразной окраской, что служило большим материалом для естественного отбора.

Птицы быстрее находят и поедают ярких насекомых, но если насекомое оказалось ядовитым, то птицы быстро обучаются их не трогать и предпочитают более скромно окрашенную добычу.

В результате особей с яркой окраской, которых было легко найти и понять, что они ядовиты, птицы не ели.

Поэтому эти яркоокрашенные особи сохранялись и оставляли потомство.

В дальнейшем данный фенотип, следовательно, и генотип закреплялся в популяции с помощью стабилизирующего отбора.

А у такого растения как эдельвейс в процессе эволюционного развития сформировалось опушенность всего растения.

Этот признак сформировался также под действием естественного отбора.

Так эдельвейс растет на скалах, где солнечные лучи достаточно сильно воздействуют на растения, то опушенность помогла меньше нагреваться под таким палящем солнцем, так как мелкие волоски отражают солнечные лучи и растение не перегревается.

Кроме этого, такая опушенность задерживает влагу, которая испаряется как с самого растения, так и с поверхности скал.

Так же из-за низких температур по ночам, эти волоски наоборот согревают растение от переохлаждения.

В зависимости от направленности, эффективности и особенностей условий обитания организмов формы естественного отбора могут быть разными.

Формы естественного отбора:

1. Движущий отбор - форма естественного отбора, где особи с признаками, которые соответствуют изменяющейся среде, получают преимущества, а остальные уничтожаются.

Например, особи слонов, которые обладают различной длинной шерсти.

Среди них есть особи с очень короткой, со средней длиной и очень длинной шерстью.

Предположим, условия жизни изменились в сторону похолодания климата.

Что произойдет с нашими слонами?

Думаю, вы догадались, что особи с короткой шерстью, будут постепенно вымирать, количество особей со средней длиной шерсти уменьшится, а количество особей с длинной шерстью наоборот, будет увеличиваться. 

Процесс движущего отбора на примере длины шерсти у слонов можно увидеть на следующих графиках:

На первом графике указано нормальное распределение признака у слонов, где больше всего особей со средней длинной шерсти.

На рисунке №2 видно, что при изменении условий, а конкретно понижении температуры, особи с короткой шерстью вымирают, количество особей с длинной шерстью увеличивается, и постепенно появляются особи с еще более длинной и густой шерстью.

Таким образом, прослеживается направленный характер естественного отбора.

В результате в популяции, от поколения к поколению, происходит сдвиг средней величины признака в определенном направлении.

Общий график движущего отбора выглядит так:

Движущий отбор осуществляется при изменении окружающей среды или при приспособлении к новым условиям при расширении ареала.

Он сохраняет наследственные изменения в определенном направлении, перемещая соответственно и норму реакции признака.

Ярким примером движущего отбора является «индустриальный меланизм бабочки берёзовой пяденицы»: резкое повышение доли бабочек, имеющих темную окраску, в тех популяциях, которые обитают в загрязненных промышленных районах.

Во время промышленной революции в Англии из-за загрязнения атмосферы стволы берез значительно потемнели и погибли светлые лишайники.

Поэтому бабочки исходной светлой формы стали очень видны для хищников на фоне потемневших стволов берез, и птицы активно поедали их.

Постепенно в ряде районов доля темноокрашенных бабочек достигла 99%, но это продолжалось не долго, так как в 1960 годы начали активно бороться с загрязнением окружающей среды, что дало свои плоды.

Вновь стали появляться светлые лишайники на коре берез и на белом фоне стали более заметны темные бабочки, которые постепенно вновь были вытеснены бабочками со светлой окраской.

Сейчас частота встречаемости темных бабочке составляет примерно 5%.

Следует отметить, что в природе обычно движущий отбор идет медленно: у позвоночных- около полумиллиона лет.

Посмотрите, на фото - сухой и пожухлый лист - ничего особенного... Вот и птицы, когда ищут чем бы поживиться, проходят мимо таких листьев, не подозревая, что это вовсе не сухие листья, а красивые бабочки.

Назвали этих бабочек- бабочки-листовидки или калллимы.

Если вы присмотритесь более внимательно, то заметите глаза и ножки этих бабочек.

Бабочки-листовидки очень хорошо летают и способны на очень дальние перелеты.

Правда в воздухе на них сразу же охотятся птицы, так как их крылья с наружной сторны очень ярко окрашены.

В случае атак птицами, бабочки быстро устремляются в лес, чтобы слиться там с опавшей листвой.

Как только бабочка добирается до деревьев, она захлопывает свои крылья и замирает.

В таком виде хищник просто не в состоянии распознать свою жертву.

Но разберем как же возникла такая необычная окраска и форма крыла у этих бабочек?

Думаю, вы уже догадались, что опять на помощь пришел естественный отбор.

Для начала в процессе эволюций произошло появление у особей разнообразных наследственных изменений, что послужило большим материалом для естественного отбора.

Далее благодаря естественному отбору происходило сохранение бабочек с формой тела и окраской тела, напоминающего лист.

И конечно же последнее, это активное размножение и распространение особей с подобной формой тела, так как хищные животные не отличают бабочек от листьев.

Еще примеры движущего отбора:

• редукция глаз у крота
• редукция пищеварительной системы у паразитических ленточных червей
• превращение передних конечностей в роющие у разных групп животных при освоении почвы как среды обитания
• формирование у бактерий устойчивости к антибиотикам
• изменение строения конечностей у предков лошади в связи с освоением открытых пространств

2. Стабилизирующий отбор- форма естественного отбора, при котором действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака — это определение дал И.И.Шмальгаузен.

Происходит при постоянных условиях окружающей среды.

Стабилизирующий отбор как бы защищает и охраняет среднее проявление признака от существенных изменений.

Стабилизирующий и движущий отбор тесно связаны между собой - они периодически сменяют друг друга в жизненном цикле популяций живых существ.

Примеры стабилизирующего отбора:

• сохранение особей со средней плодовитостью. Чем больше птенцов или детенышей в гнезде, тем труднее их выкормить, тем каждый из них меньше и слабее. Малое количество птенцов ведет к уменьшению количества потомков с родительскими признаками. В результате наиболее приспособленными оказываются особи со средней плодовитостью.

• гибель во время сильной бури птиц, имеющих слишком короткие и слишком длинные крылья
• сохранение у растений, опыляющихся насекомыми, определённого строения цветка, соответствующего размерам насекомых
• выживание детенышей со средним весом. У млекопитающих новорожденные с очень низким и очень высоким весом чаще погибают при рождении или в первые недели жизни, чем новорожденные со средним весом; 
• сохранение реликтовых видов: латимерии, галапагосских черепах, гаттерии и др.

Уникальная фауна в озере Байкал также сформировалась благодаря стабилизирующему отбору.

Байкал уже около 20 млн. лет не имеет соединения с другими водоемами, поэтому организмы из других водоемов не могут попасть в это озеро.

В результате в нем сохранились виды, которые во всех остальных водоемах уже вымерли. У этих видов происходило изменение генофонда благодаря мутациям и действию естественного отбора, что привело к появлению новых эндемичных видов, то есть видов, которые могут обитать только в условиях озера Байкал.

График этой формы отбора на примере признака длины шерсти выглядит следующим образом:

Крайние признаки при постоянных условиях среды стабилизирующим отбором отсекаются, погибают особи с короткой шерстью, например, не выдержав температурный режим, также погибают особи с длинной шерстью, например, из-за того, что в такой шерсти заводится слишком много паразитов, для которых температурный режим окружающей среды благоприятен для активного размножения.

Получается, что особи со средней длиной шерсти в таких условиях оказываются наиболее приспособлены.

3. Дизруптивный (разрывающий) отбор- естественный отбор, при котором сохраняются крайние варианты признака и убираются его средние значения.

Снова расмотрим признак длины шерсти.

До наступления ледникового периода у слонов была определенная шерстистость, но с наступлением похолодания особи, у которых шерсть была кроткой, просто мигрировали южнее, где климат оставался по-прежнему теплый.

А у животных, которые оказались в плену холодной части ареала, напротив, преимущество было на стороне тех, которые имели наиболее длинную шерсть.

В итоге особи со средней длиной шерсти оказались в менее выгодном положении, чем все остальные.

График этой формы отбора:

То есть при действии дизруптивного отбора внутри популяции возникает несколько отчетливо различающихся фенотипических форм- такое понятие называется полиморфизм.

Так как скрещивание между такими популяциями из-за изоляции будет невозможно, то это приводит к постепенному расхождению признаков этих популяций и образованию новых видов.

Иногда дизруптивный отбор рассматривают как частный случай движущего отбора, поскольку обе эти формы приводят к изменению фенотипического облика популяций (в противоположность стабилизирующему отбору).

Примеры:

• мальки окуней питаются мальками других видов рыб. При отсутствии корма, необходимого для подрастающей молоди, в популяции окуней могут сохраниться только «карлики» (особи с резко замедленным ростом, которые длительное время могут питаться планктонными ракообразными) и «гиганты» (особи, способные уже к концу первого года жизни питаться мальками окуней своего же поколения). При такой ситуации в водоеме в течение ряда лет в результате дизруптивного отбора возможно формирование двух рас окуней- «гигантов» и «карликов».
• формирование на сенокосных лугах двух рас погремка- раннецветущей и позднецветущей.
• возникновение разных подвидов и видов синиц в связи с пищевой специализацией.
• до сенокоса преобладают одуванчики с высоким цветоносом, а после сенокоса- формы с низким цветоносом.

4. Половой отбор- форма естественного отбора, основанная на успешности в размножении.

Самец, который живет недолго, но популярен среди самок и поэтому производит много потомков, имеет гораздо более высокую совокупную приспособленность, чем тот, что живет долго, но оставляет мало потомков.

То есть оценивается не выживаемость самца, а его активное участие в размножении. Значение полового отбора заключается в активизации процесса размножения вида. Встречаются две формы полового отбора:

• самка пассивна, а самцы борются за право продолжать род, причем побеждает более сильный (самец, в ряду поколений приобретает большую физическую силу, более мощное развитие копыт, рогов, клыков и другие признаки, которые пригодятся в борьбе за самку).
• самка активна, именно самка выбирает более привлекательного самца для продолжения рода. Это приводит к конкуренции между самцами за более красивый и яркий наряд (большинство птиц и бабочек), хоть это может вылиться в их гибель, так как при яркой окраске они становятся легкой добычей для хищников.

Или сильная разветвлённость рогов у оленей, ослабляющая их значение как органов защиты или нападения, длинный тяжёлый хвост у самцов некоторых птиц, но именно эти признаки благоприятствуют выбору самки и успешность этих самцов к размножению возрастает.

Половой отбор является прогрессивной формой отбора, поскольку не требует гибели «побежденных»: «побеждённые», как правило, выживают и могут жить дольше, чем победители, а в последующий сезон спаривания даже могут оказаться «победителями».

Искусственный отбор- выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

Человек давно научился выводить для своей хозяйственной деятельности растения и животных, с новыми качествами, которые ему нужны. Например, выращивание пшеницы, которая дает наибольший урожай — это искусственный отбор.

С развитием науки человек научился создавать новые штаммы бактерий, например, молочнокислых бактерий, которых используют для приготовления кисломолочных продуктов и добавляют в пищу.

Именно на основе искусственного отбора удалось понять принципы естественного отбора.

Искусственный отбор является ускоренным движущим отбором.

Например, чтобы вывести новую породу кур, требуется около 8 лет, а чтобы получить расу (форму) насекомых, устойчивых к ядохимикатам, достаточно один раз обработать поле и среди массы погибших насекомых найти единицы выживших, от которых произойдут особи, приспособленные к ядохимикатам.

Таблица. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора

Факторы, влияющие на эффективность естественного отбора:

• условия существования
• индивидуальные признаки (если все особи в популяции совершенно одинаковы, то даже в условиях жесткой борьбы за существование все они имеют равные шансы уцелеть или погибнуть)
• сила давления отбора (эффективность естественного отбора зависит от доли особей, доживших до половой зрелости и участвующих в размножении, чем меньше эта доля, тем больше интенсивность и сила отбора)
• изоляция усиливает действие и эффективность отбора
• мутационный процесс (ослабление мутационного процесса уменьшает эффективность естественного отбора)

Важнейшим свойством естественного отбора является его способность накапливать и совмещать полезные признаки.

Естественный отбор, начавшийся у каждого вида с момента его возникновения, действует на всем протяжении его существования. При этом он может привести как к прогрессии вида, так и к его деградации.

Не стоит забывать о комбинативной и мутационной изменчивости, благодаря которым также могут появляться совершенно новые признаки организмов.

Вполне естественно, что отбор идет по пути постепенного аккумулирования благоприятных признаков и исчезновения неблагоприятных, все это происходит благодаря постоянным мутациям и выборке тех их них, которые способствуют более лучшей выживаемости. В результате образуется много хорошо приспособленных к жизни организмов.

У представителей вида, имеющих признак, дающий преимущество в выживании и размножении, велика роль занять ведущее положение в своей популяции.

Например, если низкорослость растений дает преимущество в выживании, то через некоторое время они займут доминирующее положение на своей территории.

Творческая роль естественного отбора состоит в изменении одного вида, приводящем к возникновении нового вида.

То есть естественный отбор усиливает полезные и ослабляет негативные признаки, а также признаки, утратившие приспособительное значение, создавая таким образом новые виды. При этом один генетический набор организма, на который воздействуют разные по сути направления отбора, может дать совершенно разные генетические комбинации, которые выразятся в дальнейшем в многообразии вида.

Естественный отбор начался с момента возникновения жизни на земле, действует постоянно, никогда не останавливаясь.

В наших материалах вы ознакомились с многими эволюционными факторами. Результат воздействия всех этих факторов мы видим вокруг себя - это и современный человек, и многообразие растительного и животного мира, приспособленного к жизни в разных условиях.

Выводы:

• естественный отбор препятствует увеличению численности организмов в геометрической прогрессии
• естественный отбор имеет направленное действие и основан на борьбе за существование
• естественный отбор сохраняет наиболее приспособленных к условиям окружающей среды особей
• естественный отбор является движущей силой эволюции и одним из факторов эволюции