Факторы эволюции и видообразование

Наследственная изменчивость

Наследственная изменчивость поставляет генетический материал для эволюционных преобразований. Организм не может адаптироваться к среде, если в популяции нет генетического разнообразия. Этот фактор делится на два типа.

1. Мутационная изменчивость заключается во внезапном изменении генетического материала. Мутации носят случайный характер и могут затрагивать как отдельные гены, так и целые хромосомы. Полезные мутации закрепляются, вредные отсеиваются, а нейтральные могут накапливаться в генофонде.

2. Комбинативная изменчивость возникает в результате перетасовки уже существующих генов при половом размножении в процессе гаметогенеза. Образование новых комбинаций аллелей обеспечивает разнообразие фенотипов потомства. Источниками такого разнообразия служат кроссинговер в профазе первого деления мейоза, независимое расхождение хромосом и случайная встреча гамет при оплодотворении.

Популяционные волны (волны жизни)

Популяционные волны определяются как периодические или непериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Причины могут быть различными: урожай или неурожай кормовых ресурсов, вспышки заболеваний, климатические изменения. При резком падении численности меняется встречаемость определённых аллелей. Случайные редкие гены могут стать массовыми просто потому, что выжили именно их носители.

Миграции

Миграции обеспечивают обмен генами между разными популяциями в результате скрещивания между особями. Если птицы из одной стаи перелетают в соседний лес и скрещиваются с местными особями, происходит перемешивание генетического материала. Это обогащает генофонд и снижает генетические различия между отдельными группами вида.

Дрейф генов

Дрейф генов представляет собой случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции при её низкой численности. Этот процесс имеет колоссальное значение для малых групп организмов.

Здесь важно ответить на частый вопрос о том, в каких популяциях отбор работает эффективнее: в больших или в малых. Важно понимать, что естественный отбор лучше работает именно в больших популяциях. Эффективность отбора выражается в его способности гарантированно удалять вредные мутации и закреплять полезные. В малой популяции огромное влияние приобретает дрейф генов. Дрейф способен случайным образом закрепить вредный признак или навсегда удалить полезную мутацию просто из-за случайной гибели её немногочисленных носителей. Большие популяции более устойчивы к таким случайностям, поэтому естественный отбор там работает направленно и стабильно.

Изоляция и её виды

Изоляция — появление барьеров, которые мешают свободному скрещиванию особей. Это обязательное условие для начала видообразования.

Географическая изоляция связана с появлением непреодолимых физических преград: рек, горных хребтов, ледников либо с огромными расстояниями при расширении ареала обитания вида.

Экологическая изоляция возникает на одной и той же территории. Она базируется на различиях в экологических нишах. Особи могут жить в одном лесу, но питаться разными растениями и никогда не встречаться. Экологическая изоляция часто достигается через репродуктивную изоляцию, которая имеет несколько форм:

• Анатомо-морфологическая форма заключается в несоответствии строения органов половой системы. У растений анатомическая изоляция проявляется в том, что пыльца другого вида просто не прорастает на рыльце пестика.
• Этологическая изоляция основана на различиях в поведении. У особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения из-за различий в ритуалах ухаживания или брачных песнях птиц.
• Временная форма означает разницу в сроках размножения. Две популяции рыб могут обитать в одном озере, но нереститься в разные месяцы года.
• Генетическая форма срабатывает на клеточном уровне. Гаметы оказываются несовместимыми, и зигота не образуется. Иногда потомство появляется, но гибриды обладают пониженной жизнеспособностью или абсолютной стерильностью. Классические примеры гибридов: мул (гибрид осла и кобылы), лошак (гибрид жеребца и ослицы), тумак (гибрид зайца-беляка и русака).

Концепция Чарлза Дарвина строится на том, что организмы производят больше потомства, чем может выжить. Возникает борьба за существование.

Формы борьбы за существование:

1. Внутривидовая борьба протекает наиболее остро, поскольку особи одного вида нуждаются в абсолютно одинаковых ресурсах (пища, территория, партнёры для размножения).
2. Межвидовая борьба наблюдается в отношениях «хищник — жертва», «паразит — хозяин» либо при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс или местообитание.
3. Борьба с неблагоприятными условиями среды заставляет организмы выживать в экстремальных условиях: засухи, низких температур, высокой солёности почвы или недостатка освещения.

Естественный отбор возникает в результате борьбы за существование. Лучше всего выживают и оставляют потомство те организмы, которые лучше приспособлены к условиям окружающей среды. Менее приспособленные особи погибают. Роль естественного отбора заключается не только в устранении слабых организмов, но и в накоплении полезных изменений. Благодаря этому появляются новые приспособления и формируются новые виды.

Существуют следующие формы отбора:

• Движущая форма работает при изменении условий среды. Отбор сдвигает норму реакции в определённую сторону. Пример: индустриальный меланизм берёзовой пяденицы, когда бабочки в промышленных районах поменяли окрас со светлого на тёмный.
• Стабилизирующая форма действует в постоянных условиях среды. Востребованы особи со средним значением признака, а крайние отклонения погибают. Пример: сохранение формы цветка у растений, опыляемых строго определённым видом насекомых.
• Дизруптивная (разрывающая) форма поощряет крайние отклонения и уничтожает особей со средним значением признака. Пример: на океаническом острове с сильными ветрами выживают насекомые либо с очень мощными крыльями, либо вообще без крыльев (бескрылые формы не сдуваются потоками воздуха).
• Половой отбор означает выборочное спаривание с партнёрами, которые обладают определёнными признаками, повышающими привлекательность. Пример: роскошный хвост павлина или огромные рога оленей. Встречаются признаки, мешающие выживанию, но они сохраняются, так как увеличивают вероятность спаривания.

В ЕГЭ по биологии тема эволюции встречается как в заданиях первой части с кратким ответом, так и во второй части с развёрнутым ответом. Разберём типичные задания линии 17 и 26. Сначала попробуй решить их самостоятельно, а затем сравни своё решение с алгоритмом ниже.

Задача 1

Выберите три предложения, в которых даны описания экологического видообразования.

(1) Новые виды могут формироваться в пределах стабильного ареала исходного вида.

(2) Изоляция популяций, вызванная антропогенными факторами, может быть причиной видообразования.

(3) Широкое расселение большой синицы привело к обособлению трёх подвидов: евроазиатского, южноазиатского и восточноазиатского.

(4) Различные условия среды в пределах ареала вида выступают фактором видообразования.

(5) В границах единого ареала в Южной Америке возникли два вида традесканции, приспособленные к жизни в тенистых лесах и на открытых лугах.

(6) Образование двух видов лосей стало следствием разделения их ареалов после расхождения материков.

Задача 2

При исследовании многолетней динамики численности леммингов учёными было замечено, что их численность в разные годы то возрастала, то сокращалась. Проявлением какого эволюционного фактора является данный пример? Назовите не менее двух причин данного явления. Что происходило с генофондом популяции в те годы, когда численность снижалась до 10 особей на гектар? Поясните опасность такого изменения для эволюции вида.

Для проверки знаний выполни два задания. Прочитай вопрос, определи правильные варианты и только потом сверься с ответами.

Задание 1

Выберите три верных ответа и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
Комбинативная изменчивость характеризуется следующими признаками:

1) носит индивидуальный характер;
2) изменяется в пределах нормы реакции;
3) повышает генетическое многообразие в популяции;
4) создаёт новые аллели;
5) происходит под воздействием факторов окружающей среды;
6) основана на перекомбинации хромосом в мейозе.

Задание 2

Выберите три верных ответа и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Дрейф генов вызывает:

1) увеличение генетического разнообразия в популяции;
2) появление новых аллелей и их комбинаций;
3) элиминацию (потерю) многих аллелей;
4) фиксацию (закрепление) как вредных, так и полезных аллелей;
5) повышение общей приспособленности популяции;
6) увеличение числа гомозиготных особей.

Теперь ты понимаешь, какие силы лежат в основе эволюции и как именно появляются новые виды. Ты уже различаешь факторы, которые действуют направленно, и процессы, основанные на случайных изменениях. Понимаешь, почему наследственная изменчивость считается материалом для эволюции, а изоляция становится важным условием образования новых видов.

Ты знаешь, как работает борьба за существование и почему естественный отбор может проявляться в разных формах. В заданиях ЕГЭ особенно важно уметь находить ключевые признаки в условии и по ним определять тип отбора или способ видообразования — именно на этом часто строятся вопросы линий 7, 17, 18 и 26. Теперь тебе проще объяснять влияние дрейфа генов и волн жизни на популяции, а также последовательно описывать эволюционные процессы в заданиях с развёрнутым ответом.

Чтобы закрепить тему, полезно решить несколько комплексных заданий по эволюции из «100балльного банка» и отдельно потренироваться в анализе факторов эволюции и механизмов видообразования.