Связь между наследственностью и изменчивостью

Связь между наследственностью и изменчивостью совершенно ясна: оба эти явления выражают различные стороны преемственности в процессе воспроизведения, именно сходства и несходства потомства с исходными формами (причем под исходными формами подразумеваются не только родительские, так как в наследовании может проявиться сходство не с родителями, а с более или менее далекими предками).

Сходство выражает известную устойчивость органических форм в ряду поколений, а несходство — их способность к преобразованию. Так как всякое сходство познается только путем оценки различий, т.е. несходств, то и законы наследственности познаются через изучение закономерностей в процессах изменчивости, т.е. путем анализа форм изменчивости и роли этих процессов в нарушении сходства между родителями и их потомками.

Анализ явлений изменчивости среди потомков одних и тех же особей показал следующее:

1. Некоторые различия повторяются закономерно лишь в связи с известными условиями внешней среды, т.е. имеют характер непосредственной и определенной реакции организма на изменение некоторого внешнего фактора, например, температуры, влажности, освещения, питания. Такие различия по сравнению с исходной формой называются модификациями.

2. Другие различия повторяются закономерно у определенной части особей даже в том случае, если условия внешней среды оказываются совершенно одинаковыми для всех сравниваемых особей. Такие различия признаются наследственными. Анализ закономерностей их передачи и привел к раскрытию законов наследственности.

Таким образом, законы наследственности, с одной стороны, выражают повторение, т.е. изменчивость форм в ряду поколений, а с другой — выражают и закономерности в передаче изменений, т.е. различий, от родителей потомкам.

Так как наследственность и изменчивость — основные свойства жизни, то изучающая их наука может считаться стержневой отраслью науки о живом.

Естественный отбор

Естественный отбор — единственный направленный эволюционный фактор, необходимый процесс, который управляет изменениями и контролирует их.

В основе дарвиновской теории лежит факт весьма интенсивного размножения организмов. Если бы для размножения не было преград, то увеличение численности любого вида живых существ шло бы в геометрической прогрессии. Это означает, что и медленно размножающиеся организмы очень быстро заняли бы поверхность земного шара. Но этому размножению противостоят многочисленные препятствия, приводящие к огромной смертности, в особенности среди личинок и молоди. Эта смертность, как правило, возрастает с увеличением численности, но это не означает, что размножение приводит к настоящему перенаселению, характеризуемому недостатком жизненных средств. Во многих случаях смертность определяется врагами и паразитами, размножающимися параллельно увеличению численности тех организмов, которые служат им пищей.

Таким образом, не только при наличии перенаселения, но и без него размножению любого вида организмов противостоят всевозможные препятствия. Таковыми являются:

? неблагоприятные влияния физических факторов;

? истребление врагами и паразитами;

? болезни и голод.

Организм встречает в этих факторах сопротивление не только увеличению своей численности, но и своему существованию. Только путем преодоления этого сопротивления данный вид может сохранить для себя и своего потомства место в фауне и флоре данной территории.

Эту форму активности организма в обеспечении своей жизни и жизни своего потомства Ч. Дарвин назвал борьбой за существование. Здесь идет речь об активности организмов, направленной на поддержание своей жизни и на оставление потомства. Она выражается в конкуренции и пассивных формах соревнования. Дарвиновское понимание «борьбы за существование» охватывает разнообразные формы взаимодействия между организмом и окружающей его средой, следовательно, в понимание борьбы входят различные формы сотрудничества. Борьба за существование означает все формы проявления активности данного вида организмов, направленные на поддержание жизни своего потомства.

Как велика интенсивность размножения живых существ и велика их истребляемость видно из следующих примеров. Форель откладывает ежегодно около 600 икринок на протяжений примерно 10 лет жизни, т.е. всего около 6000 яиц. Если принять среднюю численность форелей постоянной, от каждой пары родителей сохраняется в виде половозрелого потомства только одна пара. Следовательно, из 6000 зародышей форели гибнут на различных стадиях в среднем 5998, а выживают и оставляют потомство лишь 2 особи. Однако форель не принадлежит к числу особо плодовитых рыб. Сельдь мечет по 40 000 икринок ежегодно в течение около десятка лет, карп — по 200 000 икринок в течение нескольких десятков лет, осетр — по 2 000 000 икринок в течение многих десятков лет. Треска откладывает по 10 млн, а морской налим — около 60 млн яиц. Из этого почти астрономического количества особей выживает и оставляет в свою очередь потомство в среднем лишь 2 особи. Вся остальная масса гибнет еще в виде яиц и зародышей, главным образом — в виде мальков и молоди, частью же во взрослом состоянии.

Это удивительное расхождение между числом жизней зарождающихся и полностью осуществляемых является вполне объективным мерилом интенсивности борьбы за существование.

Однако и медленное размножение может привести к быстрому увеличению численности. Дарвин приводит пример слона, который размножается очень медленно. Если одна пара слонов в течение жизни даст только три пары слонят и они все выживут, то за 750 лет от одной пары слонов произошло бы потомство в 19 000 000 особей. Это, конечно же, теоретические расчеты. Но и в действительности, если животное мало истребляется, то оно и при незначительной плодовитости может достигнуть огромной численности.

Несмотря на способность организмов к быстрому размножению, фактически ему всегда довольно скоро кладется предел. Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование:

? межвидовая;

? внутривидовая;

? борьба с неблагоприятными условиями среды. Примеры межвидовой борьбы многочисленны. С экологической точки зрения, она представлена хищниками, паразитами и конкуренцией. И волки и лисы охотятся за зайцами. Между волками и зайцами, а также между лисами и зайцами идет напряженная борьба за существование. Отсутствие добычи обрекает хищников на голод и гибель. В то же время между хищниками — волками и лисами — тоже существует конкуренция за пищу. Это не означает, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом (хотя в мультфильмах мы видим, как они иногда дерутся за добычу), но успех одного означает неуспех другого. Травоядные животные смогут выжить и оставить потомство только в том случае, если они сумеют избежать хищников и будут обеспечены пищей. Но растительностью питаются разные виды млекопитающихся, а кроме того, — насекомые и моллюски: что досталось одному, не досталось другому. Существование трав, в свою очередь, зависит не только от поедания их животными, но и от других условий: опыления цветков, конкуренции с другими растениями за свет, влагу и т.д. Беспрепятственное размножение микроорганизмов сдерживают, помимо прочих факторов, антибиотики, выделяемые грибами, и фитонциды, образуемые земными растениями. К межвидовой борьбе относится и взаимодействие организмов в форме паразитизма, при которой организм хозяина становится менее конкурентно-способным.

В приведенных примерах межвидовых взаимоотношений напряженность борьбы между видами ослаблена тем, что организмы имеют, как правило, не один, а несколько источников питания.

Внутривидовая борьба означает конкуренцию между особями одного вида, у которых потребность в пище, территории и других условиях существования одинаковая. Ч. Дарвин считал внутривидовую борьбу самой напряженной. Поэтому в процессе эволюции у популяций выработались различные приспособления, снижающие остроту конкуренции:

? разметка границ;

? угрожающие позы и т.п.

Борьба с неблагоприятными условиями среды оказывает огромное влияние на выживаемость организмов. Много растений гибнет во время холодных малоснежных зим. В сильные морозы увеличивается смертность и среди животных, обитающих в почве: кротов, дождевых червей. Зимой же при недостатке растворенного в воде кислорода гибнет рыба. Семена растений нередко заносятся ветром в неблагоприятные места обитания и не прорастают.

Выживают лишь наиболее приспособленные к данным условиям особи. Они образуют новую популяцию, что в целом способствует выживанию вида. В борьбе за существование выживают и оставляют потомство индивиды, обладающие таким комплексом признаков и свойств, которые позволяют наиболее успешно конкурировать с другими.

В природе происходят процессы избирательного уничтожения одних особей и избирательного выживания других — явление, названное Ч. Дарвином естественным отбором.

Естественный отбор — это сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных.

Особи, успешно противостоящие неблагоприятным факторам и лучше использующие ресурсы внешней среды, с большей вероятностью могут оставить потомство. Этот процесс, действующий на протяжении десятков и сотен поколений, — главная движущая сила эволюции.

Учение о естественном отборе, сформулированное Ч. Дарвином, стало основой теории эволюции. В настоящее время учение о естественном отборе пополнено новыми фактами, и развито множество новых подходов. Понятие «естественный отбор» относится к фундаментальным понятиям не только эволюционного учения, но и всей биологии. С точки зрения биологии, выживает сильнейший, наиболее приспособленный, т.е. тот, кто выжил. Внутривидовой отбор отбирает те признаки, те особенности, которые, возникнув в результате действия случайных факторов, затем передаются в будущее за счет действия механизма наследственности. Внутривидовая борьба порождает отбор в живом мире — это фильтр, принцип отбора. Принципами отбора являются все законы сохранения, законы физики и химии в частности. К числу принципов отбора относится и второй закон термодинамики, не выводимый из законов сохранения. В экономике принципами отбора являются условия баланса и т.д.

Различают три главные формы отбора:

? движущий;

? стабилизирующий;

? деструктивный.

При движущем, или центробежном, отборе большую вероятность оставить потомство имеют особи, изменившиеся по каким-нибудь признакам по сравнению со средней для данного вида нормой. Отбирается один тип отклонения от нормы. Так появляются на свет более устойчивые к антибиотикам бактерии, более быстрые зайцы, засухо- и морозоустойчивые растения. Это путь возникновения новых видов, лучше приспособившихся к условиям внешней среды, чем виды-родители.

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

При деструктивном (деструкция — нарушение нормальной структуры чего-либо), или разрывающем, отборе отбирается не один, а несколько признаков отклонения от нормы (два или больше). Это путь дробления предкового вида на дочерние группировки, каждая из которых может стать новым видом. При этом единый прежде вид распадается на группировки (расы, формы), отличающиеся морфологически, по времени размножения или же по предпочитаемой пище. Человек применяет деструктивный отбор, выводя мясные и молочные породы рогатого скота, верховых и тяжелоупряжных лошадей, разные породы собак и сорта культурных растений.

Выделяют еще семейный, или групповой, отбор, когда преимущество в размножении получают не отдельные особи, а вся группа в целом. Так возникают приспособительные черты группового поведения муравейника, пчелиной семьи, табуна копытных или стаи обезьян.

Несмотря на то, что разные формы естественного отбора могут приводить к разным, даже противоположным результатам, принцип у всех этих форм один: выживание и большая вероятность оставить потомство наиболее приспособленных к данным условиям особей.

Естественный отбор создает приспособляемость видов к условиям внешней среды. Но отбор бывает не только естественным, но и искусственным. Искусственный отбор — это способ, с помощью которого наряду с гибридизацией человек создал и создает высокопродуктивные породы животных, сорта культурных растений. Темпы эволюции, управляемой человеком, гораздо быстрее, чем в природе. Это объясняется тем, что искусственный отбор гораздо эффективнее естественного: человек сохраняет только те организмы, которые ему нужны, а в природе большинство полезных мутаций лишь несколько увеличивает вероятность выживания и размножения.

Термин «искусственный отбор» не отождествляется с естественным. Высшие формы искусственного отбора явно отличны от естественного. Человек выбирает подходящие ему особи для размножения. При естественном отборе факторы среды уничтожают менее приспособленные особи и устраняют их от размножения. Принцип действия как будто прямо противоположный: в первом случае сохраняются положительные особи, во втором — уничтожаются отрицательные. Однако примитивные формы искусственного отбора в этом отношении приближаются к естественному: первобытный человек не производил подбора пар, а просто уничтожал менее ценных животных.