Великий английский учёный Ч. Дарвин (1809-1882) разработал научную теорию эволюции живой природы . Главный труд Дарвина 1859г. - «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Фактор эволюции - это движущая сила, вызывающая и закрепляющая изменения в популяциях как элементарных единицах эволюции.
Историческая заслуга Дарвина не в том, что он указал на наличие биологической эволюции (об этом говорили многие мыслители задолго до него), а в том, что он вскрыл материальные факторы эволюции (наследственность и изменчивость) и один из движущих факторов (естественный отбор) и вскрыл тем самым причины протекания биологической эволюции. Факторы эволюции - триада Дарвина – изменчивость и мутации, наследственность, естественный отбор .
Изменчивость - способность живых организмов изменяться, приобретать новые признаки под влиянием условий внешней (ненаследственная изменчивость) и внутренней (наследственная изменчивость) среды. Наследственная изменчивость может быть комбинативной и мутационной . Комбинативная изменчивость связана с возникновением разных комбинаций аллельных генов (рекомбинаций). Мутации – устойчивые изменения генетического материала и, как следствие, наследуемого признака. Результат мутаций - появление новых признаков у дочернего организма, которые отсутствовали у его родителей. Дарвин различал определённую , неопределённую и соотносительную изменчивость . Определенная изменчивость - приобретение новых признаков у значительного числа организмов, относящихся к данному виду, под влиянием различных факторов внешней и внутренней среды. Неопределенная изменчивость - приобретение новых признаков отдельными организмами, относящимися к данному виду, под влиянием факторов внешней и внутренней среды. Соотносительная изменчивость - взаимосвязь приобретения новых признаков разными органами и системами органов.
Наследственность - свойство живых организмов обеспечивать передачу потомству генетически закодированной информации о каких-либо признаках. Связь между поколениями осуществляется посредством размножения. Наследственные свойства передаются из поколения в поколение через половые клетки (при половом размножении).
Естественный отбор - главный эволюционный фактор, способствующий выживанию «благоприятных» особенностей строения и элиминация неблагоприятных. Процесс выживания особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и их последующее размножение. Отбирающий фактор - условия внешней среды: высокая или низкая температура воздуха; избыток или недостаток влаги, света, пищи. Выделяют три формы естественного отбора , наиболее часто происходящие в природе: ведущий, или движущий (расширяет границы наследственной изменчивости популяции), стабилизирующий (разделяет популяции на части), дизруптивный (разделяет популяции на части). Естественный) отбор - это не случайный, а строго закономерный процесс, придающий эволюции направленность и в конечном счете создающий сложные адаптации, похожие на результат "разумного проектирования".
Называть современную теорию эволюции "дарвинизмом" или "теорией Дарвина" - не корректно , потому что биологическая наука очень далеко продвинулась в понимании эволюции по сравнению с исходной теорией Дарвина. Новые факторы эволюции :
Популяционные волны – периодические колебания численности популяции. Например: численность зайцев непостоянна, каждые 4 года их становится очень много, затем следует спад численности. Значение: во время спада происходит дрейф генов.
Дрейф генов - если популяция очень маленькая (из-за катастрофы, болезни, спада популяционной волны), то признаки сохраняются или исчезают независимо от их полезности, случайно.
Изоляция - фактор эволюционного процесса, который оказывает влияние на процессы скрещивания особей друг с другом. Изоляция способствует дивергенции признаков, закрепляет различия между особями изолированных групп. Определенное значение имеет длительность изоляции.
Миграции особей из популяции в популяцию также являются важным источником генетического разнообразия популяции. Благодаря свободному скрещиванию при миграции происходит обмен генами между особями популяции одного вида (поток генов). При этом гены мигрирующих особей включаются при скрещивании в генофонд популяций. В результате генофонд популяций обновляется.
Взаимосвязь движущих сил эволюции . Хотя из всех элементарных эволюционных факторов ведущая роль в эволюционном процессе принадлежит естественному отбору, он может происходить только при наличии мутационной изменчивости, создающей материал для отбора, и представляет главный (но не единственный) фактор эволюции. Таким образом, мутации, рекомбинации, миграции, популяционные волны, дрейф генов и изоляция – также важные ненаправленные эволюционные факторы. В природе они действуют совместно, однако роль каждого может усиливаться в конкретной обстановке. Все эти факторы обеспечивают генетическую неоднородность популяций.
Между искусственным и естественным отбором нет непроходимой пропасти : злаки с неосыпающимися семенами выведены нами бессознательно, и наоборот, у термитов и муравьев есть сельское хозяйство с миллионолетним отбором видов грибов которые уже не могут существовать самостоятельно.
Антиэволюционисты ошибаются , когда говорят, что искусственный отбор не создал ни одного нового вида. Очень многие виды диких животных, относящиеся к одному роду, а иногда и к разным родам, в принципе способны скрещиваться и давать плодовитое потомство, однако в естественных условиях они почти никогда этого не делают. Кукуруза - одно из ярких живых свидетельств могущества искусственного отбора. Дикий предок кукурузы - растение теосинте - имело крошечный початок с небольшим числом мелких. Несколько тысячелетий искусственного отбора превратили теосинте в кукурузу.
Ч. Дарвина сводится к линии логических, подтверждаемых экспериментами и иными исследованиями, положений. Так, ним было доказано, что всем видам живых организмов свойственна индивидуальная наследственная изменчивость по любым признакам; все они размножаются в геометрической прогрессии; внутри видов идёт борьба за существование в силу ограничения жизненных ресурсов; в этой борьбе выживают и далее размножаются только приспособленные особи.
3. Естественный отбор - отождествляет механизм выживания единиц с необходимыми наследственными изменениями и их дальнейшее размножение. Отбор является результатом борьбы за существование. Выделяют следующие его механизмы:
а) образование наследственных изменений;
б) выживание и сохранение особей с этими изменениями в соответствующей среде обитания;
в) размножение этих единиц, рост их численности и распространение полезных наследственных изменений.
Движущие силы эволюции, взаимодействуя друг с другом, позволяют объяснить образование иных видов в природе. Материалы, накопленные в разных разделах биологии, имеют логическое заключение только тогда, когда они соответствуют принципу эволюции.
Огромная заслуга Ч. Дарвина заключается в объяснении процесса развития и образования видов. Именно этот факт сделал эволюционное учение Дарвина общепринятой теорией.
В природе постоянно происходит масса событий, которые влияют на генофонд любой популяции организмов. И все они относятся к движущим силам эволюции. В их качестве Чарльз Дарвин выделил естественный отбор и борьбу за существование.
Современные ученые-биологи к движущим силам эволюции относят дрейф генов, и частоту мутаций. Уточнения и дополнения к теории эволюции стали возможными после развития молекулярной биологии и расшифровки геномов. Какие факторы относят к движущим силам эволюции, согласно современной синтетической теории, рассмотрим в этой статье.
Наследственность: ядерная и цитоплазматическая
Свойство всех живых организмов передавать признаки из поколения в поколение (наследственность) не зря относят к движущим силам эволюции. Именно наследственность обеспечивает преемственность и закрепление ценных адаптаций для выживания, размножения и дискретности (индивидуальности и многообразия) видов. Материалом эволюции выступает при этом вся совокупность хромосом (генотип) в ядре клетки организма. Кроме того, некоторые органеллы клетки имеют собственные кольцеобразные ДНК, которые наследуются независимо от матери к потомкам (пластиды у растений и митохондрии у всех живых организмом).
Изменчивость - залог многообразия видов
К движущим силам эволюции относят и свойство потомков приобретать признаки, которых не было у родительских форм. Но не всякая изменчивость приводит к закреплению новых особенностей в генотипе. Фенотипическая изменчивость, как фактор приспособляемости к среде обитания, не затрагивает генный аппарат, а является формой проявления генотипа в фенотипе и находится в пределах норм реакции признака. Ее не относят к движущим силам эволюции. В контексте нашей статьи интерес представляет изменчивость генотипическая (мутационная и комбинативная), с изменениями в генотипе.
Изменчивость комбинативная
Этот вид изменчивости напрямую связан с половым процессом и выражается в независимом расхождении хромосом и процессах кроссинговера (обмена участками между гомологичными хромосомами) в результате мейоза при образовании половых клеток (гамет). Именно различные комбинации генов и их аллелей в геноме гамет и появление в полового размножения ускорило эволюционные процессы на планете и стало значительным приобретением в облегчении приспособляемости к условиям окружающей среды для панмиктичных (размножающихся половым путем) организмов.
Мутации геномного уровня
Самый крупный вид который изменяет весь геном (набор генов), не затрагивая при этом структуру хромосом.
- Полиплоидность - увеличение, кратное гаплоидному (n) набору (3n, 4n, 5n, 6n, 7n и так далее) числа хромосом организма. Такой тип мутаций присущ многим растениям и простейшим животным.
- Анеуплоидность - появление лишних или потери хромосом в результате нарушений в прохождении мейоза. В результате у организма с полным набором хромосом (2n) появляется моносомия (2n-1), трисомия (2n+1) или нуллисомия (2n-2). Чаще всего такие особи нежизнеспособны либо являются носителями тяжелых генетических болезней (синдром Дауна у человека связан с наличием третьей хромосомы в 21 паре).
Хромосомы и их мутации
В данном случае в результате нарушений в прохождении гаметогенеза (образования гамет) происходят перестройки в структуре самих хромосом. Такие мутации меняют функционирование комбинаций генов, реже отдельных генов, но не затрагивают изменение количества хромосом. Видов мутаций этого уровня достаточно много. Назовем лишь дупликации (удвоения) и делеции (потери) участка хромосомы.
Мутации генного уровня
Это мутации самого маленького масштаба - точечное изменение одного гена. Именно такой тип мутаций чаще всего относят к движущим силам эволюции, так как они способствуют увеличению числа новых аллелей в генотипе и многообразию внутри вида. Изменения одного гена приводит к изменению одного или нескольких (при множественном воздействии) признаков, повышая вариабельность фенотипов. По мере накопления таких мутаций в популяции они становятся фактором эволюции.
Волны численности
Резкое повышение численности особей или ее катастрофическое сокращение имеет название волн жизни или популяционных волн. Изменения численности могут произойти в результате многих факторов (пожары, вулканы, эпидемии, исчезновение естественных врагов). Но все они носят случайный характер и приводят к изменениям генофонда всей популяции, когда аутсайдеры могут оказаться в авангарде и наоборот.
Изоляция как фактор и движущая сила биологической эволюции
Изоляция как свободного скрещивания между популяциями одного вида панмиктичных организмов - яркий примет действия этого фактора эволюции. Большинство видов на планете появилось благодаря возникновению популяций. Выделяют следующие их виды:
- Пространственная (географическая, антропогенная).
- Биологическая (экологическая, морфологическая, этологическая, генетическая).
В любом случае, когда между популяциями возникает барьер свободного скрещивания, можно говорить о начале процесса видообразования.
Борьба за существование как инструмент естественного отбора
Инструментом естественного отбора является борьба за существование, когда выживет и оставит плодовитое потомство только более приспособленный к данным условиям организм. Их борьба за существование бывает:
- Внутри - самая жестокая и непримиримая. Конкуренция представителей одного вида за пищевые ресурсы, территорию, лучшие условия обитания и возможность оставить потомство не оставляет шансов для слабых и неприспособленных особей.
- Между представителями разных видов, но занимающих одну экологическую нишу. Как пример - конкуренция за растительную пищу жирафа и зебры привели в процессе эволюции к физиологическим особенностям, сведя конкуренцию к минимуму.
Борьба организмов с неблагоприятными условиями. Пример: жировые горбы верблюда и мясистые листья суккулентов как приспособительные механизмы жизни в пустыне. Или светящиеся органы глубоководных рыб.
Эволюционное учение Дарвина, появившись в середине XIX века, не без проблем, но все же завоевало симпатии мировой научной общественности, став самой популярной теорией, объясняющей происхождение человека и других видов на планете. Впрочем, справедливо будет отметить, что эта теория в течение полутора веков своего существования под давлением критики и проблем с недостающими элементами сама пережила эволюцию, какой бы тавтологией это ни являлось.
Ведущее направление в современной науке называется синтетической теорией эволюции. Она возникла в результате переосмысления целого ряда утверждений классического дарвинизма, а также включения в изучение происхождения видов некоторых вспомогательных наук: молекулярной биологии, экологии, генетики, цитологии, палеонтологии и других. Однако о чем же она нам рассказывает? Каковы движущие силы эволюции? Какие условия сделали мир таким, каким мы его видим сегодня?
Движущие силы эволюции
В результате ряда определенных причин живые организмы претерпевают изменения. Они могут быть как отрицательными, так и положительными. В последнем случае организмы лучше других приспосабливаются к внешним условиям, вытесняя из экологической ниши незадачливых конкурентов.
По результатам мы можем констатировать свершившиеся эволюционные изменения. Современные ученые выделяют следующие основные движущие силы эволюции: борьба за существование, как ее следствие - естественный отбор, и последнее - изменчивость организмов со сменой поколений, что может быть вызвано различными мутациями. Рассмотрим все эти причины подробнее:
Заключение
Таким образом, движущие силы эволюции предопределяют изменение живых организмов на планете и преобразование самой природы.
Движущие факторы эволюции - факторы, которые направляют различные элементарные изменения, возникшие в результате мутаций, в сторону формирования приспособлений организмов к изменениям условий окружающей среды. Движущей силой эволюции называют естественный отбор, который является следствием борьбы за существование в различных ее формах. Несоответствие между количеством особей, появляющихся в популяции, и средствами для их жизни неизбежно приводит к борьбе за существование. Борьба за существование - сложные и разнообразные отношения особей внутри видов, между видами и с неорганической природой. Ч. Дарвин различал три формы борьбы за существование: 1) внутривидовую - взаимоотношения между особями, принадлежащими к одному виду; 2) межвидовой - взаимоотношения между особями, принадлежащими к разным видам; 3) борьбу с неблагоприятными условиями неорганической природы - взаимоотношения организмов с неживой природой. Следствием борьбы за существование является естественный отбор.
Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями. Этот фактор эволюции всегда направленный характер, он совершенствует приспособления к условиям существования, действует на все организмы в любом возрасте, идет по фенотипу и сводится к отбору генотипов с нормой реакции, соответствующей условиям данной среды. Особенно эффективно действует естественный отбор против доминантных мутаций. Достаточно часто в природе осуществляется в пользу гетерозигот (отбор по серповидноклеточной анемии). В зависимости от направления адаптационных изменений естественный отбор может быть движущим, стабилизирующим и разрывающей.
Движущий отбор - это отбор, вызывает постепенное изменение фенотипа, ведет к изменению нормы реакции в одном определенном направлении. Осуществляется в новых условиях в пользу изменений, которые в этих условиях имеют благоприятный характер. С движущим отбором связано появление новых приспособлений. Примерами действия движущего отбора является формирование устойчивости против ядохимикатов в насекомых, индустриальный меланизм в бабочек березовой пяденицы.
Стабилизирующий отбор - это отбор особей, который сопровождается при постоянном фенотипе сужением нормы реакции и ликвидирует отклонения от нее. Проявляет себя эта форма отбора, когда наступает устойчивость экологических условий. Стабилизирующий отбор обеспечивает поддержание постоянства определенного фенотипа, который наиболее соответствует среде, и отвергает любые менее приспособительные изменения. Примером действия стабилизирующего отбора является сохранение обтекаемой формы тела у рыб, размеров частей цветка.
Разрывающий (дизруптивный ) отбор - это отбор, который приводит к появлению нескольких фенотипов и направлен против средних промежуточных форм. Проявляется тогда, когда условия среды настолько изменились, что основная масса вида теряет адаптивность, а преимуществ приобретают особи с крайними отклонениями от средней нормы. Приводит эта форма отбора в полиморфизма - существование в пределах популяции двух или нескольких форм с резко отличными признаками. Примером действия разрывая отбора является возникновение популяций насекомых с длинными крыльями и без крыльев на островах, где постоянно дует сильный ветер.
Согласно синтетической теории эволюции естественный отбор направляет разные элементарные изменения фенотипов, возникших в результате мутаций в сторону формирования приспособлений организмов к изменениям условий окружающей среды. В этом и заключается творческая роль естественного отбора, поэтому его называют движущей силой эволюции.
