Доказательства ведущей роли отбора в возникновении новых признаков
Рассмотрим ещё несколько классических примеров отбора, начиная с явления индустриального меланизма.
В XIX—XX вв. в развитых индустриальных районах происходило потемнение окраски у многих бабочек. Так, в Европе к настоящему времени более чем у 70 видов чешуекрылых окраска изменилась. Причины и механизм этого явления удалось изучить на примере бабочки березовой пяденицы (Biston betularia), которая днем обычно неподвижно сидит на светлой коре, сливаясь с фоном дерева (рис.).
В 1848 г. на окраине Манчестера впервые были пойманы единичные экземпляры березовой пяденицы темного цвета — меланисты. Редкая вначале темная форма впоследствии стала интенсивно распространяться в промышленных задымленных районах, вытесняя белую форму. Темная форма бабочек неожиданно оказалась покровительственной (в связи с закопчением стволов деревьев и других мест их дневного отдыха). Наблюдения за некоторыми насекомоядными птицами (славки, синицы и др.) показали, что вдали от промышленных центров они вылавливают в основном темных бабочек, а в промышленных — белых (табл. 2).
Таблица 2 - Результаты экспериментов по изучению истребляемости светлых и темных форм березовой пяденицы в разных районах Англии (В. Кетлуэлл, 1956)
| Район | Выпущено, шт. | Выживаемость, % (выловлено световыми ловушками) | Уничтожено (отношение темных к светлым) | ||
| светлых | темных | светлых | темных | ||
| Закопченный фон | 1:2,1 | ||||
| 1:2,1 | |||||
| Незакопченный фон | 13,7 | 4,7 | 2,9:1 |
Распространение темной формы объясняется тем, что естественный отбор поддержал доминантный ген carbonaria, ответственный за темную окраску и связанный с изменением поведения (бабочки активно выбирали темный фон субстрата и были менее подвижными).
Тем самым впервые была доказана ведущая роль естественного отбора в возникновении и распространении нового признака. Получены и другие доказательства.
Так, были изучены микроэволюционные изменения, происходящие в популяциях ужей (Natrix sipedon) на островах озера Эри в Северной Америке. Ужи этих островов делятся по рисунку поперечных полос на четыре группы: А, Б, В, Г. Ужи типа А белые, у них отсутствуют полосы, у типа Г полосы наиболее выражены, типы Б и В занимают промежуточное положение (рис. 10.5). Доминирующими вокруг озера оказываются ужи группы Г, на островах встречаются группы А, Б и В. Излюбленными местами обитания ужей на островах служат известняковые скалы, обрывы и галечные отмели.
С островов были взяты оплодотворенные самки и от них получено потомство. У детенышей встречались все типы окраски. Однако среди взрослых ужей, отловленных на островах, встречались в основном особи типов А и Б. Это связано с избирательной элиминацией особей на островах в постэмбриональный период. На белых известняковых скалах островов преимущественно выживают светлые особи без полос. Полосатая окраска оказывается защитной в болотистых местах на материке вблизи озера. Вероятность выживания полосатых особей на островах примерно в 4 раза меньше, чем у особей без полос.
Много примеров ведущего действия отбора описано в связи с повышением устойчивости некоторых грызунов и насекомых к ядохимикатам, а микроорганизмов — к антибиотикам. Известно, что эффективность применения даже самых совершенных ядохимикатов быстро и резко снижается в результате отбора вредителей по устойчивости к ним. Так, в 1947 г. применение антикоагулянта крови — варфарина — в небольших дозах приводило через 5 дней к гибели всей популяции крыс. Однако позднее обнаружли, что некоторые крысы пожирают варфарин без всякого вреда для себя (см. рис.). Произошло повышение устойчивости крыс к варфарину — результат отбора и последующего распространения особей, случайно оказавшихся невосприимчивыми в пределах популяции. Так возникла раса крыс, названная «суперкрысами», причем возникли они на основе нескольких разных мутаций почти во всех странах мира.
Аналогична ситуация при борьбе с вредными насекомыми. Внутри популяции насекомые часто оказываются неоднородными по устойчивости к ядохимикатам. После воздействия ядов выживают лишь устойчивые особи, они размножаются и образуют популяции, устойчивые к действию ядов.
У устойчивых форм происходит отбор мутаций, вызывающих разрушение инсектицида в организме, формирование оболочек, снижающих поступление яда в организм, и поведенческих мутаций, определяющих умение избегать контактов с пестицидом. Так, например, у комнатной мухи было обнаружено 9 разных мутаций (в разных хромосомах), определяющих устойчивость к разным инсектицидам.
Эти явления известны и при повышении устойчивости микроорганизмов к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.
Ч. Дарвин часто расшифровывал творческую роль естественного отбора путем сравнения его с искусственным отбором. В этой связи интересны два примера. Первый — исследование Н.В.Цингером льняного рыжика (Camelina linicola) — сорняка в посевах льна. Анализ показал, что сорняк образовался под действием бессознательного искусственного и естественного отбора из ярового рыжика (С. glabrata), культурного растения, разводимого для получения масла.
Семена ярового рыжика заносились в посевы льна человеком или естественным путем. Опыты показали, что при выращивании в густых и увлажненных посевах льна растения яровогорыжика сразу же приобретают фенотипические особенности, свойственные льну и льняномурыжику (увеличивается высота стебля - в посевах льна высокие стебли позволяют избежать недостатка света).
Эти изменения хотя и не наследуются, но определяют возможность сохранения сходных мутаций (в дальнейшем происходила замена фенокопий генокопиями). Отбор мутантных особей ярового рыжика, случайно оказавшихся сходными с льном, привел к формированию нового вида сорняка — льняного рыжика.
Другой пример — формирование фенологического полиморфизма у большого погремка Alectorolophus major под влиянием сроков и числа покосов. Как показал Н.В.Цингер, у этого растения имеются несколько форм, или рас.
На нескашиваемых участках встречается длительно цветущая форма, которая цветёт в течение июня — августа (А. т. montanus).
На участках, скашиваемых в июле, у большого погремка образовалась раннеспелая раса.
При более ранних покосах образовалась ещё более ранняя раса (погремок весенний) и позднеосенняя. Вид распался на подвиды (рис. ).