Эволюция организмов как адаптациогенез
Биологический вид
В процессе исторического развития одни виды вымирают, другие изменяются и дают начало новым видам. Впервые термин "вид" ввел английский ботаник Джон Рей (1628-1705 гг.). Шведский ботаник К. Линней рассматривал вид в качестве основной систематической единицы. Он не был сторонником эволюционных воззрений и считал, что виды со временем не изменяются.
Ж. Б. Ламарк отмечал, что различия между некоторыми видами очень незначительны и в этом случае выделить виды довольно сложно. Он сделал вывод о том, что виды в природе не существуют, а систематика придумана человеком для удобства. Реально существует только особь. Органический мир представляет собой совокупность особей, связанных между собой родственными узами.
Как видно, взгляды Линнея и Ламарка на реальное существование вида были прямо противоположными: Линней считал, что виды существуют, они неизменны; Ламарк отрицал реальное существование видов в природе.
В настоящее время общепринята точка зрения Ч. Дарвина: виды реально существуют в природе, но постоянство их относительно; виды возникают, развиваются, а затем либо исчезают, либо изменяются, порождая новые виды.
Вид – это надорганизменная форма существования живой природы. Он представляет собой совокупность морфологически и физиологически сходных особей, свободно между собой скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал и обитающих в сходных экологических условиях.
Вид – открытая система, которая функционирует и эволюционирует. Ее функция состоит в обмене веществ с окружающей средой, самовоспроизведении, взаимодействии с другими элементами биогеоценоза.
Элементы вида адаптированы к среде и изменяются по мере изменения ее условий, что приводит к историческому развитию – эволюции вида.
Элементы вида – особи и популяции.
Особенности вида как биосистемы состоят в том, что его элементы (особи и популяции) строго разграничены в пространстве. Количество и состав элементов изменяются в процессе развития.
Вид – элемент более обширной системы – биогеоценоза. Целостность вида как биосистемы поддерживается обменом генов в результате скрещиваний, действием естественного отбора, определенным соотношением между плодовитостью и смертностью особей. Это факторы, обеспечивающие саморегуляцию вида как биосистемы. Действие этих факторов – результат взаимодействия генофонда вида с факторами среды.
Виды различаются по многим критериям. Критерии, по которым особи относятся к одному виду, представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Критерии принадлежности особей к одному виду
| Критерий | Характеристика критерия |
| Морфологический | Сходство внешнего и внутреннего строения |
| Физиологический | Сходство процессов жизнедеятельности |
| Молекулярно-биологический | Сходство строения и функций макромолекул |
| Генетический | Определенный набор и форма хромосом у особей одного вида, способность особей скрещиваться и давать плодовитое потомство |
| Экологический | Обитание в определенной экологической среде |
| Географический | Ареал - территория, занимаемая видом в природе |
При определении принадлежности особи к какому-либо виду нельзя ограничиваться лишь одним критерием, а необходимо использовать всю совокупность критериев. Так, невозможно ограничиться только морфологическим критерием, поскольку особи одного вида могут различаться внешне. Например, у многих птиц – воробьев, снегирей, фазанов самцы внешне значительно отличаются от самок.
В природе у животных широко распространен альбинизм, при котором в клетках отдельных особей в результате мутации нарушается синтез пигмента. Животные с такими мутациями имеют белую окраску. Глаза у них красные, потому что в радужной оболочке нет пигмента и сквозь нее просвечивают кровеносные сосуды. Несмотря на внешние отличия, такие особи, например белые вороны, мыши, ежи, тигры, относятся к своим видам, а не выделяются в самостоятельные виды.
В природе существуют внешне почти неразличимые виды-двойники. Так, раньше малярийным комаром называли фактически шесть видов, похожих внешне, но не скрещивающихся между собой и различающихся по другим критериям. Однако из них только один вид питается кровью человека и разносит малярию. Процессы жизнедеятельности у разных видов часто протекают очень сходно. Это говорит об относительности физиологического критерия. Например, у некоторых видов арктических рыб интенсивность обмена веществ такая же, как и у рыб, обитающих в тропических водах.
Нельзя использовать и один молекулярно-биологический критерий, так как многие макромолекулы (белки и ДНК) обладают не только видовой, но и индивидуальной специфичностью. Поэтому по биохимическим показателям не всегда можнo определить, к одному или разным видам относятся особи.
Генетический критерий также не универсален. Во-первых, у разных видов число и даже форма хромосом могут быть одинаковыми. Во-вторых, в одном виде могут быть особи с разным числом хромосом. Так, у одного вида долгоносика имеются диплоидные (2n), триплоидные (Зn), тетраплоидные (4n) формы. В-третьих, иногда особи разных видов могут скрещиваться и давать плодовитое потомство. Известны гибриды волка и собаки, яка и крупного рогатого скота, соболя и куницы. В царстве растений межвидовые гибриды встречаются довольно часто, а иногда бывают и более отдаленные межродовые гибриды.
Нельзя считать универсальным и географический критерий, так как ареалы многих видов в природе совпадают (например, ареал даурской лиственницы и душистого тополя). Кроме того, существуют виды-космополиты, которые распространены повсеместно и не имеют четко ограниченного ареала (некоторые виды сорных растений, комаров, мышей). Ареалы некоторых быстро расселяющихся видов, таких, как домовая муха, изменяются. У многих перелетных птиц различаются ареалы гнездовий и зимовки. Экологический критерий не является универсальным, так как в пределах одного ареала многие виды обитают в очень разных природных условиях. Так, многие растения (например, пырей ползучий, одуванчик) могут жить и в лесу, и на пойменных лугах.
Популяции
Известно, что вид состоит из популяций. Популяция представляет собой группу морфологически сходных особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и занимающих определенное место обитания в ареале вида (область распространения и развития определённого вида или типа сообщества животных и растений).
Экологическая характеристика популяции включает размер ареала, численность особей, возрастной и половой состав.
Размер ареала зависит от радиуса индивидуальной активности данного вида, специфики природных условий на соответствующей территории.
Численность особей зависит от особенностей вида, складывающейся экологической ситуации. На этом вопросе мы остановимся позднее, рассматривая популяционные волны.
Возрастная структура популяции варьирует в зависимости от продолжительности жизни, интенсивности размножения, возраста достижения половой зрелости.
Половой состав популяции обусловлен механизмами формирования первичного (на момент зачатия), вторичного (на момент рождения) и третичного (во взрослом состоянии) соотношения полов.
Для каждой популяции характерен свой генофонд – совокупность генотипов всех особей популяции. Генофонды разных популяций даже одного вида могут различаться.
Процесс образования новых видов начинается внутри популяции, то есть популяция является элементарной единицей эволюции. Почему же именно популяцию, а не вид или отдельную особь рассматривают как элементарную единицу эволюции?
Особь не может эволюционировать. Она может изменяться, приспосабливаясь к условиям внешней среды. Но эти изменения не эволюционные, так как они не передаются по наследству. Вид, как правило, неоднороден и состоит из ряда популяций. Популяция относительно самостоятельна и может длительное время существовать вне связи с другими популяциями вида. В популяции протекают все эволюционные процессы: у особей возникают мутации, между особями происходит скрещивание, действуют борьба за существование и естественный отбор. В результате генофонд популяции со временем изменяется, и она становится родоначальником нового вида. Именно поэтому элементарная единица эволюции – популяция, а не вид.
Генетически популяция характеризуется ее генофондом (точнее, аллелофондом). Генофонд природных популяций отличается разнообразием, или полиморфизмом, генетическим единством, динамическим равновесием доли особей с разными генотипами.
Разнообразие генофонда заключается в одновременном присутствии в нем разных аллелей отдельных генов. Первично оно создается мутациями. Мутации, будучи обычно рецессивными, не влияют на генотипы гетерозиготных организмов, сохраняются в генофонде в скрытом от естественного отбора состоянии. Накапливаясь, они образуют резерв наследственной изменчивости. Благодаря рекомбинационной изменчивости создаются новые сочетания аллелей.
Генетическое единство популяции обусловлено достаточным уровнем панмиксии. В условиях случайного подбора скрещивающихся пар источником аллелей для генотипов служит весь генофонд популяции.
Типы приспособленностей
Адаптация – процесс и результат приспособления организмов к условиям окружающей среды (к воздействию экологических факторов).
Морфологические адаптации – особенности внешнего строения растений и животных: размеры и форма тела, характер окраски и др.
Морфологический тип приспособления животного или растения к основным факторам местообитания и определённому образу жизни называют жизненной формой организма.
Пример:
У растений выделяют такие жизненные формы, как деревья, кустарники, кустарнички, травы (травянистые растения) (рисунок 1).
Рисунок 1 – Жизненные формы растений
Животные, принадлежащие к совершенно разным систематическим группам, приобрели обтекаемую форму тела для быстрого передвижения в воде.
В действии экологических факторов наблюдается периодичность, связанная со сменой времени суток, времён года, морскими приливами и фазами Луны.
Эта периодичность обусловлена космическими причинами (движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, взаимодействием с Луной).
Жизнь на Земле приспособлена к этой постоянно существующей ритмике, что проявляется в состоянии организмов и их поведении.
Поведенческие адаптации – реакции живых организмов на циклические изменения внешних условий (смена времен года, смена дня и ночи и др.). Пусковым механизмом для этих изменений служит длина светового дня или фотопериод.
Пример:
У растений – вегетация, листопад, зимний покой. У животных размножение животных, их миграции или перемещения, связанные с активным поиском подходящих микроклиматических условий, рытьё нор, сооружение гнёзд, спячки у млекопитающих, диапауза (состояние физиологического покоя) насекомых.
Особым приспособлением к неблагоприятным условиям является анабиоз (состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедляются, что отсутствуют все видимые признаки жизни; характерно для спор, сухих семян, для одноклеточных организмов, некоторых червей, членистоногих, земноводных).
В состоянии анабиоза организмы могут переносить крайне неблагоприятные условия, например, глубокое промерзание.
А. Н. Северцов выделил два направления эволюции видов: биологический прогресс и биологический прогресс.
Биологический прогресс – это процесс, который ведет к увеличению численности особей в популяциях, расширению ареала, а также к повышению темпов внутривидовой дифференцировки и образованию новых видов.
Биологический регресс – процесс, который ведет к падению численности особей в популяциях и числа самих популяций, сокращению ареала, снижению темпов внутри видовой дифференцировки и уменьшению числа видов.
Биологический прогресс может быть достигнут путем ароморфоза, идиоадаптации, общей дегенерации и ценогенозом.
В ходе биологического прогресса организация может усложняться, оставаться на том же уровне или вторично упрощаться.
Биологический регресс может наступить в результате изменения отношений организмов с внешней средой в неблагоприятную для них сторону, с появлением человека причины биологического регресса часто связаны с теми изменениями, которые он вносит в ландшафты Земли.
Задания
Задание 1. Выберите три верных утверждения:
а) расселение вида на большую территорию способствует географическому видообразованию
б) симпатрическое видообразование осуществляется в пределах ареала исходного вида
в) полиплоидия приводит к географическому видообразованию
г) появление разнообразных видов дарвиновых вьюрков на нескольких островах Галапагосского архипелага - пример географического видообразования
д) образование новых видов называют макроэволюцией
е) экологическое видообразование является процессом макроэволюции.
Задание 2.Установите правильную последовательность этапов географического видообразования.
а) возникновение преград между популяциями вида
б) сохранение естественным образом особей с признаками, полезными в данных условиях
в) утрата особями разных популяций способности к скрещиванию
г) появление наследственных изменений в изолированных популяциях
Задание 3. В виде таблицы 1 приведите сравнительную характеристику биологического прогресс и биологического регресса.
Таблица 1 – Биологический прогресс и биологический регресс
| Признаки | Биологический прогресс | Биологический регресс |
| Численность вида | Высокая | Низкая |
| Ареал вида | ||
| Количество популяций вида | ||
| Состояние систематических групп более высокого ранга |
Задание 4. Установить соответствие между термином и его определением.
| Термин | Определение |
| 1 Вид | А) реакции живых организмов на циклические изменения внешних условий |
| 2 Популяция | Б) крупные эволюционные изменения, ведущие к общему усложнению строения и функций организмов |
| 3 Морфологическая адаптация | В) совокупность морфологически и физиологически сходных особей, свободно между собой скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал и обитающих в сходных экологических условиях |
| 4 Поведенческая адаптация | Г) совокупность генотипов всех особей популяции |
| 5 Генофонд | Д) группу морфологически сходных особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой и занимающих определенное место обитания |
| 6 Ароморфоз | Е) особенности внешнего строения растений и животных |
Контрольные вопросы
1 В чем состоит различие взглядов Линнея, Ламарка и Дарвина на существование видов в природе?
2 Почему нельзя определить принадлежность особи к тому или иному виду по одному критерию, а нужно учитывать весь комплекс критериев?
3 Что такое генофонд? С чем связано разнообразие и генетическое единство генофонда популяции?
4 Почему популяцию считают элементарной единицей эволюции?
5 Почему нельзя считать особь единицей эволюции?
Рекомендуемая литература
1 Рыбалов, Л.Б. Концепции современного естествознания : учебное пособие / Л.Б. Рыбалов, А.П. Садохин. - М. : Юнити-Дана, 2015. - 415 с. - ISBN 978-5-238-01688-7 ; То же [Электронный ресурс]. - URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=115179
2 Садохин, А.П. Концепции современного естествознания : учебник / А.П. Садохин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Юнити-Дана, 2015. - 447 с. : табл. - ISBN 978-5-238-01314-5 ; То же [Электронный ресурс]. - URL:http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=115397