биология 10-11

178	Глава 9. Изменения в популяциях
	Популяционные волны численности

В природных популяциях действу ют так называемые факторы эволюции: естественный отбор аллелей, мутации, изоляция, дрейф генов. Действие этих факторов нарушает равновесие, отвечаю щее закону Харди—Вайнберга.

Дрейф генов. Если сравнить генофонд популяции с кувшином, полным разноц ветных горошин, то сокращение числен ности будет соответствовать случайной выборке горсти горошин (аналогичным образом далеко не все гаметы родителей реализуются в потомстве). В новой по пуляции будет иная цветовая пропорция горошин генов, некоторых цветов вообще может не оказаться. Соотношение между встречаемостью гомо и гетерозиготных особей изменится, произойдет дрейф ге

Годы нов — случайное ненаправленное измене ние частот аллелей в ряду поколений. Наиболее отчетливо дрейф проявляется при резком сокращении численности популяции в результате пожара, засухи, морозов, а также при заселении ча стью особей новых территорий с образованием новой популяции.

В природе наблюдаются чередующиеся подъемы и спады численности особей — популяционные волны (тип дрейфа). Раз множение хищников находится в тесной взаимосвязи с колеба ниями количества белок, зайцев, мышей. У насекомых и одно летних растений наблюдаются сезонные популяционные волны.

При изучении мтхДНК (митохондрий) выяснилось, что у евро пейцев широкий спектр аллелей одного из генов, у населения се верной р. Пинеги — всего несколько аллелей, а у малочисленных и долгое время изолированных лопарей и саамов — единственный аллель. Дрейф по мтхДНК особенно силен, поскольку митохон дрии передаются лишь по материнской линии (с цитоплазмой). В маленькой популяции немногочисленные носители аллеля мо гут не передать его потомству, и тогда этот аллель из генофонда популяции выпадет. Вследствие дрейфа сокращается наслед ственная изменчивость, увеличивается однородность популяции.

1.Что называют микроэволюцией и макроэволюцией? Каков диапазон реально наблюдаемых изменений в популяциях?

2.Опишите изменения в популяциях при изоляции.

3.Сформулируйте закон Харди—Вайнберга.

4.Чем вызван дрейф генов, популяционные волны?

§ 41. Естественный отбор

179

§ 41. Естественный отбор

Осетр выметывает по 2 млн икринок, но только незначитель ная часть мальков достигает зрелого возраста. В одном плоде кукушкиных слезок около 200 тыс. семян, но лишь ничтожная их часть дает начало новому растению. Пара слонов за всю свою жизнь (около 100 лет) рождает в среднем 6 слонят, их потом ство теоретически способно за 800 лет образовать популяцию в 20 млн слонов. Наблюдается явное несоответствие теоретической репродуктивности существ и их реальной численности. Существа пожирают друг друга, гибнут от болезней, чрезмерно низких или высоких температур, им не хватает корма. Такая дисгар мония в природе, если следовать Писанию, была не всегда, а появилась в мире после грехопадения первых людей в раю. Мир был сотворен «хорошо весьма» (Быт. 1,31). Толкователи об ращают наше внимание на мысль Библии об отсутствии смерти и тления до грехопадения Адама (см. приложения).

Межвидовая борьба. Волки и лисы охотятся на зайцев. Успех одних означает неуспех других. Существование зайцев в свою очередь зависит от наличия корма. Сорняки вытесняют культур ные растения, лишая их света, влаги и питательных веществ.

Два вида скальных поползней в местах перекрывания ареа лов соперничают в добывании корма. В этих районах длина клюва и способ добывания пищи у поползней существенно различаются, а в неперекрывающихся зонах эти признаки у них одинаковы. Серые крысы крупнее и агрессивнее черных. В европейских поселениях человека серая крыса практически вытеснила черную. Привезенная из Европы в Австралию пчела вытесняет не имеющую жала маленькую туземную пчелу. Ин тенсивное размножение вида дрозда дерябы привело в некоторых районах Шотландии к сокращению численности певчих дроздов.

Молодые ели на открытых местах вымерзают, а под защитой сосен, берез, осин — хорошо растут. Когда кроны подросших елей смыкаются, лишенный достаточного количества света под рост лиственных деревьев перестает развиваться.

Внутривидовая борьба. Принято считать, что внутривидовая борьба характеризуется особой интенсивностью из за сходства потребностей особей одного вида. Расплодившимся хищникам не хватает жертв, размножившимся грызунам — растительных кормов. Но есть практика и групповых посевов растений, и стадного содержания (или природного обитания) животных, когда большая численность особей одного вида обеспечивает его процветание. Среди животных кроме соперничества наблюдается взаимопомощь и сотрудничество в совместном выкармливании, воспитании и охране потомства (например, в табунах лошадей или в пчелиных семьях).

180	Глава 9. Изменения в популяциях
	Индустриальный меланизм
	у бабочек

Особи каждого вида исполь зуют способы, позволяющие из бежать прямого столкновения. Зяблики и синицы возвещают о занятии кормового участка песней, медведи обозначают его границы царапинами на дере

вьях, а зубры обдирают рогами часть коры. Соболи на подошвах лап имеют особые пахучие железы.

Борьба с неблагоприятными внешними условиями. Во время холодных малоснежных зим гибнет множество растений, вымер зают обитающие в почве насекомые, личинки, дождевые черви. В результате другие животные, например кроты, оказываются без пищи. В таких условиях выживают не самые крупные и сильные, а, наоборот, наиболее мелкие существа. Суровые и продолжительные зимы 1940 х гг. стали причиной уменьшения размера кротов.

Многие виды бабочек неиндустриальных районов имеют свет лую окраску тела и крыльев. На светлых стволах, покрытых лишайниками, такие бабочки незаметны для птиц. В промыш ленных районах стволы покрываются сажей, лишайники гибнут, и в популяциях бабочек и других насекомых резко возрастает количество темноокрашенных (меланистических) особей.

По эволюционной гипотезе, борьба существ между собой и с природными условиями играет определяющую роль в образова нии видов, населяющих планету. Любопытно, что в Библии ска зано об отсутствии такого противостояния в первозданном мире, противостояние возникло лишь с грехопадением первых людей, когда весь животный и растительный мир уже был создан. Гипо теза о последовательном формировании видов вследствие борьбы

Основные формы естественного отбора (по Дарвину, Шмальгаузену)

Число особей

Движущий отбор

Увеличение среднего значения

	Стабилизирующий отбор
Числоособей	значениеСреднее	Давление

отбора

Изменчивость признака

Изменчивость признака

Время Июнь Июль Август

цветения

Число особей

Покос

§ 41. Естественный отбор

181

Пример действия дизруптивного отбора на цветковые растения

за существование противоречит целому ряду научных данных. Вероятно, существа были соз даны уже приспособленными к внешним условиям с возмож ностью некоторых изменений в зависимости от среды обитания. В тех или иных условиях до не

которой степени варьируются их признаки. Все это, по-видимому, было предусмотрено Творцом и происходит по Его промыслу.

Один из основоположников гипотезы эволюции Чарльз Дар вин, утверждая, что виды создает естественный отбор (борьба за существование), говорил о его «творческой роли». По Дарвину, в процессе естественного отбора выживают и оставляют потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях призна ками, и в результате формируются новые виды, роды, отряды и т.д., материалом для естественного отбора при этом служит наследственная изменчивость. Гипотеза Дарвина, как мы с вами убедимся, изучая данный раздел, не нашла подтверждения.

С изменением внешних условий характер взаимодействия особей внутри вида и с особями других видов меняется. Естест венный отбор может приводить к изменению адаптивных при знаков в сторону большей приспособленности к новым услови ям. В этом, по Дарвину, состоит движущая роль естественного отбора. Дарвин распространял действие движущего отбора на формирование совершенно новых существ, однако достоверные изменения не выходят за пределы групп очень сходных видов.

В настоящее время известно, что адаптивная изменчивость связана с вариациями только лишь меньшей, полиморфной части генома (см. с. 133—134) и не затрагивают жизненно

Варианты возможного действия отбора на галапагосских вьюрков

Движущий отбор		Стабилизирующий отбор		Дизруптивный отбор

182	Глава 9. Изменения в популяциях

важной мономорфной части, отвечающей за наиболее важные жизненные функции, комплекс которых и определяет вид как уникальное образование. Поэтому естественный отбор адаптив ных изменений никак не может привести к каким то суще ственным макроэволюционным сдвигам.

Если популяция, приспособившись к внешним условиям, находится в равновесии, то естественный отбор только стаби лизирует ее генофонд. Особи с неблагоприятными отклонения ми устраняются отбором. Выполняя стабилизирующую роль, естественный отбор благоприятствует распространению особей с признаками, близкими к среднему значению. Стабилизи руются размеры тела и его частей у животных и растений, концентрация гормонов в крови позвоночных и др. Значение стабилизирующего отбора раскрыл в своих трудах российский ученый И. И. Шмальгаузен (1946 г.).

У насекомоопыляемых растений размеры и форма цветков стабильны. В слишком узкий венчик не проникнет, например, шмель, а слишком длинный может препятствовать бабочке до ставать хоботком до тычинок. Во время одной из снежных бурь в Англии погибли воробьи с маленькими или слишком больши ми крыльями — в популяции получили распространение особи со средней длиной крыла. Стабилизирующую роль выполняют

ихищные виды, уничтожая прежде всего ущербных особей.

1.Как проявляется в природе борьба за существование? Что сказано святыми отцами о жизни и смерти животных до грехопадения первых людей?

2.Назовите три основных вида борьбы за существование.

3.Что называют естественным отбором? В чем состоят две его основные функции: движущая и стабилизирующая?

§ 42. Приспособленность видов

к условиям существования

Все виды животных и растений наделены свойствами, позво ляющими благополучно существовать в конкретных условиях. Рассматривая характерные приспособительные признаки раз личных видов, постараемся ответить на вопрос, могли ли они возникнуть сами по себе в процессе дарвинского естественного отбора или являются частью замысла Творца?

Форма и строение тела. Дельфины охотятся за рыбой и имеют обтекаемую форму, практически не образующую завихрений во дных потоков даже при максимальной скорости движения (40— 50 км/ч). Перья птиц идеально способствуют быстрому скольже

§ 42. Приспособленность видов к условиям существования			183
Язык дятла
намного длиннее клюва
нию в воздухе с минимальным
сопротивлением. Сокол сапсан
пикирует за добычей со ско
ростью до 290 км/ч. Антар
ктические пингвины развивают
под водой скорость 35 км/ч.

Стрижи ловят насекомых на лету, у них длинные быстрые крылья и короткий широкий клюв. Дятлы добывают пищу из под коры деревьев прочным клювом и длинным языком. Язык дятла сравним с размерами самой птицы. В его осно вании — пластичная ткань, начинающаяся у правой ноздри и оборачивающая всю голову птицы. Не менее удивительно устроен и череп дятла, сохраняющий от повреждений его мозг. У тропической рыбки четырехглазки верхние половинки глаз, выступающие над поверхностью воды, приспособлены к зрению на воздухе, а нижние — в воде. Нижняя часть овального хру сталика выпуклая, а верхняя — более плоская.

Забота о потомстве. Многие виды рыб не беспокоятся о своем потомстве, для сохранения вида они мечут огромное количество икры. Треска выметывает до 4 млн икринок и не охраняет их. Азовские и каспийские бычки откладывают икру в предварительно вырытые ямки и бдительно охраняют потомство. Самец другой рыбы — колюшки — строит гнездо из морских растений, скрепляя их серебристо белыми нитями выделяемой слизи. Самец периодически подправляет гнездо, время от време ни он забирается внутрь и тихо шевелит грудными плавника ми, создавая ток свежей воды, необходимой для благополучно го развития потомства. Самка колюшки откладывает в гнез до всего 120—150 икринок, но благодаря заботе самца это не большое количество обеспечива ет сохранение вида. Существу ют рыбы, вынашивающие икру на брюхе (сом), на голове (кур тус) или даже во рту (губан).

Форма и размер клюва у видов гавайских цветочниц при способлены к типу пищи и способу ее добывания

184		Глава 9. Изменения в популяциях
		Гончарная оса
		жалит гусеницу
		в девять нервных узлов, чтобы
		обездвижить ее, но не убить.
		Парализованную гусеницу оса
		помещает в вылепленное из глины
		гнездо для питания потомства

В этот период губаны ничего не едят. Мальки, пока не подра стут, держатся вблизи родителя и в случае опасности прячутся в его рот. У некоторых видов лягушек икринки развиваются

в выводковой сумке на спине. Высшие позвоночные, как пра вило, бережно относятся к потомству, защищают от непогоды, выкармливают и охраняют детенышей.

Многие насекомые тоже заботятся о своем потомстве. Гон чарные осы нападают на кузнечиков, сверчков, пауков, жуков, гусениц и, погружая жало в нервные узлы, обездвиживают животных, а затем откладывают яйца на их теле. Вылупив шиеся личинки питаются тканями живой жертвы. Для питания потомства и для его охраны осы часто используют ядовитые виды, например тарантулов: организмы ос наделены веществом, нейтрализующим смертоносный яд этих пауков.

Физиологическая приспособленность. Крупные кактусы со держат до 2 000 л воды, а в стеблях опунции даже после трех месячной засухи сохраняется до 80 % воды. Пустынные живот ные перед наступлением засушливого сезона накапливают жир, при его расщеплении образуется большое количество воды.

Личинки пустынных видов земноводных, развивающиеся во временных водоемах, очень быстро совершают метаморфоз. Лягушки, обитающие в пустынях, охотятся только ночью, днем они прячутся в норы грызунов. Ночные хищники прекрасно видят в темноте. Некоторые змеи обладают тепловым зрением, различая объекты с разницей температур в 0,2 °С. Летучие мыши, совы и дельфины ориентируются в пространстве с

помощью эхолокации. Чувстви тельность вкусовых рецепторов бабочки в 1 000 раз выше чув ствительности рецепторов чело веческого языка.

Тюлени способны находиться под водой 40—60 минут и ны

Поединок осы и тарантула

§ 42. Приспособленность видов к условиям существования

185

рять на глубину до 600 м. Что позволяет тюленям так долго обходиться без воздуха? В их мышцах содержится белок мио глобин, связывающий кислород в 10 раз эффективнее гемогло бина. Весенние ростки голубой перелески содержат в клеточном соке концентрированный раствор сахара и благополучно переносят отрицательные температуры.

Человеку необходима пре сная вода, он не в состоянии

пить морскую воду. Пресмыкаю щиеся и птицы, обитающие на Маскировка

морских просторах, имеют железы, выводящие избыток солей и позволяющие обходиться морской водой.

Предусмотрительное поведение. В неблагоприятный сезон многие существа впадают в спячку. Некоторые запасают корм. Распространенная в таежной зоне полевка экономка собирает зерна, корешки, траву — всего до 10 кг кормов. Роющие гры зуны натаскивают в норы до 14 кг зерна, степного горошка, картофеля, желудей. Пищухи (семейство зайцеобразных) заго тавливают стожки травы весом до 20 кг.

Покровительственная (защитная) окраска и форма. Опреде ленная окраска и форма животных способствует их выжива нию. Различают три типа этого приспособительного признака:

маскировка, предостерегающая окраска и мимикрия.

Маскировка. Многие виды, живущие открыто, наделены окраской и формой, сходными с окраской и фоном окружаю щих объектов среды. Донные рыбы камбала и скат обычно окрашены под цвет морского дна. Рыба таласома в толще воды — темно синяя, а на дне — желтая. Некоторые рыбы спо собны в течение нескольких секунд поменять 6—8 цветов. Хамелеон перераспределением пигмента способен подстраивать свою окраску под цвет окружающей среды. Прямо на глазах

Примеры маскировки

186		Глава 9. Изменения в популяциях

Расчленяющая окраска скрывает форму и величину животного

он может стать, например, из светло зеленого — почти черным с белыми пятнами. Зайцы, песцы, горностаи и куропатки каждую зиму меняют темную маскировочную окраску на белую. Сам ка открыто гнездящихся птиц (глухарей, тетеревов, рябчиков, гаг), насиживающая яйца, пестротой перьев сливается с фоном растительности. Яйца этих птиц и птенцы имеют защитную пигментацию и незаметны для врагов. Скорлупа яиц крупных птиц хищников и птиц, гнездящихся в недоступных местах, не имеет покровительственной окраски.

Многие животные Крайнего Севера имеют белую окраску. Пустынные существа окрашены в песчано желтый или желто бурый цвет. Зебры, тигры, жирафы и ряд змей имеют рас членяющую окраску с чередованием светлых и темных пятен, имитирующих естественное чередование пятен света и тени. Рас члененность скрывает истинную форму и размер животного.

Похожая на водоросли причудливая форма некоторых рыб скрывает их от врагов. Гусеницы ряда бабочек по форме и окраске напоминают сучки деревьев. Многие насекомые своей расцветкой и формой сходны с листьями растений.

Некоторые существа сочетают покровительственную окраску и форму с особым поведением. Выпь гнездится в камышах. В случае опасности она вытягивает шею, поднимает голову и замирает. Ее трудно различить даже с близкого расстояния. Тропическая рыба зайцеголовый иглобрюх во время опасности надувается и всплывает к поверхности раздутым брюшком вверх. Подвергшийся нападению опоссум лежит бездвижно с закрытыми глазами и вывалившимся из раскрытой пасти язы ком. Некоторые змеи тоже умеют притворяться мертвыми.

Предостерегающая окраска. Существа, наделенные средства ми защиты, часто имеют яркую окраску. Они как бы предупре ждают хищников: «Не трогай меня!» Предостерегающая окраска свойственна ядовитым, обжигающим или жалящим насекомым: пчелам, осам, гусеницам, а также ядовитым змеям. Божьи коровки выделяют ядовитый секрет, и птицы их не трогают.

§ 42. Приспособленность видов к условиям существования			187

Примеры покровительственной окраски и формы насекомых