Определение

Естественный отбор – главная движущая сила эволюции, приводящий к формированию приспособленности организмов к среде и появлению новых видов. Под естественным отбором понимают процесс избирательного выживания и размножения наиболее приспособленных организмов. Термин ввёл натуралист Чарльз Дарвин.
Причинами естественного отбора являются борьба за существование и наследственная изменчивость, поставляющая материал для отбора. Дарвин выделял три формы борьбы за существование:

  • борьба с неблагоприятными условиями;
  • межвидовая борьба;
  • внутривидовая борьба.

Различные виды воробьёв

Рис. 1. Различные виды воробьёв, возникшие в результате действия естественного отбора.

Искусственный отбор – выборка и закрепление в геноме особей определённых признаков, полезных для человека. Искусственный отбор лежит в основе селекции. Отбирая «рабочих» особей, человек скрещивает их для усиления полезных признаков. Изначально, без знаний генетики и селекции, выведение новых пород, сортов, штаммов человеком носило спонтанный характер. Постепенно человек с помощью селекции и генной инженерии научился чётко достигать поставленных целей.


Сравнение дикой и окультуренной кукурузы

Рис. 2. Сравнение дикой и окультуренной кукурузы.

Сравнение

Несмотря на особенности протекания процессов, между двумя видами отбора существуют определённые сходства:

  • исходным материалом являются индивидуальные особенности организма, возникшие в результате наследственной изменчивости;
  • благоприятные, необходимые (человеку или самому организму) признаки закрепляются, передаются по наследству;
  • особи с неблагоприятными признаками уничтожаются, отбраковываются либо человеком, либо в процессе эволюции.

Описание различий представлено в таблице сравнения искусственного и естественного отбора.

Графики форм естественного отбора

Рис. 3. Формы естественного отбора.

Значение


Несмотря на разность подходов, не следует противопоставлять виды отбора. Искусственный отбор неразрывно связан с естественным, так как изначально человек использовал для отбора диких особей, сформировавшихся в естественных условиях. В то же время природа может самостоятельно воздействовать на уже выведенные человеком породы и сорта.

Действие искусственного и естественного отбора влияет на биологическое разнообразия, увеличивая его. Кроме того, человек может выращивать в искусственных условиях более производительных особей, мало зависящих от факторов внешней среды.

Источник: obrazovaka.ru

Причины генетического разнообразия

Генетическое разнообразие происходит главным образом из-за мутации ДНК, потока генов (перемещение генов из одной популяции в другую) и полового размножения. Из-за того, что среда нестабильна, популяции, генетически изменчивые, смогут адаптироваться к изменяющимся ситуациям лучше, чем те, которые не содержат генетического разнообразия.

  • Мутация ДНК: это изменение последовательности ДНК. Эти разновидности последовательностей генов иногда могут быть полезными для организмов. Большинство мутаций, приводящие к генетическим изменениям, вызывают признаки, которые не приносят ни преимуществ, ни вреда.

  • Поток генов: также называемый миграцией генов, поток генов вводит новые гены в популяцию, так как организмы мигрируют в другую среду. Новые комбинации генов становятся возможными благодаря наличию новых аллелей в генофонде.
  • Половое размножение: способствует генетическому изменению, производя различные комбинации генов. Мейоз — это процесс, посредством которого создаются половые клетки или гаметы. Генетическая вариация возникает, когда аллели в гаметах разделяются и беспорядочно объединяются при оплодотворении. Генетическая рекомбинация генов также происходит при скрещивании или разрыве генных сегментов гомологичных хромосом во время мейоза.

Источник: NatWorld.info

Предисловие:

После возникновения, Земля представляла знойную и горячую сферу без жизни. Спустя же 4,5 млрд. лет, природа представлена многочисленными формами ныне живущих организмов. Тема филогенеза отвечает на вопрос: «Как на небесном объекте возникли сложные органические молекулы, образовавшие живые существа?». 

Введение:

После формирования изначальных условий планеты, источником пополнения атмосферы стали газы, исходящие из расплавленных геологических структур и падающих астероидов.

iv>
кая среда, в объединении с магнитным полем, возникающим при движении магмы в ядре и сдерживающим целостность атмосферы, а также барьером из озона, образовавшимся в процессе реакции действия ультрафиолета (фотолиза), благоприятствовала осаждению карбонатов и нужному тепловому балансу к концу архейского эона, при котором содержались: водород (Н2), метан (СН4), аммиак (NH3), азот (N2), диоксид углерода (СО2), монооксид углерода (CO), вода (Н2O), сероводород* (Н2S), диоксид серы* (SO2)

*В атмосфере соединение серы неустойчивы, но при поступлении из глубин, содержание сохраняется.

Хим. состав нуклеиновых кислот:

Нуклеиновые кислоты делятся на: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) — находятся в хромосомах, митохондриях, хлоропластах; рибонуклеиновые (РНК) — образуют преимущественно белки клеток всех видов. При изначальном построении нуклеиновых кислот, рибоза связывается с одним азотистым основанием образуя молекулу нуклеозида. Присоединение фосфатных групп к нуклеозидам, образуют молекулы нуклеотидов, из которых и строятся нуклеиновые кислоты посредством присоединения новых нуклеотидов, где две фосфатные группы отделяются, а третья входит в состав цепи.

Моносахариды рибоза и дезоксирибоза, как компоненты сахарофосфатного скелета — представляют альдозы из-за открытой альдегидной группы (R-COH), с формулами: С5H10O5 и С5H10O4. Дезоксирибоза отличается отсутствием гидроксильной группы, с которой начинаются реакции гидролиза, но эта группа заменяется атомом водорода.


Азотистые основания представлены: производными пурина — аденин (C5H5N5) и гуанин (C5H5N5O); пиримидиновыми производными — цитозин (C4H5N3O), тимин (для РНК: C5H6N2O2) и урацил (для ДНК: C4H4N2O2).

Фосфатные группы, обеспечивают образование фосфодиэфирной связи с другими нуклеотидами, представлены: солями фосфорных кислот (P-O-P связь) и метиленом (СН2), который связывает фосфатные группы с сахаридами.

Скачать архив с фото и текстом, можно в конце.

Первые опыты:

В начале XX века, А. Опариным и Д. Холдейном развита концепция коацервата — где синтезируется сложная органика при разрядах молний, ультрафиолета и извержений вулканов. Идея частично подтвердилась Г. Юри и С. Миллером: смесь соединений, имитирующих древнюю атмосферу, запаивалась в замкнутой установке и в колбу с водой пропускали электрический ток через электроды. Спустя две недели, выявлены аминокислоты, сахара и органические кислоты. Эксперимент показал осуществимость синтеза сложной органики из простых химических веществ.

>

CO2 → CO + [O] (атомарный кислород)

CH4 + 2[O] → CH2O (формальдегид) + H2O

CH4 + NH3 → HCN (синильная кислота) + 3H2

Формальдегид, синильная кислота и аммиак синтезируют аминокислоты в процессе реакции Штрекера, а вода и формальдегид — рибозу, в процессе реакции Бутлерова. Последующие эксперименты синтезировали производные пурина и расширили список получаемых аминокислот, но концепция «Первичного бульона» имела недостатки: реакция соединения аминокислот в белок или нуклеотиды происходит с выделением воды, и длинные молекулы подвергаются распаду.

Другая проблема зависит от формы органических соединений в живых организмах: потому как возможны два способа размещения связей четырёх разных групп вокруг атома углерода, они взаимно-зеркальные — хиральные. Аминокислоты чаще представлены левыми изомерами, а рибозы правыми — эта характеристика нуклеотидов придаёт спиральную структуру ДНК и РНК, но в синтезе из простых соединений получается равное количество изомеров, а белки такой смеси не способны функционировать.

Рибозимы:

В конце XX века произошло открытие рибозимов, ведь РНК считалась только связующим элементом ДНК и белков, но исследования доказали способность РНК заменять белки в качестве катализаторов реакций, а также ключевое значение в структурах организации синтеза белка. Появилась теория «РНК мира», согласно которой, реплицирующиеся рибозимы — катализирующие синтез РНК на матрице РНК, стали первыми организмами начав эволюцию, через поколения предоставив каталитические функции — белкам, а хранение генома — ДНК.


Однако, без клеточных систем, получение полноценных белков в водной среде невозможно. Вопрос решился нахождением условий, где участие водной среды в реакции снижено или отсутствуют химически свободные молекулы воды. Такими локациями являются заливы, высыхающие при отливе, а также вулканические районы из-за периодичных выплесков гейзеров.

Синтетическая биология достигла больших результатов создавая альтернативные нуклеотиды и расширив «нуклеотидный алфавит» до шести букв. Это даёт понимание, что задача хранения генетической информации осуществляется разными вариациями соединений, но естественным отбором избраны содержащиеся в нынешних клетках. Устойчивость к ультрафиолету, возможный признаком отбора, дополняющийся выживаемостью длинных РНК благодаря возникновению параллельных связей между плоскостями азотистых оснований (стэкинг-взаимодействие) обеспечивающих защиту соседних молекул.

Химическая эволюция:

Высокое содержание ионов железа, цинка, марганца и меди — особенность живых клеток. При распространении железа в неживой природе, медь с марганцем и цинком — содержатся в намного большем (в сотни тысяч раз) количестве в клетках, нежели во внешней среде.


и металлы характерны для гидротермальных источников срединно-океанических хребтов, происхождением которых оказываются процессы в земной коре и мантии, а чёрный цвет обуславливается сульфидами металлов, сероводородом и другими взвесями. После контакта с океаном, гидротермальные воды охлаждаются с выпадением сульфидов железа, меди и никеля, из которых формируются трубчатые структуры. При дальнейшем остывании вод, сульфиды цинка и марганца осаждаются на уже сформированный рельеф.

Осадки образуются из частиц микронного размера и наделены большим количеством пор для возможной репликации органики в относительной изоляции, а откладывающиеся вокруг сульфидные минералы — становятся катализаторами химических реакций для синтеза клеточных соединений. Устойчивые градиенты химического состава и температур в геотермальных источниках, разделяют хиральные формы органических соединений, в таких условиях термофореза — РНК и белки перемещаются от тепла к холоду и концентрируются на одной локации, например в длинных порах, где при перепаде температур происходит концентрирование органических веществ в миллиарды раз.

«Цинковый мир»:

Сценарий абиогенного синтеза органики при участии соединений цинка, называется — теория «Цинкового мира», основанная на способности сульфидов цинка к фотохимическому восстановлению. Частицы ZnS поглощают ультрафиолет и фосфоресцируют — в таком состоянии возбуждённый электрон в реакциях восстанавливает соединения. В водной среде сульфид цинка восстанавливает диоксид углерода до муравьиной — HCOOH и других органических кислот, а при свете восстанавливает азот до аммиака — NH3.


CO2 + ZnS + H2O → (HCOOH)2Zn + Zn(OH)2 + S

N2 + ZnS + H2O → NH3 + Zn(OH)2 + S

В отличие от водной среды, нуклеотиды, удерживаемые на поверхности кристалла сульфида цинка, легко соединяются в РНК и не подвержены распаду. Сульфид цинка принимает световое возбуждение с органических молекул, предотвращая расщепление ультрафиолетом, но накопление РНК на поверхности сульфида позволяет собрать больше света и ускорить фотосинтез. 1 мм сульфида цинка защищает от ультрафиолета эффективней слоя воды в десятки метров, поэтому первые организмы могли укрываться в минеральных осадках имея доступ к продуктам фотохимических реакций. Эти качества решают противоречие между нуждой ультрафиолета для появления органики и угрозой для сложных соединений.

Фосфор:

В клетке, фосфор содержится в фосфорилированных органических молекулах входящих в состав нуклеиновых кислот, аденозинтрифосфатов и др. Источниками достаточного количества фосфора, являются вулканы и геотермальные источники содержащие фосфиты, пирофосфаты, или оксиды фосфора, которые при растворении дают те же соединения фосфора, в форме пригодной для сахарофосфатов и нуклеотидов.

Известно, что при кипении минеральной воды, растворённые соединения разделяются — часть остаётся в жидкости выходя в горячих источниках, а другая испаряется с водой выходя в грязевых котлах.


счёт сепарации металлов, поднимающийся пар магмы содержит много калия и мало натрия — как в цитоплазме клеток. Грязевые котлы наземных геотермальных полей обогащены элементами содержащиеся в живых клетках, поэтому они представляют одни из самых вероятных мест появления жизни, имея одновременно:

  1. Условия, богатые фосфором, калием и необходимыми микроэлементами;
  2. Источник тепла с постоянными условиями;
  3. Пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов и локации репликации органических соединений;
  4. Испарение, на местах которых концентрируются вещества, соли и кислоты, где происходит образование цепочек РНК;
  5. Несколько путей получения органических веществ из CO2 и азота;
  6. Фотохимические реакции и расположенные рядом защищённые поры;
  7. Нагрев пор, где накапливаются нуклеотиды и РНК в высоких концентрациях.

Азотистые основания:

На дне Атлантического океана обнаружены колонны, из которых исходит вода температурой около 80°С. Воды содержат гидроксид магния, выпадающего в осадок и структурирующего колонны, а нагрев воды происходит за счёт реакций в глубине твёрдых пород: при остывании базальта и его растрескивания, вода, попадая в трещины реагирует с силикатами железа и окисляет его до магнетита. Метан и кислоты тех вод образуется абиогенно, изотопный состав углерода в них такой же, как в углекислом газе.

В атмосфере, метан реагировал с азотом, водой и углекислым газом, образуя формальдегид. Из-за дождей, соединения фотолиза метана не накапливаются, а выпадают с дождём. Синильная кислота и формальдегид растворимы в воде и вымываются теми же дождями, поэтому на поверхность поступали формальдегид, цианамид и цианид — являющиеся прекурсорами для образования азотистых оснований и РНК.

Скачать архив с фото и текстом, можно в конце.

Сахара:

Получение азотистых оснований проще, чем получения сахаров и возможно другими путями, помимо описанных в предыдущей главе. Аденин и гуанин образуются из синильной кислоты при ультрафиолетовом облучении или нагреве, а при добавлении цианамида — синтезируются цитозин и урацил. При излучении ультрафиолета, все основания образуются из формамида на поверхности оксида титана.

Недавно обнаружена избирательность минералов в выводе из реакций отдельных сахаров нужных для жизнедеятельности. При присоединении растворимых силикатов, образуются комплексы 4/6-углеродных сахаров, выпадающих в осадок, где происходит накопление молекул с двумя соседними гидроксильными группами и при добавлении гидроксиапатита в смесь, на его поверхности откладывается рибоза. Соли борной кислоты ещё эффективней осаждают рибозу, а соли молибдена превращают разветвлённые сахара в линейные увеличивая синтез рибозы. Соединения силикатов, боратов, фосфатов и солей молибдена – накапливаются в грязевых котлах.

Нуклеотиды:

Получение нуклеотидов при отсутствии рибозы и азотистых оснований на промежуточных стадиях, было показано в работе Д. Сазерленда и его коллег, которые синтезировали активированные пиримидиновые нуклеотиды, путём смешения предшественников сахаров и предшественников нуклеотидов с фосфатами в одной установке.

Основа, представлена: цианоацетиленом, цианамидом, глицеральдегидом и гликольальдегидом. Фосфат облегчает синтез нуклеотидов подавляя побочные реакции и направляет соединение цианамида с гликольальдегидом в сторону аминооксазола — его соединение с глицеральдегидом, образует арабинозо-аминооксазолин. В реакции аминооксазолина с цианоацетиленом, фосфат поддерживает кислотность и создаёт условия для получения арабинозо-ангидронуклеозида. После, достаточно подогреть реакционную смесь для получения циклического цитидин-монофосфата. Раствор освещается ультрафиолетом, чтобы превратить часть цитозина в урацил и избавиться от побочных продуктов. Аналогичным способом получены пуриновые нуклеотиды при добавлении синильной кислоты вместо цианоацетилена. Из четырёх простых соединений получаются все четыре нуклеотида и десять из двадцати белковых аминокислот, но главное — в реакциях почти не образуется соединений, не встречающихся в клетках.

Скачать архив с фото и текстом, можно в конце.

Термодинамика:

Открытие Л. Больцмана доказывает, что в замкнутой системе процессы ведут к увеличению хаоса и наша Вселенная в будущем исчезнет, ибо она является замкнутой структурой. Кажется, что это противоречит возникновению эволюции, однако живые организмы, создавая копии из неорганической материи и усложняясь в ходе эволюции, уменьшают свою энтропию. Почти вся биосфера потребляет солнечную энергию, выделяющуюся при термоядерных реакциях, с колоссальным повышением энтропии — мера хаоса между Землёй и Солнцем растёт, несмотря на возникновение планетарной органики.

Копирование:

В условиях раствора и нагрева его липидно-нуклеотидного осадка, образуются последовательности РНК средней длины в 50-100 нуклеотидов. Липиды в высыхающем растворе образуют слои и длинные цилиндры, где последовательности РНК упорядоченно накапливаются в высокой концентрации и сохраняют маленькую подвижность. 

Преимущества получают последовательности, служащие фрагментами для создания собственных копий — палиндромные (одинаковые в обе стороны) цепи РНК. При разрыве, получаются фрагменты служащие заготовками для удлинения родственных РНК. Эта идея А. Маркова, превращает необходимость таких фрагментов — в фактор естественного отбора ещё до появления рибозима — который может и образоваться при абиогенной репликации, среди палиндромных молекул. Это частично подтверждает геноцентричный взгляд на эволюцию Ричарда Докинза. 

Такой способ виден в последовательностях молекул нынешних транспортных РНК, где обнаружены внутренние повторы допускающие иные варианты укладки молекулы. Важно, что увеличение количества собственных копий рибозим, способствует не только копированию РНК, но и превращению простых органических веществ в нуклеотиды — это знаменует появление обмена веществ, где реакции молекул происходят при контроле ферментов.

Обмен веществ:

Обмен веществ развивался гетеротрофно, от сложных исходных веществ: рибозы и азотистых оснований, к более доступным: формальдегиду, цианиду, муравьиной кислоте, угарному газу и только в конце — углекислому газу. Обмен веществ возник изначально для создания компонентов РНК, а получение аминокислот для сборки белков, стало основной деятельностью позже.

Диоксид углерода — устойчивое соединение, его восстановление без качественных катализаторов медленное, но при абиогенном восстановлении активация реакции происходит под действием ультрафиолета или температуры. На начальных этапах, РНК были доступны и другие активные одноуглеродные соединения:

  1. Муравьиная кислота образуется при фотосинтезе на сульфиде цинка и выносится геотермальными источниками после реакций воды с базальтами.
  2. Формальдегид опадает с дождями, возникая при фотолизе метана.
  3. Угарный газ выделяется в составе газов вулкана.

Выбор между способами использования углерода в обмене веществ зависит от среды. Рибулозо-монофосфатный цикл, питаемый формальдегидом, похож на древнейший синтез сахаров при упорядочении реакции Бутлерова, а участие муравьиной кислоты в синтезе пуринов предполагает формирование этой биохимической реакции ещё до появления ферментов для фиксации диоксида углерода.

Эволюция РНК в ДНК. Начало:

Реакция превращения рибозы в дезоксирибозу связана с образованием опасных радикалов, поэтому рибозимы не могут её осуществлять. Реакцию проводят ферменты — большие белки, для кодирования которых нужны минимум тысячи нуклеотидов. Между геномами нынешних нуклеиновых кислот, образовывались промежуточные формы более простые в получении, чем ДНК и более стабильные, чем РНК. Эволюция предковых образований клеток тесно связана с вирусами, П. Фортер считает главной стадией жизни вируса — активную часть в заражённой клетке. Вирусы образуют кластеры сочетающие клеточные и вирусные белки, где клетки синтезируют копии вируса при контроле вирусного генома.

Переход РНК к ДНК снижает частоту нарушений копирования, но ошибки в момент перехода возрастают, а смена геномного материала сопровождается преобразованием фермента, отвечающего за копирование — полимеразы. Естественный отбор усовершенствует её точность, но в момент смены генома, переходные формы содержат старый геном при новой полимеразе. Согласно идее П. Фортера, эти реакции происходили в вирусах, а выгодой от смены генома стало прохождение защитных систем клетки, нынешние версии которых, использует ферментаты для нейтрализации вирусных нуклеиновых кислот.

Эволюция РНК в ДНК. Продолжение:

С появлением белкового синтеза в результате отбора, белковая РНК-полимераза сняла с рибозимов обязанность репликации и позволила увеличить количество генетической информации, а белки стали промежуточным звеном построения липидной мембраны. Эволюция плоских структур РНК на минералах, превратила их в трёхмерные скопления РНК и белков, закрытых мембраной. Независимость от сульфида цинка была ещё невозможна, но появились пузыревидные структуры напоминающие РНК-вирусы не только механизмами репликации, но и размерами геномов.

В ходе естественного отбора, вирусы и плоские первоначальные организмы, создавали новые типы нуклеиновых кислот: метил-РНК, урацил-ДНК и современную ДНК с тимином. Эти кислоты использованы протоклетками, позволяя увеличивать размер и стабильность генома. Изобретение ДНК и совершенствование её копирования в множестве линий вирусов, привело к разнообразию ферментов, работающих с ней. Появление надёжной репликации ДНК, знаменует скорое объединение генетических элементов в большие геномы и последующего исхода протоклеток из источников возникновения.

Мембрана:

В молекуле воды электроны связей смещены из-за большей электроотрицательности кислорода, вследствие этого — одна сторона молекулы воды несёт положительный заряд, а другая — отрицательный. Поэтому вещества с полярными молекулами (гидрофильные) притягиваются и смешиваются с полярными молекулами воды, а неполярные молекулы (гидрофобные) не притягиваются. В живых организмах, клетки окружены мембраной из двух слоёв липидов: при смешивании молекул липидов (неполярные) и воды (полярные), получается эмульсионная взвесь одних молекул в других, а не растворение. Наружная сторона мембраны несёт положительный заряд, а внутренняя — отрицательный. Электрический потенциал используется для передачи и хранения энергии, а также транспорта веществ, — заряженных отрицательно или нейтрально, — вместе с протонами, для компенсации заряда мембраны.

Вероятно, протоклетки имели примитивные оболочки из липидов терпенового спирта, которые пропускали протоны и ионы металлов, но задерживали белки и РНК, поэтому выход из геотермальных водоёмов в воды с высоким содержанием натрия, потребовал создания клетками способа откачки. Появления натриевых насосов, использующих энергию химических реакций и освоение новых кислых сред, означало образование мембран позволяющих использовать аденозинтрифосфаты для откачки лишних протонов.

Эукариоты:

Форму эукариота поддерживает цитоскелет из тонких и толстых белковых трубочек, а моторные белки перемещают органеллы и обеспечивают подвижность. ДНК наматывается на белки-гистоны (компактизация), а полный геном разделён на большие хромосомы. Х-образную структура хромосом, придаётся им с помощью центромеры — связующего элемента двух спиралевидных цепочек на концах которых располагаются теломеры, предохраняющие от соединения с остальными хромосомами. Деление и слияние мембран регулируется специальными белками, благодаря чему, большинство эукариот способны к фагоцитозу — поглощению частиц внешней среды внутрь.

Сходства митохондрий, — имеющих собственную генетическую систему, — и аэробных бактерий с пластидами, стало первым этапом понимания происхождения эукариотов. Пластиды и митохондрии образуются только в процессе деления, указывающего на происхождение от бактериальных симбионтов, попавших в цитоплазму. В 2015 году найдены археи близкие к эукариотам во множестве компонентов. Экспедиция изучавшая геотермальное поле в Северной Атлантике, после сбора донных осадков заселённых бактериями и археями, провела анализ ДНК, который показал преобладание в той локации одного вида архей, относящихся к некультивируемой группе DSAG. После сбора и прочтения генома, установленный вид оказался ближе к эукариотам, чем все известные ранее. Вид обладает большим набором сигнальных белков, которые в эукариотах регулируют перестроение цитоскелета, сигналы между мембраной, цитоплазмой и ядром, деление клеток и другие функции.

Скачать архив с фото и текстом, можно в конце.

Заключение:

После симбиоза с митохондриями, аэробное дыхание повысило эффективность использования пищи. Эукариоты подчиняют себе внутриклеточные симбиотические бактерии, когда им требовался новый биохимический путь: десятки кластеров глубоководных организмов, независимо приручили хемосинтетические бактерии, окисляющие сероводород или метан. Благодаря симбиотическим бактериям, эукариоты приобретали функции фиксации азота, разложения целлюлозы, синтеза витаминов и пр. Такой вектор эволюции покажется эгоистичным, ибо живые организмы существуют только для пользы генома. В сравнении с короткой жизнью всего организма, информация нуклеиновых кислот, содержащаяся в их клетках — существует практически вечно, передаваясь при размножении и создавая новую структуру носителя.

Но появление цитоскелета и систем регуляции генома, позволило клеткам объединиться в крупные организмы — водоросли, ускоряющие накопление кислорода в атмосфере, открывающего возможность появления многоклеточных животных. После, последовало стремительное усложнение живых организмов — «Кембрийский взрыв», а эволюция лишь ускорялась. С того момента, нашу планету определяет богатая флора и фауна.

Автор: Ларин О.В.

Источник: zen.yandex.ru

Биологическое значение

Биологическое значение заключается в качественном улучшении популяции. Окружающая среда постоянно изменяется и только стойкие виды могут пережить неблагоприятное влияние внешних факторов. Когда увеличивается численность популяции, представители группы испытывают дефицит в пище, местах поселения и размножения.

Выносливые и способные к адаптации организмы найдут другие источники питания и способы выращивания потомства и в дальнейшем передадут сильные гены своим детям. Естественный отбор — важное звено эволюции, ее движущая сила.

Источники генетического разнообразия

Мутации — основной источник генетического разнообразия естественного и искусственного отбора, но в первом случае они происходят спонтанно, а во втором — под человеческим влиянием.

В зависимости от влияния на организм выделяют такие мутации:

  • Летальные (приводят к гибели);
  • полулетальные (понижают жизнеспособность);
  • нейтральные (не влияют на организм);
  • полезные (улучшают исходные качества).

Мутации редко оказывают благоприятное влияние, чаще наносят вред. Полезные доминантные мутации сохраняются длительное время, а от вредоносных — популяция избавляется.

Сравнение естественного и искусственного отбора
Признак
Естественный
Искусственный
Факторы влияния Окружающая среда Антропогенное влияние
Источник разнообразия особей Наследственная изменчивость, естественные мутационные механизмы Искусственно созданные мутации, скрещивание
Длительность Долгий процесс Относительно недолгая
Исход Появление новых видов Выведение плодовитых пород для развития животноводства, рост урожайности за счет модифицированных сортов растений.
Формы отбора Направленный, дизруптивный, половой Индивидуальный, массовый
Цель Выживание в меняющихся условиях Получение полезных для человека характеристик
Влияние на организм Способствует сохранению вида, делает организм сильнее и выносливее Может плохо сказываться на состоянии организма

Естественный отбор у человека

Нельзя сказать, что естественного отбора в человеческом обществе не существует. Появление и развитие медицины повлияло на жизнь людей и естественный отбор стал менее выражен, чем в древнее времена. Но полностью его влияние прекратить невозможно. Еще на этапах ортогенеза прослеживается его действие.

Так, при формировании гамет, при нарушении конвергенции, появлении аномального количества хромосом, половые клетки утрачивают основные свойства (сперматозоиды не могут передвигаться по половым путям, яйцеклетки не созревают).

Естественный отбор у человека
Естественный отбор у человека

Также случаи не вынашивания, выкидыши, внутриутробная гибель плода на поздних этапах беременности, младенческая смертность указывают на действие естественного отбора в человеческом обществе.

Классификация

Существуют разные классификации, но чаще используют их разделение по характеру влияния формы отбора на изменчивость: движущий, стабилизирующий, дизруптивный, половой, групповой отбор.

Формы естественного отбора
Форма отбора
Характеристика
Движущий Суть его заключается в направленном изменении генома популяции. Это происходит в момент приспособления группы особей к новым условиям среды. Так старые виды замещаются на новые, более приспособленные. При этом появление нового признака или утрата имеющегося — следствие движущей формы отбора. Например, птицы без крыльев, паразитические растения без корневой системы и др.
Стабилизирующий Оказывает действие на представителей вида, которые имеют отклонения от средних величин в популяции. Для продолжительного существования группы должны выживать самые стойкие и приспособленные, а такими являются особи со средними показателями жизнедеятельности. Например, слишком высокая плодовитость приводит к тому, что рожденные детеныши слабые с малым весом и требуют больше пищи для нормального развития. Поэтому оптимальной является средняя рождаемость.
Дизруптивный Цель — развитие и сохранение крайних форм одного признака. Встречается на одной территории с разными экологическими условиями, что снижает внутривидовую конкуренцию.
Половой Идет выработка признаков, которые необходимы для вынашивания здорового потомства и произведения на свет максимально возможного количества особей. Также на половой отбор влияют внешние признаки: яркие перья, разнообразный окрас тропических рыбок, песни птиц и другие.
Групповой Направлен на сохранение признаков, которые обеспечивают выживание группы в целом, даже если эти свойства приведут к гибели отдельных представителей. Также конкурирующие группы вытесняют друг друга в ходе эволюции, выживают при этом более сильные.

Эффективность

Условия, способствующие естественному отбору:

  • Множество организмов, подвергающееся отбору;
  • изменчивость в популяциях;
  • условия окружающей среды, часто меняющиеся во времени;
  • разделение популяций географическими барьерами;
  • обширная территория расселения вида.

Эффективность естественного отбора — это изменение частоты встречаемости генов за определенный промежуток времени. Эффективность выражается в подавлении доминирующего гена. В популяции доминантные аллели исчезают довольно быстро. Рецессивные признаки убрать сложнее, так как они длительное время сохраняются в гетерозиготном виде, не проявляя себя.

Высокая и низкая концентрация гена снижает скорость отбора. Средний уровень встречаемости признака — оптимальный для эффективного замещения его на новый. При внедрении нового генома популяция теряет представителей группы, обладающих старым набором генов. Таким образом, популяция, которая способна перенести такие утраты выживает и приобретает новые качества, если же она не в состоянии выдержать массовую гибель особей, то часто вся группа вымирает. Поэтому на протяжении эволюции много видов так и не приспособились к изменяющимся условиям, что заканчивалось их полным исчезновением.

Действие естественного отбора на поведение животных

Данный процесс приводит к изменению, как внешнего облика животных, так и их поведенческих реакций. Сюда относятся врожденные формы поведения: способы добычи еды, защиты от врагов, половое поведение и другое.

Паук плетет сети из паутины для захвата пищи, а также использует ее для откладывания яиц, пчелиные соты служат хранилищем для питательных веществ, кошки в опасный момент принимают специфическую позу, некоторые животные стали запасать еду на зиму и впадать в спячку.

Источник: animals-world.ru