Природний відбір - спрямовує чинник еволюції

Природний відбір - це диференціальне виживання і розмноження особин, які відрізняються один від одного генетично детермінованими ознаками. Більш пристосовані до даних умов середовища особини залишають більше нащадків, ніж менш пристосовані. Ми можемо виміряти відносну пристосованість особини часткою її нащадків серед особин наступного покоління і, отже, частотою її алелей, які увійшли в генофонд наступного покоління.

Для того, щоб оцінити пристосованість кожного конкретного зайця нам не потрібно вимірювати його швидкість бігу, його хитрість в ускользание від вовка, лисиці та інших ворогів, його здатність знаходити і використовувати їжу, його привабливість для Зайчей, нам потрібно тільки знати, скільки він залишив нащадків . З двох зайців більш пристосований той, хто залишив більше нащадків, хто вніс більше своїх генів в генофонд наступного покоління зайців. Таким чином, частота алелей, які визначають більш високу пристосованість їх носіїв, збільшується в генофонді популяції. Генетичний склад популяції змінюється. Оскільки ми визначили еволюцію, як зміна генетичного складу популяції, то ми можемо розглядати природний відбір як фактор еволюції.

Природний відбір принципово відрізняється від інших вже відомих вам факторів еволюції - мутаційного процесу і дрейфу генів. Мутації виникають випадково. Вони не є і не можуть бути спочатку адаптивними. При дрейфі генів частоти алелей в популяціях змінюються випадково, безвідносно до того, наскільки добре пристосовані носії того чи іншого аллеля. Природний відбір визначає жорстку зв'язок між пристосувальної цінністю алелей і їх частотою в популяціях. Це єдиний фактор, який забезпечує пристосування всіх живих організмів до постійно мінливих умов зовнішнього середовища і регулює гармонійні взаємодії між генами всередині кожного організму.

Природний відбір відбувається автоматично. Всі живі організми з покоління в покоління проходять сувору перевірку за всіма найдрібніших деталей їх будови, функціонування всіх їх систем в різноманітних умовах. Тільки ті, хто витримав цю перевірку, виявляються відібраними і дають початок наступному поколінню. Дарвін писав: «Природний відбір щодня і щогодини розслідує по всьому світу найдрібніші варіації, відкидаючи шкідливі, зберігаючи і складаючи добрі, працюючи нечутно і непомітно, де б і коли б, не постала до того нагода, над удосконаленням кожної органічної істоти по відношенню до умов його життя, органічних і неорганічних. Ми нічого не помічаємо в цих повільних змінах у розвитку, поки рука часу не помітить минулих століть ».

Ефективність природного відбору залежить від його інтенсивності і запасу спадкової мінливості, накопиченого в популяції. Інтенсивність відбору визначається тим, яка частка особин доживає до зрілого віку і бере участь в розмноженні. Чим менше ця частка, тим більше інтенсивність відбору. Якщо, наприклад, з 10 000 особин в кожному поколінні виживають і розмножуються тільки 100 найбільших, то середній розмір особин в цій популяції зростає набагато швидше, ніж у випадку більш м'якого відбору, коли, наприклад, половина всіх особин в популяції бере участь в розмноженні.

Інтенсивність відбору варіює в широких межах в залежності від виду та екологічної ситуації. Однак вона ніколи не буває нульовий. Навіть в людських популяціях, які завдяки досягненням сучасної цивілізації в сильному ступені захищені від дії відбору, його інтенсивність дуже значна. Близько 30% всіх вагітностей закінчуються викиднями на самих ранніх стадіях; 5% новонароджених гине при народженні, ще близько 3% не доживає до зрілості; 20% людей, що дожили до зрілості, не вступають в шлюб, і 10% вступили в шлюб не мають дітей. У природних популяціях мікроорганізмів, рослин і тварин інтенсивність природного добору набагато вище.

Однак навіть найінтенсивніший відбір буде неефективний, якщо мінливість особин в популяції незначна або вона носить Неспадкова характер. Якщо всі особини в популяції абсолютно однакові, то навіть в умовах жорсткої боротьби за існування все вони мають рівні шанси вціліти або загинути. Життя і розмноження кожної такої особи залежить від випадку. З покоління в покоління генетичний склад цієї популяції залишатиметься незмінним.

Зміни не будуть накопичуватися і в тому випадку, якщо мінливість особин в популяції батьків обумовлена ​​не генетичною мінливістю, а різноманітністю середовищних умов. Тоді середнє значення ознаки і нащадків особин з вкрай високим і вкрай низьким проявом ознаки буде однаковим. Таку картину ми завжди спостерігаємо в так званих чистих лініях (гомозиготних за всіма генами) рослин і тварин і в клонах безстатевих організмів. Тому відбір в чистих лініях і клонах виявляється неефективним. Скільки б поколінь ми ні відбирали представників чистих ліній з найбільшим або найменшим проявом ознаки, популяционная середня в наступних поколіннях залишається незмінною. У генетично гетерогенних популяціях відбір веде до поступового зміщення середньої з покоління в покоління.

Найважливішим властивістю природного відбору є його здатність накопичувати і поєднувати корисні аллели. Відбір діє в кожному поколінні, і в кожному поколінні він починається не з нуля, не з «чистого аркуша», а того стану популяції, в яке вона була приведена в результаті попереднього циклу відбору. Якщо в якійсь популяції з року в рік високі рослини отримують перевагу у виживанні і розмноженні, то покоління за поколінням в цій популяції зростає частота високих особин, і збільшується середніх розмір особин. Результати дії природного відбору акумулюються, накопичуються з покоління в покоління. Все нові й нові алелі виникають в популяції за рахунок мутаційного процесу. Кожна мутація випадкова, але її носії регулярно відбираються, і розмножуються в популяції, якщо вона хоч трохи підвищує пристосованість її носіїв. Якщо критерієм пристосованості в даній популяції є висота рослини, то відбір підхоплює все аллели, які тим чи іншим способом працюють на цьому ознака - збільшують швидкість росту, ефективність використання сонячного світла, води та інших ресурсів.

Здатністю відбору накопичувати і поєднувати корисні аллели і видаляти шкідливі обумовлена ​​і поступовість еволюції, і виникнення дивовижно складних органів, форм і функцій. Найскладніші пристосування в будові, функціях і поведінці живих організмів сформувалися поступово шляхом систематичного відбору випадково виникаючих мутацій.

Об'єктами відбору завжди є окремі особини, а не популяції і не види. Жодне пристосування, як завгодно корисне для виду, не зможе бути підхоплено природним відбором і поширитися в популяції, якщо воно шкідливе для конкретних особин.

Повернемося до проблеми взаємодопомоги між тваринами, яку ми обговорювали вище. Довгий час залишалося загадкою, як ця властивість могло виникнути і закріпитися. Уявімо собі популяцію, що складається з одних «егоїстів», які зосереджені тільки на своїх власних інтересах і не схильні жертвувати собою заради інших. Припустимо, що в цій популяції з'являються рідкісні мутанти- «альтруїсти», які завжди готова прийти на допомогу іншим. При цьому вони ставлять під загрозу своє власне життя. У такій ситуації перемога в боротьбі за життя дістанеться егоїстів, які користуються допомогою альтруїстів, але самі нічого не дають натомість. Гени «альтруїстичної поведінки» будуть досить швидко втрачені. До такого ж результату ми прийдемо, якщо почнемо наше розгляд з повністю альтруїстичної популяції. Припустимо, що в такій популяції з'являється егоїстичний мутант. Він охоче приймає допомогу, але сам нікому не допомагає. Вигоди такої поведінки для нього і його егоїстичних нащадків очевидні. Вони отримують незаслужені переваги в боротьбі за життя, успішно розмножуються і, в кінцевому рахунку, витісняють гени альтруїстів з генофонду популяції.

Ключ до вирішення цього парадокса був знайдений в розширенні поняття пристосованості. У сучасній еволюційної біології виділяється два компоненти пристосованості: безпосередня пристосованість і розширена. Під прямий пристосованістю особини розуміється внесок її власних алелей в генофонд популяції. Чим вище життєздатність і плодючість особини, чим краще вона забезпечує виживання своїх нащадків, тим вище її безпосередня пристосованість. Розширена пристосованість особини тим вище, чим більше алелей, ідентичних її аллелям, передається наступному поколінню. Особина може підвищити свою сукупну пристосованість, підвищуючи своїми діями безпосередню пристосованість своїх родичів, які містять в своїх генотипах ті ж алелі, що і вона. Мати, захищаючи своїх нащадків, захищає по суті свої гени, передані цим нащадкам. Кожен з них має половину генів, отриманих від матері, половину - від батька. Отже, коефіцієнт спорідненості між батьком і нащадком дорівнює. Звідси випливає, що якщо ціною свого життя, мати врятує життя двом своїм дітям, то її сукупна пристосованість не знизиться. Але ж точно така ж ступінь споріднення пов'язує між собою братів і сестер. Отже, по генетико-еволюційним міркувань брати і сестри повинні проявляти один до одного таку ж ступінь турботи, як і мати до своїх дітей.

Таке розуміння пристосованості пояснює виникнення і поширення альтруїзму і взаємодопомоги в популяціях тварин. Допомагаючи родичам, тварини сприяють поширенню своїх генів, в тому числі і генів, відповідальних за формування альтруїстичної поведінки. Не слід думати, однак, що тварини дійсно скрупульозно підраховують коефіцієнт спорідненості, який пов'язує їх з тієї чи іншої особиною в популяції і на підставі цих підрахунків приймають рішення як їм поступати - егоїстично або альтруїстично - в кожному конкретному випадку. Коли виникає загроза життю дитини, мати інстинктивно кидається на його захист. Ті матері, які так не надходили, залишилися без нащадків, аллели цих матерів були безслідно втрачені і не залишили слідів в еволюції. Виникнення і поширення взаємодопомоги між родичами є, таким чином, автоматичним наслідком природного відбору.