Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 5. Біорізноманіття нашої планети як наслідок еволюції

Дайте означення поняття еволюція.

Що таке популяція, вид?

У чому причина різноманіття організмів на нашій планеті?

Чим пояснити пристосованість живих істот до умов існування? Відповіді на ці питання надав видатний англійський учений Чарльз Роберт Дарвін (1809-1882) у праці «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя» (рис.17).

Учений розглядає еволюцію як процес незворотних змін будови та функцій організмів протягом їхнього історичного існування, наслідком якого є пристосованість живого до умов навколишнього середовища. Як головну рушійну силу еволюції вчений виокремлює природний добір - процес виживання найбільш пристосованих організмів певного виду до умов існування. Умови на нашій планеті змінюються, а тому переваг набувають організми, зміни в будові яких найбільше сприяють пристосуванню до умов навколишнього середовища. Ч. Дарвін пише: «Висловлюючись метафорично, можна сказати, що природний добір щодня, щогодини розслідує по всьому світу найдрібніші зміни, відкидаючи погані, зберігаючи і складаючи добрі, працюючи нечутно, невидимо, <...> над удосконаленням кожної органічної істоти по відношенню до умов її життя, органічних і неорганічних.» Цей процес відбувається на основі спадкової мінливості внаслідок боротьби за існування, а результатом є поява нових видів.

Рис. 17. Праця англійського природознавця Ч. Дарвіна «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя», опублікована 24 листопада 1859 р.

У праці наведено наукові докази, зібрані під час подорожі вченого в Південну Америку, на Галапагоські острови та в Австралію на борту корабля «Бігль». Подорож тривала з 1831 по 1836 рік. Представлені в дослідженні положення є основою сучасної наукової теорії еволюції. Книга була зрозумілою навіть пересічному читачеві й уже при першій публікації викликала великий інтерес. Перший наклад 1250 примірників був розкуплений у перший день.

Прочитайте вислів автора:

«Подорожуючи на «Біті» як натураліст, я був вражений деякими фактами в розподілі органічних істот у Південній Америці і геологічними відносинами між старими і сучасними мешканцями цього континенту. Факти ці, як буде видно з останніх розділів цієї книги, здавалось, кидали деяке світло на походження видів - цю таємницю з таємниць. <...> Повернувшись додому в 1837 році, я напав на думку, що чого-небудь можна, мабуть, досягти в розв’язанні цього питання шляхом сумлінного збирання і обдумування різних фактів, що мають яке-небудь до нього відношення.»

Який метод біологічних досліджень використовував Ч. Дарвін?

Які якості, на вашу думку, допомогли вченому зробити наукові відкриття?

Створюючи теорію, Ч. Дарвін пов’язував дію природного добору з окремою особиною. Проте дослідження, проведені вже в XX ст., засвідчили, що цілком зрозуміти дію природного добору можна лише зважаючи на процеси, які відбуваються в групах організмів - популяціях.

Популяція. Мікроеволюція. Видоутворення. У межах поширення виду його особини живуть сукупностями - популяціями. Наявність популяцій у природі пов’язана з неоднорідністю умов існування на території, що її займає вид. Що більш різноманітними є умови існування в ареалі виду, то більшою є кількість популяцій, із яких він складається.

Популяція - сукупність особин виду, яка займає частину території його поширення та ізольована від інших подібних сукупностей цього виду.

У своїй праці Ч. Дарвін передбачив, що «природний добір був найважливішим, але не єдиним засобом модифікації». І справді, подальші дослідження виявили, що на еволюційні процеси в популяціях, крім природного добору, впливають елементарні фактори еволюції - популяційні хвилі, дрейф генів та ізоляція. Популяційні хвилі - це періодичні або неперіодичні коливання чисельності популяцій у природних умовах. Унаслідок зменшення або збільшення чисельності особин частота зустрічальності тих чи інших алелів у генофонді популяції може змінюватися. Тож популяційні хвилі можуть бути передумовою зміни генофонду популяції, а отже, елементарним фактором еволюції. Унаслідок популяційних хвиль можуть виникати випадкові неспрямовані зміни частот зустрічальності алелів у популяції, які називають дрейфом генів. У невеликих популяціях загибель особин, які є єдиними носіями певного алеля, спричиняє його зникнення з генофонду популяції. Певний алель випадково може зникнути, натомість унікальний алель випадково може закріпитися. Це, зі свого боку, може спричинити вимирання популяції в разі зниження пристосованості до умов навколишнього середовища або, навпаки, збільшити пристосованість популяції до середовища, і з такої популяції внаслідок дії природного добору утвориться новий вид (рис. 18). Також елементарним фактором еволюції є ізоляція - виникнення будь-яких бар’єрів, що унеможливлюють схрещування між особинами одного виду.

Рис. 18. Взаємозв’язок елементарних факторів еволюційного процесу в популяціях.

Поясніть значення популяційних хвиль і дрейфу генів для процесу виникнення нового виду.

Зміни популяцій, спричинені елементарними факторами еволюції (популяційними хвилями, дрейфом генів та ізоляцією), називають мікроеволюцією. Мікроеволюційні процеси в разі виникнення репродуктивної ізоляції (неможливості особин вільно схрещуватися й давати плідне потомство) можуть призводити до утворення нового виду. Як було зазначено раніше, головною рушійною силою утворення нових видів є природний добір.

Видоутворення - еволюційний процес виникнення нових видів. Відповідно до типів ізоляції виокремлюють географічне та екологічне видоутворення. Географічне видоутворення відбувається внаслідок географічної ізоляції, коли виникає розрив ареалу (рис. 19). Екологічне видоутворення - спосіб видоутворення, який є результатом появи різних форм екологічної ізоляції. Зазначимо, що видоутворення в такий спосіб відбувається в межах ареалу виду й часто пов’язане з пристосуванням організмів до споживання різної їжі (рис. 20).

Утворення нових видів може відбуватися у формі дивергенції, конвергенції та паралелізму. Дивергенція - еволюційний процес розходження ознак споріднених груп організмів унаслідок адаптації до різних умов існування. Унаслідок дивергентної еволюції під дією елементарних факторів еволюції з предкової форми утворюється декілька груп, кожна з яких пристосовується до певних умов існування. У разі дивергенції подібність визначається спільністю походження, а відмінності - пристосуванням до різних умов середовища. Із посиленням розбіжності ознак відбувається процес видоутворення, види зазнають подальшої диференціації. Дивергенція приводить до різноманіття організмів, згладжуючи напруженість боротьби за існування (рис. 21). Інколи близькоспоріднені групи організмів, які утворилися внаслідок дивергенції, можуть знову потрапити в подібні умови. Тоді в організмів цих груп можуть незалежно формуватися подібні пристосування - такий еволюційний процес називають паралелізмом. Наприклад, копитні, які проживають у різних кліматичних зонах, рятуються від хижаків утечею, долають великі відстані до джерел води. Тому в різних видів спостерігається зменшення кількості пальців, захищених роговими копитами, що є пристосуванням до умов існування. Вивчаючи різноманітність організмів на нашій планеті, ви дізналися, що групи організмів, які не пов’язані безпосередніми родинними зв’язками, можуть пристосуватися до існування в однакових умовах - такий еволюційний процес називають конвергенцією (рис. 22).

Рис. 19. Приклад географічного видоутворення:

а - Конвалія травнева;

б - Конвалія закавказька

Вихідний вид декілька мільйонів років тому, у третинний період, був розповсюджений у листяних лісах Євразії. З поступом льодовиків у четвертинному періоді ареал був розірваний на декілька частин, і конвалія збереглася лише на територіях, які льодовик оминув, - виникли нові види.

Рис. 20. Приклад екологічного видоутворення:

а - Шишкар сосновий;

б - Шишкар ялиновий

Один вид шишкарів вигодовує пташенят насінням сосни, а інший - насінням ялини. їх розмноження прив’язане до термінів дозрівання насіння цих рослин (вони дозрівають не одночасно). Тож розмноження в різну пору року спричиняє ізоляцію і надалі - видоутворення. Так виникли два види шишкарів.

Результатом дії рушійних сил еволюції є відносна пристосованість видів до умов навколишнього середовища. Вона може виявлятися в особливостях забарвлення, форми тіла, поведінки, фізіологічних і біохімічних процесів тощо. Процеси, які спричинюють еволюційні зміни органічної природи, діють постійно, як про це зазначав у своїй праці Ч. Дарвін: «Цікаво дивитися на густо зарослий беріг, вкритий численними різноманітними рослинами, з птахами, які співають в кущах, з комахами, які пурхають навколо, з червами, що повзають в сирій землі, і гадати, що всі ці чудово збудовані форми, які настільки різні між собою і так складно одна від одної залежать, були створені завдяки законам, які ще й тепер діють навколо нас.»

Рис. 21. Приклад дивергенції

Сучасні науковці вважають, що зображені види виникли внаслідок дивергенції від спільного предка.

Наведіть можливі аргументи на користь такого погляду.

Рис. 22. Приклад конвергенції

Сучасні науковці вважають, що структури, які забезпечують здатність до польоту, виникли внаслідок конвергентної еволюції.

Наведіть можливі аргументи на користь такого погляду.

1. Дайте означення понять еволюція, популяція, вид, видоутворення.

2. Що є головною рушійною силою еволюційного процесу?

3. Поясніть вплив елементарних факторів еволюції на процеси в популяціях.

4. Що таке географічне та екологічне видоутворення?

5. Поясніть утворення видів унаслідок дивергенції, конвергенції та паралелізму.

6. Обґрунтуйте значення праці Ч. Дарвіна «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя».