Эволюция у общественных насекомых

Каким образом в процессе эволюции может идти совершенствование тех или иных структур у таких общественных насекомых, как муравьи или пчелы? Проблема состоит в следующем. Пусть у рабочих пчел появилось какое-то приспособление, например лучше устроенные щеточки для сбора пыльцы. Они не могут передать это приспособление следующим поколениям, так как не оставляют потомства. А матка не имеет таких приспособлений, и, уж во всяком случае, она сама не подвергается отбору по этому признаку.

Отвечая на этот вопрос, необходимо объяснить два момента: механизм передачи признаков следующему поколению и механизм действия отбора. Ясно, что передача признака возможна только в том случае, если определяющая его мутация возникла в половых клетках матки или трутня. Первый случай более важен, так как большинство пчел данного улья — потомки одной матки, а сперму она обычно получает от нескольких трутней, и их признаки передаются лишь части рабочих пчел следующего поколения. Важно понимать, что эти признаки могут передаваться потомкам незавйсимо от того, проявляются ли они у матки. Точно так же у быка есть гены, определяющие молочность, которые он передает дочерям, но сам бык, как известно, молока не дает (в случае с пчелами проявление признака может зависеть от действия условий, в частности от кормления личинок).
Как же действует отбор? Если речь идет о таком признаке, как щеточки, то в случае проявления его у большинства особей ясна выгода для всей семьи. Семья больше запасает меда, лучше переносит зимовку; выводится больше рабочих и молодых маток; чаще происходит роение. Другие семьи вытесняются в результате борьбы за существование (например, чаще гибнут в холодные длинные зимы), а могут и проигрывать в конкуренции (например, если новый признак — большая «расторопность» разведчиков, такая семья скорее займет подходящее жилище). В преуспевающей семье выплодится и больше трутней, которые могут осеменить маток из других семей; таким образом, распространение выгодного признака ускорится.
Если строго придерживаться условий задачи, ответ этим исчерпывается. В сущности, он сводится к тому, что отбор действует не на матку и не на рабочих особей, а на всю семью как целое. Но на самом деле есть и другие возможности.

Подробнее...

Причины частоты встречаемости признака

Щенкам спаниелей и фокстерьеров в раннем возрасте подрезают хвосты, чего не делают со щенками сеттеров и овчарок. У спаниелей и фокстерьеров щенки с укороченными хвостами рождаются гораздо чаще, чем у сеттеров и овчарок. Как это можно объяснить?

Наиболее правдоподобное объяснение состоит в том, что среди сеттеров и овчарок ведется искусственный отбор, направленный против короткохвостых особей. Если появляется щенок овчарки или сеттера с укороченным хвостом, то он выбраковывается как не соответствующий стандарту породы и не допускается к размножению. Можно сказать, что на овчарок и сеттеров действует стабилизирующий отбор по длине хвоста (чересчур длинный хвост считается отклонением от идеального экстерьера). Среди спаниелей и фокстерьеров отбор по длине хвоста не ведется, так как всем щенкам хвосты все равно подрезают. Мутации, вызывающие «короткохвостость», для них нейтральны и могут распространяться в популяции.
При ответе на этот вопрос школьники обычно помнят, что приобретенные признаки не наследуются, однако некоторые из них все же пишут, что «неупражнение» хвоста может постепенно приводить к «атрофии» соответствующих генов. Гораздо чаще встречается другая ошибка: школьники считают, что отбор ведется среди спаниелей и фокстерьеров. Обычно это подтверждается рассуждениями о том, что хвост этим собакам мешает в их «профессиональной деятельности». Эти доводы нелогичны: ясно, что никому не придет в голову затрачивать силы на выведение короткохвостой породы, когда хвост можно подрезать.

Подробнее...

Эволюция белков

Очевидно, что возможны 2020 различных белков длиной в 20 аминокислотных остатков. Исходя из этого, иногда утверждают, что отбору не хватило бы времени для того, чтобы создать такой длинный белок. В чем тут ошибка?

Подобное рассуждение предполагает, что только белок с одной-единственной точно определенной последовательностью аминокислотных остатков способен выполнять определенные функции. Но мы знаем, что у разных организмов в белках, выполняющих одну и ту же функцию, последовательность аминокислотных остатков бывает различна. Кроме того, для нормального функционирования многих ферментов достаточно, чтобы лишь несколько остатков, входящих в активный центр или ответственных за конформацию белковой молекулы, были строго определенными. Остальные участки полипептидной цепи могут варьироваться без заметного изменения активности фермента. Значит, отбору было достаточно создать лишь необходимую комбинацию из относительно небольшого числа остатков.

Подробнее...

Потеря сорта культурных растений

Сорта культурных растений обычно удается успешно использовать лишь в течение нескольких лет после введения их в практику. С чем это может быть связано?

Прежде всего, отметим, что выведение нового сорта, разработка пригодных для него агротехнических приемов, выяснение вопроса о том, в каких районах целесообразно возделывать этот сорт, — дело десятилетий. Поэтому столь малый «срок службы» сорта — явление отнюдь не положительное, и мечта каждого селекционера — ввести свой сорт в практику на много десятилетий. Что же этому мешает, почему исходно хороший сорт может стать непригодным к использованию?
Создавая новый сорт, заботятся о том, чтобы он был устойчив к болезням и вредителям. Но если это достигается введением в генотип сорта одного-двух генов устойчивости, то рано или поздно находится раса паразита, способного «подобрать к ним ключи». Эта раса довольно быстро распространяется повсюду, где только возделывается данный сорт. Один из способов, предлагаемых для борьбы с этим явлением,— введение в генотип сорта многих генов, каждый из которых несколько повышает устойчивость к паразиту. Выработать «контрприспособления» против каждого из этих генов паразиту будет трудно. Другой способ заключается в том, чтобы повысить и без того достаточно высокую генетическую разнородность сорта, сделав так, чтобы разные растения имели разные гены устойчивости.

Подробнее...

Механизмы изоляции видов

Почему некоторые близкие виды животных, способные давать потомство в неволе, в природе существуют, не смешиваясь?

В ответе на предыдущий вопрос уже упоминались различные прекопулятивные (т. е. действующие до момента спаривания, предотвращающие спаривание между особями разных видов) механизмы генетической изоляции. Какие из этих механизмов, действующих в природе, не могут функционировать в условиях неволи?
Прежде всего это относится к экологической изоляции. Как и в случае, разобранном в предыдущем вопросе, в естественных условиях близкие виды часто обитают в различных биотопах, редко сталкиваясь друг с другом. Другой важный механизм изоляции — временной. В условиях неволи, например, при постоянных в течение всего года температуре и фотопериоде, у животных могут смещаться сроки размножения и представители разных видов могут оказаться готовыми к размножению одновременно.
В условиях неволи часто изменяется поведение животных. При этом могут исказиться, стереться видовые особенности брачного поведения, служащие для поведенческой изоляции. Довольно часто поведенческая изоляция основана на том, что особи каждого из обитающих совместно близких видов выбирают себе партнера для спаривания, сравнивая брачное поведение «своих» и «чужих». В неволе, особенно в случае, если человек специально стремится получить гибриды, такого выбора может просто не быть.

Перенос генов

В результате изменений ландшафтов особи одного вида животных или растений проникают в область распространения других близких видов и дают там гибрид с аборигенами. Каковы могут быть последствия этого?

Очевидно, что этот вопрос касается механизмов межвидовой репродуктивной изоляции. Для ответа на него требуется разобраться в том, что может происходить с популяциями близких видов в случае разрушения географических и/или экологических изолирующих преград.
Последствия такого проникновения (оно называется вторичной интрогрессией) зависят прежде всего от степени дивергенции этих двух видов, а именно от того, насколько жизнеспособны и плодовиты их гибриды. Рассмотрим сначала случай, когда межвидовые гибриды оказываются вполне жизнеспособными и плодовитыми. Такие случаи не редкие. Так называемые гибридные зоны, или зоны интрогрессии, где обитают представители обоих видов и идет интенсивная гибридизация, хорошо известны для серой и черной вороны в Европе, двух видов дятлов в Северной Америке, множества других животных и растений. Очевидно, такие зоны возникли относительно недавно в результате изменений ареалов близких видов, связанных с изменениями природных ландшафтов, вызванными как деятельностью человека, так и естественными причинами. Если межвидовые гибриды одинаково успешно скрещиваются и друг с другом, и с родительскими видами, в зонах интрогрессии будет происходить смешение генофондов двух видов и межвидовые различия будут стираться. Если же гибридные формы по тем или иным причинам скрещиваются друг с другом чаще, чем с родительскими видами, произойдет гиброгенное видообразование. Эта ситуация достаточно часто встречается в мире растений, но и среди животных есть виды, по всей видимости, имеющие гибридное происхождение: некоторые виды лягушек, дрозофил, дафний и др.

Подробнее...

Изменчивость цвета гусениц одного вида бабочек

Гусеницы одного из видов бабочек встречаются на листьях двух видов — ярко-зеленого и сероватого цветов. На зеленых листьях намного чаще встречаются зеленые гусеницы, а на сероватых — серые. Предложите возможные объяснения этого факта и опыты по их проверке.

Можно предложить следующие возможные объяснения:
а) Гусеницы способны к постепенному изменению окраски в соответствии с цветом фона. Это было бы весьма вероятное объяснение, если бы речь шла, например, о ракообразных. Но и у некоторых насекомых описана способность к изменению окраски.
б) Окраска гусениц постепенно меняется в результате питания данным видом листьев и накопления в организме пигмента соответствующего цвета. Такие случаи влияния цвета пищи на окраску известны у насекомых, хотя именно для гусениц, возможно, и не описаны.
Следующие объяснения, в противоположность двум приведенным выше, предполагают, что окраска гусениц генетически детерминирована и не меняется в течение жизни.

Подробнее...

Генетический полиморфизм популяций

Почему в природных популяциях часто одновременно встречаются разные аллели одного и того же гена, как дающие своему носителю наибольшее преимущество в борьбе за существование, так и не несущие таких свойств?

Присутствие более чем одного аллеля некоего гена в популяции называется генетическим полиморфизмом, а такой ген — полиморфным. Как может поддерживаться полиморфизм в популяциях?
Во-первых, довольно часто оказывается, что какого-либо одного аллеля, дающего максимальное адаптивное преимущество, просто не существует. Во многих случаях все одновременно присутствующие в популяции аллели некоего полиморфного гена оказывают одинаковое или почти одинаковое влияние на приспособленность. Такой полиморфизм называется нейтральным. Нейтральные аллели достигают высоких частот в популяции за счет случайных процессов, то есть дрейфа генов.

Подробнее...

Стабилизирующий отбор

Почему даже длительное воздействие стабилизирующего отбора не приводит к полному фенотипическому единообразию особей в популяции?

Во-первых, не всякий фенотипический признак строго определяется генотипом. Поскольку развитие особей может протекать в несколько различных условиях, они могут получать ненаследуемые различия, вызванные внешней средой. Иными словами, существует широкая фенотипическая ненаследственная изменчивость, на которую отбор впрямую действовать не может. Во-вторых, в популяции, особенно достаточно большой, время от времени возникают новые мутации, проявление которых мы можем наблюдать до того, как стабилизирующий отбор успеет изъять их из популяции.

Эволюция человека

Как Вы думаете, продолжается ли в настоящее время эволюция человека? Ответ поясните.

Эволюция — это не только образование новых видов и более прогрессивных форм (макроэволюция). Это еще и изменение частот генов в популяциях под действием разного рода эволюционных факторов: отбора, дрейфа генов, миграций. Возникновения новых видов рода Homo сейчас действительно не наблюдается, так как генетической изоляции между расами и отдельными популяциями нет, а географическая и социальная изоляция стирается в связи с активной миграцией населения и отступлением национальных и расовых предрассудков.

А вот микроэволюция в человеческих популяциях, безусловно, продолжается. Она проявляется в изменении частот аллелей генов, контролирующих как биохимические, так и морфологические признаки. Тому есть довольно много примеров, в том числе классический с серповидно-клеточной анемией. Есть и другие примеры, в которых в качестве фактора отбора выступает какое-либо серьезное заболевание. Так, например, распространение различных аллелей гена, отвечающего за группы крови, сильно зависит от того, была ли распространена в той или иной стране чума, чувствительностью к возбудителю которой различаются обладатели разных групп крови. Поскольку чума перестала быть важным фактором отбора какое-нибудь столетие назад, в эволюционном смысле этот пример вполне можно отнести к «нашему времени». Разумеется, во всех популяциях людей идет отбор и против аллелей, вызывающих наследственные болезни. Подвергаются отбору и другие признаки. Хорошо известно, что за последнее столетие существенно увеличился средний рост людей и довольно заметно снизился средний возраст полового созревания. Этот процесс продолжается и сейчас.

Важную роль в эволюции человека играет неслучайность скрещиваний, поскольку люди сознательно выбирают себе партнеров. Не менее важны эффекты дрейфа, то есть случайного сдвига частот аллелей, особенно в маленьких популяциях, например у небольших изолированных народов. Большую роль играют и миграции. Развитие транспорта и межнациональных контактов привело к распространению в популяциях человека аллелей из других далеких популяций.