Реферат: Природний добір основна рушійна сила еволюції органічного світу

Реферат на тему:

Природний добір — основна рушійна сила еволюції органічного світу.

Всі організми в природі мають тенденцію розмножуватися в геометричній прогресії. При цьому кожний вид потенційно має можливість збільшувати чисельність особин у необмеженій кількості. Міський горобець протягом літа тричі виводить пташенят, кожного разу в середньому близько п'яти. Якщо б всі пташенята вижили, на наступний рік досягли статевої зрілості і також залишили потомство, то через десять років нащадки однієї пари горобців становили б 257 716 963 696 особин Сірий пацюк дає 5 виводків на рік, у середньому по 8 малят, які досягають статевої зрілості в тримісячному віці. В результаті потомство пари сірих пацюків потенційно через рік може досягти 40 тис. особин. Потомство однієї самки листкової попелиці за рік могло б досягти 1025 особин; вони двометровим шаром вкрили б сушу на планеті.

Ще К. Ліней зазначав, що одна рослина маку дає 32 тис. насінин, а Ч. Дарвін в одному плоді зозулиних сліз нарахував понад 186 тис. насінин.

За підрахунками Дарвіна, навіть дуже повільне розмноження у слонів має великі потенціальні можливості - через 750 років одна пара дасть 19 мли. голів.

У природі геометрична прогресія розмноження ніколи не спостерігається, фактично організмів народжується завжди більше, ніж їх виживає. На шляху до безмежного в потенції розмноження стають перешкоди у вигляді «боротьби за існування». «Я мушу попередити, що застосовую цей вислів,— писав Дарвін,— у широкому і метафоричному розумінні, включаючи сюди залежність однієї істоти від іншої, а також розуміючи (що е ще важливішим) не тільки життя однієї особини, а й успіх її в забезпеченні себе потомством... Про рослину на околиці пустелі так само говорять, що вона бореться з посухою, хоч правильніше було б сказати, що вона залежить від вологості... У всіх цих значеннях... я заради зручності вдаюся до загального вислову «боротьба за існування».

Дарвін розрізняв три форми боротьби за існування: а) взаємовідносини організмів з неживою природою, або пристосування до абіотичних факторів зовнішнього середовища; б) міжвидову боротьбу, до якої відносяться взаємовідносини між особинами, які належать до різних видів; в) внутрішньовидову боротьбу, взаємовідносини між особинами, які належать до одного виду.

Взаємовідносини організмів з неживою природою можна показати на таких прикладах. Рослини Півночі більш морозостійкі, ніж південні форми, тому що особини, які нездатні перенести низьку температуру, вимирають і потомство зберігається лише від тих із них, які в результаті мутаційної мінливості набули морозостійкості. У трав'янистих рослин тундри короткий вегетаційний період, який дозволяє утворити насіння протягом короткого літа. І це наслідок того, що рослини, які не встигали утворювати насіння за короткий час північного літа, не могли залишити потомства. І тут у життєвій боротьбі перемагали ті, у яких завдяки відповідним спадковим змінам виявлявся скорочений вегетаційний період.

Ще більш короткий вегетаційний період у трав'янистої рослинності пустель, що забезпечує їм дозрівання за невелику кількість днів весняного вологого періоду.

Уявимо собі картину з минулого... На краю пустелі росла рослина із порівняно тривалим вегетаційним періодом. Насіння її відносилось вітром у бік пустелі. Воно, безсумнівно, мало індивідуальні відмінності, які відбивалися на швидкості появи сходів, інтенсивності росту і дозрівання, тому не всі із них могли вижити і залишити потомство. У деяких індивідуальні особливості виявилися відповідними умовам існування, однак і вони давали насіння, яке також не було однотипним. І знов добір залишав лише ті рослини, які були найбільш пристосовані до конкретних умов існування. Більше того, насіння і цих рослин потрапляло ще далі в глибину пустелі. Серед рослин, що виросли із насіння, знов йшов добір на здатність вижити в умовах ще більш короткого вегетаційного періоду. Так сформувались у природі рослини, які характеризуються коротким періодом вегетації (ефемери).

У інших рослин — мешканців пустель — добір йшов в інших напрямках, що забезпечувало появу нових ознак, які давали можливість існувати в цих умовах. Наприклад, саксаул пустель Середньої Азії не має справжніх листків, вони перетворилися на загострені лусочки, притиснені до стебла, або навіть у невеликі горбики на стеблі, чим запобігається інтенсивне випаровування води. Таким чином, і ця ознака — наслідок добору, тобто виживання тих, хто менше втрачав вологи.

Можливо, не зразу виникла мутація рослин з редукованими листками, а скорочення поверхні випаровування у рослин — предків саксаулу — пройшло через ряд етапів (мутацій). Добір же зберігав тих, хто краще виживав; ними виявились рослини, які менше випаровували вологу.

Цікавий приклад наводить Дарвін відносно комах — мешканців невеликих океанічних островів. Вони або добре літають, або зовсім не мають крил. Мабуть, комахи раптовими поривами вітру зносились в море; зберігались лише ті, які або могли протидіяти вітру, або зовсім не літали. Добір у цьому напрямі привів до того, що на острові Мадейра із 550 видів жуків 200 видів — не літають. Це приклад дивергенції, або дизруптивного (розривного) природного добору.

У результаті міжвидової боротьби з'явились ті пристосування, які необхідні рослинам і тваринам в їхніх складних взаємовідносинах між собою. Так, у рослин з'явились колючки, шипи, жалкі волоски, гіркий смак і т. д. Можна собі уявити, що у давнього предка шипшини шипів не було. Листки і гілки на кущах цих рослин поїдали травоїдні тварини. Проте на окремих кущах стебла мали незначну бугристість. Такі кущі тварини об'їдали з меншою охотою. В результаті збереглися ті, у яких шипи ставали все більшими і більшими. Подібний процес привів в одних випадках до утворення колючок, в інших — до появи неприємного запаху або смаку і різноманітних ознак, які перешкоджали поїданню.

Серед рослин, що запилюються комахами, більшу кількість насіння могли утворити ті, які краще «приваблювали» комах-запилювачів. Тут мають значення яскраве забарвлення, аромат, щедрий солодкий нектар, будова квітки і т. п. У результаті ті з різновидів, які в цьомувідношенні поступалися іншим, перестали відвідуватися комахами і врешті-решт були приречені на вимирання.

Комахи, ящірки і ряд інших видів, які ховаються між листками рослин, мають зелений або бурий колір, мешканці пустель — колір піску. У забарвленні тварин, які мешкають у лісі, є плями, що нагадують бліки, наприклад, у леопарда, а у тигра імітують колір і тінь від стебел очерету або комишу. Таке забарвлення отримало назву захисного. У хижаків воно закріпилось завдяки тому, що його хазяїн непомітно міг підкрастися до здобичі, а у жертви захисне забарвлення — наслідок того, що жертва залишалась менш помітною для хижаків. Як же воно виникло? Численні мутації давали і дають велику різноманітність форм, що відрізняються за забарвленням. У ряді випадків воно виявилось близьким до фону навколишнього середовища, тобто заховувало тварину, відігравало роль захисного пристосування. Ті тварини, у яких захисне забарвлення виявилось мало, або залишались без їжі, або самі ставали жертвами.

Іноді тварини не лише за забарвленням, а і за формою і поведінкою подібні до якого-небудь предмета або інших тварин. Таке явище називається мімікрією. Так, форма крил багатьох метеликів збігається з формою зеленого або сухого листка. У деяких на крилах е ще малюнок, який відтворює жилкування.

У результаті міжвидової боротьби виробилась у рослин властивість виділяти антибіотики і фітонциди, у тварин з'явився імунітет, тобто несприйнятність до ряду хвороб. У результаті тієї ж боротьби паразити набули властивих лише їм ознак: великий розвиток статевих залоз, інтенсивне розмноження, ферменти, які запобігають травленню на поверхні тіла у мешканців кишок тощо. З іншого боку, і у хазяїв паразитів з'явились пристосування до співжиття з ними. Чим давніша система хазяїн — паразит, тим меншої шкоди завдає паразит своєму хазяїнові. Так, в екваторіальній Африці у антилоп з давніх часів паразитує одноклітинний паразит — трипаносома, не викликаючи помітного захворювання, проте коли трипаносома мухою цеце перенесеться до неспецифічного для неї хазяїна — людини, то викличе смертельне захворювання.

Особливої інтенсивності на різних етапах еволюції міжвидова боротьба досягала у випадках, коли удосконалення однієї групи організмів обумовлювало необхідність удосконалення іншої, залежної групи: хижаки і їхні жертви; паразити і хазяї; комахи і комахозапильні рослини та ін. Це приклади так званої спряженої еволюції (коеволюції), яка є дуже важливою формою розвитку, тому що приводить до тривалого взаємного удосконалення багатьох груп тварин і рослин.

Внутрішньовидова боротьба має складний, найбільш гострий характер, оскільки особинам і популяціям одного виду для існування і збереження потомства необхідні однакові умови. Із тварин, які відносяться до одного виду і є їжею для певного виду хижаків, жертвою в першу чергу стануть менш пристосовані, наприклад ті, у кого найменше виражене захисне забарвлення, що повільніше бігають тощо. Те ж саме спостерігається і у хижаків. Легше дістається здобич більш пристосованому: більш умілому, швидкому, винахідливому тощо.

Більш пристосовані не лише мають переваги в забезпеченні власного виживання, а і в забезпеченні потомства їжею, а отже, і в його виживанні. Із наведених прикладів видно, що метелики, зайці, лисиці, які відносяться до однієї популяції, в боротьбу між собою безпосередньо не вступають, але опосередковано між ними виникає суперництво за право вижити і ціною смерті менш пристосованих одноплемінників виживають більш пристосовані.

Проте в ряді випадків між особинами однієї популяції відбувається безпосереднє змагання. У деяких видів тварин між самцями однієї популяції відбувається суперництво із-за самки (багато видів павуків, глухарі, тетерева, турухтани, олені, лосі). Перемогу одержують сильніші. До внутрішньовидової боротьби необхідно віднести також розділення території мешкання на «мисливські ділянки», які визначаються у співочих птахів голосом, у ссавців частіше всього пахучими виділеннями тощо.

Надмірне збільшення чисельності популяцій може викликати нестачу кормів. У таких випадках у ряду видів (наприклад, мишовидних гризунів) падає плодючість. Деякі птахи (синиці, лелеки, журавлі, стерхи) вбивають частину потомства, звичайно хворих і ослаблених пташенят. Непомірний ріст чисельності популяцій приводить до спалахів епізоотій, які знижують чисельність популяцій. Але і при цьому виживають найбільш пристосовані, наприклад ті, що мають природжений імунітет до даних захворювань.

У деяких видів тварин виробились пристосування жити стадами (олені і багато інших копитних) або колоніями (чайки), що забезпечує кращий захист від хижаків. Хижаки можуть об'єднуватися у зграї для спільного полювання (вовки).

Необхідно підкреслити, що всі форми боротьби за існування тісно між собою переплітаються. Якщо не викликає сумнівів, що обтічна форма тіла риби обумовлена життям у воді, то ця форма сформувалась не в результаті впливу самої води, а внаслідок конкурентної боротьби з іншими тваринами свого чи іншого видів. Одним вона забезпечувала можливість наздогнати здобич, іншим — втекти від ворога.

Використання людиною вчення про взаємозв'язки в природі. Вивчення боротьби за існування, внутрішньовидових і міжвидових відношень має велике практичне значення для розроблення заходів по боротьбі з шкідниками сільського і лісового господарства, при розведенні корисних видів, для рибного і мисливського господарства тощо. Достатньо згадати різноманітність форм біотичних зв'язків, як стає зрозумілою роль їх вивчення в раціональній діяльності людини в екологічних системах (див. «Ботаніка», «Зоологія»).

Творча роль природного добору. Аналізуючи свої спостереження і фактичний матеріал, описаний в літературі, Дарвін дійшов висновку, що у тварин і рослин у результаті боротьби за існування безперервно відбувається процес нагромадження ознак, які забезпечують їм кращу пристосованість до умов існування; у них з'являється більше шансів вижити і дати потомство, тобто добір здійснюється не лише в господарстві людини, а і в природі. На відміну від штучного добору, що виконується людиною, добір, що спостерігається в природі, був названий природним.

При штучному доборі нагромаджуються ознаки, корисні для людини, а в процесі природного добору нагромаджуються ознаки, корисні лише для самого організму і для всього виду. «Що не може природний добір — це змінити будову якого-небудь виду без всякої користі для нього самого, але на користь іншому виду»,— писав Дарвін.

При аналізі причин підвищення організації організмів або пристосованості їх до умов життя Дарвін звернув, увагу на те, що добір не обов'язково вимагає вибирання кращих, він може зводитися лише до знищення гірших. Так саме і відбувається при несвідомому доборі. Знищення (елімінацію) гірших, менш пристосованих до існування організмів у природі можна спостерігати на кожному кроці. Отже, природний добір може здійснюватися «сліпими» силами природи. Дарвін підкреслював, що вислів «природний добір» ні в якому разі не слід трактувати в тому розумінні, що хто-небудь веде цей добір, оскільки цей термін говорить про дію стихійних сил природи, в результаті чого виживають пристосовані до даних умов організми і гинуть непристосовані. Нагромадження корисних ознак приводить спочатку до невеликих, а потім і до значних змін. Так з'являються нині різновиди, види, роди та інші систематичні одиниці більш високого рангу. В цьому полягає провідна, творча роль природного добору в еволюції'. Матеріал для цієї форми добору дає мінливість, форми якої були описані для культурних рослин і свійських тварин. При ретельному огляді тварин і рослин, взятих із природних умов, завжди виявляються індивідуальні відхилення. Ці відхилення для організму можуть бути корисними, індиферентними або шкідливими. Якщо зміни ознаки для даного організму в певних конкретних умовах середовища будуть корисними, то він матиме більше шансів вижити і «перемогти» в боротьбі за існування.

У той же час організм з менш корисними або шкідливими в даних умовах життя ознаками і властивостями гине, не залишаючи після себе потомства.

Отже, природний добір — це процес збереження і переважного розмноження в ряді поколінь організмів і груп організмів, що мають корисні для їхнього життя І розвитку ознаки і властивості, які виникли внаслідок різноспрямованої індивідуальної мінливості.

Таке розуміння природного добору дозволило Дарвіну розробити послідовне матеріалістичне пояснення причин виникнення доцільності будови живих організмів і прогресивної еволюції органічного світу.

Доцільність — це взаємозв'язок і відповідність всіх органів в організмі, пристосованість їхньої будови і функцій до існування в певних умовах середовища. Доцільність виникає в результаті природного добору і тому еволюційний процес завжди носить пристосувальний характер. У цьому не важко переконатися, проаналізувавши випадки виникнення в природі відносно доцільних пристосувань.

Будь-яка популяція тварин і рослин насичена мутаціями. Самі по собі мутації, які ведуть до появи корисних, індиферентних і шкідливих ознак, нового виду не створюють, але потрапляють під контроль природного добору. Особини із спадковими ознаками, корисними за даних умов середовища, мають переваги для виживання і розмноження. В ряді поколінь таких особин у популяції стає все більше, а чисельність носіїв шкідливих або менш цінних ознак поступово зменшується. Необхідно звернути увагу на те, що одночасно з посиленням пристосованості в організмі відбувається перебудова й інших ознак. Добір постійно діє на весь організм, на всі його зовнішні і внутрішні органи, на їх структуру і функцію. Цей досить тонкий і точний механізм поступово, у відповідь на змінені умови середовища, накопичує нове, перебудовує, пристосовує, шліфує організм.

Отже, природний добір — процес історичний. Його дія проявляється через багато поколінь.