Сравнительная характеристика искусственного и естественного отбора, критерии сравнения: исходный материал, отбирающий фактор, результат действия. Характеристика форм естественного отбора: стабилизирующий (характеристика, примеры), движущий (характеристика, примеры). Объясните, почему наиболее убедительные доказательства макроэволюционных процессов дают палеонтологические данные. Почему нельзя построить филогенетические ряды для всех эволюционных ветвей? Почему учёные считают, что открытия, сделанные при изучении РНК, могут дать ключ к решению проблемы возникновения жизни? Основные этапы развития жизни: химическая эволюция, предбиологическая эволюция, биологическая эволюция (что происходило на каждом этапе).

1. Сравнительная характеристика искусственного и естественного отбора

Искусственный отбор действует относительно быстро, потому что человек целенаправленно выбирает нужные признаки. Естественный отбор происходит постоянно в природе и не имеет заранее поставленной цели: выживают и оставляют потомство те особи, которые в данных условиях оказываются более жизнеспособными и плодовитыми.

2. Формы естественного отбора

Стабилизирующий отбор

Стабилизирующий отбор действует в относительно постоянных условиях среды. Он сохраняет особей со средними, наиболее типичными признаками и устраняет крайние варианты.

Например, у человека новорождённые со слишком малой или слишком большой массой тела имеют меньшие шансы на выживание, чем дети со средней массой. Поэтому в популяции поддерживается определённый диапазон массы новорождённых.

Другой пример — сохранение привычной защитной окраски у животных, живущих в неизменяющейся среде. Особи с резко отличающейся окраской чаще замечаются хищниками и оставляют меньше потомства.

Значение стабилизирующего отбора состоит в сохранении уже сложившейся приспособленности организмов к устойчивым условиям среды. Он уменьшает число крайних вариантов признака, но не прекращает наследственную изменчивость полностью.

Движущий отбор

Движущий отбор действует при изменении условий существования. Он способствует распространению особей с новыми признаками, которые оказываются более полезными в изменившейся среде. В результате среднее значение признака в популяции постепенно смещается.

Классический пример — индустриальный меланизм у берёзовой пяденицы. До промышленного загрязнения в Англии преобладали светлые бабочки, малозаметные на покрытых лишайниками стволах деревьев. Когда стволы потемнели от копоти, более заметными стали светлые бабочки, а преимущество получили тёмные формы.

Другой пример — появление устойчивости бактерий к антибиотикам. Среди бактерий случайно возникают особи, устойчивые к определённому лекарству. После применения антибиотика чувствительные бактерии погибают, а устойчивые выживают и размножаются, поэтому их доля быстро увеличивается.

Движущий отбор имеет большое значение для эволюции, поскольку может приводить к закреплению новых признаков, изменению популяций и возникновению новых видов.

3. Почему наиболее убедительные доказательства макроэволюции дают палеонтологические данные

Макроэволюция — это эволюционные изменения, происходящие выше уровня вида: образование крупных систематических групп, появление новых классов, отрядов и других таксонов, вымирание древних форм.

Палеонтологические данные особенно убедительны, потому что они дают непосредственные свидетельства существования организмов прошлых геологических эпох. Ископаемые остатки, отпечатки, следы жизнедеятельности и другие находки располагаются в слоях земной коры в определённой последовательности: более древние формы находятся, как правило, в более глубоких слоях, а более молодые — в верхних.

Палеонтологическая летопись показывает:

• последовательную смену организмов во времени;

• появление, расцвет и вымирание различных групп;

• усложнение организации многих эволюционных линий;

• существование переходных форм, сочетающих признаки разных систематических групп;

• возможность построения некоторых филогенетических рядов.

Например, изучение ископаемых предков лошадей показывает постепенное изменение размеров тела, строения конечностей и зубов в связи с переходом от жизни в лесах к обитанию на открытых пространствах. Ископаемые переходные формы также помогают проследить происхождение птиц от древних рептилий, китов от наземных млекопитающих и человека от древних приматов.

Таким образом, палеонтологические данные позволяют наблюдать историческую последовательность эволюционных изменений, а не только предполагать её по современным организмам.

4. Почему нельзя построить филогенетические ряды для всех эволюционных ветвей

Филогенетический ряд — это последовательность ископаемых форм, отражающая историческое развитие определённой группы организмов. Однако построить такие ряды удаётся далеко не всегда.

Главная причина состоит в неполноте палеонтологической летописи. После смерти организм обычно разрушается, съедается другими организмами или сгнивает. Для образования окаменелости необходимы особые условия: быстрое захоронение, отсутствие кислорода, наличие осадочных пород и длительное сохранение остатков.

Особенно плохо сохраняются организмы без твёрдых частей тела: медузы, черви, мягкотелые растения, большинство микроорганизмов. Кроме того, многие древние горные породы были разрушены эрозией, изменены под действием высоких температур и давления или скрыты на большой глубине.

Нельзя забывать и о том, что эволюция имеет ветвящийся характер. Современный вид обычно не происходит напрямую от найденного ископаемого вида: оба могут быть потомками более древнего общего предка, остатки которого не сохранились или ещё не обнаружены. Поэтому даже при наличии большого числа ископаемых находок между ними могут оставаться значительные временные промежутки.

5. Почему исследования РНК могут помочь решить проблему возникновения жизни

Учёные считают, что РНК могла сыграть ключевую роль на ранних этапах возникновения жизни. Это связано с тем, что молекулы РНК обладают двумя важными свойствами.

Во-первых, РНК может хранить наследственную информацию, подобно ДНК. Последовательность её нуклеотидов способна кодировать сведения о строении и свойствах молекул.

Во-вторых, некоторые молекулы РНК способны ускорять химические реакции. Такие РНК называют рибозимами. Следовательно, РНК может одновременно выполнять функции и носителя информации, и катализатора.

Эта идея лежит в основе гипотезы «мира РНК». Согласно ей, на ранней Земле могли существовать самовоспроизводящиеся или частично самокопирующиеся молекулы РНК. Они могли изменяться, конкурировать между собой и подвергаться своеобразному естественному отбору ещё до появления клеток.

Современные организмы также сохраняют следы важной роли РНК. Например, рибосомы, осуществляющие синтез белка, содержат РНК, которая участвует в каталитической части процесса. РНК входит в состав вирусов, участвует в переносе наследственной информации и регуляции активности генов.

Изучение РНК помогает понять, каким образом неживые химические системы могли перейти к системам, способным к самовоспроизведению, наследственности и изменчивости — главным свойствам живого.

6. Основные этапы развития жизни

Химическая эволюция

Химическая эволюция — этап образования органических веществ из неорганических соединений на ранней Земле.

На молодой планете существовали вода, углекислый газ, азот, водород, соединения серы и другие вещества. Источниками энергии были вулканическая деятельность, электрические разряды, ультрафиолетовое излучение, высокая температура и радиоактивность.

Под действием этих факторов из простых неорганических веществ могли синтезироваться органические соединения: аминокислоты, сахара, жирные кислоты, азотистые основания и другие вещества, необходимые для построения живых систем. Эти органические вещества накапливались в водоёмах и образовывали так называемый первичный бульон.

Предбиологическая эволюция

Предбиологическая эволюция — этап перехода от отдельных органических молекул к сложным системам, обладающим некоторыми признаками живого.

На этом этапе простые органические вещества объединялись в более крупные молекулы — белки, нуклеиновые кислоты, липиды и другие полимеры. Затем могли возникать системы, ограниченные оболочкой, например капли органических веществ, липидные пузырьки и другие протоклеточные структуры.

Внутри таких структур происходили химические реакции, накапливались вещества и формировались простейшие механизмы обмена. Особое значение имело возникновение молекул, способных к копированию и передаче информации. Вероятно, важную роль в этом процессе играла РНК.

Постепенно возникли первые примитивные клеточные системы, способные к обмену веществ, самовоспроизведению, наследственности и изменчивости.

Биологическая эволюция

Биологическая эволюция началась с появления первых живых клеток. Вероятно, первые организмы были одноклеточными прокариотами, не имевшими оформленного ядра. В условиях отсутствия свободного кислорода они могли быть анаэробными и использовать готовые органические вещества или энергию химических реакций.

Позже появились организмы, способные к фотосинтезу. Они начали выделять кислород, который постепенно накапливался в атмосфере. Это привело к возникновению кислородного дыхания и образованию озонового слоя, защищающего жизнь от опасного ультрафиолетового излучения.

Затем возникли эукариоты — организмы с ядром и сложным внутренним строением клетки. Важную роль в их происхождении сыграл симбиоз древних клеток, в результате которого появились митохондрии и хлоропласты.

Дальнейшая биологическая эволюция включала появление многоклеточных организмов, полового размножения, разнообразных растений, животных и грибов, выход организмов на сушу, возникновение сложных экосистем и формирование современного многообразия жизни.