Описание популяции как элементарной единицы эволюции

Все живые организмы населяют определенные территории. В процессе их индивидуального развития формируются системы взаимосвязей между живыми организмами, между организмами и средой. Последствием этих взаимосвязей зачастую является увеличение или уменьшение числа особей на единице занимаемой ими территории.

Процессы, протекающие внутри особей, были тщательно изучены биологами. Ученые пришли к выводу о том, что следует обратить особое внимание на процесс эволюции и ее элементарную единицу — популяцию.

Популяция как элементарная единица эволюции

Процесс эволюции длится тысячи и миллионы лет, и потому он не способен затронуть особь в отдельности. В каждом организме протекают онтогенетические изменения, но эволюционный процесс не происходит на уровне одного организма, поскольку генетический материал особи остается неизменным.

Элементарная единица эволюции должна удовлетворять следующим требованиям:

• выступать во времени и пространстве как некое единство;
• формировать резерв наследственной изменчивости и наследственно изменяться во времени;
• существовать в определенных природных условиях в течение долгого времени, соизмеримого со сроками видообразования.

Отдельно взятый организм не соответствует этим требованиям. Точно так же эти условия не удовлетворяет вид в целом, потому как он не существует в пространстве как единое целое. Это объясняется тем, что особи определенного вида распределены неравномерно: они могут образовывать разобщенные группы, а плотность их заселения может отличаться в различных частях мест обитания.

Справедливо утверждение, что всем вышеприведенным условиям полностью отвечает популяция. Она реально существует в природе, представляет некое единое целое во времени и пространстве и способна наследственно изменяться во времени. Популяция и является элементарной единицей эволюции.

При этом, согласно определению, отдельно взятый организм не может являться единицей эволюции, так как она происходит только в группе особей.

Механизмы действия факторов в популяции

Факторы внешней среды оказывают влияние только на внешние признаки организма – фенотип, поскольку генотип – это лишь записанная определенным образом в молекулах ДНК наследственная информация. Эта информация может не проявляться фенотипически, но при этом образовывать резерв наследственной изменчивости.

Проявление этих признаков в фенотипе зависит от частоты встречаемости аллелей, несущих данные мутации. Чем шире они распространяются, тем выше вероятность того, что они проявятся в фенотипе на определенном этапе развития.

В зависимости от соответствия проявившихся признаков условиям внешней среды, особи-носители этих признаков либо погибают, либо дают потомство, способное к размножению. В результате развития второго сценария возможно вытеснение старого признака новым вместе с носителями этого признака.

Наблюдения подтвердили, что благодаря перераспределению частот встречаемости отдельных генов увеличивается адаптивная способность популяций к постоянно изменяющимся условиям среды обитания.

Элементарные факторы эволюции

Тем не менее есть вероятность возникновения факторов, способных препятствовать свободному скрещиванию особей. Этот процесс биологии называют изоляцией.

Между изолированными друг от друга популяциями перестает проходить обмен генетической информацией, вследствие чего отличия генофондов популяций увеличиваются и укрепляются. Поэтому со временем они превращаются в разные виды.

Различают основные виды изоляции:

• географическая – обусловленная географическими препятствиями (большие расстояния, горы, водные преграды);
• биологическая – обусловленная биологическими отличиями между особями (экологическая, которая связана со смещением сроков спаривания/цветения; генетическая, связанная с перестройками геномов и хромосом; морфофизиологическая, связанная с размерными отличиями особей и разницей в строении их органов размножения; этологическая, связанная с отличиями в поведении особей в брачный период).

Еще один фактор эволюции – мутационный процесс.

Мутационный процесс является поставщиком элементарного эволюционного материала для естественного отбора.

Также источником материала для естественного отбора является комбинативная изменчивость. Это образование новых комбинаций из существующих генов. Комбинативная изменчивость создает фенотипическое разнообразие особей в популяции.

При значительном сокращении численности популяции (к примеру, из-за наводнения или уменьшения пищевых ресурсов) остаются в живых особи с редкими генотипами. Среди небольших популяций случайные события могут повлечь за собой изменения частот некоторых аллелей.

Классификация популяционных волн 

Они характерны для всех без исключения видов живых организмов. Постоянные изменения условий существования являются причиной того, что число доживающих до взрослого состояния особей всегда разное.

Рассмотрим примеры различных популяционных волн.

1. Периодические колебания численности короткоживущих организмов характерны для множества отрядов насекомых, грибов, растений и микроорганизмов. Последние зачастую приводят к простудным заболеваниям в весенний и осенний период. Это объясняется волнами массового размножения ряда простейших, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний.
2. Непериодические колебания численности зависят от комплекса разных факторов. Обычно эти колебания касаются многих видов/подвидов растений и животных. Это может привести к коренным перестройкам биогеоценоза. Колебания численности зависят от благоприятных для популяции отношений в пищевых цепях: увеличение пищевых ресурсов или послабление пресса хищников для популяции жертв.
3. Всплески численности видов на новых территориях, где не водятся их естественные враги. Так в позднее Средневековье в связи с развитием мореходства возросли всплески численности крыс, расселявшихся с мореплавателями по всему миру.
4. Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными катаклизмами. Несколько лет засухи могут стать причиной изменений на больших участках площади: увеличение территории сухих лугов, выгорание торфяных залежей, наступление луговой растительности на болотные участки и т.д.

Ни один из вышеназванных процессов не может единолично обеспечить протекание эволюционного процесса в биосфере. Для этого и популяционные волны, и изоляция, и мутация, и дрейф генов должны действовать в одном направлении.

Популяция является элементарной единицей эволюции потому, что она в процессе эволюции выступает как генетическое, репродуктивное и экологическое единство.