На написание этой статьи у копирайтера, редактора, контент-менеджера и эксперта-биолога ушло 45 человеко-часов.
Что такое дизруптивный отбор
🤔 Определение
Дизруптивный отбор — это форма естественного отбора, при которой особи с крайними значениями признаков (максимальными или минимальными) получают преимущество в выживании и размножении по сравнению с особями, обладающими промежуточными значениями.
В результате этого процесса происходит снижение численности среднего фенотипа и увеличение доли крайних фенотипов в популяции.
Например, в популяции птиц с разными размерами клюва могут выживать особи с очень крупным или очень маленьким клювом, если оба типа приспособлены к разной пище. Птицы с промежуточным размером клюва оказываются менее эффективными при добыче еды и имеют меньше шансов на выживание.
Механизм действия дизруптивного отбора
Основные этапы механизма дизруптивного отбора:
- Исходная популяция
В исходной популяции у большинства особей наблюдается промежуточное значение признака. Это стандартная ситуация, где стабилизирующий отбор долгое время сохранял баланс между крайними проявлениями признаков.
- Изменение условий среды
Внешние факторы, такие как изменение климата, наличие новых ресурсов или появление хищников, создают условия, при которых крайние значения признака оказываются более выгодными для выживания. Например, птицы с очень большими или очень маленькими клювами могут добывать разную пищу, тогда как промежуточный размер клюва не дает адаптивных преимуществ.
- Выживание крайних фенотипов
Особи с крайними значениями признаков начинают успешно выживать и оставлять потомство. В то же время особи с промежуточными признаками оказываются менее приспособленными, поэтому их численность сокращается.
- Расщепление популяции
Со временем популяция начинает делиться на две группы, каждая из которых обладает одним из крайних значений признака. Это приводит к формированию двухпикового распределения, где средние формы отсутствуют или крайне редки.
Дизруптивный отбор является формой приспособления популяции к новым условиям среды. Естественный отбор «преимущественно сохраняет» особей с крайними значениями признака, поскольку именно они получают больше шансов на выживание и успешное размножение.
Примером может служить популяция бабочек с темной и светлой окраской. В условиях, где есть темные стволы деревьев и светлая кора, темные бабочки хорошо маскируются на темной поверхности, а светлые — на светлой. Бабочки с промежуточной окраской оказываются более заметными для хищников и постепенно вымирают.
Генетический аспект механизма
Дизруптивный отбор не только изменяет фенотипическое распределение признаков в популяции, но и затрагивает ее генетическую структуру. Этот процесс играет важную роль в эволюции, влияя на распространение определенных аллелей и генетическое разнообразие популяции. Генетический аспект механизма можно объяснить через несколько ключевых особенностей.
- Устойчивость крайних аллелей
В популяции генетическая вариативность обусловлена наличием разных аллелей генов, которые контролируют определенные признаки. Дизруптивный отбор благоприятствует крайним фенотипам, а значит, поддерживает и закрепляет те аллели, которые ответственны за проявление этих признаков. Например, если особи с очень большим или очень маленьким размером клюва имеют преимущество, аллели, определяющие эти признаки, будут сохраняться и накапливаться в популяции.
- Потеря промежуточных генотипов
Промежуточные фенотипы, как правило, формируются у гетерозиготных особей, которые несут аллели от обеих крайних форм. Под действием дизруптивного отбора эти промежуточные формы оказываются менее приспособленными к измененным условиям среды, и их численность сокращается. Со временем частота гетерозигот в популяции снижается, а крайние гомозиготные генотипы начинают доминировать.
- Полиморфизм в популяции
Одним из важных последствий действия дизруптивного отбора является генетический полиморфизм — наличие в популяции двух или более устойчивых форм признака. Полиморфизм поддерживается, когда разные группы особей получают преимущество в разных условиях среды. Например, у насекомых с разной окраской тела крайние варианты (темные и светлые) сохраняются, так как они помогают маскироваться в определенной среде, а промежуточная окраска делает особей более уязвимыми для хищников.
- Генетическая изоляция и специaция
Продолжительное действие дизруптивного отбора может привести к генетической изоляции групп, обладающих крайними фенотипами. Когда крайние формы начинают развиваться независимо друг от друга, в популяции может происходить дивергентная эволюция. Со временем это может стать основой для образования новых видов (специaции), особенно если группы оказываются географически или экологически изолированными.
Примером может служить разделение популяции рыб в разных участках водоема, где крайние размеры тела дают преимущество в борьбе за ресурсы или защиту от хищников. Генетическая изоляция и накопление изменений приводят к формированию двух новых видов.
Поддержание генетического разнообразия
Дизруптивный отбор играет ключевую роль в поддержании генетического разнообразия внутри популяции. В отличие от стабилизирующего отбора, который сохраняет средние значения признака и снижает генетическую вариативность, дизруптивный отбор способствует выживанию особей с крайними значениями признака и способствует сохранению различных генетических вариантов.
Генетическое разнообразие является основой для адаптации популяции к изменяющимся условиям среды. Чем больше в популяции генетических вариантов, тем выше ее способность реагировать на изменения окружающей среды, будь то изменение климата, появление новых хищников или новые условия конкуренции за ресурсы. Дизруптивный отбор способствует этому процессу, сохраняя и усиливая крайние формы признаков, которые обеспечивают приспособленность в разных условиях.
Под действием дизруптивного отбора особи с крайними фенотипами, например, очень большие или очень маленькие размеры, темная или светлая окраска имеют больше шансов на выживание и размножение. В результате в популяции поддерживаются разные аллели генов, которые ответственны за проявление крайних признаков.
- Промежуточные фенотипы (гетерозиготные комбинации) постепенно отбраковываются, но крайние гомозиготные генотипы сохраняются.
- Разные условия среды могут одновременно поддерживать несколько фенотипов, что приводит к полиморфизму — наличию двух или более устойчивых форм признака в популяции.
Например, у животных с разной окраской шерсти в изменчивой среде светлые особи маскируются на светлых поверхностях, а темные — на темных. При этом промежуточные оттенки не обеспечивают достаточной защиты от хищников, и их численность сокращается.
Дизруптивный отбор создает условия, при которых в популяции сохраняются различные варианты признаков. Это позволяет популяции быть более гибкой и адаптивной в условиях изменяющейся среды. Например:
- В случае изменения экосистемы одна из крайних форм может получить преимущество, тогда как другая будет менее приспособленной.
- Генетическое разнообразие повышает устойчивость популяции к болезням и внешним угрозам, поскольку наличие разных фенотипов снижает риск массового вымирания.
Одним из главных последствий поддержания генетического разнообразия дизруптивным отбором является полиморфизм — сосуществование нескольких устойчивых форм признака в одной популяции. Такой процесс особенно ярко проявляется в условиях, где среда неоднородна. Например:
- У насекомых разная окраска помогает маскироваться на разных поверхностях.
- В популяциях рыб с разным размером тела крупные особи успешно конкурируют за ресурсы, а мелкие избегают хищников.
Полиморфизм создает основу для будущей эволюции и возникновения новых видов через генетическую изоляцию и дивергентную эволюцию.
Дизруптивный отбор способствует поддержанию генетического разнообразия, сохраняя крайние формы признаков и создавая условия для полиморфизма в популяции. Благодаря этому популяция становится более устойчивой к изменяющимся условиям среды и сохраняет потенциал для дальнейшей эволюции. Генетическое разнообразие, поддерживаемое дизруптивным отбором, является важным фактором адаптивности и выживания видов в долгосрочной перспективе.
Примеры дизруптивного отбора
Рассмотрим несколько ярких примеров проявления дизруптивного отбора в природе.
- Разнообразие клювов у птиц
Одним из классических примеров действия дизруптивного отбора является ситуация в популяции птиц, питающихся разными типами пищи. Например, в популяции зябликов на Галапагосских островах особи с крупными и мощными клювами лучше приспособлены для раскалывания твердых семян, тогда как птицы с маленькими и тонкими клювами успешно поедают мелкие семена и насекомых. Птицы с клювами среднего размера оказываются менее эффективными при добыче обоих типов пищи, что снижает их шансы на выживание. Со временем популяция разделяется на две группы с крайними значениями признаков.
- Полиморфизм окраски у бабочек
У некоторых видов бабочек, таких как березовые пяденицы, крайние формы окраски обеспечивают лучшую маскировку в зависимости от среды обитания. Светлые бабочки сливаются с окраской светлой коры деревьев, а темные бабочки незаметны на загрязненных или потемневших участках. Бабочки с промежуточной окраской оказываются более заметными для хищников и, как следствие, менее приспособленными. В результате поддерживается два устойчивых фенотипа — светлая и темная окраска, что является примером действия дизруптивного отбора.
- Размеры особей у рыб и ящериц
В популяциях рыб и ящериц дизруптивный отбор часто проявляется в виде разных размеров тела. Крупные особи выигрывают в борьбе за ресурсы и партнеров, что повышает их шансы на выживание и размножение. Мелкие особи, напротив, обладают преимуществом в скрытности и могут избегать хищников, что также увеличивает их выживаемость. Особи со средним размером тела не имеют таких преимуществ и чаще становятся жертвами хищников или не могут конкурировать за ресурсы. В итоге популяция поддерживает особей как с большими, так и с маленькими размерами тела.
- Семена растений
У некоторых видов растений дизруптивный отбор влияет на размер семян. В изменчивых условиях среды крупные семена имеют запас питательных веществ, что обеспечивает их успешное прорастание в засушливых или неблагоприятных условиях. Мелкие семена, в свою очередь, могут распространяться на большие расстояния ветром или животными, что позволяет им заселять новые территории. Средние по размеру семена не дают ни одного из этих преимуществ, поэтому их распространение в популяции со временем уменьшается.
- Рога у животных
У копытных животных, таких как олени и козлы, крайние размеры рогов могут поддерживаться дизруптивным отбором. Крупные рога дают преимущество в борьбе за самок и территорию, что способствует размножению крупных и сильных особей. С другой стороны, самцы с небольшими рогами часто избегают агрессивных столкновений и живут дольше, чем особи с промежуточным размером рогов, которые не имеют ни силы для победы, ни скрытности для избежания конкуренции.
Примеры дизруптивного отбора наглядно демонстрируют его роль в формировании двухпикового распределения признаков и поддержании генетического разнообразия в популяциях. Будь то размер клювов у птиц, окраска бабочек или размеры тела у рыб, дизруптивный отбор способствует выживанию крайних фенотипов и вытеснению промежуточных форм. Этот процесс играет важную роль в эволюции и адаптации видов, создавая условия для расщепления популяций и формирования новых биологических видов.
Значение дизруптивного отбора в эволюции
Дизруптивный отбор имеет важное значение в эволюционном процессе, так как он способствует:
- увеличению биологического разнообразия в популяции;
- расщеплению популяции на отдельные группы с разными признаками;
- формированию полиморфизма, при котором в одной популяции сосуществуют разные фенотипы;
- специaции (возникновению новых видов), когда изолированные группы с крайними значениями признака развиваются независимо друг от друга.
Таким образом, дизруптивный отбор может стать движущей силой дивергентной эволюции, которая ведет к образованию новых видов в результате приспособления к разным условиям среды.
Дизруптивная форма отбора — это особый тип естественного отбора, который способствует выживанию и размножению особей с крайними значениями признаков. В результате происходит расщепление популяции и формирование биологического разнообразия, что играет важную роль в эволюции и адаптации видов. Примеры из природы, такие как разнообразие клювов у птиц или полиморфизм у насекомых, наглядно демонстрируют действие дизруптивного отбора и его значение для живых организмов.
