Как работает естественный отбор. Эксперимент с рыбками

Все мы восхищаемся чудесами природы. Листики, похожие на насекомых и птиц, насекомые, похожие на листики или палочки - у многих людей вызывают вопросы: как всё это создано?
Противники эволюции сразу радостно кричат: смотрите, ЭТО слишком рационально. Он не могло быть создано естественным путём - значит, это создал кто-то. Бог (боги) есть?
Я  попытаюсь объяснить, как же работает естественный отбор. На конкретном примере (эксперименте).                                    





Смотреть все фото в галерее
Сам эксперимент подробно описан в одной из книг Ричарда Докинза (если не ошибаюсь - в "Величайшем шоу на Земле"). Здесь - лишь мой пересказ по памяти.
Для удобства разделю своё повествование на несколько пунктов. Кому не интересно читать много текста или он разбирается в биологии - сам эксперимент будет описан, начиная с Пункта 5.    


Пункт 1. Вопросы терминологии.
Перед описанием самого эксперимента неплохо бы разобраться в терминологии.
Итак, что такое естественный отбор?
Это один из основных факторов эволюции, приводящий к тому, что наиболее приспособленные к условиям данной среды особи могут выжить и размножиться. Передавая свои полезные признаки в ряду поколений.
Любое живое существо производит потомство с избытком. Потомство, благодаря разным механизмам, вроде мутагенеза или случайного распределения генов от обоих родителей, может иметь разные  признаки (напр. цвет плодов горошка: зелёный/жёлтый).
Организмы, наиболее приспособленные к данным условиям окружающей среды, имеют статистически большую выживаемость и статистически более высокий шанс произвести потомство... Которое может обладать теми же признаками, позволяющими выжить.
Условия окружающей среды постоянно меняются, организмы также постоянно изменяются, приспосабливаясь к новым условиям. Те популяции, которые не успевают меняться - вымирают.    


Что же такое эволюция? Это естественный ненаправляемый процесс развития живых организмов, сопровождаемый развитием популяций живых организмов, их адаптаций к условиям внешней среды, видообразованию, либо вымиранию.
Эволюция идёт всегда не на уровне отдельных организмов. А на уровне популяций.
И - немаловажное уточнение: сама по себе эволюционная теория в принципе не объясняет вопрос происхождения жизни! Только  - происхождения видов. Происхождение жизни - это отдельный разговор.    


И последний термин, который нам нужно знать: популяция. Популяция - это совокупность особей ОДНОГО вида, длительно обитающих на определённой территории и отделённая от других популяций.  На картинке сверху изображена популяция пингвинчиков.    
Пункт 2. Про гуппи.


Рыбки, на которых был проведён эксперимент - обычные гуппи. Но - не те, которые живут в аквариуме, а самые "натуральные", природные. Обитают в пресных водоёмах, разбросанных по большей части Южной Америки.
Небольшая рыбёшка (до 7 сантиметров), для которой характерен половой диморфизм: самки сильно отличаются от самцов.
Самочки - невзрачные  и бледно окрашенные (мы говорим именно о гуппи, которые живут в естественной среде!). Хорошо сливаются с дном. Самцы - окрашены ярко, чтобы привлечь самок.
Самки  - чуть больше самцов.
Размножаются хорошо, половой зрелости достигают уже в 2-3 месяца, неприхотливы. Данные по гуппи взяты с Вики, если что неправильно написал - то претензии к ним.    
Пункт 3. Предпосылки для эксперимента.


В ходе исследований водоёмов в Южной Америке, доктор Джон Эндлер обратил внимание, что в разных водоёмах (даже расположенных недалеко друг от друга) популяции гуппи очень сильно отличаются по окраске.
Отличаются именно самцы. В некоторых водоёмах самцы были окрашены чрезвычайно ярко. В некоторых  - чуть бледнее.
Рельеф и состав дна в этих водоёмах был также разным. Соответственно  - и рыбёшки также приспосабливались: пятнышки на их телах и хвостах имели такие размеры были расположены так, чтобы лучше сливаться с дном. Но - не у всех. У самых ярко окрашенных самцов пятна были самыми яркими и выделяющими рыбку на фоне дна.
Учёный стал наблюдать и скоро выяснилось, почему так происходит.
Наиболее бледные самцы, сливающиеся с дном, встречались в тех водоёмах, где было много хищников.
Чем меньше в водоёме было хищников, тем ярче были окрашены самцы. Им не нужно было прятаться от хищников. Вот - и не скрывались.    
Пункт 4. Давление отбора


На самцов в данных условиях действовали различные факторы отбора, вынуждая тех самых самцов приспосабливаться. Основных - два, это: А) отбор со стороны хищников и Б) половой отбор.
А) Тут всё просто. Чем ярче рыбёха, тем она заметнее на фоне окружающей среды. Тем быстрее её съедят.
Значит - не успеет оставить потомство и передать признак. Выживают и передают свои признаки наиболее незаметные. Сливайся со дном и не отсвечивай.
Б) Тут всё тоже просто. Чем ярче самец - тем больше нравится самочке. Её не интересует его богатый внутренний мир, только внешность(((
Вот и отбираются тут самые яркие. Невзрачный самец даже с богатым внутренним миром останется без потомства. Жизнь, однако...
И, вот, факторы А и Б тянут бедных самцов в разные стороны. С одной стороны: будь заметен, выделяйся -  и к тебе потянутся. Но - потянутся не только самочки, но и хищники.
Получается, что в каждом водоёме наблюдается свой баланс между А и Б.
Самый большой шанс статистически имеют самцы, которые являются самыми яркими из тех неярких, которых не сожрали хищники.
Мало хищников - можно и поярче быть. "Женщинам" нравится - так чего мелочиться? Краски поярче, пятна побольше, чтобы за корягу не приняли.    
Пункт 5. Моделирование в лабораторных условиях. Промежуточные выводы.


Что же сделал исследователь, чтобы доказать большое влияние естественного отбора на популяции?
Он смоделировал два вида водоёмов с разным фоном: с каменистым дном и с песчаным (по пять с каждым видом дна).
Перемешал все найденные популяции рыбок между собой. Затем случайным образом эту исходную популяцию гуппи разделил на десять групп, запустил в водоёмы. Некоторое время экспериментатор позволил гуппи размножаться свободно (соответственно, на них действовал только половой отбор). А потом, когда  популяции рыбок достаточно разрослись - в водоёмы были запущены хищники.
В двух водоёмах (по одному с каждым типом дна) хищников не помещали вообще - это контрольная группа.
В четыре (по два с каждым типом дна) - поместили "сильного"хищника. Который жрал гуппи только в путь. Им стала рыбка из рода креницихл.
А ещё в четыре - поместили "слабого" хищника (рыбку другого вида). Который питался гуппи от случая к случаю.
И стали ждать.
Эксперимент после запуска хищников продолжался около 9 месяцев. За это время исследователь несколько раз проводил "перепись населения" с указанием, что изменилось во внешнем виде самцов.
Что же мы получили по результатам данного моделирования?
За тот промежуток времени, что рыбки размножались без давления хищников, во всех водоёмах, вне зависимости от фона, количество пятен увеличилось.
Причём, в водоемах с песком пятна стали БОЛЬШЕ. А в водоёмах с каменистым дном  - МЕНЬШЕ.
Давление  полового отбора делало всё, чтобы самцы были как можно более заметными.
А, вот, когда в водоёмы запустили хищников, ситуация поменялась.
Через некоторое время в водоёмах с "сильным" хищником количество пятен у самцов резко упало.
А, вот там, где были "слабые" хищники или хищников не было вообще - количество пятен продолжало расти.
Радикальные изменения происходили и с размером пятен. Вне зависимости от того, были ли хищники сильными или слабыми - размеры пятен изменялись под рельеф дна. Только - теперь наоборот. В водоёмах с песком пятна становились МЕНЬШЕ, а в водоёмах с каменистым дном - БОЛЬШЕ. Рыбки стали сливаться с дном.
В контрольных же водоёмах без хищников рыбки продолжали становиться как можно более заметными.
Вывод здесь простой: естественный отбор действует в лабораторных условиях. И - это именно естественный, а не искусственный отбор! Рыбок "отбирала" сама природа, а не человек.    
Пункт 6. Эксперимент в естественной среде обитания.


Но - это не конец эксперимента! Завершив моделирование в домашних условиях, учёный перешёл к эксперименту в естественной среде обитания.
Исследователь нашёл водоём, где обитал и "сильный" хищник, и наши гуппи (самцы, которых были неярко окрашены и практически сливались с дном). И пересадил в другой водоём.  Где не было ни "сильного" хищника, ни гуппи. Но  - присутствовал "слабый" хищник.
И стал наблюдать.
Эксперимент проводился в течении почти 10 лет.
Уже через 2 года в данном водоёме плавали лишь одни ярко окрашенные самцы гуппи. А через 10 лет - их заметность стала ещё больше. Притом,что "слабые"хищники никуда не делись. им хватало еды и без гуппи.
Таким образом, блестяще удалось смоделировать и доказать в "поле", насколько велико влияние естественного отбора на изменение признаков у представителей популяции.    
Пункт 7. Выводы.


Всего за считанные месяцы эксперимента и за три-четыре поколения мы уже получили организмы, отличающиеся от своих "дедушек"/"прадедушек" значительно.
А за несколько лет и десяток поколений мы получили организмы, совершенно непохожие внешне на представителей изначальной популяции.
Постепенное изменение в результате простого отбора наиболее приспособленных совершило "чудо".
И - это мы ещё не учитываем мутагенез, который может менять признаки ещё быстрее. Буквально, в пределах одного поколения.
Вы удивляетесь тому, что палочник похож на палочку? А чему тут удивляться? Если у него было время эволюционировать из условного "таракана" в палочку? Постепенно, поколение за поколением.
Чуть больше похож на палочку, чем твой сосед (пусть бы за палочку пока тебя принял только сильно близорукий  и тупой хищник) - и твои шансы размножиться и передать свой удачный внешний вид будут больше. Среди твоих детишек тоже будут те, кто ещё больше похож на палочку. И они уже будут успешнее.
И так далее.
Это работает с любым организмом. Удивляясь тому, насколько цветок растения со второй картинки похож на  колибри - нужно просто помнить про этот эксперимент. И про то, что у природы было гораздо больше времени и факторов отбора для того, чтобы этот цветок стал так похож на колибри. Все, кто был менее похож - уже вымерли или пошли по другому пути приспособления, образовав другие виды.
Если эта тема будет интересна - напишу ещё.    
Сам эксперимент подробно описан в одной из книг Ричарда Докинза (если не ошибаюсь - в "Величайшем шоу на Земле"). Здесь - лишь мой пересказ по памяти.
Для удобства разделю своё повествование на несколько пунктов. Кому не интересно читать много текста или он разбирается в биологии - сам эксперимент будет описан, начиная с Пункта 5.    
Перед описанием самого эксперимента неплохо бы разобраться в терминологии.
Итак, что такое естественный отбор?
Это один из основных факторов эволюции, приводящий к тому, что наиболее приспособленные к условиям данной среды особи могут выжить и размножиться. Передавая свои полезные признаки в ряду поколений.
Любое живое существо производит потомство с избытком. Потомство, благодаря разным механизмам, вроде мутагенеза или случайного распределения генов от обоих родителей, может иметь разные  признаки (напр. цвет плодов горошка: зелёный/жёлтый).
Организмы, наиболее приспособленные к данным условиям окружающей среды, имеют статистически большую выживаемость и статистически более высокий шанс произвести потомство... Которое может обладать теми же признаками, позволяющими выжить.
Условия окружающей среды постоянно меняются, организмы также постоянно изменяются, приспосабливаясь к новым условиям. Те популяции, которые не успевают меняться - вымирают.    
Что же такое эволюция? Это естественный ненаправляемый процесс развития живых организмов, сопровождаемый развитием популяций живых организмов, их адаптаций к условиям внешней среды, видообразованию, либо вымиранию.
Эволюция идёт всегда не на уровне отдельных организмов. А на уровне популяций.
И - немаловажное уточнение: сама по себе эволюционная теория в принципе не объясняет вопрос происхождения жизни! Только  - происхождения видов. Происхождение жизни - это отдельный разговор.    
И последний термин, который нам нужно знать: популяция. Популяция - это совокупность особей ОДНОГО вида, длительно обитающих на определённой территории и отделённая от других популяций.  На картинке сверху изображена популяция пингвинчиков.    
Рыбки, на которых был проведён эксперимент - обычные гуппи. Но - не те, которые живут в аквариуме, а самые "натуральные", природные. Обитают в пресных водоёмах, разбросанных по большей части Южной Америки.
Небольшая рыбёшка (до 7 сантиметров), для которой характерен половой диморфизм: самки сильно отличаются от самцов.
Самочки - невзрачные  и бледно окрашенные (мы говорим именно о гуппи, которые живут в естественной среде!). Хорошо сливаются с дном. Самцы - окрашены ярко, чтобы привлечь самок.
Самки  - чуть больше самцов.
Размножаются хорошо, половой зрелости достигают уже в 2-3 месяца, неприхотливы. Данные по гуппи взяты с Вики, если что неправильно написал - то претензии к ним.    
В ходе исследований водоёмов в Южной Америке, доктор Джон Эндлер обратил внимание, что в разных водоёмах (даже расположенных недалеко друг от друга) популяции гуппи очень сильно отличаются по окраске.
Отличаются именно самцы. В некоторых водоёмах самцы были окрашены чрезвычайно ярко. В некоторых  - чуть бледнее.
Рельеф и состав дна в этих водоёмах был также разным. Соответственно  - и рыбёшки также приспосабливались: пятнышки на их телах и хвостах имели такие размеры были расположены так, чтобы лучше сливаться с дном. Но - не у всех. У самых ярко окрашенных самцов пятна были самыми яркими и выделяющими рыбку на фоне дна.
Учёный стал наблюдать и скоро выяснилось, почему так происходит.
Наиболее бледные самцы, сливающиеся с дном, встречались в тех водоёмах, где было много хищников.
Чем меньше в водоёме было хищников, тем ярче были окрашены самцы. Им не нужно было прятаться от хищников. Вот - и не скрывались.    
На самцов в данных условиях действовали различные факторы отбора, вынуждая тех самых самцов приспосабливаться. Основных - два, это: А) отбор со стороны хищников и Б) половой отбор.
А) Тут всё просто. Чем ярче рыбёха, тем она заметнее на фоне окружающей среды. Тем быстрее её съедят.
Значит - не успеет оставить потомство и передать признак. Выживают и передают свои признаки наиболее незаметные. Сливайся со дном и не отсвечивай.
Б) Тут всё тоже просто. Чем ярче самец - тем больше нравится самочке. Её не интересует его богатый внутренний мир, только внешность(((
Вот и отбираются тут самые яркие. Невзрачный самец даже с богатым внутренним миром останется без потомства. Жизнь, однако...
И, вот, факторы А и Б тянут бедных самцов в разные стороны. С одной стороны: будь заметен, выделяйся -  и к тебе потянутся. Но - потянутся не только самочки, но и хищники.
Получается, что в каждом водоёме наблюдается свой баланс между А и Б.
Самый большой шанс статистически имеют самцы, которые являются самыми яркими из тех неярких, которых не сожрали хищники.
Мало хищников - можно и поярче быть. "Женщинам" нравится - так чего мелочиться? Краски поярче, пятна побольше, чтобы за корягу не приняли.    
Что же сделал исследователь, чтобы доказать большое влияние естественного отбора на популяции?
Он смоделировал два вида водоёмов с разным фоном: с каменистым дном и с песчаным (по пять с каждым видом дна).
Перемешал все найденные популяции рыбок между собой. Затем случайным образом эту исходную популяцию гуппи разделил на десять групп, запустил в водоёмы. Некоторое время экспериментатор позволил гуппи размножаться свободно (соответственно, на них действовал только половой отбор). А потом, когда  популяции рыбок достаточно разрослись - в водоёмы были запущены хищники.
В двух водоёмах (по одному с каждым типом дна) хищников не помещали вообще - это контрольная группа.
В четыре (по два с каждым типом дна) - поместили "сильного"хищника. Который жрал гуппи только в путь. Им стала рыбка из рода креницихл.
А ещё в четыре - поместили "слабого" хищника (рыбку другого вида). Который питался гуппи от случая к случаю.
И стали ждать.
Эксперимент после запуска хищников продолжался около 9 месяцев. За это время исследователь несколько раз проводил "перепись населения" с указанием, что изменилось во внешнем виде самцов.
Что же мы получили по результатам данного моделирования?
За тот промежуток времени, что рыбки размножались без давления хищников, во всех водоёмах, вне зависимости от фона, количество пятен увеличилось.
Причём, в водоемах с песком пятна стали БОЛЬШЕ. А в водоёмах с каменистым дном  - МЕНЬШЕ.
Давление  полового отбора делало всё, чтобы самцы были как можно более заметными.
А, вот, когда в водоёмы запустили хищников, ситуация поменялась.
Через некоторое время в водоёмах с "сильным" хищником количество пятен у самцов резко упало.
А, вот там, где были "слабые" хищники или хищников не было вообще - количество пятен продолжало расти.
Радикальные изменения происходили и с размером пятен. Вне зависимости от того, были ли хищники сильными или слабыми - размеры пятен изменялись под рельеф дна. Только - теперь наоборот. В водоёмах с песком пятна становились МЕНЬШЕ, а в водоёмах с каменистым дном - БОЛЬШЕ. Рыбки стали сливаться с дном.
В контрольных же водоёмах без хищников рыбки продолжали становиться как можно более заметными.
Вывод здесь простой: естественный отбор действует в лабораторных условиях. И - это именно естественный, а не искусственный отбор! Рыбок "отбирала" сама природа, а не человек.    
Но - это не конец эксперимента! Завершив моделирование в домашних условиях, учёный перешёл к эксперименту в естественной среде обитания.
Исследователь нашёл водоём, где обитал и "сильный" хищник, и наши гуппи (самцы, которых были неярко окрашены и практически сливались с дном). И пересадил в другой водоём.  Где не было ни "сильного" хищника, ни гуппи. Но  - присутствовал "слабый" хищник.
И стал наблюдать.
Эксперимент проводился в течении почти 10 лет.
Уже через 2 года в данном водоёме плавали лишь одни ярко окрашенные самцы гуппи. А через 10 лет - их заметность стала ещё больше. Притом,что "слабые"хищники никуда не делись. им хватало еды и без гуппи.
Таким образом, блестяще удалось смоделировать и доказать в "поле", насколько велико влияние естественного отбора на изменение признаков у представителей популяции.    
Всего за считанные месяцы эксперимента и за три-четыре поколения мы уже получили организмы, отличающиеся от своих "дедушек"/"прадедушек" значительно.
А за несколько лет и десяток поколений мы получили организмы, совершенно непохожие внешне на представителей изначальной популяции.
Постепенное изменение в результате простого отбора наиболее приспособленных совершило "чудо".
И - это мы ещё не учитываем мутагенез, который может менять признаки ещё быстрее. Буквально, в пределах одного поколения.
Вы удивляетесь тому, что палочник похож на палочку? А чему тут удивляться? Если у него было время эволюционировать из условного "таракана" в палочку? Постепенно, поколение за поколением.
Чуть больше похож на палочку, чем твой сосед (пусть бы за палочку пока тебя принял только сильно близорукий  и тупой хищник) - и твои шансы размножиться и передать свой удачный внешний вид будут больше. Среди твоих детишек тоже будут те, кто ещё больше похож на палочку. И они уже будут успешнее.
И так далее.
Это работает с любым организмом. Удивляясь тому, насколько цветок растения со второй картинки похож на  колибри - нужно просто помнить про этот эксперимент. И про то, что у природы было гораздо больше времени и факторов отбора для того, чтобы этот цветок стал так похож на колибри. Все, кто был менее похож - уже вымерли или пошли по другому пути приспособления, образовав другие виды.
Если эта тема будет интересна - напишу ещё.