Искусственный отбор биология. Естественный и искусственный отбор. Что мы узнали

Искусственный отбор. Для обоснования исторического принципа развития живой природы Дарвин глубоко изучил многовековую практику земледелия и животноводства и пришел к выводу: многообразие пород домашних животных и возделываемых сортов растений является результатомизменчивости, наследственности и искусственного отбора.

Искусственный отбор осуществляется человеком и может быть двояким: сознательным (методическим) - в соответствии с поставленной целью, какую намечает себе селекционер, и бессознательным, когда человек не ставит перед собой Цели по выведению породы или сорта с заранее заданными свойствами, а просто устраняет менее ценные особи и оставляет на племя лучшие. Бессознательный отбор проводился человеком на протяжении многих тысячелетий: даже дикари во время голода оставляли на племя более полезных животных, а убивали менее ценных. В неблагоприятные периоды первобытный человек в первую очередь употреблял нележкие плоды или более мелкие семена и в этом случае также совершал отбор, но бессознательный. Во всех случаях такого отбора сохранились наиболее продуктивные формы животных и более урожайные сорта растений, хотя человек здесь выступал как слепой фактор отбора, каким может быть любой другой фактор среды. .1

Многовековой практикой искусственного отбора были выведены многие ценные формы. В частности, к середине XIX в. в сельскохозяйственной практике зарегистрировано более 300 сортов пшеницы, в пустынях Северной Африки возделывалось 38 разновидностей финиковой пальмы, в Полинезии - 24 формы хлебного дерева и столько же сортов банана, в Китае - 63 сорта бамбука. Винограда насчитывалось около 1000 сортов, крыжовника - более 300, около 400 пород крупного рогатого скота, 250 пород овец, 350 пород собак, 150 пород голубей, много ценных пород кроликов, кур, уток и др. Сторонники постоянства видов считали, что каждый такой сорт или порода ведет начало от своего прямого предка. Однако Дарвин доказал, что источник многообразия пород животных и сортов культурных растений - один или небольшое число диких предков, потомки которых были преобразованы человеком в разных направлениях сообразно его хозяйственным целям, вкусам и интересам. При этом селекционер использовал присущую отбираемым формам наследственную изменчивость.

Дарвин выделял изменчивость определенную (теперь называется модификационной) и неопределенную. При определенной, или групповой, изменчивости все или почти все потомство особей, подвергавшихся действию одинаковых условий, изменяется в одном направлении; например, при нехватке пищи животные теряют в массе, в холодном климате шерсть у млекопитающих более густая 1 т. д. Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость появляется в бесконечно разнообразных, часто едва заметных, случайных, разнонаправленных отклонениях отельных особей, живущих вместе, в пределах одного орта, одной породы, одного вида. В настоящее время эту форму изменчивости называют генотипической. Изменчивость передается потомству не только при половом размножении, но и при вегетативном: нередко у растения вырастают побеги с новыми свойствами или развиваются почки, из которых формируются плоды с новыми качествами (виноград, крыжовник) - результат мутации в соматической клетке почки.

В явлениях изменчивости Дарвин открыл ряд важных закономерностей, а именно: при изменении одного какого-либо органа или признака возможно изменение других. Например, на участке прикрепления упражняемой мышцы к кости развивается гребень, у болотных птиц шея удлиняется одновременно с удлинением конечностей, толщина волоса у овец изменяется соответственно с увеличением толщины кожи. Такая изменчивость называется соотносительной или коррелятивной. На основе коррелятивной изменчивости селекционер может предсказать те или иные уклонения от первоначальной формы и проводить отбор в желаемом направлении.

Естественный отбор в отличие от искусственного осуществляется в самой природе и состоит в отборе в пределах вида наиболее приспособленных особей к условиям конкретной среды. Дарвин открыл известную общность в механизме искусственного и естественного отбора: при первой форме отбора в результаты воплощается сознательная или неосознанная воля человека, при второй - господствуют законы природы. В том и другом случае создаются новые формы, однако при искусственном отборе, несмотря на то что изменчивость затрагивает все органы и свойства животных и растений, полученные породы животных и сорта растений сохраняют признаки, полезные для человека, но не для самих организмов. Напротив, естественный отборсохраняет особи, у которых изменения полезны для их собственного существования в данных условиях.

В природе постоянно наблюдается определенная и неопределенная изменчивость. Ее интенсивность здесь менее выражена, чем у домашних форм, так как изменение природной среды происходит малозаметно и чрезвычайно медленно. Возникающая качественная неоднородность особей внутри видов как бы выводит на эволюционную арену множество "претендентов", предоставляя естественному отбору браковать менее приспособленных к выживанию. Процесс природной "выбраковки", по Дарвину, осуществляется на основе изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора. Материал для естественного отбора поставляет неопределенная (генотипическая) изменчивость организмов. Именно по этой причине потомство любой пары диких (как, впрочем, и домашних) организмов оказывается неоднородным. Если изменения полезны, это повышает шансы на выживание и продолжение рода. Всякое вредное для организма изменение неукоснительно приведет к его уничтожению или невозможности оставить потомство. Выживание или гибель особи - конечный итог "борьбы за существование", которую Дарвин понимал не в прямом, а в переносном смысле. Он различалтри формы борьбы за существование:

А) внутривидовую - наиболее ожесточенную, так как особи одного вида нуждаются в сходных источниках питания, которые к тому же ограничены, в сходных условиях для размножения, одинаковых убежищах;

В) борьбу живых организмов с факторами неживой природы - условиями внешней среды при засухе, наводнениях, ранних заморозках, выпадении града гибнут многие мелкие животные, птицы, черви, насекомые, травы.

В результате всех этих сложных взаимоотношений множество организмов погибает либо, будучи ослабленными, не оставляет потомства. Выживают особи, обладающие хотя бы минимальными полезными изменениями. Приспособительные признаки и свойства возникают не сразу, они накапливаются естественным отбором из поколения в поколение, что приводит к тому, что потомки отличаются от своих предков на видовом и более высоком систематическом уровне.

Борьба за существование неизбежна в связи с существующим в природе интенсивным размножением. Эта закономерность не знает исключений. Организмов всегда рождается больше, чем способных дожить до взрослого состояния и оставить потомков. Подсчеты показывают: если бы выживали все рождающиеся мыши, то в течение семи лет потомство одной пары заняло бы всю сушу земного шара. Самка рыбы трески за один раз мечет до 10 млн. икринок, одно растение пастушьей сумки дает 73 тыс. семян, белены - 446 500 и т. п. Однако "геометрическая прогрессия размножения" никогда не осуществляется, так как между организмами происходит борьба за пространство, пищу, убежище от врагов, конкуренция при выборе полового партнера, борьба за выживание при колебаниях температуры, влажности, освещения и т. п. В этой "схватке" большинство родившихся гибнет, не оставляя потомства, и поэтому в природе численность особей каждого вида в среднем остается постоянной.

Таблица Формы отбора (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)

От диких видов Дарвин доказал с помощью ряда аргументов. Например, дикие банкивские куры, распространённые в густых лесах Индии и Юго-Восточной Азии, не очень боятся человека, спят на деревьях и ветвях кустарников и при скрещивании с домашними курами дают нормальное потомство. Все это является доказательством того, что домашние куры произошли от диких банкивских кур (рис. 26). Именно таким путём Дарвин доказал, от каких диких видов произошли те или иные породы домашних животных и сорта культурных растений.

Д. К. Беляев

Дарвин не мог в то время экспериментально доказать возмож-ность одомашнивания диких животных путём искусственного отбора. Это впоследствии сделал русский учёный, академик Дмитрий Константинович Беляев. В ходе наблюдений за чёрно-бурыми лисицами он заметил, что по отношению к человеку они ведут себя по-разному. Оказалось, что животные одной группы были крайне агрессивными и бросались на человека, второй группы — хотели этого, но боялись, лисицы же третьей группы были спокойными.

Беляев отобрал из третьей группы лисиц самцов и самок и скрестил их между собой. Из полученного потомства учёный продолжал отбирать особей, быстро привыкающих к человеку. В результате искусственного отбора, проведённого среди нескольких поколений таких лисиц, были получены похожие на домашних собак, т. е. быстро привыкающие к человеку и отвечающие на ласку животные. Проведение искусственного отбора исходя из повадок животных привело к изменению их морфологических и физиоло-гических признаков. Так, в результате экспериментов были получены лисицы с отвислыми ушами и загнутым кверху хвостом. Дикие лисицы обычно дают потомство раз в год, а одомашненные — дважды: в декабре-январе и марте-апреле.

В процессе искусственного отбора человек старался улучшить полезные для него признаки и свойства растений и животных. Доказательством этого является создание мясных пород овец и свиней , сортов растений, не дающих семена, бесшёрстных пород собак, не способных летать против ветра павлиньих голубей и т.д.

Путём искусственного отбора созданы сорта низкорослой пшеницы , гороха, моркови, абрикоса, фисташки, перси-ка, граната, инжира, винограда, ореха, яблони и разнообразные сорта других растений.

Некоторые сорта растений и породы животных созданы на основе одного дикого вида, а другие — на основе нескольких диких видов. Например, различные породы собак получены от шакалов и волков , породы овец — от ряда их диких предков — архара , муфлона и аргали, породы кур — от дикой банкивской курицы, породы голубей — от дикого сизого скалистого голубя (рис. 25), породы крупного рогатого скота — от степных и лесных диких видов крупного рогатого скота, а сорта капусты — от дикого вида капусты.

Проводя искусственный отбор, человек ставит перед собой цель изменить не все признаки и свойства растений и животных, а только те, которые представляют для него интерес. Поэтому в результате искусственного отбора признаки и свойства организмов, не соответ-ствующие потребностям человека, остаются неизменными или незначительно изменяются согласно закону корреляции. Например, хотя разные сорта хлопчатника и различаются по скороспелости, урожайности, технологическим качествам волокна, все они сходны по строению цветка и корней. У анютиных глазок, наоборот, цветки разнообразные, а листья похожи, так как при выведении этого расте-ния учитывались эстетические потребности человека. Такое положе-ние можно наблюдать и у животных. Шерсть тонкорунных овец высоко ценится. Поэтому у овец разных пород шерсть резко различается. Этого нельзя сказать о крупном рогатом скоте.

1. отбор и сохранение организмов, пригодных для достижения поставленной цели;
2. исключение организмов, не соответствующих потребностям человека;
3. отбор родительских форм для скрещивания и получение из них нового потомства.

Методы создания новых сортов и пород в последующий после Дарвина период значительно усовершенствовались. В настоящее время при этом используются методы скрещивания родительских организмов, далёких друг от друга в систематическом и эколо-гическом отношении, получения мутантных организмов под воздей-ствием химических и физических факторов, пересадки гена, хромосомы и ядра из одной

Искусственным отбором называется процесс отбора растений и животных, проводимый человеком с целью создания новых пород или сортов, удовлетворяющих его потребностям. Если при естественном отборе главными движущими силами являются природные механизмы (в первую очередь - борьба за существование), то при искусственном отборе такой силой стал сам человек, используя для своих целей наследственную изменчивость селекционного материала.

Основы теории искусственного отбора создал Ч. Дарвин (1859).

Он выделял два основных типа искусственного отбора:

1. Бессознательный отбор, который начал функционировать еще в глубокой древности с момента окультуривания растений и приручения животных. Он проводился путем сохранения и размножения наиболее ценных для человека признаков растений и животных, отбираемых по фенотипу. Например, в первую очередь отбирались наиболее крупные и выносливые животные, дающие больше мяса, молока, шерсти и т.п. Уступающие по этим качествам животные шли на пищу. Также отбирались наиболее быстро растущие и хорошо плодоносящие растения. Но при этом совершенно не ставились задачи получения каких-то определенных пород или сортов. Отбор шел на уровне массовой выбраковки менее продуктивных особей и медленными темпами.

2. Сознательный, или методический, отбор сложился к середине XVIII столетия. Он состоит в том, что селекционер уже осмысленно ставит перед собой задачу по выведению именно тех форм растений и животных, которые ему нужны. При этом он сам конструирует параметры породы животного или сорта растения. Например, высокая яйценоскость, крупные размеры и нежное мясо, количество и качество пуха или шерсти, окраска шерсти или перьев и т. п. Высоко оценивались вкусовые качества плодов, внешний вид (экстерьер) животных и другие качества, нужные человеку. Поэтому начинают выводить, например, разные породы собак - способных к караульной службе, охране стад, охоте на определенных животных, декоративных и других; разные породы лошадей - скаковые, тяжеловозы; яйценоские, мясные и пуховые породы кур и других домашних птиц; винные и десертные сорта винограда и т. д. В этом случае отбор идет по заданному признаку и осуществляется в более короткие сроки (вспомним, сколько создано новых пород собак и кошек только в XX столетии).

Сознательный отбор требует хорошего знания селекционного материала. Так возникает паспортизация и составление родословных на породы животных и наиболее ценные сорта растений. Созданы стандарты пород и сортов.

Разрабатываются специальные методы селекции, включая тщательный генетический контроль материала. Это в первую очередь массовый отбор, сопровождающийся выбраковкой всех особей, не соответствующих по фенотипу стандарту породы, и индивидуальный отбор, связанный с включением в селекцию отдельных особей с учетом их родословной и соответствия стандарту.

Поскольку этот материал хорошо изложен в школьном учебнике, то мы не будем подробно на нем останавливаться и только перечислим те современные методы селекции, которые необходимо знать.

В современной практике селекционных работ широко используют мутации исходного материала, полиплоидию и комбинативную изменчивость, связанную со скрещиванием и гибридизацией различных генетических линий растений и животных. Поскольку полезные для человека признаки чаще всего являются рецессивными, то для закрепления их используют инбридинг - близкородственные скрещивания, позволяющие перевести нужные аллели в гомозиготное состояние и передать их потомству. Чтобы избежать вырождения сортов и пород, полученных при близкородственных скрещиваниях, используют методы аутбридинга - скрещивание с неродственными линиями, создающее гетерозиготное состояние ценных аллелей. Поскольку аутбридинг нередко приводит к получению более устойчивых и продуктивных форм (явления гетерозиса), то его широко используют для получения гетерозисных форм на основе межсортовых и межпородных скрещиваний и даже при отдаленной гибридизации (межвидовые и межродовые гибриды).

В селекционной практике часто используются искусственное опыление растений и искусственное осеменение у животных, методы вегетативного размножения ценных сортов, использование цитоплазматической наследственности, генетическая и клеточная инженерия, синтез генов и многие другие методы.

Когда мы говорим об искусственном отборе и связанных с ним процессах селекции, то необходимо отметить его творческую роль, так как он позволяет осмысленно получать совершенно новые формы растений, животных и микроорганизмов, неизвестные в природе.

Результатом естественного отбора является огромное разнообразие сортов, пород и гибридов, созданных человеком.

Породы животных и сорта растений чаще всего не являются новыми видами, и их надо рассматривать как искусственные формы и подвиды предков, обитающих в природе. Например, все собаки являются потомками волка и могут легко скрещиваться с ним и друг с другом, хотя поведенческие реакции у них уже сильно изменились. Почти все породы домашних животных имеют или имели диких предков: лошади - дикую лошадь Пржевальского, коровы - дикого тура (ныне истребленного), куры - банкивских кур, свиньи - дикого кабана и т. п.

Однако известны случаи отдаленной гибридизации, давшие новые виды, - в первую очередь это домашняя слива (гибрид алычи и терновника), рафанобрассика, плодовитый гибрид капусты и редиски, полученный Г. Д. Карпеченко и являющийся новым полиплоидным видом, и некоторые другие.

У микроорганизмов результатом селекции являются штаммы - искусственные культуры этих организмов, обладающие какой-то способностью (синтез антибиотиков, образование органических кислот, аминокислот, ферментов и т. п.).

Сравнивая два типа отбора - естественный и искусственный, необходимо отметить ряд принципиальных различий между ними, на что указывал еще Ч. Дарвин:

1. Различие в сроках появления новых форм: в природе это чаще всего длительные процессы, занимающие многие столетия и тысячелетия, при искусственном отборе - это короткие промежутки времени, исчисляемые несколькими годами.

2. Естественный отбор происходит на фоне множества различных неродственных или родственных генотипов, возникающих в природе; искусственный - имеет дело с небольшим числом генотипов, часто родственных друг другу.

3. Естественный отбор сохраняет признаки, важные для выживания самого организма, тогда как при естественном отбираются признаки, важные для человека, часто не нужные или даже вредящие самому организму (например, крупные размеры и большая биомасса животных, затрудняющие уход от хищников и получение пропитания в природных условиях; высокая продуктивность растений в ущерб устойчивости к болезням и т. п.).

4. Естественный отбор действует более жестко, чем искусственный, вызывая вымирание менее приспособленных видов. Человек обычно не истребляет всех животных и растений, используя их для определенных нужд.

При создании эволюционной теории Дарвин опирался на селекционный материал своего времени. В то время было известно большое количество сортов культурных растений и пород домашних животных. Их предками являлся один или несколько диких видов. Например, все известные породы домашних собак происходят от волка или шакала. Известные породы овец — это потомки архара или муфлона, а удивительное разнообразие голубей произошло от сизого скалистого голубя. Современные сорта капусты произошли от нескольких форм дикой капусты, встречающейся в Европе и сегодня.

В условиях доминирования представлений о постоянстве и неизменности видов Ч. Дарвину важно было показать, за счет чего образуется их многообразие. Поэтому он подробно обосновал положение об изменчивости живых организмов.

Дарвин выделил три формы изменчивости: определенную (групповую), неопределенную (индивидуальную) и соотносительную (коррелятивную).

Определенная (групповая) изменчивость — появление одинаковых признаков у всех особей и их потомства под действием изменившегося фактора среды .

Определенная изменчивость носит массовый характер. При недостатке корма животные теряют массу, в холодном климате шерсть у млекопитающих более густая. Листья растений, находящиеся в условиях разной освещенности, отличаются по форме и т. д. Определенная изменчивость повышает приспособленность организма к конкретным условиям среды обитания, однако не передается по наследству. То есть при изменении условий среды обитания у потомков не сохраняются признаки, приобретенные их родителями.

Неопределенная (индивидуальная) изменчивость — появление у отдельно взятой особи в пределах одного сорта, породы, вида нового признака, который не встречался у родителей . Так, в пределах одной породы кроликов может наблюдаться различная окраска шерсти. В пределах одного сорта узамбарских фиалок — различная окраска цветков. Дарвин отмечал, что даже в сходных условиях среды потомки от пары родителей различаются между собой. Данная форма изменчивости является результатом специфического влияния условий существования на каждый отдельный организм. Истинные причины неопределенной изменчивости Дарвину были неизвестны. Однако ее наследственный характер и, как результат, значительное разнообразие особей ученый считал ведущим материалом для эволюционного процесса. Постепенно Дарвин пришел к выводу, что для эволюции важны лишь наследуемые индивидуальные изменения организмов , потому что только они могут накапливаться и передаваться из поколения в поколение.

Соотносительная (коррелятивная) изменчивость — изменение какого-то одного органа или части тела вслед за изменением других частей организма .

Например, при постоянном упражнении нижних конечностей у пород домашних уток на бедренной кости развивается гребень для прикрепления мышц. У болотных птиц удлинение шеи сопровождается одновременным удлинением конечностей. Такая форма изменчивости очень важна в селекционной практике. В данном случае селекционер может предвидеть отклонения от исходной формы и проводить отбор признаков в желаемом направлении.

Помимо изменчивости важным фактором эволюции Дарвин считал наследственность.

Наследственность — свойство организмов передавать потомкам свои признаки и свойства .

Впоследствии Г. Мендель в своих законах (о единообразии гибридов первого поколения и расщеплении признаков во втором поколении) объяснил механизмы наследования признаков. Таким образом, по Дарвину, наследственность и изменчивость — общие свойства всех живых организмов. Именно они являются главными предпосылками эволюционного процесса.

Искусственный отбор

Изучив причину разнообразия пород животных и сортов растений, Дарвин приступил к выяснению механизмов их возникновения. Ученый отмечал, что в древности люди стремились сохранить наиболее ценные экземпляры животных и растений и получить от них потомство. В ряду поколений такие ценные признаки накапливались и закреплялись. Это обеспечивало лучшее воспроизводство стада у животных и повышало урожай у растений. Такую силу, которая постепенно приводит к возникновению новых пород животных и сортов растений, Дарвин назвал искусственным отбором.

Искусственный отбор — процесс выбора человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении животных и растений и использование их для дальнейшего разведения.

Дарвин выделял две формы искусственного отбора — бессознательный и методический. При бессознательном отборе человек не ставит перед собой цель создать новую породу или сорт. Он путем размножения одних особей и удаления других медленно изменяет полезные для себя признаки организмов. Это наиболее древняя форма искусственного отбора.

Например, человек отбирал для последующего посева растения пшеницы с наиболее крупными, здоровыми и долго хранящимися семенами. Коров отбирали по величине надоя и мясистости, а выбор овец производился по густоте шерсти.

Благодаря такому дифференцированному подходу из поколения в поколение усиливались определенные признаки размножаемых особей. В итоге бессознательная форма искусственного отбора медленно, но верно приводила к образованию новых пород и сортов.

Методический отбор — целенаправленное выведение человеком пород животных или сортов растений. В данном случае селекционер обращает внимание на признаки, которые максимально желательны для него в конкретных условиях. Далее он уже конструирует породу или сорт. На основе наследственной изменчивости организмов человек целенаправленно подбирает пары для скрещивания. Он также обеспечивает максимальное развитие и закрепление желаемых признаков из поколения в поколение.

Например, породы коров выводят по мясистости или по надоям молока. Породы кур — по яйценоскости, количеству мяса и даже по бойцовым качествам, собак — по способности к различным видам охоты, служебному использованию, декоративности и др.

Теория искусственного отбора показала, что это основной механизм, обусловивший возникновение разнообразия культурных растений и домашних животных. В то же время Дарвин подчеркивал особую важность бессознательного отбора. Безусловно, его протекание во многом сходно с теми явлениями, которые происходят в природе. Поэтому именно бессознательный отбор является связующим звеном между искусственным и естественным отбором.

Созданная Дарвином теория искусственного отбора сегодня не только не утратила значимости, но и расширила сферу применения. Во времена Дарвина исходный материал для выведения новых пород животных и сортов растений отбирался из природы. Сегодня благодаря методам биотехнологии и генетической инженерии получают исходный материал для дальнейшего отбора с заданными признаками. Благодаря успехам генетической инженерии получены новые генетически модифицированные сорта зерновых, томатов, картофеля и других сельскохозяйственных культур, более урожайные и устойчивые к заболеваниям.

На сегодняшний день налажено производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, выведены новые породы мышей для научных исследований и т. д.

Генетически модифицированный организм (ГМО) — это живой организм, генотип которого целенаправленно изменен человеком в научных или хозяйственных целях при помощи методов генетической инженерии. Например, белорусские и российские ученые ввели в геном коз человеческий ген, отвечающий за синтез белка лактоферрина. Данный белок теперь будет содержаться в молоке коз в большом количестве. Обладая, по мнению ученых, уникальным антибактериальным действием, лактоферрин будет незаменим в формировании иммунитета у детей на искусственном вскармливании.

В настоящее время достижения белорусских селекционеров позволили обеспечить сельское хозяйство собственными породами животных и сортами растений. Породы черно-пестрых и крупных белых свиней соответствуют всем показателям мировых стандартов. Данный факт находит подтверждение на международных животноводческих выставках. Выведенные в Беларуси собственные сорта большинства культурных растений полностью соответствуют природно-климатическим условиям республики.

В изменчивых природно-климатических условиях нашей страны очень важна устойчивость культурных растений к весенним заморозкам. Еще одним негативным климатическим фактом может быть низкая температура воздуха в период цветения растений. В этой связи отечественными селекционерами были выведены устойчивые к весеннему подмерзанию сорта яблонь: Вербное, Заславское, Белорусское сладкое и др.

Таким образом, современные успехи селекции, основанные на использовании достижений генетики, разных методов скрещивания и мутагенеза подтверждают творческую роль искусственного отбора, отмеченную Дарвином в его эволюционной теории.

Дарвин выделял три формы изменчивости: определенную (групповую), неопределенную (индивидуальную) и соотносительную (коррелятивную). Искусственный отбор является главным механизмом, обусловившим возникновение и разнообразие сортов культурных растений и пород домашних животных. Дарвин описал две формы искусственного отбора: бессознательный и методический.