Введение

Тип отбора в эволюции, при котором признак стабилизируется вокруг среднего значения. Стабилизирующий отбор (не следует путать с отрицательным или очищающим отбором) – это тип естественного отбора, в котором среднее значение признака в популяции стабилизируется на определенном, не крайнем значении. Считается, что это наиболее распространенный механизм действия естественного отбора, поскольку большинство признаков не претерпевают резких изменений с течением времени. Стабилизирующий отбор обычно использует отрицательный отбор (также известный как очищающий отбор) для подавления крайних значений признака. Стабилизирующий отбор противоположен разрывному отбору. Вместо того, чтобы благоприятствовать особям с крайними фенотипами, он благоприятствует промежуточным вариантам. Стабилизирующий отбор, как правило, устраняет наиболее выраженные фенотипы, что приводит к репродуктивному успеху нормативных или средних фенотипов. Это означает, что наиболее распространенный фенотип в популяции подвергается отбору и продолжает доминировать в будущих поколениях.

История

Русский эволюционный биолог Иван Шмальгаузен заложил основы теории стабилизирующего отбора, опубликовав статью на русском языке под названием «Стабилизирующий отбор и его место среди факторов эволюции» в 1941 году и монографию «Факторы эволюции: теория стабилизирующего отбора» в 1945 году.

Влияние на структуру населения

Стабилизирующий отбор приводит к сужению диапазона фенотипов в популяции. Это происходит потому, что крайние проявления признаков подвергаются отрицательному отбору, что снижает выживаемость организмов, обладающих этими характеристиками. В результате популяция состоит из меньшего числа фенотипов, при этом большинство признаков приближаются к среднему значению для данной популяции. Такое сужение фенотипического разнообразия ведет к уменьшению генетического разнообразия в популяции. Поддержание генетической изменчивости необходимо для выживания популяции, поскольку именно она обеспечивает возможность эволюции со временем. Чтобы популяция могла адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды, ей требуется достаточное генетическое разнообразие для отбора новых, становящихся выгодными признаков.

Анализ стабилизации отбора

Существует четыре основных типа данных, используемых для количественной оценки стабилизирующего отбора в популяции. Первый тип данных – это оценка приспособленности различных фенотипов в пределах одного поколения. Количественная оценка приспособленности в одном поколении позволяет прогнозировать ожидаемую динамику отбора. Второй тип данных – это изменения частот аллелей или фенотипов в разных поколениях. Это позволяет количественно оценить изменение распространенности определенного фенотипа, указывающее на тип отбора. Третий тип данных – это различия в частотах аллелей в разных пространственных областях. Это позволяет сравнивать отбор, происходящий в различных популяциях и условиях окружающей среды. Четвертый тип данных – это последовательности ДНК генов, определяющих наблюдаемые фенотипические различия. Комбинация этих четырех типов данных позволяет проводить популяционные исследования, которые могут идентифицировать тип отбора и количественно оценить его интенсивность. Однако, метаанализ исследований, измерявших отбор в естественных популяциях, не выявил общей тенденции к стабилизирующему отбору. Это может быть связано с тем, что методы обнаружения стабилизирующего отбора сложны. Они могут включать изучение изменений, вызываемых естественным отбором в среднем значении и дисперсии признака, или измерение приспособленности для ряда различных фенотипов в естественных условиях и анализ связи между этими измерениями приспособленности и значениями признака, но анализ и интерпретация результатов не являются простыми.

Примеры

Наиболее распространенная форма стабилизирующего отбора основана на фенотипах популяции. При стабилизирующем отборе, основанном на фенотипе, происходит отбор в пользу среднего значения признака, что приводит к снижению фенотипической изменчивости в популяции.

Люди

Стабилизирующий отбор — наиболее распространенная форма нелинейного (ненаправленного) отбора у человека. Примеров генов с прямыми доказательствами стабилизирующего отбора у людей немного. Однако считается, что большинство количественных признаков (рост, вес при рождении, шизофрения) подвержены стабилизирующему отбору из-за их полигенности и распределения фенотипов в популяциях человека. Вес при рождении — классический пример. Новорожденные с низким весом быстрее теряют тепло и более восприимчивы к инфекционным заболеваниям, в то время как рождение детей с большим весом затруднено из-за размеров таза матери. Младенцы со средним весом выживают значительно чаще. У новорожденных с весом выше или ниже среднего показатели смертности значительно выше. График распределения веса при рождении в популяции имеет пик, соответствующий минимальному уровню смертности новорожденных.

Растения

Высота – Еще один пример признака, на который может действовать стабилизирующий отбор, – это высота растения. Растение, которое слишком низкое, может быть не в состоянии конкурировать с другими растениями за солнечный свет. Однако чрезмерно высокие растения могут быть более уязвимы к повреждениям от ветра. В совокупности эти два фактора отбора способствуют поддержанию растений средней высоты. Число растений средней высоты увеличится, а число низких и высоких растений уменьшится. Количество колючек у кактусов – Пустынные популяции колючих кактусов подвергаются нападению пекари, которые поедают мясистую часть кактуса. Этому можно противодействовать, увеличив количество колючек на кактусе. Однако существует и противоположный фактор отбора, поскольку существует паразитическое насекомое, которое откладывает яйца в колючки, если они расположены слишком плотно. Это означает, что для управления обоими этими факторами отбора кактусы испытывают стабилизирующий отбор, чтобы сбалансировать оптимальное количество колючек для выживания при этих различных угрозах.

Инсекты

Крылатые глазчатые пятна бабочки – Африканская бабочка Bicyclus anynana демонстрирует стабилизирующий отбор на своих крыльях, в частности, на глазчатых пятнах. Предполагается, что круглые глазчатые пятна на крыльях функционально более выгодны, чем другие формы и размеры. Размер галла – Муха Eurosta solidaginis откладывает яйца на кончиках растений, в результате чего личинки оказываются заключенными в защитный галл. Размер галла подвержен стабилизирующему отбору, определяемому хищничеством. Эти личинки находятся под угрозой со стороны паразитических ос, которые откладывают по одному яйцу в галлы, содержащие мух. Одиночный личинка осы затем поедает личинок мухи, чтобы выжить. Следовательно, более крупный галл предпочтителен, чтобы предоставить личинкам больше мест для укрытия от ос. Однако большие галлы привлекают других хищников – птиц, которые могут проникать в большие галлы своим клювом. Таким образом, оптимальный размер галла умеренный, чтобы избежать хищничества как со стороны птиц, так и со стороны ос.

Птицы

Размер кладки – количество яиц, откладываемых самкой птицы (размер кладки), как правило, находится под действием стабилизирующего отбора. Это связано с тем, что самка стремится отложить максимально возможное количество яиц для увеличения числа потомства. Однако, она может отложить лишь столько яиц, сколько способна обеспечить собственными ресурсами. Слишком большое количество яиц может истощить энергию материнской птицы, что приведет к её гибели и гибели птенцов. Кроме того, после вылупления птенцов, матери необходимо обеспечить достаточно ресурсов для поддержания жизни всех птенцов. Таким образом, самка обычно откладывает умеренное количество яиц, чтобы повысить выживаемость потомства и максимизировать его численность.

млекопитающие

Сибирская хаски подвергается стабилизирующему отбору в отношении мышц ног. Эти собаки должны обладать достаточной мускулатурой для тяги саней и быстрого передвижения. Однако они также должны быть достаточно легкими, чтобы не проваливаться в снег. Это означает, что оптимальный размер мышц ног хаски – умеренный, обеспечивающий баланс между силой и весом.