Типові завдання НМТ: еволюція

Тема 5.5 «Еволюційне вчення» — одна з ключових у розділі 5 програми НМТ. У демонстраційному варіанті 2026 року вона є основною в завданні № 24 (вибір однієї відповіді з чотирьох, цитата з наукової праці, 1 бал) і додатковою в № 23 (адаптації за рисунком, основна тема 5.4). Загалом за розділ 5 у демо 2026 передбачено 3 завдання й 3 бали з 46.

Які форми завдань трапляються

• Одна відповідь: автор ідеї за цитатою (Ламарк, Дарвін, синтетична теорія), чинник еволюції, спосіб видоутворення, розрахунок частот алелів за законом Гарді — Вайнберга.

• Логічні пари: приклад → форма або напрям еволюції (дивергенція, конвергенція, паралелізм; біологічний прогрес чи регрес); приклад → тип органів (гомологічні, аналогічні, рудимент, атавізм).

• Завдання «два твердження»: одне стосується чинника мікроеволюції, друге — способу видоутворення.

Що в програмі, а що поза нею

Програма НМТ охоплює: біологічний прогрес і регрес, погляди на виникнення життя (креаціонізм, панспермія, абіогенез), РНК-світ, ключові етапи еволюції біосфери. Поза програмою лишаються форми природного добору (стабілізувальний, рушійний, дизруптивний), ароморфоз, ідіоадаптація, дегенерація та антропогенез — їх на НМТ не питають.

Ключові етапи еволюції для завдань на послідовність

Якщо в завданні просять визначити правильну послідовність подій, запам’ятай такий ланцюжок:

• Ранні клітини (прокаріоти, здатні до бродіння).

• Виникнення кисневого фотосинтезу (ціанобактерії) і накопичення кисню в атмосфері.

• Поява еукаріотів через симбіоз прокаріотів (ендосимбіотична теорія).

• Багатоклітинні еукаріоти.

Важливо: багатоклітинні прокаріоти (наприклад, нитчасті ціанобактерії) виникли раніше за еукаріотів, тому не плутай їх із багатоклітинними еукаріотами.

На НМТ можуть подати цитату з наукової праці чи переказ ідей і попросити визначити, якому вченому або якій теорії належить ця думка. Щоб не помилитися, треба чітко розрізняти три концепції: ламаркізм, дарвінізм і синтетичну теорію еволюції (СТЕ).

Ж.-Б. Ламарк: вправляння й успадкування набутих ознак

У праці «Філософія зоології» (1809) Ламарк висунув ідею, що організми мають внутрішнє прагнення до вдосконалення. Зміни середовища змушують органи більше або менше вправлятися: вправляння веде до розвитку органа, невправляння — до його зменшення чи зникнення. Набуті за життя зміни передаються нащадкам.

Типове міркування Ламарка: «Шия жирафа видовжилася, бо предки цих тварин постійно тягнулися до листя на високих гілках, і ця набута ознака закріпилася в наступних поколіннях».

Ч. Дарвін: природний добір

У книзі «Походження видів» (1859) Дарвін запропонував інший механізм. Він указав на три факти: спадкова мінливість (особини одного виду відрізняються за ознаками, і ці відмінності можуть успадковуватися), надлишкове розмноження (народжується більше нащадків, ніж може вижити) і боротьба за існування (внутрішньовидова, міжвидова та з несприятливими умовами). Наслідок — природний добір: переважне виживання й розмноження особин, які краще пристосовані до умов середовища. Окремо Дарвін описав штучний добір, яким людина створює породи й сорти.

Синтетична теорія еволюції

Синтетична теорія еволюції (СТЕ) об'єднала дарвінізм із досягненнями генетики та популяційної біології. Її основні положення: одиниця еволюції — популяція, а не окрема особина; елементарний еволюційний матеріал — мутації та комбінативна мінливість; мікроеволюція — це зміна частот алелів у популяції між поколіннями. У цитатах СТЕ з'являються терміни «генофонд», «частоти алелів», «популяція».

Як упізнати автора за ключовими словами

Застереження: історично Дарвін також допускав можливість успадкування набутих ознак (у дусі тогочасної науки). Тому сама лише фраза «набуті ознаки передаються нащадкам» не є унікальним маркером Ламарка — шукай сукупність слів: якщо поряд згадано «вправляння» або «прагнення до вдосконалення», це Ламарк; якщо «добір» і «боротьба» — це Дарвін.

Мікроеволюція — це зміна генетичної структури популяції між поколіннями, тобто зміна частот алелів. Що саме спричиняє ці зміни? Розгляньмо п'ять основних чинників.

Чинники, що змінюють генетичну структуру популяції

• Мутації — постачають нові алелі (новий еволюційний матеріал). Без мутацій не було б спадкової мінливості.

• Ізоляція — роз'єднання популяцій, що перешкоджає обміну генами. Розрізняють географічну (територіальну) та репродуктивну (біологічну) ізоляцію.

• Міграції (потік генів) — переміщення особин між популяціями, що вирівнює частоти алелів.

• Дрейф генів — випадкова зміна частот алелів, найсильніша в малих популяціях.

• Природний добір — адаптивно спрямований чинник; особини з корисними ознаками залишають більше нащадків.

Чому природний добір спрямований, а дрейф генів — випадковий

Природний добір діє не випадково: він послідовно збільшує частоту алелів, що підвищують пристосованість до конкретних умов. Це не «передбачення» потреб організму — добір просто «відсіває» менш пристосованих щоразу, коли вони народжуються. Дрейф генів, навпаки, не зважає на корисність алеля. У малій популяції алель може випадково зникнути (навіть корисний) або, навпаки, закріпитися (навіть нейтральний чи шкідливий). Два класичні прояви дрейфу:

• Ефект засновника — невелика група особин заселяє нову територію (наприклад, острів) і несе лише частину алелів материнської популяції.

• Ефект «пляшкового горла» — різке скорочення чисельності популяції (через катастрофу, хворобу, полювання), після чого відновлення відбувається з обмеженого набору алелів.

Закон Гарді — Вайнберга: формула рівноваги

Закон Гарді — Вайнберга описує ідеальну популяцію, в якій частоти алелів не змінюються між поколіннями. Для двоалельного автосомного локусу з алелями A та a:

$$p+q=1$$ $$p^2+2pq+q^2=1$$де p — частота алеля A, q — частота алеля a, p² — частка гомозигот AA, 2pq — частка гетерозигот Aa, q² — частка гомозигот aa.

Умови рівноваги: велика (теоретично нескінченна) популяція, вільне схрещування (панміксія), відсутність мутацій, міграцій і природного добору. У природі ці умови майже ніколи не виконуються повністю, однак для багатьох популяцій відхилення невеликі, і закон дає добру наближену оцінку.

Як розраховувати частоти

Розгляньмо популяцію, в якій 9 % особин мають рецесивний фенотип aa (повна пенетрантність, популяція рівноважна). Тоді:

• q² = 0,09, отже q = √0,09 = 0,3.

• p = 1 − q = 1 − 0,3 = 0,7.

• Частка гетерозигот Aa: 2pq = 2 · 0,7 · 0,3 = 0,42 (42 %).

• Частка домінантних гомозигот AA: p² = 0,7² = 0,49 (49 %).

Важливо: обчислювати q як корінь із частки aa можна ЛИШЕ за умови рівноваги популяції та повної пенетрантності (тобто коли всі особини з aa виявляють рецесивний фенотип). Без рівноваги q не дорівнює √(частка aa).

Цей розділ охоплює одразу кілька груп завдань: способи видоутворення, форми еволюції (дивергенція, конвергенція, паралелізм) і типи органів (гомологічні, аналогічні, рудименти, атавізми). Розберімо кожен блок.

Способи видоутворення

Географічне (алопатричне) видоутворення — новий вид виникає через територіальну ізоляцію: гірський хребет, річка, океан розділяють популяцію, і в ізольованих частинах накопичуються репродуктивні відмінності. Класичний приклад — в'юрки Дарвіна на різних островах Галапагоського архіпелагу.

Екологічне видоутворення — розходження популяцій через освоєння різних екологічних ніш в одному або суміжних ареалах. Воно не завжди є симпатричним (тобто не обов'язково відбувається на одній території). Симпатричне видоутворення — окремий випадок, коли новий вид формується без географічного розділення, наприклад через поліплоїдію в рослин. Поліплоїдія може швидко створити репродуктивний бар'єр, але для закріплення нового виду потрібна життєздатна лінія.

Форми еволюції: дивергенція, конвергенція, паралелізм

Дивергенція — розходження ознак у споріднених груп організмів унаслідок пристосування до різних умов. Приклад: кінцівки ссавців — крило кажана, ласт кита, нога коня — мають спільне походження, але виконують різні функції.

Конвергенція — незалежне виникнення подібних ознак у віддалених (неспоріднених) груп. Приклад: обтічна форма тіла акули (риба) і дельфіна (ссавець) — різне походження, однакова функція (швидке плавання).

Паралелізм — незалежний розвиток подібних ознак у споріднених груп на основі спільних предкових генетичних варіантів. Приклад: повторне зменшення кісткових пластинок у різних прісноводних популяцій колючки (рід Gasterosteus) через використання спільних предкових варіантів гена Eda.

Біологічний прогрес і регрес

Біологічний прогрес — зростання чисельності виду, розширення ареалу, утворення нових видів (наприклад, комахи-запилювачі, що розселяються разом із квітковими рослинами). Біологічний регрес — зменшення чисельності, звуження ареалу, загроза вимирання (наприклад, багато видів, занесених до Червоної книги).

Типи органів: гомологія, аналогія, рудименти, атавізми

Гомологічні органи мають спільне походження, але можуть виконувати різні або схожі функції. Приклади: кінцівки хребетних (рука людини, крило птаха, ласт кита); вусики гороху й колючки кактуса — обидва є видозміненими листками.

Аналогічні органи мають різне походження, але виконують схожу функцію. Приклади: крило птаха (видозмінена передня кінцівка) і крило метелика (складка кутикули); колючки барбарису (видозмінений листок) і колючки глоду (видозмінений пагін); зябра риби (похідні глотки) і зябра рака (похідні кінцівок).

Рудименти — еволюційно редуковані структури, типові для виду, що втратили частину предкових функцій, але можуть зберігати інші. Приклади: куприк людини (залишки хвостового відділу хребта), тазові кістки китів (залишки тазового пояса задніх кінцівок). Рудименти наявні в усіх або більшості особин виду.

Атавізми — рідкісне відновлення предкових ознак в окремих особин. Приклад: додаткові бічні пальці коня (відновлення трипалості предків). Не плутай атавізми з рудиментами: атавізм — це виняток, а не норма для виду.

Розв'яжемо п'ять типових завдань НМТ з еволюційного вчення. Кожне супроводжується покроковим поясненням.

Приклад 1. Визнач автора концепції за описом

Завдання: «Учення стверджує, що організми мають внутрішнє прагнення до вдосконалення; вправляння органів веде до їхнього розвитку, а невправляння — до редукції; набуті за життя зміни передаються нащадкам. Чию концепцію характеризує ця сукупність ознак?»

Розв'язання: У тексті є три ключові елементи: «внутрішнє прагнення до вдосконалення», «вправляння / невправляння органів» і «передавання набутих змін нащадкам». Усі три разом — це класичний ламаркізм. Дарвін не писав про «прагнення до вдосконалення»; синтетична теорія оперує термінами «генофонд» і «частоти алелів»; Мендель вивчав закономірності успадкування, а не еволюцію.

Відповідь: Ж.-Б. Ламарк.

Чому інші варіанти хибні: Ч. Дарвін — він не використовував поняття «вправляння» як рушійної сили; творці синтетичної теорії — вони спираються на популяційну генетику; Г. Мендель — він не створював еволюційної теорії. Зауваж: сама лише фраза «набуті ознаки передаються нащадкам» не є унікальним маркером Ламарка (Дарвін також допускав таке), але в поєднанні з «вправлянням» сумнівів не лишається.

Приклад 2. Логічні пари: приклад → форма або напрям еволюції

Установи відповідність між прикладом (1–4) і формою або напрямом еволюції (А–Д).

Додатковий варіант: Д. Конвергенція.

Розв'язання: 1 — кінцівки ссавців мають спільне походження, але розійшлися за функціями → дивергенція (В). 2 — акула й дельфін належать до різних класів, але мають подібну форму тіла → конвергенція (Д). 3 — споріднені популяції незалежно втрачають пластинки, використовуючи спільні предкові варіанти → паралелізм (Б). 4 — зменшення чисельності й ареалу → біологічний регрес (Г).

Відповідь: 1В, 2Д, 3Б, 4Г.

Приклад 3. Логічні пари: приклад → тип органів

Установи відповідність між прикладом (1–4) і типом органів (А–Д).

Додатковий варіант: Д. Видозміна пагона (зайве).

Розв'язання: 1 — крило кажана й ласт кита — це кінцівки хребетних, що мають спільне походження → гомологічні органи (Г). 2 — крило птаха (кінцівка) і крило метелика (складка кутикули) мають різне походження, але схожу функцію → аналогічні органи (В). 3 — куприк — залишок хвостового відділу хребта, типовий для всіх людей → рудимент (А). 4 — додаткові пальці коня — рідкісне повернення до трипалості предків → атавізм (Б).

Відповідь: 1Г, 2В, 3А, 4Б.

Приклад 4. Розрахунок частот алелів за законом Гарді — Вайнберга

Завдання: «У рівноважній популяції 16 % особин мають рецесивний фенотип (aa) за двоалельною автосомною ознакою з повною пенетрантністю. Яка частка гетерозигот (Aa) у цій популяції?»

Розв'язання: Частка aa = q² = 0,16. Отже q = √0,16 = 0,4. Тоді p = 1 − q = 1 − 0,4 = 0,6. Частка гетерозигот Aa = 2pq = 2 · 0,6 · 0,4 = 0,48, тобто 48 %.

Відповідь: 48 %.

Чому інші варіанти хибні: 16 % — це частка aa, а не гетерозигот; 36 % — це p² (частка AA); 24 % — це pq без множника 2 (тобто 0,6 · 0,4, а треба 2pq).

Приклад 5. Два твердження: чинники еволюції та видоутворення

Завдання: «Оцініть правильність двох тверджень. I. Дрейф генів — спрямований чинник еволюції, бо закріплює лише корисні алелі. II. Утворення різних видів в'юрків на різних островах архіпелагу — приклад географічного видоутворення.»

Розв'язання: Твердження I хибне — дрейф генів випадковий, він не «обирає» корисні алелі, а змінює частоти незалежно від пристосованості. Твердження II правильне — популяції в'юрків на різних островах були ізольовані морем, що призвело до географічного (алопатричного) видоутворення.

Відповідь: правильне лише II.

• Не розрізняють основні пояснення: у Ламарка — вправляння й успадкування набутих змін, у Дарвіна — передусім природний добір. Історично Дарвін також допускав успадкування набутих ознак, тому одну цю фразу не робити унікальним маркером автора.

• Вважають дрейф генів спрямованим чинником, як природний добір. Насправді дрейф генів — випадковий процес, який не залежить від корисності алеля.

• Називають одиницею еволюції особину чи вид, а не популяцію. Правильно: одиниця еволюції — популяція, бо саме в ній змінюються частоти алелів.

• Беруть частку рецесивних гомозигот за частоту рецесивного алеля. Частка aa — це q², а не q. Щоб знайти q, треба добути квадратний корінь із частки aa (і лише за умови рівноваги).

• Плутають рудименти (типові для виду, не обов'язково в кожної особини) з атавізмами (лише в окремих особин). Рудимент — норма, атавізм — виняток.

• Пояснюють конвергенцію спільним походженням, а гомологію — схожою функцією. Навпаки: конвергенція — схожість неспоріднених груп (різне походження), гомологія — спільне походження (функції можуть відрізнятися).

• Вважають поліплоїдію прикладом географічного видоутворення. Поліплоїдія — механізм симпатричного видоутворення (без територіальної ізоляції), поширений у рослин.

У демонстраційному варіанті НМТ 2026 року тема 5.5 «Еволюційне вчення» є основною в завданні № 24 (вибір однієї відповіді з чотирьох, цитата з наукової праці, 1 бал) і додатковою в № 23 (адаптації за рисунком, основна тема 5.4).

За основною темою розділ 5 у демо 2026 містить 3 завдання й 3 бали з 46. Логічні пари (№ 25–28) оцінюють по 1 балу за кожну правильну пару, до 4 балів за завдання.

Програма НМТ вимагає:

• Розрізняти аналогічні й гомологічні органи, рудименти й атавізми.

• Розрізняти способи видоутворення (географічне, екологічне).

• Порівнювати біологічний прогрес і регрес.

• Знати причини й наслідки дрейфу генів.

• Застосовувати закономірності розподілу алелів у популяціях (закон Гарді — Вайнберга).

Стратегія для завдання з цитатою

Коли бачиш цитату з наукової праці, дій за таким алгоритмом:

1. Знайди ключові слова: «вправляння» й «набуті ознаки» → Ламарк; «боротьба за існування» й «добір» → Дарвін; «генофонд» і «частоти алелів» → синтетична теорія.

2. Прочитай варіанти відповідей і обери той, що відповідає знайденому набору слів.

3. Якщо цитата містить лише одну фразу про «набуті ознаки», перевір, чи є інші маркери — сама ця фраза не гарантує, що це Ламарк.

• Ламарк — вправляння й успадкування набутих ознак; Дарвін — мінливість, боротьба за існування, природний добір.

• Одиниця еволюції — популяція; природний добір — адаптивно спрямований чинник.

• Дрейф генів випадковий і найсильніший у малих популяціях (ефект засновника, ефект «пляшкового горла»).

• Закон Гарді — Вайнберга: p + q = 1, p² + 2pq + q² = 1. q — корінь із частки aa лише за умов рівноваги двоалельного локусу.

• Гомологія — спільне походження; аналогія — схожа функція.

• Рудимент — типовий для виду, атавізм — рідкісне відновлення предкової ознаки.

• Дивергенція — розходження споріднених груп, конвергенція — схожість неспоріднених.