Что такое микроэволюция в биологии: Понятие о микроэволюции — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Понятие о микроэволюции — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Микроэволюция — это эволюционные изменения отдельных популяций и вида в целом вплоть до образования нового вида.

Микроэволюция представляет собой эволюционные преобразования, происходящие в пределах популяций в сравнительно короткие промежутки времени (например, изменение частоты генов, гомо- и гетерозигот за несколько поколений).

 

Начинается микроэволюция в популяциях, особи которых различаются генотипами. Постоянно действующий естественный отбор приводит к элементарным эволюционным явлениям.

Элементарное эволюционное явление — направленное и необратимое изменение соотношения генов в генофонде популяции, которое меняет её эволюционные возможности.

Со временем генофонды популяций могут измениться так, что скрещивание между ними становится невозможным. При условии изоляции популяций это ведёт к образованию новых видов, что представляет собой заключительный этап микроэволюции.

 

Различают филетическую микроэволюцию и видообразование.

Филетическая микроэволюция — это постепенное направленное изменение одного вида. Приводит к возрастанию приспособленности организмов к среде обитания.

Видообразование — это процесс образования нескольких новых видов из одного исходного.  

                                                                  

                                                          СХЕМА МИКРОЭВОЛЮЦИИ

  

                                               элементарные эволюционные факторы       

                                           (мутации, комбинации, волны жизни, миграции)

                                                                                 ↓ 

борьба за существование  →  элементарная единица эволюции  ← изоляция 

  и естественный отбор                                  (популяция)                                        

                                                                                 ↓

                                                   элементарные эволюционные явления

                                                          (изменение генофонда популяции)

                                                                 ↙                           ↘

                                         филетическая эволюция        видообразование

                                                 (адаптации)                           (новые виды)

 

 

Значит, микроэволюция — это процесс эволюционного преобразования популяций, приводящий к совершенствованию адаптаций и образованию внутривидовых форм и новых видов.

Понятие микроэволюции в биологии

Определение 1

Микроэволюция – это система эволюционных изменений, характерных для отдельных популяций и вида вплоть до образования нового вида.

Определение понятия «микроэволюция»

Также микроэволюцию определяют как комплекс эволюционных преобразований, которые происходят в пределах популяционной группы за какой-либо короткий промежуток времени. Примером можно признать изменение частоты гетерозиготных генов в нескольких поколениях. Микроэволюция начинается в тех группах, особи которых имеют разные генотипы. К «запуску» микроэволюции приводит постоянно действующий естественный отбор. Микроэволюция сопровождается элементарными эволюционными изменениями.

Следует отметить тот факт, что приведенные определения термина микроэволюция не являются исчерпывающими и могут быть дополнены в зависимости от подхода к его трактовке.

Определение 2

Элементарное эволюционное изменение – это необратимое, но направленное генотипическое изменение, которое касается соотношения генов в популяционном генофонде и расширяет эволюционные возможности популяции.

Таким образом, элементарные эволюционные изменения служат материалом для формирования новых видов в природе.

С течением времени генофонд внутри популяций изменяется настолько, что скрещивание между особей перестает быть возможным. Если популяции остаются относительно изолированными друг от друга, то происходит образование новых видов и наступает завершающий этап микроэволюции.

В науке различаются:

• филетическая микроэволюция;
• видообразование.

Что касается филетической микроэволюции, то ее определяют, как комплекс постепенных изменений в течение времени в пределах одного вида или группы особей. Такой процесс приводит к возрастанию степени приспособленности организмов к конкретным условиям среды обитания.

Готовые работы на аналогичную тему

Видообразование, в свою, очередь является общей системой образования нескольких видов из одного.

Факторы микроэволюционного процесса

Для того, чтобы понять, каким образом, происходит процесс микроэволюции, необходимо охарактеризовать ее факторы. К ним относят:

• мутации, дрейф генов, популяционные волны, которые поставляют изменчивость в популяционный генофонд;
• изоляция представляет собой возникающие препятствия, которые существенно уменьшают возможность размножения и обмена генетической информацией между популяциями внутри вида;
• естественный отбор позволяет закрепить те особенности, которые повышают приспособленность особей внутри популяции к различным изменениям внешней среды.

Мутации имеют ненаправленный характер. Они могут быть генными и хромосомными, геномными. К генным мутациям относят замену одного основания другим внутри триплета и др. Хромосомные мутации выражены в увеличении и уменьшении численности хромосом, а также в повреждении какого – либо участка хромосом. Такие мутации очень часто приводят к гибели организма. Любая мутация может быть вызвана целым рядом факторов, которые именуются мутагенами.

Замечание 1

Каждый мутаген имеет различную «силу», но полностью просчитать его действие не представляется возможным.

Генетические потоки представляют собой перенос мутаций из других популяций. Этот процесс зависит от широты расселения особей из соседних популяций внутри вида. Мутации наряду с генетическими потоками дают разнообразие генотипов внутри популяции. Естественный отбор, а также дрейф генов позволяют сортировать генотипы.

Сами по себе мутации без воздействия естественного отбора не могут привести к появлению новых видов. Популяционные волны отражают флуктуацию численности популяции. В этом смысле они также являются поставщиком эволюционного материала и подставляют редкие мутации под действие отбора. Другими словами, мутация и естественный отбор в комплексе может стать эволюционным способом для разграничения полезных и вредных адаптаций внутри экосистем и при анализе взаимодействия популяций между собой и внутри вида.

Изоляция является фактором накопления и закрепления изменений, которые вызываются всеми вышеописанными факторами. Изоляция бывает территориальной и биологической. Территориальная изоляция представлена разобщённостью популяции внутри конкретного ареала. Репродуктивная изоляция проявляется в несовпадении сроков размножения отдельных групп особей внутри вида.

Биологическая изоляция говорит о физической несовместимости особей и невозможности воспроизведения полноценного потомства.

Естественный отбор является вектором эволюционного процесса. Он может быть направленным и ненаправленным. Также выделяют следующие формы естественного отбора:

• движущий или смещающий значение признака от средней величины и позволяющий особям приспособиться к новым условиям обитания;
• стабилизирующий отбор проявляется в стабильных популяциях и выбраковывает из них крайние генотипы. Другими словами, при действии данной формы отбора жизнеспособность сохраняют те особи, которые имеют значение признака близкое к среднему.
• дизруптивный отбор оставляет внутри популяций особи с редкими генотипами. Иначе говоря, дизруптивный отбор является способом выявить крайние отклонения значения признаков от среднего значения.

Наконец, дрейф генов представляет собой случайное отклонение от постоянной частоты встречаемости генов. Дрейф также закрепляет редкие генотипы в популяциях.

Все вышеописанные факторы приводят к изменению генофонда популяции. Если на совокупность данных процессов накладывается изоляция, то происходит формирование новых видов или более мелких таксономических единиц.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что направление эволюции проходит по пути образования одного нового гена за другим при приспособлении к изменениям окружающей среды и образованию нового вида или новой экосистемы. Любое эволюционное изменение, относящееся к системе микроэволюции, так как базируется на случайных эволюционных изменениях в генофонде популяций и генетическом аппарате отдельных особей.

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — это… Что такое МИКРОЭВОЛЮЦИЯ?

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ (от микро… и эволюция), совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях вида и приводящих к изменениям генофондов этих популяций и образованию новых видов. В этом совр. смысле термин «М.» введён Н. В. Тимофеевым-Ресовским (1938), хотя Ю. А. Филипченко ранее (1927) предложил этот термин для принципиального разграничения явлений эволюции мелкого и крупного масштаба. М. происходит на основе мутационной изменчивости под контролем естеств. отбора. Мутации — единств, источник появления качественно новых признаков, отбор — единств. творческий фактор М., направляющий элементарные эволюционные изменения по пути формирования адаптации организмов к изменяющимся условиям внеш. среды. На характер процессов М. могут оказывать влияние колебания численности популяции (см. ВОЛНЫ ЖИЗНИ), обмен генетич. информации между ними, их изоляция и дрейф генов. М. ведёт либо к изменению всего генофонда биол. вида как целого (филетическая эволюция), либо — при изоляции каких-либо популяций — к их обособлению от родительского вида в качестве новых форм (см. ВИДООБРАЗОВАНИЕ, МАКРОЭВОЛЮЦИЯ)).

.(Источник: «Биологический энциклопедический словарь.» Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.)

микроэволю́ция

эволюционные преобразования внутри вида (на уровне популяции), ведущие к внутривидовому расхождению признаков (разнообразию) и видообразованию. Происходит на основе мутационной изменчивости под воздействием естественного отбора и при возникновении различных изоляционных барьеров. Масштаб времени микроэволюции, ведущей к образованию новых видов для разных систематических групп – сотни, чаще тысячи лет.

.(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.)

.

Синонимы:

• МИКРОЦИРКУЛЯЦИЯ
• МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

Полезное

Смотреть что такое «МИКРОЭВОЛЮЦИЯ» в других словарях:

• микроэволюция — микроэволюция …   Орфографический словарь-справочник

• Микроэволюция — Микроэволюция  это распространение в популяции малых изменений в частотах аллелей на протяжении нескольких поколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне.[1] Такие изменения происходят из за следующих процессов: мутации,… …   Википедия

• МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — (от микро… и эволюция), эволюционные процессы, происходящие внутри вида и в его популяциях и ведущие к образованию новых подвидов или видов; начало любого эволюционного процесса, в основе которого лежит изменение генетического состава популяции …   Экологический словарь

• МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — совокупность эволюционных процессов, протекающих внутри отдельных или смежных популяций вида, приводящих к изменению генетической структуры этих популяций, возникновению различий между организмами и образованию новых видов. Ср. Макроэволюция …   Большой Энциклопедический словарь

• микроэволюция — сущ., кол во синонимов: 1 • эволюция (7) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

• МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — эволюционные процессы, ведущие к образованию подвидов и видов. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 …   Геологическая энциклопедия

• МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — англ. micro evolution; нем. Mikroevolution. Совокупность эволюционных процессов, протекающих внутри вида и приводящих к возникновению его разновидностей. см. МАКРОСОЦИОЛОГИЯ. Antinazi. Энциклопедия социологии, 2009 …   Энциклопедия социологии

• МИКРОЭВОЛЮЦИЯ — Процессы эволюции (адаптации и дифференцировки), происходящие в пределах небольших пространств и коротких отрезков времени, доступные научному наблюдению или эксперименту. В животноводстве данный термин употребляется для характеристики изменений …   Термины и определения, используемые в селекции, генетике и воспроизводстве сельскохозяйственных животных

• микроэволюция — Комплекс эволюционных процессов, происходящих в пределах популяций отдельного вида, которые приводят к изменениям их генофондов и образованию новых видов за относительно короткий промежуток времени; термин «М» введен Н.В. Тимофеевым… …   Справочник технического переводчика

• Микроэволюция —         совокупность пусковых эволюционных процессов, протекающих внутри вида, в пределах отдельных или смежных популяций. При этом популяции (См. Популяция) рассматриваются как элементарные эволюционные структуры; Мутации, лежащие в основе… …   Большая советская энциклопедия

Микроэволюция. Вид. Популяция – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Микроэволюция — эволюционные изменения, которые идут внутри вида и приводят к его дифференцировке, завершаясь видообразованием. В результате микроэволюции образуются популяции, подвиды и виды.

Термин микроэволюция ввел в биологию в 1938 г. русский генетик – В. Тимофеев-Ресовский.

Генофонд (лат. gems – «род, происхождение», фр. fond – «основание») – совокупность (комплекс) всех генов группы популяции или вида и изменение популяции в результате естественного отбора.

Вид – это исторически сложившаяся совокупность популяций особей, сходных по морфо-физиологическим свойствам, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определенный ареал. Каждый вид живых организмов можно описать совокупностью характерных черт, свойств, которые называются признаками вида. Признаки вида, с помощью которых один вид можно отличить от другого, называются критериями вида.

Популяция (лат. populus – «народ, население») – совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, свободно скрещивающихся между собой и дающих потомство, составляющее отдельную генетическую систему.

Популяция – это особи одного вида, которые в течение нескольких поколений существуют на определенной территории.

Впервые термин популяция введен в науку в 1903 г. датским биологом В. Иогансеном (1857–1927).

Процесс микроэволюции имеет две формы: филетическая эволюция и видообразование.

Филетическая эволюция означает постепенные изменения, происходящие с течением времени в пределах одного вида, популяции или группы популяций.

Видообразование происходит в тех случаях, когда биологический вид расщепляется на два или более новых вида. Именно этот процесс обеспечивает огромное разнообразие органического мира.

Формы видообразования

Георафическое видообразование

Эта форма видообразования связана с расширением ареала исходного вида и осуществляется в ходе длительной географической изоляции популяций. Возникновение географических преград (горных хребтов, морских приливов и пр.) приводит к возникновению изолятов – географически изолированных популяций.

В результате единый генофонд вида как бы разрывается на части. Любая территориальная популяция характеризуется собственным генофондом с характерными для него частотами встречаемости разных аллелей. Например: возникновение современных видов ландыша от исходного вида, обитавшего миллионы лет назад в широколиственных лесах Европы. Нашествие ледника разорвало единый ареал ландыша на несколько частей. Он сохранился на лесных территориях, избежавших оледенения: на Дальнем Востоке, юге Европы, в Закавказье. Когда ледник отступил, ландыш вновь распространился в Европе, образовав новый вид, более крупный, с широким венчиком, а на Дальнем Востоке – вид с красными черешками и восковым налетом на листьях.

Экологическое видообразование связано с зарождением в рамках исходной популяции новой формы. Такое зарождение может происходить в результате экологической (например, пищевой) специализации. Полагают, что пять видов синиц образовались в связи с пищевой специализацией: по выбору мест кормежки, по составу поедаемых кормов, по способам их поиска и добычи. Например, синица большая долбит ветви и древесные стволы; мелкие виды (лазоревка) – только стебли травянистых растений. Самые мелкие виды (московки, хохлатые синицы) чаще обследуют в поисках корма концевые ветви деревьев.

Эволюционная биология. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

В 1927 г. русский биолог Ю. А. Филипченко предложил разделить эволюцию на два процесса — микроэволюцию и макроэволюцию.

Мик­роэволюция — это дивергенция от популяционного до видового уровня, а макроэволюция — дивергенция на уровне выше вида.

В основе мик­роэволюции — мутационная изменчивость под контролем естественно­го отбора. На характер процессов микроэволюции могут оказывать влияние колебания численности популяции (волны жизни), обмен ге­нетической информацией между ними, их изоляция и дрейф генов. Микроэволюция лежит в основе процесса видообразования.

В разработке проблем микроэволюции большое участие принимали отечественные зоологи и эволюционисты. Начало этим разработкам положила работа С. С. Четверикова «О некоторых моментах эволюци­онного процесса с точки зрения современной генетики» (1926), в кото­рой автор показал значение подразделения вида на отдельные группы особей. Положение о том, что вид представляет собой сложную струк­туру подчиненных единиц — подвидов, морф и т. д., еще раньше обос­новал А. П. Семенов-Тян-Шанский (1910).

Исследователи в области популяционной генетики первыми поняли фундаментальное значение сравнительно мелких объединений особей, на которые распадается население каждого вида. Именно в них проис­ходят все процессы первичного обмена генетическим материалом, идут процессы отбора и прочие эволюционные изменения. Эти изме­нения Н. В. Тимофеев-Ресовский, крупнейший генетик и эволюцио­нист нашего времени, и назвал процессом микроэволюции.

Микроэволюционные события происходят в популяциях живых ор­ганизмов. Согласно современным представлениям, популяции — это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Скрещивания между особями внутри популяции происходят гораздо чаще, чем между особями соседних популяций. Важной характеристикой каждой популяции яв­ляется численность составляющих ее особей, которая, конечно, может быть различной. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

Исследования в природных условиях показали, что популяции все­гда являются смесями различных генотипов. Генотипические различия между разными популяциями еще больше. Именно популяция, а не вид, как считалось раньше, является элементарной эволюционной единицей благодаря длительности своего существования. Всякий но­вый вид при своем возникновении проходит стадию популяции роди­тельского вида.

Макроэволюция, согласно современным представлениям, не имеет специфических механизмов и осуществляется только посредством процессов микроэволюции, являясь их совокупным выражением. На­копление микроэволюционных процессов внешне выражается в макроэволюционных явлениях. Только на уровне макроэволюции обна­руживаются общие тенденции, направления и закономерности эволю­ции органического мира, которые не поддаются наблюдению на уров­не микроэволюции.

На этой странице материал по темам:

• Закономерности эволюционного процесса кратко конспект

• Сообщение о микроэволюциях

• Модульная программа по биологии микроэволюция

• Микроэволюция макроэволюция реферат

• Микроэволюция реферат по биологии

Микроэволюция, вид | План-конспект урока по биологии (9 класс) на тему:

Автор учитель биологии Кущенко Алла Петровна

9 класс

биология

Глава: Микроэволюция

ТЕМА УРОКА: ВИД, ЕГО КРИТЕРИИ И СТРУКТУРА

Тип урока: комбинированный

Цели урока:

обучающие: сформулировать определения понятиям «вид», «критерии вида»; изучить критерии вида и их содержание;

развивающие: продолжить развитие коммуникативных умений при работе в группах, устной монологической речи учащихся; способствовать развитию логического мышления через формирование умений сравнивать, обобщать, делать выводы;

воспитательные: воспитывать толерантность учащихся; воспитывать наблюдательность, внимательность при работе с биологическими объектами.

Оборудование урока: мультимедийная презентация, видеофрагмент «Географический критерий вида», интерактивные схемы.

Ключевые слова: видообразование, микроэволюция, аллопатрическое видообразование, симпатрическое видообразование, вид, критерии вида – морфологический, географический, физико-биохимический, экологический, репродуктивный

ПЛАН УРОКА

1. Этап организации учащихся: приветствие, проверка готовности к уроку.
2. Этап подготовки к восприятию нового материала: актуализация знаний, мотивация.
3. Изучение нового материала.
4. Первичное закрепление знаний.
5. Рефлексия и обсуждение домашнего задания.

ХОД УРОКА

ПРОВЕРКА ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ

Тестовое задание – верное — неверное утверждение

1. Одним из результатов эволюции является многообразие видов
2. К. Линней предложил бинарное название вида
3. Первую целостную теорию эволюции создал Ж.Б. Ламарк
4. Движущие силы эволюции, по Ч. Дарвину: изменчивость, борьба за существование, естественный отбор
5. Ч. Дарвин выделил 3 формы борьбы за существование: внутривидовую, межвидовую, с неблагоприятными условиями среды
6. Движущий естественный отбор приводит к устойчивой однородной популяции
7. Материалом для естественного отбора служит наследственная изменчивость (комбинативная и мутационная)
8. Примером движущего отбора служит возникновение устойчивости животных к ядохимикатам
9. К морфологической адаптации относятся обтекаемая форма тела, маскировка, покровительственная окраска, спячка, отпугивающее поведение, мимикрия
10. Физиологическая адаптация – это приспособленность процессов жизнедеятельности к условиям обитания

1110101101

СОВМЕСТНОЕ ЦЕЛЕПОЛАГАНИЕ

Нас с вами окружает огромное разнообразие организмов. Много видов птиц, рыб, растений и т.д.  Как они возникли? Конечно, эволюция, это неразрывный процесс, но его условно делят на микро- и макроэволюцию. Сегодня на уроке мы начинаем изучать новую главу «Микроэволюция», узнаем, что такое микроэволюция, видообразование, изучим критерии и структуру вида.

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Микроэволюция – это процесс видообразования, т.е. появления новых видов организмов. Большой вклад в изучение этого процесса внес Эрнест Майр (слайд), американский ученый эволюционист. Макроэволюция – это процесс образования надвидовых таксонов.

Существует 2 способа образования видов:

1. Аллопатрическое видообразование — новые виды возникают из популяций, занимающие разные ареалы
2. Симпатрическое видообразование — новый вид зарождается в одной популяции материнского вида при возникновении биологической изоляции

Учитель демонстрирует картину «Бурый медведь» и задает вопросы:

— Название этого вида животного — Медведь бурый. Какое из этих двух слов относится к родовому названию, какое — к видовому?

— Назовите другой вид животного из этого же рода. (Это Медведь белый).

Учитель вывешивает картину, иллюстрирующую белого медведя, рядом с картиной «Медведь бурый».

— Сравните два вида одного рода. Покажите черты сходства и отличия.

Молодцы, ребята!

Ребята, давайте вспомним, какое определение виду давал К. Линней, Ж.Б. Ламарк, Ч. Дарвин? Рассмотрим историю развития взглядов на вид в биологии.

История введения термина «Вид»

Дж. Рей 1686 г.	Наиболее мелкие совокупности организмов, тождественных морфологически, тождественно размножающихся и дающих потомство, сохраняющее эти свойства.
Карл Линней 1735 г.	Множество родственных и сходных по строению организмов, при размножении непрерывно воспроизводящих себе подобных. Рассматривал виды как объективно существующие группы живых организмов, достаточно легко отличимые друг от друга. Считал их неизменными, раз и навсегда созданными богом.
Ж.Б. Ламарк 1802 г.	Виды постоянно изменяются, эволюционируют, поэтому реально в природе не существуют.
Чарльз Дарвин	Виды реально существуют, но изменяются, т.е. относительно постоянны и являются результатом эволюционного развития.
Эрнст Майр 1942 г.	Биологическая концепция вида: виды определяются не различием, а обособленностью, состоят из популяций, главным свойством вида является репродуктивная изоляция.

Что же такое вид? Что мы понимаем под этим понятием?

(ученики высказывают мнения)

Вид – реально существующая генетически неделимая единица живого мира.

Вид – совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, занимающих определенное место обитания – ареал. Вид состоит из популяций. Общность генов, унаследованных от предков и характеризующих данный вид, поддерживается между популяциями с помощью особей. Изменения в популяциях приводят к изменению вида.

В начале 60–х гг. XX в. американский ученый–эволюционист Э.Майр предложил «биологическую концепцию» вида, выдвинув такие идеи: виды характеризуются не различием, а обособленностью; виды состоят не из особей, а из популяций; главной особенностью вида является его репродуктивная изолированность от других.

Для характеристики вида используют  критерии (признаки): морфологический, физиологический, биохимический, экологический, географический и генетический.

Ребята, давайте рассмотрим пример: 

Предложены три растения рода традесканция: традесканция приречная, традесканция пурпурная, традесканция зебрина. Относятся ли данные растения к одному или разным видам? Свой ответ аргументируйте. По итогам решения проблемной ситуации дается определение морфологическому критерию вида.

         Морфологический критерий позволяет различать разные виды по внешним и внутренним признакам.

Морфологический критерий самый заметный и удобный, он и сейчас широко используется в систематике растений и животных. Мы можем легко отличить по размерам и окраске оперения большого пестрого дятла от зеленого, большую синицу от хохлатой и длиннохвостой, клевер луговой от люпиновидного. Несмотря на удобства, этот критерий не всегда «работает». Им не воспользуешься для разграничения видов-двойников, практически не отличающихся морфологически. Таких видов много среди малярийных комаров, дрозофил, сиговых рыб. Даже у птиц 5% видов – двойников, а в одном ряду североамериканских сверчков их 17. Использование одного морфологического критерия может привести к ошибочным выводам. Сейчас, когда установлению, что у вида может быть много форм, типологическая концепция вида отброшена и морфологический критерий не всегда удовлетворяет ученых. Все же следует признать, что этот критерий очень удобен для систематизации видов и большинстве определителей животных и растений он играет главную роль.

Географический критерий свидетельствует, что каждый вид обладает своим ареалом.

Ареал — область распространения данного вида или популяции в природе.

Популяция (от лат. «рорuius» — народ, население) — совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию — ареал.

Генофонд — совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции.

(фильм)

Физиолого-биохимический фиксирует неодинаковость химических свойств разных видов.

Экологический критерий позволяет различать виды по комплексу абиотических и биотических условий, в которых они сформировались, приспособившись к жизни.

Генетический критерий обусловливает репродуктивную (генетическую) изоляцию вида от других, даже близкородственных. Все виды имеют особые механизмы, защищающие их генофонд от притока чужеродных генов. Это достигается главным образом особенностями генотипа у особей каждого вида – количеством и строением его хромосом. Генетический критерий является наиболее значимым, так как именно он контролирует репродуктивную изоляцию вида, т.е. существование механизмов, препятствующих скрещиванию разных видов. Это достигается разными путями:

• сроки размножения у близких видов могут не совпадать – один вид лягушек мечет икру по берегам рек, другая – в лужах;
• не совпадают места размножения;
• негомологичные хромосомы не конъюгируют;
• не совпадают места обитания.

Изредка в природе встречается межвидовое скрещивание. Однако возникшие таким путем гибриды оказываются или нежизнеспособными и вскоре гибнут, или бесплодными.

Каждый вид представляет собой генетически замкнутую систему, репродуктивно изолированную от других видов.

Реально вид существует в форме популяций. И хотя вид является единой генетической системой, его генофонд представлен генофондами популяций. Накопившись со временем в большом количестве, новые вариации генов в генофонде какой-либо популяции могут привести к ее изоляции от других популяций этого вида. Таким путем возникают новые виды. Вот почему популяцию как наименьшее подразделение вида, изменяющееся во времени, считают элементарной единицей эволюции.

ПЕРВИЧНОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ЗНАНИЙ

Учитель читает отрывок.

1. Обитающая в нескольких районах обыкновенная лисица образует несколько географических форм, постепенно сменяющих друг друга. Самые северные лисицы, обитающие в лесной зоне, самые крупные. Лисы степей и полупустынь мельче. Еще мельче лисы, живущие в среднеазиатских пустынях, и самые мелкие лисы обитают в Афганистане, Пакистане и Индии. Чем южнее обитают лисы, тем длиннее у них хвост и уши.

2. Малярийный комар встречается и в тех районах Европы, где малярии никогда не было. Кроме того, в одних частях он предпочитает кормиться на человеке, а в других – исключительно на домашних животных; в одних районах он размножается в солоноватой воде, а в других – только в пресной. Внешне эти формы почти неразличимы, известные пока различия касаются особенностей структуры яйца, числа и ветвистости щетинок у личинок.

Вопросы к классу.

1. О каких критериях идет речь в прочитанном отрывке?

2. О разных или об одном виде идет речь в отрывке?

3. Сделайте вывод по прочитанному отрывку.

Какие критерии вида использованы при описании животных?

1). Лебедь-шипун часто изгибает шею в виде буквы S, а клюв и голову держит наклонно к воде. При раздражении издает характерный шипящий звук, по которому и получил свое название. Распространен лебедь-шипун на изолированных участках в средней и южной полосе Европы и Азии от южной Швеции, Дании и Польши на западе до Монголии, Приморского края и Китая на Востоке. Всюду на этой территории редок, часто пара от пары гнездится на громадном расстоянии, а во многих районах вовсе отсутствует. Населяет заросшие водной растительностью лиманы, озера, иногда даже болота, предпочитая глухие, мало посещаемые человеком.

Малый, или тундровый лебедь распространен по тундре Азии от Кольского полуострова на западе до дельты Колымы на Востоке, заходя в область лесотундры и западные острова Северного Ледовитого. Для гнездования выбирает заболоченные и низкие травянистые участки разбросанными по ним озерами, а также речные долины, изобилующие старицами и протоками.

Брачные игры своеобразны и проходят на суше. При этом самец ходит перед самкой, вытягивает шею, временами приподнимает крылья, издавая ими особый хлопающий звук и звонко кричит.

2). Городская ласточка. Верх головы, спина, крылья и хвост сине-черные, надхвостье и весь низ тела белые. Хвост с резкой треугольной вырезкой на конце. Обитатель горных и культурного ландшафтов. Гнездится на стенах скал и зданий. Перелетная птица. Держится стаями  в воздухе или сидя на проводах, чаще других ласточек садится на землю. Гнездится колониями. Гнездо лепит из комочков глины в форме полушара с боковым входом. Кладка из 4-6 белых яиц в мае – июне. Голос – звонкое «тиррч-тиррч»

Береговая ласточка. Верх головы, шеи, спина, крылья, хвост и полоса поперёк груди серовато—бурые, горло, грудь и брюшко белые. Хвост с неглубокой вырезкой.

РЕФЛЕКСИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ

Выставить оценки за работу.

Ребята, что Вам понравилось на уроке? Вы молодцы, хорошо поработали.

Теперь запишем д/з. Открыли дневники:

глава 5, параграф 10, ответить на вопросы, 5 вопрос письменно.

Презентация по биологии:»Микроэволюция»

Просмотр содержимого документа
«Презентация по биологии:»Микроэволюция»»

Микроэволюция.

Факторы эволюции.

Что такое микроэволюция?

• Микроэволюция- это процесс преобразования популяции или популяций под действием факторов эволюции, который ведет к изменению генофонда и образованию нового вида.

Наглядный пример микроэволюции

Ю.А. Филипченко

• Юрий Александрович Филипченко  (1 (13) февраля 1882, с. Злынь — 19 мая 1930, Ленинград) — советский биолог и генетик, известный своей педагогической и научно-организаторской деятельностью. Его научные интересы охватывали: генетику качественных и количественных признаков, включая наследование таланта у человека, евгенику, генетические основы эволюции. Он предложил понятия «микроэволюция» и «макроэволюция». Ю. А. Филипченко оставил обширную научную школу

Создатели коцепций микроэволюции

• В разработке концепции микроэволюции большую роль сыграли работы С. С. Четверикова , Дж. Холдейна, Р. Фишера, С. Райта, Н. В. Тимофева-Ресовского, Е. Форда, Ф. Г. Добжанского, Э. Майра, Д. Г Симпсона, И. И. Шмальгаузена.

Микроэволюция

• Под действием элементарных факторов на генофонд популяции происходит изменение частот отдельных генов. Это приводит к элементарному эволюционному явлению — изменению генотипического и фенотипического состава популяции.
• При длительном однонаправленном воздействии естественного отбора наблюдается дифференциация популяций.

Факторы эволюции

• Факторы эволюции – это любые явления и процессы, оказывающие какое либо воздействие на эволюцию.

Факторы эволюции

Дрейф генов

Волны жизни

Изоляция

Мутации

Мутационный процесс

• Это процесс в котором совершаются внезапные, естественные или вызванные искусственно наследственные изменения в генетическом материале, приводящие к изменению отдельных признаков организма.

Изоляция

• Изоляция – нарушение свободы скрещивания. В изолированной группе частоты аллелей окажутся иными, чем в большой популяции. Изоляция приводит к дрейфу генов, и также является пусковым моментом видообразования.

I. потенциальные партнеры не встречаются

Географи-ческая изоляция

II. потенциальные партнеры встречаются, но не спариваются

живут в разных местообитаниях

Экологи-ческая (сезонная) изоляция

размножаются в разные сроки

Поведен-ческая изоляция

отличаются по окраске, брачным ритуалам, песне или запаху

Географическая изоляция

• Райские сороки живут в тропических лесах Новой Гвинеи. Каждый из пяти видов обитает на своем горном хребте, отделенном от остальных саванной. Морфологические различия между видами настолько существенны, что изначально они были описаны в качестве отдельных родов.

Экологическая изоляция

• Озеро Тана (Эфиопия) заселено комплексом близкородственных видов рыб-барбусов. Поскольку других видов рыб в озере очень мало, то барбусы освоили все доступные экологические ниши.

Форма, питающаяся смешанной пищей

Добывает насекомых, планктон и мальков рыб у поверхности воды

Хищник

• С.С. Четвериков был одним из первых, кто обратил внимание на периодические колебания численности особей, составляющих популяцию. Такое  КОЛЕБАНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ОСОБЕЙ ПОПУЛЯЦИИ  получило название  «ПОПУЛЯЦИОННЫХ ВОЛН»  или  «ВОЛН ЖИЗНИ».  
• Причины изменения численности популяции могут быть самыми разными: резкое изменение климата, наличием кормовой базы, стихийные бедствия, хозяйственная деятельность человека и др.

Основные свойства популяционных волн

• Волны могут совершенно случайно и резко изменять в популяции концентрацию редко встречающихся генов или целых генотипов.
• В период резкого снижения численности популяции некоторые гены (генотипы) могут полностью исчезнуть, при том независимо от их биологической ценности.
• При нарастании волн другие гены резко повысят свою концентрацию. Волны жизни, как и мутационный процесс, поставляют случайный ненаправленный генетический материал для естественного отбора. 

Виды популяционных волн:

• Периодические (например, сезонные колебания численности насекомых, однолетних растений, вирусов гриппа)
• Непериодические (зависят от многих факторов). Примеры: колебания численности хищник – жертва, вспышки численности леммингов в Арктике, пролёты саранчи, размножение кроликов в Австралии, чумные эпидемии в Европе в прошлом.

В нижней точке кривой численности наблюдается «эффект бутылочного горлышка». Сквозь него проходят немногие особи и в новой популяции соотношение аллелей будет другим.

Microevolution: определение, примеры, викторина | Биологический словарь

Определение микроэволюции

Микроэволюция определяется как изменения частоты аллеля , которые можно наблюдать в популяции.

В отличие от macroevolution , микроэволюцию можно наблюдать и измерять за короткие периоды времени, даже в пределах одного поколения; макроэволюция относится к крупномасштабным различиям, которые можно наблюдать между разными видами.

Накопление изменений в результате микроэволюции в конечном итоге приведет к макроэволюции через процесс видообразования .Таким образом, это, по сути, один и тот же процесс, хотя и в другом временном масштабе.

Процессы микроэволюции

Микроэволюция может происходить несколькими способами:

Поток генов

Также известный как «миграция генов», поток генов — это перенос аллелей (вариантов гена) из одной популяции к другому. Поток генов происходит, когда особи или их гамет способны мигрировать между популяциями, которые физически разделены.Например, человек, переезжающий в новую страну, пополняет генофонд населения этой страны. Пыльца и споры растений и грибов могут распространяться среди других популяций ветром, опылителями или другими механизмами. В каждом событии потока генов частота аллелей, присутствующих в каждой популяции, немного изменяется.

Поток генов

Обычно поток генов ограничивается популяциями одного и того же вида из-за барьеров, налагаемых репродуктивной изоляцией . Однако есть исключения, такие как механизмы, используемые бактериями и вирусами для передачи генов между организмами посредством горизонтального переноса генов .В некоторых случаях поток генов может происходить между отдельными видами, хотя, как правило, только между близкородственными. Если эти два вида недавно разошлись, они могут дать потомство; однако это потомство обычно бесплодно. Примеры включают бесплодный «мул», полученный в результате спаривания осла и лошади, или «лигер» и «тигон», возникший в результате спаривания льва и тигра.

Поток генов является серьезным препятствием для видообразования; там, где поток генов является частым между популяциями, а генофонды регулярно перетасовываются, две популяции не имеют возможности стать генетически разными.

Поток генов может также увеличить генетическое разнообразие популяции. Например, если аллель, который развился в популяции B, вводится в популяцию A, генетическое разнообразие популяции A увеличивается.

Генетический дрейф

Генетический дрейф — это процесс микроэволюции, который описывает случайные колебания частоты аллелей в популяции.

Варианты генов (аллелей) станут более или менее многочисленными в популяции, если по случайной случайности больше копий определенных генов передается потомку.Например, если есть особи с синими и красными генами и, случайно, воспроизводится больше особей с синими генами, в следующем поколении будет больше особей с синими генами. Частота генов синих генов может продолжать расти в следующих поколениях из-за вероятности их передачи потомству.

Генетический дрейф может привести к 100% фиксации варианта аллеля или к его полной потере, что может привести к снижению общего генетического разнообразия популяции.Это более вероятно в небольшой популяции и является обычным явлением после узких мест в популяции , и в этом случае редкие аллели популяции могут быть быстро потеряны.

Кроме того, эффект основателя , при котором небольшое количество особей отделяется и изолируется от популяции, может вызвать генетический дрейф. Новая популяция индивидов содержит ограниченную выборку полного разнообразия аллелей в исходной популяции, частота которой затем будет увеличиваться.

На изображении показана вероятность передачи каждого гена от родителя к потомству через несколько поколений.

В этом случае микроэволюции давление окружающей среды или адаптивное давление не определяют изменение частоты аллельных вариантов в популяции. Изменение определяется случайностью, и поэтому изменения могут быть положительными, отрицательными или нейтральными для выживания.

Мутация

Мутации — основная причина всех вариаций генетического разнообразия и единственный источник новых аллелей.Хотя они возникают редко, их может вызвать целый ряд различных обстоятельств, таких как радиация, вирусы и мутагенные химические вещества. Они также возникают естественным образом в виде ошибок во время репликации ДНК или мейоза.

Мутация может изменить результат признака , который кодирует ген, или может помешать правильному функционированию гена. Однако мутации часто не имеют эффекта или являются лишь умеренно вредными (вредными), хотя они также могут быть полезными. Если мутация выгодна до такой степени, что дает организму адаптивное преимущество в окружающей среде, она, вероятно, будет распространяться среди населения в процессе естественного отбора , что в конечном итоге приведет к макроэволюции.

Распространение мутировавших аллелей может быть еще более быстрым, если это доминантных аллелей , поскольку их эффекты сразу проявляются в гетерозиготных и гомозиготных формах.

Отбор

Естественный отбор аллелей, которые контролируют определенные признаки, происходит, когда варианты генов организма дают ему адаптивное преимущество перед другими вариантами генов в популяции, что в конечном итоге позволяет ему воспроизводить и увеличивать частоту этих генов.

Другой способ отбора аллелей — половой отбор . В микроэволюции посредством полового отбора организмы выбирают партнера для спаривания на основе произвольной особенности, которая не обязательно делает их лучше адаптированными к окружающей среде, но делает их более привлекательными для противоположного пола, например, яркие пятна на хвосте павлина или большие тяжелые пятна. рога оленя. Отображение желаемого признака дает партнеру конкурентное преимущество в воспроизводстве и в конечном итоге приводит к увеличению частоты аллелей, связанных с этим признаком.

Отбор также можно контролировать с помощью искусственного отбора людьми. В этом случае, который аналогичен половому отбору, выбираются определенные желательные физические или поведенческие черты растения или животного и разводятся особи, которые обладают ими. Аллели становятся все более распространенными как побочный продукт отбора по благоприятному признаку, даже если он не способствует выживанию организма.

Примеры микроэволюции

Устойчивость к пестицидам

Пестициды предназначены для уничтожения насекомых, которые могут питаться определенным растением.Каждый раз, когда пестицид применяется к растению, несколько особей могут выжить, в том числе те, которые обладают определенными генами, вызывающими устойчивость к пестициду.

Выжившие особи будут продолжать воспроизводить и увеличивать частоту генов, которые позволили им выжить в популяции. Посредством последующего применения пестицида количество особей, у которых есть гены устойчивости, увеличится до полной фиксации; на этом этапе пестицид не может убить никого из особей, поскольку все они устойчивы.Это означает, что необходимо разработать новый пестицид, чтобы убить будущие поколения насекомых.

Происходящие здесь механизмы микроэволюции — это естественный отбор и генетический дрейф через узкое место.

Устойчивость к пестицидам

Эволюция вирусного заболевания

Несмотря на то, что вирусы представляют собой очень разнообразную группу, в их биологии есть несколько предпосылок, которые делают их особенно восприимчивыми к быстрой микроэволюции.

В отличие от других организмов, вирусы могут хранить свою генетическую информацию с помощью ДНК или РНК.Скорость мутаций во время репликации в РНК намного выше, чем в ДНК, и поэтому новые гены, которые могут быть полезными для организма и увеличиваться в частоте за счет отбора, создаются чаще. Вирусы также имеют большие размеры популяции и короткое время генерации, что еще больше увеличивает вероятность возможной генетической мутации и позволяет мутациям быстро распространяться в популяциях.

Кроме того, некоторые вирусы, такие как грипп и ВИЧ, могут «перетасовывать» свои гены с другими штаммами вируса в процессе, называемом рекомбинацией .Это может привести к появлению совершенно новых вирусных штаммов и значительно увеличить генетическое разнообразие популяции.

Постоянное появление и микроэволюция вирусов из-за их высокой скорости мутаций делает их невероятно трудными для лечения, когда они заражают других животных, поскольку у популяций может быстро развиться устойчивость к лекарствам.

Викторина

1. Какой из следующих процессов эволюции приводит к появлению новых вариантов генов?
A. Генный поток
B. Генетический дрейф
C. Мутация
D. Естественный отбор

Ответ на вопрос № 1

C правильный. Только мутация может привести к созданию новых вариантов генов или «аллелей».

2. Какое влияние постоянная скорость потока генов оказывает на популяции?
A. Ускоряет видообразование
B. Он предотвращает видообразование
C. Уменьшает генетическое разнообразие
D. Это увеличивает мобильность между группами населения.

Ответ на вопрос № 2

B правильный. Постоянный поток генов предотвращает видообразование, поскольку отдельные популяции не имеют возможности индивидуально диверсифицироваться.

3. Устойчивость к пестицидам вызывается:
A. Высокая частота мутаций в геномах насекомых
B. Узкое место популяции
C. Поток генов
D. Большое количество насекомых

Ответ на вопрос № 3

B правильный.Устойчивость к пестицидам возникает, когда в узком месте популяции остаются люди, у которых есть гены, делающие их устойчивыми к пестицидам. Затем эти люди могут воспроизводить и увеличивать частоту благоприятных генов.

Список литературы

• Музей палеонтологии Калифорнийского университета. (2017) Механизмы микроэволюции. В понимании эволюции. Получено с http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/evo_39
• Population Genetics (2017) University of Miami.Источник: http://www.bio.miami.edu/tom/courses/bil160/bil160goods/04_popgen.html
• Evolutionary Biology / Microevolution (2013) Wikibooks. Источник: https: //en.wikibooks.org/wiki/Evolutionary_Biology/Microevolution
• Даффи, С. Шекелтон, Л. Холмс, Э. (2008) Темпы эволюционных изменений вирусов: закономерности и детерминанты. Природа Обзоры Генетики. 9: 267-276
• Манрубия, С. Лазаро (2006) Вирусная эволюция. Обзоры физики жизни. 2006. 65-92
• Эволюция вирусов / вирусов.(2017) Ханская академия. Источник: https://www.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses/virus-biology/a/evolution-of-viruses

Microevolution — Biology LibreTexts

Evolution — включает все об изменениях характеристик и разнообразия жизни, происходящих во времени.

Эволюция может происходить как в большом, так и в маленьком масштабе.

Макроэволюция — эволюция в большом масштабе

Macroevolution — эволюционное изменение в большом масштабе: Происхождение новых дизайнов; Эволюционные тенденции; Адаптивное излучение

Микроэволюция — эволюция в малом масштабе

Microevolution — изменение генетического состава популяции с течением времени.Изменение частоты определенных аллелей в популяции в течение нескольких поколений.

Полиморфизм

Полиморфизм возникает, когда в популяции присутствуют разные аллельные формы гена.

Мохаве (слева) и Лессер (в центре) — разные аллели одного и того же гена. Справа изображен шаровой питон дикого типа.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \). Малый шаровой питон (CC BY-NC-SA; Bailey & Bailey Reptiles.)

Генофонд

Все аллели всех генов, которыми обладают все члены популяции, содержатся в гене пул популяции.›Мы можем измерить относительную частоту определенного аллеля в популяции: Частота аллелей.

Популяционная генетика

Population Genetics — исследование того, как популяции меняются с течением времени. ›Зависит как от теории естественного отбора Дарвина, так и от законов наследования Менделя. ›Все наследственные черты имеют генетическую основу, некоторые контролируются несколькими генами — не так просто, как в исследованиях Менделя.

Генетическое равновесие

Согласно равновесию Харди-Вайнберга , наследственный процесс сам по себе не вызывает эволюционных изменений.R \) = (250 x 2) + 100/1000 = 600/1000 = 0,6 = 60%

p — частота наиболее частого аллеля (в данном случае CR).

p = 0,6 или 60%

q — частота менее распространенного аллеля (в данном случае CW).

p + q = 1

q = 1- p = 1 — 0,6 = 0,4 или 40%

Теорема Харди-Вайнберга

Не эволюционирующие популяции находятся в состоянии равновесия Харди-Вайнберга .Пока действуют законы Менделя, частота аллелей остается неизменной.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \). (CC BY-NC-SA; Пшеница Н.)

Теорема Харди-Вайнберга предполагает случайное скрещивание. 2 \) = 1

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \).2 \) = 1; 100 = численность населения

84 из 100 наших кошек черные.

Черный — доминантный фенотип .

Кошки с генотипом Bb или BB будут черными.

Частота черных кошек 84/100, но мы пока ничего не можем сказать об аллеле B.

16 из 100 наших кошек белые. Белый цвет — рецессивный (bb) и представлен в нашем уравнении q2: p 2 + 2pq + q 2 = 1 .2 \) = 1.

2pq представляет собой долю кошек с Bb. 2 х 0,6 (п) х 0,4 (кв) = 0,48; 0,48 x 100 = 48 кошек с генотипом Bb.

Это руководство финансировалось грантом Title V-STEM № P031S0

.

Microevolution

Microevolution

Microevolution определяется как изменение частоты гена в популяции. Это тонкие изменения, которые могут произойти за очень короткие промежутки времени и могут быть незаметны для случайного наблюдателя.Математически мы можем определить, происходит ли микроэволюция, оценивая, находится ли популяция в равновесии Харди-Вайнберга.

Пять «сил», которые могут вызвать сдвиги в частоте генов (микроэволюция):

• Естественный отбор: когда одни гены более полезны, чем другие для выживания и / или воспроизводства, частота этих генов имеет тенденцию к увеличению частоты в популяции из поколения в поколение.
• Поток генов (миграция): когда происходит смешение генов из ранее изолированных популяций, которые разошлись, это может быстро изменить частоты генов во вновь объединенной популяции.
• Мутация: когда полезная мутация спонтанно возникает в организме, частота этого мутировавшего гена может увеличиваться из поколения в поколение, если он дает преимущество перед теми, у кого его нет. Если в популяции возникает нейтральная мутация (которая не является ни полезной, ни вредной), она может увеличиваться в популяции за счет генетического дрейфа. Если в организме возникает вредная мутация, она, вероятно, будет отобрана против и, как правило, не будет увеличиваться по частоте. Хотя рекомбинация во время мейоза может перетасовать гены в новые комбинации, мутации — единственный источник новых генов.
• Генетический дрейф (узкие места, эффекты основателя): В небольшой популяции частоты генов могут быстро меняться из-за случайных событий. Например, в популяции, состоящей всего из 10 особей, каждая несет 10% генов. В популяции из 100 особей каждый несет только 1% генов. В популяции из 1000 особей каждый несет только 0,1% генов. Если несчастный случай происходит с одним человеком в каждой из этих популяций, вероятность значительного изменения частот генов в небольшой популяции выше.
• Неслучайное спаривание: Что касается интересующего гена, то популяция должна спариваться случайным образом. Если, например, седые кролики предпочитают спариваться с другими белыми кроликами, а коричневые кролики предпочитают спариваться с другими коричневыми кроликами, популяция может фрагментироваться, и частота генов в каждой подгруппе изменится. Неслучайное спаривание — это особая форма естественного отбора, называемого половым отбором, который осуществляется членами вида друг на друга во время выбора партнера.Некоторые из наиболее ярких примеров полового отбора — у таких птиц, как павлин, у которых самки тусклые и хорошо замаскированные, но самцы, которым приходится привлекать самку для спаривания, демонстрируют сложные образы и имеют невероятно красочное оперение. Хотя такая драматическая окраска может быть благоприятной для их репродуктивного успеха, она может быть недостатком для выживания. Такие компромиссы могут привести к интересным эволюционным компромиссам.

Мутации и эволюция | Биология для неосновных I

Что вы научитесь делать: осознавать, что мутации — это основа микроэволюции; и что адаптации улучшают выживание и воспроизводство особей в популяции

Мы уже узнали о ДНК и мутациях, теперь мы узнаем, как эти мутации могут управлять эволюцией.Этот тип эволюции подпадает под категорию микроэволюции.

Микроэволюция — это изменение частот аллелей, происходящее с течением времени в популяции. Это изменение связано с пятью различными процессами: мутацией, отбором (естественным и искусственным), потоком генов, миграцией генов и генетическим дрейфом. Это изменение происходит в течение относительно короткого (с точки зрения эволюции) промежутка времени по сравнению с изменениями, называемыми «макроэволюция», когда происходят большие различия в популяции.

Популяционная генетика — это раздел биологии, который обеспечивает математическую структуру для изучения процесса микроэволюции. Экологическая генетика занимается наблюдением за микроэволюцией в дикой природе. Обычно наблюдаемые примеры эволюции являются примерами микроэволюции; например, бактериальные штаммы, обладающие устойчивостью к антибиотикам.

Микроэволюция со временем приводит к видообразованию или появлению новой структуры, иногда классифицируемой как макроэволюция.Макро- и микроэволюция описывают принципиально идентичные процессы в разных масштабах.

Результаты обучения

• Понять связь между генетикой и эволюцией
• Понять, как изменения окружающей среды и давление отбора влияют на распространение мутаций, внося свой вклад в процесс эволюции
• Опишите различные типы изменчивости в популяции

Популяционная генетика

Дарвин встречает Менделя — не буквально

Когда Дарвин представил свои теории эволюции и естественного отбора, он знал, что описываемые им процессы зависят от наследственной изменчивости популяций.То есть они полагались на различия в особенностях организмов в популяции и на способность этих различных признаков передаваться потомству.

Однако Дарвин не знал, как наследуются черты. Как и другие ученые того времени, он считал, что черты передаются по наследству. В этой модели предполагается, что родительские черты перманентно переходят в их потомство. Модель смешивания была опровергнута австрийским монахом Грегором Менделем, который обнаружил, что черты определяются несмешивающимися наследственными единицами, называемыми генами.

Хотя Мендель опубликовал свою работу по генетике всего через несколько лет после того, как Дарвин опубликовал свои идеи об эволюции, Дарвин, вероятно, никогда не читал работы Менделя. Сегодня мы можем объединить идеи Дарвина и Менделя, чтобы прийти к более четкому пониманию того, что такое эволюция и как она происходит.

Микроэволюция и популяционная генетика

Микроэволюция , или эволюция в малом масштабе, определяется как изменение частоты вариантов генов, аллелей в популяции на протяжении поколений.Область биологии, изучающая частоты аллелей в популяциях и их изменение с течением времени, называется популяционная генетика .

Микроэволюцию иногда сравнивают с макроэволюцией , эволюцией, которая включает в себя большие изменения, такие как образование новых групп или видов, и происходит в течение длительных периодов времени. Однако большинство биологов рассматривают микроэволюцию и макроэволюцию как один и тот же процесс, происходящий в разных временных масштабах. Микроэволюция складывается постепенно, в течение длительных периодов времени, вызывая макроэволюционные изменения.Важно помнить, что оба эти процесса основаны на изменениях последовательностей ДНК или мутациях. Не все мутации полезны, как и не все вредны. Более того, влияние конкретной мутации (польза или вред) может измениться при изменении окружающей среды. Это естественный отбор в действии.

Давайте рассмотрим три концепции, лежащие в основе определения микроэволюции: популяции, аллели и частота аллелей.

Население

Популяция — это группа организмов одного вида, обитающих на одной территории и способных скрещиваться.Популяция — это наименьшая единица, которая может развиваться, другими словами, особь не может развиваться.

Аллели

Аллель является версией гена , наследуемой единицы, которая контролирует конкретную особенность организма.

Например, Мендель изучил ген, контролирующий цвет цветков у растений гороха. Этот ген входит в белый аллель, w , и пурпурный аллель, W . Каждое растение гороха имеет две копии гена, которые могут быть одинаковыми или разными аллелями.Когда аллели различны, один — доминантный аллель , W — может скрывать другой — рецессивный аллель , w . Набор аллелей растения, называемый его генотипом , определяет его фенотип или наблюдаемые особенности, в данном случае цвет цветка.

Частота аллеля

Частота аллелей относится к тому, как часто конкретный аллель появляется в популяции. Например, если бы все аллели в популяции растений гороха были пурпурными аллелями, W , частота аллелей W была бы 100%, или 1.0. Однако, если бы половина аллелей была W , а половина была w , каждый аллель имел бы частоту аллелей 50%, или 0,5.

В общем, мы можем определить частоту аллеля как

[латекс] \ text {Частота аллеля} A = \ frac {\ text {Количество копий аллеля} A \ text {в популяции}} {\ text {Общее количество} A \ text {/} a \ text {копии гена в популяции}} [/ latex]

Иногда в популяции более двух аллелей (например, может быть A , a и A _i аллелей гена).В этом случае вам нужно сложить всех различных аллелей, чтобы получить знаменатель.

Также возможно вычислить частот генотипа — долю лиц с данным генотипом — и частот фенотипа — долю лиц с данным фенотипом. Однако имейте в виду, что эти понятия отличаются от частоты аллелей. Далее мы увидим пример этой разницы.

Сводка видео

В этом видео рассказывается о популяционной генетике, которая помогает объяснить эволюцию популяций во времени.

Селективное давление и давление окружающей среды

Естественный отбор воздействует только на наследуемые признаки популяции: отбор полезных аллелей и, таким образом, увеличивает их частоту в популяции, одновременно отбирая вредные аллели и тем самым уменьшая их частоту — процесс, известный как адаптивная эволюция . Однако естественный отбор действует не на отдельные аллели, а на целые организмы. Человек может нести очень полезный генотип с результирующим фенотипом, который, например, увеличивает способность к воспроизводству (плодовитость), но если этот же человек также несет аллель, который приводит к смертельной детской болезни, этот фенотип плодовитости не будет передан. переходят к следующему поколению, потому что человек не доживет до репродуктивного возраста.Естественный отбор действует на уровне индивида; он отбирает людей с большим вкладом в генофонд следующего поколения, известного как эволюционной (дарвиновской) приспособленности организма .

Пригодность часто поддается количественной оценке и измеряется учеными в этой области. Однако имеет значение не абсолютная приспособленность человека, а его сравнение с другими организмами в популяции. Эта концепция, получившая название относительной приспособленности , позволяет исследователям определить, какие особи приносят дополнительное потомство следующему поколению и, таким образом, как популяция может развиваться.

Есть несколько способов, которыми отбор может влиять на изменчивость популяции: стабилизирующий отбор, направленный отбор, диверсифицирующий отбор, частотно-зависимый отбор и половой отбор. Поскольку естественный отбор влияет на частоты аллелей в популяции, особи могут становиться более или менее генетически похожими, а отображаемые фенотипы могут становиться более похожими или более несопоставимыми.

Выбор стабилизации

Если естественный отбор благоприятствует среднему фенотипу, а отбор против крайних вариаций, популяция подвергнется стабилизирующему отбору (рис. 1а).Например, в популяции мышей, которые живут в лесу, естественный отбор будет отдавать предпочтение особям, которые лучше всего сливаются с лесной подстилкой и с меньшей вероятностью будут замечены хищниками. Если предположить, что земля имеет довольно постоянный оттенок коричневого, те мыши, мех которых наиболее точно соответствует этому цвету, с большей вероятностью выживут и будут воспроизводиться, передав свои гены коричневой шерсти. Мыши, которые несут аллели, которые делают их немного светлее или немного темнее, будут выделяться на фоне земли и с большей вероятностью станут жертвами хищников.В результате такого отбора генетическая изменчивость популяции уменьшится.

Выбор направления

При изменении окружающей среды популяции часто подвергаются направленному отбору (рис. 1b), который отбирает фенотипы на одном конце спектра существующих вариаций. Классическим примером этого типа отбора является эволюция берёзовой пяденицы в Англии восемнадцатого и девятнадцатого веков. До промышленной революции бабочки были преимущественно светлыми по цвету, что позволяло им сливаться со светлыми деревьями и лишайниками в окружающей их среде.Но когда с заводов начала извергаться сажа, деревья потемнели, и хищным птицам стало легче замечать светлых бабочек. Со временем частота появления меланической формы моли увеличивалась, потому что они имели более высокую выживаемость в местообитаниях, затронутых загрязнением воздуха, потому что их более темная окраска смешивалась с закопченными деревьями. Точно так же гипотетическая популяция мышей может эволюционировать, чтобы принять другую окраску, если что-то заставит лесную подстилку, в которой они живут, изменить цвет.Результатом этого типа отбора является сдвиг генетической изменчивости популяции в сторону нового, подходящего фенотипа.

В науке иногда все считают правдой, и тогда появляется новая информация, которая меняет наше понимание. История с пяденицей — примером: факты, лежащие в основе отбора к более темным мотылькам, недавно были поставлены под сомнение. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше.

Диверсифицирующий отбор

Иногда два или более различных фенотипа могут иметь свои преимущества и выбираться естественным отбором, тогда как промежуточные фенотипы в среднем менее подходят.Известный как диверсифицирующий отбор (рис. 1c), это наблюдается во многих популяциях животных, имеющих несколько мужских форм. Крупные доминирующие альфа-самцы находят себе партнеров с помощью грубой силы, в то время как маленькие самцы могут тайком пробраться с самками на территории альфа-самцов. В этом случае будут выбраны как альфа-самцы, так и «крадущиеся» самцы, но против будут отбираться самцы среднего размера, которые не могут догнать альфа-самцов и слишком велики для скрытых совокуплений. Диверсифицирующий отбор также может происходить, когда изменения окружающей среды благоприятствуют индивидуумам на любом конце фенотипического спектра.Представьте себе популяцию мышей, живущих на пляже, где есть светлый песок с вкраплениями высокой травы. В этом случае предпочтение отдается светлым мышам, которые сливаются с песком, а также темным мышам, которые могут прятаться в траве. С другой стороны, мыши среднего окраса не будут сливаться ни с травой, ни с песком, и, следовательно, с большей вероятностью будут съедены хищниками. Результатом этого типа отбора является увеличение генетической изменчивости по мере того, как популяция становится более разнообразной.

Практический вопрос

Рис. 1. Различные типы естественного отбора могут влиять на распределение фенотипов в популяции. В (а) стабилизирующем отборе предпочтение отдается среднему фенотипу. В (б) направленном отборе изменение окружающей среды сдвигает спектр наблюдаемых фенотипов. В (c) диверсифицирующем отборе выбираются два или более крайних фенотипа, в то время как средний фенотип выбирается против.

За последние годы фабрики стали чище, и в окружающую среду выбрасывается меньше сажи.Как вы думаете, как это повлияло на распределение окраски бабочек в популяции?

Показать ответ

Бабочки стали более светлыми.

Выбор в зависимости от частоты

Рис. 2. Ящерица с желтым горлом и пятнами на боках меньше, чем самцы с синим или оранжевым горлом, и немного похожа на самок этого вида, что позволяет ей тайком совершать совокупления. (кредит: «tinyfroglet» / Flickr)

Другой тип отбора, называемый частотно-зависимый отбор , отдает предпочтение фенотипам, которые являются либо общими (положительный частотно-зависимый отбор), либо редкими (отрицательный частотно-зависимый отбор).Интересный пример такого отбора наблюдается у уникальной группы ящериц северо-запада Тихого океана. Самцы обычных ящериц с боковыми пятнами бывают трех цветов горла: оранжевого, синего и желтого. У каждой из этих форм своя репродуктивная стратегия: оранжевые самцы — самые сильные и могут бороться с другими самцами за доступ к самкам; синие самцы среднего размера и образуют крепкие парные связи со своими товарищами; и желтые самцы (рис. 2) являются самыми маленькими и немного похожи на самок, что позволяет им тайком совершать совокупления.Как в игре «камень-ножницы-бумага», оранжевый цвет превосходит синий, синий — желтый, а желтый — оранжевый, в соревновании среди женщин. То есть большие, сильные оранжевые самцы могут отбиваться от синих самцов, чтобы спариваться с парными самками синих, синие самцы успешно защищают своих товарищей от самцов желтых кроссовок, а желтые самцы могут ускользать от потенциальных партнеров. крупных полигинных оранжевых самцов.

В этом сценарии оранжевые самцы будут в пользу естественного отбора, когда в популяции преобладают синие самцы, синие самцы будут процветать, когда популяция состоит в основном из желтых самцов, а желтые самцы будут выбраны, когда оранжевые самцы будут наиболее густонаселенными.В результате популяции ящериц с боковыми пятнами циклируют в распределении этих фенотипов — в одном поколении оранжевый может быть преобладающим, а затем частота желтых самцов начнет расти. Как только желтые мужчины составят большинство населения, будут выбраны синие мужчины. Наконец, когда синие самцы станут обычным явлением, предпочтение снова будет отдаваться оранжевым самцам.

Отрицательный частотно-зависимый отбор служит для увеличения генетической изменчивости популяции за счет отбора по редким фенотипам, тогда как позитивный частотно-зависимый отбор обычно снижает генетическую дисперсию путем отбора по общим фенотипам.

Половой отбор

Самцы и самки некоторых видов часто сильно отличаются друг от друга не только в отношении репродуктивных органов. Например, самцы часто крупнее и имеют много сложных цветов и украшений, таких как хвост павлина, в то время как самки, как правило, меньше и тусклее. Такие различия известны как половых диморфизмов (рис. 3), которые возникают из-за того факта, что во многих популяциях, особенно популяциях животных, существует большая разница в репродуктивном успехе самцов, чем самок.То есть некоторые самцы — часто более крупные, более сильные или украшенные самцы — получают подавляющее большинство всех вязок, в то время как другие не получают ни одного. Это может происходить потому, что самцы лучше отбиваются от других самцов, или потому, что самки предпочитают спариваться с более крупными или более украшенными самцами. В любом случае, эта вариация репродуктивного успеха порождает сильное давление отбора среди самцов, стремящихся получить эти вязки, что приводит к эволюции большего размера тела и замысловатых украшений, привлекающих внимание самок.С другой стороны, самки, как правило, получают несколько избранных вязок; следовательно, они с большей вероятностью выберут более желанных мужчин.

Конечно, половой диморфизм широко варьируется у разных видов, а у некоторых видов даже половые роли меняются. В таких случаях самки, как правило, имеют большую вариативность в своем репродуктивном успехе, чем самцы, и соответственно отбираются из-за большего размера тела и сложных черт, обычно характерных для самцов.

Рис. 3. Половой диморфизм наблюдается у (а) павлинов и павлинов, (б) пауков Argiope appensa (самка паука — большая) и (в) древесных уток.(кредит «пауки»: модификация работы «Sanba38» / Wikimedia Commons; кредит «утка»: модификация работы Кевина Коула)

Давление отбора на самцов и самок для получения спаривания известно как половой отбор; это может привести к развитию вторичных половых признаков, которые не повышают шансы человека на выживание, но помогают максимизировать его репродуктивный успех. Половой отбор может быть настолько сильным, что отбирает черты, действительно вредные для выживания человека.Подумайте еще раз о хвосте павлина. Хотя он красив и самец с самым большим и ярким хвостом с большей вероятностью победит самку, это не самый практичный придаток. Помимо того, что он более заметен для хищников, он замедляет попытки самцов убежать. Есть некоторые свидетельства того, что именно из-за этого риска самкам в первую очередь нравятся большие хвосты. Предполагается, что большие хвосты сопряжены с риском, и только лучшие самцы выдерживают этот риск: чем больше хвост, тем больше подходит самец.Эта идея известна как принцип гандикапа .

Гипотеза хороших генов утверждает, что самцы развивают эти впечатляющие украшения, чтобы продемонстрировать свой эффективный метаболизм или свою способность бороться с болезнями. Затем самки выбирают самцов с наиболее впечатляющими чертами, потому что это сигнализирует об их генетическом превосходстве, которое они затем передают своему потомству. Хотя можно было бы возразить, что самки не должны быть разборчивыми, потому что это, вероятно, уменьшит их количество потомства, но если лучший самец станет отцом более подходящего потомства, это может быть выгодно.Меньшее количество более здоровых потомков может повысить шансы на выживание больше, чем многие более слабые потомки.

И в принципе гандикапа, и в гипотезе хороших генов этот признак считается честным сигналом качества самцов, таким образом давая самкам способ найти наиболее подходящих партнеров — самцов, которые передадут лучшие гены своему потомству. .

Нет идеального организма

Естественный отбор является движущей силой эволюции и может создавать популяции, которые лучше приспособлены к выживанию и успешно воспроизводятся в окружающей среде.Но естественный отбор не может создать идеальный организм. Естественный отбор может отбирать только существующие вариации в популяции; он ничего не создает на пустом месте. Таким образом, он ограничен существующей генетической изменчивостью популяции и любыми новыми аллелями, возникающими в результате мутации и потока генов.

Естественный отбор также ограничен, потому что он работает на уровне индивидов, а не аллелей, и некоторые аллели связаны из-за их физической близости в геноме, что повышает вероятность их совместной передачи (неравновесие по сцеплению).Любой конкретный человек может нести некоторые полезные аллели и некоторые неблагоприятные аллели. Это чистый эффект этих аллелей или приспособленность организма, на который может воздействовать естественный отбор. В результате хорошие аллели могут быть потеряны, если они принадлежат людям, у которых также есть несколько очень плохих аллелей; аналогично, плохие аллели могут быть сохранены, если они носят люди, у которых достаточно хороших аллелей, чтобы привести к общему улучшению фитнеса.

Более того, естественный отбор может быть ограничен отношениями между различными полиморфизмами.Одна морфа может давать более высокую приспособленность, чем другая, но частота может не увеличиваться из-за того, что переход от менее полезного признака к более полезному потребует прохождения менее полезного фенотипа. Вспомните мышей, которые живут на пляже. Некоторые из них светлые и сливаются с песком, а другие темные и сливаются с участками травы. Мыши темного окраса могут быть в целом более приспособленными, чем мыши светлого окраса, и на первый взгляд можно было ожидать, что светлые мыши будут выбраны для более темного окраса.Но помните, что промежуточный фенотип, шерсть средней окраски, очень вредна для мышей — они не могут сливаться ни с песком, ни с травой и с большей вероятностью будут съедены хищниками. В результате светлые мыши не будут выбраны для темной окраски, потому что те особи, которые начали двигаться в этом направлении (начали отбираться для более темной шерсти), будут менее подходящими, чем те, которые остались светлыми.

Наконец, важно понимать, что не вся эволюция адаптивна.В то время как естественный отбор отбирает наиболее приспособленных людей и часто приводит к более приспособленной популяции в целом, другие силы эволюции, включая генетический дрейф и поток генов, часто делают наоборот: вносят вредные аллели в генофонд популяции. У эволюции нет цели — она ​​не превращает население в предвзятый идеал. Это просто сумма различных сил, описанных в этой главе, и того, как они влияют на генетическую и фенотипическую изменчивость популяции.

Вкратце: селективное давление и воздействие окружающей среды

Поскольку естественный отбор увеличивает частоту полезных аллелей и признаков при одновременном снижении частоты вредных качеств, это адаптивная эволюция.Естественный отбор действует на уровне индивида, отбирая тех, кто имеет более высокую общую приспособленность по сравнению с остальной частью населения. Если подходящие фенотипы похожи, естественный отбор приведет к стабилизирующему отбору и общему снижению изменчивости популяции. Направленный отбор работает, чтобы сместить дисперсию популяции в сторону нового, подходящего фенотипа по мере изменения условий окружающей среды. Напротив, диверсифицирующий отбор приводит к увеличению генетической изменчивости за счет отбора двух или более различных фенотипов.

Другие типы отбора включают частотно-зависимый отбор, при котором отбираются индивидуумы с общим (положительный частотно-зависимый отбор) или редким (отрицательный частотно-зависимый отбор) фенотипами. Наконец, половой отбор является результатом того факта, что один пол имеет больше вариаций в репродуктивном успехе, чем другой. В результате мужчины и женщины испытывают различное давление отбора, которое часто может приводить к развитию фенотипических различий или половых диморфизмов между ними.

Генетическая изменчивость и дрейф

Рис. 1. Распределение фенотипов в этом помете котят иллюстрирует популяционную изменчивость. (кредит: Питер Лансер)

Люди в популяции часто демонстрируют разные фенотипы или экспрессируют разные аллели определенного гена, что называется полиморфизмом. Популяции с двумя или более вариациями определенных характеристик называются полиморфными. Распределение фенотипов среди людей, известное как популяционная изменчивость, зависит от ряда факторов, включая генетическую структуру популяции и окружающую среду (рис. 1).Понимание источников фенотипической изменчивости в популяции важно для определения того, как популяция будет развиваться в ответ на различные эволюционные нагрузки.

Генетическая дисперсия

Естественный отбор и некоторые другие эволюционные силы могут воздействовать только на наследуемые признаки, а именно на генетический код организма. Поскольку аллели передаются от родителей к потомству, те, которые придают полезные черты или поведение, могут быть отобраны, в то время как вредные аллели могут быть отобраны против.Приобретенные черты по большей части не передаются по наследству. Например, если спортсмен тренируется в тренажерном зале каждый день, наращивая мышечную силу, его потомство не обязательно вырастет и станет культуристом. С другой стороны, если есть генетическая основа для способности быстро бегать, она может быть передана ребенку. В конечном счете, наследуемость говорит нам, насколько фенотипические вариации в популяции обычно обусловлены генетическими различиями, а не приобретенными различиями.

Разнообразие аллелей и генотипов в популяции называется генетической дисперсией .Когда ученые участвуют в разведении вида, например, с животными в зоопарках и заповедниках, они пытаются увеличить генетическую изменчивость популяции, чтобы сохранить как можно больше фенотипического разнообразия. Это также помогает снизить риски, связанные с инбридингом , спариванием близкородственных особей, что может иметь нежелательный эффект объединения вредных рецессивных мутаций, которые могут вызывать аномалии и восприимчивость к болезням.

Помимо естественного отбора, есть и другие эволюционные силы, которые могут быть задействованы: генетический дрейф, поток генов, мутации, неслучайное спаривание и изменчивость окружающей среды.

Генетический дрейф

Теория естественного отбора основана на наблюдении, что некоторые особи в популяции с большей вероятностью проживут дольше и имеют больше потомства, чем другие; таким образом, они передадут больше своих генов следующему поколению. Например, большой, сильный самец гориллы с гораздо большей вероятностью, чем меньший и более слабый, станет серебрянкой популяции, лидером стаи, который спаривается гораздо чаще, чем другие самцы группы. Вожак стаи будет иметь потомство, которое имеет половину его генов, и, вероятно, также станет больше и сильнее, как их отец.Со временем гены большего размера будут чаще встречаться в популяции, и в результате популяция будет расти в среднем больше. То есть это могло бы произойти, если бы это конкретное давление отбора или движущая сила отбора были единственными, действующими на совокупность. В других примерах, лучшая маскировка или более сильная засухоустойчивость могут создавать давление отбора.

Еще один способ изменения частот аллелей и генотипов популяции — это генетический дрейф (рис. 2), который является просто результатом случайности.Случайно у одних особей будет больше потомства, чем у других — не из-за преимущества, предоставляемого каким-то генетически закодированным признаком, а просто потому, что один самец оказался в нужном месте в нужное время (когда мимо прошла восприимчивая самка) или потому что другой оказался не в том месте и не в то время (когда охотилась лиса).

Рисунок 2. Щелкните, чтобы увеличить изображение. Генетический дрейф в популяции может привести к случайному исключению аллеля из популяции.В этом примере кролики с аллелем коричневого цвета шерсти ( B ) доминируют над кроликами с аллелем белого цвета шерсти ( b ). В первом поколении эти два аллеля встречаются в популяции с одинаковой частотой, в результате чего значения p и q равны 0,5. Только половина особей воспроизводит потомство, в результате чего получается второе поколение со значениями p и q 0,7 и 0,3 соответственно. Только две особи во втором поколении размножаются, и случайно эти особи являются гомозиготными по коричневому окрасу шерсти.В результате в третьем поколении рецессивный аллель b теряется.

Практический вопрос

Как вы думаете, генетический дрейф произойдет быстрее на острове или на материке?

Показать ответ

Генетический дрейф, вероятно, будет происходить быстрее на острове, где, как ожидается, будут встречаться меньшие популяции.

Небольшие популяции более восприимчивы к силам генетического дрейфа. С другой стороны, большие группы населения защищены от случайностей.Если одна особь из популяции из 10 особей умрет в молодом возрасте, прежде чем оставит потомство следующему поколению, все ее гены — 1/10 генофонда популяции — будут внезапно потеряны. В популяции из 100 человек это всего лишь 1 процент от общего генофонда; следовательно, он гораздо менее влияет на генетическую структуру популяции.

Посмотрите эту анимацию случайной выборки и генетического дрейфа в действии:

Эффект узкого места

Рисунок 3.Случайное событие или катастрофа могут уменьшить генетическую изменчивость в популяции.

Генетический дрейф также может быть усилен природными явлениями, такими как стихийное бедствие, в результате которого погибает — случайным образом — большая часть населения. Известный как эффект узкого места , он приводит к внезапному уничтожению большой части генома (рис. 3). Одним махом генетическая структура выживших становится генетической структурой всей популяции, которая может сильно отличаться от популяции до катастрофы.

Эффект основателя

Другой сценарий, при котором популяции могут испытать сильное влияние генетического дрейфа, — это если какая-то часть популяции уезжает, чтобы создать новую популяцию в новом месте, или если популяция разделяется каким-либо физическим барьером. В этой ситуации эти люди вряд ли будут репрезентативными для всей популяции, что приводит к эффекту основателя. Эффект основателя возникает, когда генетическая структура изменяется, чтобы соответствовать структуре отцов и матерей-основателей новой популяции.Считается, что эффект основателя был ключевым фактором в генетической истории африканерской популяции голландских поселенцев в Южной Африке, о чем свидетельствуют мутации, которые распространены у африканеров, но редки в большинстве других популяций. Вероятно, это связано с тем, что доля колонистов-основателей, которые были выше нормы, несли эти мутации. В результате в этой популяции наблюдается необычно высокий уровень заболеваемости болезнью Хантингтона (БХ) и анемией Фанкони (ФА), генетическим заболеванием, которое, как известно, вызывает нарушения костного мозга и врожденные аномалии — даже рак.

Посмотрите это короткое видео, чтобы узнать больше об эффектах основателя и узких мест. Обратите внимание, что в видео нет звука.

Генетический поток

Рис. 4. Поток генов может происходить, когда человек путешествует из одного географического места в другое.

Другой важной силой эволюции является поток генов : поток аллелей в популяцию и из нее в результате миграции особей или гамет (рис. 4). В то время как некоторые популяции довольно стабильны, другие испытывают большие колебания.Например, многие растения рассылают пыльцу повсюду, ветром или птицей, чтобы опылить другие популяции того же вида на некотором расстоянии. Даже популяция, которая поначалу может казаться стабильной, такая как прайд львов, может испытать свою справедливую долю иммиграции и эмиграции, поскольку развивающиеся самцы покидают своих матерей в поисках нового прайда с генетически неродственными самками. Этот переменный поток людей в группу и из нее не только изменяет генную структуру популяции, но также может вносить новые генетические вариации в популяции в различных геологических местах и ​​местообитаниях.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этой короткой викторине , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать ее неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Быстрая микроэволюция во время недавнего расширения ассортимента до суровых условий | BMC Ecology and Evolution

1.

Salamin N, Wüest RO, Lavergne S, et al. Оценка быстрой эволюции в изменяющейся среде. Trends Ecol Evol. 2010. 25 (12): 692–8.

PubMed Статья Google ученый

2.

Сэнфорд Э., Келли М.В. Местная адаптация у морских беспозвоночных. Annu Rev Mar Sci. 2011; 3: 509–35.

Артикул Google ученый

3.

Бриски Э., Чан Ф. Т., Дарлинг Дж. А. и др. Помимо давления пропагул: важность отбора на транспортной стадии биологических инвазий.Фасад Ecol Environ. 2018. https://doi.org/10.1002/fee.1820.

4.

Hoegh-Guldberg O, Bruno JF. Воздействие изменения климата на морские экосистемы мира. Наука. 2010. 328 (5985): 1523–8.

CAS PubMed Статья Google ученый

5.

Моран Э.В., Александр Дж. Эволюционные реакции на глобальные изменения: уроки инвазивных видов. Ecol Lett. 2014. 17 (5): 637–49.

PubMed Статья Google ученый

6.

Ли CE. Эволюционная генетика инвазионных видов. Trends Ecol Evol. 2002. 17 (8): 386–91.

Артикул Google ученый

7.

Prentis PJ, Wilson JRU, Dormontt EE, et al. Адаптивная эволюция инвазивных видов. Trends Plant Sci. 2008. 13 (6): 288–94.

CAS PubMed Статья Google ученый

8.

Kingsolver JG, Buckley LB. Эволюция пластичности и адаптивных реакций на изменение климата в зависимости от климатических градиентов.Proc R Soc B. 2017; 284 (1860): 20170386.

PubMed Статья Google ученый

9.

Bergland AO, Behrman EL, O’Brien KR, et al. Геномные доказательства быстрых и стабильных адаптивных колебаний в сезонных временных масштабах у дрозофилы. PLoS Genet. 2014; 10 (11): e1004775.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

10.

Colautti RI, Lau JA.Современная эволюция во время инвазии: свидетельства дифференциации, естественного отбора и местной адаптации. Mol Ecol. 2015; 24 (9): 1999–2017.

PubMed Статья Google ученый

11.

Бернатчез Л. О поддержании генетической изменчивости и адаптации к изменениям окружающей среды: соображения популяционной геномики рыб. J Fish Biol. 2016; 89 (6): 2519–56.

CAS PubMed Статья Google ученый

12.

Hamilton PB, Rolshausen G, Webster TMU и др. Адаптивные способности и последствия фитнеса, связанные с воздействием загрязнения на рыбу. Фил Транс Р. Соц Б. 2017; 372 (1712): 20160042.

PubMed Статья Google ученый

13.

Bock DG, Caseys C, Cousens RD, et al. Чего мы до сих пор не знаем о генетике вторжения. Mol Ecol. 2015; 24 (9): 2277–97.

PubMed Статья Google ученый

14.

Peischl S, Excoffier L. Экспансионная нагрузка: рецессивные мутации и роль постоянной генетической изменчивости. Mol Ecol. 2015; 24 (9): 2084–94.

PubMed Статья Google ученый

15.

Gienapp P, Teplitsky C, Alho JS, et al. Изменение климата и эволюция: разделение экологических и генетических реакций. Mol Ecol. 2008. 17 (1): 167–78.

CAS PubMed Статья Google ученый

16.

Бернарди Дж., Аззурро Э., Голани Д. и др. Геномные признаки быстрой адаптивной эволюции синеголового корнетика, средиземноморского лессепсовского захватчика. Mol Ecol. 2016; 25 (14): 3384–96.

CAS PubMed Статья Google ученый

17.

Гиллис М.К., Уолш М.Р. Быстрая эволюция смягчает экологические последствия инвазивного вида ( Bythotrephes longimanus ) в озерах в Висконсине. Proc R Soc B. 2017; 284 (1858): 20170814.

PubMed Статья Google ученый

18.

Хоффманн А.А., Вилли Ю. Обнаружение генетической реакции на изменение окружающей среды. Nat Rev Genet. 2008; 9 (6): 421.

CAS PubMed Статья Google ученый

19.

Макэвой П.Б., Хиггс К.М., Кумбс Е.М. и др. Эволюция во время вторжения: быстрая адаптивная эволюция во время развития молоди для биологического контрольного организма, колонизирующего высокогорную среду.Evol Appl. 2012. 5 (5): 524–36.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

20.

Гуо Б., ДеФавери Дж., Сотело Дж. И др. Популяционные геномные доказательства адаптивной дифференциации трехиглой колюшки в Балтийском море. BMC Biol. 2015; 13 (1): 19.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

21.

Lescak EA, Bassham SL, Catchen J.Эволюция колюшки за 50 лет на островах, поднятых землетрясениями. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2015; 112 (52): E7204–12.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

22.

Hendry AP, Kinnison MT. Введение в микроэволюцию: скорость, закономерность, процесс. Genetica. 2001; 112 (1): 1–8.

PubMed Статья Google ученый

23.

Бомонт Массачусетс, Болдинг DJ.Выявление адаптивного генетического расхождения среди популяций по сканированию генома. Mol Ecol. 2004. 13 (4): 969–80.

CAS PubMed Статья Google ученый

24.

Bentham J, Morris DL, Graham DSC, et al. Анализ генетических ассоциаций указывает на аберрантную регуляцию генов врожденного и адаптивного иммунитета в патогенезе системной красной волчанки. Нат Жене. 2015; 47 (12): 1457.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

25.

Маркес Д.А., Джонс ФК, Ди П.Ф. и др. Экспериментальные доказательства быстрой геномной адаптации к новой нише в адаптивной радиации. Природа Ecol Evol. 2018; 2 (7): 1130.

Google ученый

26.

Жан А., Бриски Е., Бок Д. Г. и др. Асцидии как модели для изучения успеха вторжения. Mar Biol. 2015; 162 (12): 0.

Артикул Google ученый

27.

Huang X, Li S, Ni P, et al.Быстрый ответ на изменение окружающей среды во время биологических инвазий: перспективы метилирования ДНК. Mol Ecol. 2017; 26 (23): 6621–33.

CAS PubMed Статья Google ученый

28.

Баршис Д. Д., Ладнер Дж. Т., Оливер Т. А. и др. Геномная основа устойчивости кораллов к изменению климата. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2013; 110 (4): 1387–92.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

29.

Пайва Ф, Барко А, Чен Й и др. Является ли соленость препятствием для биологических инвазий? Glob Change Biol. 2018; 24: 2708–20.

Артикул Google ученый

30.

Carver CE, Mallet AL, Vercaemer B. Биологический синопсис одиночной оболочки Ciona Кишечник . Дартмут, Новая Шотландия: Бедфордский институт океанографии; 2006.

31.

Bouchemousse S, Bishop JDD, Viard F. Контрастные глобальные генетические образцы у двух биологически сходных, широко распространенных и инвазивных видов Ciona (Tunicata, Ascidiacea).Научный доклад 2016; 6: 24875.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

32.

Жан А., Дарлинг Дж. А., Бок Д. Г. и др. Сложные генетические паттерны у близкородственных колонизирующих инвазивных видов. Ecol Evol. 2012. 2 (7): 1331–46.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

33.

Жан А, Мачисаак Х. Дж., Кристеску МЭ. Генетика инвазии комплекса видов Ciona Кишечник : от регионального эндемизма к глобальной однородности.Mol Ecol. 2010; 19: 4678–94.

CAS PubMed Статья Google ученый

34.

Монниот К., Монниот Ф. Дополнения к списку восточно-тропических атлантических асцидий; прибытие космополитических видов. Bull Mar Sci. 1994. 54 (1): 71–93.

Google ученый

35.

Шенкар Н., Шмуэль Ю., Хучон Д. Инвазивный асцидиан Ciona robusta , зарегистрированный в гавани Красного моря.Mar Biodivers. 2017: 1–4.

36.

Миллард Н. Наблюдения и эксперименты над обрастающими организмами в гавани Тейбл-Бэй, Южная Африка. Trans Roy Soc S Afr. 1951; 33 (4): 415–46.

Артикул Google ученый

37.

Coll M, Piroddi C, Steenbeek J, et al. Биоразнообразие Средиземного моря: оценки, закономерности и угрозы. PloS One. 2010; 5 (8): e11842.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

38.

Belmaker J, Parravicini V, Kulbicki M. Экологические особенности и близость к окружающей среде объясняют интродукцию рыбы из Красного моря в Средиземное море. Glob Change Biol. 2013. 19 (5): 1373–82.

Артикул Google ученый

39.

Por FD. Сто лет Суэцкого канала — век лессепсской миграции: ретроспектива и точки зрения. Syst Zool. 1971; 20: 138–59.

Артикул Google ученый

40.

Голани Д, Богородский С.В. Рыбы Красного моря — переоценка и обновленный контрольный список. Zootaxa. 2010: 2463 (1–135).

41.

Malaquias MAE, Zamora-Silva A, Vitale D, et al. Средиземное море как ворота для вторжения в Красное море: случай с головным щитом индо-западной части Тихого океана. Chelidonura fulvipunctata Baba, 1938. Aquat Invasions. 2016; 11 (3): 247–55.

Артикул Google ученый

42.

Boudouresque CF, Perret-Boudouresque M, Verlaque M. Донорские и принимающие регионы для экзотических видов морских макрофитов: случай однонаправленного потока, Средиземное море. Rapports de la Commission Internationale pour la Mer. Méditerranée. 2016; 41: 426.

Google ученый

43.

Капути Л., Крочетта Ф., Тоскано Ф. и др. Долгосрочные демографические и репродуктивные тенденции Ciona Кишечник sp. а. Mar Ecol. 2015; 36 (1): 118–28.

Артикул Google ученый

44.

Lin Y, Chen Y, Yi C, et al. Генетические признаки естественного отбора в модельной инвазивной асцидии. Научный отчет 2017; 7: 44080.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

45.

Берна Л., Альварес-Валин Ф. Эволюционная геномика быстро развивающихся оболочников. Genome Biol Evol. 2014. 6 (7): 1724–38.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

46.

Ометто Л., Ли М., Бресадола Л. и др. Демографическая история, структура населения и местная адаптация в альпийских популяциях Cardamine impatiens и Cardamine resedifolia . PLoS One. 2015; 10 (5): e0125199.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

47.

Chen Y, Li S, Lin Y, et al. Генетические паттерны популяций одиночной оболочки, Molgula manhattensis , на вторгшихся китайских побережьях: крупномасштабная однородность, но мелкомасштабная гетерогенность.Mar Biodivers. 2017: 1–13.

48.

Pedersen SH, Ferchaud AL, Bertelsen MS, et al. Низкое генетическое и фенотипическое расхождение в зоне контакта пресноводной и морской колюшки: поток генов сдерживает адаптацию. BMC Evol Biol. 2017; 17 (1): 130.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

49.

Saenz-Agudelo P, Dibattista JD, Piatek MJ, et al. Генетика морского пейзажа в зависимости от градиентов окружающей среды на Аравийском полуострове: выводы, полученные в результате секвенирования анемонов с помощью ddRAD.Mol Ecol. 2015; 24 (24): 6241–55.

PubMed Статья Google ученый

50.

Kolbe JJ, Glor RE, Schettino LR, et al. Генетическая изменчивость увеличивается во время биологического вторжения кубинской ящерицы. Природа. 2004; 431 (7005): 177.

CAS PubMed Статья Google ученый

51.

Келли М.В., Падилья-Гаминьо Дж. Л., Хофманн Дж. Э.. Естественная изменчивость и способность адаптироваться к закислению океана у краеугольного морского ежа Strongylocentrotus purpuratus .Glob Change Biol. 2013. 19 (8): 2536–46.

Артикул Google ученый

52.

Nadeau CP, Urban MC, Bridle JR. Климат прошлого, настоящего и будущего определяет уязвимость к изменению климата. Trends Ecol Evol. 2017; 32: 786–800.

PubMed Статья Google ученый

53.

Хендри А.П., Венбург Дж. К., Бенцен П. и др. Быстрая эволюция репродуктивной изоляции в дикой природе: данные по интродуцированному лососю.Наука. 2000. 290 (5491): 516–8.

CAS PubMed Статья Google ученый

54.

Барретт RDH, Шлютер Д. Адаптация к постоянной генетической изменчивости. Trends Ecol Evol. 2008. 23 (1): 38–44.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

55.

Hermisson J, Pennings PS. Мягкие зачистки: молекулярная популяционная генетика адаптации к постоянной генетической изменчивости.Генетика. 2005. 169 (4): 2335–52.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

56.

Heilbron K, Toll-Riera M, Kojadinovic M, et al. Пригодность сильно зависит от редких мутаций большого эффекта в эксперименте по накоплению микробных мутаций. Генетика. 2014; 197: 981–90.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

57.

Цагкогеорга Г., Кахаис В., Галтье Н. Популяционная геномика быстро эволюционирующего человека: высокие уровни разнообразия, функциональные ограничения и молекулярная адаптация в оболочке Ciona Кишечник . Genome Biol Evol. 2012. 4 (8): 852–61.

PubMed Central Статья Google ученый

58.

Mark FC, Lucassen M, Pörtner HO. Температурная чувствительность экспрессии несвязанного белка у полярных и умеренных рыб. Comp Biochem Physiol Часть D: Протеомика геномики.2006; 1 (3): 365–74.

Google ученый

59.

Bermejo-Nogales A, Calduch-Giner JA, Pérez-Sánchez J. Обзор экспрессии генов митохондриальных расцепляющих белков (UCP1 / UCP3) у морского леща ( Sparus aurata L.). J. Comp Physiol B. 2010; 180 (5): 685–94.

CAS PubMed Статья Google ученый

60.

Йокота Н., Харада Й., Савада Х. Идентификация семенников-специфичного убиквитин-конъюгированного фермента в асцидии Ciona Кишечник .Mol Reprod Dev. 2010. 77 (7): 640–7.

CAS PubMed Статья Google ученый

61.

Lopez CE, Sheehan HC, Vierra DA, et al. Протеомные ответы на повышенную температуру океана в яичниках асцидии Ciona Кишечник . Биол Открытый. 2017; биография. 024786.

62.

Родригес К.И., Стюарт К.Л. Нарушение работы убиквитинлигазы HERC4 вызывает дефекты созревания сперматозоидов и нарушение фертильности.Dev Biol. 2007; 312: 501–8.

CAS PubMed Статья Google ученый

63.

Асаока Р., Уэмура Т., Ито Дж. И др. ГТФазы RABA1 Arabidopsis участвуют в транспорте между сетью транс-Гольджи и плазматической мембраной и необходимы для устойчивости к соленому стрессу. Плант J. 2012; 73: 240–9.

PubMed Статья Google ученый

64.

Асаока Р., Уэмура Т., Нишида С. и др.Новое понимание роли RABA1 GTPases Arabidopsis в устойчивости к соленому стрессу. Сигнальное поведение растений. 2013; 8 (9): e25377.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

65.

Clevers H, Nusse R. Передача сигналов Wnt / β-катенина и заболевание. Клетка. 2012. 149 (6): 1192–205.

CAS PubMed Статья Google ученый

66.

Pellettieri J, Alvarado AS.Клеточный оборот и гомеостаз взрослых тканей: от человека к планариям. Анну Рев Жене. 2007. 41: 83–105.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

67.

Маор-Ландо К., Карако-Ламперт С., Бен-Ашер Х.В. и др. Профили экспрессии генов во время кратковременного теплового стресса у кораллов красного моря Stylophora pistillata . Glob Change Biol. 2014. 20 (10): 3026–35.

Артикул Google ученый

68.

Xu C, Li E, Liu Y, et al. Сравнительный протеомный анализ гепатопанкреаса тихоокеанской белой креветки Litopenaeus vannamei в условиях длительного стресса низкой солености. J Proteome. 2017; 162: 1–10.

CAS Статья Google ученый

69.

Ианнелли Ф., Песоле Дж., Сордино П. и др. Митогеномика выявила два криптических вида у Ciona Кишечник . Тенденции Genet. 2007; 23: 419–22.

CAS PubMed Статья Google ученый

70.

Lin Y, Chen Y, Xiong W. и др. Полногеномные генетически ассоциированные микросателлитные маркеры для модельного инвазивного асцидиана, комплекс видов Ciona Кишечник . Мол Экол Ресур. 2016; 16 (3): 784–93.

CAS PubMed Статья Google ученый

71.

Goudet J. FSTAT, программа для оценки и тестирования генного разнообразия и индексов фиксации (версия 29.3) .2001.

72.

Пири С., Луйкарт Дж., Корнуэ Дж. М..BOTTLENECK: компьютерная программа для обнаружения недавних сокращений эффективного размера популяции с использованием данных частоты аллелей. J Hered. 1999; 90: 502–3.

Артикул Google ученый

73.

Luikart G, Allendorf FW, Cornuet JM, et al. Искажение частотного распределения аллелей служит тестом для выявления узких мест в популяции в последнее время. J Hered. 1998. 89: 238–47.

CAS PubMed Статья Google ученый

74.

Притчард Дж. К., Стивенс М., Доннелли П. Вывод структуры популяции с использованием данных мультилокусного генотипа. Генетика. 2000; 155: 945–59.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

75.

Эванно Г., Регнаут С., Гудет Дж. Определение количества групп людей с помощью программного обеспечения СТРУКТУРА: исследование моделирования. Mol Ecol. 2005; 14: 2611–20.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google ученый

76.

граф Д.А., фон Хольдт Б.М. STRUCTURE HARVESTER: веб-сайт и программа для визуализации выходных данных STRUCTURE и реализации метода Эванно. Conserv Genet Resour. 2012. 4 (2): 359–61.

Артикул Google ученый

77.

Rosenberg NADISTRUCT. Программа для графического отображения структуры населения. Мол Экол Ресур. 2004. 4: 137–8.

Артикул Google ученый

78.

Excoffier L, Lischer HEL. ARLEQUIN Suite версии 3.5: новая серия программ для анализа популяционной генетики под Linux и Windows. Мол Экол Ресур. 2010; 10: 564–7.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

79.

Фолл М., Гаджотти О. Метод сканирования генома для идентификации выбранных локусов, подходящих как для доминантных, так и для кодоминантных маркеров: байесовская перспектива. Генетика. 2008; 180: 977–93.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

80.

Joost S, Kalbermatten M, Bonin A. Метод пространственного анализа (SAM): программный инструмент, объединяющий молекулярные и экологические данные для определения локусов-кандидатов для отбора. Мол Экол Ресур. 2008; 8: 957–60.

PubMed Статья Google ученый

81.

Сато Й., Минета К., Огасавара М. и др. Улучшенная сборка генома и основанная на фактах глобальная модель генов хордовых Ciona Кишечник : новый взгляд на популяции интронов и оперонов.Genome Biol. 2008; 9: R152.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

82.

Carbon S, Ирландия A, Mungall CJ, et al. AmiGO: онлайн-доступ к онтологическим и аннотационным данным. Биоинформатика. 2008. 25 (2): 288–9.

PubMed PubMed Central Статья Google ученый

83.

Mi HY, Muruganujan A, Thomas PD. PANTHER в 2013 году: моделирование эволюции функции генов и других атрибутов генов в контексте филогенетических деревьев.Nucleic Acids Res. 2013; 41: D377–86.

CAS PubMed Статья Google ученый

84.

Хуанг Д.В., Шерман Б.Т., Лемпицки Р.А. Систематический и комплексный анализ больших списков генов с использованием ресурсов биоинформатики DAVID. Nature Protoc. 2009. 4 (1): 44–57.

CAS Статья Google ученый

Микроэволюция и макроэволюция: Микроэволюция

Микроэволюция

Микроэволюция — это изменение генома или генофонда данного вида за относительно короткий период геологического времени за счет изменений успешно воспроизводящихся особей в популяции.Эволюция — это изменение генофонда вида, в результате чего организм становится новым видом. Давление окружающей среды способствует изменениям, которые позволяют организму более успешно воспроизводиться в этой среде. Некоторые условия окружающей среды более суровы, чем другие, и организмам, возможно, придется больше приспосабливаться, чтобы выжить — в районах, где давление окружающей среды стабильно или организмы адаптировались к нему, популяции не меняются. Интересно, что в неэволюционирующей популяции частота аллеля , частота генотипа и частота фенотипа остаются в генетическом равновесии .Другими словами, случайный набор генов во время полового размножения не изменяет генетический состав генофонда для этой популяции. Этот феномен был освещен математическими рассуждениями немецкого врача Вайнберга и британского математика Харди, которые работали независимо в 1908 году. Их совместные усилия теперь известны как модель равновесия Харди-Вайнберга.

Равновесие Харди-Вайнберга

Чтобы продемонстрировать равновесие Харди-Вайнберга, предположим, что G и g являются доминантными и рецессивными аллелями для признака, где GG = зеленый, gg = желтый и Gg = оранжевый.В нашей воображаемой популяции из 1000 особей предположим, что 600 имеют генотип GG, 300 — Gg и 100 — gg. Частота аллелей и генотипов для каждого аллеля рассчитывается путем деления общей популяции на количество для каждого генотипа:

• GG = 600/1000 = 0,6
• Gg = 300/1000 = 0,3
• gg = 100/1000 = .1

После определения частоты аллеля мы можем предсказать частоту аллеля в первом поколении потомства.

Сначала определите общее количество аллелей, возможных в первом поколении. В этом воображаемом случае, поскольку каждый организм имеет 2 аллеля и существует 1000 организмов, количество возможных аллелей в первом поколении потомства составляет:

Затем исследуйте возможность каждого аллеля. Для аллеля G следует рассматривать как индивидуумов GG, так и Gg. Взятые отдельно,

• GG = 2 600 = 1200
• + Gg = 300
• 1,500

Bionote

Буква p используется для определения частоты аллеля для доминантного аллеля (.75) и q для рецессивного аллеля (0,25). Обратите внимание, что p + q = 1.

Таким образом, частота для аллеля G равна:

Для аллеля g расчет аналогичен:

• Gg = 300
• + gg = 2100 = 200
• 500

Таким образом, частота аллеля g равна:

Харди-Вайнберг также может предсказать частоты генотипов второго поколения. Из предыдущего примера частоты аллелей для единственно возможных аллелей равны p =.75 (G) и q = 0,25 (г) после мейоза. Следовательно, вероятность рождения потомства GG составляет p p = p ² или (0,75) (0,75) = 55 процентов. Для возможности gg частоты аллелей равны q q или (0,25) (0,25) = 6 процентов. Для гетерозиготного генотипа доминантный аллель может происходить от любого из родителей, поэтому есть две возможности: Gg = 2 pq = 2 (0,75) (0,25) = 39 процентов.

Обратите внимание, что проценты равны 100, а частоты аллелей ( p и q ) идентичны частоте генотипов в первом поколении! Поскольку в этой гипотетической ситуации нет изменений, она находится в равновесии Харди-Вайнберга, и частоты гена и аллеля останутся неизменными до тех пор, пока не будут действовать внешние силы.Следовательно, популяция находится в стабильном равновесии без врожденных изменений фенотипических характеристик. Как упоминалось в книге «Историческое развитие и механизмы эволюции и естественного отбора», популяции, как правило, не очень долго остаются в равновесии Харди-Вайнберга из-за давления окружающей среды.

Уравнение Харди-Вайнберга подчеркивает тот факт, что половое размножение не изменяет частоты аллелей в генофонде. Это также помогает определить генетическое равновесие в популяции, которое редко существует в естественных условиях, потому что пять факторов влияют на равновесие Харди-Вайнберга и создают свой собственный метод для микроэволюции .Обратите внимание, что первые четыре не связаны с естественным отбором:

• Мутация
• Миграция генов
• Генетический дрейф
• Неслучайное спаривание
• Естественный отбор

Подробнее см. Историческое развитие и механизмы эволюции и естественного отбора глубина охвата модели естественного отбора.

Bioterms

Мутация — это наследуемое изменение гена с помощью одного из нескольких различных механизмов, которые изменяют последовательность ДНК существующего аллеля для создания нового аллеля для этого гена.

Мутация

Первичный механизм микроэволюции — это образование новых аллелей в результате мутации . Спонтанные ошибки в репликации ДНК мгновенно создают новые аллели, в то время как физические и химические мутагены, такие как ультрафиолет, постоянно создают мутации с меньшей скоростью. Мутации влияют на генетическое равновесие, изменяя ДНК, тем самым создавая новые аллели, которые затем могут стать частью репродуктивного генофонда популяции. Когда новый аллель создает преимущество для потомства, количество особей с новым аллелем может резко увеличиваться в следующих друг за другом поколениях.Это явление вызвано не мутацией, которая каким-то образом чрезмерно продуцирует аллель, а успешным воспроизводством людей, обладающих новым аллелем. Поскольку мутации — единственный процесс, который создает новые аллели, это единственный механизм, который в конечном итоге увеличивает генетическую изменчивость.

Генная миграция

Генная миграция — это перемещение аллелей в популяцию или из нее в результате иммиграции или эмиграции отдельными лицами или группами. Когда гены перетекают из одной популяции в другую, этот поток может увеличивать генетическую изменчивость отдельных популяций, но снижает генетическую изменчивость между популяциями, делая их более однородными.Миграция генов — противоположный эффект репродуктивной изоляции , которая генетически близка к равновесию Харди-Вайнберга.

Генетический дрейф

Генетический дрейф — это явление, при котором случайные или случайные события изменяют частоты аллелей в популяции. Генетический дрейф оказывает огромное влияние на небольшие популяции, где генофонд настолько мал, что незначительные случайные события сильно влияют на арифметику Харди-Вайнберга. Неспособность одного организма или небольших групп организмов к воспроизводству создает большой генетический дрейф в небольшой популяции из-за потери генов, которые не были переданы следующему поколению.И наоборот, большие популяции, статистически определяемые как более 100 воспроизводящихся особей, пропорционально меньше подвержены влиянию отдельных случайных событий и сохраняют более стабильную частоту аллелей с низким генетическим дрейфом.

Два типа генетического дрейфа действуют, когда большая популяция модифицируется, чтобы ее можно было статистически рассматривать как малую популяцию: эффект фрагментации и эффект первопроходца.

Эффект фрагментации — это тип генетического дрейфа, который происходит, когда естественное явление, такое как пожар или ураган, или антропогенное событие, такое как разрушение среды обитания или чрезмерная охота, неизбирательно разделяет или сокращает популяцию, чтобы она содержала меньше генетическая изменчивость, чем некогда большая популяция.Большое население может стать фрагментированным, когда искусственная дамба образует большое озеро, где когда-то река с легким переходом вброд не препятствовала движению. Точно так же новая автомагистраль может изолировать виды с любой стороны. Конечный результат — небольшой фрагмент, который репродуктивно отделяется от основной группы. Фрагментированная группа не стала изолированной из-за естественного отбора, поэтому она может содержать фрагмент или всю генетическую вариацию большей популяции.

Bionote

Даже когда небольшие популяции восстанавливаются, их генетическая изменчивость все еще настолько низка, что они остаются под угрозой исчезновения в результате единственного катастрофического события.

Bionote

Зоопарки тратят много времени, денег и энергии на попытки увеличить свое генетическое разнообразие за счет поиска новых размножающихся организмов для спаривания, обычно из других зоопарков.

Эффект пионера возникает всякий раз, когда небольшая группа отделяется от большей популяции, чтобы колонизировать новую территорию. Подобно эффекту фрагментации, первопроходцы, которые могут состоять только из одного семени или пары спариваний, остаются угрозой исчезновения, поскольку они не обладают генетическим разнообразием основного тела и, следовательно, с меньшей вероятностью произведут потомство, способное пережить изменения в организме. среда.Несмотря на то, что первая популяция успешно воспроизводится, вариабельность генов не увеличилась. Так что опасность, связанная с выживанием в изменяющейся среде, все еще существует!

Неслучайное спаривание

Уравнение Харди-Вайнберга предполагает, что все самцы имеют равные шансы оплодотворить всех самок. Однако в природе это бывает редко из-за ряда факторов, таких как географическая близость, как в случае корневых растений. Фактически, окончательное неслучайное спаривание — это акт самооплодотворения, который является обычным для некоторых растений.В других случаях по мере приближения репродуктивного сезона количество желаемых партнеров ограничивается их присутствием (или отсутствием), а также их конкурентными ритуалами преждевременного зачатия. Наконец, ботаники и зоологи практикуют неслучайное спаривание, пытаясь вывести больше и более лучших организмов с экономической выгодой.

Выдержка из The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 Глен Э. Моултон, редактор Д. Все права защищены, включая право на полное или частичное воспроизведение в любой форме.Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.

Чтобы заказать эту книгу непосредственно у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете приобрести эту книгу на Amazon.com и Barnes & Noble.

Микроэволюция против макроэволюции: сходства и различия

Имя «Чарльз Дарвин» по сути является синонимом концепции биологической эволюции. Действительно, «дарвинизм» и «дарвиновская эволюция» — общие термины в научной литературе.

Однако современник Дарвина по имени Альфред Рассел Уоллес независимо пришел ко многим из тех же выводов, что и его английский соотечественник, и, предложив тот же основной механизм, естественный отбор, он добавил силы этой идее. Они вместе представили свои идеи на конференции в 1858 году.

Сегодня эволюция остается фундаментом, на котором зиждется биологическая наука. Работа Грегора Менделя о конкретных путях наследования и появлении молекулярной биологии, включая открытие ДНК, расширила и углубила эту область.Постепенно эволюция охватила две основные формы или подтипы: микроэволюция и макроэволюция .

Это интегрированные концепции, которые имеют важные сходства и различия.

Определение эволюции

Теория эволюции описывает, как организмы изменяются и адаптируются с течением времени в результате унаследованных физических и поведенческих характеристик, которые передаются от родителей к потомству, процесс, названный «происхождение с модификацией ».»

Все живые существа на Земле имеют общего предка, восходящего к самым ранним формам жизни, появившимся около 3,5 миллиарда лет назад. Организмы, которые более тесно связаны между собой, такие как люди и гориллы, имеют более поздних общих предков; оба они виды имеют общую родословную с другими млекопитающими и т. д. вверх по генеалогическому древу жизни.

Механизм, который управляет эволюционными изменениями, — это естественный отбор. Организмы как внутри одного вида, так и между видами, обладающие чертами, которые позволяют им легче выживать и воспроизводиться , например, самые быстрые наземные хищники (напр.g., гепарды), с большей вероятностью передадут свои гены потомству, которое так же «приспособлено». Эти организмы становятся более распространенными, потому что их гены естественным образом отбираются в их среде, тогда как менее приспособленные организмы погибают.

Это не случайный процесс, но и не сознательный; случайные генетические мутации в ДНК, которые изначально создали благоприятные черты, являются материалом, на который естественный отбор действует систематическим образом.

Microevolution vs.Макроэволюция

Микроэволюция, как следует из названия, представляет собой эволюционное изменение в небольшом масштабе, такое как эволюция или отбор, происходящие на одном гене или нескольких генах в одной популяции за короткий период времени. Пример микроэволюции может способствовать макроэволюции, но это не обязательно происходит.

Более формально, микроэволюция — это просто изменение частоты генов в пределах генофонда , или диапазона доступных генов, которые могут унаследовать организмы данной популяции.

Макроэволюция, напротив, представляет собой крупномасштабные эволюционные изменения, которые происходят в течение более длительного периода времени. Примеры включают разделение видов на один или несколько различных видов или образование совершенно новых групп организмов; они представляют собой долгосрочную кульминацию многих примеров микроэволюции.

Сходства: «Микроэволюция против макроэволюции» во многих отношениях является ложной дихотомией, и противники теории эволюции часто ссылаются на нее, чтобы предположить, что первая может быть верной, а вторая — ложной.Оба, по сути, являются типами эволюции.

Утверждать, что микроэволюция возможна, а макроэволюция — нет, все равно что сказать, что можно проехать из Мэна в Нью-Йорк, из Нью-Йорка в Огайо и так далее маленькими шагами до Калифорнии, но при этом все путь через США невозможно.

Оба происходят в результате одних и тех же общих процессов естественного отбора, мутации, миграции, генетического дрейфа и так далее. Микроэволюционные изменения, которые накапливаются, иногда, но не всегда в течение длительного периода, могут вызывать и действительно вызывают серьезные эволюционные изменения .

Различия: Основное различие между микроэволюцией и макроэволюцией заключается просто во временных масштабах, в которых они происходят. Микроэволюция происходит в течение коротких периодов времени, в то время как макроэволюция более постепенная, со временем суммируя множество экземпляров микроэволюции.

Соответственно, существуют различия в том, что конкретно затрагивается в каждом случае. Микроэволюция обычно происходит только с одним или несколькими генами одновременно в небольшой популяции, в то время как макроэволюция — это крупномасштабное изменение многих вещей в более крупных группах, таких как расхождение видов с целью создания новых видов.

Примеры микроэволюции

Огромное количество примеров микроэволюции у видов животных представляют собой наиболее легко демонстрируемые и понятные примеры процесса, поскольку их часто можно наблюдать непосредственно.

Например, домашние воробьи прибыли в Северную Америку в 1852 году. С тех пор эти воробьи развили разные характеристики в разных средах обитания в соответствии с экологическим давлением, с которым сталкиваются разные популяции воробьев. Воробьи в более северных широтах крупнее популяций воробьев на юге.

Естественный отбор легко объясняет это: более крупные птицы обычно могут переносить более низкие температуры лучше, чем их меньшие тела, которые лучше чувствуют себя на юге.

Иногда временные масштабы микроэволюции очень короткие.

Это происходит, как и следовало ожидать, у видов, которые быстро размножаются, таких как бактерии (у которых может быстро развиться устойчивость к антибиотикам, поскольку те, которые оказываются естественно устойчивыми к данному антибактериальному препарату, отбираются и продолжают размножаться в больших количествах). ) и насекомых (которые могут быстро развить устойчивость к пестицидам по тем же молекулярным причинам).

Переход от «микро» к «макросу»: смотри и жди

Макроэволюцию нельзя «рассматривать» так легко, потому что она происходит в течение такого длительного периода, что позволяет людям, сопротивляющимся теории эволюции, стать символической точкой опоры для своих заявлений. Тем не менее, доказательства очень убедительны и основываются в основном на сравнительных исследованиях анатомических особенностей родственных организмов и, что особенно важно, на летописи окаменелостей.

Некоторые из множества мелких микроэволюционных изменений, которые в сумме приводят к макроэволюции, включают появление у насекомых нового цвета, устойчивость к пестицидам, более крупные нижние челюсти и устойчивость к холоду.Все они могут накапливаться со временем, создавая макроэволюционные изменения для всего вида , а не только в одной небольшой, локализованной популяции этого вида.

Основные причины эволюции — мутации, миграция, генетический дрейф и естественный отбор — все приводят к макроэволюции при наличии достаточного времени. 3,5 миллиарда лет — это, безусловно, долгий срок, и даже для проницательного и желающего человеческого разума очень трудно осмыслить его.

Дрейф генов, репродуктивная изоляция (т.д., группы внутри вида, стремящиеся к размножению только со своими собственными членами) и географическое перемещение популяции являются одними из факторов, ведущих к микроэволюционным изменениям, которые со временем складываются и приводят к созданию нового вида из исходного вида. .

Примеры макроэволюции

Макроэволюция, хотя обязательно включает небольшие изменения в генофонде вида, происходит на выше уровня вида, а не на в пределах этого вида.Видообразование, термин, обозначающий появление новых видов, является синонимом макроэволюции.

Появление млекопитающих как более крупной, чем видовой группы, и диверсификация цветковых растений на многие виды являются примерами макроэволюции. Другими примерами являются эволюция позвоночных рыб из беспозвоночных морских видов в течение длительных периодов времени и развитие многоклеточных организмов из одноклеточных.

Если рассматривать это как мгновенные события, конечно, макроэволюция кажется интуитивно неправдоподобной.

В дополнение к летописи окаменелостей у ученых есть молекулярные доказательства общего происхождения, подразумевающие, что макроэволюция — это не только путь или для всей жизни на Земле, чтобы прийти к своему нынешнему состоянию, но буквально путь — только путь .