Posted in Разное

Какая форма изменчивости служит материалом для эволюции: какая форма изменчивости служит материалом для эволюции?

Содержание

Формы изменчивости ненаследственная или модификационная изменчивость

4. Формы изменчивости.

Ненаследственная, или модификационная, изменчивость. Особи одной породы, сорта или вида под влиянием определенной причины изменяются в одном на­правлении. Сорта культурных растений при отсутствии условий, в которых они были выведены человеком, теряют свои качества. Например, белокочанная капуста при возделывании в жарких странах не образует кочана. Известно, что при хорошем удобре­нии, поливе, освещении растения обильно кустятся и плодоносят. Породы лошадей, завезенные в горы или на острова, где пища недостаточно питательна, со временем становятся низкорослыми. Продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается. Все эти изменения ненаслед­ственны, и если растения или животных перенести в исходные условия существования, то признаки вновь возвращаются к первоначальным.

Формирование организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания. Эти условия и служат причиной ненаследственной, модифика­ционной, изменчивости. Они могут ускорить или замедлить рост и развитие, изменить окраску цветков у растений, но гены при этом не изменяются. Благодаря ненаследственной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

Различные признаки организма в разной сте­пени изменяются под влиянием внешних условий. Одни из них очень пластичны и изменчивы, другие менее изменчивы, наконец, третьи лишь в очень малой степени могут быть изменены условия­ми среды. У рогатого скота удой во многом зависит от кормления и ухода, т. е. от условий содержания. Хорошо известно, что удой можно значительно повысить подбором кормов нужного качества и количества. Труднее изменить жирность молока. Процент жира в молоке в большей степени зависит от породы, хотя изменением пищевого рациона и его тоже удается несколько изменить. Гораз­до более постоянным признаком является масть. При самых раз­личных условиях она почти не изменяется.

У некоторых млекопитающих на окрас­ку шерсти влияет температура окружающей среды. Например, у кроликов горностаевой породы при обычных условиях большая часть шерсти белая, а черная шерсть развивается лишь на ушах, лапах и хвосте. Если выбрить или выщипать шерсть на спине, то при температуре выше нуля опять вырастет белая шерсть, а при низкой температуре (около 0°С) вместо белой вырастет черная шерсть. Можно сказать, что наследуется в данном примере способность развивать белую шерсть на спине при высокой темпе­ратуре и черную – при низкой.

Пределы модификационной изменчивости признака называют его нормой реакции. Одни признаки (напри­мер, молочность) обладают очень широкой нормой реакции, другие (окраска шерсти) – гораздо более узкой. Наследуется не признак, как таковой, а способность организма (его генотипа) в результате взаимодействия с условиями развития давать определенный фенотип, или, иначе говоря, наследуется нор­ма реакции организма на внешние условия. Не существует, например, наследственного признака какой–либо породы рогатого скота давать 4000л молока в год. Этот признак выявляется лишь при определенном режиме кормления и содержания.

Широкая норма реакции (широкая приспособляемость) в при­родных условиях может иметь важное значение для сохранения и процветания вида. Однако отклонения, вызванные внешними условиями, не изменяют генотипа, они лежат в пределах нормы его реакции.

Наследственная изменчивость. Наследственная измен­чивость затрагивает хромосомы или гены, т. е. мате­риальные основы наследственности.

Наследственные изменения обусловлены изменением генов или образованием новых комбинаций их в потомстве. Так, один вид наследственной изменчивости – мутации – обусловлен изме­нением генов; другой вид – комбинативная изменчивость – вы­зван новой комбинацией генов в потомстве; третий – соотносительная изменчивость – связан с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков. Таким образом, в основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов.

Различают мутационную и комбинативную изменчивости.

Мутационная изменчивость. Понятие о мутациях было введено в науку голландским бо­таником де Фризом. У растения ослинник (энотера) он наблюдение появление резких, скачкообразных отклонений от типичнойформы, причем эти отклонения оказались наследственными.

Материальной основой генотипа являются хромосомы. Мутации – это изменения, происходящие в хромосомах под влия­нием факторов внешней или внутренней среды. Мута­ции – это вновь возникающие изменения в генотипе, а комбинации – новые сочетания родительских генов в зиготе. Мутации затрагивают разнообразные стороны строения и функ­ции организма. Например, у дрозофилы известны мутационные изменения формы крыльев (вплоть до полного их

исчезновения), окраски тела, развития щетинок на теле, формыглаз, их окраски (красные, желтые, белые, вишневые и т.п.), а также многих физиологических признаков (продолжитель­ность жизни, плодовитость, стойкость к разным повреждающем воздействиям и т. п.). Форма изменчивости затрагивающая генотип – генотипическая или му­тационная изменчивость, а отдельные изменения – мутации. Наследственные изменения могут быть также результатом перекомбинациигенов при скрещивании.

Различают несколько типов мутаций по характеру изменений генотипа.

а) Генные мутации. Наиболее распространенными являются му­тации, не связанные с видимыми в микроскоп изменениями строе­ния хромосом. Качественные изменения отдельных генов – генные мутации. Они связаны с преобразованием химической структуры ДНК, входящей в состав хромосом. Изменение последовательности нуклеотидов в хромо­сомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующейся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обусловливает новую последовательность амино­кислот при синтезе белковой молекулы. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств.

б) Хромосомные мутации. Мутации, связанные с види­мыми преобразованиями хромосом (перемещение части одной хромосомы на другую, ей негомологичную, поворот участка хромосомы на 180° и ряд структурных изменений отдельных хромосом). К особой группе мутаций относятся изменения числа хромо­сом. Эти мутации сводятся к появлению лишних или утере неко­торых хромосом. Такого рода изменения в хромосомном составе происходят при нарушении в силу каких–либо причин нормаль­ного хода мейоза, когда вместо нормального распределения хромосом между дочерними клетками обе гомологичные хромосомы оказываются в одной клетке. Обычно такого рода наруше­ния снижают жизнеспособность организма.

в) Геномные мутации – приводят к изменению числа хромосом. Один тип наследственных изменений – полиплоидия, которая выражается в кратном увеличе­нии числа хромосом. Возникновение полиплоидов обычно связано с нарушением процессов митоза или мейоза. Известны триплоиды, тетраплоиды и т.д. Полиплоидные виды довольно часто наблюдаются в природе у растений и очень редко встречаются у животных. Полиплоиды у растений по сравнению с диплоидами часто характеризуются более мощным ростом, большим размером и массой семян и пло­дов и т. п. Явление полиплоидии широко используют на практике в работе по созданию высокопродуктивных сортов растений.

Другой тип – гетероплоидия – нарушение соотношения отдельных хромосом в наборе. Причиной служит неправильное расхождение некоторых пар хромосом. Например, у человека синдром Дауна – в кариотипе три двадцать первые хромосомы.

г) Соматические и генеративные мутации. Мутации, связанные с изменениями в строении (изменения нуклеотидов в молекуле ДНК) или числе хромосом. Если эти изменения происходят в половых клетках (генеративные мутации), то они проявляются в том поколении, которое развивается из половых клеток. Но подобные изменения могут иметь место и в соматиче­ских клетках – клетках тела – соматические мутации. Они приводят к изменению признака только части организма, развивающегося из измененных клеток. У животных соматические мутации не передаются последующим поколениям, поскольку из соматических клеток новый орга­низм не возникает. У растений при помощи отвод­ков и прививок иногда удается сохранить возникшее изменение, и оно оказывается стойким, наследственным.

Комбинативная изменчивость. Источником комбинативной изменчивости в популяциях слу­жит скрещивание. Отдельные особи одной и той же популяции несколько отличаются друг от друга по генотипу. В результате свободного скрещивания получаются новые комбинации генов. Появившиеся в популяции в силу случайных причин наследст­венные изменения постепенно распространяются среди особей благодаря свободному скрещиванию, и популяция оказывается насыщенной ими. Эти наследственные изменения сами по себе не могут привести ни к появлению новой популяции, ни тем более нового вида.

Истоки комбинативной изменчивости: независимое расхождение гомологичных хромосом в мейозе – I; рекомбинация генов, основанная на явлении перекрёста хромосом; случайная встреча гамет при оплодотворении.

5. Роль изменчивости в эволюционном процессе.

Наследственность и изменчивость – разные свойства орга­низмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость – их способность к преобразованию.

Фронтальный опрос:

  1. Назовите критерии вида и дайте характеристику каждого из них.

  2. Почему для установления видовой принадлежности особей недостаточно какого–либо одного критерия?

  3. Как в природе достигается не­скрещиваемость видов?

  4. Что представляет собой популяция? Приведите примеры популяций одного вида.

  5. Объясните выражение «виды существуют в форме популяций».

  6. Докажите, что популяция является единицей эволюции.

7. Дайте характеристику ненаследственной изменчивости, раскройте ее при­чины и приведите примеры.

8. Назовите формы наследственной изменчивости. Каковы причины их возникновения?

9. Что служит материалом и предпосылкой для эволюционных изменений?

10. Как практически узнать, является какое–либо изменение наследственным или нет?

11. На комнатных растениях одного вида проследите изменчивость формы, величины, окраски листьев, цветков.

12. В чем различия между модификационной и мутационной изменчивостью?

13. В чем различие между генными и хромосомными мутациями?

14. Что такое полиплоидия?

III. Искусственный и естественный отборы.

Борьба за существование.

1. Сущность естественного и искусственного отборов.

  1. Творческая роль естественного и искусственного отборов.

  2. Формы естественного отбора.

  3. Формы борьбы за существование.

  4. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отборов.

1. Сущность естественного и искусственного отборов.

Сущность естественного отбора. Наследственные изменения у особей одной популяции идут в различных направлениях и могут быть самыми разнообразными в одинаковых условиях среды. Из поколения в поколение особи с полезными в определенных условиях среды наследственными изменениями преимущественно сохраняются в борьбе за существование и оставляют после себя плодовитое потомство. Наоборот, особи с вредными в тех же условиях наследственными изменениями оставляют все более малочисленное и слабое потомство, что, в конце концов, может привести к вымиранию вида.

Многообразие пород и сортов. В настоящее время известно большое число пород крупного рогатого скота (молочных, мясных, мясо–молочных), лошадей (тяжело­возов, скаковых), свиней, собак, а также кур. Число сортов пшеницы превышает 300, винограда – 1000. Породы и сорта, принадлежащие к одним и тем же видам, часто настолько отли­чаются друг от друга, что их можно принять за разные виды. Каждая порода или каждый сорт по своим признакам всегда отвечает интересам человека, ради которых он их разводит. Человек сам создал все многообразие видов, изменяя в разных направлениях один или несколько родоначальных диких видов.

Происхождение пород и сортов. Дарвин подробно исследовал происхождение пород домашнего голубя. Несмотря на большие разли­чия, породы домашних голубей имеют очень важные общие признаки. Все домашние голуби – общественные птицы, гнез­дятся на зданиях, а не на деревьях, как дикие. Голуби разных пород легко скрещиваются и дают плодовитое потомство. При скрещивании особей, принадлежащих к разным породам, Дарвин получил потомство, по окраске удивительно сходное с диким сизым (скалистым) голубем. Ученый сделал вывод, что все породы домашних голубей произошли от одного вида – дикого сизого (скалистого) голубя, обитающего на крутых утесах Сре­диземноморского побережья и севернее, до Англии и Норвегии. Обыкновенный сизый голубь похож на него окраской оперения.

Точным исследованием анатомических и физиологических признаков Дарвин установил, что все породы домашних кур про­изошли от банкивской курицы – дикого вида, обитающего в Индии, на Шри–Ланке и Зондских островах; породы крупного рогатого скота – от дикого тура, истребленного в XVIIв.; по­роды свиней – от дикого кабана. Сорта огородной капусты произошли от дикой капусты, еще и теперь встречающейся по западным берегам Европы.

Выведение новых пород и сортов. Постоянно появлялись новые породы и сорта, кото­рые были более совершенны и разнообразны по своим признакам по сравнению с ранее существовавшими. В отдельных случаях новые признаки у животных и культурных растений возникали случайно, внезапно; человек не накапливал их путем направлен­ного отбора. Так появились коротконогая овца, цельнолистная земляника. Они заинтересовали человека своей необычностью, и он закрепил эти признаки в породе, сорте. Но, как правило, человек активно участвовал в длительном процессе создания нужных ему признаков и свойств пород и сортов.

В стаде, стае, в поле, на грядке и т. д. человек замечал отдельное животное или растение с каким–то представляющим для него интерес, хотя бы и мелким наследственным отличием, отбирал эти особи на племя и скрещивал их. Все другие особи не допускались до размножения. Из поколения в поколение ос­тавлялись в качестве производителей особи, у которых данный наследственный признак был выражен более заметно. Таким образом, признак усиливался и накапливался в этой искусствен­ной популяции.

Отбору иногда предшествовало скрещивание для получения в потомстве комбинаций генов, а значит, и более разнообраз­ного материала для искусственного отбора. Например, родона­чальник всемирно известной русской породы орловских рысаков был получен так. Сначала скрестили жеребца арабской верховой породы с лошадью датской тяжеловозной, а появившегося от них жеребца – с лошадью голландской рысистой породы. Затем про­водился отбор по определенным признакам.

2. Творческая роль естественного и искусственного отборов.

Творческая роль искусственного отбора. Отбор ведет к изменению органа или признака, совершенствование которого желательно для человека. Породы и сорта, происходящие от общих диких пред­ков, развивались под влиянием человека в разных направлениях сообразно его хозяйственным целям, вкусам и запросам. Отбор особей с нужными человеку наследственными изменениями приводит к созданию совершенно новых сортов и пород, т. е. никогда ранее не существовавших органи­ческих форм с признаками и свойствами, сформированными са­мим человеком. Поэтому искусственный отбор является главной движущей силой в образовании новых пород животных и сортов растений, приспособленных к интересам человека.

Творческая роль естественного отбора. Естественному отбору подвергаются особи с совершенно неуловимыми для человека особенностями. Он приводит к: 1. высокой частоте проявления неопределённых наследственных изменений; 2. многочисленности особей вида, повышающей вероятность полезных изменений; 3. неродственному скрещиванию, увеличивающему размах изменчивости в потомстве; 4. изоляции группы особей, препятствующей их скрещиванию с остальной массой организмов данной популяции; 5. широкому распространению видов.

3. Формы естественного отбора.

Естественный отбор – процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями. Отбор имеет направленный характер и совершенствует приспособления к условиям существования. Роль отбирающего фактора играют условия среды. Различают:

1. Движущий отбор. Создаются ус­ловия, при которых отдельные возникающие наследственные уклонения полезны. Это приведет к постепен­ному изменению фенотипа, к смене нормы реакции в одном опре­деленном направлении.

Например. Близ индустри­альных центров в воздухе много копоти, дыма. Стволы берез приобретают грязно–коричневый оттенок. У живущей на березе бабочки березовой пяденицы иногда появляются темноокрашенные мутанты. В обычных условиях сельской местности они от­метаются отбором, так как темная окраска делает бабочек заметными на фоне белой коры березы, и их поедают птицы. Иное дело – на загрязненной дымом березе. В этих условиях темные пяденицы становятся менее заметными и естественный отбор их сохраняет. Фактором, осуществляющим этот отбор, преимущественно служат птицы, поедающие бабочек. При боль­шой интенсивности отбора через короткий промежуток времени возникает популяция, характеризующаяся темной окраской. Например, в окрестностях города Манчестера темная форма бере­зовой пяденицы вытеснила светлую форму примерно за 20 лет. Движущий отбор играет основную роль в эволюции, в раз­витии приспособлений.

2. Стабилизирующий отбор. У видов, живущих в относительно постоянных условиях, возни­кающие изменения могут быть неблагоприятными. В таких слу­чаях сохраняются мутации, ведущие к меньшей изменчивости данного признака, и отсекаются мутации, определяющие более широкую изменчивость.

Например. У опыляемых насекомыми растений малой изменчивостью характеризуются части цветка. Это связано с тем, что пропорции цветка приспособлены к размерам опыляющих их насекомых и широкая изменчивость здесь отразилась бы не­благоприятно на ходе опыления. Под действием стабилизирующего отбора устойчиво закрепились пропорции и размеры частей цветка.

Пример действия стабилизирующего отбора. В относительно постоянных условиях среды

стабилизующий отбор способ­ствует сохранению полезных виду признаков

(плавники, обтекаемая форма, пропорция тела — все приспособлено к условиям существования в водной среде).

После снегопада и бури, прошедшей в Англии, выжили преимущественно воробьи со средней длиною крыла. Длиннокрылые и короткокрылые погибали в большем количест­ве. Отбор в данном случае как бы «сохраняет норму». Если усло­вия жизни вида долгое время не меняются, то стабилизирующий отбор способствует не изменению, а сохранению признаков вида, приспособленных к данным условиям. Если же условия существо­вания вида изменятся, то ведущую роль приобретают движущие формы отбора, приводящие к изменению вида, к видообразованию.

Движущая и стабилизирующая формы отбора в природе тесно связаны друг с другом. Движущий отбор преобразует виды в меняющихся условиях окружающей среды. Стабилизирующий отбор закрепляет полезные формы в относительно постоянных условиях среды.

4. Формы борьбы за существование.

Особей в популяции появ­ляется во много раз больше, чем может существовать на зани­маемой ею территории. Несоответствие между численностью появляющихся в популяции особей и средствами к их жизни неизбежно приводит к борьбе за существование.

Борьба за существование – слож­ные и многообразные отношения особей внутри видов, между видами и с неорганической природой, имея в виду не только жизнь одной особи, но прежде всего ее плодовитость и успех в обеспечении себя потомством.

Различают три формы борьбы за существование: внутривидовую, межвидовую и борьбу с неблагоприятными усло­виями неорганической природы.

Внутривидовая борьба за существование происходит между особями одной популяции любого вида. Эта форма борьбы наиболее напряженная, так как особи одной популяции нуж­даются в одинаковой пище, одинаковых убежищах, подвергаются одинаковым опасностям. Примерами внутривидовой борьбы мо­гут быть состязание между хищниками за добычу, соперничество из–за территории, из–за самки и т. д.

Яркую картину внутривидового состязания можно видеть в популяции одновозрастного хвойного леса. Самые высокие деревья широко раскинутыми кронами улавливают основную массу солнечных лучей; их мощная корневая система поглощает из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами в ущерб более слабым соседям. Деревья–победители подавляют рост и развитие других деревьев, вызывают их засыхание и ги­бель, сами же образуют множество семян.

Видовые приспособления, полезные для всей популяции, могут быть вредными для отдельных особей и даже явиться причиной их гибели. Чайки при избыточной численности потомства уничто­жают часть птенцов: поедают их или ударом в голову застав­ляют отрыгивать пищу, которую сразу вслед за этим схватывают взрослые птицы. Иногда синицы затаптывают в подстилку гнезда 1–2 птенцов.

При чрезмерном увеличении численности особей внутривидо­вая борьба в популяции обостряется. Это бывает вызвано ухудшением кормовых условий, слишком высокой плотностью на­селения и т. д. В таких случаях плодовитость особей в популя­ции снижается; нередко вспыхивают эпидемии, приводящие к массовой гибели особей и снижающие численность популяции.

Существует ряд приспособлений, которые помогают особям одной популяции избежать прямого столкновения между собой. Бурый медведь обозначает границы участка, на котором добы­вает себе пищу, царапинами на деревьях. Волк помечает свой индивидуальный кормовой участок мочой. Самцы синицы, зяб­лика возвещают о занятии участка песней. Животные избегают нарушений границ чужих участков. В популяции у животных одного вида можно встретить взаимопомощь и сотрудничество: совместное выкармливание, воспитание и охрану потомства (например, в семьях пчел, табуне лошадей).

Таким образом, внутривидовая борьба сопровождается пони­жением плодовитости и гибелью части особей вида. Однако в целом это способствует совершенствованию вида в течение многих поколений в направлении большей приспособленности к среде обитания, к факторам, вызывающим эту борьбу.

Межвидовая борьба за существование наблюдается между популяциями различных видов. Она протекает обычно очень ост­ро, если виды нуждаются в сходных условиях и относятся к од­ному роду. Серая и черная крысы – разные виды одного рода. В поселениях человека в Европе серая крыса совершенно вы­теснила черную крысу, которая теперь встречается в лесных районах и пустынях. Серая крыса крупнее, лучше плавает и агрессивнее и потому в схватках с черной одерживает верх. Быстрое размножение дрозда–дерябы в некоторых частях Шотландии повлекло за собой сокращение численности другого вида – певчего дрозда. В Австралии обыкновенная пчела, кото­рую привезли из Европы, вытесняет маленькую туземную, не имеющую жала.

В лесу под защитой светолюбивых пород – сосны, березы, осины – сначала хорошо развиваются всходы ели, которые вы­мерзают на открытых местах, но потом по мере смыкания крон молодых елей всходы светолюбивых пород гибнут.

Межвидовая борьба за существование включает односторон­нее использование одного вида другим – отношения типа «хищник – жертва» (рыбы поедают планктон). Формой борьбы за существование в широком понимании являются и благоприятствование одного вида другому без ущерба для себя (птицы и млекопитающие распространяют плоды и семена), взаимное благоприятствова­ние разных видов друг другу (цветки и их опылители).

В лесу, где столь ярки проявления биологического состязания, наблюдается и польза от совместного произрастания растений. Здесь по сравнению с открытыми местами создается свой тепло­вой, водный и воздушный режим: менее резкие колебания темпе­ратуры, более высокая относительная влажность; под пологом деревьев верхних ярусов произрастают теневыносливые кустар­ники, травы, мхи, напочвенные водоросли.

Борьба с неблагоприятными условиями наблюдается в любой части ареала вида в тех случаях, когда внешние условия среды ухудшаются, например: при суточных и сезонных колебаниях температуры или влажности, а также всюду, где особи оказывают­ся в условиях излишнего тепла или холода, сухости или влажности. Про растение в пустыне говорят, что оно «борется с за­сухой». При продвижении на север или при подъеме в горы в неблагоприятных климатических условиях встречаются зачахшие деревья и кустарники, хотя никакие другие растения их не теснят.

Борьба с неблагоприятными условиями также имеет большое значение для эволюции, так как она обостряет внутривидовую борьбу. Так, при недостатке тепла, питательных веществ между особями в популяции растений обостряется борьба за эти фак­торы. Победителями оказываются наиболее жизнеспособные (у них более интенсивно протекают физиологические процессы, обмен веществ). Если эти биологические особенности передаются по наследству, они, в конечном счете, приводят к совершенство­ванию вида.

Использование человеком сложных взаимоотношений в живой природе. При установлении севооборотов со­блюдают правильное чередование культур на полях, с учетом их отношения к почве, к воде, вредителям, болезням и пр. То же самое делают при искусственных лесопосадках (из дуба, березы, бука и др.), например, вносят гифы грибов в почвы, лишен­ные их. Образующаяся микориза – симбиоз мицелия гриба и корней дерева – доставляет дереву влагу и питательные ве­щества из почвы, обеспечивая нормальный рост.

Для искусственного разведения рыбы водоемы сначала осво­бождают от хищных (щука, окунь) и малоценных видов (плотва, колюшка), а потом заселяют высокопродуктивными (карп, сиг и др.). В этом же водоеме создают условия для развития кормовых организмов. При ведении охотничьего хозяйства на научной основе нужно знание нормального соотношения половых и воз­растных групп в стадах и стаях, а также размеры необходимых животным кормовых участков.

При истреблении хищников учитывают их санитарную роль в природе, которая заключается в уничтожении слабых и больных особей среди жертв. Поголовное уничтожение волков в некото­рых районах Канады привело к вспышке эпидемий у оленей и сокращению численности. С уничтожением хищных птиц сначала быстро увеличивается численность дичи (куропаток, рябчиков), но затем наблюдается ее массовая гибель от глистных и других заболеваний.

Для лечения и предупреждения различных инфекционных заболеваний человека и животных применяют антибиотики и фи­тонциды. Те и другие представляют собой вырабатываемые растениями вещества, которые способны угнетать жизнедеятельность вредных для этих растений микроорганизмов. Антибиотики вырабатываются многими низшими грибами, фитонциды – мно­гими цветковыми растениями как приспособления в борьбе с другими видами.

5. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отборов.

Основой обоих процессов служит наследственная изменчивость, она доставляет материал для отбора. В результате действия искусственного и естественного отбора создаются новые формы: при искусственном отборе – породы и сорта, а при естествен­ном – виды. Между этими двумя процессами есть существенное различие. При искусственном отборе человек отбирает особей по замеченным признакам и направляет действие отбора в же­лательную ему сторону. При этом особи с отбираемыми приз­наками могут оказаться даже с вредными для организма. Так, лучшие породы свиней или молочного скота не могли бы су­ществовать в природе без заботы человека. При естественном отборе отбирающим фактором являются условия окружающей среды. При этом отбираются любые жизненно важные признаки. В силу этого естественный отбор действует только на пользу популяции и вида в целом.

В результате искусственного отбора создаются породы до­машних животных и сорта культурных растений, приспособлен­ные человеком к его потребностям и намеченным целям. В ре­зультате естественного отбора возникают виды, приспособленные к жизни в определенных условиях окружающей среды.

Искусственный отбор проводится с того времени, как человек стал заниматься земледелием и приручением животных. Естест­венный отбор происходит в течение всей истории органичес­кого мира, со времени появления жизни на Земле. Естественный и искусственный отбор органически связаны: на породы живот­ных и сорта растений, помимо искусственного отбора, продол­жает действовать и естественный отбор.

Фронтальный опрос:

1. Как объяснить многообразие пород домашних животных и сортов культурных растений?

2. Какие формы изменчивости служат исходным материалом для искусственного отбора?

3. Покажите на примерах влияние отбора на направления породо– и сортообразования.

4. В чем состоит творческая роль искусственного отбора?

5. Какая форма изменчивости дает исходный материал для естественного отбора в природе?

6. Что такое стабилизирующий отбор? При каких условиях он преимущественно осуществляется в природе?

7. Как вы представляете себе соотношение между движущей и стабилизирующей формами естественного отбора?

1. Какой смысл вкладывал Дарвин в выражение «борьба за существование»?

9. Какие взаимоотношения существуют между особями одной популяции, между особями разных видов, между особями популяций и условиями среды?

10. Каковы причины и следствия борьбы за существо­вание?

11. Приведите примеры использования человеком взаимосвязей в живой природе.

12. Как объяснить, что естественный отбор начинается в популяции?

13. В чем заключается творческая роль естественного отбора?

14. Каковы движущие силы эволюции видов в природе?

15. Почему приходится создавать новые ядохимикаты против насекомых–вредителей?

    1. Приспособленность организмов и её относительность.

Образование новых видов.

1. Приспособленность организмов и её относительность.

2. Механизм видообразования.

3. Понятие о микроэволюции.

4. Результаты эволюции.

1. Приспособленность организмов и её относительность.

Внешнее и внутреннее строение, инстинкты, поведение животных характеризуются при­способленностью к условиям их жизни. В одной и той же среде разные животные имеют разные приспособления. Крот роет землю конечностями, а слепыш проделывает подземные ходы головой и сильными резцами. Тюлень плавает при помощи ластов, а дельфин — хвос­тового плавника.

Различные приспособления обеспечивают перекрестное опы­ление растений. Нежные весенние ростки ветреницы и голубой перелески переносят температуру ниже нуля благодаря концентрированному раствору сахара в клеточ­ном соке. Низкорослость, мелколистность, поверхностное распо­ложение корней деревьев и кустарников, очень быстрое развитие растительности весной и летом – во всем этом сказывается при­способленность к жизни в тундре.

Различная интенсивность размножения служит важным при­способлением к сохранению вида, его популяций. Наиболее многочисленное потомство у видов, у которых оно в массе уничто­жается (черви–паразиты, многие виды рыб), и немногочислен­ное – у видов с развитым инстинктом заботы о потомстве. Ко­люшка откладывает всего 120–150 икринок в гнездо, построен­ное самцом, который охраняет оплодотворенную икру и мальков. Треска мечет до 4 млн. икринок и потомство не охраняет.

Из поколения в поколение полезное изменение усиливалось и совершенствовалось под воздействием борьбы за существование и естественного отбора и вело к накоплению признаков сходства с защищенными животными. Каждое приспособление и весь комплекс их вырабатываются на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Приспособленность организмов является результатом действия движущих сил эволю­ции в данных условиях существования.

Относительность приспособленности организмов. Целесо­образность строения и функций организма выражается в его соотношениях только с конкретной внешней средой. Любая при­способленность помогает организмам выжить лишь в тех условиях, в которых она сформировалась под влиянием движущих сил эволюции. Но и в этих условиях она относительна. В яркий солнечный день зимой белая куропатка выдает себя тенью на снегу. Заяц–беляк, не заметный на снегу в лесу, становится вид­ным на фоне темных стволов.

Наблюдения за проявлением инстинктов у животных в ряде случаев показывают их относительную целесообразность. Ночные бабочки летят на огонь, хотя и гибнут при этом. Их влечет к огню инстинкт: они собирают нектар в основном со светлых цветков, хорошо заметных ночью.

Узкая специализация органа может стать причиной гибели организма. Стриж не может взлететь с ровной поверхности, так как у него длинные крылья и очень короткие ноги. Он взле­тает, только оттолкнувшись от какого–то края, как от трамплина.

Приспособления растений, препятствующие поеданию их животными, относительны. Скот обходит растения, защищенные колючками, но верблюжью колючку охотно поедают верблюды, козы, голодный крупный рогатый скот.

Польза симбиоза – сожительства организмов, принадлежа­щих к разным видам, водоросли и гриба в лишайнике, – также относительна. Иногда грибные нити лишайника разру­шают сожительствующие с ними водоросли. У организмов встречаются ненужные органы и признаки (грифельные косточки у лошадей, перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются на воду, остатки третьего века у обезьян и человека).

Все эти и многие другие факты говорят, что приспособлен­ность не абсолютна, а относительна.

2. Механизм видообразования.

Образование но­вых видов в природе является важнейшим этапом в процессе эволюции. При изменении условий существования внутри вида идет процесс расхождения признаков – дивергенция, которая приводит к об­разованию новых группировок особей внутри вида. От исходного вида берет начало целый «пучок» форм, но не все они получают дальнейшее развитие. Наиболее расходящиеся по признакам формы обладают большими возможностями оставлять плодо­витое потомство и выживать, так как они меньше конкурируют между собой, чем промежуточные, которые постепенно вымирают в борьбе за существование под действием естественного отбора в бесконечном ряду поколений.

В природе не всегда сохранялись лишь наиболее расходящие­ся, крайние формы, средние также могли выжить и дать потом­ство. Если условия среды не изменяются или мало изменяются в течение длительного времени, то вид остается почти неизменным по сравнению с родоначальным.

Географическое видообразование связано с расширением ареала исходного вида или с расчленением ареала на изолиро­ванные части физическими преградами (горы, реки, изменения климата). При расширении ареала вида его популяции встречаются с новыми почвенно–климатическими условиями, а также с новыми сообществами животных, растений и микроорганизмов. В дальнейшем эволюция популя­ции может привести к возникновению нового вида.

Например, лиственница сибирская далеко продвинулась на восток; ее популяции заселили территорию от Урала до Байкала и оказались в различных условиях. У особей популяции постоян­но возникали мутации, в результате скрещивания появлялись новые комбинации генов; благодаря этим процессам популяция становилась неоднородной. В процессе борьбы за существование и в результате действия естественного отбора выживали и остав­ляли потомство особи с полезными в конкретных условиях обита­ния изменениями. Действие этих факторов на протяжении дли­тельного времени способствовало появлению более резких различий между популяциями и в конечном итоге возникновению биологической изоляции – нескрещиваемости особей разных по­пуляций одного вида. В результате в более суровых условиях под действием движущих сил эволюции сформировался новый вид – лиственница даурская.

В условиях Крайнего Севера подобным образом образовался особый вид мака с небольшими, сильно опушенными листьями, быстрым развитием коротких цветоносов и ранним цветением.

У лесного ландыша сначала был сплошной ареал, но с оледенением он распался на изолированные части; на этих территориях сформировались самостоятельные популяции, при­знаваемые некоторыми учеными за молодые виды.

Повсеместно распространенный в Европе прострел занимает непрерывный ареал с запада на восток. У западной формы листья тонко рассечены и разбросаны, цветки поникшие, благо­даря чему при обилии дождей на западе вода разбрызгивается и не застаивается, а пыльца не смывается. Восточная форма в засушливых условиях характерна более грубо рассеченными, стоячими листьями и стоячими цветками, по которым вода сте­кает к корням. Опытами доказано, что листья восточной формы испаряют воду значительно меньше, чем листья западной. Все эти отличия прострела на западе Европы от прострела на восто­ке носят приспособительный характер. Между западной и вос­точной формами прострела существует непрерывный ряд пере­ходных форм.

В средней полосе России произрастает более 20 видов лютика. Все они произошли от одного вида. Потомки его заселили различные места обитания – степи, леса, поля – и благодаря изоляции обособились друг от друга сначала в подвиды, потом в виды.

Вид синица большая представляет сложный комплекс популя­ций и подвидов, находящихся на разных ступенях изоляции. Ареалы трех подвидов синицы большой – евроазиатского, южно­азиатского и восточноазиатского – образуют кольцо вокруг Центральноазиатского нагорья – кольцевой ареал. Подвиды занимают хорошо очерченные ареалы, но в зонах контакта южноазиат­ские синицы скрещиваются с двумя другими подвидами. Восточноазиатские и евроазиатские, обитая совместно в долинах верхнего Амура не скрещиваются. Обособление ареалов синиц и образование их подвидов связано с наступлением ледника.

В озере Байкал живут многие виды и роды ресничных плоских червей, ракообразных и рыб, больше нигде не встречающиеся, так как озеро отделено от других водных бассейнов горными хребтами уже около 20 млн. лет.

Экологическое видообразование происходит в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, но условия обитания у них оказываются различными. Под влия­нием движущих сил эволюции изменяется их генный состав. Через множество поколений эти изменения могут зайти так далеко, что особи разных популяций одного вида не будут скрещиваться между собой, возникнет биологическая изоляция, что характерно, как правило, для разных видов. Например, один вид традескан­ции сформировался на солнечных скалистых вершинах, а дру­гой – в тенистых лесах. В пойме нижней Волги образовались виды житняка, костра, щетинника (мышея), которые дают се­мена до разлива реки или после него. Этим они обособлены от исходных видов, растущих на незаливаемых местах и осеменяю­щихся по преимуществу во время разлива.

В связи с разным количеством укосов и сроками их у полу­паразитирующего растения погремка большого (сем. норичнико­вых) образовались новые подвиды. Сначала образовался под­вид погремок большой летний, затем он разбился на два под­вида – погремок большой весенний раннеспелый и погремок большой летний позднеспелый.

Пять видов синиц образовались в связи с пищевой специа­лизацией: синица большая питается крупными насекомыми в садах, парках; лазоревка добывает мелких насекомых в щелях коры, в почках; хохлатая синица питается семенами хвойных деревьев; гаичка и московка питаются преимущественно насеко­мыми в лесах разных типов.

Популяции севанской форели различаются по срокам нереста, местам и глубине нерестилищ (озеро, река).

Видообразование продолжается и в наше время. Вид черный дрозд в настоящее время распадается на две группы, еще не различимые внешне. Одна из них обитает в глухих лесах, другая держится близ жилья человека. Это можно считать началом образования двух подвидов. Популяции и подвиды иногда неразличимы. Географическая изоляция может в дальнейшем присовокупить действие экологической, поэтому трудно установить границы каждого способа видообразования. Образованием нового вида завершается микроэволюция.

3. Понятие о микроэволюции.

Образование новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов – это процесс микроэволюция. Она доступна непосредственному наблюдению и изучению, так как может происходить в исторически короткое время. На разных этапах микроэволюции один способ сменяет другой или они действуют совместно.

4. Результаты эволюции.

Эволюция имеет три тесно связанных важнейших следствия:

  1. постепенное усложнение и повышение организации живых существ;

  2. относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды;

  3. многообразие видов.

Фронтальный опрос:

1. Как объяснить возникновение предостерегающей окраски у насекомых?

2. Приведите при­меры, кроме указанных в тексте, относительной приспособленности у растений и животных.

3. Как объяснить относительный характер приспособленности?

4.Что называют дивергенцией?

5.Какими чертами характеризуется микроэволюция?

6. Приведите примеры образо­вания новых видов разными способами и поясните их.

7. Как объяснить одновременное сосуществование в природе низших и высших организмов?

8. Каковы результаты эволюции? Поясните примерами.

    1. Итоговое занятие по разделу:

«Эволюционное учение».

  1. Историческое развитие науки.

2. Развитие эволюционных представлений (работы К. Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ч.Дарвина).

3. Дарвинский период в развитии теории эволюции.

4. Основные положения учения Ч.Дарвина.

5. Значение дарвинизма.

6. Вид. Критерии вида.

7. Популяция – единица эволюции.

8. Наследственность и изменчивость как движущие силы эволюции.

9. Формы изменчивости.

10. Роль наследственности и изменчивости в эволюционном процессе.

11. Сущность естественного и искусственного отборов.

12. Творческая роль естественного и искусственного отборов.

13. Формы естественного отбора.

14. Формы борьбы за существование.

15. Сравнительная характеристика естественного и искусственного отборов.

16. Приспособленность организмов и её относительность.

17. Механизм видообразования.

18. Понятие о микроэволюции.

19. Результаты эволюции.

Контрольная работа

I вариант

1. Развитие теории эволюции (работы К. Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ч.Дарвина).

2. Популяция – единица эволюции.

3. Приспособленность организмов и её относительность.

4. Формы естественного отбора.

5. Экологическое видообразование.

6. Дайте определение понятиям «наследственность», «вид», «комбинативная изменчивость».

II вариант

  1. Основные положения теории Ч.Дарвина.

  2. Вид. Критерии вида.

  3. Изменчивость. Виды изменчивости.

  4. Сравнительная характеристика искусственного и естественного отборов.

  5. Географическое видообразование.

  6. Дайте определение понятию «микроэволюция», «популяция», «наследственность».

Сравнение действия искусственного и естественного отборов.

Естественный отбор

Искусственный отбор

  1. Основа – наследственная изменчивость (доставляет материал для отбора).

  2. Создаются новые формы: виды

  3. Отбирающим фактором являются условия окружающей среды. Отбираются любые жизненно важные признаки. Действует только на пользу популяции и вида в целом.

  4. Возникают виды, приспособленные к жизни в определенных условиях окружающей среды.

  5. Более древний отбор (в течение всей истории органического мира)

1.Основа – наследственная изменчивость (доставляет материал для отбора).

2. Создаются новые формы: породы и сорта.

3.Человек отбирает особей по замеченным признакам и направляет действие отбора в желательную ему сторону, при этом признаки могут оказаться вредными для организма (лучшие породы свиней и молочного скота не могли бы существовать в природе без заботы человека).

4.Создаются породы домашних животных и сорта культурных растений, приспособленные человеком к его потребностям и намеченным целям.

5.Более молодой (с началом земледелия и приручения животных).

Изменчивость

Ненаследственная (модификационная) – не связана с изменением генотипа и в последующих поколениях не передается. Спектр модификационной изменчивости ограничен пределами и носит название норма реакции. Норма реакции отражает определенные пределы изменчивости (размеры листьев деревьев могут отличаться в зависимости от режима освещения). У человека не все признаки способны к модификациям под влиянием внешних условий (группа крови, пигментация кожи и др.) белокочанная капуста при возделывании в жарких странах не образует кочана. Породы лошадей, завезенные в горы или на острова, где пища недостаточно питательна, со временем становятся низкорослыми.

Наследственная – затрагивает хромосомы или гены.

1) мутационная изменчивость. Мутации – редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном, целые хромосомы, их части или отдельные гены.

а) геномные – приводят к изменению числа хромосом;

б) хромосомные – перестройки хромосом:

— дупликация – удвоение участка;

— делеция – нехватка участка;

— инверсия – поворот участка на 180

-транслокация – перемещение участка на негомологичную хромосому;

в) генные (точковые) – изменения последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК

г) генеративные – возникают в клетках половых зачатков и зрелых половых клетках;

д) соматические – возникают во всех клетках тела (кроме половых).

2) комбинативная – половое размножение организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов. Исключение – однояйцовые близнецы, степень идентичности которых очень велика.

Длинная шея у жирафа появилась не при добывании пищи

  • Генри Николз
  • BBC Earth

Автор фото, Edwin Giesbersnaturepl.com

Большинство из нас полагают, что длинные шеи жирафов призваны помочь им дотягиваться до листьев на верхушках деревьев. Однако ученые говорят, что эта гипотеза абсолютно ошибочна.

Жираф является самым высоким наземным животным планеты, в первую очередь благодаря невероятной длине своих конечностей и шеи. Самцы достигают 5,5 метров в высоту, самки, как правило, немного ниже.

Благодаря своему росту в дикой природе эти красивые существа питаются листьями верхушек деревьев, к которым не могут дотянуться антилопы, куду и даже слоны.

Автор фото, Anup Shahnaturepl.com

Підпис до фото,

Жираф является самым высоким наземным животным планеты

Именно поэтому возник популярный миф о том, что шея у жирафов вытянулась при добывании пищи.

Считается, что впервые эту гипотезу выдвинул французский зоолог Жан-Батист Ламарк.

Поскольку жирафы живут «в очень засушливой местности, в которой почти ничего не растет на земле, они вынуждены искать корм на деревьях и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до него», писал ученый в монографии 1809 года «Философия зоологии».

«От этой привычки на протяжении тысячелетий передние конечности животного стали длиннее, чем задние, а шея очень вытянулась», — сделал вывод исследователь. Процесс эволюции ученый объяснял тем, что шея и ноги каждого животного немного вытягивалась в течение жизни. Этот признак передавался по наследству, поэтому каждое следующее поколение наследовало более длинные конечности и шею.

Автор фото, Charlie Summersnaturepl.com

Підпис до фото,

Жирафы способны дотянуться до макушек очень высоких деревьев

Английский натуралист Чарльз Дарвин также связывал очень длинные ноги и шею жирафов с добыванием корма. «Весь организм этого невероятного существа хорошо приспособлен для поиска пищи на верхних ветвях деревьев», — писал он в «Происхождении видов» в 1859 году.

Впрочем, Дарвин не согласен с Ламарком относительно того, как проходили эволюционные изменения. Он считал, что шея жирафов является результатом многократного «естественного отбора». У длинношеих жирафов есть больше шансов на выживание в трудные времена, чем у их короткошеих соперников.

В отличие от Ламарка Дарвин на удивление верно понимал механизмы эволюции.

К сожалению, пример с жирафом — это почти единственное, что упоминается из работ Ламарка, хотя это было лишь попутное замечание из множества исследований ученого. Впрочем, мало кому известен тот факт, что Ламарк во многом предвосхитил идеи эволюции и заметно повлиял на открытия, сделанные Дарвином.

Автор фото, DenisHuotnaturepl.com

Підпис до фото,

Жирафы Масаи

В 1996 году зоологи Роберт Симмонс и Лу Шиперс выдвинули несколько аргументов, которые опровергали идею Дарвина и Ламарка.

Автор фото, DenisHuotnaturepl.com

Підпис до фото,

Жирафам удобнее питаться, согнув шею

«Во время засухи (когда конкуренция за пищу становится более жесткой) жирафы обычно питаются листьями низких кустарников, а не высоких деревьев», — писали исследователи в журнале American Naturalist. К тому же, жирафы чаще едят, согнув шею, очевидно потому, что так удобнее.

Существует и другой вопрос: почему шея у жирафов почти на 2 метра длиннее шеи любого их конкурента за пищу? Даже для эволюции это слишком.

Симмонс и Шиперс выдвинули альтернативную теорию. Длинная шея является результатом отбора полового партнера. Эта гипотеза получила название «шея как средство полового отбора».

Автор фото, Anup Shahnaturepl.com

Підпис до фото,

С помощью шеи жираф устанавливает дружеские отношения или борется с другими жирафами

Первая часть доказательств касается того факта, что длина шеи у обоих полов заметно отличается. Шея и голова самцов больше, чем у самок, а это является серьезным свидетельством полового отбора.

С помощью шеи и головы жирафы-самцы часто устраивают поединки за право на спаривание с самками.

«Череп самцов очень крепок в верхней задней части, и они пользуются им как орудием, нанося удары по шее, груди, ребрам или ногам противника и пытаясь сбить его с ног», — объясняют Симмонс и Шиперс.

В одном экстремальном случае, о котором сообщалось в 1960-х годах, самец пробил шею своего противника чуть ниже уха. Позвоночник несчастного животного раскололся, вызвав смерть.

Более крупные самцы обычно выигрывают в таких состязаниях и получают доступ к большинству самок, отмечает зоолог Энн Иннис Дегг из Университета Ватерлоо в Канаде, которая занимается исследованием животных с 1950 года. «У остальных жирафов меньше возможностей для продолжения своего рода».

Автор фото, CherylSamantha Owennaturepl.com

Підпис до фото,

Жирафы являются символом эволюции

Есть также свидетельства, что самки во время спаривания отдают предпочтение более крупным самцам. По мнению ученого, все это свидетельствует о том, что длинная шея жирафов скорее результат полового отбора, чем добывания пищи.

И наконец, в отношении жирафов существует еще одно заблуждение, на которое Дегг стремится обратить внимание. Это идея о том, что жирафов в мире много, и нам не стоит беспокоиться о сохранении этого вида.

Сейчас существует девять различных подвидов жирафов. Два из них — западно-африканский жираф (Giraffa camelopardalis peralta) и жираф Ротшильда (G. camelopardalis rothschildi) — находятся под угрозой вымирания и внесены в Красный список Международного союза охраны природы.

Несколько других подвидов в скором времени также могут попасть в Красную книгу, отмечает Дегг.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке вы можете на сайте .

Взаимосвязь движущих сил эволюции. Формы естественного отбора, виды борьбы за существование / Справочник :: Бингоскул

Взаимосвязь движущих сил эволюции

Дарвин считал основными движущими силами эволюционного процесса наследственную изменчивость, борьбу за существование и естественный отбор. Между ними существуют сложные взаимоотношения.

Наследственность характеризует способность живых организмов передавать потомству видовые признаки. Некоторые индивидуальные свойства также могут передаваться.

Изменчивость — непохожесть живых организмов друг на друга. Двух одинаковых живых организмов одного вида или клонов в природе не существует. Однояйцевые близнецы имеют малозаметные, но все же отличия.

Дарвин различал определенную (групповую) и неопределенную (индивидуальную) изменчивости. Первая разновидность возникает под действием конкретного фактора и проявляется почти одинаково у всех особей вида. Признаки могут отсутствовать у потомков, если вызвавшие их условия исчезают.

Неопределенная изменчивость — это те особенности, которые возникают у отдельной особи и передаются потомкам. Такие признаки могут не иметь приспособительного характера. Впоследствии, определенную изменчивость стали считать ненаследственной,  а неопределенную — наследственной.

Дарвин выяснил роль избыточного репродуктивного потенциала — усиленного размножения живых организмов. Появляется гораздо больше потомков, чем это необходимо для сохранения численности популяции. Жизненные ресурсы ограничены, поэтому неизбежно возникает борьба за существование не только конкретной особи, но и за оставление потомства.

Наблюдается дивергенция — генетическая и фенотипическая непохожесть групп особей. Различия наблюдаются по отдельным признакам. Выживают и размножаются особи, случайно оказавшиеся более приспособленными к условиям существования. 

Различия внешнего и внутреннего строения и функций, возникшие вследствие изменчивости организмов, служат материалом для эволюции. Сохраняются и передаются потомству те приспособления, которые обеспечивают выживание и воспроизводство. Происходит образование новых видов, осуществляется прогрессивная эволюция.

Взаимодействие между факторами эволюционного процесса носит глубокий и постоянный характер. Мутации возникают случайно, появившиеся изменения не носят направленный характер. Сами по себе они не обеспечивают приспособление живых организмов к условиям среды обитания.

Естественный отбор получил свое название за то, что «сортирует» случайно возникшие изменения. Однако, без соответствующего материала, поставляемого мутациями, эта сила не может проявиться.

Процесс аналогичен тому, что происходит при выведении новых сортов растений и пород животных. Человек отбирает организмы из уже существующих по нужным ему признакам — урожайности, декоративным свойствам, качеству плодов, цвету и длине шерсти, оперения (рис. 1). Сохранение происходит с помощью избирательного размножения, искусственного разведения.

Рис. 1 Породы голубей: 1 — почтовый сизый; 2 — космач красночистый; 3 — черно-пегий турман; 4 — николаевский красный; о — павлиний белый; 6 — дутыш

Таким образом, мутационный процесс лежит в основе изменчивости; естественный отбор и поток генов производят «сортировку» возникающих изменений. Запускается процесс микроэволюции, вбирающий в себя два противоположных направления. Происходит создание генотипической изменчивости, однако сохраняются не все возникшие изменения.

Сложность существующего взаимодействия доказывает пример с заболеванием гемофилией у человека (пониженной свертываемостью крови). Опасное нарушение в условиях отсутствия медицинской помощи приводит к гибели людей, особенно в детском возрасте. При гемофилии любая рана, даже небольшие повреждения тканей сопровождаются сильным кровотечением.

Причина заболевания — рецессивная мутация гена Н (Xh), сцепленного с полом. Гемофилия у женщин встречаются очень редко. Рецессивный ген, кодирующий заболевание, не проявляется. Случаи получения девочкой таких генов от каждого из родителей малочисленны.

Сыновья носительниц гена Н (Xh) наследуют гемофилию. Вторая половая хромосома у мужчин — Y. Рецессивный ген проявляется в единственной хромосоме X. Если такие мужчины умирают до половой зрелости, то соответствующая аллель должна постепенно исчезнуть из популяции.

Однако, частота гемофилии со временем не снижается. Причина — предрасположенность к повторным мутациям в том же локусе. Например, королева Виктория передала заболевание крови трем поколениям отпрысков. Постоянная частота гемофилии является результатом равновесия между возникающими мутациями и действием естественного отбора.

Формы естественного отбора, виды борьбы за существование

Фенотип организма формируется вследствие взаимодействия его генотипа с внешней средой. Сущность процесса «сортировки» в природе отражает формула: «выживание и оставление потомства наиболее приспособленными особями + гибель менее приспособленных = естественный отбор». Сохранение в популяции определенных фенотипов, избирательная передача генов следующему поколению носит дифференцированный характер (неслучайный).

Различают несколько типов естественного отбора:

  1. стабилизирующий;
  2. движущий;
  3. разрывающий;
  4. половой.

При этом, скорость эволюционных преобразований во многом зависит от количества существующего генетического материала. Процесс происходит быстрее при большем разнообразии геномов, вариантов мутации в популяции.

Движущий отбор

Вид быстро приспосабливается в быстро изменяющихся условиях. Классический пример движущего отбора — потемнение крыльев бабочки-пяденицы в Англии, при загрязнении стволов деревьев сажей из-за выбросов промышленных предприятий, вследствие индустриальной революции. Птицы легко обнаруживали светлоокрашенных насекомых на фоне закопченных стволов. В популяции появились и стали преобладающими формами пяденицы с темными крыльями.

Действие движущего отбора не приводит к полному исчезновению исходной формы. Так, в Англии были предприняты меры по охране атмосферного воздуха от выбросов. Ситуация с загрязнением природы изменилась в лучшую сторону. В популяции бабочек наблюдается возвращение исходной светлой окраски крыльев.

Стабилизирующий

Тип отбора, при котором поддерживаются средние проявления каких-либо признаков в постоянных условиях. Действие стабилизирующего отбора ярко проявляется, если признаки являются оптимальными в неизменяющейся внешней среде. Например, сохранение у теплокровных животных относительно постоянной температуры тела.

Облик кистеперой рыбы латимерии почти не изменился с доисторических времен. «Живое ископаемое» обитает в глубоководных пещерах, где температура, прозрачность, состав воды не изменяются веками.

Разрывающий или дизруптивный

Отбор сохраняет две крайние формы одного и того же признака. Одна популяция «разрывается» на две, почти не взаимодействующие, половины. Это может произойти в том случае, если между частями одной популяции возникает непреодолимая преграда. Например, река меняет русло, разделяя популяцию растения. Со временем, на противоположных берегах возникают подвиды, затем два разных вида луговых трав.

Половой

Особая форма естественного отбора происходит по признакам, не имеющим прямого приспособительного значения. Ветвистые рога, красивые длинные перья и другие внешние особенности могут способствовать успеху в размножении, так как делают особь привлекательнее для противоположного пола. Половой отбор влияет на развитие и проявление репродуктивных функций. От последних зависят изменения морфофизиологические особенностей и поведения.

Разные типы естественного отбора в «чистом» виде не существуют. В природе происходит комбинирование, преобладание того или другого по мере изменения среды обитания. Наиболее частая последовательность: действие движущего отбора сменяется стабилизирующим. Так оптимизируется существование вида в новых условиях.

Различают индивидуальный и групповой отбор. Действие первого приводит к устранению от участия в размножении менее приспособленных индивидов. Групповой направлен на лучшее сохранение признака, который полезен не одной особи, а всей группе. Давление этой разновидности отбора может привести к вымиранию целой популяции, вида или более крупных систематических групп организмов.

К результатам естественного отбора относят следующие явления и процессы:

  • Приспособленность организмов к среде обитания.
  • Увеличение числа биологических видов, родов в природе.
  • Изменение, усложнение организмов.

Борьба за существование

Сложное взаимодействие существует между особями одного и разных видов, между организмами и абиотическими факторами. Все богатство взаимосвязей между организмами можно условно разделить на две группы — конкуренция и взаимопомощь.

Борьба за существование — взаимоотношения, определяющие успех или неудачу определенной особи в выживании и оставлении потомства. Одна из ведущих причин этого процесса — рождение избыточного числа организмов по отношению к доступным ресурсам питания, воды, мест обитания. Справедливо и то, что высокая рождаемость в популяциях обусловлена тем, что не все особи выживают в конкретных условиях и могут оставить плодовитое потомство.

Внутривидовая борьба за существование

  • Возникает конкуренция между организмами, относящимися к одному биологическому подвиду и виду. Особи соперничают между собой из-за нехватки половых партнеров, убежищ, в целом территориальных ресурсов, пищи. Результат — выживание наиболее приспособленных особей.
  • Более острая внутривидовая борьба разворачиваются в растущих популяциях, при стремительном увеличении численности. Соперничество может быть прямым (за корм, места размножения) и косвенным (по устойчивости к неблагоприятным факторам среды, паразитам, хищникам).

Межвидовая борьба за существование

  • Характерна для разных видов, которым требуются одна и та же пища, территория, сходные условия обитания. Межвидовая борьба обостряется при ухудшении природных факторов, вследствие климатических изменений, сокращения территории из-за распашки, затопления, других искусственных и естественных причин.

Дарвин еще выделял в качестве одного из видов борьбы за существование взаимодействие организмов со средой. Внешние факторы могут приводить к расцвету группы организмов или к гибели большого количества особей. Например, значительная часть зимующих насекомых погибает, если весной после оттепелей возвращаются морозы.

Источник изображения:
Рис. 1 — de-ussr.ru 

 

Смотри также:

 

 

Зачет за 1 полугодие для 10 химикобиологического класска

Зачетная работа по биологии за 1 полугодие для 10 хим/био.

1 вариант

1 Задание: выбрать 1 правильный ответ

1.При какой форме изменчивости изменяется лишь фенотип:

а)Групповая б) Индивидуальная в)соотносительная г) комбинативная

2.Какая форма изменчивости приводит к дивергенции:

а)определенная б)неопределенная

3.Когда началась геологическая история Земли:

а)свыше 6 млрд. б)6 млрд. в) 3.5 млрд. лет тому назад

4.Где возникли первые неорганические соединения:

а)в недрах Земли б)в первичном океане в) в первичной атмосфере

5.Какие виды приспособительной эволюции служат ее движущими силами:

а)идиоадаптации б)ароморфозы в)дегенерации

6.В отложениях какой эры находят следы первых беспозвоночных:

а)мезозой б)кайнозой в)протерозой г)палеозой

7.Когда появились ланцетники:

а)мезозой б)кайнозой в) протерозой г)палеозой

8.От кого произошли гиббоны и орангутаны:

а)парапитеки б)проплиопитеки в)дриопитеки

9.От каких обезьян произошли человекообразные:

а)проплиопитеки б)дриопитеки в)парапитеки

10.К каким людям относят питекантропа, синантропа:

а)древние б)древнейшие в)новые

2 Задание :дать короткий ответ

Что такое борьба за существование и какие у нее формы?

Какова роль социальных и биологических факторов в эволюции человека?

3 Задание: дать определение следующим терминам:

Изменчивость

Идиоадаптация

Человеческие расы

Рудименты

Зачетная работа по биологии за 1 полугодие для 10 хим/био

2 вариант

1 Задание: выбрать 1 правильный ответ

1.Почему неопределенная изменчивость представляет основу эволюции:

а)признаки наследуются б)признаки не наследуются

2.Что является главной движущей силой эволюции

а)изменчивость б)наследственность в)естественный отбор

3.Что явилось предпосылкой возникновения первичного океана:

а)охлаждение атмосферы б)опускание суши в)появление подземных источников

4.Возникновение каких организмов создало условия для развития животного мира

а)бактерии б)синезеленые водоросли в)зеленые водоросли

5.Когда началось господство беспозвоночных и бесчерепных

а)архей б) протерозой в) палеозой

6.На какой период приходится расцвет земноводных

а)силур б)девон в) каменно-угольный

7.В каком периоде освоили воздушную среду паукообразные а)кембрий б)ордовик в)силур

8.У каких людей возникли социальные отношения

а)кроманьонцы б)неандертальцы в)синантропы

9.Что появилось раньше

а)общество б)речь

10.Какой человек стал именоваться человеком разумным

а)неандерталец б)кроманьонец в)синантроп

2 Задание: дать короткий ответ

Какие признаки свидетельствуют о происхождении человека от животного?

Что такое дивергенция и в результате чего она происходит у видов?

3 Задание: дать определение следующим терминам Наследственность Атавизмы Расизм Гомологичные и аналогичные органы

69. Формы изменчивости организмов — модификационная, комбинативная, мутационная. Их значение в онтогенезе и эволюции.

Изменчивость – способность организма изменять свои признаки и свойства.

Формы изменчивости:

  • Модификационная (ненаследственная): приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства (породы лошадей и коров завезенные в горы, становятся низкорослыми)

  • Комбинативная (наследственная): распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора (появление розовых цветков при скрещивании белоцветковой и красноцветковой примул)

  • Мутационная (наследственная): материал для естественного и искусственного отбора, т.к. мутации могут быть полезными, вредными и безразличными, доминантными и рецессивными (появление полиплоидных форм в популяции растений, лап у некоторых животных, приводит к их репродуктивной изоляции и образованию новых видов – микроэволюция)

70. Норма реакции. Адаптивный характер модификаций. Роль наследственности и среды в развитии, обучении и воспитании человека.

Норма реакции – предел модификационной изменчивости признака, обусловленной генотипом. Качественные признаки, такие как окраска шерсти животных, цветка растений, имеют узкий предел изменчивости, поскольку являются жизненно важными (окраска животных играет защитную роль, окраска венчика цветка привлекает насекомых опылителей). Количественные признаки, например масса животного, размеры листьев изменяются довольно в широких пределах. Норма реакции выражается в виде вариационного ряда или вариационной кривой.

Наследственность – способность организма передавать следующему поколению свои признаки и свойства, т.е. воспроизводить себе подобных.

Адаптивный характер модификаций – приспособительный характер, который расширяет возможности организма к выживанию и размножению в данных условиях окружающей среды.

Взаимодействие наследственности и среды в развитии человека играет важную роль на  протяжении всей его жизни. Но особую важность оно приобретает в периоды формирования организма: эмбриональ­ного, грудного, детского, подросткового и юношеского. Именно в это время наблюдается интенсивный процесс развития организ­ма и формирования личности.

Наследственность определяет то, каким может стать организм, но развивается человек под одновременным влиянием обоих фак­торов — и наследственности, и среды. Сегодня становится обще­признанным, что адаптация человека осуществляется под влия­нием двух программ наследственности: биологической и социальной. Все признаки и свойства любого индивида являются результатом взаимодействия его генотипа и среды. Поэтому каждый человек есть и часть природы, и продукт общественного развития.

71. Мутационная изменчивость, классификация мутаций по изменению в генотипе. Генные мутации. Роль их в патология человека.

Мутации – качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа. Представляют собой стойкие изменения наследственного материала. Качественные изменения не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины Являются ненаправленными изменениями генотипа – они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма. Могут повторяться. Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений.

«Факторы эволюции. Наседственность,изменчивость

Урок 6: Факторы эволюции. Наследственность, изщменчивость.

Цель: знать о наследственной изменчивости и ее основных типах. Уметь давать характеристику комбинативной и мутационной изменчивости. Знать  причины возникновения и основные типы мутаций. 

Ожидаемые результаты: знают об основных типах наследственной изменчивости, причины возникновения и типы мутаций. 

Оборудование: учебник, раздаточный материал, видеофильм, листы оценивания с критериями. Проблема факторов эволюции составляет центральную проблему системы дарвинизма. Уже указывалось, что ведущими факторами эволюции являются: изменчивость, наследственность и отбор.

ХОД УРОКА

  1. Организационный момент.

  2. Актуализация опорных знаний

  3. Изучение нового материала.

Обратимся к рассмотрению изменчивости. Учение об изменчивости слагается из следующих подчиненных проблем:

  • Определение понятия об изменчивости.

  • Формы изменчивости.

  • Причины изменчивости.

  • Значение различных форм изменчивости в эволюционном процессе.

Вопросы изменчивости трактуются не только в системе дарвинизма, но также в пределах других биологических наук. Любое биологическое явление может быть освещено с различных сторон. Задачей дарвинизма, как науки, должно быть изучение изменчивости, как первичного фактора эволюционного процесса. Решение этой задачи отчасти связано с точным определением явления изменчивости. В основу должны быть положены работы Ч. Дарвина. Большое значение для выработки дарвинистского определения изменчивости имеют также работы К. Тимирязева.

Определение понятия изменчивости

Дарвин уделял изменчивости огромное внимание. Ей посвящена особая глава «Происхождения видов» и ряд глав другой его работы «Изменение животных и растений в состоянии одомашнения». Анализ дарвиновской постановки проблемы изменчивости выясняет следующие положения.

Во-первых, Дарвин рассматривал изменчивость, как процесс, который проявляется в результате полового и бесполового размножения. Во-вторых, Дарвин стремился показать, что изменчивость, сама по себе, не есть эволюционный процесс, т. е. не адекватна ему, оставаясь лишь элементарным источником эволюционного процесса, в частности процесса видообразования. Эти представления легли также в основу взглядов К. А. Тимирязева. В последарвиновскую эпоху изменчивость изучалась многими исследователями в этом же освещении. Однако, в начале XX века проблема изменчивости была вовлечена в русло антидарвинистических представлений. Это повлияло на общую оценку явления изменчивости. Учение об изменчивости было выделено из системы дарвинизма и вошло в состав генетики. Органические связи между учением об изменчивости и системой дарвинизма были, таким образом, в значительной степени утрачены, а сам дарвинизм стал трактоваться, как прошлое науки.

Так, Иогансен (1903), обосновывая положение учения об изменчивости в системе генетики, пришел к выводу, что можно различать три группы явлений изменчивости:

1) Различия внутри наиболее узких систематических групп, т. е. внутри «чистых рас», входящих в состав вида; 2) различия видовые, характеризующие виды; 3) различия, наблюдаемые у бастардов, т. е. у форм, полученных в результате скрещивания.

По Иогансену, генетику интересуют только первая и третья группа изменений. Вторая группа изменений — предмет исследования систематиков. О связях проблемы изменчивости с эволюционной теорией, а тем более с дарвинизмом, в этой классификационной схеме — ничего не говорится. Иогансен указывает также, что учение о наследственности (куда включается и учение об изменчивости) лучше всего изучать независимо от эволюционного учения, тогда как последнее немыслимо без первого.

Из сказанного вытекают следующие выводы. Во-первых, изменчивость можно трактовать, как явление, как бы не имеющее обязательных связей с процессом эволюции. Во-вторых, в соответствии с этим положением, изменчивость можно рассматривать, как явление различий. Такое понимание изменчивости получило широкое распространение и вошло в литературу, в том числе учебную. Так, Филипченко (1915) предложил следующее определение изменчивости: «мы понимаем под изменчивостью наличие различий как между особями, так и между группами особей, относящимися к одному виду».

Им было также подчеркнуто, что изменчивость можно изучать двояко: как состояние (наличие различий) и как процесс. На возможность этих двух аспектов указал еще Дженнингс (1908). Филипченко считает, что первое понимание изменчивости статично, тогда как второе рассматривает динамику изменчивости.

Изучение «изменчивости, как статики», получило широкое распространение, и в ряде случаев оно удовлетворяло исследователей, изучавших изменчивость вне проблем эволюции. К. А. Тимирязев тотчас обратил на это внимание и указал, что «нередко смешивают изменчивость с простым фактом наличности различий». По Тимирязеву, под изменчивостью «должно разуметь… превращения органических существ, возникающие во времени». Таким образом, Тимирязев рассматривал изменчивость, как процесс. Именно это понимание изменчивости и должно быть положено в основу дарвинистской интерпретации ее.

Вторым вопросом, который был поднят Тимирязевым, является проблема содержания процесса изменчивости. Им было указано, что речь идет о возникновении «совершенно новых особенностей строения или отправления» организмов. Наконец, по Тимирязеву, в определение изменчивости должно быть включено представление о таких новых изменениях, которые означают «отклонения от видового типа».

Синтезируя сказанное выше, мы будем придерживаться следующего определения изменчивости: изменчивость есть процесс возникновения конкретных новых особенностей, представляющих отклонения от видового типа и ведущих к развитию различий между особями.

Это определение ближе к задачам дарвинизма, так как оно трактует изменчивость, как материал для эволюционного процесса. С другой стороны, оно не закрывает и не может закрыть возможности и необходимости изучать различия, так как исследование последних остается главным источником наших знаний о самом процессе изменчивости и ее результатах. Однако не надо забывать, что явление различий есть не изменчивость, а ее результат.

Таким образом, различия безусловно нужно изучать. Однако, нужно помнить, что они возникли и возникают и, что то состояние различий, которое исследователь регистрирует, есть известный этап процесса изменчивости, засеченный в момент наблюдения.

Формы изменчивости:

Синтезируя данные современной ему науки, Дарвин предложил различать несколько форм изменчивости.

В таблице дается принятая классификационная схема форм изменчивости, сопоставленная с терминологией Дарвина.

Современная терминология

Терминология Дарвина

1. Мутация

1. Наследственная неопределенная индивидуальная (единичная) изменчивость.

2. Модификация

2. Ненаследственные индивидуальные или массовые определенные изменения.

3. Корреляция

3. Коррелятивная или соотносительная (зависимая) изменчивость.

4. Комбинативная изменчивость

4. Изменчивость, возникающая вследствие скрещивания.

Таким образом, неверно ставить знак равенства между мутацией и дарвиновской неопределенной изменчивостью, что иногда делается. Можно лишь поставить знак равенства между термином «мутация» и термином наследственная неопределенная изменчивость. Столь же неверна попытка приравнивать термин «модификация» к термину Дарвина «определенная изменчивость». В этом случае необходимо оговорить, что модификация есть ненаследственная определенная изменчивость — индивидуальная или массовая.

Рассмотрев классификационную схему изменчивости, перейдем к систематическому изучению форм ее. Предварительно, однако, остановимся на некоторых важных терминологических понятиях, без которых излагать учение об изменчивости трудно.

Наследственность — это свойство живых организмов сохранять и передавать потомству особенности своего строения и развития. Благодаря наследственности из поколения в поколение сохраняются признаки вида, сорта, породы, штамма. Связь между поколениями осуществляется при размножении через гаплоидные или диплоидные клетки.

Из органоидов клетки ведущая роль в наследственности принадлежит хромосомам, способным к самоудвоению и формированию с помощью генов всего комплекса характерных для вида признаков.В клетках каждого организма содержатся десятки тысяч генов. Вся их совокупность, характерная для особи вида, называется генотипом.

Изменчивость противоположна наследственности, но неразрывно с ней связана. Она выражается в способности организмов изменяться. Благодаря изменчивости отдельных особей популяция оказывается разнородной. Дарвин различал два основных типа изменчивости.

Ненаследственная изменчивость возникает в процессе индивидуального развития организмов под влиянием конкретных условий среды, вызывающих у всех особей одного вида сходные изменения, поэтому Дарвин эту изменчивость назвал определенной. Однако степень таких изменений у отдельных индивидуумов может быть различной. Например, у травяных лягушек низкие температуры вызывают темную окраску, но интенсивность ее у разных особей различна. Дарвин считал модификации не существенными для эволюции, так как они, как правило, не наследуются.

Наследственная изменчивость связана с изменением генотипа особи, поэтому возникшие изменения наследуются. В природе мутации появляются у единичных особей под влиянием случайных внешних и внутренних факторов. Характер их предсказать трудно, поэтому Дарвин эту изменчивость. назвал неопределенной. Мутации бывают незначительными и существенными и затрагивают различные признаки и свойства. Например, у дрозофилы под влиянием рентгеновских лучей изменяются крылья, щетинки, окраска глаз и тела, плодовитость и т. д. Мутации могут быть полезными, вредными и безразличными для организма.

К наследственной изменчивости относится комбинативная изменчивость. Она возникает при свободных скрещиваниях в популяциях или при искусственной гибридизации. В результате рождаются особи с новыми сочетаниями признаков и свойств, отсутствовавшими у родителей (см. о дигибридном скрещивании, новообразованиях при скрещиваниях, перекресте хромосом в главе «Основы генетики и селекции»). Соотносительная изменчивость также наследственна; она выражается в том, что изменение одного органа вызывает зависимые изменения других. Например, у гороха с пурпурными цветками всегда с таким же оттенком черешки и жилки листьев. У болотных птиц длинные конечности и шея всегда сопровождаются длинными клювом и языком. Наследственную изменчивость Дарвин считал особенно важной для эволюции, так как она служит материалом для естественного и искусственного отборов при образовании новых популяций, видов, сортов, пород и штаммов.

Типы наследственной изменчивости.

   Наследственная — генотипическая, индивидуальная, мутационная. Она передается по наследству, проявляется лишь у отдельных особей, внезапно в результате мутаций.

Она бывает:

А) комбинативной— возникающей         в результате перекомбинации хромосом в процессе полового размножения и участков хромосом в процессе кроссинговера

Б) мутационной — возникающей в результате внезапного изменения состояния генов. Наследственные изменения генетического материала называют мутациями.

 Мутации — внезапные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организмов. Термин «мутация» впервые ввел в науку голландский генетик Г, Де Фриз. Проводя опыты с энотерой (декоративное растение), он случайно обнаружил экземпляры, отличающиеся рядом признаков от остальных (большой рост, гладкие, узкие и длинные листья красные жилки листьев и широкая красна» полоса на чашечке цветка и г. д.). Причем при семейном размножение растения из поколения в поколение стойко сохраняли эта признаки. В результате обобщения своих наблюдений

Де Фриз создал мутационную теорию, основные положения которой не утратили своего значения и по сей день:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без вся­ких переходов.

2.  Мутации наследственны, т.е. стойко передаются из по­коления в поколение.

3.  Мутации не образуют непрерывных радов, не группируют­ся вокруг среднего типа (как при кодификационной измен­чивости), они являются качественными изменениями.

4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.

5.  Одни и те же мутации могут возникать повторно.

6. Мутации индивидуальны,то есть возникают у отдель­ных  особей.
Процесс возникновения мутаций называют мутагенез,

организмы, у которых произошли мутации, — мутанта­ми, 

а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

4.   Мутации по характеру изменения генотипа:

А)  генные- изменение последовательности расположения нуклеотидов в ДНК на определенном участке гена. Ген кодирует синтез первичной структуры белка. При нарушении последовательности аденина, Тимина, цитозина и  гуанина нарушается  и синтез первичной структуры белка, что можно считать генной мутацией.

Б) хромосомные- мутации, вызывающие изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться внутри одной хромосомы- внутрихромосомные , так между негомологичными хромосомами- межхромосомные.

Внутрихромосмоные мутации:

•   Перенос хромосомы или ее участка на негомологичную хро­мосому — транслокация (АВСД-АВСД 1234)

•   Поворот участка хромосомы на 180° — инверсия (АВСД- АСВД)

•   Исчезновение участка хромосомы — деления (АВСД- АВ)

•   Дупликация- удвоение одного и того же участка (АВСД-АВСВСД)

г) Соматические мутации — мутации, происшедшие в соматиче­ских клетках.

•  Изменяется признак только части тела.

•  Не наследуются у животных, но могут наследоваться у рас­тений за счет вегетативного размножения.

В)  геномные- Мутации могут вызывать различные изменения генотипа, затрагивая отдельно взятые гены, целые хромосомы или весь геном.            .

 Геномными называют мутации, в результате которых  происходит изменение в клетке числа хромосом. Они возникают в результате нарушений митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом к полюсам клетки, либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы.

К геномным относятся:

Кратное увеличение числа хромосом — полиплоидия.

Изменение числа хромосом  (геномная мутация) может произойти при мейозе и митозе. 

Тестовые задания (ключи)

1 вариант

  1. Наука о наследственности и изменчивости называется … генетика.

2 .Совокупность внешних и внутренних признаков организма…фенотип.

3 Совокупность всех генов, переданных от родителей потомству… генотип.

4. Свойство организма передавать признаки от родителей потомству…наследственность.

5 Свойство организмов приобретать новые признаки в процессе жизни…изменчивость.

6. Скрещивание организмов, отличающихся по одной паре признаков…моногибридное.

7 Скрещивание организмов, отличающихся по двум парам признаков…дигибридное

2 вариант

1. При скрещивании гетерозиготных организмов в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 3:2, по генотипу – 1:2:1 второй закон Менделя или закон ….расщепления.

2 . Организмы, имеющие одинаковые аллели одного гена…гомозиготные.

3. Организмы, имеющие разные аллели одного гена…гетерозиготные.

4. Метод скрещивания организмов, отличающихся по одной или нескольким парам признаков…гибридологический.

5 .Взаимоисключающие, контрастные, противоположные признаки…альтернативны

6. Совокупность всех генов, переданных от родителей потомству… генотип.

7. Участок молекула ДНК, кодирующий информацию об одной молекуле белка…ген.

Формы изменчивости организмов — модификационная, комбинативная, мутационная. Их значение в онтогенезе и эволюции

Изменчивость – способность организма изменять свои признаки и свойства.

Формы изменчивости:

· Модификационная (ненаследственная): приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства (породы лошадей и коров завезенные в горы, становятся низкорослыми)

· Комбинативная (наследственная): распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора (появление розовых цветков при скрещивании белоцветковой и красноцветковой примул)

· Мутационная (наследственная): материал для естественного и искусственного отбора, т.к. мутации могут быть полезными, вредными и безразличными, доминантными и рецессивными (появление полиплоидных форм в популяции растений, лап у некоторых животных, приводит к их репродуктивной изоляции и образованию новых видов – микроэволюция)

Норма реакции. Адаптивный характер модификаций. Роль наследственности и среды в развитии, обучении и воспитании человека.

Норма реакции – предел модификационной изменчивости признака, обусловленной генотипом. Качественные признаки, такие как окраска шерсти животных, цветка растений, имеют узкий предел изменчивости, поскольку являются жизненно важными (окраска животных играет защитную роль, окраска венчика цветка привлекает насекомых опылителей). Количественные признаки, например масса животного, размеры листьев изменяются довольно в широких пределах. Норма реакции выражается в виде вариационного ряда или вариационной кривой.

Наследственность – способность организма передавать следующему поколению свои признаки и свойства, т.е. воспроизводить себе подобных.

Адаптивный характер модификаций – приспособительный характер, который расширяет возможности организма к выживанию и размножению в данных условиях окружающей среды.

Взаимодействие наследственности и среды в развитии человека играет важную роль на протяжении всей его жизни. Но особую важность оно приобретает в периоды формирования организма: эмбриональ­ного, грудного, детского, подросткового и юношеского. Именно в это время наблюдается интенсивный процесс развития организ­ма и формирования личности.

Наследственность определяет то, каким может стать организм, но развивается человек под одновременным влиянием обоих фак­торов — и наследственности, и среды. Сегодня становится обще­признанным, что адаптация человека осуществляется под влия­нием двух программ наследственности: биологической и социальной. Все признаки и свойства любого индивида являются результатом взаимодействия его генотипа и среды. Поэтому каждый человек есть и часть природы, и продукт общественного развития.

Мутационная изменчивость, классификация мутаций по изменению в генотипе. Генные мутации. Роль их в патология человека.

Мутации – качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа. Представляют собой стойкие изменения наследственного материала. Качественные изменения не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины Являются ненаправленными изменениями генотипа – они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма. Могут повторяться. Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений.

Типы мутаций:

— по изменению генотипа:

а) генные,

б) хромосомные,

в) геномные

— по изменению фенотипа:

а) морфологические,

б) биохимические,

в) физиологические,

г) летальные и т.д.

— по отношению к генеративному пути:

а) соматические,

б) генеративные.

— по поведению мутации в гетерозиготе:

а) доминантные,

б) рецессивные.

— по локализации в клетке:

а) ядерные,

б) цитоплазматические.

— по причинам возникновения:

а) спонтанные,

б) индуцированные.

Соматические мутации – мутации в соматических клетках, передающиеся только потомкам этих клеток, т.е. не выходят за пределы данного организма. Например, могут стать причиной появления злокачественных новообразований (в основе лежит повреждение ДНК).

Генеративные мутации – мутации в наследственном материале гамет, которые становится достоянием следующего поколения, если такие гаметы участвуют в оплодотворении. Например, синдром Дауна, обусловленный трисомией по 21-й хромосоме.

Источники вариаций — Введение в генетический анализ

Вариационная теория эволюции обладает своеобразным саморазрушающим свойством. Если эволюция происходит путем дифференциального воспроизводства различных вариантов, мы ожидаем вариант с наивысшей скоростью воспроизводства в конечном итоге захватит популяция и все другие генотипы исчезнут. Но тогда больше нет вариация для дальнейшей эволюции. Таким образом, возможность продолжения эволюции критически зависит от обновленных вариаций.

Для данной популяции существует три источника изменчивости: мутации, рекомбинация и иммиграция генов. Однако рекомбинация сама по себе не производят вариации, если аллели уже не сегрегируют в разных локусах; иначе рекомбинировать нечего. Точно так же иммиграция не может предоставить вариация, если весь вид гомозиготен по одному и тому же аллелю. В конечном итоге источником всех вариаций должна быть мутация.

Вариация от мутаций

Мутации являются источником вариации, но процесс мутации сам по себе не является движущей силой эволюции.В скорость изменения частоты генов в результате процесса мутации очень низкая, потому что частота спонтанных мутаций низкая (). Скорость мутации определяется как вероятность того, что копия аллель меняется на другую аллельную форму в одном поколении. Предположим, что популяция была полностью гомозиготной A и мутации произошло со скоростью 1/100 000 Затем, в следующем поколения, частота аллелей будет только 1,0 × 1 / 100,000 = 0,00001 и частота аллелей A будет быть 0.99999. После еще одного поколения мутаций частота будет увеличено на 0,99999 × 1 / 100,000 = 0,00009 до новая частота 0,000019, тогда как исходный аллель будет уменьшен в частота до 0,999981. Очевидно, что скорость увеличения нового аллеля очень медленный, и что он становится медленнее с каждым поколением потому что осталось меньше копий старого аллеля для мутации. Генерал Формула изменения частоты аллелей при мутации приведена во вставке 24-3.

Таблица 24-9

Частота точечных мутаций у различных организмов.

Box 24-3

Влияние мутации на частоту аллелей.

СООБЩЕНИЕ

Скорость мутаций настолько низка, что одна мутация не может объяснить быстрое эволюция популяций и видов.

Если мы посмотрим на процесс мутации с точки зрения увеличения конкретный новый аллель, а не уменьшение старой формы, процесс еще медленнее. Большинство установленных скоростей мутаций — это сумма всех мутации A в любую мутантную форму с обнаруживаемым эффектом.Любой специфическая замена основания вероятно будет как минимум двумя на порядки ниже по частоте, чем сумма всех изменений. Итак, точный обратные мутации («обратные мутации») исходного аллеля A маловероятны, хотя многие мутации могут давать аллели, которые фенотипически похож на оригинал.

Невозможно измерить частоту локус-специфических мутаций для непрерывного различные признаки, но скорость накопления генетической изменчивости может быть определенный.Начиная с полностью гомозиготной линии Drosophila происходит из естественной популяции, от 1/1000 до 1/500 генетической дисперсии количества щетинок в исходной популяции составляет восстанавливала каждое поколение спонтанной мутацией.

Вариация от рекомбинации

Создание генетической вариации путем рекомбинации может быть гораздо более быстрым процессом чем его создание путем мутации. Когда всего две хромосомы с «нормальной» выживаемостью, взяты из естественной популяции дрозофил, могут рекомбинируют для одного поколения, они производят массив хромосом с 25 до 75 процентов от генетической изменчивости выживаемости, которая присутствовала во всем естественная популяция, из которой были взяты родительские хромосомы.Этот результат просто следствие очень большого количества различных рекомбинантных хромосомы, которые могут быть произведены, даже если мы примем во внимание только отдельные кроссоверы. Если пара гомологичных хромосом гетерозиготна по n локусов, то кроссовер может иметь место в любом из n — 1 интервал между ними, и, т.к. каждый рекомбинация дает два рекомбинантных продукта, есть 2 ( n — 1) новых уникальных типов гамет от одного поколения кроссинговер, даже если рассматривать только одиночные кроссоверы.Если гетерозиготные локусы хорошо распределены по хромосомам, эти новые гаметические типы будут частыми и будут генерироваться значительные вариации. Бесполые организмы или организмы, такие как бактерии, которые очень редко подвергаются сексуальной рекомбинации, не имеют этого источник вариации, поэтому новые мутации — единственный способ, которым изменение гена комбинации могут быть достигнуты. В результате бесполые организмы могут больше развиваться. медленнее при естественном отборе, чем половые организмы.

Изменения в результате миграции

Еще одним источником изменений является миграция в популяцию из других популяции с разными частотами генов.В результате смешанная популяция будет имеют частоту аллеля, которая находится где-то посередине между исходной значение и частота в популяции доноров. Предположим, что население получает группа мигрантов, численность которой равна, скажем, 10 процентам ее коренного населения численность населения. Тогда у новообразованной смешанной популяции будет аллель частота, которая представляет собой смесь 0,90: 0,10 между исходной частотой аллеля и частота аллелей донорской популяции. Если его исходная частота аллеля из A были, скажем, 0.70, в то время как донорская популяция имела частота аллеля только, скажем, 0,40, новая смешанная популяция будет иметь частота 0,70 × 0,90 + 0,40 × 0,10 = 0,67. Во вставке 24-4 приводится общий результат. Изменение частоты генов пропорционально разнице частот между реципиентами. населения и среднего населения доноров. В отличие от скорости мутации, скорость миграции ( м ) может быть большой, поэтому изменение частоты может быть существенным.

Box 24-4

Влияние миграции на частоту аллелей.

Мы должны понимать, что миграция означает любую форму внедрение генов из одной популяции в другую. Так, например, гены из европейцев «мигрировали» в население африканского происхождения на севере Америку неуклонно вводили с тех пор, как африканцев вводили в рабство. Мы можем определить количество этой миграции, глядя на частоту аллеля, который обнаружен только у европейцев, а не у африканцев, и сравнивая его частоту среди чернокожие в Северной Америке.

Мы можем использовать формулу для изменения частоты генов от миграции, если мы немного измените его, чтобы учесть тот факт, что несколько поколений примесей имели место. Если скорость примеси не слишком велика, то (до близкий порядок аппроксимации) сумма коэффициентов миграции одного поколения через несколько поколений (назовем это M ) будут связаны с общее изменение популяции реципиентов после этих нескольких поколений на то же выражение, что и для изменений из-за миграции.Если, как и раньше, P — частота аллелей в популяции доноров и п. 0 — исходная частота среди получателей, затем

Например, аллель группы крови Даффи Fy a отсутствует в Африке, но имеет частоту 0,42 у белых из штат Джорджия. Среди чернокожих из Грузии Fy частота составляет 0,046. Следовательно, полная миграция генов из белых в черное население с момента введения рабов в восемнадцатый век —

Когда такой же анализ проводится на чернокожих американцах из Окленда (Калифорния) и Детройт, M равно 0.22 и 0,26 соответственно, показывающие либо более высокие уровни примеси в этих городах, чем в Грузии, либо дифференцированное движение в эти города американских чернокожих, у которых больше Европейское происхождение. В любом случае, генетическая вариация на Fy locus был увеличен этой примесью.

Инбридинг и ассортативное спаривание

Случайное спаривание по локусу является обычным, но не универсальным. Два необходимо различать виды отклонений от случайной вязки. Во-первых, люди могут спариваться друг с другом неслучайно из-за степени их общего происхождения; то есть степень их генетического родства.Если совокупление между родственниками встречается чаще, чем это могло бы произойти по чистой случайности, тогда популяция инбридинг. Если вязка между родственников встречается реже, чем это могло бы произойти случайно, то считается, что население подвергаться принудительному аутбридинг, или отрицательный инбридинг.

Во-вторых, люди могут иметь тенденцию выбирать друг друга в качестве партнеров не из-за их степень генетического родства, но из-за их степени сходства с друг друга в каком-то локусе. Склонность к спариванию подобного с подобным называется положительным ассортативным спариванием.Спаривание с непохожими партнерами называется отрицательным ассортативная вязка. Ассортативное спаривание никогда не бывает полным.

Инбридинг и ассортативное скрещивание — это не одно и то же. Близкие родственники похожи друг на друга в среднем больше, чем неродственные люди, но не обязательно для каких-либо особая черта у отдельных людей. Таким образом, инбридинг может привести к спаривание совершенно непохожих особей. С другой стороны, люди, которые похожи друг на друга по каким-то признакам, возможно, потому, что они родственники, но неродственные люди также могут иметь определенные сходства.Братья и сестры не у всех одинаковый цвет глаз, и не все голубоглазые связаны с друг друга.

Ассортативное спаривание по некоторым признакам является обычным. Например, у людей существует положительная предвзятость при спаривании по цвету кожи и росту. Важно разница между ассортативным скрещиванием и инбридингом состоит в том, что первое специфичен для признака, тогда как последний применяется ко всему геному. Особи могут спариваться ассортативно по отношению к росту, но случайным образом с уважение к группе крови.С другой стороны, кузены похожи друг на друга. генетически в среднем в одинаковой степени по всем локусам.

Как для положительного ассортативного спаривания, так и для инбридинга, последствия структура популяции та же: наблюдается увеличение гомозиготности выше уровень, предсказанный равновесием Харди-Вайнберга. Если два человека связанных, у них есть по крайней мере один общий предок. Таким образом, есть некоторая вероятность, что аллель, переносимый одним из них, и аллель, переносимый другим, являются произошел от идентичной молекулы ДНК.В результате появляется лишняя шанс гомозиготности по происхождению, добавляется к вероятности гомозиготность ( p 2 + q 2 ), который возникает в результате случайного спаривания неродственных особей. В Вероятность гомозиготности по происхождению называется коэффициентом инбридинга ( F ). и вставка 24-5 иллюстрируют расчет вероятности гомозиготности по происхождению. Лица I и II полны братья и сестры, потому что у них обоих родителей.Мы маркируем каждый аллель в родителях однозначно отслеживать их. Особи I и II спариваются для получения особей III. Если индивидуальный I — A 1 / А 3 и гамета, которая вносит вклад в III, содержит аллель А 1 , то мы хотели бы вычислить вероятность того, что гамета производства II также A 1 . Вероятность 1/2, что II получит A 1 от своего отца, и, если это произойдет, вероятность 1/2, что II будет проездной A 1 на рассматриваемую гамету.Таким образом, вероятность того, что III будет получите A 1 от II составляет 1/2 × 1/2 = 1/4, и это вероятность того, что III — продукт спаривания полных сибсов — будет гомозиготным по происхождению.

Рисунок 24-6

Расчет гомозиготности по происхождению для потомков (III) брат – сестра (I – II) вязка. Вероятность того, что я получу А 1 от отца — 1/2; если это так, вероятность что II пройдет A 1 на производство поколения (подробнее…)

Box 24-5

Влияние спаривания близких родственников на гомозиготность.

Такой близкий инбридинг может иметь пагубные последствия. Рассмотрим редкий вредный аллель a , который, будучи гомозиготным, вызывает метаболический беспорядок. Если частота аллеля в популяции равна p , то вероятность того, что случайная пара произведет гомозиготное потомство всего р 2 (из равновесия Харди-Вайнберга).Таким образом, если p составляет, скажем, 1/1000, частота гомозигот будет 1 на 1000000. Теперь Предположим, что пара — брат и сестра. Если один из их общих родителей является гетерозиготой для болезни, они могут как заразиться, так и передать ее на их потомство. Как показывает расчет, чем реже ген, тем хуже родственник риск дефектного потомства от инбридинга. Для более дальние родственники, вероятность гомозиготности по происхождению меньше, но все же существенный.Например, для двоюродных братьев и сестер относительный риск равен 1/16 p по сравнению со случайной вязкой.

Систематический инбридинг между близкими родственниками в конечном итоге приводит к полному гомозиготность популяции, но с разной скоростью, в зависимости от степени отношений. Какой аллель зафиксирован внутри линии — дело случая. Если, в исходной популяции, из которой взяты инбредные линии, аллель A имеет частоту p и аллель а имеет частоту q = 1 — p , тогда пропорция p гомозиготных линий, установленных инбридингом, будет гомозиготный A / A и пропорция q строк будет а / а .Инбридинг берет генетическое вариация представляет в пределах первоначального населения и преобразует это в вариацию между гомозиготными инбредными линиями, отобранными из население ().

Рисунок 24-7

Повторяющиеся поколения самооплодотворения (или инбридинга) будут в конечном итоге разделили гетерозиготную популяцию на серию полностью гомозиготные линии. Частота A / A линий среди гомозиготных линии будут равны частоте аллеля А в чем больше…)

Предположим, что популяция состоит из небольшого числа особей, которые спариваются наугад произвести следующее поколение. Предположим, что дальнейшая иммиграция запрещена. в популяцию когда-либо встречается снова. (Например, кролики сейчас в Австралия, вероятно, произошла от единственной интродукции нескольких животных в девятнадцатого века.) Следовательно, в последующих поколениях все связаны с все остальные, потому что у их родословных есть общие предки здесь и там в их родословных.Такая популяция затем инбредна в том смысле, что существует некоторая вероятность гомозиготности гена по происхождению. Потому что население по необходимости конечен по размеру, некоторые из первоначально введенных семейных линий вымрут в каждом поколении, как исчезают фамилии в закрытая человеческая популяция, потому что случайно не осталось потомства мужского пола. В качестве исходные семейные линии исчезают, население состоит из потомки все меньшего и меньшего числа первоначальных особей-основателей, и все члены популяции становятся все более и более склонными нести одни и те же аллели по происхождению.Другими словами, коэффициент инбридинга F увеличивается, а гетерозиготность со временем уменьшается, пока, наконец, F достигает 1,00, а гетерозиготность достигает 0.

Скорость потери гетерозиготности на поколение в таком замкнутом, конечном, беспорядочно размножающаяся популяция обратно пропорциональна общей численности (2 N ) гаплоидных геномов, где N — количество диплоидных особей в популяции. В каждом поколении 1/2 N остальной гетерозиготности теряется, поэтому

где H t и H 0 — пропорции гетерозигот в т. -й. и оригинальные поколения соответственно.Как номер т г. поколений становится очень большим, приближается H т нуль.

Баланс между инбридингом и новой вариацией

Любая популяция любого вида конечна по размеру, поэтому все популяции должны в конечном итоге становятся гомозиготными и дифференцируются друг от друга в результате инбридинг. В природе, однако, в популяции путем мутации и некоторой миграции между местностями. Таким образом фактическая вариация, доступная для естественного отбора, — это баланс между введение новой разновидности и ее потеря за счет местного инбридинга.Скорость потеря гетерозиготности в закрытой популяции составляет 1/2 N , поэтому любое эффективная дифференциация между популяциями будет сведена на нет, если новая вариация вводится с этой или более высокой скоростью.

Механизмы эволюционных изменений | Nectunt

Механизмы эволюционных изменений

(Естественный отбор, генетический дрейф, мутации и поток генов)

Микроэволюция (эволюция в малом масштабе ) относится к изменениям частот аллелей в пределах одной популяции.Частоты аллелей в популяции могут изменяться из-за четырех фундаментальных сил эволюции: Естественный отбор, Генетический дрейф, Мутации и Поток генов . Мутации — главный источник новых аллелей в генофонде.
Двумя наиболее важными механизмами эволюционных изменений являются: естественный отбор и генетический дрейф. Один из основных спорных вопросов в популяционной генетике связан с относительной важностью обоих механизмов в определении эволюционных изменений. Естественный отбор обычно преобладает в больших популяциях, тогда как генетический дрейф — в маленьких.
1.- Естественный отбор Естественный отбор ведет к эволюционным изменениям, когда некоторые особи с определенными чертами в популяции имеют более высокую выживаемость и репродуктивную способность, чем другие, и передают эти наследуемые генетические особенности своему потомству. Эволюция действует посредством естественного отбора, в результате чего репродуктивные и генетические качества, которые оказываются полезными для выживания, преобладают в будущих поколениях . Кумулятивные эффекты процесса естественного отбора привели к появлению популяций, которые эволюционировали и добились успеха в определенных средах.Естественный отбор основан на различном репродуктивном успехе ( пригодности ) особей. Диаграмма Дарвина вьюрков показывает, как вьюрки приспособились к кормлению в различных экологических нишах:

2.- Генетический дрейф Случайный дрейф состоит из случайных колебаний частоты появления гена, обычно в небольшой популяции. Этот процесс может привести к полному исчезновению вариантов генов, что снизит генетическую изменчивость.В отличие от естественного отбора, давление окружающей среды или адаптивное давление не вызывают изменений из-за генетического дрейфа. Эффект генетического дрейфа больше в небольших популяциях и меньше в больших популяциях. Генетический дрейф — это случайный процесс, случайное событие, которое происходит случайно в природе, которое влияет или изменяет частоту аллелей в популяции в результате ошибки выборки от поколения к поколению. Может случиться так, что некоторые аллели полностью утрачиваются в течение поколения из-за генетического дрейфа, даже если они являются полезными чертами, ведущими к эволюционному и репродуктивному успеху. Аллель определяется как любой из двух или более генов, которые могут альтернативно встречаться в данном сайте (локусе) хромосомы. Аллели несут ответственность за вариации признака. Узкое место популяции и эффект основателя — два примера случайного дрейфа, который может иметь значительные эффекты в небольших популяциях. Генетический дрейф работает со всеми мутациями и в конечном итоге может способствовать созданию нового вида посредством накопления неадаптивных мутаций, которые могут способствовать делению популяции.

Эффект «узкого места» ). Это случайное событие, при котором некоторые гены (нет никакого различия) исчезают из популяции. Это приводит к резкому сокращению общего генетического разнообразия исходного генофонда.Небольшая выжившая популяция по своему генетическому составу значительно дальше от первоначальной.

Эффект основателя — это потеря генетической изменчивости, которая происходит, когда новая популяция создается небольшим количеством особей, которые отделяются от большей популяции. Эта новая популяция не обладает генетическим разнообразием предыдущей. Поскольку сообщество очень мало, а также географически или социально изолировано, некоторые генетические признаки становятся все более распространенными в популяции.Это приводит к наличию определенных генетических заболеваний у следующих поколений. В некоторых случаях эффект основателя играет фундаментальную роль в появлении новых видов.

  • Поколение 1: Частота аллелей в популяции одинакова.
  • Поколение 2: Произвольно и из-за катастрофического природного или антропогенного события погибло большинство людей (влияние адаптивного давления отсутствует).
  • Поколение 3: В результате первоначальная большая популяция сокращается до небольшой популяции, состоящей из нескольких особей.Эта новая выжившая популяционная подгруппа содержит гораздо меньше генетической изменчивости, чем предыдущая популяция.
  • Поколение 4: Позже за резким сокращением численности популяции следует ее расширение (популяция восстанавливается). Конечная популяция больше не является генетически репрезентативной по отношению к исходной. В данном случае аллель полностью удаляется из генофонда.
Новая популяция создается небольшим количеством особей, отколовшихся от исходной популяции.Это приводит к потере генетической изменчивости, поскольку основатели новой колонии не являются генетически репрезентативными для всей популяции, из которой они происходят. На правом рисунке видно явное преобладание оранжевых кругов у новообразованной популяции. Эти оранжевые круги могут соответствовать заданному аллелю, отвечающему за изменение признака (например, определенный цвет глаз). В крайних случаях эффект основателя также играет фундаментальную роль в появлении новых видов.
Амиши в Пенсильвании, США.С. являются ярким примером этого события. Факт социальной и культурной изоляции и склонность к браку внутри сообщества (групповое скрещивание) приводят к тому, что определенные типы генетических нарушений, такие как синдром Эллиса-ван Кревельда, с высокой вероятностью передаются от одного поколения к другому. Вышеупомянутый синдром был впервые описан в 1940 году Ричардом Эллисом и Саймоном ван Кревельдом и характеризуется дисплазией скелета. Некоторые из особенностей этого редкого состояния: непропорциональная карликовость, постаксиальная полидактилия, маленькая грудная клетка, высокая частота врожденных пороков сердца и другие.Большинство наследственных генетических заболеваний рецессивны. Это означает, что человек должен унаследовать две копии мутировавшего гена, чтобы унаследовать заболевание. В таких популяциях эндогамия способствует последнему.
3.- Мутации. Вирусная эволюция / Случай:
Вирус гриппа Мутацию можно определить как изменение последовательности ДНК в гене или хромосоме живого организма. Многие мутации нейтральны, то есть они не могут ни навредить, ни принести пользу, но также могут быть вредными или полезными.Вредные мутации могут влиять на фенотип и, в свою очередь, снижать приспособленность организма и повышать восприимчивость к ряду заболеваний и расстройств. С другой стороны, полезные мутации могут привести к репродуктивному успеху и адаптации организма к окружающей среде. Эти полезные мутации могут распространяться и фиксироваться в популяции в результате процессов естественного отбора, если они помогают отдельным особям в популяции достичь половой зрелости и успешно размножаться. Мутации, несомненно, являются источником генетической изменчивости и служат сырьем для эволюции, чтобы действовать. . Мутации зародышевой линии встречаются в гаметах (яйцеклетках или сперматозоидах) и могут передаваться потомству, тогда как соматические мутации возникают в не репродуктивных клетках и не передаются следующему поколению. Те мутации, которые происходят в зародышевой линии, являются наиболее важными для крупномасштабной эволюции, поскольку они могут передаваться потомству. Мутации могут быть спонтанными (ошибки во время нормального процесса репликации ДНК, спонтанные повреждения и переносимые генетические элементы), но они также могут быть вызваны многочисленными внешними или экзогенными факторами, например, химическими агентами окружающей среды или ионизирующим излучением.По величине (мутации могут происходить на разных уровнях) их можно разделить на три разные группы: Генные мутации, хромосомные мутации и геномные мутации . ДНК постоянно подвержена мутациям, поэтому ее последовательность может быть изменена несколькими способами. Мутация гена может быть определена как любое изменение последовательности нуклеотидов генетического материала организма. Хромосомная мутация — это изменение структуры или расположения хромосом.Эти мутации могут включать дупликации или делеции сегментов хромосом, инверсии участков ДНК (обратные положения) и транслокацию. Мутации в геноме — это изменения количества хромосом в геноме. Их можно разделить на две группы: анеуплоидии и эуплоидии. Анеуплоидия — это потеря и / или прирост отдельных хромосом из нормального набора хромосом, возникающая из-за ошибок в сегрегации хромосом, а эуплоидия относится к вариациям в полных наборах хромосом.

Министерство энергетики США

Хромосома: Нитевидная структура, обнаруженная в ядре живых клеток, которая несет генетическую информацию в форме генов. Хромосомы бывают парами. Ген: Единица наследственной информации, состоящая из последовательности ДНК, которая занимает определенное место на хромосоме и определяет конкретную характеристику организма. У каждого человека есть две копии каждого гена, по одной унаследованной от каждого родителя. Различные версии одного и того же гена называются аллелями .Они определяют, как физические черты выражаются у данного человека. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота): длинная двухцепочечная молекула нуклеиновой кислоты, расположенная в виде двойной спирали и соединенная водородными связями между комплементарными основаниями: аденин и тимин или цитозин и гуанин . Он является основным компонентом хромосом и отвечает за передачу наследственных характеристик от родителей к потомству. Последовательность нуклеотидов определяет индивидуальные наследственные особенности. Геном: Полный генетический материал организма, содержащийся в хромосомах, включая гены и последовательности ДНК.
Вирусы , несмотря на то, что они не считаются живыми существами, также подвержены эволюционному давлению, мутациям и естественному отбору
. Настоящая проблема при отнесении этой классификации к вирусам заключается в том, что они не имеют клеточной структуры и являются облигатными внутриклеточными паразитами. Вирусы не обладают клеточной мембраной в смысле фосфолипидного бислоя и не метаболизируются сами по себе, и им необходимо захватить механизмы клетки для воспроизводства.Вирусы не могут воспроизводиться вне живой клетки. Их реальное положение на древе жизни продолжает вызывать споры в научном сообществе, поскольку они проходят тонкую границу между живым и неживым. Вирусы имеют простой геном, содержащий генетическую информацию, закодированную в ДНК или РНК, а также высокую скорость репликации и мутаций. Вирусы гриппа, например, представляют собой РНК-вирусы, принадлежащие к семейству Orthomyxoviridae . Есть три типа вирусов гриппа: A, B и C.Вирусы гриппа типа А могут в конечном итоге вызывать тяжелые заболевания и являются единственной причиной пандемий гриппа среди людей. Они подразделяются на разные подтипы на основе двух антигенных белков на поверхности вируса: гемагглютинина (HA) и нейраминидазы (NA) . Эти вирусы состоят из восьми сегментов одноцепочечной РНК и имеют очень высокую скорость мутаций (частота ошибок вирусной РНК-полимеразы в 1000 раз выше, чем частота ошибок ДНК-полимеразы человека).Таким образом, репликация вирусных геномов с РНК подвержена ошибкам и приводит к нескольким мутациям, на которые может воздействовать естественный отбор. Мутации в вирусной РНК вместе с рекомбинациями РНК привели к вирусной эволюции. Высокая частота мутаций, наличие больших размеров популяции и короткое время генерации — фундаментальные особенности, которые способствовали быстрой эволюции вирусов. Интересный обзор вирусной эволюции. С. Манрубия и Э. Лазаро.

Вирус гриппа.Изображение: Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC).

Антигенный дрейф — это незначительное изменение в структуре антигенного белка (HA и NA) у штаммов гриппа типа A. Эти незначительные изменения вызваны накоплением спонтанных мутаций в генах, кодирующих эти поверхностные белки. Дрейф — это непрерывный процесс, ведущий к появлению новых штаммов вирусов. Когда происходят эти незначительные изменения, антитела обеспечивают только ограниченную защиту или частичный иммунитет против нового штамма, в основном из-за более старых воздействий.Это причина того, что люди болеют гриппом чаще, чем вовремя, на протяжении всей жизни, поскольку антитела, которые ранее вырабатывались против старых штаммов, больше не распознают новый вирус
штамм и, как следствие, они больше не эффективны в борьбе с инфекцией и борьбе с ней. По этой конкретной причине вакцины против гриппа необходимо ежегодно модифицировать в зависимости от штаммов, которые предположительно будут циркулировать
каждый сезон.

С другой стороны, Антигенный сдвиг — это процесс, в соответствии с которым комбинируются по меньшей мере два разных штамма вируса гриппа, давая начало новому подтипу с новым генетическим материалом.Другими словами, это результат событий рекомбинации между различными вирусными штаммами, которые инфицируют одну и ту же клетку и объединяются. Поверхностные вирусные белки заменены существенно разными HA и NA. Эти радикальные изменения приводят к появлению нового подтипа вируса гриппа А, который никогда не циркулировал среди населения, и, таким образом, большинство людей не застрахованы от него. Если бы этот новый вирус мог вызывать тяжелое заболевание и мог легко передаваться от одного человека к другому через различные регионы или континенты, то возникла бы пандемия (гриппа).В то время как вирусы гриппа постоянно меняются за счет механизма антигенного дрейфа, антигенный сдвиг происходит лишь изредка.

4.- Gene Flow В популяционной генетике Gene Flow (также известный как генная миграция ) относится к переносу генов из генофонда одной популяции в другую. Поток генов может изменять частоту и / или диапазон аллелей в популяциях из-за миграции особей или гамет, которые могут воспроизводиться в другой популяции.Введение новых аллелей увеличивает изменчивость в популяции и позволяет создавать новые комбинации признаков. Горизонтальный перенос генов (HGT), также известный как боковой перенос генов (LGT), представляет собой процесс, в котором организм (реципиент) получает генетический материал от другого (донора) бесполым путем. Уже известно, что ГПГ сыграл важную роль в эволюции многих организмов, таких как бактерии. В популяциях растений подавляющее большинство случаев, связанных с этим механизмом, связано с перемещением ДНК между митохондриальными геномами.Горизонтальный перенос генов — широко распространенное явление у прокариот, но распространенность и значение этого механизма в эволюции многоклеточных эукариот до сих пор неясны. Тем не менее, в последние годы было проведено множество исследований ГПГ в растениях с целью выявить основные закономерности, величину и важность этого механизма в популяциях растений, а также его влияние на сельское хозяйство и экосистему. Популяции растений могут испытывать поток генов, распространяя свою пыльцу на большие расстояния к другим популяциям с помощью ветра, птиц или насекомых (например, пчел), и, оказавшись там, эта пыльца способна удобрять растения там, где она оказалась.Пыльца представляет собой порошок от мелкого до крупного, содержащий микрогаметофиты семенных растений, которые продуцируют мужские гаметы (сопоставимые со сперматозоидами). Конечно, опыление не всегда приводит к оплодотворению. Поддерживаемый поток генов также действует против видообразования, рекомбинируя генофонды разных популяций и таким образом, исправляя развивающиеся различия в генетической изменчивости. Таким образом, поток генов сводит к минимуму генетические различия между популяциями. Человеческие миграции происходили на протяжении всей истории человечества и определяются как перемещение людей из одного места в другое.Однако в генетическом контексте это движение должно быть связано с введением новых аллелей в популяцию посредством успешного спаривания особей из разных популяций.

мутаций — сырье для эволюции


Мутация — это изменение последовательности ДНК организма. Что вызывает мутацию? Мутации могут быть вызваны источниками высокой энергии, такими как радиация, или химическими веществами в окружающей среде. Они также могут появляться спонтанно во время репликации ДНК.

Мутации обычно делятся на два типа: точечные мутации и хромосомные аберрации. При точечных мутациях изменяется одна пара оснований. Например, геном человека содержит более 3,1 миллиарда оснований ДНК, и каждое основание должно быть точно воспроизведено, чтобы произошло деление клетки. Ошибки случаются, хотя и на удивление редко. Приблизительно одна из каждых 10 10 (10 000 000 000) пар оснований изменяется. Самый распространенный тип ошибки — это подмена очков. Более редкими являются отсутствие копирования одной из баз (удаление), создание двух копий для одной базы (точечное дублирование) или добавление новой базы или даже нескольких баз (вставка).Хромосомные аберрации — это крупномасштабные мутации, которые могут возникать во время мейоза в результате неравных событий кроссинговера, проскальзывания во время рекомбинации ДНК или из-за активности мобильных событий. Гены и даже целые хромосомы могут быть заменены, дублированы или удалены из-за этих ошибок (рис. 1).


Рисунок 1: Мутации в последовательности ДНК семи родственных видов тропических рыб (данные взяты из интрона 6 из гена LDH-A , секвенированного автором из эпинефелиновых серранид)

Вверху показаны исходные последовательности, внизу — последовательности, скорректированные для вертикального выравнивания аналогичных оснований ДНК.Подстановки точек отмечены красным цветом, а желтая рамка со штрихами указывает на удаление 12 оснований.

Мутации могут иметь ряд эффектов. Часто они могут быть вредными. Другие имеют незначительный вред или не оказывают никакого вреда. А иногда, хотя и очень редко, изменение последовательности ДНК может даже оказаться полезным для организма.

Мутация, которая возникает в клетках организма и не передается последующим поколениям, является соматической мутацией. Мутации, происходящие в гамете или в клетке, которые дают начало гаметам, являются особенными, потому что они влияют на следующее поколение и могут вообще не влиять на взрослых.Такие изменения называются мутациями зародышевой линии, потому что они происходят в клетке, используемой для размножения (зародышевой клетке), что дает возможность изменениям со временем стать более многочисленными. Если мутация пагубно влияет на фенотип потомства, мутация называется генетическим заболеванием. С другой стороны, если мутация положительно влияет на приспособленность потомства, это называется адаптацией. Таким образом, все мутации, влияющие на приспособленность будущих поколений, являются агентами эволюции.

Мутации необходимы для эволюции.Изначально каждая генетическая особенность каждого организма была результатом мутации. Новый генетический вариант (аллель) распространяется посредством воспроизводства, и дифференциальное воспроизводство является определяющим аспектом эволюции. Легко понять, как мутация, которая позволяет организму питаться, расти или воспроизводиться более эффективно, может привести к тому, что мутантный аллель со временем станет более распространенным. Вскоре популяция может весьма экологически и / или физиологически отличаться от исходной популяции, которой не хватало адаптации.Даже вредные мутации могут вызывать эволюционные изменения, особенно в небольших популяциях, путем удаления особей, которые могут нести адаптивные аллели других генов.


Рис. 2: История серой древесной лягушки, Hyla versicolor , является примером мутации и ее потенциальных последствий. Когда серая древесная лягушка Hyla chrysocelis не смогла отсортировать свои 24 хромосомы во время мейоза, в результате получилось H. versicolor . Эта древесная лягушка идентична по размеру, форме и цвету H.chrysocelis , но имеет 48 хромосом и признак спаривания, отличный от исходного H. chrysocelis .

Большинство мутаций происходят в отдельных точках гена, изменяя, возможно, один белок, и поэтому могут казаться несущественными. Например, гены контролируют структуру и эффективность пищеварительных ферментов в слюнных железах (и всех других позвоночных). На первый взгляд может показаться, что мутации ферментов слюны мало влияют на выживаемость. Тем не менее, именно накопление небольших мутаций в слюне отвечает за змеиный яд и, следовательно, большую часть эволюции змеи.Естественный отбор у некоторых змей-предков отдавал предпочтение ферментам со все более агрессивными свойствами, но сами мутации были случайными, создавая разные яды в разных группах змей. Змеиный яд на самом деле представляет собой коктейль из разных белков с разными эффектами, поэтому генетически родственные виды имеют смесь, отличную от смеси других ядовитых семейств змей. Предки морских змей, коралловых змей и кобр (семейство Elapidae) развили яд, который атакует нервную систему, в то время как яд гадюк (семейство Viperidae; включая гремучих змей и бушмейстеров) действует на сердечно-сосудистую систему.У обоих семейств есть много разных видов, которые унаследовали небольшое преимущество в силе яда от своих предков, и по мере накопления мутаций разнообразие ядов и разнообразие видов со временем увеличивалось.

Хотя на историю многих видов повлияло постепенное накопление крошечных точечных мутаций, иногда эволюция происходит намного быстрее. У некоторых типов организмов есть предок, который не смог правильно пройти мейоз до начала полового размножения, что привело к полному дублированию каждой пары хромосом.Такой процесс создал событие «мгновенного видообразования» у серой древесной лягушки Северной Америки (рис. 2).

Следствием удвоения размера генома у растений часто являются ненормально большие семена или плоды, что может иметь явное преимущество, если вы цветущее растение! Большинство злаков, которые едят люди, имеют огромные семена по сравнению с другими травами, и это часто связано с геномными дупликациями, которые произошли у предков современных риса и пшеницы, и, поскольку ошибка произошла в репродуктивных органах, успешно передалась будущим поколениям.Сами люди подражали этому процессу, скрещивая отдельные растения с самыми крупными плодами и семенами в процессе искусственного отбора, создавая многие из наших современных сортов сельскохозяйственных культур. Идея эволюции путем естественного отбора, впервые описанная Чарльзом Дарвином и Альфредом Расселом Уоллесом, требует дифференцированного выживания из-за того, что некоторые люди обладают большей эволюционной приспособленностью. Независимо от того, влияют ли на эту приспособленность генетические нарушения, ядовитая слюна или увеличенное потомство, наследственные вариации могут возникнуть только в результате мутации.Эволюция просто невозможна без случайных генетических изменений исходного материала.

Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов не действуют изолированно в естественных популяциях


Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов — это механизмы, которые вызывают изменения частот аллелей с течением времени. Когда одна или несколько из этих сил действуют в популяции, популяция нарушает предположения Харди-Вайнберга, и происходит эволюция. Таким образом, теорема Харди-Вайнберга предоставляет нулевую модель для изучения эволюции, а популяционная генетика сосредоточена на понимании последствий нарушения этих предположений.

Естественный отбор происходит, когда люди с определенными генотипами с большей вероятностью, чем люди с другими генотипами, выживают и воспроизводятся и, таким образом, передают свои аллели следующему поколению. Как утверждал Чарльз Дарвин (1859 г.) в своей книге О происхождении видов , если выполняются следующие условия, должен происходить естественный отбор:

  1. Есть различия среди людей в популяции по некоторым признакам.
  2. Эта вариация передается по наследству (т.е. существует генетическая основа вариации, так что потомство имеет тенденцию напоминать своих родителей по этому признаку).
  3. Вариация этого признака связана с изменчивостью в приспособленности (среднее чистое воспроизводство особей с данным генотипом по сравнению с индивидуумами с другими генотипами).

Направленный отбор со временем приводит к увеличению частоты предпочтительного аллеля. Рассмотрим три генотипа ( AA , AA и AA ), которые различаются по приспособленности, так что особей AA производят в среднем больше потомства, чем особи других генотипов.В этом случае, если предположить, что режим отбора остается постоянным и что действие отбора является единственным нарушением предположений Харди-Вайнберга, аллель A станет более распространенным в каждом поколении и в конечном итоге закрепится в популяции. Скорость, с которой выгодный аллель приближается к фиксации, частично зависит от отношений доминирования среди аллелей в рассматриваемом локусе (Рисунок 1). Первоначальное увеличение частоты редкого, преимущественного, доминантного аллеля происходит быстрее, чем увеличение частоты редкого, преимущественного, рецессивного аллеля, потому что редкие аллели обнаруживаются в основном у гетерозигот.Следовательно, новую рецессивную мутацию нельзя «увидеть» естественным отбором, пока она не достигнет достаточно высокой частоты (возможно, благодаря случайным эффектам генетического дрейфа — см. Ниже), чтобы начать появляться у гомозигот. Однако новая доминантная мутация сразу видна естественному отбору, потому что ее влияние на приспособленность наблюдается у гетерозигот. Как только полезный аллель достигает высокой частоты, вредные аллели обязательно редки и, таким образом, в основном присутствуют у гетерозигот, так что окончательный подход к фиксации является более быстрым для выгодного рецессивного аллеля, чем для преимущественного доминантного аллеля.Как следствие, естественный отбор не так эффективен, как можно было бы наивно ожидать, для устранения вредных рецессивных аллелей из популяций.


Рисунок 1: Изменение частоты аллелей при направленном отборе в пользу (а) доминантного преимущественного аллеля и (б) рецессивного преимущественного аллеля

Балансирующий отбор, в отличие от направленного отбора, поддерживает генетический полиморфизм в популяциях. Например, если гетерозиготы в локусе имеют более высокую приспособленность, чем гомозиготы (сценарий, известный как преимущество гетерозигот или сверхдоминирование), естественный отбор будет поддерживать множественные аллели на стабильных равновесных частотах.Стабильный полиморфизм также может сохраняться в популяции, если приспособленность, связанная с генотипом, снижается по мере увеличения частоты этого генотипа (то есть, если имеется отрицательный частотно-зависимый отбор). Важно отметить, что недостаток гетерозигот (недостаточное доминирование) и положительный частотно-зависимый отбор также могут действовать в локусе, но ни один из них не поддерживает множественные аллели в популяции, и, таким образом, ни то, ни другое не является формой балансирующего отбора.

Генетический дрейф является результатом ошибки выборки, связанной с передачей гамет отдельными особями в конечной популяции.Пул гамет популяции в поколении t — это общий пул яйцеклеток и сперматозоидов, произведенных людьми в этом поколении. Если бы размер пула гамет был бесконечным, и если бы не было отбора или мутации, действующих в локусе с двумя аллелями ( A и a ), мы могли бы ожидать, что доля гамет, содержащих аллель A, будет точно равна частоте а , а доля гамет, содержащих а , равна частоте а .Сравните эту ситуацию с подбрасыванием честной монеты. Если бы вы подбросили монету бесконечное количество раз, доля орлов составила бы 0,50, а доля решек — 0,50. Однако, если вы подбросите монету только 10 раз, вы не должны слишком удивляться, получив 7 орлов и 3 решки. Это отклонение от ожидаемых головной и конечной частот связано с ошибкой выборки. Чем больше раз вы подбрасываете монету, тем ближе эти частоты должны приближаться к 0,50, потому что ошибка выборки уменьшается с увеличением размера выборки.

В конечной популяции взрослые особи в поколении t передадут конечное количество гамет, чтобы произвести потомство в поколении t + 1. Частоты аллелей в этом пуле гамет обычно будут отклоняться от частот популяции в поколении . t из-за ошибки выборки (опять же, предполагая, что в локусе нет выборки). Таким образом, частота аллелей в этой популяции со временем будет меняться из-за случайных событий, то есть популяция подвергнется генетическому дрейфу.Чем меньше размер популяции ( N ), тем важнее влияние генетического дрейфа. На практике при моделировании эффектов дрейфа мы должны учитывать эффективный размер популяции ( N e ), который, по сути, является количеством размножающихся особей и может отличаться от размера переписи, N , при различных сценариях. включая неравное соотношение полов, определенные брачные структуры и временные колебания численности популяции.

В локусе с множеством нейтральных аллелей (аллели, которые идентичны по своему влиянию на приспособленность) генетический дрейф приводит к фиксации одного из аллелей в популяции и, таким образом, к потере других аллелей, так что гетерозиготность в популяции уменьшается до нуль.В любой момент времени вероятность того, что один из этих нейтральных аллелей в конечном итоге будет зафиксирован, равна частоте этого аллеля в популяции. Мы можем думать об этой проблеме с точки зрения множества реплицированных популяций, каждая из которых представляет дему (субпопуляцию) внутри метапопуляции (совокупность демов). Учитывая 10 конечных демов равных N и , каждая с начальной частотой аллеля A 0,5, мы ожидаем возможную фиксацию A в 5 демах и возможную потерю A в 5 демах. .Наши наблюдения, вероятно, в некоторой степени отклонятся от этих ожиданий, потому что мы рассматриваем конечное число демов (рис. 2). Таким образом, генетический дрейф устраняет генетические вариации внутри демов, но ведет к дифференциации демов полностью за счет случайных изменений частот аллелей.


Рисунок 2: Моделирование изменения частоты аллелей в 10 повторных популяциях (N = 20)

Поскольку исходная частота аллеля A = 0,5, мы ожидаем, что A будет зафиксирован в 5 популяциях и потерян в 5 популяциях, но наша наблюдения отклоняются от ожиданий из-за конечного числа популяций.В этом прогоне моделирования мы видим 7 случаев фиксации (p = 1), 2 случая потери (p = 0) и один случай, когда после 100 поколений все еще остаются два аллеля. В этой последней популяции A в конечном итоге достигнет фиксации или потери.

Поток генов — это перемещение генов в популяцию или из нее. Такое перемещение может быть связано с миграцией отдельных организмов, которые размножаются в своих новых популяциях, или с перемещением гамет (например, в результате переноса пыльцы между растениями).В отсутствие естественного отбора и генетического дрейфа поток генов приводит к генетической однородности среди демов в пределах метапопуляции, так что для данного локуса частоты аллелей достигают равновесных значений, равных средним частотам в метапопуляции. Напротив, ограниченный поток генов способствует дивергенции популяции посредством отбора и дрейфа, который, если он будет постоянным, может привести к видообразованию.

Естественный отбор, генетический дрейф и поток генов не действуют изолированно, поэтому мы должны рассмотреть, как взаимодействие между этими механизмами влияет на эволюционные траектории в естественных популяциях.Этот вопрос имеет решающее значение для природоохранных генетиков, которые пытаются понять последствия этих эволюционных процессов, проектируя заповедники и моделируя динамику популяций исчезающих видов в фрагментированных средах обитания. Все реальные популяции конечны и, следовательно, подвержены влиянию генетического дрейфа. В бесконечной популяции мы ожидаем, что направленный отбор в конечном итоге зафиксирует выгодный аллель, но это не обязательно произойдет в конечной популяции, потому что эффекты дрейфа могут преодолеть эффекты отбора, если отбор слабый и / или популяция мала.Потеря генетической изменчивости из-за дрейфа вызывает особую озабоченность в небольших, находящихся под угрозой популяциях, в которых фиксация вредоносных аллелей может снизить жизнеспособность популяции и повысить риск исчезновения. Даже если усилия по сохранению стимулируют рост популяции, низкая гетерозиготность, вероятно, сохранится, поскольку узкие места (периоды уменьшения размера популяции) имеют более выраженное влияние на Ne, чем периоды большего размера популяции.

Мы уже видели, что генетический дрейф ведет к дифференциации демов в пределах метапопуляции.Если мы примем простую модель, в которой индивиды имеют равные вероятности рассредоточения между всеми демами (каждая из которых имеет эффективный размер N e ) в пределах метапопуляции, то скорость миграции ( m ) представляет собой долю копий гена в пределах одной метапопуляции. дема введена через иммиграцию на поколение. Согласно обычно используемому приближению, введение только одного мигранта на поколение ( N e m = 1) составляет достаточный поток генов, чтобы противодействовать диверсифицирующим эффектам генетического дрейфа в метапопуляции.

Естественный отбор может вызвать генетические вариации среди демов в пределах метапопуляции, если в разных демах преобладают разные селективные давления. Если N e достаточно велико, чтобы не учитывать эффекты генетического дрейфа, то мы ожидаем, что направленный отбор зафиксирует предпочтительный аллель в пределах данной фокальной демы. Однако постоянное введение через поток генов аллелей, которые полезны для других демов, но вредны в фокальной деме, может противодействовать эффектам отбора.В этом сценарии вредный аллель останется на промежуточной равновесной частоте, которая отражает баланс между потоком генов и естественным отбором.

Evolution путем естественного отбора | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Введение в эволюцию путем естественного отбора

По оценкам ученых, без физического подсчета бактерий и вирусов на Земле сегодня обитает более 8,7 миллионов видов организмов. Происхождение и исчезновение такого количества видов очаровывало ученых на протяжении тысячелетий, еще со времен Древней Греции.Большое разнообразие живых организмов на Земле лучше всего объясняется научно обоснованной концепцией эволюции путем естественного отбора.

Выплачено

Видео

Практикум: Введение в естественный отбор


Evolution — это изменение унаследованных характеристик или черт в популяции организмов на протяжении многих поколений. Механизм, который лучше всего объясняет эволюцию, — это явление, известное как естественный отбор. Естественный отбор — это процесс, посредством которого определенные унаследованные черты, такие как цвет рыбы, рост человека или форма листа, отдают предпочтение в популяции. Популяция — это группа организмов, которые спариваются и размножаются друг с другом. В целом

  • признаков сохраняются в популяции, потому что они способствуют успеху организма, или
  • признаков исключаются, потому что они умаляют успех организма.

Тысячи лет селективного давления определили формы, цвета, размеры и поведение, которые оптимизируют выживание и репродуктивный успех организмов в среде, в которой они развивались.На самом деле, часто можно многое рассказать о том, где что-то живет, по тому, как оно выглядит и ведет себя.

Эволюционная приспособленность и успех относится к выживанию достаточно долго, чтобы передать генетический материал потомству. Признаки, которые передаются потомству, потому что они способствуют успеху, — это « выбран для продолжения ». Черты, которые исключаются из популяции, потому что они умаляют успех, «выбираются против продолжения ».”

Любая сила в окружающей среде, благоприятствующая или неблагоприятная чертам характера, является селективным агентом. Сила может быть биологической, как хищник, или физической, как температура. Со временем популяции, подвергшиеся воздействию различных селективных агентов, могут стать настолько разными, что больше не смогут размножаться друг с другом. Биологическое определение видов — это группа организмов, которые могут успешно размножаться друг с другом. Согласно этому определению, когда популяции больше не могут размножаться друг с другом, они считаются разными видами.

Деятельность

Модель естественного отбора в популяции бактерий.

История эволюционной биологии

В 1800-х годах многие люди пытались определить, почему в мире существует так много разных видов растений и животных. Чарльз Дарвин задумался о разнообразии животных, которых он видел на Галапагосских островах. Это привело его к разработке теории естественного отбора, которая является лучшим объяснением разнообразия жизни, которое у нас есть.Альфред Рассел Уоллес также выдвинул гипотезу о том, что окружающая среда может способствовать формированию разнообразия жизни, отдавая предпочтение одним чертам перед другими. Уоллес заметил, что насекомые в джунглях Африки и Южной Америки очень хорошо приспособились к уникальной среде обитания. Эти два человека, работая независимо друг от друга, разработали одно и то же основное объяснение разнообразия жизни: естественный отбор. Эти принципы подтверждаются текущими научными исследованиями.

Генетическая изменчивость необходима для эволюции путем естественного отбора

Чтобы происходил естественный отбор, в популяции должно быть большое количество особей с разными признаками.Например, естественный отбор не повлиял бы на цвет тела рыб, если бы все особи в популяции были одного цвета. Термин фенотип используется для описания этих физических признаков. Все фенотипы являются выражением генетической информации в молекулах ДНК человека. Термин генотип описывает конкретный генетический код в молекулярной структуре ДНК, который производит определенный фенотип. Вариации генотипов также могут вызывать вариации фенотипов.

Новые генотипы могут быть получены в результате естественного процесса генетической мутации.Мутация — это ошибка, которая совершается в процессе копирования ДНК. Мутация приводит к изменению генетического кода или генотипа.

Иногда ошибки мутаций возникают в тех участках цепи ДНК, которые не кодируют какой-либо фенотип или признак. Точно так же некоторые мутации незначительны и не вызывают каких-либо значительных изменений внешнего вида, физиологии или поведения организма. В других случаях мутации могут вызывать изменения фенотипа (рис.1.7).

За миллионы поколений копирования, даже небольшие ошибки в этом влиянии фенотипа могут привести к большим изменениям. Иногда одно изменение в регулирующем гене, который контролирует другие части ДНК организма, также может иметь большой эффект. Чтобы представить себе, как это может работать, представьте игру «телефон». В этой игре один человек шепчет фразу своему соседу, а тот — своему соседу, и так далее. Последний человек, получивший сообщение, сравнивает фазу, которую, по его мнению, он услышал, с исходной фразой.Часто ошибки в повторении или понимании фразы-образца приводят к изменению ее значения. То же самое происходит, когда ДНК реплицируется снова и снова. Изменения в сообщении в игре аналогичны тому, что происходит при мутациях. Изменения значения «сообщения» ДНК могут вызывать изменения внешнего вида, физиологии или поведения организма.

Мутация может быть особенно мощной силой для изменений, если она оказывает значительное влияние на выживание организма.Некоторые мутации, например, придали бактериям устойчивость к антибиотикам. Поскольку бактерии размножаются очень быстро, эти мутации могут быстро повлиять на изменение популяции бактерий.

Также важно помнить, что мутации случайны. Организм не может выбрать или выбрать свою мутацию. Например, некоторые виды животных, которые всю жизнь живут в пещерах без света, не имеют пигмента или окраски. Поскольку пещеры темные, нет никакой пользы в маскировке, чтобы избежать хищника, или в окраске, чтобы привлечь помощника.Однако не всем животным, живущим в темноте, не хватает цвета. Чтобы вид потерял окраску, должны произойти мутации, позволяющие удалить пигмент. Если мутации никогда не произойдет, животные останутся пигментированными.

Половое размножение также может увеличивать генетическую изменчивость в популяции. Многие одноклеточные микроорганизмы воспроизводятся просто путем дублирования своего генетического материала (то есть ДНК) и деления себя пополам. Этот процесс называется бесполым размножением.Новые клетки, полученные в результате бесполого размножения, генетически идентичны исходной родительской клетке, если не происходит какой-либо мутации. Половое размножение — это производство потомства за счет комбинации специализированных половых клеток. Эти половые клетки (также называемые гаметами) содержат только половину генетического материала отдельного организма. Когда две половины — одна от самца и одна от самки — объединяются, потомство получает совершенно новую комбинацию генов.

Мутации и половое размножение увеличивают генетическую изменчивость популяции.Отдельные организмы с неблагоприятными признаками (например, деформированные крылья у плодовых мушек или ярко-белый узор у самцов павлинов) с меньшей вероятностью выживут и будут воспроизводиться. Эти люди и гены, которые они несут, «отбираются против» или не одобряются естественным отбором (рис. 1.8). Напротив, люди с полезными генами имеют больше шансов выжить и размножаться.

Выплачено

Видео

Практикум: Подведение итогов по естественному отбору


Итого:

  1. Естественный отбор требует различий между особями.
  2. Мутации и половое размножение увеличивают генетическую изменчивость в популяции.
  3. Естественный отбор происходит, когда давление окружающей среды благоприятствует определенным чертам, которые передаются потомству. «Большой приз» в естественном отборе — это передача генетической информации.
  4. Естественный отбор действует на популяции. Люди не эволюционируют в терминах генетической эволюции. Люди могут мутировать, но естественный отбор изменяет характеристики популяции в целом.

Деятельность

Смоделируйте, как изменение цвета жертвы и поиск пищи хищниками влияют на выживание и воспроизводство популяции жертвы.

Механизмы эволюции — Концепции биологии

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите четыре основные причины эволюции: естественный отбор, мутации, генетический дрейф и поток генов
  • Объясните, как каждая эволюционная сила может влиять на частоту аллелей в популяции.

Принцип равновесия Харди-Вайнберга гласит, что частоты аллелей в популяции останутся постоянными при отсутствии четырех факторов, которые могут их изменить.Этими факторами являются естественный отбор, мутации, генетический дрейф и миграция (поток генов). Фактически, мы знаем, что они, вероятно, всегда влияют на население.

Естественный отбор уже обсуждался. Аллели выражены фенотипом. В зависимости от условий окружающей среды фенотип дает преимущество или недостаток индивиду с этим фенотипом по сравнению с другими фенотипами в популяции. Если это преимущество, то у этого индивида, вероятно, будет больше потомства, чем у индивидов с другими фенотипами, и это будет означать, что аллель, лежащий в основе фенотипа, будет иметь большее представительство в следующем поколении.Если условия останутся прежними, то потомство, несущее тот же аллель, также выиграет. Со временем частота аллеля в популяции будет увеличиваться.

Мутация — источник новых аллелей в популяции. Мутация — это изменение последовательности ДНК гена. Мутация может превратить один аллель в другой, но в конечном итоге произойдет изменение частоты. Изменение частоты в результате мутации невелико, поэтому его влияние на эволюцию невелико, если только оно не взаимодействует с одним из других факторов, например с отбором.Мутация может давать аллель, который отобран против, отобран или селективно нейтрален. Вредные мутации удаляются из популяции путем отбора и, как правило, обнаруживаются только с очень низкой частотой, равной скорости мутаций. Полезные мутации будут распространяться по популяции посредством отбора, хотя первоначальное распространение происходит медленно. Является ли мутация полезной или вредной, определяется тем, помогает ли она организму выжить до половой зрелости и воспроизвести. Следует отметить, что мутации являются основным источником генетической изменчивости во всех популяциях — новых аллелей, и, следовательно, новые генетические вариации возникают в результате мутации.

Еще один способ изменения частот аллелей в популяции — это генетический дрейф ([Рис. 1]), который является просто эффектом случайности. Генетический дрейф наиболее важен в небольших популяциях. Дрейф полностью отсутствовал бы в популяции с бесконечным количеством особей, но, конечно, нет такой большой популяции. Генетический дрейф происходит потому, что аллели в поколении потомков представляют собой случайную выборку аллелей в поколении родителей. Аллели могут или не могут попасть в следующее поколение из-за случайных событий, включая смертность человека, события, влияющие на поиск партнера, и даже события, влияющие на то, какие гаметы заканчиваются оплодотворением.Если одна особь в популяции из десяти особей умрет, прежде чем оставит потомство следующему поколению, все ее гены — десятая часть генофонда популяции — будут внезапно потеряны. В популяции из 100 человек эта особь представляет только 1 процент от общего генофонда; следовательно, он оказывает гораздо меньшее влияние на генетическую структуру популяции и вряд ли удалит все копии даже относительно редкого аллеля.

Представьте себе популяцию из десяти особей, половина с аллелем A и половина с аллелем a (особи гаплоидны).В стабильной популяции следующее поколение также будет иметь десять особей. Выберите это поколение случайным образом, подбросив монетку десять раз, и пусть орел будет A , а решка a . Маловероятно, что следующее поколение будет иметь ровно половину каждого аллеля. Может быть шесть из одного и четыре из другого, или какой-то другой набор частот. Таким образом, изменились частоты аллелей и произошла эволюция. Монета больше не будет работать, чтобы выбрать следующее поколение (потому что шансы больше не равны половине для каждого аллеля).Частота в каждом поколении будет дрейфовать вверх и вниз в результате так называемого случайного блуждания, пока в какой-то момент не будут выбраны все A или все a , и этот аллель с этого момента не станет фиксированным. Для большой популяции это может занять очень много времени. Это упрощение не очень биологическое, но можно показать, что реальные популяции ведут себя таким образом. Влияние дрейфа на частоты тем больше, чем меньше население. Его влияние также больше на аллель с частотой далеко не наполовину.Дрейф повлияет на все аллели, даже на те, которые выбираются естественным образом.

Art Connection

Рисунок 1: Генетический дрейф в популяции может привести к случайному исключению аллеля из популяции. В каждом поколении случайный набор особей воспроизводится, чтобы произвести следующее поколение. Частота аллелей в следующем поколении равна частоте аллелей среди воспроизводящихся особей.

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

[show-answer q = ”5 ″] Показать ответ [/ show-answer]
[hidden-answer a =” 5 ″] Генетический дрейф, вероятно, будет происходить быстрее на острове, где ожидается меньшее количество популяций.[/ hidden-answer]

Генетический дрейф также может быть усилен природными или вызванными человеком событиями, такими как катастрофа, в результате которой случайным образом погибает большая часть населения, что известно как эффект узкого места, в результате которого большая часть генома внезапно уничтожается ( [Фигура 2]). Одним махом генетическая структура выживших становится генетической структурой всей популяции, которая может сильно отличаться от популяции до катастрофы. Катастрофа должна быть такой, которая убивает по причинам, не связанным с особенностями организма, например, ураган или поток лавы.Массовое убийство, вызванное необычно низкими температурами в ночное время, может по-разному повлиять на людей в зависимости от их аллелей, которые придают холодоустойчивость.

Рисунок 2: Случайное событие или катастрофа могут уменьшить генетическую изменчивость в популяции.

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 совпадает с генетической структурой 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 более высокой, чем обычно, долей колонистов-основателей, которые составляли небольшую выборку из исходной популяции, несущих эти мутации.В результате в популяции наблюдается необычно высокий уровень заболеваемости болезнью Хантингтона (БХ) и анемией Фанкони (ФА), генетическим заболеванием, которое, как известно, вызывает костный мозг и врожденные аномалии, и даже рак. 1

Посетите этот сайт, чтобы узнать больше о дрейфе генов и запустить моделирование изменений аллелей, вызванных дрейфом.

Другая важная сила эволюции — это поток генов, или поток аллелей в популяции и из нее, возникающий в результате миграции особей или гамет ([Рис. 3]).В то время как некоторые популяции довольно стабильны, другие испытывают большие колебания. Многие растения, например, рассылают свои семена повсюду, ветром или в кишечнике животных; эти семена могут привнести аллели, общие в исходной популяции, в новую популяцию, в которой они редки.

Рисунок 3: Поток генов может происходить, когда особь перемещается из одного географического места в другое и присоединяется к другой популяции вида. В показанном здесь примере коричневый аллель вводится в зеленую популяцию.

Есть четыре фактора, которые могут изменить частоту аллелей в популяции. Естественный отбор работает, выбирая аллели, которые придают полезные черты или поведение, в то же время выбирая против аллелей вредных качеств. Мутации вводят в популяцию новые аллели. Генетический дрейф возникает из-за того, что у одних людей потомство больше, чем у других, и приводит к случайным по направлению изменениям частот аллелей. Когда люди покидают популяцию или присоединяются к ней, частоты аллелей могут измениться в результате потока генов.

Галапагосские зяблики среднего наземного обитания встречаются на островах Санта-Крус и Сан-Кристобаль, которые разделены океаном примерно на 100 км. Иногда люди с любого острова улетают на другой остров, чтобы остаться. С помощью какого из следующих механизмов это может изменить частоту аллелей в популяции?

  1. естественный отбор
  2. генетический дрейф
  3. поток генов
  4. мутация

[show-answer q = ”950901 ″] Показать ответ [/ show-answer]
[hidden-answer a =” 950901 ″] 3 [/ hidden-answer]

В какой из следующих пар оба эволюционных процесса вносят новые генетические вариации в популяцию?

  1. естественный отбор и генетический дрейф
  2. мутация и поток генов
  3. естественный отбор и поток генов
  4. поток генов и генетический дрейф

[show-answer q = ”82358 ″] Показать ответ [/ show-answer]
[hidden-answer a =” 82358 ″] 2 [/ hidden-answer]

Опишите естественный отбор и приведите пример естественного отбора в популяции.

Теория естественного отбора основана на наблюдении, что некоторые особи в популяции живут дольше и имеют больше потомства, чем другие, таким образом передавая больше своих генов следующему поколению. Например, большой, сильный самец гориллы с гораздо большей вероятностью, чем горилла поменьше и слабее, станет серебрянкой популяции, лидером стаи, который спаривается гораздо чаще, чем другие самцы группы. Таким образом, лидер стаи станет отцом большего количества потомков, которые имеют половину его генов, и, таким образом, вероятно, также станут больше и сильнее, как их отец.Со временем гены большего размера будут чаще встречаться в популяции, и в результате популяция будет расти в среднем.

Сноски

  1. A. J. Типпинг и др., «Молекулярные и генеалогические доказательства эффекта основателя в семьях с анемией Фанкони африканского населения Южной Африки», PNAS 98, no. 10 (2001): 5734-5739, DOI: 10.1073 / pnas.091402398.

Глоссарий

эффект узкого места
усиление генетического дрейфа в результате стихийных бедствий или катастроф
эффект основателя
увеличение генетического дрейфа в небольшой популяции, которая мигрирует прочь от большой родительской популяции, несущей с собой нерепрезентативный набор аллелей
поток генов
поток аллелей в популяции и из популяции вследствие миграции особей или гамет

чтений для Core 8.1

По пыльным пескам южного Техаса, Аризоны и Нью-Мексико мирно бродят многочисленные небольшие стада пекари, животных, которых на первый взгляд часто принимают за свиней. Ошибка является частой, потому что пекари похожи на диких свиней, и оба вида во многом похожи.

Однако пекари — не свиньи, несмотря на свой внешний вид. Насколько мы можем судить, их происхождение расходилось с линией современных свиней около 40 миллионов лет назад в эпоху олигоцена.

Тем не менее, это интересная ошибка, которая иллюстрирует несколько важных вопросов в изучении эволюции. Например, , откуда мы знаем, что пекари — это другой вид организма, чем свиньи ?

Совершенно очевидно, что слоны — это разные виды от свиней, но пекари и свиньи во многом похожи, так почему же мы вправе помещать их в другую группу?

Насколько разными должны быть две группы, прежде чем они станут отдельными видами?

Вопрос о пекари и свиньях — все это часть двух более крупных фундаментальных проблем биологии: Что такое вид и каково происхождение новых видов?

Чарльз Дарвин в свое время боролся с этими вопросами и придумал исходную схему ответа.С тех пор другие добавили к его формирующим идеям и создали современный синтез дарвинизма, молекулярной генетики и популяционной генетики.

Измерение эволюции
Эволюция измеряется на уровне популяции организмов. Отдельные пекари не могут развиваться. Но небольшое стадо или популяция пекари подвержена всем силам изменчивости и естественного отбора и может претерпевать все изменения генотипов и фенотипов, связанные с эволюционными изменениями.

Популяция — это наименьшая единица живых организмов, которая может эволюционировать.

Внутри схожих организмов есть комбинации разных генов и разных типов генов. Таким образом, популяцию пекари можно рассматривать как «пул» генов и типов генов, которые отражают генетическое разнообразие всех особей в группе. Этот «пул генов» меняется в процессе эволюции.

Дж. Х. Харди, кембриджский профессор, Г.Вайнберг в Германии и W.E. Касл в Америке математически продемонстрировал, что популяции генетически стабильны во времени.

У каждой популяции есть пул вариантов генов, который действует как сырье для эволюционных изменений. Вооружившись меркой принципа Харди-Вайнберга и генетического равновесия, можно изучать реальные популяции организмов по мере их взаимодействия.

Количественные и качественные наблюдения помогают определить, какие типы агентов влияют на генофонд и какие изменения они вызывают.

Даже в условиях, когда ничего не меняется, существует диапазон вариаций любого фенотипического признака в любой популяции. Это можно количественно оценить и представить в графической форме; нормальное распределение.

Когда давление со стороны хищников или окружающей среды начинает влиять на диапазон вариаций фенотипов внутри популяции, можно увидеть несколько типов изменений; направленный отбор, стабилизирующий отбор или разрушительный отбор.

В небольших группах действуют другие силы.Когда популяция мала, присутствие или отсутствие одного человека может иметь сильное влияние на генофонд популяции.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *