Пименов А.В. Задачи: Дать характеристику различным формам естественного отбора; дрейфу генов и другим факторам эволюции; приспособленности и ее относительности. Тема: «Формы естественного отбора и другие факторы эволюции. Приспособленность»
Различают несколько форм естественного отбора: стабилизирующую, движущую, разрывающую и дестабилизирующую. Стабилизирующая форма действует в том случае, если условия среды остаются неизменными. В этом случае преимущественно выживают особи, приспособленные к данным условиям, отклонения от среднего значения признака устраняются отбором. Учение о стабилизирующей форме отбора было разработано русским ученым И.И.Шмальгаузеном. Благодаря этой форме отбора сохраняются примитивные формы жизни, хорошо приспособленные к конкретным условиям; сохраняются средние значения различных признаков. Под контролем стабилизирующей формы отбора находятся самые различные признаки организма. И.И.Шмальгаузен (1884 — 1963) Латимерия Формы естественного отбора
Хорошим примером являются размеры ушей у зайцев, являющихся важным органом регуляции теплоотдачи. От их размеров зависит количество теплового излучения. Большее количество зайцев имеют уши средних размеров, короткоухие погибают от перегревания, длинноухие — от переохлаждения. Формы естественного отбора
В другом случае особи с одними признаками уничтожаются чаще, чем с другими. Английские ученые около 150 лет назад исследовали две популяции ночной бабочки березовой пяденицы в городе и селе. В обеих популяциях в равной степени были представлены особи со светлой окраской (ген А), их было больше, и с темной окраской (ген В). Прошло 100 лет, Манчестер стал промышленным центром и стволы деревьев около города стали темными от копоти. Ученые вновь исследовали две популяции. Формы естественного отбора
Формы естественного отбора
Движущую форму естественного отбора Ч.Дарвин наблюдал на океанических островах, на которых появились бескрылые насекомые. Насекомые со обычными крыльями ветром сносились в море и погибали. Формы естественного отбора
Мадагаскарские тараканы, в отличие от Американских блаберусов, совершенно не имеют крыльев, но цепкие лапки позволяют им подниматься даже по стеклянной вертикальной плоскости. Движущая форма отбора и ее разновидность – разрывающая форма приводят к полиморфизму — образованию нескольких форм, отличающихся по определенному признаку. Формы естественного отбора
Из поколения в поколение в результате наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора виды изменяются в направлении все большей приспособленности к условиям среды обитания. Приспособленность не абсолютна, она носит относительный характер. Таким образом, стабилизирующая форма естественного отбора сохраняет виды в неизменных условиях обитания, движущая – приводит к образованию новых видов при изменении условий. Формы естественного отбора
Таким образом, естественный отбор играет не только роль «сита», устраняющего появляющиеся в популяции изменения, но и играет творческую роль, накапливая наследственные изменения и определяя направление эволюции. Вместе с наследственной изменчивостью и другими факторами эволюции за 3,5 млрд. лет отбор создал все огромное разнообразие видов на нашей Земле, сохраняя как примитивные формы при стабильных условиях среды, и образуя новые виды в измененных условиях обитания. Формы естественного отбора
Направляющий фактор эволюции: Естественный отбор. Какая изменчивость приводит к изменению генов: Мутационная. Какая изменчивость распространяет возникшие мутации: Комбинативная. При каких условиях среды наблюдается стабилизирующая форма отбора: При постоянных, неизменных. При каких условиях среды наблюдается движущая форма отбора: При изменяющихся. Какая форма отбора сохраняет виды без изменения: Стабилизирующая. Какой ученый разработал теорию движущей формы отбора? Ч.Дарвин. Какой ученый разработал теорию стабилизирующей формы отбора? И.И.Шмальгаузен. Благодаря какой форме отбора сохранилась кистеперая рыба, яйцекладущие млекопитающие? Стабилизирующей. Какая форма отбора приводит к дивергенции? Движущая. Подведем итоги:
Дрейф генов как фактор эволюции был раскрыт российскими учеными генетиками Н.П.Дубининым и Д.Д.Ромашевым и зарубежными учеными американцем С.Райтом и англичанином Р.Фишером. Они изучали изменение частоты встречаемости аллелей в ряду поколений в небольших популяциях. Генофонд популяций, в силу различных процессов, через несколько поколений может резко измениться, изменится частота встречаемости аллелей различных генов. Другие факторы эволюции: «Дрейф генов»
В эксперименте С.Райт было задействовано 100 линий, каждая из которых происходила от четырех самцов и четырех самок. Частота доминантного аллеля красных и рецессивного аллеля белых глаз в каждой линии исходно составляла 0,5 – т.е 50% мужских и женских гамет несли аллель красноглазости, 50% несли аллель белоглазости. Среди потомства в каждом поколении случайным образом отбирали четырех самцов и четырех самок для производства потомства. Другие факторы эволюции: «Дрейф генов» ♂Аа х ♀Аа
Через 16 поколений оба аллеля оказались в различных соотношениях: в 41 популяции был утрачен рецессивный аллель, все мухи были красноглазыми; в 29 популяциях был утрачен доминантный аллель, все мухи были белоглазыми; 4 линии погибли, остальные сохранили оба аллеля, но в различных соотношениях. Процесс случайного, ненаправленного изменения частот аллелей в небольших популяциях получил название дрейфа генов, а изменение генофонда – эволюционное явление. Дрейф генов – важный фактор эволюции, ненаправленно изменяющий генофонд популяции. Чем меньше численность, тем выше вероятность случайного изменения частот встречаемости аллелей генов. Другие факторы эволюции: «Дрейф генов»
Например. В три пробирки поместим гетерозиготных по гену окраски тела дрозофил (Аа). Частота доминантного аллеля серого и рецессивного аллеля черного цвета тела составляет 0,5 – т.е. 50% мужских и женских гамет несут аллели серого и 50% – черного цвета. Среди потомства случайным образом отберем четыре пары (как это делал Райт) для производства потомства. Каким будет соотношение аллелей в потомстве в наших трех пробирках? Моделирование ситуации: поместим в ванночку равное количество мужских и женских «гамет» с аллелем серого цвета тела и с аллелем черного цвета (по 50 шариков разного цвета). Перемешаем содержимое ванночки и, не глядя, достанем восемь пар шариков (гамет) и определим в процентах встречаемость аллелей в потомстве (16 шариков – 100%). Запишем полученное соотношение и повторим этот опыт еще дважды (три пробирки). Вероятнее всего соотношение 50/50 изменится во всех трех опытах в силу случайного слияния гамет с различными аллелями. Другие факторы эволюции: «Дрейф генов»
К дрейфу генов приводят и популяционные волны - или волны жизни, периодические или непериодические колебания численности организмов в природных популяциях. В любой популяции происходят колебания численности особей, причинами которых служат различные абиотические и биотические факторы среды. Наиболее ярко это проявляется у быстроразмножающихся видов, например у мышевидных грызунов примерно раз в 4 года численность возрастает многократно. Затем вновь происходит резкий спад численности. Другие факторы эволюции: «Популяционные волны»
Например, при половодье или наводнении погибает большая часть популяции грызунов, генофонд ее при этом резко и случайно изменяется. Такой период, когда популяция проходит период малой численности, получил название «бутылочное горлышко». При этом изменяется частота встречаемости различных аллелей генов, частота встречаемости редких аллелей при этом может резко возрасти или вообще исчезнуть. Другие факторы эволюции: «Популяционные волны»
Другие факторы эволюции: «Популяционные волны»
Часто колебания численности связаны с прессом хищников. На рисунке показаны изменения численности хищника и жертвы, причем изменение численности жертвы опережает изменение численности хищника. Популяционные волны – одна из частых причин изменения генофонда популяций и частоты встречаемости аллелей. Другие факторы эволюции: «Популяционные волны»
Важным фактором эволюции является и изоляция, препятствующая свободному скрещиванию особей различных популяций. Различают географическую и экологическую изоляцию. Географическая изоляция обычно связана с возникновением естественных преград между популяциями одного вида. При этом не происходит распространения возникших мутаций за пределы популяции, что, в конечном счете, приводит к репродуктивной, изоляции — появлению нового вида. Образование различных видов галапагосских вьюрков, сохранение яйцекладущих и сумчатых животных Австралии — результат изоляции. Другие факторы эволюции: «Изоляция»
Экологическая изоляция связана с различными экологическими условиями, в которых обитают различные популяции. Движущая форма отбора приводит к изменению генофонда популяций, расхождению признаков и, в конечном счете, образованию новых видов. Так, например, образовались различные виды лютиков. Другие факторы эволюции: «Изоляция»
Экологическая изоляция может вызываться несовпадением сроков размножения особей различных популяций, например, некоторые лососевые рыбы нерестятся через год, в четный год на нерест приходит одна популяция, в нечетный — другая. Разные популяции форели озера Севан нерестятся в разных горных реках и ручьях, что также приводит к репродуктивной изоляции и может послужить начальным этапом видообразования, называемого экологическим видообразованием. Другие факторы эволюции: «Изоляция»
Белый и бурый медведи географически изолированы и приспособились к жизни в разных экологических условиях. Другие факторы эволюции: «Изоляция»
Рыжая лиса и песец также обитают в разных экологических условиях, отбор привел к различиям в генофонде и морфологическим различиям. Таким образом, кроме наследственной изменчивости и естественного отбора к факторам эволюции относятся дрейф генов, популяционные волны и изоляция. Другие факторы эволюции: «Изоляция»
Дрейф генов: Процесс случайного, ненаправленного изменения частот аллелей в небольших популяциях получил название дрейфа генов. Почему дрейф генов – фактор эволюции? Так как он приводит к изменению генофонда популяций. Можно ли утверждать, что дрейф генов приводит к направленному изменению генофонда популяции? Нет, происходит случайное, ненаправленное изменение частот аллелей. Популяционные волны: Популяционные волны - или волны жизни, периодические или непериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Почему популяционные волны – фактор эволюции? Так как они приводят к изменению генофонда популяций. Можно ли утверждать, что популяционные волны приводят к направленному изменению генофонда популяции? Нет, происходит случайное, ненаправленное изменение частот аллелей. Что такое «бутылочное горлышко» в популяционных волнах? Период с наименьшей численностью данной популяции. Какие виды изоляции нам известны? Географическая и экологическая изоляция. Подведем итоги:
Почему изоляция – фактор эволюции: Препятствует скрещиванию особей различных популяций, что приводит к изменению генофондов популяций. Какая форма изоляции привела к появлению разных видов лютиков? Экологическая форма. Какая форма изоляции привела к появлению белого медведя? И географическая – произошло расширение ареала, и экологическая – возникли приспособления к новым экологическим условиям. Подведем итоги:
Каждый организм удивительно приспособлен к определенным условиям обитания. Эта приспособленность проявляется в особенностях внешнего и внутреннего строения, в поведении, в размножении и заботе о потомстве. Во внешнем строении примерами приспособленности являются форма тела и особые средства защиты. Например, обтекаемая форма тела рыб и птиц, причудливая форма животных, затаивающихся при поджидании добычи или скрывающихся от врагов (морской конек-тряпичник, рыба-клоун). Колючки ежа и дикобраза защищают этих животных от врагов. Приспособленность
К ярким примерам приспособленности относятся покровительственная окраска и форма животных. Различают 3 типа покровительственной окраски и формы: маскировку, демонстрацию и мимикрию (существуют и другие классификации защитных окрасок). Маскировка — сходство с фоном, несъедобными для хищника предметами. Такая окраска у зеленого кузнечика, богомола, птиц, высиживающих яйца на земле. Приспособленность
Приспособленность
К демонстрации относятся предупреждающая и отпугивающая окраски. Предупреждающие окраски у ядовитых или жалящих животных, например, осы, шмели, божьи коровки несъедобны и своей яркой окраской как бы предупреждают об опасности. Приспособленность
Отпугивающая окраска видна обычно только в минуты опасности и сопровождается угрожающим поведением. Например, глазчатый бражник в такие минуты раскрывает крылья и изгибает вверх брюшко. При этом становятся видны крупные «глаза» на задних крыльях бражника, брюшко же напоминает клюв птицы. Приспособленность
Мимикрия — сходство с несъедобными предметами или ядовитыми животными, имеющими предостерегающую окраску. Например, бабочка-стеклянница очень похожа на осу, муха-пчеловидка — на пчелу, муха-шмелевидка — на шмеля, палочник — на веточку. Приспособленность
Особенности размножения и заботы о потомстве. Многие рыбы охраняют свою икру (самец трехиглой колюшки даже строит гнездо, плавниками прогоняет воду над отложенной икрой, охраняет первое время личинок), некоторые вынашивают икру во рту (тиляпия). Если забота о потомстве выражена слабо, то в этом случае у животных очень высокая плодовитость, как это наблюдается у беспозвоночных и низших позвоночных животных. Приспособительное поведение животных. Например, многие грызуны запасают корм на зиму, некоторые животные затаиваются во время опасности, для многих характерны различные формы отпугивающего поведения. Приспособленность
Но любая приспособленность относительна : она целесообразна только в конкретных условиях, при их изменении приспособления оказываются бесполезными для организма. Например, иголки спасают ежа на суше, в воде еж разворачивается, становится беззащитным перед лисой; зеленый кузнечик хорошо заметен на буром фоне. Приспособленность
Приспособленность по К.Линнею объясняется изначальной целесообразностью — каждый вид был создан уже приспособленным к жизни в определенных условиях обитания. По Ж.Б.Ламарку приспособленность появилась под влиянием среды, упражнению или неупражнению органов; стремлению к самоусовершенствованию и передачи по наследству благоприобретенных признаков. Но с точки зрения теории Ламарка нельзя объяснить возникновение, например, окраски скорлупы птичьих яиц и их формы, ведь его идея о роли упражнения и не упражнения органов здесь неприменима. К.Линней (1707-1778) Ж.Б.Ламарк (1744-1829) Ч. Дарвин (1809 – 1882) Приспособленность
Теория Ч.Дарвина дала ответы на главные вопросы биологической науки: как возникло многообразие и удивительная приспособленность видов. Материал для отбора дает наследственная, мутационная изменчивость, в результате полового размножения (комбинативной изменчивости) эти мутации распространяются и попадают под контроль естественного отбора. К.Линней (1707-1778) Ж.Б.Ламарк (1744-1829) Ч. Дарвин (1809 – 1882) Приспособленность
Приспособленность
Какие типы покровительственной окраски и формы различают? Различают 3 типа покровительственной окраски и формы: маскировку, демонстрацию и мимикрию. В чем выражается маскировка? Маскировка — сходство с фоном. Такая окраска у зеленого кузнечика, богомола, птиц, высиживающих яйца на земле. В чем выражается демонстрация? К демонстрации относятся предупреждающая и отпугивающая окраски. В чем выражается мимикрия? Мимикрия — сходство с несъедобными предметами или ядовитыми животными, имеющими предостерегающую окраску. В чем проявляется приспособленность в размножении? Чем меньше потомства, тем больше забота о нем и наоборот. Почему любая приспособленность относительна? Приспособленность целесообразна только в конкретных условиях, при их изменении приспособления оказываются бесполезными для организма. Как возникновение приспособленности объяснял К.Линней? Каждый вид был создан уже приспособленным к жизни в определенных условиях обитания Подведем итоги:
Как возникновение приспособленности объяснял Ж.Б.Ламарк? Приспособленность появилась под влиянием среды, упражнению или неупражнению органов; стремлению к самоусовершенствованию и передачи по наследству благоприобретенных признаков. Как возникновение приспособленности объяснял Ч.Дарвин? Материал для отбора дает изменчивость, изменения попадают под контроль естественного отбора, с помощью наследственности передаются следующему поколению. Подведем итоги:
