Что такое географическая изоляция?

Географическая изоляция в природе

Географическая изоляция может иметь основополагающее значение для эволюции и развития видов. Когда популяции разделены географически, они могут подвергаться различным экологическим условиям, их генетическая структура может меняться, и они могут развивать уникальные адаптации и характеристики.

Примером географической изоляции в природе может служить островная изоляция. Например, Галапагосские острова в Тихом океане известны своими уникальными и разнообразными видами, которые эволюционировали благодаря изоляции от континентальных масс. Другим примером может служить изоляция популяций животных в горных хребтах, где высота и суровые условия гор позволяют развиваться только специализированным видам.

Основной эффект географической изоляции состоит в том, что разделение популяций способствует разделению генов, что приводит к генетической дивергенции и возможности возникновения новых видов. Когда две географически изолированные популяции развиваются независимо друг от друга в течение многих поколений, они могут накапливать различные мутации и генетические изменения, которые приводят к формированию разных видов. Этот процесс известен как аллопатрическая спекиация.

В целом, географическая изоляция играет важную роль в эволюции и разнообразии живых организмов. Она способствует формированию новых видов и уникальных адаптаций, исследование которых позволяет более глубоко понять процессы эволюции.

Как географическая изоляция влияет на эволюцию

В первую очередь, географическая изоляция препятствует перемешиванию генетического материала между популяциями. Это означает, что мутации и генетические изменения, которые происходят в одной популяции, не будут передаваться в другие популяции до тех пор, пока географическая изоляция не будет преодолена. В результате этого разделения, популяции могут по-разному эволюционировать, разрабатывая уникальные адаптации к своим средам.

Второе важное влияние географической изоляции на эволюцию связано с формированием новых видов. Когда популяции разделены географическими барьерами, они могут проходить разные эволюционные пути, и со временем накапливать генетические различия, которые делают их совместное размножение неэффективным или невозможным

Это может привести к возникновению новых видов, которые не могут скрещиваться между собой и образовывают отдельные и изолированные генетические линии.

Географическая изоляция также может способствовать развитию различных экологических ниш и сформироваться специализированные виды. Когда популяции разделены географически, они сталкиваются с разными условиями среды обитания и набором доступных ресурсов. Это может привести к развитию уникальных адаптаций и специализаций в каждой из популяций. Например, животные, живущие на островах, могут развиться с меньшими размерами или удлиненными конечностями, чтобы адаптироваться к ограниченным ресурсам и безопасности.

В целом, географическая изоляция является важным фактором, определяющим процессы эволюции организмов. Она может привести к появлению новых видов, формированию уникальных адаптаций и развитию разнообразия в природе. Изучение эффектов географической изоляции помогает лучше понять происхождение и разнообразие живых организмов на нашей планете.

Влияние географической изоляции на культурное разнообразие

Географическая изоляция играет существенную роль в формировании и развитии культурного разнообразия различных регионов мира. Когда группы людей находятся в изолированных средах, возникают уникальные условия, которые способствуют развитию собственных языков, обычаев, традиций и верований.

Одним из важных аспектов географической изоляции является языковая разнообразность. В отсутствие взаимодействия и коммуникации с другими группами возникают новые языки или диалекты, которые развиваются независимо от основных языковых групп. Это приводит к богатству языкового многообразия мира, когда каждый регион имеет свой уникальный язык.

Культурные традиции и обычаи также формируются в результате географической изоляции. Группы людей, находясь в удаленных и отдаленных регионах, разрабатывают уникальные способы выживания и адаптации к окружающей среде. Это может включать в себя специфическую кухню, одежду, архитектуру и религиозные практики. Изоляция способствует сохранению и передаче этих традиций из поколения в поколение.

Географическая изоляция также может привести к формированию особого мировосприятия и культурных ценностей. Различные климатические условия, природные ресурсы и географические особенности влияют на образ жизни и мышление населения. Например, жители островов часто разрабатывают уникальные навыки и традиции, связанные с рыболовством и морскими делами.

Однако, географическая изоляция также может иметь негативные последствия на культурное разнообразие. Когда группы людей остаются изолированными от других культурных влияний, возникает угроза утраты культурного наследия и стагнации

Поэтому важно находить баланс между уникальностью культуры и обогащением ее через контакт с другими культурами

Ссылки

1. Добавляет Дж., Ларкком Э. и Миллер Р. (2004). Генетика, эволюция и биоразнообразие. Нельсон Торнс.
2. Американский музей естественной истории. (2017). Эволюция рыбы реки Конго определяется интенсивными порогами: геномное исследование в нижнем течении Конго показывает микромасштабную диверсификацию. ScienceDaily. Получено 16 октября 2018 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170217161005.htm.
3. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2004). Биология: наука и природа. Pearson Education.
4. Кертис, Х., и Шнек, А. (2006). Приглашение к биологии. Panamerican Medical Ed.
5. Майр, Э. (1997). Эволюция и разнообразие жизни: Избранные очерки. Издательство Гарвардского университета.
6. Райс, С. (2007).Энциклопедия эволюции. Факты о файле.
7. Тобин, А. Дж., И Душек, Дж. (2005). Спрашивать о жизни. Cengage Learning.

Биология

Учебник для 10-11 классов

§ 49. Изоляция — эволюционный фактор

Еще Ч. Дарвин указывал, что изоляция очень важный эволюционный фактор, так как она приводит к расхождению признаков особей в пределах одного вида и предотвращает скрещивание особей разных видов между собой.

Географическая изоляция. Рассмотрим, какими способами осуществляется в природе изоляция, ведущая к расхождению признаков в популяции. Наиболее частой является пространственная, или географическая, изоляция. Сущность ее заключается в разрыве единого ареала, на котором обитал вид, на не сообщающиеся между собой части. В результате отдельные популяции обосабливаются, поэтому свободное скрещивание индивидуумов из разных частей ареала оказывается либо невозможным, либо крайне затрудненным.

В каждой изолированной популяции могут случайно возникать мутации. Вследствие дрейфа генов и действия естественного отбора генотипический состав изолированных популяций становится все более и более различным.

Причины, ведущие к возникновению географической изоляции, многочисленны: это образование гор или рек, перешейков или проливов, истребление популяций в определенных районах и т. д.

Вследствие невозможности скрещивания особей из различных изолированных популяций в каждой из них возникает свое направление эволюционного процесса. Это со временем приводит к значительным отличиям в их генотипической структуре и ослаблению и даже полному прекращению обмена генами между популяциями.

Экологическая изоляция. Другой путь, приводящий к расхождению популяции, — экологическая изоляция. Она основана на различиях в предпочтении животных или растений селиться в определенном месте и скрещиваться в строго определенное время года. Некоторые лососевые рыбы, например, нерестятся не ежегодно, а через год. Причем в одно и то же нерестилище в четный год приходит нереститься одна популяция рыб, а в нечетный год — другая. По этой причине представители разных популяций не могут скреститься и популяции оказываются изолированными.

Другой тип экологической изоляции связан с предпочтением живыми организмами конкретного местообитания. Севанская форель — пример такой изоляции. Разные популяции форели нерестятся в устьях различных ручьев и горных рек, впадающих в озеро, поэтому свободное скрещивание между ними крайне затруднено. Экологическая изоляция, таким образом, препятствует скрещиванию особей из разных популяций и служит, так же как и географическая изоляция, начальным этапом расхождения популяций.

Биологические механизмы, препятствующие скрещиванию особей разных видов. Существуют сложные механизмы, препятствующие скрещиванию особей разных видов, живущих на одной территории

Особенно важное значение в осуществлении такой изоляции имеют различия в поведении животных.

Несходство в брачных песнях, ритуалах ухаживания, выделяемых запахах, предпочитаемых местах обитания — все это надежно предохраняет особей разных видов от спаривания. Многие виды, кроме того, обладают различиями в строении половых органов, что является дополнительной преградой к скрещиванию. У растений наблюдается неспособность пыльцы одних видов прорастать на рыльцах пестиков других видов. В том случае, если оплодотворение все-таки происходит, наблюдается гибель зигот по генетическим причинам. В тех случаях, когда все барьеры оказываются преодоленными и все же рождается гибридное потомство, оно часто оказывается бесплодным из-за нарушений мейоза в связи с различиями в строении и числе хромосом.

Итак, различные типы изоляции, с одной стороны, создают предпосылки к расхождению популяций и к последующему видообразованию, а с другой — способствуют сохранению генетической структуры вида.

1. Объясните, как образуются новые виды в условиях географической или экологической изоляции.
2. В чем различие географической и экологической изоляции?

Изоляция и ее типы

Изоляция — естественный барьер, препятствующий свободному скрещиванию внутри вида (его еще называют репродуктивным барьером) и способствующий образованию популяций.

По своей природе она бывает:

• Географической;
• Экологической;
• Поведенческой.

Географическая изоляция чаще всего возникает у видов с широким ареалом. Это естественные барьеры, которые препятствуют перемещению особей — например, реки и горы. Часть организмы не способны преодолеть эту преграду, поэтому размножаются в определенных пределах, что способствует накоплению отличий. Географическая изоляция является самым эффективным методом видообразования.

Экологическая изоляция предполагает появление барьеров, связанных с экологией отдельных групп. Многие мигрирующие птицы образуют пары перед вылетом. Как правило, внутри одного вида птиц есть особи, которые вылетают в тёплые страны раньше, чем другие, которые ещё только готовятся и откармливаются для вылета. Соответственно, пары могут образоваться только среди рано вылетающих и поздно вылетающих птиц и никогда – между птицами из разных групп.

Схема географической и экологической изоляции Источник

Поведенческая, или этологическая изоляция связана с особенностями поведения особей. Например, в тропических странах птицы-шалашники строят гнёзда из предметов разного цвета. Это является их поведенческой особенностью. Иногда самка выбирает себе самца строго по определенному цвету гнезда (например, только самцов с синими гнездами), хотя по другим признакам эти самцы ничем не выделяются среди других. Так образуются поведенческие популяции шалашников, которые отличаются друг от друга только цветом гнезд.

Шалашник строит гнездо Источник

В зависимости от того, какой тип изоляции действует для популяции конкретного вида, её называют либо географической, либо экологической, либо этологической.

Известно, что любая изоляция может привести к появлению нового вида. Обычно это очень длительный процесс, который занимает несколько тысяч или даже сотен тысяч лет. Иногда можно наблюдать промежуточные его этапы. Например, чайки, обитающие на тихоокеанском побережье, генетический представляют собой один вид. Чайки, которые проживают в районе Берингова пролива, могут свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство как друг с другом, так и чайками из окрестностей Владивостока и Сан-Франциско. Однако чайки из Владивостока и Сан-Франциско уже не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, если их искусственно поместить на одной территории. Это явление получило название кольцевой вид.

У организмов с быстрым жизненным циклом (насекомые, грызуны, бактерии) он проходит быстрее, так что его можно наблюдать в эксперименте. Например, при искусственном выращивании бактерий в разных емкостях уже через несколько дней можно наблюдать существенную разницу в их генах.

Что такое репродуктивная изоляция

Репродуктивная изоляция — это разделение двух популяций таким образом, чтобы они не могли скрещиваться и давать плодовитое потомство. Этот тип изоляции может происходить из-за любых экологических, механических, физиологических или поведенческих барьеров. Изоляция популяций от основной популяции ограничивает поток генов среди популяций и вызывает видообразование. Механизмы репродуктивной изоляции предотвращают образование жизнеспособной зиготы. Следовательно, они представляют собой тип предзиготических изолирующих механизмов . Процесс репродуктивной изоляции показан на рисунке 2 .

Рисунок 2: Репродуктивная изоляция

Четырьмя типами предзиготических изолирующих механизмов являются механическая изоляция, экологическая изоляция, временная изоляция и поведенческая изоляция. В механической изоляции спаривание ограничено различиями морфологических характеристик. Например, улитки с правосторонней оболочкой не могут сопрягаться с улитками с левой спиралью. Свертывание раковины улитки контролируется одним геном. Изменения, произошедшие в этом гене, могут вызвать видообразование. Экологическая изоляция происходит из-за географических барьеров. Это также называется географической изоляцией и описано выше.

Временная изоляция возникает, когда популяции размножаются в разные периоды времени или в разные периоды размножения. Например, хотя лягушки с красными и желтыми ногами являются двумя тесно связанными лягушками, сезон размножения у красноногих лягушек — с января по март, в то время как сезон размножения лягушек с желтыми ногами — с апреля по май. Следовательно, между двумя типами лягушек не может происходить скрещивание. Поведенческая изоляция — это наличие различных ритуалов ухаживания, таких как разведение и брачные танцы, которые мешают скрещиванию.

Различия между географической изоляцией и экологической изоляцией

Географическая изоляция связана с географическими барьерами, которые препятствуют перемещению организмов и обмену генетическим материалом между популяциями. Это может быть физическое препятствие, такое как заснеженные горные вершины или океаны, или органические причины, такие как отсутствие определенных ресурсов или пищи в определенных районах.

С другой стороны, экологическая изоляция относится к изоляции, обусловленной различиями в экологических условиях между популяциями их окружающей среды. Это может быть вызвано различием в климатических условиях, доступности пищи или наличием хищников или конкурентов. Различия в экологических условиях могут приводить к различиям в физиологических и адаптивных свойствах организмов, что в свою очередь может привести к формированию новых видов.

Таким образом, важно понимать, что географическая изоляция связана с географическими барьерами и преградами для перемещения, тогда как экологическая изоляция связана с различиями в окружающей среде и экологических условиях. Оба процесса являются ключевыми факторами в эволюции и формировании новых видов и помогают нам лучше понять богатство биологического мира

Географическая изоляция	Экологическая изоляция
Связана с географическими барьерами	Связана с различиями в экологических условиях
Препятствует перемещению организмов	Приводит к различиям в физиологических свойствах организмов
Может привести к формированию новых видов	Обусловлена различием в климатических условиях и доступности пищи

Преимущества и недостатки

Географическая изоляция организмов может быть переведена в два процесса: видообразование, где появляются новые виды, или исчезновение группы, которая пережила изоляцию.

Далее мы подробно опишем каждый из процессов, понимая видообразование как «преимущество», поскольку оно увеличивает разнообразие и исчезновение как «недостаток»:

видообразование

Процесс формирования новых видов представляет интерес для биологов-эволюционистов. Орнитолог Эрнст Майр внес огромный вклад в описание этого явления. По словам Майра, на видообразование влияют два фактора: изоляция и генетическая дивергенция участвующих лиц..

Во-первых, чтобы две популяции могли дифференцироваться в достаточной степени, чтобы считаться видами, поток генов между ними должен быть прерван. Другими словами, они не должны воспроизводить.

Во-вторых, генетическая дивергенция должна проявляться в течение периода изоляции таким образом, чтобы, если люди снова встретятся — из-за разрушения барьера, который первоначально их разделял, — процесс размножения не будет эффективным, и у их потомков будет фитнес относительно ниже, чем их родители.

Эффективность процесса географической изоляции для создания видообразования зависит от нескольких факторов, присущих разделяющей группе, таких как способность двигаться.

Аллопатрическое видообразование

Событие географической изоляции, которое приводит к процессам видообразования посредством отделения непреодолимого барьера, называется аллопатрическим видообразованием, термин, происходящий от греческих корней, который буквально означает «в другой стране».

Как только виды физически изолированы, они сталкиваются с различными условиями окружающей среды и избирательным давлением, которое ведет их по различным эволюционным путям..

Возьмите в качестве гипотетического примера популяцию ящериц, которая изолирована рекой, климатические условия на левой стороне могут быть более прохладными, чем на правой стороне. Таким образом, механизмы естественного отбора и дрейфа генов будут действовать независимо, что приведет к прогрессирующей дифференциации ящериц.

Таким образом, индивидуумы приобретают различные характеристики, экологические, этологические, физиологические, среди прочих, по сравнению с родительскими видами. В том случае, когда изолирующий барьер был достаточным, чтобы успокоить событие видообразования, не должно быть никакого потока генов, если два получающихся вида снова собираются вместе.

Среди биологов существует консенсус, подтверждающий важность аллопатрического видообразования для генерации новых видов, поскольку он эффективно ограничивает поток генов между организмами.

вымирание

Когда разделение людей происходит из-за барьеров, которые не могут быть преодолены, некоторые группы могут исчезнуть.

При отделении от родительских видов разнообразие группы может быть низким, и оно может не адаптироваться к новым нагрузкам, вызванным новой средой, с которой они сталкиваются..

Точно так же, если население, которое было разделено, представлено небольшим количеством людей, инбридинг (скрещивание между близкими родственниками) может иметь негативные последствия.

Сам Чарльз Дарвин уже знал о негативных последствиях инбридинга для естественных популяций. При скрещивании близких родственников существует большая вероятность того, что определенные вредные аллели экспрессируются.

Например, если в семье есть ген для определенной патологии, который экспрессируется только тогда, когда у индивидуума есть оба аллеля (гомозиготный рецессивный) и скрещивание двух братьев и сестер, существует большая вероятность того, что потомство несет оба аллеля для заболевания, в отличие от скрещивание с человеком, который не несет указанный вредный аллель.

Аналогичным образом, когда человеческие конструкции лишают животных возможности путешествовать в желаемые места, их популяция может уменьшаться из-за недостатка пищи..

Географическая изоляция

Географическая изоляция представляет собой изоляцию между популяциями одного вида, вызванную географическими препятствиями, такими как горы, реки или пустыни. Это препятствует перемещению особей и создаёт разделение популяции на географически самостоятельные группы.

Географическая изоляция является одной из главных причин возникновения новых видов. Она препятствует генетическому обмену между популяциями и, со временем, приводит к накоплению генетических различий между ними. Это может привести к эволюционным изменениям и возникновению новых адаптаций.

Возникновение географической изоляции может быть вызвано различными факторами, такими как изменения в геологической обстановке, изменениями климата или изменениями в поведении и миграционных паттернах особей. Например, разделение двух популяций может произойти из-за появления новых физических препятствий на их пути, таких как горные цепи или водные преграды.

Географическая изоляция может иметь разные степени силы и продолжительности. Некоторые географически изолированные популяции могут со временем снова контактировать и иметь генетический обмен, в то время как другие могут оставаться изолированными на протяжении многих поколений.

Географическая изоляция является важным фактором в процессе специации и сохранения биоразнообразия планеты. Она способствует развитию уникальных адаптаций и видов, сохраняя их от конкуренции и гибридизации с другими популяциями.

Важным аспектом географической изоляции является её роль в формировании разнообразия экосистем. Различные географически изолированные области могут иметь свои собственные уникальные условия среды, что приводит к эволюции уникальных видов и развитию экосистем с высоким уровнем эндемизма.

Симпатрическое видообразование

При видообразовании симпатрическим путем новый вид возникает внутри ареала исходного вида.

Первый способ симпатрического видообразования — возникновение новых видов при быстром изменении кариотипа, например при автополиплоидии. Известны группы близких видов (обычно растений) с кратными числами хромосом. Так, например, в роде хризантем (Chrysanthemum) все формы имеют число хромосом, кратное 9, 18, 27, 36, 45…, 90. В родах табака (Ni-cotiana) и картофеля (Solanum) основное, исходное, число хромосом равно 12, но имеются формы с 24, 48, 72 хромосомами. В таких случаях можно предположить, что видообразование шло путем автополиплоидии — посредством удвоения, утроения, учетверения и т. д. основного набора хромосом предковых видов. Процессы полиплоидизации хорошо воспроизводятся в эксперименте посредством задержки расхождения хромосом в мейозе, в результате воздействия, например, колхицином. Известно, что полиплоиды могут возникать и в природных условиях. Возникшие полиплоидные особи могут давать жизнеспособное потомство лишь при скрещивании с особями, несущими то же число хромосом (или при самоопылении). В течение немногих поколений в том случае, если полиплоидные формы успешно проходят «контроль» естественного отбора и оказываются лучше исходной диплоидной, они могут распространиться и сосуществовать совместно с породившим их видом или, что бывает чаще, просто вытеснить его.

Полиплоидные формы, как правило, крупнее и способны существовать в более суровых физико-географических условиях. Именно поэтому в высокогорьях и в Арктике число полиплоидных видов растений резко увеличено. Среди животных полиплоидия при видообразовании играет несравненно меньшую роль, чем у растений, и во всех случаях связана с партеногенетическим способом размножения (например, у иглокожих, членистоногих, аннелид и других беспозвоночных).

Второй способ симпатрического видообразования — путем гибридизации с последующим удвоением числа хромосом — аллополиплоидия.

Наконец, последним, достаточно изученным способом симпатрического видообразования является возникновение новых форм в результате сезонной изоляции. Известно существование ярко выраженных сезонных рас у растений, например у погремка Alectorolophus major , раннецветущие и позднецветущие формы которого полностью репродуктивно изолированы друг от друга, и, если условие отбора сохраняется, лишь вопрос времени — когда эти формы приобретут ранг новых видов. Аналогично положение с яровыми и озимыми расами проходных рыб; возможно, что эти формы уже являются разными видами, очень схожими морфологически, но изолированными генетически (виды-двойники).

Особенность симпатрического пути видообразования — возникновение новых видов, морфофизиологически близких к исходному виду. Так, при полиплоидии увеличиваются размеры, но общий облик растений сохраняется, как правило, неизменным; при хромосомных перестройках наблюдается та же картина; при экологической (сезонной) изоляции возникающие формы также обычно оказываются морфологически слабо различимыми. Лишь в случае гибридогенного возникновения видов появляется новая видовая форма, отличная от каждого из родительских видов (но также имеющая признаки, характерные для двух исходных видов).

эволюционный генетический филетический видообразование