С помощью каких популяций можно дать сравнительную характеристику разных популяций?(с примерами)

Механизм аллопатрии

Такое видообразование происходит при изоляции популяции вида от остальных популяций того же вида на протяжении многих поколений. За этот срок во многих локусах особей этой популяции замещаются аллели. 

Генофонд данной популяции будет видоизменяться независимо от остальных популяций, вследствие чего накапливаемые мутации сделают невозможным скрещивание с особями вне популяции. 

Изоляты перенесут изменения в фенотипе и генотипе. Наступит этап так называемой репродуктивной изоляции, чем и характеризуется возникновение нового вида. 

Частота встречаемости различных аллелей меняется не только из-за естественного отбора, но и благодаря генетическому дрейфу.

Возьмем, к примеру, крыс, обитающих когда-то в Западной Европе. Они стали размножаться, и часть популяций вида переселилась на восток, в Восточную Европу и Азию. 

В условиях другого климата, отличного от европейского, будут выживать только те особи, которые к нему приспособлены (т. е. те, кто имел генетические преимущества, никак не проявлявшиеся в родном климате). И в новом месте обитания число приспособленных к новому климату особей будет возрастать с каждым поколением, а число неприспособленных – наоборот, падать.

Если сначала эти различия между приспособленными (азиатскими) и неприспособленными (европейскими) будут малозаметны, то через века и тысячелетия генотип этих подвидов определенного вида крыс из-за последовательности необратимых изменений в генах станет различаться настолько, что их можно будет считать отдельными видами, не способными к взаимному скрещиванию в результате репродуктивной изоляции.

На срок, через который происходит формирование новой структурной единицы, влияет степень изоляции, т. е. быстрее всего новый вид возникнет при нулевом контакте двух разделенных популяций. 

Через еще большее количество лет азиатский вид крыс может переселиться обратно в Европу, но уже не будет иметь возможности скрещиваться с европейским.

Элементарная популяция

Элементарная популяция, или микропопуляция, — это небольшая группировка близкородственных особей вида в биогеоценозе. В состав ее обычно входят генетически однородные (близкородственные) особи. Каждая микропопуляция по морфофизиологии и поведению специфична. Различия между элементарными популяциями определяются их генетическим своеобразием и средой обитания. Поэтому элементарную популяцию некоторые генетики называют демом. Однако частое смешение особей из разных элементарных популяций, постоянно происходящее в природе, приводит к стиранию различий между ними.

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?

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.

Понятие о популяции в биологии

В биологическом смысле генофонды объединяют животных единого вида, которые населяют одно пространство, связаны между собой потомством. В биологии термином популяция стали пользоваться на заре XX века.

Для сохранения объединений животных путем воспроизводства необходим свободный обмен генной информацией. В биологии, места проживания животных, тропы их передвижения, укрытия, запасы корма играют важную роль для определения генотипа.

Группы, которые образуют единицы одной общности, дают им преимущество перед одиночным существованием. Проживая в сообществе, легче обнаружить хищников, обороняться от них, обучать молодое потомство

Важно общение между членами группы. Информацию они передают звуками, запахами, электрическими разрядами (рыбы)

Примером общения служит сорочий гвалт в лесу, который является предупреждением сородичей о приближении чужаков.

Мышь полевка

Общее понятие

Что такое популяция? Она (древние латиняне говорили: populus, из современных англ. population- население) представляет собой совокупность представителей конкретного вида живых организмов, долгий временной отрезок живущих или произрастающих на одном территориальном пространстве, обособленно от особей других, схожих по аналогичным признакам групп.

Термин применяется в разнообразных областях естественных наук: экологии, медицине, биологии, демографии.

Если брать к примеру экологию, то в соответствующей терминологии, понятие определяется, как сообщество животных или растений одного вида, имеющее единый генофонд (этот термин рассмотрим ниже), способное к устойчивому самовоспроизведению. В биологии под ней подразумевают группы организмов в составе определенного вида.

Самый простой пример — популяция человека на Земле. Если взять примеры из животного мира: пятнистого и благородного оленя, бурого и белого медведя, трески и пикши в морях бассейна Северного Ледовитого океана. Из мира растений: разные виды сосны и ели, осины и липы, дуба и вяза.

Какими параметрами характеризуется каждая популяция? Общепринятыми критериями являются:

• общее местообитание (ареал);
• единообразное происхождение общности организмов;
• относительная изолированность данной общности от иных схожих групп (так называемые межпопуляционные барьеры);
• соблюдение принципа панмиксии (свободного скрещивание) в составе группы, иначе говоря равная вероятность встречи всех существующих генотипов в пределах ареала.

Генофонд

Но особое значение имеет эффективная численность — количество половозрелых представителей вида, способных давать потомство. Именно ими формируется генофонд. И теперь рассмотрим это понятие конкретно.

Что такое генофонд популяции (пул генов). Это совокупность всех признаков (генов) вида и их вариаций, передающихся по наследству. Именно благодаря генам, белки из Сибири отличаются от белок из Канады. Генные вариации (аллели) обуславливают способность организмов приспосабливаться к постоянно меняющимся особенностями окружающей среды. Чем больше разнообразие генов, тем способней организм приспособиться к жизни.

Генофонд популяции

В биологии существует такое понятие как идеальная популяция. Но, оно сугубо теоретическое и используется для моделирования процессов эволюции. Идеальную популяцию можно определить, как гипотетическую панмиктическую (т.е., особи которой имеют одинаковые шансы на скрещивание), с бесконечно растущей, сохраняющейся в поколениях, и независимой от естественного отбора, внешних факторов и мутаций, численностью.

Какова же основная роль понятия для существования живых организмов на планете? В экологии она определяется, как элементарная единица процесса микроэволюции (внутривидовые малые генные изменения в нескольких поколениях, ведущие к определенным изменениям особи, как внешним, так и внутренним), реагирующая на меняющиеся факторы окружающей среды перестройкой генофонда.

Функционирование популяции и динамика ее численности в природе

Популяция как форма существования видов в природе

Популяция: основные понятия и примеры

Популяция – это группа организмов одного вида, населяющая определенную территорию и способная размножаться между собой. Популяция является фундаментальной единицей изучения в эволюционной биологии и экологии.

Основные понятия, связанные с популяцией:

• Размер популяции – количество индивидуумов определенного вида, проживающих на определенной территории в определенное время.
• Плотность популяции – отношение численности популяции к площади или объему территории, на которой она проживает.
• Динамика популяции – изменения в численности и плотности популяции в течение определенного времени.
• Параметры популяции – характеристики, описывающие состояние и динамику популяции, такие как рождаемость, смертность, миграция, естественный отбор и др.

Примеры популяций:

1. Популяция диких лошадей в национальном парке.
2. Популяция рыб в реке или озере.
3. Популяция птиц в лесном массиве.
4. Популяция насекомых на поле или саду.
5. Популяция людей в определенном городе или стране.

Изучение популяций позволяет более глубоко понять законы эволюции и экологии и способствует разработке эффективных методов охраны природы и устойчивого использования ресурсов.

Понятие	Описание
Размер популяции	Количество индивидуумов определенного вида, проживающих на определенной территории в определенное время.
Плотность популяции	Отношение численности популяции к площади или объему территории, на которой она проживает.
Динамика популяции	Изменения в численности и плотности популяции в течение определенного времени.
Параметры популяции	Характеристики, описывающие состояние и динамику популяции, такие как рождаемость, смертность, миграция, естественный отбор и др.

Примеры популяций:

• Популяция диких лошадей в национальном парке.
• Популяция рыб в реке или озере.
• Популяция птиц в лесном массиве.
• Популяция насекомых на поле или саду.
• Популяция людей в определенном городе или стране.

Изучение популяций позволяет более глубоко понять законы эволюции и экологии и способствует разработке эффективных методов охраны природы и устойчивого использования ресурсов.

Слайд 23Взаимодействие популяцийХищничество (+ , -)Хищничество — поглощение пищи, представляет собой

главную силу, обеспечивающую передвижение энергии и материалов в экосистеме. Поскольку

причиной гибели является хищничество, эффективность, с которой хищники находят и схватывают свою добычу, определяет скорость потока энергии от одного трофического уровня к другому. Два типа хищников:Один тип — питаются, в основном, «бесполезными» для популяции особями, вылавливая больных и старых, более уязвимых молодых, а также не нашедших себе территории особей низшего ранга, но не трогают особей, способных к размножению, которые составляют источник пополнения популяции жертвы. Другой тип — питаются так эффективно особями всех групп, что могут серьезно нарушить потенциал роста популяции жертвы.

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.

Виды популяции

Популяция животных состоит из нескольких видов, которые объединяются общими чертами, особенностями, способами размножения. Они приспосабливаются к жизни в определенных условиях. Виды – это основная форма жизни живых организмов.

Иногда трудно определить принадлежность к одному виду. Для этого используют следующие критерии:

• морфологические признаки определяют внешнее различие;
• географические – основываются на том, где проживают определенные особи;
• экологические – предполагают тип питания, сроки и способы размножения;

Живые организмы разного вида не способны скрещиваться и не относятся к единому генофонду. Каждый вид представляет группы, которые занимают определенную территориальную единицу. Например, серебристые чайки, живущие на одном или соседних островах, считаются одним генотипом.
Популяции простейших видов более сильно зависят от экологии обитания. Это относится к неподвижным объектам (растениям). Они не могут выбирать место, где им произрастать. Птицы, которые гнездятся на деревьях, тоже образуют популяции.

Но осенью они собираются стаями и кочуют по лесам в поисках пищи. Так же не привязаны к местам обитания виды млекопитающих, рыб. Разные виды образуют группы. Это могут быть стада, стаи, табуны, косяки в зависимости от сезонов, условий среды.

Географическая популяция

Географическая популяция — это крупная территориальная группировка особей общего населения вида. Она адаптирована к особенностям климата, рельефа и состава живого населения разных биогеоценозов на большом географическом пространстве ареала вида. Для особей данной географической популяции характерен генетический обмен. Он может быть эпизодическим, но все же возможен. В результате скрещивания особи каждой географической популяции приобретают общий морфологический тип, одинаковую динамику численности населения и единый ритм жизненных проявлений, особенно в строках размножения.

Географические популяции обычно разделены между собой какими-то физическими преградами (морями, реками, горами, городами, автострадами и пр.), создающими некоторую их изолированность. На этой основе формируется генетическая специфика каждой популяции. Однако полной изолированности нет, поэтому они входят в целостный состав вида.

Ареалы географических популяций различны. Например, целые полушария занимают географические популяции полярной крачки. Особи восточной географической популяции гнездятся на самых северных побережьях Евразии, а осенью улетают к южному побережью Австралии и Тасмании, чем отличаются от североамериканской географической популяции полярной крачки, маршрут перелетов которой идет через Атлантику, затем вдоль западных берегов Африки, а далее — снова через Атлантический океан к мысу Горн и Огненной Земле.

В то же время географические популяции некоторых видов моллюсков, амфибий, червей, перемещающихся в пределах небольшой территории, ограничены лишь несколькими десятками квадратных метров.

В природе существуют географические популяции, созданные человеком путем переселения особей в новые для них места обитания. Например, камчатский краб, переселенный в Баренцево море, хорошо прижился там, найдя новые объекты питания, сильно размножился. Севанская форель, завезенная в озеро Иссык-Куль, в течение двух десятков поколений изменила свою форму тела. Черноморская кефаль — очень жирная и медленно растущая рыба — после переселения в Каспийское море в течение нескольких поколений образовала быстрорастущую форму с уменьшенным количеством жира.

Географические популяции часто называют подвидами. Они обычно распадаются на группы, приуроченные к конкретным биогеоценозам или местам с существенными отличиями в микроклимате, гидрологическом режиме или рельефе. Например, одни размещаются в глубине леса, а другие — на опушке или пашнях, вдоль ручьев и т. п. Каждая из них имеет свои особые черты, чем-то отличающие ее от другой, соседней, популяции того же ранга. Такие популяции называются экологическими или местными.

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..

Слайд 27 Жизнь в группе через нервную и гормональную системы отражается на

протекании многих физиологических процессов в организме животного. У изолированных особей

заметно меняется уровень метаболизма, быстрее тратятся резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность. Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Тогда вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.

Вывод

Слайд 16ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИЭмиграция – количество особей, покинувших популяция за определенный отрезок

времени;Иммиграция – количество особей, прибывших в популяцию за определенный промежуток

времени.Изменение численности популяции за период времени ∆ t = t2 – t1∆ N = B – D + I – E, Рождаемость Смертность Иммиграция ЭмиграцияВ стабильной популяции темпы рождаемости и смертности сбалансированы. Плотность популяции незначительно отличается от какой-то средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается. В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения.. При переуплотнении у растений начинается самоизреживание популяций, у животных начинается миграция на сопредельные свободные участки.Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость вновь повышается и популяция из сокращающейся может стать растущей.