Микроэволюция, ее формы и генетические процессы в популяциях

Слайды и текст этой презентации

между организмами и образованию новых видов.

одного вида, популяции или группы популяций. В результате таких изменений

приспособленность организмов к среде возрастает.

вида. Происходит в тех случаях, когда биологические виды расщепляются на

два или более новых вида.

условиям среды их обитания, и репродуктивная изоляция, обосабливающая генофонды популяций

и обеспечивающая благодаря этому обособлению расхождение видов, или дивергенцию.

несколько дочерних и внучатых видов. Дивергентное образование видов происходит за

счет обострения конкуренции между родственными формами за сходные условия существования.

изоляцией. Причиной такой изоляции могут быть большие реки для сухопутных

животных, горы — для равнинных и тому подобные препятствия, затрудняющие миграцию животных или разнос семян растений. Большие расстояния, разделяющие популяции, имеют такое же значение.

Слайд 9КУМЖАПроходная рыба семейства лососей. Длина до 1 м, весит до

13 кг; каспийский лосось — до 51 кг. Обитает в

прибрежных водах морей Европы, в том числе — в Черном, Каспийском, Балтийском и Аральском морях. На нерест идет в реки. Ценный объект промысла и разведения. Пресноводные формы кумжи — форели.

В результате разделенные популяции не могут свободно скрещиваться друг с

другом, что приводит к возникновению различных подвидов.

Башкирии, акклиматизировали на юге Западной Сибири — в Барабинской лесостепи.

Огромное расстояние, Уральские горы и непригодные для жизни русаков засушливые степи нижнего Поволжья и Прикаспия обусловили полную географическую изоляцию западносибирской популяции. Произошла дивергенция, и в 1956 году сибирских зайцев пришлось выделить в отдельный подвид.

или более группы организмов, которые затем продолжают дивергировать. Это может

происходить в результате экологической специализации.

одного вида или нескольких близких видов, например лесного (слева) и

лугового (справа) коньков.

условиями обитания. Из-за этого изменяется фенология особей, а в дальнейшем

и их морфология.

сетчатом видообразовании, связанном не с дивергенцией популяций, а с гибридизацией

близких видов. Такое видообразование доказано для некоторых видов ящериц, рыб и цветковых растений. Изоляция гибридов от родительских видов обусловлена полиплоидностью гибридов

числа хромосом. Так, культурная слива возникла в результате скрещивания терна

и алычи, с последующим удвоением числа хромосом у гибридов.

Видообразование

Ч. Дарвин считал, что видообразование включает дивергенцию внутри вида, вымирание промежуточных форм и выживание крайних как проявление конкуренции.

Согласно современным взглядам, видообразование – это процесс перехода генетически открытой системы популяции в генетически изолированную. Основными формами видообразования являются географическое и экологическое.

Географическое (аллопатрическое) видообразование основано на пространственной изоляции, которая в дальнейшем сопровождается экологическими и поведенческими изменениями, приводящими к биологической изоляции. Это довольно медленный процесс формирования и обособления новых видов за счет обособления географических рас, ареалы которых не перекрываются ареалом материнского вида. Сначала географические расы превращаются в подвиды, затем в полувиды и далее – в новые виды. Чаще всего географическое видообразование связано с расчленением ареала и разделением широко распространенного вида на популяции с полной изоляцией друг от друга. В качестве примера можно привести галапагосских вьюрков, впервые описанных Ч. Дарвином. Образование разных видов вьюрков происходило на разных островах и шло по пути аллопатрического видообразования.

Экологическое (симпатрическое) видообразование базируется на экологической изоляции. Прежде всего, этот способ связан с приспособлением популяции к определенной пище, тейпературе, глубине, т. е. к определенным условиям среды. При этом формирующийся новый вид находится в пределах одного ареала с материнским видом. Репродуктивная изоляция может формироваться и поддерживаться благодаря разобщению сезонов размножения. Примером может служить возникновение ранне- и поздноцветущих рас у погремка.

Примеры результатов микроэволюции

Изучая влияние одомашнивания на физиологию и поведение лисиц, песцов и других животных, российский генетик Дмитрий Константинович Беляев обратил внимание на одну закономерность. У представителей самых разных видов при содержании в неволе возникают схожие наследуемые признаки

В их числе пятнистая окраска, белый кончик хвоста, растянутый период размножения, звуки, напоминающие собачий лай. Удалось установить, что причина изменений — стресс, вызванный заточением и жизнью в тесноте.

Нервное перенапряжение приводит к перестройке в деятельности желез внутренней секреции, а затем гормональные сдвиги вызывают внешние изменения. В результате уже второе-третье выросшее в клетках поколение заметно отличается от родителей. Беляев предположил, что подобный механизм появления массовых направленных мутаций может объяснять и события, произошедшие в глубокой древности — «скачкообразное» возникновение разных групп пралюдей, вызванное, например, резкими климатическими изменениями.

Основные этапы

В ходе процесса принято выделять шесть основных этапов:

1. Расширение ареала, миграция, начавшаяся из-за значительного изменения климатических условий, окружающего ландшафта.
2. Естественная коррекция критериев естественного отбора (явления мутагенеза, адаптация).
3. Закрепление приобретенных мутаций в генотипе (выживание особей, наиболее удачно приспособившихся к обновленным условиям).
4. Сохранение пространственной изоляции между приспособившимися и неприспособившимися представителями одной популяции.
5. Возникновение продолжительной репродуктивной изоляции.
6. Формирование нового вида.

Порядок этапов неизменен. Меняется только скорость, с которой может происходить появление видов: чем строже условия репродуктивной изоляции, тем выше скорость видообразования, тем четче видны различия между приспособленными и неприспособленными частями популяции.

Вид, его критерии и структура

Одно из первых определений вида предложено К. Линнеем: вид – это совокупность особей, обладающих общими морфологическими признаками и не скрещивающихся с другими группами. 

Современное определение вида: вид – это совокупность географически и экологически близких популяций, способных в природных условиях скрещиваться между собой, обладающих общими морфофизиологическими признаками, биологически изолированных от популяций других видов.

Вид является генетически изолированной системой.Признаки, отличающие один вид от другого, называются критериями вида:

1. Морфологический критерий – это характеристика особенностей строения вида. С его помощью легко определить виды, не являющиеся близкими, однако необходимо учитывать, что многие морфологические признаки оказываются характерными не только для конкретного вида, но и для рода, семейства или отряда. Также верно и обратное утверждение: сильные морфологические отличия между особями не всегда говорят об их принадлежности к разным видам (породы собак, сорта растений).
2.  Генетический критерий – каждый вид имеет свой кариотип, характеризующийся определенным числом хромосом, их структурой и дифференциальной окраской. Использование этого критерия позволяет эффективно различать даже близкородственные виды.
3. Географический критерий включает ареал обитания вида. Для видов-космополитов этот критерий утрачивает свое значение.
4. Экологический критерий описывает непосредственное местообитание вида – его экологическую нишу, которая у каждого вида своя (это понятие включает в себя особенности питания, предпочтительные места обитания и размножения и т.д.). Однако разные виды могут занимать сходные экологические ниши.
5. Физиологический критерий основывается на отличиях между видами в протекании процессов (активность ферментов, синтез и накопление различных веществ). Каждый из критериев имеет свои недостатки и преимущества, но по отдельности они часто недостаточны для различения видов. Для точного определения вида необходимо применение совокупности критериев.

Какие формы принимает микроэволюция

Генетические процессы в популяциях

Внутри популяции могут происходить следующие генетические процессы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

• мутации;
• естественный отбор;
• искусственный отбор;
• горизонтальный перенос генов;
• генетико-автоматические процессы.

Что образуется в процессе

Микроэволюционные процессы приводят к дивергенции — формированию разных признаков и свойств у близкородственных организмов. Основные характеристики биологического вида — генетическое единство и общность происхождения. Но, например, при распространении единой популяции на большее жизненное пространство естественный отбор увеличивает сравнительную вероятность более приспособленных особей передать именно те признаки, которые помогают им выживать в новых условиях, и через какое-то время появляются новые группы, географические подвиды, представители которых уже не могут скрещиваться между собой. Это называется репродуктивной изоляцией и является важным критерием биологического вида. Такое видообразование называется дивергентным (или истинным).

Значение мутаций для микроэволюции

Определение

Мутация — скачкообразное и наследственное изменение облика, иногда незначительное, иногда более существенное; процесс изменения структуры наследственного вещества, приводящий к изменению тех или иных признаков организма под воздействием внешнего физического агента, например, проникающей радиации, или химического агента, называемого мутагеном.

В зависимости от характера изменений генетического материала различают точковые мутации (вставки, выпадения или изменения единичных нуклеотидов — на них приходится основная доля всех мутаций), хромосомные перестройки или аберрации (делеции, инверсии) и геномные мутации (изменения числа хромосом).

Мутацией также называют модифицированный ген, появившийся в результате таких изменений.

Большинство мутагенов взаимодействуют с азотистыми основаниями или встраиваются между нуклеотидными парами в двойной цепи ДНК, чем и нарушают ее строение. Например, циклический углеводород бензпирен, содержащийся в выхлопных газах, табачном дыме и образующийся при жарке мяса, деформирует структуру двойной спирали ДНК, что приводит к вставке дополнительных нуклеодитов или их выпадению при репликации.

Мутации создают почву для эволюции. Долгое время в эволюционной биологии считалось, что большинство генных мутаций вредны, снижают приспособляемость особи и не являются важными для эволюции, ведь их возникновение можно было определить только по появлению каких-либо отклонений или особенностей в развитии организма. Иногда мутации возникают в первом поколении, как ахондроплазия — разновидность карликовости, которая встречается с частотой 1 на 100 тысяч. В 80 случаях из 100 она вызывается мутацией в гене рецептора гормона роста, при этом никто из родственников больного не страдает тем же отклонением.

Но сейчас ясно, что значительная часть мутаций ни на что не влияет. Согласно эволюционной теории Чарльза Дарвина, новые виды в природе возникают в результате накопления у отдельных особей случайных наследуемых изменений, мутаций, которые оказываются полезными организму, т.е. повышают его шансы выжить и оставить потомство. Процесс этот неспешный: каждое полезное изменение — случай нечастый, а для возникновения нового вида таких случайностей нужно немало. Тем не менее, для организмов с короткой продолжительностью жизни, например, бабочек, изменение морфы возможно за 50–100 поколений.

Начало процесса и условия, необходимые для протекания

Процесс экологического видообразования разделяется на несколько этапов:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Разъединение популяций одного вида в пределах одного прежнего ареала в связи с изменившимися экологическими условиями.
2. Возникновение мутаций: особенности, позволяющие приспособиться к новым условиям обитания, сохраняются в популяции и передаются из поколения в поколения.
3. Изменение генофонда популяции.
4. Развитие репродуктивной изоляции, вследствие которой представители разных популяций перестают смешиваться между собой.
5. Формирование нового вида, родственного исходному.

Кроме того, на данный процесс влияет путь размножения, которого придерживается новообразовавшаяся популяция. Выделяют следующие пути:

• полиплоидия (отличительная характеристика экологического видообразования у растений, распространяющаяся также на некоторых червей и иглокожих) — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетках при мейозе;
• гибридизация — скрещивание особей разных видов; наблюдается как у растений, так и у животных.

Биологи отмечают, что полиплоидия — более действенный и конкурентоспособный путь видообразования, который обеспечивает выживаемость нового вида. Зачастую имеет место такое развитие событий, когда возникший вид полностью вытесняет родительский (исходный).

Примечание

Еще одним важным условием для обеспечения успешного экологического (симпатрического) видообразования является характеристика размножения — половое или бесполое, так как важным фактором выступает генетическая мутация.

Таким образом, среди растений, размножающихся бесполым способом, одна мутировавшая особь, отличающаяся от родительской группы, может дать начало новому виду. В то же время механизм экологического видообразования у животных несколько отличается: необходимо, чтобы представитель популяции, являющийся носителем мутации, мог размножаться и передавать генетические особенности по наследству.

Образование видов при наличии разных условий среды: типовые примеры процесса

Популярным примером аллопатрического видообразования служит разделение популяции лисиц. Расселившись по местностям с самыми разными климатическими условиями, они с течением времени образовали несколько разных видов.

Пример 1

Обитающая в жаркой пустыне лиса фенек обзавелась большими ушными раковинами, позволяющими эффективно выводить тепло из организма. А результатом микроэволюции проживающего в северных районах песца стало появление многослойного длинного меха.

Общее сходство образовавшихся видов при этом остается очевидным. Это особенности скелета, строение морды, форма туловища, лап.

По такому же принципу происходило видообразование вьюрков, проживающих на Галапагосских островах.

Пример 2

Расселившись по разным островам, птицы были вынуждены приспособиться к разным источникам пищи. Так, у одних сформировался загнутый клюв, идеально подходящий для ловли сидящих на листьях насекомых, другие стали обладателями короткого мощного клюва для добычи мякоти кокоса.

Третьим пришлось приспособиться к сбору семян, вырастив узкий длинный клюв.

Такой метод эволюции позволил решить вопросы сохранения популяции, стал причиной появления особей, связанных исходным генотипом, но с разными внешними характеристиками.