Элементарные эволюционные факторы, материал и явление

Основные элементарные эволюционные факторы:

1) Мутационный процесс

2) Комбинативная изменчивость

3) Популяционные волны

4) Генетический дрейф

5) Изоляция

6) Естественный отбор

Мутационный процесс происходит постоянно в виде генных, хромосомных и геномных мутаций. Особое место занимает генные мутации в половых клетках. Они приводят к возникновению серий аллелей и, таким образом к разнообразию генетической информации. Вклад мутационного процесса в видообразование носит двоякий характер:

а)изменяя частоту одного аллеля по отношению к другому, оказывает прямое действие на генофонд популяции;

б) за счет мутационных аллелей формирует резерв наследственной изменчивости.

Мутационный процесс, выполняя роль элементарного эволюционного фактора, происходит постоянно на протяжении всего существования жизни. Генофонды популяций испытывают непрерывное давление мутационного процесса, что обеспечивает накопление мутаций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразовании он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов.

2. Комбинативная изменчивость обеспечивается тремя механизмами – кроссинговером, независимой и случайной комбинацией негомологичных хромосом в анафазу I мейоза, случайной встречей гамет при половом процессе. Количество возможных генотипов при этом выражается астрономическим числом, т. е. комбинативная изменчивость усиливает наследственную изменчивость, имеющую значение в видообразовании.

3. Популяционные волны (волны жизни) – это периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях С.С. Четвериков (1905 г).

Причины колебаний часто имеют экологическую природу. Так, оптимальные климатические условия способствуют увеличению численности грызунов(мышиные годы).

Это приводит к увеличению кормовой базы хищников, их численность увеличивается, что влечет за собой уменьшение численности грызунов.

Резкие непериодические падения численности возникают в результате засухи, пожара, наводнения и других природныхкатастроф.

Изменение численности некоторых видов обусловлено деятельностью человека (завоз кроликов в Австралию; уничтожение воробьев в Китае и др.)

Как на подъеме так и на спаде популяционные волны изменяются генофонды популяций. При росте численности организмов наблюдается слияние ранее разобщенных популяций и объединение их генофондов при спаде численности наблюдается распад крупных популяций.

4. Генетический дрейф (генетико – автоматические процессы) – случайное, не обусловленное действием естественного отбора, ненаправленное изменение частот аллелей в малых популяциях (С.Райт, Р. Фишер, Дубинин Н.П., Ромашов Д.Д.)

Генофонд в малочисленной популяции всегда беднее генофонда родительского вида и подбор аллелей в нем случаен. Поскольку естественный отбор эффективен при достаточно большой численности особей, судьба генофонда малой популяции определяется действием случайных факторов. Это было доказано экспериментально на дрозофилах (рассказать опыт). В несколько пробирок с кормом посадили по две самки и по два самца мух дрозофил гетерозиготных по аллелю А (Аа). В такой искусственно созданной популяции соотношение аллелей было одинаковым. Спустя несколько поколений оказалось, что частота аллелей изменяется случайным образом. В некоторых популяциях (пробирках) был утрачен аллель А, в других – а, а часть популяций содержала оба аллеля.

Т.о. на снижение жизнеспособности мутантных особей и вопреки естественному отбору в небольших популяциях мутантный аллель вытесняет полностью нормальный. Это и есть результат случайного процесса – дрейфа генов.

Изоляция – это отделение различными преградами двух или нескольких групп одного вида или популяции, т е. прекращение панкмиксии (свободного скрещивания).

Формы изоляции:

1. географическая

2. религиозная (социальная)

3. биологическая (экологическая, этологическая, морфологическая, генетическая)

Географическая изоляция – пространственное разобщение популяций географическими барьерами (море, горные массивы, леса, пустыня), большими расстояниями, хозяйственной деятельностью человека (уменьшение ареала соболя).

Религиозная изоляция – характерна для человеческих популяций (Касты в Индии; народности на Ближнем Востоке)

Экологическая изоляция – особенности окраски покровов или состава пищи; размножение в разные сезоны или при разной температуре, различия размеров и формы тела и др.

Этологическая (поведенческая) изоляция – особенности ритуала ухаживания, запаха, "брачных" пений и танцев самцов и самок из разных популяций.

Морфологическая изоляция (физическая, механическая) – различие в структуре или размерах полового аппарата, нарушение процессов размножения.

Генетическая изоляция (репродуктивная) – полиплодия или гетероплодия. Приводят к несовместимости гамет, гибели зигот после оплодотворения, стерильности или малой жизнеспособности гибридов. Разные виды изоляции нарушают паникмиксию, взаимодействуют с другими эволюционными факторами и тем самым закрепляют различия в частотах встречаемости различных генотипов.

Естественный отбор (по СТЭ) - это сохранение определенных генотипов и их избирательное воспроизводство.

Как элементарный эволюционный фактор естественный отбор действует в популяциях. Популяция является полем действия, отдельные особи – объектами действия, а конкретные признаки – точками приложения отбора.

Естественный отбор:

а) движущий

б) стабилизирующий

в) дестабилизирующий

г) дизруптивный

Движущий отбор был описан Ч. Дарвиным. Он обуславливает последовательное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений признаков в сторону их усиления или ослабления. При смене условий обитания в популяции закрепляется фенотип, более соответствующий новым условиям.

Стабилизирующий отбор.

Учение о стабилизирующем отборе разработано И.И. Шмальгаузеном. Эта форма естественного отбора наблюдается в том случае, если условия среды длительное время остаются достаточно постоянными и преимуществом пользуются особи со средним выражением признака, а отличающиеся от них мутанты гибнут. В результате действия стабилизирующего отбора мутации с широкой нормой реакции замещаются мутациями с тем же значением средней, но более узкой нормой реакции. Стабилизирующей отбор ведет к большой фенотипической однородности популяции, оберегает виды от существенных изменений.

Стабилизирующий и движущий отборы взаимосвязаны.

Движущий отбор сохраняет генотипы, наиболее приспособленные к среде, а когда условия среды постоянны, вступает в действие стабилизирующий отбор, который будет поддерживать типичные, преобладающие генотипы.

Дестабилизирующий отбор – описан впервые американским эволюционистом Д.Г. Симпсоном под названием центробежного отбора. Термин дестабилизирующий отбор ввел Н.Н. Воронцов. Это процесс, обратный стабилизирующему отбору. Сохраняются особи с тем же значением средней, но более широкой нормой реакции.

Дизруптивный (разрывающий) отбор. Эта форма отбора (описана американским эволюционистом К. Мазером) сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Она действует против особи со среднем значением признаков, "разрывая" популяцию по определенному признаку на несколько групп, поддерживая популяции состояние генетического полиморфизма.

5 этап. Адаптации, определение понятия, классификация, относительный характер.

Адаптации – постоянно возникающие в процессе жизни, изменяющиеся самосовершенствующиеся, иногда исчезающие, эволюционно обусловленные приспособления к конкретным условиям среды.

Классификация адаптаций:

а) активные (развитие нервной системы, органов чувств, органов движения)

б) пассивные (мимикрия)

Приспособленность организмов к среде обитания, выработанная в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин, не абсолютно, а относительна.

Доказательства относительного характера приспособленности:

1. защитные приспособления от одних врагов оказываются неэффективными от других (например, ядовитых змей, опасных для многих животных, поедают мангусты, ежи, свиньи);

2. проявление инстинктов у животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но также летят и на огонь, хотя и гибнут при этом);

3. полезный в одних условиях орган становится бесполезным и даже относительно вредным в другой среде (перепонки между пальцами у горных гусей, которые никогда не опускаются на воду);

4. возможны и более совершенные приспособления к данной среде обитания. Некоторые виды животных и растений быстро размножались и широко распространялись в совершенно новых для них районах земного шара, куда были случайно или намеренно завезены человеком.

Таким образом, относительных характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе.

Способы и пути видообразования.

Видообразование – это процесс образования видов в результате взаимодействия элементарных эволюционных факторов.

В зависимости от формы изоляции различают 2 способа видообразования видов:

а) аллопатрический

б) симпатрический

При аллопатрическом видообразовании (географическом) препятствия к скрещиванию первично обусловлены пространственным разобщением. Генетическая изоляция развивается вторично. В таком случае из одного вида образуется два новых вида. Процесс этот медленный. Новые виды, как правило, значительно отличаются от вида родоначальника по морфофизиологическим критериям. Аллопатрическим путем возникло большинство видов особенно животных.

При симпатрическом видообразовании новый вид образуется внутри ареала исходного вида, вследствии генетической изоляции. Этот путь видообразования – быстрый, дает виды близкие к исходному по морфофизиологическим показателям. Этот путь наиболее характерен для растений.

Выделяют 3 пути видообразования:

1. дивергентное (истинное)
2. филетическое (истинное, постепенное видообразование)
3. гибридогенное (внезапное видообразование)

Дивергентное видообразование заключается в разделение первоначального вида на 2 и более в результате изоляции.

Филетическое видообразование – это постепенный процесс превращения одного вида в другой, при изменении условий во всем ареале.

Гибридогенное видообразование – быстрое образование нового вида в результате хромосомных и геномных мутаций, гибридизации.

Тема: Закономерности макроэволюции.

Основные вопросы:

1. Направления и формы эволюции групп.

2.Основные направления эволюционного процесса.

3.Общие закономерности эволюции органов.

4.Учение о филэмбриогенезах.

Этапы изложения материала:

- определения понятия макроэволюция.

- определение понятий аллогенез и арогенез

- характеристика элементарных форм филогенеза (филетической и девергентной эволюции)

- формы соотносительной эволюции группы (конвергентная и параллельная эволюция)

- основные направления эволюционного процесса

- биологический процесс, эго характеристика

- биологический регресс, его сущность и значение

- пути достижения биологического прогресса

- ароморфоз (морфофизиологический прогресс) его суть

- понятие идиоадаптаций, их значение

- общая дегенерация

- правила эволюции групп

- формулировка биогенетического закона

- филэмбриогенезы, их виды, значение

- гетерохронии, гетеротопии, их значение в филогенезе.

Макроэволюция – это эволюционные процессы, происходящие на надвидовом уровне. В результате образуются таксоны рангом выше вида(род, семейство, отряд, класс и т.д.)

Макроэволюция изучает процессы:

1) на больших пространствах

2) за длительный промежуток времени