Читать книгу Биология. Общие закономерности. 9 класс - Н. И. Сонин - Страница 14

Микроэволюцией ученые-биологи называют процесс видообразования, т. е. появления новых видов живых организмов.

10. Вид, его критерии и структура

Вспомните!

• Уровни организации живой материи • Дискретность

• Репродукция • Гибрид

В основе теории Ч. Дарвина лежит представление о виде. Что же такое вид и насколько реально его существование в природе?

Видом называют совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Все особи одного вида имеют одинаковый хромосомный набор – кариотип (см. ниже), сходное поведение и занимают определенную область распространения.

Одна из важных характеристик вида – его репродуктивная изоляция, т. е. существование механизмов, препятствующих скрещиванию разных видов. Это достигается разными путями.

У близких видов могут не совпадать сроки или предпочитаемые места размножения. Например, самки одного вида лягушек мечут икру по берегам рек, другого вида – в лужах. При этом случайное осеменение икры самцами другого вида исключается. У многих видов животных существует строгий ритуал поведения при спаривании. Если у одного из партнеров поведение отклоняется от видового, спаривания не происходит. Если все же спаривание произойдет, сперматозоиды чужого вида не смогут проникнуть в яйцеклетку. Изоляции способствуют также предпочтения в пище: особи кормятся в разных биотопах, и вероятность скрещивания между ними уменьшается.

Иногда при межвидовом скрещивании оплодотворение все же происходит. В этом случае образовавшиеся гибриды либо отличаются пониженной жизнеспособностью, либо оказываются бесплодными и не дают потомства. Известный пример – мул, гибрид лошади и осла. Будучи вполне жизнеспособным, мул бесплоден из-за нарушений процесса образования половых клеток.

Перечисленные механизмы, предотвращающие обмен генами между видами, имеют неодинаковую эффективность, но в комплексе в природных условиях они создают непроницаемую генетическую изоляцию между видами. Следовательно, вид – реально существующая единица органического мира.

Каждый вид занимает более или менее обширный ареал (от лат. ареа – область, пространство). Иногда он сравнительно невелик: для видов, обитающих в Байкале, он ограничивается этим озером. В других случаях ареал вида охватывает огромные территории. Так, черная ворона распространена в Западной Европе почти повсеместно.

Существование определенных границ распространения вида не означает, что все особи свободно перемещаются внутри ареала. Степень подвижности особей выражается расстоянием, на которое может перемещаться животное, т. е. радиусом его индивидуальной активности. У растений этот радиус определяется расстоянием, на которое распространяются пыльца, семена или вегетативные части, способные дать начало новому растению. Для виноградной улитки радиус активности составляет несколько десятков метров, для северного оленя – более ста километров, для ондатры – несколько сотен метров. Вследствие ограниченности радиусов активности лесные полевки, обитающие в одном лесу, имеют не много шансов встретиться в период размножения с лесными полевками, населяющими соседний лес. Травяные лягушки, мечущие икру в одном озере, изолированы от лягушек другого озера, расположенного в нескольких километрах от первого. (В обоих случаях изоляция неполная, поскольку отдельные полевки и лягушки могут мигрировать из одного места обитания в другое.)

Особи любого вида распределены внутри видового ареала неравномерно. Участки территории с относительно высокой плотностью населения чередуются с участками, где численность вида низкая или особи данного вида совсем отсутствуют. Поэтому вид представляет собой совокупность отдельных групп организмов – популяций.

Популяция – это совокупность особей данного вида, занимающих определенный участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций. Реально вид существует в виде популяций.

Вопросы для повторения и задания

1. Дайте определение вида.

2. Какие биологические механизмы препятствуют скрещиванию разных видов?

3. В чем причина бесплодия межвидовых гибридов?

4. Что такое ареал вида?

5. Что такое радиус индивидуальной активности организмов?

6. Что такое популяция? Дайте определение.

Подумайте

Чем определяются границы ареала обитания видов?

Работа с компьютером

Обратитесь к диску. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

11. Эволюционная роль мутаций

Вспомните!

ДНК Хромосома Мутации • Гамета

Благодаря изучению генетических процессов в популяциях живых организмов эволюционная теория получила дальнейшее развитие. Большой вклад в популяционную генетику внес русский ученый С. С. Четвериков. Он занимался изучением природных мутаций, изменений наследственных свойств организма.

Единица наследственности – ген. Ген – это участок молекулы ДНК, содержащий наследственную информацию. Под действием различных факторов гены способны изменяться. Эти изменения (мутации) являются источником наследственной изменчивости. В ходе полового размножения мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, т. е. в его клетках парные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены к среде, чем гомозиготные, т. е. несущие в парных хромосомах одинаковые формы того или иного гена.

Например, гусеницы бабочки березовая пяденица, гомозиготные по доминантному гену, определяющему темную окраску их крыльев, плохо усваивают листья берез, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию, и отбор действует в пользу гетерозигот.

Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Мутация, обусловливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.

Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.

В разных популяциях одного вида частота мутантных генов неодинакова. Практически нет двух популяций с совершенно одинаковой частотой встречаемости мутантных признаков. Эти различия могут быть обусловлены тем, что популяции обитают в неодинаковых условиях внешней среды. Направленное изменение частоты генов в популяциях обусловлено действием естественного отбора. Но и близко расположенные, соседние популяции могут отличаться друг от друга столь же значительно, как и далеко расположенные. Это объясняется тем, что в популяциях ряд процессов приводит к ненаправленному, случайному изменению частоты генов, или, другими словами, их генетической структуры.

Например, при миграции животных или растений на новом месте обитания поселяется незначительная часть исходной популяции. Генофонд вновь образованной популяции, т. е. совокупность всех ее генов, неизбежно меньше генофонда родительской популяции, и частота генов в ней будет значительно отличаться от исходной.

Гены, до того редко встречающиеся, вследствие полового размножения быстро распространяются среди членов новой популяции. В то же время широко распространенные в исходной популяции гены могут отсутствовать, если их не было в генотипе основателей новой популяции.

Природные катастрофы – лесные или степные пожары, наводнения и т. п. – вызывают массовую неизбирательную гибель организмов, особенно малоподвижных форм (растения, моллюски, рептилии, земноводные и др.). Особи, избежавшие гибели, остаются в живых благодаря чистой случайности. В популяции, пережившей катастрофическое снижение численности, частоты генов будут иными, чем в исходной популяции. Вслед за спадом численности в оставшейся немногочисленной группе начинается массовое размножение. Генетический состав этой группы определит структуру всей популяции в период ее расцвета. При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других – резко повыситься.

В природе наблюдаются и периодические колебания численности популяций, связанные со взаимоотношениями типа «хищник – жертва» (рис. 35). Усиленное размножение «жертв» за счет увеличения их кормовых ресурсов приводит, в свою очередь, к усиленному размножению хищников. Увеличение же численности хищников вызывает массовое уничтожение их жертв. Недостаток корма обусловливает сокращение числа хищников и восстановление размеров популяций жертв. Эти колебания численности («волны численности»), а также сезонные колебания изменяют частоту генов в популяциях, в чем и состоит их эволюционное значение.

К изменениям частоты генов в популяциях приводит также ограничение обмена генами между ними вследствие пространственной (географической) изоляции. Реки служат преградой для сухопутных видов, горы изолируют равнинные популяции. Каждая из изолированных популяций обладает специфическими особенностями, связанными с условиями жизни. Важное следствие изоляции – близкородственное скрещивание, благодаря которому рецессивные гены (т. е. не проявляющиеся внешне у гетерозиготной особи – см. ниже), распространяясь в популяции, проявляются в гомозиготном состоянии, что снижает жизнеспособность организмов. В человеческих популяциях изоляты с высоким уровнем близкородственных браков встречаются в горных районах, на островах. Существует еще изоляция отдельных групп населения по кастовым, религиозным, расовым и другим причинам.

Рис. 35. Колебания численности хищников и их жертв: 1 – рысь. 2 – лисица, 3 – волк. Динамика численности зайцев показана красной линией

Эволюционное значение различных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями, а также в том, что разделенные части популяции или вида подвергаются неодинаковому давлению отбора.

Таким образом, изменения частоты встречаемости генов, вызванные факторами внешней среды, служат основой возникновения различий между популяциями и в дальнейшем обусловливают преобразование их в новые виды. Поэтому изменения популяций в ходе естественного отбора, ведущие к видообразованию, называют микроэволюцией.

Вопросы для повторения и задания

1. Какую роль играют мутации в процессе эволюции?

2. Какие процессы приводят к изменению частоты встречаемости генов в популяциях?

3. Почему разные популяции одного и того же вида отличаются по частоте встречаемости различных вариантов генов?

4. Что такое микроэволюция?

Подумайте

В чем проявляется относительность полезности и вредности мутаций? Приведите примеры.

Работа с компьютером

Обратитесь к диску. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.