в чем кроется способность популяции адаптироваться к новым условиям
В чем кроется способность популяции адаптироваться к новым условиям
Подробное решение параграф § 55 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. 2014
1. Что такое естественный отбор?
Ответ. Естественный отбор — процесс, изначально определённый Чарльзом Дарвином как приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. В соответствии с теорией Дарвина и современной синтетической теорией эволюции, основным материалом для естественного отбора служат случайные наследственные изменения — рекомбинация генотипов, мутации и их комбинации.
2. Что такое генотип?
Вопросы после § 55
1. Что такое генофонд популяции?
Ответ. Каждая популяция характеризуется определённым генофондом, т. е. совокупным количеством генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
Необходимыми предпосылками эволюционного процесса являются возникновение элементарных изменений аппарата наследственности – мутаций, их распространение и закрепление в генофондах популяций организмов. Направленные изменения генофондов популяций под воздействием различных факторов представляют собой элементарные эволюционные изменения.
Как уже отмечалось, природные популяции в разных частях ареала вида обычно более или менее различны. Внутри каждой популяции имеет место свободное скрещивание особей. В результате каждая популяция характеризуется собственным генофондом с присущими только данной популяции соотношениями различных аллелей.
2. Почему большая часть мутаций не проявляется внешне?
Ответ. Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков (1880–1959), который установил, что значительная часть изменчивости генофонда скрыта от глаз, так как подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и не проявляются внешне. Рецессивные мутации как бы «впитываются видом в гетерозиготном состоянии», ведь большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Подобную скрытую изменчивость можно выявить в экспериментах со скрещиванием близкородственных особей. При таком скрещивании некоторые рецессивные аллели, находившиеся в гетерозиготном и потому скрытом состоянии, перейдут в гомозиготное состояние и смогут проявиться. Значительная генетическая изменчивость природных популяций легко обнаруживается и в ходе искусственного отбора. При искусственном отборе из популяции выбирают тех особей, у которых какие-либо ценные в хозяйственном отношении признаки выражены наиболее сильно, и скрещивают этих особей между собой. Искусственный отбор оказывается эффективным почти во всех случаях, когда к нему прибегают. Следовательно, в популяциях имеется генетическая изменчивость буквально по каждому признаку данного организма.
3. В чём кроется способность популяции адаптироваться (приспосабливаться) к новым условиям?
Ответ. Поскольку всякая популяция обычно хорошо приспособлена к своей среде обитания, крупные изменения обычно снижают эту приспособленность, подобно тому как значительные случайные изменения в механизме часов (удаление какой-нибудь пружины или добавление колёсика) ведут к сбою в их работе. В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными. Как только это случается, их частота под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом. Именно в этом кроется способность популяции адаптироваться, т. е. приспосабливаться к новым факторам – изменениям климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. События во всех случаях развиваются одинаково: при введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества. С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным. Первое сообщение об устойчивости насекомого к инсектициду появилось в 1947 г. и относилось к устойчивости комнатной мухи к ДДТ. Впоследствии устойчивость к одному или нескольким инсектицидам была обнаружена не менее чем у 225 видов насекомых и других членистоногих. Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями
4. Каким способом можно выявить рецессивные аллели?
Адаптация организмов к изменившимся условиям среды обитания
Из этой статьи вы узнаете, что происходит, когда организм вынужден иметь дело с изменениями условий окружающей среды. Мы расскажем о процессе адаптации, его видах и какую пользу он приносит живым организмам.
Изменение окружающей среды
Представьте самый жаркий день в году, и ваш кондиционер перестает работать. Температура в вашем доме повышается с 20 до 30 градусов Цельсия за считанные часы. Поскольку вы привыкли жить в гораздо более прохладной среде, эта разница будет для вас испытанием. Вы можете сравнить эту ситуацию с тем, как изменение условий окружающей среды влияет на животных или растения.
Любое отклонение от нормального состояния экосистемы считается изменением окружающей среды. Изменение окружающей среды может быть результатом естественных факторов, например, когда молния вызывает лесной пожар. Оно также может быть вызвано человеческой деятельностью, такой как уничтожение тропического леса для создания сельскохозяйственных угодий. Когда экосистема быстро трансформируется, организмам, живущим в ней, может быть даже труднее приспособиться к изменениям, чем вам к потере вашего кондиционера. Они отвечают на этот вызов процессом, называемым адаптацией.
Адаптация
Адаптация — это генетическое изменение или мутация, благодаря которой организм становиться более приспособленным к новым условиям среды. Эти мутации являются нормальной частью вариации, которая существует в любой популяции. Мутации могут быть вредными, нейтральными или полезными. Когда одно из этих генетических изменений полезно, оно передается из поколения в поколение, пока не станет типичной характеристикой организма. После этого, мутация становиться адаптацией. Адаптации могут быть морфофизиологическими или поведенческими.
Морфофизиологическая адаптация
Морфофизиологическая адаптация – это изменение какой-либо физической части организма как внутренней, так и внешней. Хорошим примером этого процесса является то, как растения, называемые суккулентами, приспособились к жизни в жарком, сухом климате. По мере того как окружающая среда менялась на пустынную, у растений появлялись мутации, которые позволяли им накапливать дополнительную воду для выживания. Со временем все растения выработали эту адаптацию.
Поведенческая адаптация
Поведенческая адаптация – это изменение образа жизни организма. Гибернация – один из примеров поведенческой адаптации. Животные, которые не могли найти достаточно еды зимой, часто умирали. Животные с мутацией, которая позволяла им спать всю зиму, живя за счет запасов питательных веществ, увеличили свою выживаемость и передали адаптацию своему потомству.
Помните, живые организмы не изменяются сами по себе. Вместо этого организмы в популяции рождаются с множеством признаков. Изменения окружающей среды определяют, будет ли адаптация новых признаков благоприятной для выживания вида. Эта способность позволяет многим организмам выжить в условиях изменения окружающей среды.
Эволюционное спасение
Некоторые организмы обладают способностью реагировать на изменения окружающей среды путем быстрого развития адаптаций. Экологический отбор полезных признаков может быть настолько предвзятым, что процесс адаптации заметен только в пределах одного поколения. Чем короче продолжительность жизни организма, тем быстрее изменение передается всей популяции. Такая быстрая адаптация называется эволюционным спасением.
Адаптация планктона к недавнему увеличению вредоносного цветения водорослей – хороший пример эволюционного спасения. Планктон, как правило, не мог поедать вредоносные цветения водорослей. Однако некоторые виды планктона имели генетические вариации, которые позволяли им переносить водоросли. Продолжительность жизни планктона составляет всего несколько дней. Это позволило быстро адаптироваться, и в течение нескольких лет вся популяция планктона могла есть цветущие водоросли.
Подведение итогов
Изменение окружающей среды – это изменение нормального состояния экосистемы. Это может быть результатом естественных факторов или человеческой деятельности и способно сильно усложнить жизнь организмов, обитающих в экосистеме. Организмы часто реагируют на изменения окружающей среды с помощью адаптации или мутации, которые обеспечивают лучший способ выжить в новой среде. Это генетическое изменение передается будущим поколениям, пока не станет типичной характеристикой организма. Быстрое появление адаптаций называется эволюционным спасением.
Адаптации могут быть морфофизиологическими или поведенческими. Морфофизиологическая адаптация – это изменение физической части организма. Поведенческая адаптация – это изменение образа жизни организма. Не организм, а изменения условий окружающей среды определяют, произойдет ли адаптация. Нормальные вариации признаков в популяции – это то, что дает организмам способность выживать при изменении экосистемы.
Вид и его критерии
1. Дайте определения понятий.
Биология – система наук, объектами изучения которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой.
Критерии вида – характерные признаки и свойства, по которым одни виды отличаются от других.
2. Заполните таблицу.
Критерии вида
3. Что такое виды-двойники? Приведите примеры.
Два разных вида могут не различаться по анатомическому строению, быть морфологически сходными, но в природе не скрещивающихся из-за наличия разных хромосомных наборов. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника: крыс, имеющих в кариотипе 38 и 49 хромосом; под названием «малярийный комар» существует 6 внешне не различимых видов-двойников; у рыбки щиповки – 3 вида двойника.
4. Как проявляется целостность вида?
Ни один из критериев в отдельности не может служить для определения вида. Охарактеризовать вид можно только по их совокупности.
Популяция – структурная единица вида и единица эволюции
1. Дайте определения понятий.
Популяция – группа одновидовых организмов, занимающих определенный участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Генофонд популяции – совокупность количества генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
3. Что изучает популяционная генетика?
Популяционная генетика изучает процессы изменения генетического состава популяций, возникновения новых свойств организмов и их закрепление посредством естественного отбора.
4. Как влияют мутационные процессы на генетический состав популяции?
Мутационный процесс ведет к увеличению разнообразия генофонда. Мутации распространяются и закрепляются благодаря комбинативной изменчивости.
5. Какое значение имеет мутационный процесс для эволюционных преобразований?
Мутационный процесс – это постоянный источник наследственной изменчивости. Вследствие мутаций изменяется генофонд популяции, что под воздействием различных факторов представляет собой элементарные эволюционные изменения. Мутационный процесс формирует резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для естественного отбора и микроэволюции.
6. В чем проявляется способность популяции приспосабливаться (адаптироваться) к новым условиям среды?
Крупные изменения снижают приспособленность популяции. В популяции имеются запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данное время; они сохраняются в гетерозиготном состоянии. Но когда в результате изменения условий они вдруг оказываются полезными, их частота под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счете они становятся основным
генетическим материалом.
Движущие силы эволюции и их влияние на генофонд популяции
1. Дайте определение понятий.
Дрейф генов – явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами, в результате которого изменяется и обедняется генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием.
Волны жизни – резкие колебания численности особей популяции вследствие естественных причин.
Изоляция – исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида; является элементарным эволюционным фактором, действующим на микроэволюционном уровне, и приводит к видообразованию.
2. Что понимают под генетическим равновесием в популяциях?
Постоянство частот встречаемости различных аллелей. Это ситуация, при которой распределение аллелей в популяции остается постоянным из поколения в поколение (при отсутствии отбора или мутаций).
3. Заполните таблицу.
Нарушения генетического равновесия в популяциях
5. Составьте схему
Эволюционные факторы
Результаты эволюции
1. Дайте определения понятий.
Микроэволюция – эволюционные изменения, протекающие на популяционном, внутривидовом уровне.
Видообразование – процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени.
Макроэволюция – процесс образования из видов новых родов, из родов – новых семейств и так далее.
2. Заполните таблицу.
3. Чем отличаются процессы аллопатрического и симпатрического видообразования?
Симпатрическое видообразование связано с расхождением групп особей одного вида и обитающих на одном ареале по экологическим признакам. При этом особи с промежуточными характеристиками оказываются менее приспособленными. Расходящиеся группы формируют новые виды. Особенностью симпатрического пути видообразования является то, что он приводит к возникновению новых видов, всегда морфологически близких к исходному виду. Лишь в случае гибридогенного возникновения видов появляется новая видовая форма, отличная от каждой из родительских.
Аллопатрическое видообразование вызывается разделением ареала вида на
несколько изолированных частей. Возникновение географических преград (горных хребтов, морских проливов и пр.) приводит к возникновению изолятов — географически изолированных популяций. Прерывание потока генов между изолятами, с одной стороны, и действие естественного отбора, с другой, приводят к их репродуктивной изоляции и образованию самостоятельных видов.
4. Составьте схему.
Эволюционный процесс
5. Заполните таблицу.
Доказательства макроэволюции
Биологический прогресс и биологический регресс
1. Дайте определения понятий.
Ароморфоз – это крупные, масштабные эволюционные изменения, которые ведут к общему подъему организации, повышают интенсивность жизнедеятельности, но не являются узкими приспособлениями к резко ограниченным условиям существования.
Идиоадаптация – это мелкие эволюционные изменения, которые повышают приспособленность организмов к определенным условиям среды обитания.
Дегенерация – это эволюционные изменения, которые ведут к упрощению организации, к утрате ряда систем или органов и часто связана с переходом к паразитическому образу жизни.
2. Заполните таблицу.
Типы эволюционных изменений.
3. Каковы основные направления эволюции? Приведите примеры каждого из них.
Главные направления эволюции:
Ароморфозы: у животных – появление живорождения, способности к поддержанию постоянной температуры тела, возникновение замкнутой системы кровообращения, у растений — появление цветка, сосудистой системы, способности к поддержанию и регулированию газообмена в листьях.
Идиоадаптации: защитная окраска животных или приспособления некоторых рыб (камбала, сом) к жизни у дна – уплощение тела, окраска под цвет грунта, развитие усиков и пр.; приспособления к полету у некоторых видов млекопитающих (летучие мыши, белки-летяги). У растений – приспособления к перекрестному опылению цветка насекомыми или ветром, приспособления к рассеиванию семян.
Дегенерации: у паразитов возникают специфические приспособления (часто весьма изощренные) к условиям жизни внутри хозяина. У паразитических червей появляются присоски, крючки, получают значительное развитие органы размножения. У свиного цепня, лентецов и других червей нет кишечника, слабо развита нервная система, отсутствует способность к передвижению. У растений-паразитов (повилика) – отсутствие вегетативных органов (лист), вместо корней – присоски.
4. Заполните таблицу.
Сравнительная характеристика биологического прогресса и биологического регресса
5. Какова, на ваш взгляд, роль человека в процессах биологического регресса?
Деятельность человека является мощным фактором биологического регресса видов, нужных и полезных ему. Например, появились микробы, устойчивые к действию лекарств, и насекомые, устойчивые к ядохимикатам и т.д.. При посеве человек вторгается в живую природу, уничтожает на больших площадях дикие популяции, заменяя их немногочисленными искусственными. Усиленное истребление человеком многих видов ведет к биологическому регрессу, который грозит им вымиранием.
Синтетическая теория эволюции
1. Дайте определения понятия.
Синтетическая теория эволюции (современный дарвинизм) – современная эволюционная теория, которая представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма.
2. Заполните таблицу.
Развитие эволюционного учения в ХХ веке.
3. Сформулируйте основные положения (постулаты) синтетической теории эволюции.
1. элементарной единицей эволюции считается локальная популяция;
2. материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость;
3. естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов;
4. дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков;
5. вид есть система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов, и каждый вид экологически обособлен;
6. видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях географической изоляции.
4. Почему можно считать, что синтетическая теория эволюции в основном развивается в русле идей, заложенных Ч. Дарвином?
Синтетическая теория эволюции вскрыла глубинные механизмы эволюционного процесса, накопила множество новых фактов и доказательств эволюции живых организмов, объединила данные многих биологических наук. Тем не менее, синтетическая теория эволюции (или неодарвинизм) находится в русле тех идей и направлений, которые были заложены Ч. Дарвином. Объединение дарвинизма с экологией и генетикой в 20-х годах подготовило почву для создания синтетической теории эволюции. Учение Дарвина – это основа, остов современной теории, оно дало толчок дальнейшему развитию эволюции как науки.
Многообразие видов
1. Дайте определение понятий.
Биоразнообразие – разнообразие жизни во всех её проявлениях; разнообразие на трёх уровнях организации: генетическое разнообразие, видовое разнообразие и разнообразие экосистем.
Естественная классификация – система классификации, отражающая естественную общность организмов, при которой каждая таксономическая категория соответствует группе организмов, которые имеют общего предка.
Дарвинизм – это: в узком смысле – направление эволюционной мысли, приверженцы которого согласны с основными идеями Дарвина в вопросе эволюции (современная их форма представлена в синтетической теории эволюции), согласно которым главным (хотя и не единственным) фактором эволюции является естественный отбор. В широком смысле нередко (и не совсем правильно) употребляется для обозначения эволюционного учения или эволюционной биологии в целом.
3. Заполните таблицу.
Соотношение основных систематических групп, используемых в классификации животных и растений.
4. Можно ли использовать данные систематики для доказательства эволюции? Ответ обоснуйте.
Да, можно. В систематике главное доказательство эволюции заключается в том, что все живые существа можно расположить в иерархическую систему таксономических единиц – виды, роды, семейства, отряды, классы и типы. Это означает, что все организмы связаны между собой филогенетически. Принадлежность организмов к тем или иным систематическим группам свидетельствует о том, что большинство промежуточных форм, существовавших в прошлом, вымерло. Таким образом, все разнообразие живой природы можно объяснить происхождением от общих предков на основе борьбы за существование. Будучи генетически различными, виды представляют собой независимо эволюционирующие и репродуктивно изолированные единицы. Поскольку можно предполагать, что у генетически сходных видов общий предок существовал в менее отдаленном прошлом по сравнению с генетически различными видами, то степень генетических различий является мерой, на основе которой сейчас совершенствуют филогенетическое (родословное) древо.
5. Каково значение сохранения многообразия видов в природе?
Биоразнообразие – один из факторов оптимального функционирования биосферы в целом. Биоразнообразие обеспечивает устойчивость экосистем к внешним воздействиям и поддерживает в них равновесие. Живое от неживого отличается большим разнообразием и способностью не только его сохранять, но и существенно увеличивать по мере эволюции. Вообще эволюция жизни на Земле – это процесс увеличения разнообразия живых организмов, форм и уровней их организации, процесс возникновения механизмов, обеспечивающих устойчивость живых систем и экосистем в постоянно изменяющихся условиях нашей планеты. Именно способность экосистем поддерживать равновесие, используя для этого наследственную информацию живых организмов, и делает биосферу в целом и экосистемы вещественно-энергетическими системами в полном смысле.
6. Что понимают под устойчивым развитием биосферы?
Сохранение биосферы как естественной основы всей жизни на Земле, ее устойчивость и естественная эволюция, с тем чтобы дальнейшее развитие человечества происходило в гармонии с природой. Формирование хозяйственной деятельности человека, не разрушающей биосферу, а ее сохраняющей. Биосфера с этой точки зрения должна рассматриваться уже не только как кладовая и поставщик ресурсов, а как фундамент жизни, сохранение которого должно быть обязательным условием для существования и дальнейшей эволюции человека и природы.