в чем причина бесплодия межвидовых гибридов кратко
Структура и основные критерии вида
Вопрос 1. Дайте определение вида.
Вид — совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).
Вопрос 2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.
Одна из важных характеристик вида — его репродуктивная изоляция, т.е. наличие механизмов, препятствующих скрещиванию с особями других видов и вследствие этого предотвращающих поток генов извне, защищенность генофонда от притока генов из других, в том числе близкородственных видов, достигается разными путями.
Можно выделить следующие механизмы, препятствующие обмену генами между видами:
1) различие в сроках размножения у представителей разных видов;
2) различие в местах, предпочитаемых для размножения;
3) несоответствие стандартов видового сексуального поведения;
4) несоответствие ферментов акросомы (передней части головки сперматозоида) химическому строению мембраны яйцеклетки;
5) несоответствие в строении половых органов у представителей различных видов;
6) нежизнеспособность или стерильность межвидовых гибридов.
Следовательно, вид — реально существующая, генетически неделимая единица органического мира.
Вопрос 3. В чем причина бесплодности межвидовых гибридов?
Сроки размножения у близких видов могут не совпадать. Если сроки одни и те же, то не совпадают предпочитаемые места размножения. Например, самки одного вида лягушек мечут икру по берегам рек, другого вида — в лужи. Случайное осеменение икры самцом другого вида исключается. У многих видов животных существует строгий ритуал поведения при спаривании. Если у одного из потенциальных партнеров для скрещивания ритуал поведения отклоняется от видового, спаривания не происходит. Если все же спаривание произойдет, сперматозоиды самца другого вида не смогут проникнуть в яйцеклетку и яйца не оплодотворятся. Но иногда при межвидовом скрещивании оплодотворение 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 в мейозе: не гомологичные хромосомы не коньюгируют, и не формируются биваленты. Хромосомы не расходятся в разные клетки. В результате половые клетки не образуются, и организм не может оставить потомство. Перечисленные механизмы, предотвращающие обмен генами между видами, имеют неодинаковую эффективность, но в комплексе в природных условиях они создают практически непроницаемую генетическую изоляцию между видами.
Вопрос 4. Что такое ареал вида?
Ареал — область распространения на суше или в различных водоемах систематической группы живых организмов. Ареал является первичным, если в нем произошло эволюционное становление вида. Сформировавшийся ареал может в дальнейшем расширяться вследствие расселения особей данного вида или сужаться в результате вымирания части организмов. Для эндемичных видов ареалы, как правило, сплошные, и организмы более или менее равномерно расселены по всей местности. В других случаях ареалы становятся прерывистыми в результате наличия на обширных пространствах географических, экологических или биологических преград. Такие же ареалы характерны для широко распространенных видов.
Вопрос 5. Что такое радиус индивидуальной активности организмов? Приведите примеры радиуса индивидуальной активности для растений и животных.
Радиус индивидуальной активности — расстояние, на которое может перемещаться организм, исходя из его особенностей жизнедеятельности и физических возможностей. У растений этот радиус определяется расстоянием, на которое распространяется 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 сот метров, первобытного человека — 15—25 км, дуба — 100 м, клубники — 1—1,5м. Вследствие ограниченности радиусов активности лесные полевки, обитающие в одном лесу, имеют немного 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 озера. В обоих случаях изоляция неполная, поскольку отдельные полевки и лягушки могут мигрировать из одного местообитания в другое.
Вопрос 6. Что такое популяция? Дайте определение.
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. Популяция является элементарной единицей эволюции.
Критерии и структура вида
Вопрос 1. Дайте определение вида.
По современным представлениям вид — это совокупность особей, обладающих общими морфологическими, физиологическими и биохимическими признаками, занимающих определенный ареал, способных скрещиваться друг с другом и дающих плодовитое потомство. Эти свойства прямо связаны с общностью происхождения всех особей данного вида.
Вопрос 2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.
Обмену генами между видами препятствует репродуктивная изоляция, т. е. невозможность скрещивания с особями другого вида. Существует несколько причин репродуктивной изоляции. Репродуктивная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изоляции возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за есоответствия в строении половых органов, различий в поведении, несовместимости генетического материала.
Географическая изоляция. Виды, обитающие на большом расстоянии или разделенные непреодолимой преградой, не способны обмениваться генетической информацией. Свободному скрещиванию новых популяций или подвидов между собой могут мешать разрывы ареала за счет рек, гор, ледников и т.п. Так, например, на основе географических факторов изоляции из одного вида ландышей за несколько миллионов лет возник целый ряд видов.
Сезонная изоляция. Обеспечивается различием сезонов размножение у разных видов. Например, у одного из видов калифорнийской сосны пыльца созревает в феврале, а у другого — в апреле. Поведенческая изоляция. Характерна для высших животных. Например, у многих близких видов водоплавающих птиц брачное поведение имеет свои характерные особенности, что исключает возможность межвидового скрещивания.
В любом случае всякая изоляция приводит к репродуктивному разобщению — то есть к невозможности скрещивания возникающих видов. Можно привести множество примеров возникновения новых подвидов и видов из одного. Так на основе географической изоляции образовалось несколько видов синиц и т.д.
Вопрос 3. В чем причина бесплодия межвидовых гибридов?
Каждый отдельный вид имеет свой собственный кариотип, который отличается числом хромосом, их формой, размерами, строением. Различие кариотипов приводит к нарушению оплодотворения, к смерти зародышей или рождению бесплодного потомства. Стерильность потомства связана с тем, что при отсутствии парных гомологичных хромосом нарушается конъюгация в профазе I мейоза. В результате не образуются биваленты, мейоз нарушается, и развития полноценных гамет у гибридного потомства не происходит.
Вопрос 4. Какие критерии используют ученые для характеристики вида?
Характерные для данного вида признаки и свойства называют критериями вида. Различают морфологический (сходство строения), генетический (одинаковый набор хромосом), физиологический (сходство физиологических процессов), биохимический (сходство биохимических процессов), географический (ареал вида) и экологический (сходство условий существования) критерии. Ни один из критериев нельзя считать абсолютным, то есть для характеристики вида надо учитывать всю совокупность критериев. Так, например, сходное строение может и не быть признаком одного вида, так как в природе существуют морфологически неотличимые виды — двойники (полевка обыкновенная и полевка восточноевропейская; в первом случае набор хромосом равен 46, а во втором — 54). Важной характеристикой вида является то, что вид — это закрытая генетическая система, то есть между генофондами двух видов нет обмена генами. В основе этого явления лежат отличия в наборе хромосом (то есть генетический критерий), несовпадение сроков размножения (то есть экологический критерий), различия в строении половых органов (морфологический критерий), различия в брачном поведении (физиологический критерий) и другие факторы. Генетическая структура вида изменяется под действием эволюционных факторов, поэтому вид неоднороден.
Вопрос 5. Что такое ареал вида?
Ареал вида — это область распространения вида. Размеры ареалов могут сильно варьировать у разных видов. Например, сосна обыкновенная растет почти по всей территории России, а подснежник характерен только для Северного Кавказа.
Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие только на небольших определенных территориях — эндемиками. Именно эндемичные виды вносят наибольший вклад в разнообразие жизни на нашей планете. И они же нуждаются в наиболее тщательной охране — в силу своей малочисленности, жесткой привязанности к определенным условиям обитания, определённой пище и т.д.
Вопрос 6. Охарактеризуйте по основным критериям вид кошка домашняя.
Морфологический критерий: млекопитающее небольшого размера, имеет четыре лапы и хвост, покрыто шерстью, обладает развитыми клыками и втягивающимися когтями.
Генетический критерий — кариотип кошки представлен 19 парами хромосом, из которых 18 пар — соматические хромосомы и одна пара — половые.
Физиологический критерий: предпочитает вечерне-ночной образ жизни, подстерегает (а не преследует) добычу, при необходимости издает характерные мяукающие и мурлыкающие звуки.
Биохимический критерий: химический состав полимеров стандартен для теплокровных млекопитающих.
Экологический критерий: является хищником, охотится на мелких грызунов, птиц.
Географический критерий: вид космополитичен, обитает практически повсеместно и привязан к жилищу человека.
Вопрос 7. Дайте определение понятия «популяция».
В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы — популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.
Популяция — элементарная структура вида — это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями.
Виды — это сумма популяций; внутри популяции происходит естественный отбор, и в определенных условиях могут возникать сначала подвиды, а затем и новые виды.
Биологи из России и их зарубежные коллеги выяснили, почему многие межвидовые гибриды не становятся бесплодными
Биологи из России и ряда зарубежных стран выяснили, почему многие межвидовые гибриды не становятся бесплодными и успешно продолжают свой род, несмотря на «неправильный» набор хромосом, сообщает РИА Новости. Их выводы были опубликованы в журнале PNAS.
«Существование подобных гибридов было неожиданным для нас. Но еще более неожиданными оказались причины этой высокой плодовитости. Более глубокий анализ выявил неизвестный ранее механизм поддержания высокой фертильности у изученных хромосомных гибридов», — рассказывает Владимир Лухтанов, главный научный сотрудник Зоологического института РАН и профессор Санкт-Петербургского государственного университета.
Гибридами ученые называют потомков двух разных видов родственных живых существ. Чаще гибридные организмы обнаруживаются среди растений, реже среди животных. Их редкость объясняется одной простой вещью – подавляющее число гибридов стерильны, что не позволяет им продолжить род и обособиться в отдельный вид, даже если они обладают рядом очевидных преимуществ по сравнению и с тем, и с другим родительским видом.
Лухтанов и его коллеги открыли крайне необычный пример гибридов, не потерявших способности к размножению, изучая потомство, полученное при скрещивании двух линий горошковых белянок (Leptidea sinapis), широко распространенных в России бабочек, чьи гусеницы питаются бобовыми растениями.
За последние годы ученые обнаружили сразу несколько линий этих белянок, похожих друг на друга по облику и поведению, но заметно отличающихся по числу хромосом. К примеру, бабочки из Испании имеют 106-108 хромосом, тогда как особи из Скандинавии имеют всего лишь 56-57 хромосом.
Заинтересовавшись этой проблемой, биологи решили изучить, что произойдет, если скрестить самую «малохромосомную» линию белянок из Швеции и их кузин из Каталонии, имевших почти в два раза больше подобных структур.
К большому удивлению ученых, скрещивание этих бабочек не привело к тому, что их потомство стало бесплодными – в среднем, их плодовитость оставалась на очень высоком уровне, хотя она и была примерно в два раза ниже, чем у родительских линий белянок.
Для раскрытия секрета их выживания ученые проследили за тем, что происходит во время мейоза – процесса деления и формирования будущих половых клеток бабочек, содержащих в себе не двойной, а одиночный набор хромосом.
«Неправильное» число хромосом в клетках гибридов почти всегда приводит к тому, что мейоз не может завершиться корректно – клетки не получают всех жизненно важных хромосом, или же получают «лишние» их копии. В результате этого они или гибнут, или же теряют способность формировать жизнеспособный зародыш.
Лухтанов и его коллеги обнаружили, что в случае с гибридными белянками этого не происходит по той причине, что у них основные процессы мейоза происходят не как обычно, а в обратном порядке.
Как правило, заготовка гаметы сначала «перемешивает» хромосомы, полученные от родителей, и уменьшает их число вдвое, растаскивая папины и мамины варианты одних и тех же хромосом по дочерним клеткам. Только после этого эти хромосомы, содержащие в себе двойное число нитей ДНК, делятся на половинки и разбиваются на две новых «кучки», в результате чего возникают четыре половых клетки.
По словам биологов, у гибридных белянок вначале происходит разделение нитей ДНК, и только затем, на второй стадии формирования гамет общее число хромосом уменьшается вдвое.
«Это приводит к тому, что мейоз у гибридов происходит с минимальным числом нарушений или без нарушений вообще, и приводит к формированию нормальных жизнеспособных гамет», — объясняет ученый.
Это открытие проливает свет на одну из загадок биологии: как у живых организмов возникают новые, измененные хромосомы и новые хромосомные наборы. А последнее интересно и биологам, и медикам, поскольку изменения хромосом часто являются пусковыми механизмами как для биологической эволюции, так и для развития болезней.
В чем причина бесплодия межвидовых гибридов кратко
Подробное решение параграф 5 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
Стр. 30. Вспомните
1. Какие уровни организации живой природы вам известны?
Молекулярный (Например молекулы жиров). Клеточный (эритроцит – красная клетка крови). Тканевый – это уже не одна клетка, а группа клеток сходных по строению, происхождению и выполняющих одинаковые функции. (Например у животных нервная, эпителиальная, жировая, кровь и лимфа, а у растений проводящая, покровная, механическая и образовательная). Органный (Орган – это несколько тканей, соединенных между собой). Например: сердце, печень, почки. Организменный (Например, человек, собака, кошка.). Видовой (вид Homo Sapiens). Популяционный (один вид на одной территории частично или полностью изолированный от других таких популяций). Биоценозный. Иногда говорят, что существует и биосферный уровень, но на нем располагаются все живые организмы планеты и косное ве-во (атмосфера, гидросфера и литосфера).
2. Что такое вид?
Вид – это совокупность особей, сходных по строению, способных скрещиваться между собой и имеющих общий ареал (область распространения).
3. Какие другие систематические категории вам известны?
Стр. 33. Вопросы для проверки и задания
1. Дайте определение понятия «вид».
Вид – совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).
2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.
Одна из важных характеристик вида – его репродуктивная изоляция, т.е. наличие механизмов, препятствующих скрещиванию с особями других видов и вследствие этого предотвращающих поток генов извне, защищенность генофонда от притока генов из других, в том числе близкородственных видов, достигается разными путями. Можно выделить следующие механизмы, препятствующие обмену генами между видами:
1. различие в сроках размножения у представителей разных видов;
2. различие в местах, предпочитаемых для размножения;
3. несоответствие стандартов видового сексуального поведения;
4. несоответствие ферментов акросомы (передней части головки сперматозоида) химическому строению мембраны яйцеклетки;
5. несоответствие в строении половых органов у представителей различных видов;
6. нежизнеспособность или стерильность межвидовых гибридов.
Следовательно, вид – реально существующая, генетически неделимая единица органического мира.
3. В чём причина бесплодия межвидовых гибридов? Объясните это явление, используя свои знания о механизме мейоза.
Сроки размножения у близких видов могут не совпадать. Если сроки одни и те же, то не совпадают предпочитаемые места размножения. Например, самки одного вида лягушек мечут икру по берегам рек, другого вида – в лужи. Случайное осеменение икры самцом другого вида исключается. У многих видов животных существует строгий ритуал поведения при спаривании. Если у одного из потенциальных партнеров для скрещивания ритуал поведения отклоняется от видового, спаривания не происходит. Если все же спаривание произойдет, сперматозоиды самца другого вида не смогут проникнуть в яйцеклетку и яйца не оплодотворятся. Но иногда при межвидовом скрещивании оплодотворение 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 в мейозе: не гомологичные хромосомы не коньюгируют, и не формируются биваленты. Хромосомы не расходятся в разные клетки. В результате половые клетки не образуются, и организм не может оставить потомство. Перечисленные механизмы, предотвращающие обмен генами между видами, имеют неодинаковую эффективность, но в комплексе в природных условиях они создают практически непроницаемую генетическую изоляцию между видами.
4. Какие критерии используют учёные для характеристики вида? Какие критерии вы считаете наиболее важными при определении вида?
Характерные для данного вида признаки и свойства называют критериями вида. Различают морфологический (сходство строения), генетический (одинаковый набор хромосом), физиологический (сходство физиологических процессов), биохимический (сходство биохимических процессов), географический (ареал вида) и экологический (сходство условий существования) критерии. Ни один из критериев нельзя считать абсолютным, то есть для характеристики вида надо учитывать всю совокупность критериев. Так, например, сходное строение может и не быть признаком одного вида, так как в природе существуют морфологически неотличимые виды – двойники (полевка обыкновенная и полевка восточноевропейская; в первом случае набор хромосом равен 46, а во втором – 54). Важной характеристикой вида является то, что вид – это закрытая генетическая система, то есть между генофондами двух видов нет обмена генами. В основе этого явления лежат отличия в наборе хромосом (то есть генетический критерий), несовпадение сроков размножения (то есть экологический критерий), различия в строении половых органов (морфологический критерий), различия в брачном поведении (физиологический критерий) и другие факторы. Генетическая структура вида изменяется под действием эволюционных факторов, поэтому вид неоднороден.
5. Что такое ареал вида?
Ареал вида – это область распространения вида. Размеры ареалов могут сильно варьировать у разных видов. Например, сосна обыкновенная растет почти по всей территории России, а подснежник характерен только для Северного Кавказа.
Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие только на небольших определенных территориях – эндемиками. Именно эндемичные виды вносят наибольший вклад в разнообразие жизни на нашей планете. И они же нуждаются в наиболее тщательной охране – в силу своей малочисленности, жесткой привязанности к определенным условиям обитания, определённой пище и т.д.
6. Охарактеризуйте по основным критериям вид Кошка домашняя.
Морфологический критерий: млекопитающее небольшого размера, имеет четыре лапы и хвост, покрыто шерстью, обладает развитыми клыками и втягивающимися когтями.
Генетический – кариотип кошки представлен 19 парами хромосом, из которых 18 пар – соматические хромосомы и одна пара – половые.
Физиологический: предпочитает вечерне-ночной образ жизни, подстерегает (а не преследует) добычу, при необходимости издает характерные мяукающие и мурлыкающие звуки. Биохимический: химический состав полимеров стандартен для теплокровных млекопитающих. Экологический: является хищником, охотится на мелких грызунов, птиц.
Географический: вид космополитичен, обитает практически повсеместно и привязан к жилищу человека.
7. Дайте определение понятия «популяция».
В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы – популяции. Реально вид существует именно в виде популяций. Популяция – элементарная структура вида – это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями. Виды – это сумма популяций; внутри популяции происходит естественный отбор, и в определенных условиях могут возникать сначала подвиды, а затем и новые виды.
Подумайте и выполните.
1. Почему один вид от другого можно отличить только по совокупности разнообразных критериев? Какие критерии вам кажутся наиболее важными?
Потому как существуют виды-двойники, сходные по морфологическому критерию и виды, сходные по кариотипу.
2. Известны ли вам примеры, когда формулировка «вид как генетически закрытая система» оказывалась не верна?
Опыты Карпеченко. Обработанные колхицином редька и капуста с полиплоидными наборами хромосом смогли дать начало новому виду. Тритикале. Гибриды животных (мул, лошак, зеброид, лигр). Трансдукция (перенос генов бактериофагом от одного вида бактерий к другому). Все достижения генной инженерии.
5. Приведите доказательства, свидетельствующие о том, что виды объективно существуют в природе.
Для включение нового вида в списки фауны того или иного региона или фауна Мира, существуют так называемые фаунистические комиссии, состоящие из квалифицированных экспертов, которые и принимают то или иное решение. Члены Комиссии рассматривают неопровержимость доказательств наличия того или иного вида на данной территории. Обычно такими доказательствами являются комплексные материалы биологических, экологических или генетических (молекулярных) исследований. В случае описания нового вида его название и систематический статус позже утверждает Международный комитет по биологической номенклатуре.