в чем заключается значение мутаций в эволюционном процессе
1. Допишите предложение.
Приоритет в исследовании генетических процессов в популяции принадлежит выдающемуся русскому ученому С. С. Четвертикову.
2. Ответьте, в чем заключается эволюционная роль мутаций.
Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
3. Наблюдения за природными популяциями показывают, что большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Дайте объяснение этого феномена.
Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, то есть в их клетках парные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Чаще всего такие организмы лучше приспособлены к среде, чем гомозиготные.
4. Объясните причину (причины) различий в генетической структуре популяций одного вида.
Генетические различия между популяциями существуют потому, что часто они обитают в отличающихся условиях обитания. Направленное изменение частоты генов обусловлено действием естественного отбора. Кроме того, даже если популяции расположены близко друг от друга, в популяциях происходят процессы, приводящие к ненаправленному, случайному изменению частоты генов, то есть генетической структуры.
6. Напишите, что такое резерв наследственной изменчивости и каково его биологическое значение.
Резерв наследственной изменчивости – это мутационный процесс.
Его биологическое значение – мутации создают основу для генетического разнообразия популяций, что в дальнейшем может образовать новые виды. То есть мутации могут привести к видообразованию.
7. Раскройте смысл утверждения: «Некоторые вредные мутации имеют положительное эволюционное значение». Приведите пример.
В некоторых необычных условиях мутации помогают выжить и дают преимущество перед другими особями. Например, у некоторых видов насекомых наблюдается мутация, при которой не развиваются крылья. В обычных условиях это приносит вред, но на островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, отсутствие крыльев позволяет насекомым нормально существовать.
8. Выберите из нижеприведённых вариантов правильный ответ на вопрос и подчеркните его.
Какой (какие) из нижеперечисленных факторов является (являются) фактором-поставщиком (факторами-поставщиками) генетической неоднородности популяции?
Ответ: изоляция, мутационный процесс, естественный отбор, волны численности, миграция.
9. Закончите предложение.
Эволюционным фактором, усиливающим и закрепляющим генетические различия между популяциями, является изоляция.
10. Приведите определение микроэволюции.
Микроэволюция – это изменения популяций в ходе естественного отбора, ведущие к видообразованию.
Значение мутаций для эволюции
4. Образование новых аллелей и явление множественного аллелизма в генофонде популяций по каждому признаку
5. Морфологические, физиологические, биохимические и др. аномалии клеток и организма, снижающие их жизнестойкость
6. Наследственные болезни человека (ферментопатии, синдромы)
7. Материал для селекции
Причины мутаций
Мутагенные факторы (мутагены) — вещества и воздействия, способные индуцировать мутационный эффект (любые факторы внешней и внутренней среды, которые могут нарушить гомеостаз)
· Мутагены универсальны, т. е способны вызывать мутации во всех живых организмах (действуют ненаправленно)
· Мутагены не имеют нижнего порога мутационного действия, т. е. способны вызывать мутации в любых малых дозах
· Мутагены детерминированы внешней и внутренней средами
Мутагенные факторы внешней среды:
б) повышенная температура ( относительно слабый эффект )
в) экстремальные значения любого физического фактора
2. Химические мутагены : а) ксенобиотики
4. Промышленные мутагены
5. Фармакологические мутагены
Мутагенные факторы внутренней среды
1. Процесс мейоза при гаметогенезе и спорогенезе (кроссинговер, расхождение хромосом в анафазе I мейоза)
2. Процесс митоза в ходе манипуляций ДНК (для соматических клеток)
3. Наличие специальных генов-модуляторов (аллели мутаторы), вызывающих мутации в других локусах в стабильных условиях
4. Случайные «ошибки» в процессе репликации ДНК в интерфазе митотического цикла
Частота мутаций
· Частота мутирования отдельных генов широко варьирут и зависит от состояния организма и этапа онтогенеза (обычно растёт с возрастом); в среднем каждый ген мутирует один раз в 40 тысяч лет
· Средняя частота мутаций сопоставима у широкого круга существ (от бактерий до человека) и не зависит от уровня и типа морфофизиологической организации
· У человека на каждый гаплоидный набор генов за поколение возникает от одной до десяти новых мутаций
· Интенсивность мутационного процесса поддерживается на безопасном для жизнеспособности вида уровне благодаря естественным антимутагенным барьерам (репарации)
Репарация (или коррекция нарушений структуры ДНК) процесс устранения из наследственного материала клетки изменённого участка путём его ферментативного разрушения и последующего восстановления исходного неповреждённого фрагмента ДНК
Эволюционная роль мутации
Содержимое разработки
Тема: Эволюционная роль мутаций
Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость – это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).
Мутационный процесс – это один из главных источников наследственной изменчивости.
Гены мутируют с определенной частотой.
Мутации широко распространены в популяциях. Не все мутации затрагивают гены – большая часть мутаций накапливается в некодирующих последовательностях.
По своим последствиям для организма, мутации можно условно разделить на вредные, полезные и нейтральные (см. Схему 2).
Полезные мутации чрезвычайно редки. Можно предположить, что организмы, гомозиготные по вредным мутациям, будут постоянно исключаться из популяции. Частота мутантной аллели будет падать, соответственно, будет падать и доля гетерозигот. Но, на самом деле, в популяциях этого не происходит, потому что гетерозиготные организмы, как правило, оказываются более приспособленными к условиям внешней среды.
Рис. 3. Две формы березовой пяденицы на темном стволе дерева: легко различимая белая сверху и темная едва заметная под ней
Таким образом, хотя большинство мутаций в генах оказываются вредными, они все-таки присутствуют в популяции. Стоит отметить, что мутации, оказавшиеся вредными в одном случае, могут быть полезными в другом.
Например, мутации насекомых, приводящие к рождению бескрылых особей, безусловно, вредны, и такие особи проигрывают своим крылатым соперникам. Но когда эти насекомые попадают на берег моря или горные перевалы, где дуют очень сильные ветры, то бескрылые особи получают преимущество перед крылатыми насекомыми.
Таким образом, мутационный процесс создает резерв для наследственной изменчивости; увеличивая генетическое разнообразие популяции, он создает основу для естественного отбора.
Скорость возникновения мутаций в целом постоянна для каждого таксона, но в разных царствах живых организмов она отличается. Максимальна эта скорость возникновения мутаций (мутагенеза) у микроорганизмов и вирусов.
Скорость мутаций иногда может скачкообразно возрастать. Обычно это происходит при попадании организма в неблагоприятные условия среды. В таком случае скорость мутации может ускоряться более чем на порядок.
Вредные мутации у диплоидных организмов обычно проявляются только в гомозиготном состоянии. В крупных популяциях такие мутации реже проявляются, чем в малочисленных группах особей. При близкородственном скрещивании (например, между братьями и сестрами) мутантные аллели чаще попадают в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе.
Тема:Эволюционная роль мутации
1.Что такое мутации?
2.Что такое естественный отбор?
3.Что такое приспособленность организмов?
1.Какова роль мутационной изменчивости в процесссе эволюции?
2.Перечислите известные виды отбора и дайте им краткую характеристику. Приведите примеры.
3.Охарактеризуйте приспособленноасть организмов. В результате каких процессов она образуется?Относительна ли прспособленность?
В чем заключается значение мутаций в эволюционном процессе
21. Роль мутации в эволюции
Каков вклад мутаций в процесс эволюции путем естественного отбора?
Полезно ли большинство мутаций? Можно ли управлять мутациями?
Рональд Фишер (Ronald Fisher) дал самое лучшее определение мутации: «Мутация есть источник любого наследуемого изменения». Он написал это в 1930 г., более чем за два десятилетия до того, как ученые узнали, что гены состоят из ДНК, и начали различать мутации, вызываемые изменениями во внутренней структуре генов, и мутации, вызываемые изменениями в структуре и числе хромосом. Несмотря на эти открытия, определение Фишера остается одним из лучших, потому что оно не зависит от какого-либо определенного механизма мутаций.
Мутации служат сырьем для естественного отбора. Иначе говоря, они являются источником разнообразия живых организмов. Без мутаций естественный отбор не существовал бы; не было бы альтернативных фенотипов и, следовательно, не было возможности выбора. В процессе эволюции мутации приводят к наследственным изменениям, а естественный отбор «подхватывает» те из них, которые увеличивают приспособленность организмов, и «отбрасывает» остальные. На основе этой концепции Фишер сделал вывод, что чем выше наследственная изменчивость в популяции, тем быстрее отбор увеличивает среднюю приспособленность. Так принято считать сегодня, но не всегда мутацию связывали с естественным отбором для объяснения эволюции.
21.1. Многие эволюционисты считали, что эволюция происходит только благодаря мутациям
С конца 1700-х годов был выдвинут целый ряд эволюционных теорий. Многие ученые полагали, что эволюция происходит только в результате мутаций, или в виде адаптивной эволюции, которая увеличивает приспособленность, или в виде случайной эволюции, которая представляет собой случайное изменение, не связанное с приспособленностью. Согласно первой из этих теорий мутации возникают потому, что они необходимы для увеличения приспособленности. Теория адаптивной эволюции имела два варианта в зависимости от того, считалось ли учеными, что приобретенные признаки наследуются или нет.
21.2. Можно ли управлять мутациями?
Другой вариант теории адаптивной эволюции, как результата мутаций, был более сложным, чем ламаркизм, и сохранился до XX в. Возьмем в качестве примера эволюцию бактериальных штаммов, устойчивых к антибиотикам. Сторонники мутационной эволюции утверждали, что до того, как стали использоваться антибиотики, не было резистентных бактерий, но когда в окружающей их среде появился подобный препарат, он вызвал мутации, которые привели к устойчивости бактерий.
Дарвинисты не были с этим согласны. Они утверждали, что мутации устойчивости к антибиотикам существовали уже до того, как появился пенициллин. Но под воздействием новых условий среды изменилась относительная приспособленность бактерий и бактерии, устойчивые к пенициллину, стали весьма распространенными.
В своем эксперименте С. Лурия (S. Luria) и М. Дельбрук М Delbriick) доказали, что дарвинисты были абсолютно правы. Позднее Дж. и Е. Ледерберги (J. и Е. Lederberg) разработали методику, которую они назвали «методом отпечатков», и подтвердили эти результаты. Оба эксперимента заслуживают подробного описания, но, поскольку второй более прост для объяснения, мы остановимся на нем.
Обычно бактериологи перемещают бактерии с одной чашки с агаром на другую с помощью платиновой петли. Петлей подбирают несколько клеток и переносят их на новую поверхность для продолжения роста.
Новшество Ледербергов заключалось в использовании куска бархата размером с чашку вместо платиновой петли. Бархатный ворс заменил тысячи маленьких игл, каждая из которых захватывала несколько клеток, чтобы перенести их на новую поверхность.
Поскольку бактерии не передвигаются по чашке с агаром, каждое скопление клеток представляет собой генетически чистую колонию, выросшую из одной бактерии. Когда бархат касался поверхности новой агаровой среды, он оставлял отпечаток с предыдущей чашки, т. е. переносил отдельные клетки из каждой колонии, сохраняя их расположение по отношению друг к другу. Благодаря этому Ледерберги могли установить происхождение каждой бактерии в любом месте на новой чашке по положению исходной колонии на предыдущей чашке.
Ледерберги попытались доказать, что мутация устойчивости к антибиотикам произошла до их воздействия на бактерии. Они вырастили бактерии Е. coli на простом агаре и сделали отпечаток на чашке со стрептомицином. При этом выжило только несколько бактерий. Ледерберги определили местоположение их родительских колоний на исходной чашке с агаром. Затем из этих родительских колоний, т. е. из тех точек на исходной чашке, где были получены резистентные бактерии, с помощью петли часть бактерий переносили в пробирки с жидкой средой для быстрого роста. После этого их пересевали на чашки с новой средой, не содержащей антибиотика. Следует помнить, что эти бактерии и их прямые предки никогда не подвергались воздействию стрептомицина. Отпечатки этих новых посевов были сделаны на чашках со стрептомицином. В этот раз погибло гораздо меньше бактерий, чем при первом отпечатке, т. е. не подвергавшиеся воздействию антибиотика родительские формы резистентных бактерий имели мутацию (рис. 21-1).
Рис. 21-1. Эксперимент Ледербергов с посевом методом отпечатков
Затем со второй чашки, где отсутствовал антибиотик, с помощью петли Ледерберги захватывали бактерии из тех колоний, которые соответствовали местоположению резистентных бактерий на второй чашке со стрептомицином. Эти захваченные бактерии содержали гораздо большую долю резистентных форм, чем в первом случае. Ледерберги размножали их в жидкой среде и вновь высевали на чашки. При третьем отпечатке на чашке с токсической средой количество резистентных бактерий оказалось еще больше по сравнению с предыдущими отпечатками: чашка была заполнена ими, хотя их предки никогда не вступали в контакт со стрептомицином, т. е. мутация произошла до того, как возникло новое давление окружающей среды. К четвертому посеву методом отпечатков все бактерии оказались резистентными.
Каждый этап этого эксперимента обогащал популяцию бактерий резистентными аллелями. Фактически Ледерберги заменили естественный отбор искусственным, производимым человеком. Они также провели опыты с другими антибиотиками и получили аналогичные результаты.
21.3. Мутации редко бывают полезными
Мутации не только не возникают, когда организму необходимо стать более приспособленным, но, даже если они возникают, они обычно бывают вредными. Менее 1% из сотен наблюдаемых мутаций у ячменя были полезными, а у человека из 10 типов мутаций с известной частотой 8 обусловливают низкую относительную приспособленность. Влияние же остальных двух типов мутаций, альбинизма и аниридии (отсутствия радужной оболочки глаза), на приспособленность неизвестно. В эксперименте с лабораторными популяциями Dro-sophila melanogaster, в которых частота мутаций увеличивалась с помощью действия рентгеновских лучей, 95% мух даже не дожило до взрослого возраста и очень малое количество мух дало плодовитое потомство.
Хотя обычно мутации бывают вредными, все же, когда возникает мутация, способствующая вопроизведению организмом потомства в своем поколении, естественный отбор приводит к увеличению той части популяции, которая несет данный аллель. Этот же механизм сдерживает распространение вредных аллелей. Именно благодаря тому, что естественный отбор увеличивает приспособленность и приводит к образованию популяций хорошо адаптированных особей, большинство мутационных изменений оказываются вредными. Например, если вы почти в совершенстве играете в теннис, тогда попытка использовать новые приемы почти наверняка помешает успешной игре.
21.4. Случайные мутации являются одним из факторов эволюции, но этот фактор играет меньшую роль по сравнению с естественным отбором
Мутации возникают независимо от того, увеличивают они приспособленность или уменьшают ее. Однако часто они приводят к изменению фенотипа и, таким образом, вовлекаются в эволюционный процесс. Тогда что же такое эволюционное давление, производимое мутацией? (Мы будем говорить о генной мутации, но те же принципы можно отнести к молекулярной и хромосомной мутациям или любому другому типу мутаций.)
Предподожим, что в локусе имеются два аллеля: В и Y. Существует шанс, что вредный аллель В превратится в полезный Y, a Y мутирует в В. Этот шанс может быть невелик, даже близок к нулю, но он существует. Каким же может быть конечный результат эволюции, обусловленный этими мутациями (в отсутствие отбора)?
Представьте себе фантастический эксперимент с двумя сосудами, содержащими аллели В и аллели Y. Представьте также, что в нем участвуют два джина (наподобие джинов из сказок «Тысяча и одна ночь»): один из них вынимает из сосуда аллели В, изменяет их в Y и бросает в сосуд с аллелями У. Другой джин делает обратное. Единственным правилом является то, что джин В->Y должен изменить точно X процентов генов В за поколение; за это время джин Y->В из меняет Z процентов генов F.
Который из джинов выигрывает? Ни тот, ни другой. Если начнет выигрывать джин Y->B, он исчерпает свой собственный набор генов Y. Это даст джину B->Y преимущество в дальнейшей игре. Фактически, когда число превращенных генов Y равняется числу превращенных генов В, достигается равновесие.
Генетики выяснили, что фактическая частота генных мутаций очень низка: от пяти на миллион до восьми на сто тысяч или около этого. Поскольку большинство мутаций бывают вредными, то их низкие частоты сами по себе факт благоприятный. Многие эволюционисты полагают, что частоты генных мутаций стали такими низкими в процессе эволюции, так как организмы с высокой частотой мутаций менее приспособлены. (Известны гены, влияющие на частоту мутаций.)
Мы уже отмечали, что во всех случаях, исключая гетерозис, один из двух аллелей данного признака элиминируется в результате отбора, направленного против него. Но элиминация аллеля не является полной, потому что существует возможность восстановления частоты этого аллеля. Когда аллель полностью исчезает, он возникает из другого аллеля в результате мутации. Хотя силы отбора и мутации не равны, между ними устанавливается равновесие. Обычно отбор доминирует, и мутации едва удается предотвратить полное исчезновение вредных аллелей.
Примером является аллель карликовости у человека. Люди с одним нормальным аллелем и одним аллелем карликовости являются хондродистрофиками (рис. 21-2). (Люди с двумя аллелями карликовости нежизнеспособны.) Хотя в результате отбора хондроди-строфики должны были бы исчезнуть, мутации поддерживают сохранение этого аллеля.
Рис. 21-2. Три типа карликовых взрослых людей. Два карлика слева от взрослого человека нормального роста являются хондродистрофиками. Всем этим лицам было более 20 лет в момент фотографирования. (Из: And Replenish the Earth. 1974, Michael L. Rosenzweig.)
Такая низкая частота вовсе неудивительна. Мутаций же в сторону нормализации не наблюдалось. Между отбором, направленным против карликовости, и мутацией, образующей 8 аллелей карликовости на 188 146 нормальных аллелей, установилось равновесие. Равновесие, которое наблюдал Морч, выражалось в том, что частота аллеля карликовости составляла 10/188150.
Купить права на погрузчик: купить права водителя погрузчика prava112.com.
Лекция «Эволюционная роль мутаций»
Материал лекции для учащихся 9 класса по теме «Эволюционная роль мутаций»
Просмотр содержимого документа
«Лекция «Эволюционная роль мутаций»»
Эволюционная роль мутаций
Организм и каждая его клетка непрерывно подвергается различным воздействиям среды, которые могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом, т.е. мутацию.
Мутация – изменение наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые хромосомы или их части.
Изучением природных мутаций занимался отечественный ученый С.С.Четвериков и голландский ботаник Де Фриз.
Мутация – непрерывный, случайны процесс, но не беспричинный!
Воздействия, которые вызывают мутации называются мутагенами. Основными мутагенами являются: все виды излучений, химические вещества, вирусы, бактерии, чрезмерная высокая или низкая температура т др.
Мутации бывают: вредные, нейтральные и вредные. Одна и та же мутация может поменять свое значение при изменившихся условиях. Большинство мутаций вредны, но редко возникающие полезные мутации являются исходным материалом для эволюции.
Для всех организмов в естественном состоянии характерно свободное скрещивание – стабилизирующий аппарат генотипов в популяции. (Генотип – совокупность генов организма).
Ген – участок молекулы ДНК, содержащий наследственную информацию. Ген имеет два аллеля (аллель – конкретное состояние гена): доминантный ген – А, рецессивный ген – а. При слиянии двух клеток образуется зигота, если она имеет два одинаковых аллеля гена, то она называется гомозигота (АА, аа), если разные аллелли – гетерозигота (Аа).
Возникающие рецессивные мутации уходят в гетерозиготное состояние и незаметны. Но каждый вид (популяция), как губка, насыщается такими мутациями. Таким образом имеет место скрытая изменчивость.
У каждого организма количество генов велико, следовательно вероятность встречаемости мутации больше, количество особей в популяции велико. Таким образом, можно говорить о том, что мутация – обычное явление.
Поскольку генетическое разнообразие является результатов эволюции, то мутация необходима для эволюционного процесса.
Частота мутаций зависит от: природных катастроф (одни мутации исчезают, а концентрация других повышается); миграции (изменяется частота генов-отличается от исходной); «волн численности», изоляции.
Эволюционная роль мутаций
Организм и каждая его клетка непрерывно подвергается различным воздействиям среды, которые могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом, т.е. мутацию.
Мутация – изменение наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые хромосомы или их части.
Изучением природных мутаций занимался отечественный ученый С.С.Четвериков и голландский ботаник Де Фриз.
Мутация – непрерывный, случайны процесс, но не беспричинный!
Воздействия, которые вызывают мутации называются мутагенами. Основными мутагенами являются: все виды излучений, химические вещества, вирусы, бактерии, чрезмерная высокая или низкая температура т др.
Мутации бывают: вредные, нейтральные и вредные. Одна и та же мутация может поменять свое значение при изменившихся условиях. Большинство мутаций вредны, но редко возникающие полезные мутации являются исходным материалом для эволюции.
Для всех организмов в естественном состоянии характерно свободное скрещивание – стабилизирующий аппарат генотипов в популяции. (Генотип – совокупность генов организма).
Ген – участок молекулы ДНК, содержащий наследственную информацию. Ген имеет два аллеля (аллель – конкретное состояние гена): доминантный ген – А, рецессивный ген – а. При слиянии двух клеток образуется зигота, если она имеет два одинаковых аллеля гена, то она называется гомозигота (АА, аа), если разные аллелли – гетерозигота (Аа).
Возникающие рецессивные мутации уходят в гетерозиготное состояние и незаметны. Но каждый вид (популяция), как губка, насыщается такими мутациями. Таким образом имеет место скрытая изменчивость.
У каждого организма количество генов велико, следовательно вероятность встречаемости мутации больше, количество особей в популяции велико. Таким образом, можно говорить о том, что мутация – обычное явление.
Поскольку генетическое разнообразие является результатов эволюции, то мутация необходима для эволюционного процесса.
Частота мутаций зависит от: природных катастроф (одни мутации исчезают, а концентрация других повышается); миграции (изменяется частота генов-отличается от исходной); «волн численности», изоляции.
Последовательность событий при видообразовании
Изменение среды обитания или положения вида (популяции) в ней
Обострение борьбы за существование между особями
Изменение направлений естественного отбора соответственно новым условиям борьбы за существование
Отбор особей, наслед. изменения которых позволяют им осваивать новые территории или местообитание
Расселение на новой территории
Освоение новых экологических ниш в пределах старого ареала
Географическое изоляция между популяциями
Возникновение новых видов
Отбор в новых условиях среды
Отбор в новых условиях среды
Возникновение новых видов
Последовательность событий при видообразовании
Изменение среды обитания или положения вида (популяции) в ней
Обострение борьбы за существование между особями
Изменение направлений естественного отбора соответственно новым условиям борьбы за существование
Отбор особей, наслед. изменения которых позволяют им осваивать новые территории или местообитание
Расселение на новой территории
Освоение новых экологических ниш в пределах старого ареала