8. Почему в результате первичного нуклеосинтеза не могли образоваться химические элементы, существующие сейчас во Вселенной?

Нуклеосинтез — цепочка тех ядерных реакций, в ходе которых тяжелые ядра химических элементов образуются из более легких ядер.

Объединение протонов и нейтронов (нуклонов) в составные ядра атомов протекает с участием ядерных сил, радиус действия ко­торых не превышает 10^-13_­­­см. Для сближения нуклонов на такие рас­стояния необходимо, по крайней мере, выполнения двух условий: свободные нуклоны должны обладать энергией, позволяющей им сблизится до указанных расстояний; их энергия не должна при этом превышать энергию нуклонов в ядре, иначе объединение не сможет устойчиво существовать. Поэтому нуклеосинтез может протекать в интервале температур с верхней границей порядка 1 млрд., градусов. В условиях вселенной на этапе нуклеосинтеза образование состав­ных ядер возможно только на соединения протонов с нейтронами. Соединение протона с нейтроном создает ядро дейтерия, с двумя нейтронами – ядро трития (изотопы водорода). В основе объедине­ния двух и большего числа протонов лежит процесс нерезонансного захвата нейтрона протоном. В таком процессе захваченный нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино и образуется ус­тойчивое ядро, к которому присоединяется еще 1 или 2 нейтрона и т.д. Однако в этом случае элементы с атомной массой 5 и 8 оказы­ваются неустойчивыми и распадаются. Это явление называется «щелью массы». Таким образом, нуклеосинтез в начальной фазе развития вселенной не мог образовать наблюдаемого в сегодняшней многообразия химиче­ских элементов, поэтому его назвали первичным нуклеосинтезом

8. Раскройте сущность микро- и макроэволюции, приведите примеры действующих в них процессов. Каковы доказательства эволюции органического мира? Сопоставьте понятия «популяции» и «вид». Докажите, что популяция является единицей эволюции. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов?

Раскройте сущность микро - и макроэволюции, приведите примеры действующих в них процессов

Эволюционный процесс подразделяют на микро- и макроэволюцию. Микроэволюция – это совокупность внутривидовых процессов, приводящих к образованию новых популяций, подвидов и заканчивающихся образованием новых видов. Таким образом, микроэволюция – это начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени и ее можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате мутационной (наследственной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизвольная частота мутаций довольно высока, и 1–2% половых клеток имеет мутировавшие гены или измененные хромосомы. Как уже говорилось, мутации чаще всего рецессивны и, кроме того, редко бывают полезными для вида. Однако если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то она получает некоторые преимущества перед другими особями популяции.

Таким образом, с возникновением нового признака начинается процесс дивергенции внутри популяции. В популяции любого вида существуют волны численности. В благоприятные годы численность популяции возрастает: происходит интенсивное размножение, большинство молодых и старых особей выживает. В неблагоприятные годы численность популяции может резко упасть: множество особей, особенно молодых и старых, погибает, интенсивность размножения снижается. Такие волны зависят от многих факторов: изменений климата, количества пищи, врагов и патогенных микроорганизмов и т.п. В неблагоприятные для популяции годы могут сложиться условия, когда в живых останутся только те особи, которые в результате мутации приобрели полезный признак.

Однако если бы особи этой популяции могли свободно скрещиваться с родственниками из соседних популяций, новый вид не возник бы. Таким образом, следующим необходимым фактором микроэволюции является изоляция популяции особей с возникшим новым признаком от популяции особей, не имеющих этого признака.

Макроэволюция – это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее, в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.

Докажите, что популяция является единицей эволюции

Продолжительность жизни любой отдельной особи в сопоставлении с временным масштабом эволюции настолько мала, что ее индивидуальный генотип не может играть какого-либо значения в эволюционном процессе. Поэтому реальные эволюционные сдвиги могут происходить только в популяциях, которые существуют в течение длительного времени. Популяция характеризуется относительной генетической обособленностью от других популяций того же вида и обладает общим генофондом, обеспечивающим генотипическое сходство входящих в нее особей. Но у отдельных особей популяции иногда возникают наследственные изменения, которые в результате свободного скрещивания распространяются в популяции. В результате этого внутри популяции создается генетическая неоднородность, которая создает условия для естественного отбора. Следовательно, популяция представляет собой элементарную эволюционную единицу.

Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов?

Основными причинами, обуславливающими различную частоту определенных генов (вернее, аллелей), среди популяций одного вида являются независимое появление в них мутаций различного типа и дрейф генов. Последний может возникнуть при отделении новой популяции от родительской из-за того, что процент определенных аллелей среди отделившихся особей будет иным, чем в исходной популяции.

Второй причиной генетического дрейфа являются волны (флуктуации) численности популяций. Флуктуации могут быть сезонными (например, повышение численности в период размножения и постепенное ее снижение до начала следующего периода) или годичными (увеличение численности в годы с благоприятными условиями жизни и ее снижение при неблагоприятных условиях).

После очередного спада численности популяции оставшаяся часть особей отличается по генетическому составу от прежней, многочисленной, популяции, т.к. часть мутаций может полностью исчезнуть из популяции, а другая часть – возрасти. Поскольку такие изменения носят случайный характер, их результат в других популяциях будет совершенно иным.

Сопоставьте понятия "популяция" и "вид".

Популяция является частью вида, но она значительно более однородна по генотипическому составу, т.к. между ее особями постоянно происходит обмен генами, что не типично для представителей всего вида в целом. Кроме того, генетическая обособленность популяции является относительной. При нарушении изоляции между различными популяциями их особи могут скрещиваться, т.е. происходит взаимный обмен генами. В результате популяции через некоторое время смешаются.

Вид же представляет собой генетически замкнутую систему. Это означает, что представители одного вида не могут скрещиваться с животными и растениями других видов, а, следовательно, мутация, возникшая внутри одного вида, никогда не выйдет за его пределы.

Промежуточной формой между популяцией и видом является подвид, который представляет из себя группу популяций, заметно отличающуюся от других групп того же вида по генотипу и фенотипу. Иногда подвид образован только одной популяцией, что характерно для организмов, обитающих на изолированных островах.

Каковы доказательства эволюции органического мира?

Доказать, что в живой природе осуществляется историческое развитие и что виды образуются в результате изменения других видов можно, в частности, с помощью результатов палеонтологических исследований. Исследуя историю развития лошадей, В.О. Ковалевский показал, что предком современной лошади было мелкое пятипалое животное, жившее 60–70 млн. лет назад. Он обнаружил последовательные ряды ископаемых животных, на которых можно проследить, как происходила их эволюция: постепенное уменьшение числа пальцев, увеличение размера тела, изменение формы черепа и строения зубов. Такие ряды видов, постепенно сменяющих друг друга, называются филогенетическими. Они являются свидетельством эволюционного процесса. Важным свидетельством в пользу эволюции служит также существование переходных форм, сочетающих признаки древних и более новых групп (кистеперые рыбы, семенные папоротники, яйцекладущие млекопитающие).

К эмбриологическим доказательствам эволюции можно отнести биогенетический закон Геккеля–Мюллера, который утверждает, что онтогенез есть краткое и сжатое повторение филогенеза этого вида и сходство зародышевого развития, заключающееся в том, что зародыши даже достаточно отдаленных видов в раннем онтогенезе обладают сходным строением. Большое значение имеет также существование рудиментарных органов, т.е. таких органов, которые были развиты у предковых видов, а у их потомков сохраняются лишь в зачаточном состоянии (остатки задних конечностей у кита, мышцы, двигающие ушную раковину у человека). У отдельных индивидов рудиментарные органы могут развиваться до нормальных размеров. В этом случае они носят название атавизмов.

Наконец, сравнение животного и растительного мира разных континентов, показывающее, что различия между ними тем больше, чем древнее и сильнее их изоляция друг от друга, дает основания для биогеографического доказательства эволюции.

12