7. Уровни биологического разнообразия. Генетическое, видовое, экосистемное разнообразие.

3 основных уровня биоразнообразия систем : генетическое, видовое и разнообразие экосистем. Иногда в отдельную категорию выделяют разнообразие ландшафтов, отражающее особенности территориального устройства и влияние местных, региональных и национальных культур общества.

Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны между собой: генетическое разнообразие обеспечивает разнообразие видов. Разнообразие экосистем и ландшафтов создает условия для образования новых видов. Повышение видового разнообразия увеличивает общий генетический потенциал живых организмов Биосферы. Каждый вид вносит свой вклад в разнообразие - с этой точки зрения не существует бесполезных и вредных видов.

Генетическое разнообразие отражает внутривидовое разнообразие и обусловлено изменчивостью особей, оно часто обеспечивается репродуктив-ным поведением особей внутри популяции. Особи внутри популяции обычно генетически отличаются друг от друга. Генетическое разнообразие связано с тем, что особи обладают незначительно отличающимися генами – участками хромосом, которые кодируют определенные белки.

Установлено, что редкие виды имеют меньшее генетическое разнообра-зие, чем широко распространенные, и соответственно они более подвержены угрозе вымирания при изменении условий окружающей среды.

Видовое разнообразие, отражает разнообразие живых организмов (рас-тений, животных, грибов и микроорганизмов). На сегодняшний день таксо-номистами определено примерно 1,75 млн. видов (UNER-WCMC 2000).

Точное число обитающих на нашей планете видов не может привести никто, но известно, что число видов животных значительно превосходит число видов растений, грибов и бактерий. Известно также, что среди жи-вотных по числу зарегистрированных видов лидируют насекомые. Их мно-гообразие таково, что по числу видов они превосходят не только всех остальных животных, но также растения и микроорганизмы вместе взятые. В царстве растений пальму первенства уверенно держат покрытосемен¬ные, или цветковые.

Разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разно-образие экосистем не только по структурным и функциональным составля-ющим, но и по масштабу – от микробиогеоценоза до биосферы.Иногда в отдельную категорию выделяют разнообразие ландшафтов, отражающее особенности территориального устройства и влияние местных, региональных и национальных культур общества.

8.Уровень биохимического разнообразия и методы его анализа.

Пять правил Чаргаффа и их значение в биохимической систематике.

В основе биохимического разнообразия живых организмов лежат особенности биохимического состава их клеток, т.е. составе и свойствах белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот, вторичных метаболитов и других химических веществ, которые обусловливают биохимический критерий вида. Каждый вид живых организмов отличается видовой специфичностью не только по составу белков, но и нуклеиновых кислот. До определенного времени для установления степени филогенетического родства организмов необходимо было знать данные о составе и свойствах видоспецифичных макромолекул белков, жиров, вторичных метаболитов и путях синтеза этих веществ.

После того, как американский ученый Э. Чаргафф открыл, что нуклеиновые кислоты также видоспецифичны, стало ясно, что нуклеиновые кислоты являются не только материальной формой хранения наследственной информации, но также являются основой эволюционного процесса, который приводит к разнообразию живых организмов. Возникновение ДНК в процессе происхождения жизни на земле было важнейшим фактором дифференциации и становления новых видов.

Правила Чаргаффа

- Количество аденина равно количеству тимина (А=Т);

- Количество гуанина равно количеству цитозина (Г=Ц);

- Количество пуринов равно количеству пиримидинов (Г+А=Ц+Т);

- Количество оснований с 6-аминогруппами равно количеству оснований с 6-кетогруппами (А+Ц=Г+Т).

Чаргафф сформулировал 5 правил, из которых для эволюционного процесса важным является 5 правило: содержание А+Т и Г+Ц может варьировать в значительных пределах. Из этого правила вытекало два важных вывода:

1. В структуре ДНК наследственная информация не только сохраняется, но и передается путем репликации из поколения в поколение. В бесконечной цепи последующих друг за другом поколений естественным отбором выбраны структуры ДНК, которые не только обеспечивают стабильность наследсвенной информации (консерватизм наследственности), но и дают возможность изменения ее первичной структуры.

2. Изменения в паре гуанин-цитозин, которые изменяются в процессе эволюции, являются видоспецифичными и имеют таксономическое значение.

9. Уровень генетического разнообразия, как основа биологического разнообразия. Понятия аллелей и их частоты. Закон и уравнение Харди - Вайнберга, условия его выполнения. Условия, повышающие генетическое разнообразие. Условия, снижающие генетическое разнообразие.

Уровень генетического разнообразия, как основа биологического разнообразия.

Биологи́ческое разнообра́зие — разнообразие жизни во всех её проявлениях, а также показатель сложности биологической системы, разнокачественности её компонентов. Также под биоразнообразием понимают разнообразие на трёх уровнях организации: генетическое разнообразие, видовое (разнообразие видов в экосистемах) и экосистемное разнообразие.

Генетическое разнообразие (генетический полиморфизм) - разнообразие популяций по признакам или маркерам генетической природы (или разнообразие генов и их вариантов — аллелей).

Существование генетического полиморфизма – обязательное условие сохранения биоразнообразия.

Оно характеризуется несколькими измеряемыми параметрами:

- средняя гетерозиготность (частота встречаемости, или доля гетерозигот, в популяции);

- генетическое расстояние - мера генетического различия (дивергенции) между видами, подвидами, или популяциями одного вида. Малое генетическое расстояние означает генетическое сходство, большее генетическое расстояние означает меньшее генетическое сходство.

- число аллелей на локус.

Понятия аллелей и их частоты

Алле́ли— различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом, определяют направление развития конкретного признака.

Гомологичные хромосомы - пара хромосом приблизительно равной длины, с одинаковым положением центромеры и дающие одинаковую картину при окрашивании.

Если аллелей гена существует больше двух, то говорят о множественном аллелизме (Пример - группы крови системы AB0 у человека). Если два аллеля одного гена в клетках организма одинаковы, то такой организм (или клетка) называется гомозиготным (АА или аа). Если аллели разные, то организм называется гетерозиготным (Аа).

Типы аллельных взаимодействий:

-Полное доминирование - один аллель гена (доминантный) полностью скрывает присутствие другого (рецессивного). Пример: А - карие глаза; а - голубые глаза. Человек с генотипом Аа имеет карие глаза

-Неполное - гетерозиготный генотип будет иметь промежуточное значение признака. Например, у родительских форм растений белый (aa) и красный (AA) цветок, а у их гибрида в первом поколении (Aa) — розовый

- Кодоминирование - взаимодействие двух доминантных аллельных генов (Пример – 4 гр кр у чел.)

Доминирование, связанное с полом

-Межаллельная комплементация - взаимодействия аллельных генов, при котором возможно формирование нормального признака у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям этого гена.

- Аллельное исключение и Множественный аллелизм

Частота аллели - Вероятность проявление отдельной алели. Для выражения частоты используют формулу p+q=1 p - частота доминантного аллеля; q – частота рецессивного аллеля

Закон и уравнение Харди - Вайнберга, условия его выполнения.

Закон гласит, что частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещивания остается постоянной, т.е пребывает в состоянии равновесия.

Относительные частоты генов популяции не изменяются из поколения в поколение при следующих условиях: - популяция должна быть велика; - отсутствие давление е.о; - отсутствие мутации генов;

- нет дрейф генов ( процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции)

- в популяции особи свободно скрещиваются; - нет миграций особей из соседних популяций.

И соответствовать уравнению:

(р + q)2 = р2+ 2pq+ q2 =1. Где р и q – частоты доминантного и рецессивного аллелей соответственно, р2 – частота гомозиготного доминантного генотипа (АА), 2рq – частота гетерозиготного генотипа (Аа), q2 – частота гомозиготного рецессивного генотипа (аа).

Условия, повышающие генетическое разнообразие.

- генная мутация. Затрагивают отдельные участки гена, что, обуславливает появление нового варианта признака, т. е. аллели, а не нового признака как такового. Изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена а на т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК.

- комбинативная изменчивость - изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния гамет (сочетание уже имеющихся генов). В основе комбинативной изменчивости лежат три процесса: обмен участками гомологичных хромосом (кроссинговер); независимое расхождение гомологичных хромосом при образовании половых клеток; случайное сочетание гамет при оплодотворении.

- Поток генов – это обмен генами между популяциями одного вида в результате свободного скрещивания их особей.

- Половое размножение. При п.р. происходит объединение генетической информации двух родительских организмов, что обуславливает значительную комбинативную изменчивость.

Условия, снижающие генетическое разнообразие.

1. Дрейф генов - процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции. Дрейф генов наблюдается среди малых популяций.

2. Популяционные волны или волны жизни – это колебания численности особей, характерные для любой популяции живых организмов.

3. Изоляция - исключение или ограничение свободной передачи генов (свободного скрещивания) между особями двух групп (популяций) в пределах одного вида. Если популяции остаются изолированными на протяжении ряда поколений, то они могут дивергировать по генотипической структуре, особенно если отбор в них действовал в разном направлении. И это может дать начало новым видам.

4. Инбридинг - скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции организмов (животных или растений). Последствия инбридинга: повышение гомозиготности; проявление рецессивных аллелей; при обычно отрицательном эффекте рецессивных аллелей влечёт за собой ослабление особей (инбредная депрессия).