Биология / Биология / ЕГЭ. Биология. Пошаговая подг. Садовниченко, 2019, 368с

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.В качестве единицы жизни, для которой биологическая эволюция действительно имеет место, обычно рассматривается

1)адаптивный признак особи

2)целостный организм

3)популяция

4)вид

2.Элементарным признаком, против которого действует естественный отбор, является:

3.Различия по какому критерию обусловливают бесплодность гибридов лошадей и ослов?

1)морфологическому

2)физиологическому

3)генетическому

4)экологическому

4.Использовать только экологический критерий для определения вида нельзя, так как

1)различные виды могут занимать одинаковые экологические ниши

2)родственные виды могут занимать различные экологические ниши

3)на планете не существует двух мест с одинаковыми условиями среды

4)окружающая среда сильно загрязнена

5.Единственный путь, которым популяции могут сохранить единство как биологического вида, является

1)географическая изоляция

2)репродуктивная изоляция

3)бесполое размножение

4)обмен генами между популяциями

6.К какому критерию следует отнести изображённые на рисунке особенности сроков размножения обитающих совместно видов лягушки?

Март Апрель Май Июнь Июль Август

1)физиологическому

2)экологическому

3)морфологическому

4)генетическому

Таким образом, популяции как наименьшие структурные единицы вида, накапливающие разнообразие случайных изменений, худшие из которых будут отсеяны, соответствуют этому условию и являются элементарными единицами эволюции.

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ

Процесс необратимого исторического изменения живого называется эволюцией. Первично эволюционные преобразования происходят внутри вида на уровне популяций. Они приводят к изменению генофонда популяций и вида в целом или даже к образованию новых видов. Совокупность этих элементарных эволюционных событий называется микроэволюцией.

Новый вид является промежуточным результатом эволюции, но не е¸ итогом, поскольку микроэволюция никогда не останавливается.

ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ. СПОСОБЫ ВИДООБРАЗОВАНИЯ

Видообразование рассматривают чаще как процесс формирования новых видов посредством разветвления «родословного древа» вида.

Выделяют два основных способа видообразования: аллопатрическое и симпатрическое.

Аллопатрическое, èëè географическое, видообразование является следствием пространственного разделения популяций физическими преградами (горные хребты, моря и реки) вследствие их возникновения или расселения в новые места обитания (географическая изоляция).

В основе симпатрического, èëè биологического, видообразования лежит какая-либо из форм репродуктивной изоляции, при этом новые виды возникают внутри ареала исходного вида. Обязательным условием симпатри- ческого видообразования является быстрая изоляция образовавшихся форм. Это более быстрый процесс, чем аллопатрическое видообразование, а новые формы похожи на исходные предковые.

Симпатрическое видообразование может быть вызвано быстрыми изменениями хромосомного набора (полиплоидизация), хромосомными перестройками, гибридизацией двух исходных видов, разделением экологических ниш у популяций одного вида в пределах единого ареала или сезонной изоляции — расхождения сроков репродукции у растений и сроков размножения у животных.

СОХРАНЕНИЕ МНОГООБРАЗИЯ ВИДОВ КАК ОСНОВА УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ

На планете, по разным оценкам, обитает 5–10 млн ещ¸ не описанных видов организмов, а ежечасно с лица Земли исчезает около 50 видов. Исчезновение живых организмов не обязательно связано с их физическим истреблением, чаще это обусловлено разрушением в результате человеческой деятельности их природных мест обитания.

Красная книга — это официальный документ, содержащий регулярно обновляемые данные о состоянии и распространении редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений, животных и грибов.

В Красную книгу РФ занесено 610 видов растений, 247 видов животных, 42 вида лишайников и 24 вида грибов. Охрана редких видов в большинстве случаев связана с запретом их уничтожения, сохранением их самих в искусственно созданной среде обитания (зоопарках), охране их местообитаний и созданием низкотемпературных генетических банков.

Наиболее эффективной мерой охраны редких видов является сохранение их местообитаний, которое достигается организацией сети особо охраняемых заповедных территорий (государственные природные заповедники, национальные парки, природные парки, государственные природные заказники, памятники природы, дендрологические парки, ботанические сады и др.).

РАЗВИТИЕ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ИДЕЙ

Все теории происхождения и развития органического мира могут быть сведены к тр¸м основным направлениям: креационизму, трансформизму и эволюционизму. Креационизм — это концепция постоянства видов, рассматривающая многообразие органического мира как результат его творения Богом (К. Линней и Ж. Кювье).

Ж. Кювье создал учение о корреляциях — взаимосвязях частей организма — и теорию катастроф, согласно которой жизнь на планете создавалась и уничтожалась неоднократно.

Трансформизмом называли систему взглядов, признающих реальное существование видов и их истори- ческое развитие (Ж. Бюффон, И. В. Г¸те, Э. Дарвин, Э. Жоффруа Сент-Илер).

Трансформизм стал предтечей эволюционизма — теории, объясняющей развитие природы по определ¸нным законам (Ж.-Б. Ламарк, Ч. Дарвин, А. Н. Северцов, И. И. И. Шмальгаузен и др.).

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

7.Вытеснение завезенной из Северной Америки серой крысой европейского вида чёрной крысы из её собственного ареала является результатом

1)потока генов

2)борьбы с неблагоприятными условиями среды

3)внутривидовой борьбы за существование

4)межвидовой борьбы за существование

8.Наследственная изменчивость в популяции не возрастает вследствие

1)инбридинга

2)рекомбинации генов

3)мутирования

4)иммиграции

9.Примером внутривидовой борьбы за существование является

1)насиживание самцом страуса яиц

2)поедание взрослым самцом мальков аквариумной рыбки гуппи

3)пастьба большей части кроликов, в то время как несколько особей наблюдают за местностью

4)вытеснение европейской медоносной пчелой австралийского вида

10.Какое явление наблюдается при освоении видом нового ареала?

1)гибридизация с уже имеющимися видами

2)повышение частоты скрещиваний с исходной популяцией

3)усиление мутационного процесса

4)обеднение генофонда по сравнению с исходной популяцией

11.Примером генетической изоляции является

1)непривлекательность самцов дрозда-рябинника для самок певчего дрозда

2)невозможность скрещиваний

между английскими догами

и карликовыми шпицами

3)нежизнеспособность птенцов обыкновенной совы и сипухи

4)отсутствие гибридов сосны чёрной из Европы и сосны белой из Северной Америки

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

Ж.-Б. Ламарк (1744–1829) считал движущей силой эволюции внутреннее стремление организмов к совершенству (закон градации), однако приспособление к условиям внешней среды вынуждает их к отклонению от этой магистральной линии. При этом органы, которые интенсивно используются животным в процессе жизнедеятельности, развиваются, а невостребованные, наоборот, ослабляются и даже могут исчезать (закон упражнения и неупражнения органов). Приобрет¸нные в процессе жизни признаки закрепляются и передаются потомкам. Так, длинная шея жирафов, по Ламарку, является следствием того, что их предки старались доставать листья с верхушек деревьев.

ЗНАЧЕНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ Ч. ДАРВИНА

Основные положения теории эволюции Ч. Дарвина (1809–1882):

1.Особи, составляющие любую популяцию, производят гораздо больше потомков, нежели это необходимо для поддержания численности популяции.

2.В связи с тем что жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, между ними неизбежно возникает борьба за существование.

3.Следствием борьбы за существование является естественный отбор, который во многом аналогичен искусственному.

4.Материалом для эволюции служат различия организмов, возникающие вследствие их изменчивости: неопредел¸нной (индивидуальной) и определ¸нной (групповой).

5.Естественный отбор в конечном итоге приводит к расхождению признаков отдельных изолированных разновидностей — дивергенции и к образованию новых видов.

Теория эволюции Ч. Дарвина постулировала процесс возникновения и развития видов

èвскрыла механизм эволюции, который зиждется на принципе естественного отбора.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ДВИЖУЩИХ СИЛ ЭВОЛЮЦИИ

Эволюция не может быть связана с действием какого-либо одного фактора. Мутационный процесс и поток генов создают изменчивость, а естественный отбор и дрейф

генов сортируют е¸. То есть факторы, создающие изменчивость, запускают процесс микроэволюции, а сортирующие изменчивость продолжают е¸, приводя к установлению новых частот вариантов.

ФОРМЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА, ВИДЫ БОРЬБЫ ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ

Естественным отбором называют избирательное переживание и оставление потомства наиболее приспособленными особями и гибель наименее приспособленных.

Он влияет не на отдельный признак (или ген), а на весь фенотип, который формируется вследствие взаимодействия генотипа с факторами окружающей среды. В настоящее время различают несколько форм естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий.

Стабилизирующий отбор направлен на закрепление узкой нормы реакции, которая оказалась наиболее благоприятной при данных условиях существования (относительно постоянная температура тела теплокровных животных).

Движущий отбор возникает в ответ на изменения условий среды, в результате чего сохраняются мутации, отклоняющиеся от среднего значения признака, тогда как господствовавшая ранее форма подвергается уничтожению, так как недостаточно отвечает новым условиям существования (индустриальный меланизм бабочки бер¸зовой пяденицы в Англии).

В начале 40-х годов ХХ века на основе эволюционной теории Ч. Дарвина, популяционной генетики и эволюции возникла синтетическая теория эволюции, которая вскрыла глубинные механизмы процесса эволюции.

Основные положения синтетической теории эволюции:

1.Элементарным материалом эволюции является наследственная изменчивость (мутационная и комбинативная) у особей популяции.

2.Элементарной единицей эволюции является популяция, в которой происходят все эволюционные изменения.

3.Элементарное эволюционное явление — изменение генетической структуры популяции.

4.Элементарные факторы эволюции — дрейф генов, волны жизни, поток генов — имеют ненаправленный, случайный характер.

5.Единственным направленным фактором эволюции является естественный отбор, который носит творческий характер. Естественный отбор бывает стабилизирующим, движущим и разрывающим (дизруптивным).

6.Эволюция имеет дивергентный характер, то есть один таксон может дать начало нескольким новым таксонам, тогда как каждый вид имеет только одного предка (вид, популяцию).

7.Эволюция имеет постепенный и продолжительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса является последовательной сменой одной популяции чередой других временных популяций.

8.Различают два вида эволюционного процесса: микроэволюция и макроэволюция. Макроэволюция не имеет своих особых механизмов и осуществляется только благодаря микроэволюционным механизмам.

9.Любая систематическая группа может или процветать (биологический прогресс), или вымирать (биологический регресс). Биологический прогресс достигается благодаря изменениям в строении организмов: ароморфозам, идиоадаптациям или общей дегенерации.

10.Основными закономерностями эволюции являются е¸ необратимый характер, прогрессивное усложнение форм жизни и развитие приспособленности видов к среде обитания. Вместе с тем эволюция не имеет конечной цели, т. е. процесс это ненаправленный.

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ФАКТОРЫ ЭВОЛЮЦИИ

К элементарным факторам эволюции относятся мутационный процесс, популяционные волны, дрейф генов, изоляция и естественный отбор.

Мутационный процесс поддерживает генетическую неоднородность популяции за сч¸т возникновения новых вариантов генов.

Комбинативная изменчивость, которая обеспечивает возникновение новых вариантов объединения генов в генотипе, также вносит свой вклад в эволюционные процессы.

Популяционные волны. К обеднению генного состава часто приводят колебания численности организмов в природных популяциях, которая у некоторых видов (насекомые, рыбы и др.) может изменяться в десятки и сотни раз — популяционные волны, èëè «волны жизни». Увеличение или уменьшение численности особей в популяциях может быть как

периодическим, òàê è непериодическим.

Изменение частоты генов в популяции под действием случайных факторов называется

дрейфом генов, èëè генетико-автоматическими процессами.

Изоляция. Любые изменения генетической структуры популяции должны быть закреплены изоляцией — возникновением любых барьеров (географических, экологических, поведенческих, репродуктивных и др.), затрудняющих и делающих невозможным скрещивание особей различных популяций (поток генов). Различают две формы изоляции: географиче- скую и биологическую.

Географическая изоляция возникает в результате разделения ареала физическими барьерами или расширением ареала какого-нибудь вида с последующим вымиранием его популяций на промежуточных территориях.

Биологическая изоляция является следствием определ¸нных расхождений организмов в пределах одного вида, которые каким-то образом предотвращают свободное скрещивание. Существует несколько разновидностей биологической изоляции: экологическая, сезонная,

этологическая, морфологическая è генетическая.

Естественный отбор обеспечивает размножение приспособленных генотипов. Он не имеет определ¸нной цели: на основе одного и того же материала (наследственной изменчивости) в различных условиях могут быть получены неодинаковые результаты.

Под давлением естественного отбора не только формируется разнообразие видов, но и повышается их уровень организации, в том числе происходит их усложнение или специализация.

ИССЛЕДОВАНИЯ С. С. ЧЕТВЕРИКОВА

Московский зоолог С. С. Четвериков (1880–1959), основываясь на результатах исследования генетического состава природных популяций плодовой мушки дрозофилы, доказал, что они несут множество рецессивных мутаций в гетерозиготной форме, не нарушающих фенотипического однообразия. Большинство этих мутаций являются неблагоприятными для организма и создают так называемый генетический груз, снижающий приспособленность популяции в целом к среде обитания. Некоторые мутации, не имеющие приспособительного значения в данный момент развития вида, могут приобрести определ¸нную ценность впоследствии, благодаря чему являются резервом наследственной изменчивости. Распространение таких мутаций среди особей популяции вследствие последовательных свободных скрещиваний может привести в конечном итоге к их переходу в гомозиготное состояние и проявлению в фенотипе. Если данное состояние признака — ôåí — является приспособительным, то через несколько поколений оно полностью вытеснит из популяции менее соответствующий данным условиям доминантный фен вместе с его носителями. Таким

образом, вследствие подобных эволюционных изменений сохраняется только рецессивная мутантная аллель, а е¸ доминантная аллель исчезает.

Попробуем доказать это на примере. При исследовании какой-либо конкретной популяции можно обнаружить, что не только е¸ фенотипическая, но и генотипическая структуры могут оставаться неизменными в течение длительного времени, что обусловлено свободным скрещиванием, или панмиксией диплоидных организмов.

Данное явление описывается законом Харди—Вайнберга, согласно которому в идеальной популяции неограниченно больших размеров в отсутствие мутаций, миграций, популяционных волн, дрейфа генов, естественного отбора и при условии свободного скрещивания частоты аллелей и генотипов диплоидных организмов не будут изменяться на протяжении ряда поколений.

Например, в популяции некий признак кодируется двумя аллелями одного и того же гена — доминантной (À) и рецессивной (à). Частота доминантной аллели обозначается при этом как ð, а рецессивной — q. Сумма частот данных аллелей составляет 1: p + q 1. Следовательно, если нам известна частота доминантной аллели, то можно определить и ча- стоту рецессивной аллели: q 1 – p. Фактически частоты аллелей равны вероятностям образования соответствующих гамет. Тогда после формирования зигот частоты генотипов уже в первом поколении составят:

(pA + qa)2 p2AA + 2pqAa + q2aa 1, ãäå p2AA — частота доминантных гомозигот;

2pqAa — частота гетерозигот;

q2aa — частота рецессивных гомозигот.

Несложно рассчитать, что и в последующих поколениях частоты генотипов останутся прежними, поддерживая генетическое разнообразие популяции. Но в природе идеальные популяции отсутствуют, и поэтому в них мутантные аллели могут не только сохраняться, но и распространяться, и даже замещать ранее более распростран¸нные аллели.

С. С. Четвериков ч¸тко осознавал, что естественный отбор не просто устраняет отдельные менее удачные признаки и, соответственно, кодирующие их аллели, но и действует на весь комплекс генов, влияющих на проявление определ¸нного гена в фенотипе, или на генотипическую среду. В качестве генотипической среды в настоящее время рассматривается весь генотип как совокупность генов, которая способна усиливать или ослаблять проявление конкретных аллелей.

РОЛЬ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ В ФОРМИРОВАНИИ СОВРЕМЕННОЙ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА

Значение эволюционной теории в развитии биологии и других естественных наук трудно переоценить, так как она впервые объяснила условия, причины, механизмы и результаты исторического развития жизни на нашей планете, т. е. дала материалистическое объяснение развития органического мира. Кроме того, теория естественного отбора явилась первой подлинно научной теорией биологической эволюции, так как при е¸ создании Ч. Дарвин не опирался на умозрительные построения, а исходил из собственных наблюдений и ориентировался на реальные свойства живых организмов. Вместе с тем она обогатила биологиче- ский инструментарий историческим методом.

Формулировка эволюционной теории не только вызвала бурную научную дискуссию, но и дала толчок развитию таких наук, как общая биология, генетика, селекция, антропология и целый ряд других. В связи с этим нельзя не согласиться с утверждением, что теория эволюции увенчала собой очередной этап развития биологии и стала отправной точкой для е¸ прогресса в ХХ веке.

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Запишите критерии вида:

Заполните таблицу.

Сравнение способов видообразования

Заполните таблицу.

Основные теории происхождения и развития жизни на Земле

Креационизм

Трансформизм

Эволюционизм

Заполните таблицу.

Сравнение искусственного и естественного отбора

Ответы на тестовые задания (неделя 32)

1 — 3. 2 — 4. 3 — 3. 4 — 1. 5 — 4. 6 — 1. 7 — 4. 8 — 1. 9 — 2. 10 — 4. 11 — 3.

НЕДЕЛЯ 32. Эволюция живой природы

НЕДЕЛЯ 33. Эволюция живой природы

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

В разных областях биологии ещ¸ до Ч. Дарвина и после публикации его теории эволюции был получен целый ряд свидетельств, подкрепляющих е¸. Эти свидетельства называют доказательствами эволюции. Наиболее часто приводят палеонтологические, биогеографические, сравнительно-эмбриологические, сравнительно-анатомические и сравни- тельно-биохимические доказательства эволюции.

Палеонтологические доказательства основываются на изучении ископаемых остатков организмов. Наиболее значимыми среди них считаются переходные формы — организмы, у которых имеются признаки как эволюционно более древних, так и более молодых групп организмов, например кистеп¸рые рыбы и археоптерикс. На основе изучения рядов ископаемых форм, последовательно связанных между собой в процессе эволюции не только общими, но и частными чертами строения, строят филогенетические ряды.

Биогеографические доказательства основываются на закономерностях распространения и распределения по поверхности нашей планеты видов и более крупных групп организмов, а также их сообществ в результате миграций и под действием условий окружающей среды. Виды растений и животных, обитающие на ограниченных участках территории или акватории, в целом называют эндемичными, èëè эндемиками (в Австралии таковых 100%), тогда

косточки (молоточек, наковальня и стремечко) гомологичны жаберным дугам рыб, ядовитые железы змей — слюнным железам других позвоночных, молочные железы млекопитающих — потовым и т. д.

Нефункционирующие длительное время органы в процессе эволюции превращаются в рудиментарные (рудименты) — недоразвитые по сравнению с предковыми формами структуры, которые потеряли основное значение. К ним относят малую берцовую кость у птиц, волосяной покров, копчик и червеобразный отросток (аппендикс) у человека и др.

У отдельных особей тем не менее могут проявляться признаки, отсутствующие у данного вида, но имевшиеся у отдал¸нных предков — атавизмы, например тр¸хпалость у современных лошадей, развитие дополнительных пар молочных жел¸з, хвоста или волосяного покрова на вс¸м теле человека.

Если гомологичные органы являются свидетельством в пользу родства организмов и дивергенции в процессе эволюции, то аналогичные органы — сходные у организмов различных

Сравнительно-эмбриологические доказательства. Изучая эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоноч- ных, К. Бэр обнаружил их поразительное структурное единство, особенно на ранних стадиях развития (закон зародышевого сходства). Позднее Э. Геккель сформулировал

биогенетический закон, согласно которому онтогенез является кратким повторением филогенеза, т. е. стадии, которые организм проходит в процессе своего индивидуального развития, повторяют историческое развитие той группы, к которой он принадлежит (рис. 209).

Однако биогенетический закон обладает целым рядом ограничений, и поэтому русский уч¸ный А. Н. Северцов существенно ограни- чил область его применения повторением в онтогенезе исключительно особенностей зародышевых стадий развития предковых форм.

НЕДЕЛЯ 33. Эволюция живой природы