О.В. ПЕТУНИН,
учитель биологии СОШ № 32,
г. Прокопьевск, Кемеровская обл.
Окончание. См. № 43/2003
Три урока по микроэволюции
(11-й класс)
3. Комбинативная изменчивость в популяциях и ее роль
в эволюции
Известны три источника комбинативной изменчивости:
кроссинговер, случайный характер расхождения гомологичных хромосом в
мейозе, случайный характер оплодотворения.
Если допустить, что в каждой паре гомологичных хромосом только одна пара
аллельных генов, то у человека, (гаплоидный набор хромосом равен 23),
количество возможных типов гамет составит 223, а число возможных
генотипов – 323. Это в 20 раз больше населения Земли – и это без учета
разнообразия, добавляемого кроссинговером!
Таким образом, возможность возникновения двух одинаковых организмов при
половом размножении практически равна нулю (исключение – однояйцевые
близнецы, возникновение которых не является, строго говоря, половым
размножением).
Комбинативная изменчивость, как и мутации, играет роль поставщика
материала для естественного отбора.
Наследственная изменчивость в целом (мутационная, комбинативная) носит
случайный, ненаправленный характер. Она лишь поставляет материал для
отбора. Сама же наследственная изменчивость без участия других факторов
эволюции не может привести к направленному изменению генофонда
популяции.
III. Закрепление знаний
Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.
IV. Домашнее задание
Изучить параграф учебника (факторы эволюции, роль в
эволюции мутационной и комбинативной изменчивости).
Урок 3. Волны жизни, генный поток, дрейф генов и их
роль в эволюции
I. Проверка домашнего задания по теме: «Элементарные
факторы эволюции. Наследственная изменчивость и ее роль в эволюции»
Работа по карточкам
1. Генетиками изучено более 2 млрд дрозофил, и
никогда среди них не наблюдалось мух с синими или зелеными глазами.
Какова вероятность обнаружения указанных мутаций в будущем?
2. Как объяснить тот факт, что альбинизм встречается
во всех человеческих расах и широко распространен среди млекопитающих
(известны случаи появления белых горилл, тигров и других млекопитающих)?
Устная проверка знаний по вопросам:
1) понятие о факторах эволюции;
2) мутации и их роль в эволюции;
3) комбинативная изменчивость и ее роль в эволюции.
II. Изучение нового материала
1. Волны жизни и их роль в эволюции
Периодическое чередование подъемов и спадов
численности популяций называется популяционными волнами, или волнами
жизни, (термин был введен в 1905 г. С.С. Четвериковым).
Нашествия полевок, мышей, саранчи известны человеку с древнейших времен.
Периодическое колебание численности особенно хорошо заметно у грызунов и
других видов с коротким жизненным циклом и быстрой сменой поколений. Но
само явление характерно для всех популяций растений и животных.
Волны жизни могут быть сезонными (периодическими) и несезонными
(непериодическими). Сезонные изменения численности популяций часто
обусловлены генетически. Несезонные волны жизни обусловлены
непосредственным воздействием на популяцию различных абиотических и
биотических факторов среды (температура, влажность, влияние хищников,
обилие пищи, засуха, пожар, наводнение и т.д.). В итоге численность
популяции определяется сразу многими факторами.
В сообществах часто наблюдаются периодические колебания численности
популяций, связанные с взаимоотношениями типа «хищник–жертва». Усиленное
размножение объектов охоты хищников вследствие увеличения кормовых
ресурсов приводит в свою очередь к усиленному размножению хищников. За
этим следует массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов
обусловливает сокращение численности хищников и восстановление размеров
популяции жертв.
Волны жизни – один из элементарных эволюционных факторов. С возрастанием
численности популяции увеличивается и число мутантов. После спада
численности сохранившаяся часть популяции по генетическому составу будет
значительно отличаться от ранее многочисленной популяции, так как часть
мутаций совершенно случайно исчезнет вместе с несущими их особями, а
некоторые мутации, также случайно, резко повысят свою концентрацию.
Таким образом, сами по себе популяционные волны не вызывают
наследственную изменчивость, а только способствуют случайному изменению
частот аллелей и генотипов, т.е. волны жизни – это своеобразный фактор –
поставщик эволюционного материала, выводящий совершенно случайно и не
направленно ряд генотипов на эволюционную арену. После стабилизации
условий среды в популяции будет идти отбор особей с оптимальными
генотипами.
Следует помнить, что волны жизни ставят под угрозу выживание
малочисленных популяций.
2. Изоляция и ее значение для насыщения популяций
мутациями
Изоляцией в теории эволюции называют исключение или
затруднение свободного скрещивания между особями одного вида, ведущее к
обособлению внутривидовых групп и новых видов.
Выделяют различные формы изоляции: географическая, временная,
экологическая, сезонная, этологическая и др. Все эти формы могут
способствовать изоляции репродуктивной. Например, географическая
изоляция препятствует скрещиванию из-за разделения популяций какими-либо
географическими барьерами (реки, горы, пустыни и т.д.). Тем самым она
нарушает обмен генетической информацией между популяциями одного вида.
Таким образом, изоляция – один из важнейших факторов эволюции,
способствующий насыщению данной популяции мутациями. Она закрепляет
межпопуляционные различия в частотах встречаемости различных генотипов и
способствует созданию группировок с независимыми генофондами, которые
могут стать самостоятельными видами.
3. Генный поток и его роль в эволюции
Если изоляция между соседними популяциями неполная,
то между ними возникает обмен генами в результате свободного скрещивания
их особей. Этот процесс получил название генного потока.
Генный поток является важным источником изменчивости. Часть
особей-мигрантов одной популяции проникает в другую, и их гены
включаются в генофонд этой популяции. При скрещивании особей разных
популяций генотипы потомства будут отличаться от генотипов обоих
родителей. В данном случае происходит перекомбинация генов на
межпопуляционном уровне, т.е. генный поток также является поставщиком
материала для естественного отбора. Поток генов имеет важнейшее
биологическое следствие – объединение всех популяций в единую видовую
систему.
4. Дрейф генов как фактор эволюции
Случайное ненаправленное изменение частоты генов в
популяции получило название дрейфа генов. Он наблюдается в малых
популяциях, где вероятность случайности велика.
Допустим, что в популяции некий ген представлен двумя аллелями – аллелем
«+» и аллелем «–», причем 50% особей несут аллель «+», а 50% – аллель
«–». В каждый сезон участие в размножении принимает только 25% членов
данной популяции. По чистой случайности в некий конкретный год среди них
оказалась лишь одна особь, несущая ген «+». В результате в следующем
поколении этот ген будет встречаться гораздо реже, т.е. частота
встречаемости этого гена резко упадет – по совершенно случайным, не
связанным с особенностями этого гена, причинам.
Интересным случаем генетического дрейфа является эффект основателя.
Когда несколько особей покидают большую популяцию и занимают новую
область, то весьма велика вероятность, что какие-то гены будут здесь
представлены в совершенно ином соотношении, чем в исходной популяции.
Это обстоятельство может сильно повлиять на эволюцию таких вновь
возникающих изолированных популяций. Примером являются дарвиновы вьюрки,
потомки нескольких вьюрков из Южной Америки, унесенных в море во время
бури и основавших новую популяцию.
Таким образом, все рассмотренные нами факторы эволюции носят
ненаправленный характер. Они сами по себе не могут вызвать
целенаправленное изменение генофонда популяции, т.е. не могут вызвать
целенаправленного изменения концентрации определенных генов и не могут
привести к элементарному эволюционному явлению.
Единственным фактором, имеющим направленный характер, является
естественный отбор. Все рассмотренные ранее факторы могут лишь повышать
или понижать его эффективность.
III. Закрепление знаний
Обобщающая беседа по ходу изучения нового материала.
IV. Домашнее задание
Изучить параграф учебника (роль в эволюции волн жизни, изоляции,
генного потока, дрейфа генов).
|