экзамен магистратура экология. 1. Экология как наука. Место экологии в структуре человеческого знания. В начале xx в сформировалась новая биологическая наука экология. Термин экология
 Скачать 2.4 Mb.
|
|
42. Ноосферная парадигма. Теория биотической регуляции и стабилизации ОС. КОНЦЕПЦИЯ НООСФЕРЫ Предложили франц философы Э.Леруа и П.Тейяр-де-Шарден. понимали под ноосферой философски- религиозную интерпретацию будущего, глобальное развитие. (что-то наподобие "коллективного разума"). В.И.Вернадский попытался подвести под идею ноосферы естественно-научную основу. Ноосфера по Вернадскому(1944) - это высший этап развития земной природы и результат совместной эволюции природы и общества. Ноосфера это будущее биосферы, когда она благодаря «коллективному разуму» человечества приобретает новую функцию гармоничной стабилизации условий жизни. В.И. Вернадский считал, что наука может решить практически любые проблемы вплоть до управления основными циклами веществ и перехода человека на «автотрофное питание» с непосредственным использованием солнечной энергии для производства продуктов питания. Однако, развернутого и последовательного научного описания процесса ноосферогенеза и самой ноосферы с более или менее четкими характеристиками, не существует. Идея ноосферы оказалась практически забытой на западе. В России большой вклад в развитие идеи ноосферы внес вклад Н.Н.Моисеев(1917-2000). Математик, специалист в области системного анализа. Попытался придать идее ноосферы строгую научную обоснованность. Концепция коэволюции. Главный вывод: в природе (вне эгоистических целей и действий человека) принципиально ничего не может быть улучшено. Замена биотической регуляции техногенной регуляцией нереальна. Традиционная концепция * Окружающая среда земли пригодна для жизни вследствие уникальных условий на поверхности земли * Естественная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся условиям * Любые виды организмов, способные адаптироваться к окружающей среде, могут составлять земную биоту. * Изменения окружающей среды под действием человека – это определенный этап естественного эволюционного процесса – превращение биосферы в новую глобальную биосистему. * Природное биоразнообразие – генетический ресурс человека, который следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных банках. Доводы об утопичности идеи ноосферы * Система связей в биосфере столь сложна, что человек не может управлять ей * Живая природа планеты намного старше и неизмеримо мудрее человеческой цивилизации * Серьезные вмешательства в биосферные круговороты ведут к резкому обострению экологической ситуации Теория биотической регуляции Научная концепция биотической регуляции окружающей среды может быть сформулирована в виде следующих положений: 1. Нет среды без биоты Пригодная для жизни человека окружающая среда создается и устойчиво поддерживается в оптимальном состоянии естественными, не нарушенными человеком экологическими сообществами живых организмов(биотой) . естественная биота компенсирует любые нарушения окружающей среды, не превосходящие порога разрушения самой биоты. 2. Эволюция для регуляции Биотическая регуляция осуществляется путем функционирования живых организмов всех видов, входящих в экологическое сообщество. Стабилизирующий естественный отбор предотвращает распад генетической информации, необходимой для такой работы. Эволюция происходит в направлении усиления регуляторного потенциала экологического сообщества. 3. Биота как компьютер 4. Насыщенная биота=антибиота 5. Биота и температура Выводы: * Существует предел устойчивости экосферы (несущая емкость биосферы) - составляет 1% чистой первичной продукции * Современное прямое потребление цивилизацией биопродукции экосистем суши составляет от7 до 12% Пути решения: * Вдвое сократить освоенную человеком части суши. * Или уменьшить численность населения до 1 - 2 млрд человек. 43. Постулаты синтетической теории эволюции. Основные положения синтетической теории эволюции Синтетическая теория эволюции — современный дарвинизм — возникла в начале 40-х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современнойгенетики, экологии и классического дарвинизма. Термин «синтетическая» идет от названия книги известного английского эволюциониста Дж. Хаксли «Эволюция: современный синтез» (1942). В разработку синтетической теории эволюции внесли вклад многие ученые. Основные положения синтетической теории эволюции в общих чертах можно выразить следующим образом: Материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации (как правило, генные) и их комбинации. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование. Наименьшей единицей эволюции является популяция. Эволюция носит в большинстве случаев дивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов. Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену одной временной популяции чередой последующих временных популяций. Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически игенетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц — подвидов и популяций. Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»), Макроэволюция на более высоком уровне, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др.), идет путеммикроэволюции. Согласно синтетической теории эволюции, не существует закономерностеймакроэволюции, отличных от микроэволюции. Иными словами, для эволюции групп видов живых организмов характерны те же предпосылки и движущие силы, что и для микроэволюции. Любой реальный (а не сборный) таксон имеет монофилети-ческое происхождение. Эволюция имеет ненаправленный характер, т. е. не идет в направлении какой-либо конечной цели. Синтетическая теория эволюции вскрыла глубинные механизмы эволюционного процесса, накопила множество новых фактов и доказательств эволюции живых организмов, объединила данные многих биологических наук. Тем не менее синтетическая теория эволюции (или неодарвинизм) находится в русле тех идей и направлений, которые были заложены Ч. Дарвином. 44. Естественный отбор. Определение, формы естественного отбора (с примерами). ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР, основной движущий фактор эволюции организмов. Естественный отбор – результат наследственной изменчивости и борьбы за существование. Его главная функция заключается в устранении из популяций особей с неудачными, нарушающими процесс приспособительного формообразования генетиче-скими комбинациями и сохранение генотипов, которые не препятствуют приспособительному процессу. Действие естественного отбора определяется тем, что выживают и оставляют потомство те организмы, которые лучше других приспособлены к изменениям в окружающей среде. Естественный отбор может быть внутривидовым (внутри популяции и между популяциями) и межвидовым (хищник – жертва, пищевая конкуренция). Внутривидовая борьба протекает наиболее остро, т. к. ведётся в сходных условиях существования (пища, абиотическая среда и место в биотопе, половой партнёр и т. д.). Различают 3 основные формы естественного отбора: движущий (направленный), стабилизирующий и дизруптивный (разрывающий). Движущий отбор, теория которого сформулирована ещё Ч. Дарвином, обеспечивает преобразование старых и выработку новых адаптивных признаков в меняющейся среде обитания и определяет направление эволюционного процесса в популяции (его творческая роль). Примером такого отбора служит выработка у микроорганизмов, насекомых, мышевидных грызунов устойчивости к антибиотикам и пестицидам. За относительно короткий срок у популяций этих организмов возникла приспособленность к дозам этих препаратов, во много раз превышающим исходные, бывшие губительными в прошлом. То есть под действием естественного отбора в генофонде популяции накапливались и распространялись мутации, обеспечивающие изменение фенотипа в данном направлении. Стабилизирующий отбор характеризуется тем, что исходная форма в относительно постоянной среде обитания усиливает и сохраняет приспособительные к этой среде признаки. То есть такой отбор благоприятствует сохранению оптимального фенотипа при разнородных генотипах. Примерами могут служить существующие почти без изменений многие миллионы лет реликты – напр., карликовая берёза, кистепёрая рыба латимерия. При дизруптивном отборе в случае одновременного изменения условий среды ни одна из групп генотипов в популяции не имеет преимуществ. У одних особей отбор идёт по одному приспособленному признаку, а у других – по другому, в результате чего популяция как бы разрывается на группы особей, каждая из которых затем эволюционирует самостоятельно. Напр., популяция двухточечной божьей коровки в холодное время года содержит «красных» особей, имеющих две маленькие чёрные точки на надкрыльях, а в тёплый период – «чёрных» особей, с большими, почти покрывающими все надкрылья чёрными пятнами. Это может при какой-либо изоляции привести к разделению популяции на две и более. ПРИМЕРЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА Насекомые, устойчивые к пестицидам Чем больше пестицидов используется, тем выше вероятность того, что у многих насекомых разовьется иммунитет к химикатам. Сопротивление пестицидам – это только всеобщее явление среди насекомых, но и достаточно быстрый процесс.. Скорее всего, следующее потомство будет устойчиво к пестицидам с рождения. Те, которые не будут защищены, умрут, а сильнейшие выживут. Так как большинство видов насекомых очень быстро размножаются, то в течение нескольких месяцев или даже недель, может родиться несколько поколений, а через несколько поколений, устойчивыми к пестицидам станут все насекомые. Павлин Чем более впечатляющим и ярким хвостом обладает мужская особь павлина, тем больше вероятность найти себе партнершу. Самки павлинов выбирают себе друга, основываясь на цвете перьев потенциального жениха, а также внимательно изучая его физическую мощь. По мнению экспертов, яркость оперения, вероятно, дает самкам знать о том, что у животного очень хорошие гены. Это делает его идеальным для продолжения рода и для обеспечения выживания потомству, поэтому их "разбирают" в первую очередь, когда речь заходит о спаривании. Но на самом деле, не у всех самцов яркие и большие хвосты, причем особенно это проявлялось несколько тысячелетий назад. И поскольку самки были более склонны выбирать себе партнеров с впечатляющими хвостами, то те, кто не обладал подобным достоинством, были менее склонны к спариванию и продолжению рода. В результате их количество постепенно уменьшалось, от одного поколения к другому, в итоге сегодня мужская особь павлина без яркого хвоста – это редкость. Ящерица Многочисленное количество исследований было проведено на ящерицах, чтобы определить процесс естественного отбора. Один из экспериментов подразумевал временное устранение хищников, питающихся ящерицами, из их среды обитания, а затем ученые проанализировали воздействие, которое подобное действие оказало на ящериц. Удивительно было то, что им не удалось обнаружить так много хищников, которые влияли на гибель или выживание некоторых видов ящериц. Вместо этого, ящерицы более меньшего размера имели намного больше шансов умереть, несмотря на отсутствие хищников, поскольку у более крупных и сильных ящериц доступ к еде был значительно шире. Также, ящерицы с длинными ногами хорошо карабкались по деревьям во время наводнений и бурь, и находили пищу, которая не была доступна на земле. Человек Мы все еще развиваемся? Ответ прост: да, даже если изменения не так очевидны. Эксперты полагают, что около 9 процентов наших генов в настоящий момент находятся в процессе быстрой эволюции, при этом гены, наиболее явно подверженные естественному отбору, это гены иммунной системы, полового размножения и чувственного восприятия. Непереносимость лактозы является одним из примеров естественного отбора. Мы единственный вид, который с возрастом не становится нетерпимым к лактозе. По мнению экспертов, это впервые случилось, когда много веков назад в Европе произошло одомашнивание скота. Другим примером является особый ген гемоглобина, который появляется у людей, живущих в некоторых регионах Африки и других районах, где малярия является эндемическим заболеванием. Этот ген делает людей более устойчивыми к малярии. При этом, у них все равно есть шансы заболеть, но меньше шансов умереть. Мутация, вероятно, произошла в течение сотен поколений в результате постоянного контакта с вирусом малярии. 45. Факторы эволюции, какие из них являются элементарными. Элементарный эволюционный материал, элементарная единица эволюции, элементарное эволюционное явление. Можно выделить четыре основных элементарных фактора эволюции: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор. Мутационный процесс Постоянная мутационная изменчивость и комбинации при скрещиваниях дают новые сочетания генов в генофонде, что неизбежно приводит к наследственным изменениям в популяции. Мутации— элементарный эволюционный материал, а процесс возникновения мутаций, мутационный процесс, — постоянно действующий элементарный эволюционный фактор, увеличивающий генетическую гетерогенность популяции вследствие сохранения рецессивных мутаций в гетерозиготах. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования. Большинство мутаций являются вредными. Обезвреживание мутаций происходит путем перевода их в гетерозиготное состояние в результате полового процесса. Но многие мутации в гетерозиготном состоянии повышают относительную жизнеспособность особей. Механизмом, поддерживающим гетерозиготность особей, также является половой процесс. Можно сказать, что мутационный процесс — это фактор-поставщик элементарного эволюционного материала. Популяционные волны Периодические или апериодические колебания численности особей популяции характерны для всех без исключения живых организмов. Причинами таких колебаний могут быть различные абиотические и биотические факторы среды. Действие популяционных волн, или волн жизни, предполагает неизбирательное, случайное уничтожение особей, благодаря чему редкий перед колебанием численности генотип (аллель) может сделаться обычным и быть подхваченным естественным отбором. Если в дальнейшем численность популяции восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала. Классификация популяционных волн 1. Периодические колебания численности короткоживущих организмов характерны для большинства насекомых, однолетних растений, большинства грибов и микроорганизмов. В основном эти изменения вызваны сезонным колебанием численности. 2. Непериодические колебания численности, зависящие от сложного сочетания разных факторов. В первую очередь они зависят от благоприятных для данного вида (популяции) отношений в пищевых цепочках: уменьшение хищников, увеличение кормовых ресурсов. Обычно такие колебания затрагивают несколько видов и животных, и растений в биогеоценозах, что может привести к коренным перестройкам всего биогеоценоза. 3. Вспышки численности видов в новых районах, где отсутствуют их естественные враги. 4. Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными катастрофами (в результате засухи или пожаров). Влияние популяционных волн особенное заметно в популяциях очень малой величины (обычно при численности размножающихся особей не более 500). Именно в этих условиях популяционные волны могут как бы подставлять под действие естественного отбора редкие мутации или устранять уже довольно обычные варианты. Изоляция Под изоляцией понимается возникновение любых барьеров, нарушающих панмиксию (свободное скрещивание). В зависимости от их природы выделяют два основных типа изоляции: пространственную и биологическую (репродуктивную). Пространственная изоляцияможет существовать в двух проявлениях: изоляция за счет географических барьеров иизоляция расстоянием (без заметных географических барьеров, просто в силу большого расстояния между популяциями или отдельными особями). Возникновение пространственной изоляции связано с радиусом репродуктивной активности для особей вида. Биологическая изоляцияприводит к нарушению скрещивания или препятствует воспроизведению нормального потомства, что обеспечивается двумя группами механизмов: устраняющие скрещивание (докопуляционная изоляция) иизоляция при скрещивании (послекопуляционная изоляция). Спариванию близких форм препятствуют различия во время половой активности и созревания половых продуктов. В природе обычна биотипическая изоляция, при которой потенциальные партнеры по спариванию не встречаются, так как они часто обитают в разных местах. Большое значение в возникновении биологической изоляции у близких форм имеет этологическая изоляция — осложнения спаривания, обусловленные особенностями поведения. Важным изолирующим механизмом, затрудняющим скрещивание близких видов, оказывается возникновение морфофизиологических различий в органах размножения, так называемая морфологическая изоляция. Большая группа изолирующих механизмов в природе связана с возникновением изоляции после оплодотворения — собственно генетическая изоляция, включающая гибель зигот после оплодотворения, развитие полностью или частично стерильных гибридов, а также пониженную жизнеспособность гибридов. Значение изоляции в процессе эволюции состоит в том, что она закрепляет и усиливает начальные стадии генотипической дифференцировки. Естественный отбор Ч. Дарвин определил естественный отбор как сохранение особей с полезными и гибель с вредными индивидуальными отклонениями. Особь является элементарным объектом отбора. Но особи отбираются в пределах популяции. Отсюдапопуляция — это поле действия отбора как элементарного фактора эволюции. Сфера действия естественного отбора затрагивает все жизненно важные признаки и свойства особи. Успех в размножении в первую очередь зависит от общей жизнеспособности особи. Чрезвычайно существенно, что отбор всегда идет по фенотипам. Это означает, что непосредственной точкой приложения отбора может быть лишь конкретный результат реализации генетической информации в виде определенного признака или свойства. В фенотипе особи отражаются особенности генотипа, поэтому в череде поколений отбор по фенотипам сводится к отбору определенных генотипов. При этом единицей отбора всегда оказывается не отдельный признак или свойство, а весь генотип, вся особь в целом. Признак оказывается лишь точкой приложения отбора. Следовательно, под естественным отбором нужно понимать избирательное (дифференцированное) воспроизведение генотипов (или генных комплексов). Для сферы действия естественного отбора существует одно ограничение: естественный отбор не может изменить организацию какого-либо вида без пользы для него самого и лишь на пользу другому виду. Чаще всего отбор направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу. Однако отбор часто ведет к созданию признаков и свойств, невыгодных для отдельной особи и полезных для популяции и вида в целом. Генетической основой естественного отбора является наследственная изменчивость, а причиной — влияние условий окружающей среды. Мутанты, бывшие прежде менее приспособленными по сравнению с нормальным генотипом, при благоприятных для них изменениях условий среды получают преимущество и постепенно вытесняют прежнюю норму. Результатом длительного действия отбора является преобразование популяционного генофонда, замена одних количественно преобладающих генотипов другими. Формы естественного отбора (рис. 1) Движущая форма естественного отбора. При данной форме отбора происходит отсев мутаций с одним средним значением признака, которые заменяются мутациями с другим средним значением признака. Другими словами, данная форма естественного отбора благоприятствует изменению среднего значения признака в измененных условиях среды. Классическим примером данной формы служит так называемый индустриальный меланизм.  |