Ответы к экзаменационным ворпосам. 1 Предмет биологии. Биология

• Название: 1 Предмет биологии. Биология
• Анкор: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Дата: 16.01.2018
• Размер: 1.41 Mb.
• Имя файла: Ответы к экзаменационным ворпосам.doc
• Тип: Документы; #14267
• страница: 19 из 27

(48) ЕО. В популяции организмов, размножающихся половым способом, существует большое разнообразие генотипов и, следовательно, феноти­пов. Благодаря индивидуальной изменчивости в условиях конкретной среды обитания приспособленность разных генотипов (фенотипов) различна. В эволюционном контексте приспособленность определяют как произведение жизнеспособности в данной среде, обусловливающей большую или меньшую вероятность достижения репродуктивного возраста, на репродуктивную способность особи. Различия между организмами по приспособленности, оцениваемой по передаче аллелей следующему поколению, выявляются в природе с помощью есте­ственного отбора. Главный результат отбора заключается не просто в выживании более жизнеспособных особей, а в относительном вкладе таких особей в генофонд дочерней популяции.

Необходимой предпосылкой отбора служит борьба за существова­ние — конкуренция за пищу, жизненное пространство, партнера для спаривания. Естественный отбор происходит на всех стадиях онтогене­за организмов и обеспечивает в конечном итоге дифференциальное (избирательное) воспроизведение (размножение) генотипов. Благодаря естественному отбору аллели (признаки), повышающие выживаемость и репродуктивную способность, накапливаются в ряду поколений, изменяя генетический состав популяций в биологически целесообразном направлении. В природных условиях естественный отбор осуществля­ется исключительно по фенотипу. Отбор генотипов происходит вторично через отбор фенотипов, которые отражают генетическую конституцию организмов.

Как элементарный эволюционный фактор естественный отбор действует в популяциях. Популяция является полем действия, отдельные особи — объектами действия, а конкретные признаки — точками приложения отбора.

Эффективность отбора по качественному и количественному изменению генофонда популяции зависит от величины давления и направления его действия. Величина давления выражается коэффици­ентом отбора (S), который характеризует интенсивность элиминации из репродуктивного процесса или сохранения, соответственно, менее или более приспособленных форм по сравнению с формой, принятой за стандарт приспособленности.

Отбор особенно эффективен в отношении доминантных аллелей при условии их полного фенотипичного проявления. Он идет медленно в отношении рецессивных аллелей и при неполном доминировании. На эффективность отбора влияет исходная концентрация аллеля в гено­фонде.

В теории, упрощая ситуацию, допускают, что отбор действует на генотипы благодаря различиям в адаптивном значении отдельных аллелей. В реальности приспособительная ценность генотипов зависит от действия и взаимодействия всей совокупности генов. Оценка величины давления отбора по изменению концентрации конкретных аллелей технически часто невыполнима. Поэтому расчет проводят по изменению концентрации организмов определенного фенотипа.
В зависимости от результата различают стабилизирующую, движущую и дизруптивную формы естественного отбора (рис. ПО). Стабилизирующий отбор сохраняет в популяции средний вариант фе­нотипа или признака. Он устраняет из репродуктивного процесса фе­нотипы, уклоняющиеся от сложившейся адаптивной «нормы», приво­дит к преимущественному размножению типичных организмов. Так, сотрудник одного из университетов США подобрал после снегопада и сильного ветра 136 оглушенных воробьев (Рasser domesticus). 72 вы­живших воробья имели крылья средней длины, тогда как 64 погибших птицы были либо длиннокрылыми, либо короткокрылыми. Стабилизи­рующая форма соответствует консервативной роли естественного отбора. При относительном постоянстве условий среды благодаря этой форме сохраняются результаты предшествующих этапов эволюции.

Движущий отбор обусловливает прогрессивное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления. Примером такого отбора служит замещение в популяции крабов (Сarcinus maenas) животных с широким головогрудным щитком на животных с узким щитком в связи с увеличением количества ила (га­вань Плимут, Англия). При смене условий обитания благодаря этой форме отбора в популяции закрепляется фенотип, более соответствую­щий среде.

Дизруптивный отбор сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Он действует против особей со средним или промежуточным значением признаков. Так, в зависимости от преобладающего цвета почвы виноградные улитки (Сераеа петогаНх) имеют раковины коричневой, желтой, розовой окраски. Дизруптивная форма отбора «разрывает» популяцию по определенному признаку на несколько групп. Она поддерживает в популяции состояние генетиче­ского полиморфизма.

В зависимости от формы отбор сокращает масштабы изменчиво­сти, создает новую или сохраняет прежнюю картину разнообразия. Как и другие элементарные эволюционные факторы естественный отбор вызывает изменения в соотношении аллелей в генофондах популяций. Особенность его действия состоит в том, что эти изменения направленны. Отбор приводит генофонды в соответствие с критерием приспособленности, осуществляет обратную связь между изменениями генофонда и условиями обитания, накладывает на эти изменения печать биологической целесообразности (полезности). Естественный отбор действует совместно с другими эволюционными факторами. Поддер­живая генотипическое разнообразие особей в ряду поколений, мутационный процесс, популяционные волны, комбинативная изменчи­вость создают для него необходимый материал.

Естественный отбор нельзя рассматривать как «сито», сортирую­щее генотипы по приспособленности. В эволюции ему принадлежит творческая роль. Исключая из репродукции генотипы с малой приспособительной ценностью, сохраняя благоприятные генные комби­нации разного достоинства, он преобразует картину генотипической изменчивости, складывающуюся первоначально под действием случай­ных факторов, в биологически целесообразном направлении. Результа­том творческой роли отбора служит процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации, а в отдельных ветвях — по пути специализации.
(49) Микро- и макроэволюция. Дарвин связывал процесс видообразо­вания с отдельными особями. Однако применение закономерностей наслед­ственности к изучению этого процесса показало, что видообразование начи­нается не с отдельных особей, а только на уровне популяции. Процессы, про­текающие внутри вида, в пределах обо­собленных популяций и завершающие­ся видообразованием, получили назва­ние микроэволюции. В отличие от них процессы, приводящие к формирова­нию надвидовых систематических ка­тегорий, названы макроэволюцией. Иногда под макроэволюцией понимают возникновение только родов, семейств, отрядов, а образование категорий еще более высокого ранга — классов и ти­пов — выделяют под названием мега-эволюции.

По мнению большинства исследова­телей, между процессами, осуществля­ющими на микро- и макроэволюцион-ном уровне, нет принципиальных отли­чий; при них действуют одни и те же закономерности. Сами по себе новые семейства, отряды, классы и типы воз­никнуть не могут. Появление их — результат образования новых видов, что связано с преобразованием гено­фонда, дивергенцией внутри популя­ций, Макроэволюционные изменения— следствие процессов, происходивших на микроэволюционном уровне. Накап­ливаясь, эти изменения приводят к макроэволюционным явлениям. Од­нако высказывается мнение, что в ос­нове макроэволюции лежат иные, еще мало изученные закономерности.

Начало синтезу генетики с эволю­ционным учением положили работы С. С. Четверикова (1926) и Р. А. Фише­ра (1930). Крупный вклад в изучение этих процессов внесли И. И. Шмаль-гаузен, Н. В. Тимофеев-Ресовский, Ф. Добржанский, С. Райт, Дж. Хакс­ли и др. Они установили, что элемен­тарной эволюционной структурой яв­ляются популяции, элементарным эво­люционным материалом — мутации, а элементарными эволюционными фак­торами — мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естест­венный отбор.

Популяция как элементарная эволюционная структура.В аре­але любого вида особи распространены неравномерно. Участки густой концент­рации особей перемежаются с пространствами, где их немного или же они отсутствуют. В результате возникают более или менее изолированные попу­ляции, в которых систематически про­исходит случайное свободное скрещи­вание (панмиксия). Скрещивание (т.е. обмен генами) с представителями дру­гих популяций если и происходит, то значительно реже и нерегулярно. Бла­годаря панмиксии в каждой популяции создается характерный для нее гено­фонд, отличный от других популяций. Именно популяцию следует и признать элементарной единицей эволюционно­го процесса.

Внутри популяции совершаются про­цессы, приводящие к изменению гено­фонда. Они должны быть признаны элементарными эволюционными собы­тиями. Такие события обусловлены, в первую очередь, появлением мутаций, частота которых находится в прямой зависимости от факторов внешней среды.

Мутация как элементарный эволюционный материал. Гены, будучи в общем константными, перио­дически изменяются путем мутаций. Каждый отдельный ген мутирует очень редко, но в генотипе любого организма большое число генов. Отсюда, понятно, что в каждом поколении мутирует значительное число генов. Так, у дрозо­филы отмечается примерно одна мута­ция на 100 гамет.
Эволюция организмов связана с за­меной одних генотипов другими. Этот процесс происходит в результате сопря­женного действия мутирования и от­бора. Мутации, изменяя гены, дают сырой материал для рекомбинаций и отбора.

Большинство мутаций вредно: они могут быть летальными и полулеталь­ными, вызывающими бесплодие или снижающими жизненные функции. Иные из мутаций в тех условиях, в ко­торых обитает данная популяция ор­ганизмов, окажутся более или менее нейтральными. Наконец, небольшая часть мутаций в какой-то мере полезна для жизни организма, для существо­вания вида.

Доминантные мутации начинают контролироваться отбооом уже в пепвом поколении. И здесь же отбором устраняются организмы — носители доминантных летальных генов и генов бесплодия. Доминантные гены, час­тично снижающие жизнедеятельность или плодовитость, некоторое время бу­дут сохраняться в популяции, но по­степенно и они подвергнутся полной элиминации. Если доминантные гены имеют приспособительное значение, то сразу подхватываются отбором и часто­та их в популяции быстро возрастает.

Рецессивные мутации могут находи­ться в популяции в скрытом, гетеро­зиготном состоянии. Они начинают кон­тролироваться отбором лишь после того, как достигнут в популяции опре­деленной концентрации и станут пере­ходить в гомозиготное состояние. По­нятно, что чем больше популяции, тем медленнее протекает этот процесс. Эли­минация вредных рецессивных генов происходит значительно медленнее, чем доминантных, а полной элиминации путем отбора, возможно, и не дости­гается. Нередко гетерозиготы оказы­ваются более жизнеспособными (сверх­доминирование), чем гомозиготы. В та­ких случаях отбором создается опре­деленный уровень частоты особей каж­дого генотипа.
(50) Эволюция групп организмов. ФОРМЫ.

Выделяют несколько форм эволюции групп живых существ. Одной из них является филитическая эволюция, затрагивающая представителей одного таксона, который во времени изменяется в определенном направлении как единое целое. Примером может служить линия развития семейства лошадиных, в процессе которого наблюдается постепенная смена древесноядных форм траво­ядными и сокращение числа пальцев до одного. На микроэво­люционном уровне этой форме макроэволюции соответствует филити-ческое видообразование. Еще одна форма эволюции представлена дивергентной эволюцией, которая заключается в образо­вании в процессе исторического развития нескольких новых групп от одной предковой. Она создает разнообразие таксонов низшего ранга в более крупных таксонах, например подклассов и отрядов в классе, семейств в отряде. На микроэволюционном уровне ей соответствует дивергентное видообразование. Рассмотренные формы эволюции отра­жают ход исторического развития отдельных групп организмов. Формами соотносительного развития нескольких таксонов являются параллелизм и конвергентная эволюция. В пер­вом случае два таксона, дивергировавшие от общего предка и, следовательно, имеющие общую генетическую основу, в дальнейшем претерпевают филитическую эволюцию в сходном направлении. В оли-гоцене, например, саблезубость возникла у махайродонтов (Нор1орЬопе-и5) и лжесаблезубых настоящих кошек (Dinictus). Этап параллельного развития в эволюции групп может смениться этапом конвергенции, которая представляет собой филитическую эволюцию неродственных таксонов в сходном направлении. Конвергенция наблюдается, когда представители разных групп встречаются со сходными экологическими задачами. Так, конвергентное развитие формы тела происходило у первичноводных (акуловые) и вторичноводных (китообразные) животных. Генофонды конвергентно эволюционирующих неродствен­ных групп различны, поэтому конвергентное сходство обычно распространяется лишь на некоторые признаки. Так, акуловые и кито­образные, сходные по форме тела, имеют резкие различия в строении кровеносной системы, мускулатуры, покровов.

ТИПЫ. В зависимости от масштаба адаптации, на основе которых происходит очередной этап эволюции, выделяют два ее т и п а — алло-генез и арогенез.

Под аллогенезом понимают развитие с сохранением у всех представителей таксона высокого ранга главных черт структурно-физиологической организации. На этом фоне отдельные группы организмов внутри таксона развиваются путем приобретения сопоста­вимых по масштабу адаптации. В результате эволюция осуществляется в пределах одной адаптивной зоны — совокупности экологи­ческих ниш, различающихся в деталях, но сходных по степени давления среды на организмы определенного морфофизиологического типа. Примером аллогенеза служит разнообразие экологических форм в отряде насекомоядных млекопитающих животных. Если аллогенез происходит путем приобретения приспособлений к узколо­кальным условиям существования, то говорят о развитии по типу специализации. Примером крайних форм специализации служит удивительное соответствие строения цветка некоторых видов растений определенному виду опылителей.
Под арогенезом понимают развитие с появлением у представителей некоторых групп внутри крупного таксона таких черт строения или физиологии, которые делают возможным их выход в другую адаптивную зону. Так, своим возникновением и направления­ми дальнейшего исторического развития класс птиц обязан появлению крыла, четырехкамерного сердца, совершенствованию отделов го­ловного мозга, участвующих в координации двигательной активности, теплокровности. Арогёнезами более крупного масштаба являются возникновение эукариотического типа клеточной организации, мно-гоклеточности.

Выход группы живых существ в новую адаптивную зону в результате арогенеза сопровождается ее развитием по типу аллогенеза и специализации с освоением всех подходящих экологических ниш. Так, среди птиц выделяют лесных, водоплавающих, горных,

равнинных.

Тип эволюции, при котором переход в новую адаптивную зону сопровождается упрощением строения и физиологии организмов, называется морфофизиологическим регрессом. Последний свойствен многим паразитам, которые составляют, по-видимому, не менее 4—5% всех современных видов животных. Основные типы эволюции групп представлены на рис. 124.

Адаптации, составляющие основу разных типов эволюции групп, в равной мере заключаются в изменении структурных или функцио­нальных параметров органов, систем органов, механизмов реагирова­ния на действие факторов среды обитания. Приспособительные из­менения органов и систем организма, обусловливающие развитие по типу аллогенеза, называют идиоадаптациями (алло­морф о з а м и), по типу арогенеза — ароморфозами, по типу регресса —морфофизиологической деге­нерацией. В процессе исторического развития крупного так­сона набл сдается смена типов развития. Группа живых существ, вышедшая на данном этапе вследствие ароморфозов в новую адаптивную зону, на следующем этапе характеризуется обычно в целом развитием по типу аллогенеза, а в некоторых своих ветвях — по типу специализации или морфофизиологического регресса. К определенному моменту внутри такой группы может сложиться совокупность организмов, накапливающих новые ароморфозы, что создает предпо­сылки к смене типа эволюции на арогенез. Специализация и регресс соответствуют тупиковым ветвям эволюции, поэтому группы, развива­ющиеся таким образом, при смене условий обитания вымирают.

Сменой типов эволюции, различиями в стабильности адаптации и условий обитания объясняется значительная пестрота современного органического мира по уровням структурно-физиологической организа­ции и разнообразию специализаций. Так, сосуществуют высшие и низшие позвоночные, например млекопитающие и амфибии. Вместе с представителями процветающей группы костистых рыб в фауне планеты сохраняется кистеперая рыба латимерия, отличающаяся строением, типичным для группы, вымершей почти целиком 200—300 млн. лет назад.

ПРАВИЛА. Эмпирическим путем установлен ряд правил эволюции групп. Правило необратимости эволюции [Л. Долло, 1893] утверждает, что в процессе исторического развития невозможен возврат какой-либо группы организмов в состояние, уже пройденное ею ранее.
Генетическую основу его составляет бесконечно малая статисти­ческая вероятность возникновения двух идентичных генофондов или даже генотипов. Благодаря наличию обратных мутаций в филогенезе, однако, возможно повторное возникновение отдельных простых признаков.

Согласно правилу прогрессивной специализации [Ш. Депере, 1876] группа, начавшая эволюционировать по этому типу, в дальнейшем идет только по пути углубления специализации. Генетиче­скую основу этого правила составляет ограниченность генофонда соответствующей группы организмов и его формирование в филогенезе под действием определенных факторов конкретной адаптивной зоны или экологической ниши. Большое значение имеют также экологические связи, которые накладывают свои ограничения. Так, в целом эволюция позвоночных животных шла по пути увеличения размеров тела. Однако освоение грызунами подземного образа жизни сопровождалось умень­шением размеров тела. Аналогичным образом изменялся указанный признак в ряду предков хищника ласки (Mustela nivalis), питающегося мышевидными грызунами.

Правило происхождения от неспециализиро­ванных предков [Э. Коп, 1904] утверждает, что новые груп­пы организмов происходят от менее специализированных представи­телей предковой формы. Основой его служит большее разнообразие способов борьбы за существование в малоспециализированных груп­пах. Отсутствие глубоких специализаций облегчает появление разно­образных адаптации, включая и принципиально новые.