Биологическая эволюция общие закономерности и движущие силы исторического развития живой природы

• Название: Биологическая эволюция общие закономерности и движущие силы исторического развития живой природы
• Дата: 12.05.2022
• Размер: 3.59 Mb.
• Имя файла: Lekts-Mikroevolyutsia.pptx
• Тип: Закон; #525111

“В природе нет покоя ... застоя ... все явления связаны между собой и обусловлены друг другом” К. Ф. Рулье

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Общие закономерности и движущие силы исторического развития живой природы

Биологическая эволюция

Эволюция (от лат. evolution - развертываю) означает постепенный, закономерный переход от одного состояния в другое.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ – НЕОБРАТИМОЕ, направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом

В эпоху античности появилась доктрина абиогенеза, или спонтанного самозарождения, в соответствии с которой живые организмы возникают спонтанно из неживого материала.

Эмпедокл (481-421 до н.э.) - первые живые существа возникли из четырех элементов живой материи (огонь, воздух, вода и земля). Для природы характерно закономерное развитие

Аристотель (384-322 до н.э.) - выдвинул представление о так называемой «лестнице природы»

В Средние века вплоть до середины XVIII в. господствовало 2 взгляда

С одной стороны – возможность трансформации организмов (трансформизм) - в море живут вечные семена жизни, которые дают начало морским живым формам, трансформирующимся затем в земные организмы.

С другой - креационистское представление о возникновении живого в результате акта творения, о постоянстве и неизменности существующих живых форм (креационизм).

В 1861-1862 гг. Л. Пастер представил развернутые доказательства невозможности самозарождения в настоях и растворах органических веществ.

Если самозарождение жизни невозможно, то тогда жизнь вечна, автономна, рассеяна во Вселенной.

Шведский ученый С. Аррениус (1859-1927) в начале XX в. сформулировал гипотезу панспермии, в соответствии с которой жизнь существует во Вселенной и переносится в простейших формах с одного небесного тела на другое, включая Землю, под давлением световых лучей.

Первым, кто специально обратился к изучению проблем эволюции, был французский ученый Ж.Б. ЛАМАРК (1744-1829).

Он рассматривал самозарождение в качестве естественного закономерного процесса, являющегося начальным пунктом эволюции.

В начале XVIII в. французский ученый Жано-Батисто Ламарк создал первую эволюционную теорию.

Первопричиной движения является творец, но дальнейшее развитие происходит благодаря естественным причинам.

Положения теории эволюции Ламарка

→одни организмы произошли от других в процессе длительной эволюции;

→видыизменялись и совершенствовались под воздействием внешней среды, все изменения целесообразны (полезны);

→изменения закреплялись и передавались по наследству;

→основной движущей силой эволюции является внутреннее стремление всего живого к совершенству.

Исторические ЗАСЛУГИ Ламарка

1. Удалось показать развитие от простого к сложному.

2. Обратить внимание на неразрывную связь организма со средой.

3. Отметил роль наследственности в передаче приобретенных признаков

НЕДОСТАТКИ (заблуждения) теории Ж.Б.Ламарка

1. Постоянное стремление организмов к усложнению через совершенствование

2. Внешняя среда вызывает направленное (полезное) изменение органов благодаря их упражнениям или неупражнениям

3. Виды текучи и между ними нет границ, т. е. фактически он отрицал существование видов

Главная заслуга Ч. Дарвина – вскрыл движущие силы эволюции, объяснил возникновение и относительный характер приспособленности действием только естественных законов.

Положения теории эволюции Дарвина

→Организмы постепенно преобразовывались и совершенствовались в соответствии с окружающими условиями.

→Факторы эволюции - наследственность и изменчивость, а также постоянно происходящий в природе естественный отбор через борьбу за существование.

→Результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям их обитания и многообразие видов в природе.

→ Путь эволюционных преобразований - дивергенция (расхождение) признаков

Потенциально каждый вид способен произвести и производит гораздо больше особей, чем выживает их до взрослого состояния: юных особей всегда больше, чем взрослых.

Следовательно, остальные гибнут в “борьбе за жизнь”, “в борьбе за существование”

По Дарвину существует 3 формы борьбы за существование

1. Борьба с неблагоприянтыми (внешними природными) условиями среды.

2. Межвидовая борьба.

3. Внутривидовая борьба.

В результате борьбы за существование выживают те организмы, которые обладают каким-то признаком, обеспечивающим приспособление.

Следовательно, неизбежным следствием борьбы за существование является естественный отбор.

Для того, чтобы возникшее изменение могло быть передано потомству (и закреплено в эволюции), оно должно быть наследственным.

Ч. Дарвин разделил всю изменчивость на

• Неопределенную, индивидуальную (передающуюся по наследству и косвенно зависящую от среды)
• Определенную, групповую, не передающуюся по наследству и тесно связанную с влиянием среды.

ЗАСЛУГИ Ч.Дарвина

1. Сформулировал представления о борьбе за существование и естественном отборе.

2. Открыл закон развития органического мира на нашей планете, закон, определяющий движение и развитие человеческой истории.

3. Поставил биологию на научную основу.

НЕДОСТАТКИ теории Ч.Дарвина

Учение Дарвина касалось эволюции крупных групп организмов, в большие отрезки времени, измеряемые геологическими масштабами, и на обширных территориях.

Следовательно, классический дарвинизм является учением о макроэволюции.

Дарвину не хватало генетического подхода

1. Первый шаг на пути объединения дарвинизма и генетики - ЗАКОН Харди-Вайнберга (1908)

«Частоты генов в бесконечно большой панмиксической популяции без давления каких-либо внешних факторов стабилизируются уже после одной смены поколений»

2. В 1926 г. С.С. Четвериков (1880- 1959) показал, что в результате спонтанного мутационного процесса во всех популяциях создается гетерогенность. Другими словами, в популяциях всегда есть мутации в малых количествах.

Мутации служат основой (материалом) эволюционного процесса, идущего под действием естественного отбора.

3. Позднее Н.П. Дубинин и Д.Н. Ромашов показали, что, когда популяции малы, в них происходят процессы, получившие название генетико-автоматических или дрейфа генов, в результате которого изменяются частоты встречаемости генов, устраняются гетерозиготы и появляются гомозиготы.

Изолированная популяция становится доминантной гомозиготной или рецессивной гомозиготной.

Современное эволюционное учение представляет собой синтез достижений дарвинизма, физико-химической биологии, генетики, систематики, морфологии, физиологии, экологии, биогеоценологии и других наук.

Синтетическая теория эволюции (СТЭ)

1. Единица эволюции - популяция, а НЕ вид, как считал Ч. Дарвин.

2. Элементарный эволюционный материал - мутации. Они могут накапливаться в общем генофонде популяции, создавая огромный резерв генетических потенций популяции.

3. Элементарное эволюционное явление - изменение фенотипического состава популяции на основе изменения генофонда.

4. Элементарные факторы эволюции - мутационный процесс, естественный отбор, изоляция, волны жизни, генетический дрейф.

5. Вид состоит из множества соподчиненных, в то же время морфологически, физиологически и генетически отличимых, но репродуктивно НЕ изолированных, единиц - подвидов, популяций.

6. Эволюция носит дивергентный характер (расхождение признаков).

7. Обмен аллелями (поток генов) возможен лишь внутри вида. Отсюда вид является генетически замкнутой и целостной системой.

8. Макроэволюция идет путем микроэволюции.

9. Реальный таксон берет начало от одного предкового вида (имеет монофилитическое происхождение ).

10. Эволюция непредсказуема, т.е. имеет ненаправленный к конечной цели характер.

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ и МАКРОЭВОЛЮЦИЯ - два уровня эволюционных процессов

микроэволюция

Микроэволюция

Под микроэволюцией понимают процессы, которые протекают внутри вида (наблюдаются в природе и воспроизводятся в эксперименте).

Для неё характерно:

1. Охватывает относительно короткие промежутки времени

2. Происходит на ограниченных территориях

3. Заканчивается образованием новых видов

Микроэволюцию связывают с изменениями структурных генов.

ВИД – основная единица в органическом мире

ВИД – основная структурная единица живой природы. Это совокупность особей, сходных по морфофизиологическим свойствам имеющих общее происхождение, занимающих определенный ареал, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство.

Отличительные признаки вида

КРИТЕРИИ вида

1. Морфологический – внешнее и внутреннее строение вида

2. Генетический – набор хромосом, строение, размер, форма

3. Физиологический – сходство процессов жизнедеятельности

4. Биохимический – сходство химического состава, протекание биохимических реакций

Отличительные признаки вида

КРИТЕРИИ вида

5. Географический – связывает вид с ареалом, занимаемым в природе

6. Экологический – учитывает совокупность факторов внешней среды для существования вида и взаимоотношения с другими видами

Все критерии имеют относительный характер.

Отличительные признаки вида

Основной критерий – способность к скрещиванию.

Таким образом, вид – генетически изолированная система.

Главная черта вида – относительная стабильность его генофонда, которая поддерживается репродуктивной изоляцией особей от других видов.

Отличительные признаки вида

Мутационная изменчивость создает разнообразие внутри вида, предоставляет элементарный эволюционный материал.

Следовательно, вид может включать различные по строению и образу жизни формы - подвиды, группы, популяции, которые время от времени могут скрещиваться и давать потомство.

ПОПУЛЯЦИЯ – единица эволюции

ПОПУЛЯЦИЯ - минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида свободно скрещивающихся между собой, длительно существующая на определенной территории, образующая самостоятельную генетическую систему.

Любая популяция имеет морфофизиологическую, экологическую и генетическую характеристики.

Характерные черты популяции

Морфофизиологическая характеристика - сумма морфологических и физиологических особенностей всех особей популяции.

Экологическая характеристика - численность популяции , величина занимаемой территории, возрастной и половой состав.

Генетическая характеристика - генофонд, норма реакции, генетический полиморфизм, частота встречаемости генов и генотипов.

ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ

ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ

Образование новых видов в природе является завершающим этапом микроэволюции.

В ходе видообразования осуществляются в основном два процесса: возникновение адаптации к изменению условий среды и обособление на основе изоляции новых видов.

Выделяют два основных пути видообразования:

• аллопатрическое, или географическое
• симпатрическое, или экологическое

ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ

АЛЛОПАТРИЧЕСКОЕ, или географическое, видообразование связано с пространственной изоляцией групп организмов и может осуществляться путем миграции или расчленения ареала различными преградами (реки, горы, почвы, климат и др).

При расселении за пределы ареала исходного вида популяции попадают в иные условия среды обитания, что за счет микроэволюционных процессов может привести к образованию новых видов.

Пример

• В 1930-х годах несколько десятков зайцев-русаков, отловленных в Башкирии, акклиматизировали на юге Западной Сибири — в Барабинской лесостепи. Огромное расстояние, Уральские горы и непригодные для жизни русаков засушливые степи нижнего Поволжья и Прикаспия обусловили полную географическую изоляцию западносибирской популяции. Произошла дивергенция, и в 1956 году сибирских зайцев пришлось выделить в отдельный подвид.

ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ ВИДОВ

СИМПАТРИЧЕСКОЕ видообразование (экологическое) осуществляется в пределах ареала исходного вида.

Можно выделить несколько его способов:

• путем полиплоидии (в роде табака исходное число хромосом равно 12, но имеются формы с 24, 48, 72 хромосомами);
• путем гибридизации с последующим удвоением хромосом (межвидовые гибриды);
• путем сезонной изоляции (форель оз. Севан по срокам размножения образует озимую и яровую расы).

Экологическое видообразование

Экологическая изоляция наблюдается при несовпадении

мест обитания различных форм одного вида

или нескольких близких видов, например лесного (слева)

и лугового (справа) коньков.

Полиплоидия

Роза большелистная с 14

хромосомами

Роза большелистная с 28

хромосомами

ДИВЕРГЕНЦИЯ

гризли

бурый

панда

белый

≈200 тыс. лет назад

Способы видообразования

Факторы эволюции

Элементарные эволюционные факторы

Факторы, которые приводят к изменению генофонда популяций, к изменению частот генов – факторы эволюции.

А. НЕнаправленные, случайные

• Мутационный процесс
• Популяционные волны
• Дрейф генов
• Изоляция

Б. Направленный, обеспечивает наибольшую приспособленность к среде

• Естественный отбор

Мутационный процесс

Поставляет качественные изменения генофонда в виде генных, хромосомных и геномных мутаций.

Они служат основой действия других эволюционных факторов.

Процесс действует не направленно, поэтому не может быть главным фактором эволюции.

Популяционные волны

Популяционные волны (волны жизни) - периодические колебания частот генов в популяции.

Происходят за счёт сезонных, климатических изменений, катастроф, эпидемий, голода и т.д.

Популяционные волны также носят ненаправленный характер.

Изоляция

Изоляция - это возникновение любых барьеров, нарушающих панмиксию.

Изоляция расчленяет популяции.

Существует два типа изоляции:

а) географическая (горы, болота, моря)

б) биологическая (морфофизиологическая, экологическая, генетическая)

Дрейф генов

Дрейф генов, или генетико-автоматические процессы - случайное ненаправленное изменение частот аллельных генов.

Действует в малых популяциях (менее 1000 особей).

В силу случайных причин велика вероятность исчезновения какого-либо аллеля (даже полезного).

«Только весенние воды нахлынут, и без того они сотнями гинут…» Некрасов

Выживают лишь немногие особи, и приспособленность не играет роли, скорее случай (в лице д.Мазая)

Естественный отбор

Процесс выживания организмов, генотип которых обеспечивает наибольшую приспособленность к среде - главный фактор эволюции.

Направлен на сохранение полезных свойств.

Естественный отбор

Существует 3 формы отбора:

→Направленный или движущий отбор

→Стабилизирующий отбор

→Дизруптивный (разрывающий) отбор

Естественный отбор

ДВИЖУЩИЙ, направленный или обновляющий отбор (понятие ввел Ч.Дарвин).

Этот отбор обеспечивает преобразование старых, выработку и накопление новых приспособлений (адаптацию иных приспособлений организмов), что ведет к смене нормы реакции.

Отбор действует в измененных условиях, что приводит к исчезновению 1 аллеля.

Естественный отбор

СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ отбор - сохранение средних вариантов и гибель крайних. При этом норма реакции сужается. Понятие принадлежит И.И. Шмальгаузену (1946).

Стабилизирующий отбор действует обычно в условиях среды, долго остающейся однотипной.

Естественный отбор

ДИЗРУПТИВНЫЙ (разрывающий) отбор - происходит эволюционная смерть средних величин. Отбор действует против гетерозигот.

В этом случае у одних организмов отбор идет по одному признаку, у других - по другому, в результате чего популяция как бы разрывается на группы особей, каждая из которых затем эволюционирует самостоятельно.

Этот отбор действует в измененных условиях среды.

Спасибо за внимание!