Экзамен по биологии. Общая биология 22 Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Механизм естественного отбора: Если какая-либо аллель увеличивает приспособленность организма больше, чем другие аллели этого гена, то с каждым поколением доля этой аллели в популяции будет расти. То есть, отбор происходит в пользу этой аллели. И наоборот, для менее выгодных или вредных аллелей — их доля в популяциях будет снижаться, то есть отбор будет действовать против этих аллелей. Важно отметить, что влияние определённых аллелей на приспособленность организма не является постоянным — при изменении условий окружающей среды вредные или нейтральные аллели могут стать полезными, а полезные – вредными. Естественный отбор для черт, которые могут изменяться в некотором диапазоне значений (например, размер организма), можно разделить на три типа: Движущий (направленный) отбор — изменения среднего значения признака в течение долгого времени, например, увеличение размеров тела; Дизруптивный отбор — отбор на крайние значения признака и против средних значений, например, большие и маленькие размеры тела; Стабилизирующий отбор — отбор против крайних значений признака, что приводит к уменьшению дисперсии признака. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов. Механизм эволюции функционирует в результате совместного действия эволюционных факторов в пределах популяции как эволюционной единицы. Всякая популяция у любого вида подвержена тому или иному давлению всех элементарных эволюционных факторов: У всех организмов постоянно идет мутационный процесс. Во всех популяциях происходят колебания численности особей. Определенное давление изоляции входит в определение понятия «популяция», всегда присутствует в природе и естественный отбор. Влияние всех этих факторов может меняться независимо друг от друга, часто очень резко. Давление мутационного процесса менялось на протяжении различных геологических эр и периодов и может меняться в наше время в связи с резкими местными повышениями фона химических и физических мутагенов (например, в связи с радиоактивным загрязнением районов, использованием сильнодействующих химических препаратов и т. д.). В истории каждого вида изменялся диапазон колебаний численности, возникали резкие изоляционные барьеры или снижалось значение прежде существовавших барьеров. Постоянно меняется в зависимости от меняющихся сочетаний различных условий значение естественного отбора: он может менять направление, а его интенсивность может повышаться или резко падать. В результате действия эволюционных сил в каждой популяции многократно возникали элементарные эволюционные изменения. Со временем некоторые из них суммируются и ведут к возникновению новых приспособлений, что и лежит в начале видообразования. 47. Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции и дрейфа генов на генетическую конституцию людей. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции и дрейфа генов на генетическую конституцию людей. Мутационный процесс: в основе мутаций лежат наследуемые изменения генетического материала. В результате мутации возникает мутантная аллель гена или мутантная хромосома, обусловливающие появление мутантного признака. Мутации могут возникнуть в любой момент, но их появление более вероятно в делящейся, а не в покоящейся клетке (например, при гаметогенезе, вовремя мейоза). В генетическом отношении важны те мутации, которые возникают при гаметогенезе и наследуются особями потомства. Частота мутации для единичного локуса составляет в среднем 1:100000 половых клеток, однако у человека в целом, генотип которого насчитывает до 120000 (а возможно, и более) генов, мутация вовсе не редкое явление. Мутагенами по отношению к человеку выступают не только естественные факторы (ультрафиолетовое излучение, температура, ионизирующее излучение, определённая химическая среда), но и факторы, производные научно-технического прогресса (рентгеновские излучения и другие физические факторы, синтетические смолы и другие химические вещества). На частоту мутаций у человека оказывает влияние возраст: вероятность рождения ребёнка, страдающего ахондропластической карликовостью, у пожилых супругов выше, чем у молодых. Некоторые гены Х-хромосомы мутируют в мужском организме чаще, чем в женском. Генотип человека - это высокоинтегрированная система взаимодействующих генов (а также составляющих их элементов), и случайные изменения в её составе влияют на неё чаще всего отрицательно. Поэтому большинство мутантных генов оказываются вредными для человека. Изоляция: при изоляции групп людей образуются популяции с определенным генофондом. С течением времени представители данной популяции скрещиваются исключительно между собой и в результате происходит, во- первых, образование отличий от представителей других популяций, что связано с тем, что большее потомство оставляет тот, кто лучше адаптирован к условиям окружающей среды, и, соответственно, гены, обуславливающие эти адаптации, закреплялись в генофонде, однако в разных местах разные условия окружающей среды из-за чего закреплялись разные гены. Именно этим механизмом можно объяснить образование разных рас – в результате изоляции в генофонде данных рас укоренялись разные гены в соответствии с условиями окружающей среды и данные гены проявлялись сильнее в каждой последующей популяции. Данный процесс имеет определенную целенаправленность – адаптация популяции к условиям окружающей. Однако, по случайным причинам в генофонде могут также проявляться и вредные гены: чем меньше популяция, тем меньше его генофонд, и, соответственно, тем чаще образуются гомозиготы. Гомозиготы могут быть по рецессивному признаку, ведущему к летальному исходу, в результате чего численность популяции снижается. Так, в более изолированных популяциях наблюдается учащение проявлений определенных болезней, что может привести к вымиранию данной популяции. Дрейф генов: в небольших популяциях людей мутантные гены могут сохраняться (фиксироваться) или утрачиваться случайным образом. В них хорошо выражен дрейф генов - изменение частоты генов в популяции в ряду поколений под действием чисто случайных (стохастических) факторов. На дрейф генов влияют такие факторы, как число индивидуумов, способных оставить потомство, и вариабельность в размере семьи. Структура популяции человека в прошлом создавала идеальные условия для дрейфа генов. Так, численность сообществ человека палеолита, очевидно, не превышала нескольких сот индивидуумов, именно такова численность сообществ современных охотников и собирателей - аборигенов Австралии. В настоящее время общепризнанным является тот факт, что различия в частоте некоторых групп крови между близкими поселениями людей в отдалённых уголках земного шара возникли вследствие дрейфа генов: частоты генов в существующих в США небольших религиозных изолятах немецкого происхождения отличаются от соответствующих частот в исходной популяции в Германии и в соседних популяциях в США. Обобщённым примером влияния дрейфа генов на частоту аллелей является «эффект родоначальника». Он возникает, когда несколько семей выселяются на новую территорию и поддерживают высокий уровень брачной изоляции, порвав практически все связи с родительской популяцией. В этом случае в генофонде переселенцев из-за небольшой численности особей случайно закрепляются одни аллели и элиминируются другие. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Естественный отбор: Одним из наиболее важных эволюционных факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естественный отбор. За естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус. 48. Соотношение онто- и филогенеза. Закон зародышевого сходства. Биогенетический закон. Онтогенез – индивидуальное развитие организма, процесс развития организма от момента его зарождения до конца жизни. Филогенез - процесс развития органического мира в целом или отдельных его форм с момента возникновения жизни. Соотношение онто- и филогенеза. По современным представлениям, большинство филогенетических новшеств связано с онтогенетическими гетерохрониями, то есть со сдвигами в относительных темпах протекания различных онтогенетических процессов. Одна из эволюционно наиболее значимых гетерохроний — сдвиг периода полового созревания у эволюционных потомков на стадии, соответствующие личинкам их предков. Такой сдвиг называют неотенией. В этом случае жизненный цикл эволюционных потомков обычно укорачивается (например, за счет выпадения присущей предкам фазы метаморфоза). Неотению считают одним из способов достижения быстрого эволюционного прогресса. Дальнейшая разработка проблем онтогенеза имеет первостепенное значение как для фундаментального естествознания, так и для ряда медицинских, биотехнологических и экологических задач. Закон зародышевого сходства. Закон зародышевого сходства или Закон Бэра — закон, согласно которому на начальных этапах эмбрионального развития зародыши животных разных видов сходны по своему строению, что отражает единство происхождения животного мира. Карл фон Бэр сформулировал его в 1828 году, и он звучит следующим образом: «Чем более ранние стадии индивидуального развития сравниваются, тем больше сходства удается обнаружить». Основные положения: Эмбрионы животных одного типа на ранних стадиях развития сходны. Эмбрионы разных представителей одного типа постепенно обособляются друг от друга. Эмбрионы последовательно переходят в своем развитии от более общих признаков типа ко все более частным. В последнюю очередь развиваются признаки, указывающие на принадлежность эмбриона к определенному роду, виду, и, наконец, индивидуальные черты. Биогенетический закон. Биогенетический закон Геккеля—Мюллера (также известен под названиями «закон Геккеля», «основной биогенетический закон»): каждое живое существо в своём индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет, в известной степени, формы, пройденные его предками или его видом (филогенез). Биогенетический закон сыграл заметную роль в истории развития науки, однако в ХХ веке был опровергнут и не признается современной биологической наукой Основой биогенетического закона является рекапитуляция. Рекапитуляция – повторение признаков далёких предков в онтогенезе современных организмов — их структуре, химизме, функциях. Принцип рекапитуляции впервые сформулирован в 1859 Чарльзом Дарвином. Факты, свидетельствующие о рекапитуляции (например, закладка у зародышей наземных позвоночных жаберных щелей), были известны ещё до появления эволюционного учения Ч. Дарвина. Однако лишь Дарвин дал (1859) этим фактам последовательное естественно-историческое объяснение, установив, что стадии развития зародышей воспроизводят древние предковые формы. Он рассматривал рекапитуляцию как фундаментальную закономерность эволюции органического мира 49. Филогенез пищеварительной системы. У бесчерепных животных (ланцетники) пищеварительная система представлена прямой трубкой, которая дифференцирована на глотку и кишечник. Глотка пронизана жаберными щелями, на брюшной ее поверхности имеется эндостиль с железистыми клетками, которые выделяют слизь. Пищеварительная тр убка образует печеночный вырост –единственную многоклеточную железу. челюстной аппарат, активно питаться не могут. Ротовая полость окружена предротовой воронкой со щупальцами. Источником питания служит взвесь органических частиц в воде, которые задерживаются жаберными перегородками. Кишечник ланцетника составляет примерно 1/3 длины тела. Кишечник абсолютно не дифференцирован. В средней части находится печёночный вырост, являющийся единственной многоклеточной железой. У р ыб в ротовой полости появляются челюсти и многочисленные зубы . Зубная система гомодонтная (все зубы одинаковые). Из ротовой полости пища проходит в глотку, прободанную жаберными щелями. Также появляется пищевод, желудок, по-разному обособленная поджелудочная железа, кишечник дифференцируется на тонкий и толстый отдел. Печень хорошо развита, имеется желчный пузырь. Толстый отдел кишечника заканчивается анальным отверстием. У земноводных (амфибии) имеются ротоглоточную полость, недифференцированные зубы, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, поджелудочная железа, печень. В связи с наземным образом жизни появляется мышечный язык, который является основным органом добычи пищи. Также появляются слюнные железы, смачивающие пищу. Кишечник более дифференцируется (появляется двенадцатиперстная и прямая кишка). Кишечник заканчивается клоакой. У пресмыкающихся (рептилий) ротовая полость отделена от глотки, начинается дифференцировка зубов (ядовитые зубы). На дне ротовой полости располагается подвижный, раздвоенный к концу язык. Пищевод удлиняется. Желудок имеет мускулистые стенки. На границе тонкой и толстой кишок имеется слепая кишка. Протоки печени и поджелудочной железы открываются в двенадцатиперстную кишку. Заканчивается также клоакой. У млекопитающих зубы неоднородны (делятся на резцы, клыки и коренные) – гетеродонная система зубов. Появляются мясистые губы, что связано со вскармливанием молоком. Слюна содержит пищеварительные ферменты, которые служат для химической обработки пищи. Кишечник, представленный тонким и толстым отделами, имеет многочисленные складки, а в тонком кишечнике – ворсинки. Клоака отсутствует, конечный отдел – прямая кишка заканчивается анальным отверстием. 50. Филогенез дыхательной системы. У хордовых дыхательная система развивается на базе пищеварительной и на первых этапах эволюции функционирует совместно с ней. Так, у ланцетника, сохранившего в значительной степени черты организации предковых форм, специализированных органов дыхания нет, а дыхательную функцию выполняет глотка — передняя часть пищеварительной трубки, пронизанная сквозными отверстиями — жаберными щелями, главной функцией которых является фильтрация воды. Постоянный ток свежей воды через глотку способствует газообмену в кровеносных сосудах, расположенных в жаберных перегородках. На капилляры эти сосуды не распадаются, что свидетельствует о второстепенности дыхательной функции глотки. У более высокоорганизованных хордовых начиная с рыб пищеварительная и дыхательная функции осуществляются специализированными системами, объединенными анатомически общей полостью рта и глотки, а также развитием из общего энтодермального зачатка. Тесная связь обеих систем в филогенезе определяется в первую очередь их топографическими и динамическими координациями, а развитие в онтогенезе — морфогенетическими и эргонтическими корреляциями. Пищеварительная и дыхательная системы хордовых в эмбриогенезе закладываются вначале в виде прямой трубки. Ротовая полость частично выстлана мерцательным эпителием, который вместе с таким же эпителием глотки создает постоянный ток воды в кишечную трубку, несущую пищевые частицы и кислород. Ротовое отверстие позвоночных окружено кожными складками — губами Глотка выполняет две функции: дыхательную и пищеварительную. У ланцетника она пронизана большим количеством жаберных щелей (более 150 пар). У рыб жаберные щели в количестве 5—7 закладываются как слепые парные выросты глотки — жаберные мешки. Навстречу им выпячиваются кожные покровы — жаберные карманы. В месте их соприкосновения происходит прорыв тканей эктодермы кожи и энтодермы глотки и возникают сквозные жаберные щели. У личинок земноводных в глотке образуется четыре пары жаберных щелей, а у пресмыкающихся прорыв их происходит только в эмбриональном развитии; вскоре после этого они зарастают. У млекопитающих в эмбриогенезе начинается закладка глоточных мешков и жаберных карманов, которые в норме никогда не прорываются и не образуют жаберных щелей. Жабры – наиболее ранние специализированные органы дыхания, появляющиеся среди хордовых впервые у рыб. Они представляют собой тонкие складки слизистой оболочки глотки, лежащие на жаберных дугах, снабжаемые венозной кровью через жаберные артерии и распадающиеся здесь на капилляры. У кистеперых позади последней жаберной дуги рыб за счет выпячивания вентральной стороны глотки формируется парное образование — плавательный пузырь, который выполняет в первую очередь гидростатические функции, уравновешивая тело рыбы в толще воды. Связь между ним и глоткой, имеющаяся в эмбриогенезе, не прерывается и позже, поэтому воздух при попадании в глотку может беспрепятственно проходить в плавательный пузырь. Эта морфофизиологическая особенность при изменении условий существования кистеперых рыб явилась предпосылкой преобразования плавательного пузыря в легкие. У земноводных, связанных по происхождению с кистеперыми рыбами, в личиночном состоянии функционируют жабры, а во взрослом — органами дыхания становятся легкие. В связи с отсутствием грудной клетки и диафрагмы воздух в них попадает из ротовой полости за счет глотательных движений, осуществляющихся подбородочно- подъязычной мышцей. Материал жаберных дуг, следующих за подъязычной дугой, частично редуцируясь, входит в состав хрящей гортани, которая, появляясь впервые у земноводных, является первым органом, относящимся к нижним дыхательным путям. Легкие начинаются непосредственно от гортани. Они крупноячеисты и имеют относительно малую дыхательную поверхность, в связи с чем газообмен в большей степени осуществляется через кожные покровы. Пресмыкающиеся, вышедшие на сушу окончательно, имеют как верхние дыхательные пути (не полностью отграниченную от ротовой полости полость носа), так и нижние — гортань, трахею и бронхи. Их легкие мелкоячеисты, содержат многочисленные внутренние перегородки и обладают большой дыхательной поверхностью. Впервые появляется диафрагма, которая в дыхании принимает скорее пассивное участие, так как она либо лишена мышечных элементов, либо разделяет грудную и брюшную полости не полностью. Механизм дыхания основан на сокращении межреберных мышц, приводящих в движение грудную клетку. У |