Понятия о микроэволюции. Популяция как элементарная единица эволюции

ФГОУ ВПО «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия».

 

 

 

 

Реферат

по биологии.

Тема: «Понятия о микроэволюции. Популяция как элементарная единица эволюции. Наследственная изменчивость и элементарные факторы эволюции: мутационный процесс, популяционные волны и изоляция».

 

 

 

                                           Выполнила: студентка технологического

                                              факультета ветеринарно-санитарной

    экспертизы                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
                                              группа:15 «А»    Лопатина Алена Андреевна

                                           Проверила: Сальникова Софья Ивановна.

 

                        

 

                                  

 

Ярославль, 2012г

 

 

Содержание:

1.Понятие о микроэволюции.

2.Популяция как элементарная  единица эволюции.

3.Наследственная изменчивость.

4.Мутационный процесс.

5.Популяционные волны.

6.Изоляция.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ПОНЯТИЕ  О МИКРОЭВОЛЮЦИИ.

Микроэволюция — эволюционные изменения, которые идут внутри вида и приводят к его дифференцировав, завершаясь видообразованием.

Термин микроэволюция  ввел в биологию в 1938 г. русский генетик II. В. Тимофеев-Ресовский. В результате микроэволюции образуются популяции, подвиды и виды. Генофонд (лат. gems — "род, происхождение", фр. fond — "основание") — совокупность (комплекс) всех генов  группы популяции или вида и изменение  популяции в результате естественного  отбора.

2.ПОПУЛЯЦИЯ  КАК ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЭВОЛЮЦИИ.

Популяция как эволюционная и пространственная единица вида. Популяция (от лат. populus — народ, население) — совокупность особей одного вида более или менее длительно  занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение  большого числа поколений. Это элементарная эволюционная и одновременно основная пространственная единица вида. Целостность  популяции   как   эволюционной   единицы   обусловлена прежде всего той или иной степенью панмиксии (свободного скрещивания), которая в пределах популяции выше, чем между соседними популяциями. Таким образом, популяция является далее неделимо инволюционной единицей, обладающей собственной «эволюционной судьбой», которой не обладают ни отдельные особи, ни случайно возникшие кратковременные группы из немногих особей. Эволюция популяции как целостной единицы вида осуществляется на определенном пространстве, ограниченном изоляционными барьерами, которые препятствуют панмиксии с особями соседних популяций. Следует подчеркнуть, что не всякая изолированная группа особей является популяцией. Важно, чтобы них была и общая эволюционная история.

Несмотря на свою целостность, популяция генетически неоднородна. Основные признаки вида в популяции  закреплены   наследственно. Совокупность всех генов, сосредоточенных в хромосомах данного организма, называется генотипом. Он представляет собой систему, контролирующую  развитие,  строение и жизнедеятельность  организма. Элементарные признаки организма, определяющие  его  индивидуальные особенности  строения  и жизнедеятельности  (морфологические, физиологические  и поведенческие), которые зависят  от взаимодействия генотипа с условиями  среды, называются фенотипом. Элементарная вариация признака или свойства, в доступном для    исследования   достаточно большом   количестве особей  далее  не  подразделяемая,  называется  феном. Так, в крыльях стрекоз ячейки, обычно имеют четырехугольную форму, но изредка встречаются треугольные; треугольные и четырехугольные формы ячеек могут считаться фенами.

Совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции, называется генофондом популяции. Популяции в пространстве географически и экологически изолированы. Географическими границами являются, например, горные системы и водные пространства для сухопутных животных, большие участки суши для водных животных. Экологическая изоляция популяции определяется факторами среды (климатическими, эдафическими  и  др.).  Различают следующие популяции: у растений - климатические и эдафические, у животных — соответственно географические и экологические, а также ценотические (элементарные) у растений и животных в пределах сообществ.

Географическая и экологическая  изоляция обеспечивает накопление определенного  набора генов в каждой популяции.  Так,  при  проникновении особей  какой-либо популяции вида на изолированные острова с различными природными условиями в процессе размножения на заселенных островах  наследуются одни признаки, на полностью безлесных — другие. Исходная популяция в генном отношении дифференцируется, и набор генов в каждой возникающей новой популяции вида будет неполным. Например, у двукрылых (мухи) на безлесных островах с сильными ветрами утратится функция крыльев, а сами крылья редуцируются. Это происходит по той причине, что генотип определяет наследование не конкретных признаков, а норму реакции организма на все возможные условия среды. У каждой отдельной особи своя реакция на изменение экологических факторов, которая отражается в генофонде популяции.

Наличие у популяции генетических характеристик, непосредственно связанных  с ее экологией, обеспечивает выживаемость особей, которые лучше адаптируются к различной среде, а также  создает резерв наследственной изменчивости: преимущество в размножении получают более приспособленные к неоднородной окружающей среде особи. Естественный отбор и представляет собой генетический механизм изоляции популяций. Экологические  особенности. К экологическим особенностям популяции относятся: ее местообитание и экологическая ниша, плотность, типы пространственного размещения и расселения, а также отношения между особями в популяции и между популяциями в биоценозе.

3.НАСЛЕДСТВЕННАЯ  ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций в последующих скрещиваниях.

В каждой достаточно длительно  существующей совокупности особей спонтанно  и ненаправленно возникают различные  мутации, которые в дальнейшем комбинируются  более или менее случайно с  разными уже имеющимися в совокупности наследственными свойствами.

Изменчивость, обусловленную  возникновением мутаций, называют мутационной, а обусловленную дальнейшим перекомбинированием генов в результате скрещивания — комбинационной.

Роль в  эволюции:

На наследственной изменчивости основано всё разнообразие индивидуальных различий, которые включают:

-Как резкие качественные различия, не связанные друг с другом переходными формами, так и чисто количественные различия, образующие непрерывные ряды, в которых близкие члены ряда могут отличаться друг от друга сколь угодно мало;

-Как изменения отдельных признаков и свойств (независимая изменчивость), так и взаимосвязанные изменения ряда признаков (коррелятивная изменчивость);

-Как изменения, имеющие приспособительное значение (адаптивная изменчивость), так и изменения «безразличные» или даже снижающие жизнеспособность их носителей (неадаптивная изменчивость).

Все эти типы наследственных изменений составляют материал эволюционного процесса индивидуальном развитии организма проявление наследственных признаков и свойств всегда определяется не только основными, ответственными за данные признаки и свойства генами, но и их взаимодействием со многими другими генами, составляющими генотип особи, а также условиями внешней среды, в которой протекает развитие организма.

Неоспоримо важна точность при передаче генетической информации в ряду поколений, однако чрезмерная консервация генетической информации, заключенной в отдельных генетических локусах, может быть вредной для  организма и вида в целом.

Эволюционно сложившиеся  отношения между точностью функционирования генетических систем и частотой ошибок, возникающих при воспроизведении  генетической информации отдельных  генетических локусов, четко сбалансированы между собой, и уже установлено, что в ряде случаев являются регулируемыми. Запрограммированные и случайные  наследуемые изменения генома, называемые мутациями, могут сопровождаться колоссальными  количественными и качественными  изменениями в экспрессии генов.

4.МУТАЦИОННЫЙ  ПРОЦЕСС.

Изменения наследственного  материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций  происходят постоянно. Особое место  принадлежит генным мутациям. Они  приводят к возникновению серий  аллелей и, таким образом, к разнообразию содержания биологической информации.

Вклад мутационного процесса в видообразование носит двоякий  характер. Изменяя частоту одного аллеля по отношению к другому, он оказывает на генофонд популяции прямое действие. Еще большее значение имеет формирование за счет мутантных аллелей резерва наследственной изменчивости. Это создает условия для варьирования аллельного состава генотипов организмов в последовательных поколениях путем комбинативной изменчивости. Благодаря мутационному процессу поддерживается высокий уровень наследственного разнообразия природных популяций. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразования он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов.

Хотя отдельная мутация  — событие редкое, общее число  мутаций значительно. Допустим, что  некая мутация возникает с  частотой 1 на 100 000 гамет, количество локусов  в геноме составляет 10 000, численность  особей в одном поколении равна 10 000, а каждая особь производит 1000 гамет. При таких условиях по всем локусам за поколение в генофонде вида произойдет 106 мутаций. За среднее время существования вида, равное нескольким десяткам тысяч поколений, количество мутаций составит 1010. Большинство мутаций первоначально оказывает на фенотип особей неблагоприятное действие. В силу рецессивности мутантные аллели обычно присутствуют в генофондах "популяций в гетерозиготных по соответствующему локусу генотипах.

Благодаря этому достигается  тройственный положительный результат:

1) исключается непосредственное  отрицательное влияние мутантного  аллеля на фенотипическое выражение признака, контролируемого данным геном;

2) сохраняются нейтральные  мутации, не имеющие приспособительной  ценности в настоящих условиях  существования, но которые смогут  приобрести такую ценность в  будущем; 

3) накапливаются некоторые  неблагоприятные мутации, которые  в гетерозиготном состоянии нередко  повышают относительную жизнеспособность  организмов (эффект гетерозиса).

 Таким образом создается резерв наследственной изменчивости популяции.

Доля полезных мутаций  мала, однако их абсолютное количество в пересчете на поколение или  период существования вида может  быть большим. Допустим, что одна полезная мутация приходится на 1 млн. вредных. Тогда в рассматриваемом выше примере среди 106 мутаций за одно поколение 104 будет полезной. За время существования вида его генофонд обогатится 104 полезными мутациями.

Мутационный процесс, выполняя роль элементарного эволюционного фактора, происходит постоянно на протяжении всего периода существования жизни, а отдельные мутации возникают многократно у разных организмов. Генофонды популяций испытывают непрерывное давление мутационного процесса. Это обеспечивает накопление мутаций, несмотря на высокую вероятность потери в ряду поколений единичной мутации.

 

 

 

 

 

5.ПОПУЛЯЦИОННЫЕ  ВОЛНЫ.

Популяционными волнами  или волнами жизни (С.С. Четвериков) называют периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях. Это явление распространяется на все виды животных и растений, а также на микроорганизмы. Причины колебаний часто имеют экологическую природу. Так, размеры популяций «жертвы» (зайца) растут при снижении давления на них со стороны популяций «хищника» (рыси, лисицы, волка). Отмечаемое в этом случае увеличение кормовых ресурсов способствует росту численности хищников, что, в свою очередь, интенсифицирует истребление жертвы (рис. 11.1).

Вспышки численности организмов некоторых видов, наблюдавшиеся  в ряде регионов мира, были обусловлены  деятельностью человека. В XIX—XX вв. это относится к популяциям кроликов в Австралии, домовых воробьев в  Северной Америке, канадской элодеи в Евразии. В настоящее время  существенно возросли размеры популяций  домовой мухи, находящей прекрасную кормовую базу в виде разлагающихся  пищевых отбросов вблизи поселений  человека. Напротив, численность 12 популяций  домовых воробьев в городах падает вследствие прекращения широкого использования  лошадей. Масштабы колебаний численности  организмов разных видов варьируют. Для одной из зауральских популяций  майских жуков отмечены изменения  количества особей в 10⁶ раз.

Численность особей выражена в процентах к минимальному из зарегистрированных значений, принятому за 100%.

Изменение генофондов популяций  происходит как на подъеме, так и  на спаде популяционной волны. При  росте численности организмов наблюдается  слияние ранее разобщенных популяций  и объединение их генофондов. Так как популяции по своему генетическому составу уникальны, в результате такого слияния возникают новые генофонды с измененными по сравнению с исходными частотами аллелей. В условиях возросшей численности интенсифицируются межпопуляционные миграции особей, что также способствует перераспределению аллелей. Рост количества организмов обычно сопровождается расширением занимаемой территории.

На гребне популяционной  волны некоторые группы особей выселяются за пределы ареала вида и оказываются  в необычных условиях существования. В таком случае они испытывают действие новых факторов естественного  отбора. Повышение концентрации особей в связи с ростом их численности  усиливает внутривидовую борьбу за существование.

При спаде численности  наблюдается распад крупных популяций. Возникающие малочисленные популяции  характеризуются измененными генофондами. В условиях массовой гибели организмов редкие мутантные аллели могут быть генофондом потеряны. При сохранении редкого аллеля его концентрация в генофонде малочисленной популяции автоматически возрастает. На спаде волны жизни часть популяций, как правило, небольших по размерам, остается за пределами обычного ареала вида. Чаще они, испытывая действие необычных условий жизни, вымирают. Реже, при благоприятном генетическом составе, такие популяции переживают период спада численности. Будучи изолированными от основной массы вида, существуя в необычной среде, они нередко являются родоначальниками новых видов.