9 біологія №5 "Еволюційні фактори"

Тема уроку: Еволюційні фактори. Механізми первинних еволюційних змін.

 Сонечко двокрапкове має дві форми – чорну і червону. Науковці вивчали співвідношення червоних і чорних форм і встановили, що восени в популяціях переважає червона форма. Червоні сонечка краще розмножуються. Навесні у великій кількості трапляються чорні: чорні: вони краще зимують. 

Як ви гадаєте, чому? (Забарвлення пов’язане з обміном речовин. Чорні сонечка холодостійкіші, а червоні – плодючі.)

Складаємо опорний конспект

Еволюційні чинники - це зовнішні та внутрішні впливи, які приводять до еволюційних змін організмів та угруповань. поділяються на рушійні та елементарні.

Згідно із сучасними еволюційними поглядами чинники еволюції поділяють на рушійні та елементарні. Рушійні чинники еволюції мають спрямований закономірний характер, а елементарні – є чинниками-постачальниками еволюційного матеріалу та створюють умови перебігу еволюційних змін.

Елементарні чинники еволюції – це впливи, що спричиняють еволюційні зміни біосистем і мають неспрямований випадковий характер.

Ізоляція – виникнення будь-яких перешкод, що порушують вільне схрещування й обмін спадковою інформацією.

Географічна ізоляція є наслідком розмежування різних популяцій одного виду фізичними бар’єрами (горами, річками та ін.) Наприклад якщо річка чи гірський хребет виникають на території між двома популяціями рівнинного виду, нездатного плавати чи літати, або коли один лісовий масив поділяється на два степом).

Екологічна ізоляція пов’язана з розмежуванням різних популяцій одного виду різними екологічними умовами середовища існування. Вона буває трофічною, сезонною, етологічною та генетичною. Відомі раси жука горохової зернівки, одні з яких живляться бобами гороху, інші - квасолі тощо. В період розмноження внаслідок різного просторового розміщення кормових рослин ці раси між собою не контактують.

Сезонна (часова) ізоляція спостерігається у разі розмноження особин одного виду в різні терміни. Наприклад, лучні трави одного виду цвітуть залежно від часу припинення весняної повені: особини, що довше перебували під водою, цвітуть пізніше від тих, які взагалі не затоплювались чи підлягали дії повені короткий час.

Етологічна (поведінкова) ізоляція залежить від особливостей поведінки організмів. Наприклад, в озері Севан (Вірменія) мешкає кілька стад форелі, які живляться разом, однак кожне стадо на нерест відправляється в певну річку, чим і досягається репродукційна ізоляція.

Генетична ізоляція, або несумісність статевих клітин, виникає внаслідок того, що обмін спадковою інформацією можливий лише між певними особинами. Наприклад, в інфузорії-туфельки нараховують кілька десятків «статей», які можуть кон'югувати між собою лише в певних комбінаціях. Особина кожної «статі» виділяє особливу речовину, яка діє на специфічні рецептори поверхневої структури клітини другої «статі». Копуляція можлива лише за умов взаємної відповідності цих речовин і рецепторів. Якщо штучно ввести генеративне ядро однієї особини туфельки всередину іншої, несумісної з нею, ці ядра не зливаються і гинуть.

Різні форми ізоляції діють незалежно одна від одної і можуть бути в різних комбінаціях представлені в популяціях одного і того ж виду.

Еволюційне значення ізоляції полягає в тому, що за відсутності обміну алелями між популяціями, в генофонді кожної з них виникають різні мутації та змінюються частоти зустрічальності алелей, унаслідок чого популяції пристосовуються до умов довкілля незалежно одна від одної. Отже, ізоляція - це необхідна умова виникнення дивергенції, або розходження ознак, усередині одного виду.

Хвилі життя, або популяційні хвилі, – періодичні або неперіодичні випадкові коливання чисельності популяцій. Еволюційне значення популяційних хвиль полягає в тому, що вони сприяють зміні частоти алелей і генотипів. У разі різкого скорочення чисельності популяції особини, які випадково залишилися живими, можуть мати рідкісні генотипи.

 Наприклад, під час суворої зими вимерзають організми верхніх шарів грунту і залишаються лише ті з них, які випадково потрапили в місця з менш інтенсивним замерзанням (наприклад, у затишку, де вітер не здуває сніг, тощо).

Дрейф генів (генетичний дрейф) – це випадкова і неспрямована зміна частот зустрічальності алелів у популяції.  Отже, дрейф генів не має пристосувального характеру. Одна з причин дрейфу генів - це хвилі життя, бо при зниженні чисельності популяцій зменшується резерв спадкової інформації і зростає ймовірність переходу рецесивних генів у гомозиготний стан. У свою чергу, це спричиняє загибель особин, у яких проявляються шкідливі рецесивні фени, і подальшу зміну генофонду популяції. У разі зростання чисельності особин також спостерігається перерозподіл генів і зміна їхньої частоти зустрічальності внаслідок випадкових схрещувань, однак при цьому резерв мінливості популяції збільшується.

Ефект генетичного дрейфу є найбільшим у невеликих популяціях.

Припустімо, що в озері була велика популяція жаб, які мали різноманітне забарвлення тіла. Потім почався період засухи, у результаті чого частина жаб загинула, а вижити змогли лише одиниці, що переховувались у маленьких калюжах. Після сезону дощів озеро наповнилося водою, і популяція жаб відновила свою чисельність. Проте, як ви явилося, різноманіття забарвлення шкіри в популяції значно зменшилося! Це було пов’язано зовсім не з тим, що жаби якогось певного кольору краще переносять засуху, а з випадковістю: усі жаби, що вижили, виявилися зеленими. У сусідньому озері це могли бути бурі жаби, а ще в одному — жовті.

Найяскравіший приклад — північні морські слони. Під час безжального винищення у XVIII столітті їхня популяція скоротилася приблизно до 20 особин. Після цього було вжито заходів щодо охорони морських слонів, і зараз їхня популяція налічує понад 200 тисяч особин. Проте генетичне різноманіття через дрейф генів дуже невелике. Це спричиняє серйозні побоювання щодо збереження виду в майбутньому, оскільки генетичне різноманіття є основою виживання в умовах, що змінюються.

Дрейф генів як фактор еволюції має особливе значення для організмів під час освоєння нових територій, наприклад островів. Як правило, на них потрапляє незначна кількість особин одного виду з різними генотипами, і тому генофонд такої популяції з покоління в покоління все більше відрізнятиметься від генофондів вихідних популяцій. Під час дрейфу генів певні поєднання алелей виявляються корисними, і надалі зміни генофондів мають тільки пристосувальний характер.

Рушійні чинники еволюції – чинники, які спрямовують різні елементарні зміни, що виникли внаслідок мутацій, у бік формування пристосувань організмів до змін умов довкілля. Рушійною силою еволюції є природний добір як наслідок боротьби за існування в різних її формах. Боротьба за існування – складні й різноманітні відносини особин усередині видів, між видами та з неорганічною природою.

Природний добір – процес, унаслідок якого виживають і лишають після себе потомство переважно особини з корисними в даних умовах спадковими змінами. Цей чинник еволюції завжди має спрямований характер, удосконалює пристосування до умов існування, діє на всі організми в будь-якому віці. Залежно від спрямування адаптаційних змін природний добір може бути рушійним, стабілізуючим і розриваючим.

Користуючись текстом нижче, заповнюємо таблицю

Ознака	Стабілізуючий	Рушійний	Розриваючий
Умови дії середовища
Вплив на фенотип
Результат
Приклад

Стабілізу́ючий добі́р — форма природного добору, що забезпечує переважне виживання і розповсюдження в природі особин з нормальними (середніми) ознаками. Стабілізуючий добір підтримує норму реакції популяції або виду, що раніше склалася, захищає і стабілізує їхній нормальний тип розвитку. При стабілізуючому доборі організми, ознаки яких близькі до середнього значення для даної популяції, мають більшу пристосованість до умов середовища, ніж особини з крайнім виявленням ознаки.  Проявляється у відносно постійних умовах довкілля. Він підтримує сталість певного фенотипу, найвідповіднішого навколишньому середовищу, й унеможливлює будь-які зміни, як менш адаптивні, звужуючи норму реакції (тобто, межі модифікаційної мінливості). Після снігопаду і сильних вітрів у Північній Америці було знайдено 136 оглушених і напівживих хатніх горобців: 72 вижили, а 64 загинули. У загиблих були дуже довгі або дуже короткі крила. Особини з середніми крилами виявилися витривалішими.

Рушійний, або спрямований добір  відбувається за умови повільних змін умов довкілля у певному напрямку або під час пристосувань організмів до нових умов у разі розширення ареалу. У цьому випадку особини з ознаками, які відхиляються в певний бік від середнього значення, отримують переваги; інші варіації ознаки (її відхилення у протилежний бік від середнього значення) піддаються елімінації. У результаті в популяції від покоління до покоління відбувається зсув середньої величини ознаки в певному напрямку — змінюється норма реакції. Таким чином, рушійний добір проявляється у вигляді стійкої та, певною мірою, спрямованої зміни частот алелей (генотипів, фенотипів) в популяції. У той же час тиск рушійного відбору повинен відповідати пристосувальним можливостям популяції і швидкості мутаційних змін (в іншому випадку тиск середовища може призвести до вимирання).

Наприклад, різке підвищення частки особин з темнішим забарвленням в тих популяціях комах (наприклад, метеликів), які мешкають в промислових районах. Через промисловий вплив стовбури дерев стають значно темнішими, а також гинуть світлі лишайники, через що світлі метелики стають краще помітними для птахів, а темні — гірше.

Після побудови молу в гавані Плімут [(CША]) швидкість циркуляції води уповільнилася, що призвело до її більшої каламутності. При цьому замість особин крабів з широким головогрудним щитком більшого поширення набули краби з вузьким щитком. Досліди в акваріумі підтвердили припущення, що у останніх зябра більш захищені та вони краще виживають у каламутній воді.

Дизрупти́вний (розрива́ючий) добі́р — форма природного добору, яка проявляється у знищенні особин із середньою нормою реакції та збереженні крайніх відхилень від неї.

Дія дизруптивного добору відбувається тоді, коли умови зовнішнього середовища настільки змінились, що основна маса виду втрачає адаптивність, а переваг набувають особини з крайніми відхиленнями від середньої норми. Саме ці відхилення і відіграють адаптивну роль у нових умовах. Кількість таких форм швидко збільшується і на базі одного виду внаслідок дивергенції формується декілька нових.

Наприклад, у популяціях комах океанічних островів, де постійно дме сильний вітер, є особини без крил або з дуже добре розвиненими крильми, які здатні протистояти здуванню, а комахи з середнім ступенем розвитку крил зникли. Отже, цей добір сприяє виникненню кількох фенотипних форм у популяції (поліморфізму), що забезпечує її пристосування до нестабільних умов довкілля.
Для закріплення перегляньте відео урок

ВІДЕОУРОК

Пройдіть тест за посиланням нижче

https://forms.gle/ZnrFHMMpXbs51KLt5