14.04.21 г. 305

ГРУППА 305

ТЕМА 1:Видообразование – результат эволюции. ТЕМА 2:Основные направления эволюционного процесса. Л.Р.№3 «Ароморфозы и идиоадаптации организмов».

Процесс образования видов осуществляется в результате взаимодействия элементарных эволюционных факторов: мутаций, дрейфа генов, естественного отбора, волн жизни и изоляции.

Формы видообразования:

1. дивергентное (истинное) видообразование — разделение первоначально единого вида на два или более новых. Механизм: изоляция между популяциями — накопление генетических изменений — появление репродуктивной изоляции (невозможности скрещиваться);
2. филетическое видообразование — постепенное превращение во времени одного вида в другой. Механизм: изменения условий среды захватывают весь ареал — накопление наиболее выгодных изменений у всех популяций вида;
3. путём гибридизации (гибридогенное) — скрещивание популяций разных видов на территории пересечения их ареалов.

Основные способы видообразования:

1 — филетическое

2 — путём гибридизации (гибридогенное)

3 — дивергентное (истинное)

 

 

Дивергентное видообразование

При разделении одного вида на два и более новых различают два основных механизма видообразования — аллопатрическое и симпатрическое.

Аллопатрическое (географическое) видообразование происходит при географической изоляции между популяциями или вследствие резких отличий в окружающей среде внутри вида.

Симпатрическое (экологическое) видообразование: новый вид образуется внутри ареала исходного вида. С самого начала изоляция является генетической. Такое положение создаётся в результате полиплоидии вследствие нарушений нормального хода мейоза, при крупных хромосомных перестройках или межвидовой гибридизации.

Аллопатрическое видообразование

Аллопатрическое (географическое) видообразование, как правило, происходит медленно и даёт виды, отличающиеся по морфофизиологическому критерию от вида-родоначальника. 

3. Механизм аллопатрического видообразования:

8. Возникновение географической преграды (реки) приводит к возникновению изолятов — географически изолированных популяций.

1. Каждый изолят будет эволюционировать независимо от других популяций. В изолированных частях будут накапливаться новые генотипы и фенотипы. Особи в разных частях ранее единого ареала могут изменить свою экологическую нишу.
5. Накопленные изменения в генотипе приводят к репродуктивной изоляции.

В Австралии обитает роскошный горный попугай Polytelis anthopeplus (Lear). В условиях засушливого периода единый ареал разделился пустыней Викторией на два разобщённых между собой ареала — на юго-востоке и юго-западе Австралии. В настоящее время оба подвида отличаются по своему поведению и местообитанию (этологический и экологический критерии). Восточно-австралийская популяция (Polytelis anthopeplus anthopeplus) избегает соседства с человеком и держится в степях с отдельно стоящими колками густых кустарников. Западно-австралийская популяция горного попугая (Polytelis anthopeplus monarchoides), наоборот, охотно заселяет культурный ландшафт и настолько увеличилась в числе, что наносит ощутимый вред полям пшеницы. 

     

Так как между географическими популяциями попугаев не происходит обмена генетической информацией, в будущем возможно возникновение репродуктивной изоляции и, следовательно, видообразования.

Большинство видов, особенно животных, возникают именно аллопатрическим путем.

симпатрическое видообразование

Симпатрическое (экологическое) видообразование происходит на одной территории  и связано с появлением в популяции нескольких групп, особи которых не могут скрещиваться между собой.
Симпатрический путь относительно быстрый и, как правило, даёт виды, близкие к исходному по морфофизиологическим показателям.

Симпатрический путь видообразования у паразитов часто связан с освоением популяцией новых хозяев. Анализ генного состава и межхромосомных различий между человеком и человекообразными обезьянами даёт повод предположить, что разделение этих двух ветвей могло идти симпатрическим путем.
Классическим примером симпатрического видообразования является сверхбыстрая дивергенция рыб-цихлид больших африканских озёр — Малави, Танганьика и Виктория.  Озёра имеют разный возраст, но все они относительно молоды. Каждое озеро изначально было заселено небольшим числом видов рыб, которые стали быстро дивергировать, причём эволюция в каждом озере шла в значительной мере независимо. В озере Танганьика 250 видов цихлид образовалось за 12−15 млн лет, в Малави — 500 видов менее чем за 5 млн лет. Рекордная скорость видообразования зафиксирована в самом молодом озере, Виктории, где на формирование 500 эндемичных видов ушло, по разным оценкам, от 15 до 100 тысяч лет.  Как обычно бывает в подобных случаях, освоение сходных ниш вело к независимому появлению сходных жизненных форм в разных озёрах.

В природе разные виды африканских цихлид обычно не скрещиваются между собой. Репродуктивная изоляция обеспечивается в основном брачными предпочтениями. По-видимому, одним из главных факторов, обеспечивших быстрое видообразование у цихлид, был половой отбор.

Также симпатрическим путём возник новый вид цихлиды в озере Апойо, Никарагуа — учёным удалось показать, что и исходный вид, и новый являются потомками одной когда-то попавшей в это озеро самки (или немногих самок, но митохондриальные ДНК их не сохранились). 
Симпатрическое видообразование, сопровождавшееся дивергенцией по времени цветения, произошло у пальм рода Howea на маленьком вулканическом островке недалеко от Австралии. Один вид этих пальм цветёт в среднем на 6 недель раньше другого. Дизруптивный (разрывающий) отбор, особенно по признакам, связанным с размножением, считается одним из важнейших механизмов симпатрического видообразования. 

Репродуктивная изоляция двух видов ворон — серой и чёрной — обеспечивается мутациями участка хромосомы, отвечающего за цвет оперения и поведение птицы. На границе ареалов происходит гибридизация видов.

   Серая и чёрная вороны

Ареалы серой (слева) и чёрной (справа) ворон.

У видов с половым размножением симпатричеcкое видообразование без географической изоляции происходит довольно редко, т. к. новые мутации либо распространяются в популяции (при возможности скрещивания с особью-мутантом), либо уходят вместе с гибелью носителя (при невозможности скрещивания с особью-мутантом).

Однако у организмов, размножающихся бесполым путем, в том числе у высших растений с вегетативным размножением, один мутант (например, полиплоид), достаточно отличающийся от родительской популяции, чтобы быть генетически изолированным, может дать начало новому виду. 

Вариантами симпатрического видообразования являются полиплоидия и гибридизация.

Полиплоидия — тип геномной мутации: увеличение числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному (одинарному) числу хромосом. 

Так, разные виды пшениц составляют ряд с наборами 14, 28, 42 хромосомы. В клетках дикого хлопчатника 26 хромосом, культурного — 52.

Гибридизация — скрещивание организмов разных видов, т. е. объединение различных геномов в одной особи (гибриде).

Культурная слива возникла путем гибридизации тёрна с алычой. Другим примером гибридогенного вида является рябинокизильник, распространённый в лесах центральной Сибири.

Рябинокизильник — природный гибрид рябины и кизила.

ТЕМА 2:Основные направления эволюционного процесса. Л.Р.№3 «Ароморфозы и идиоадаптации организмов». 

Учение о направлениях эволюционного процесса было разработано русским учёным А. Н. Северцовым.

Биологический прогресс — направление эволюции, характеризующееся повышением приспособленности систематической группы живых организмов к среде обитания.

Критерии биологического прогресса:

• увеличение численности особей;
• расширение ареала;
• увеличение числа таксонов (популяций, подвидов, видов и т. д.).

Биологический прогресс — это результат успеха систематической группы в борьбе за существование. Он обеспечивается появлением новых приспособлений, полезных в данной среде обитания. Организмы выживают и размножаются, что приводит к увеличению численности и освоению новых мест обитания. Возникают новые популяции. Они подвергаются действию разнонаправленного естественного отбора и постепенно превращаются в новые виды, виды — в роды, роды — в семейства и так далее. Происходит увеличение числа таксономических групп и их совершенствование.

 

В состоянии прогресса в настоящее время находятся многие сорняки (одуванчик, пырей, марь белая), вредители сельскохозяйственных культур (колорадский жук, фитофтора). Их прогресс связан с деятельностью человека.  

 

Биологический прогресс достигается тремя путями: повышением организации и освоением новой среды обитания; приспособлением к новой среде и её заселением; понижением организации и освоением более простой среды.

 

 

Эволюционное изменение, ведущее к усложнению строения и функций организмов, повышающее общий уровень их организации, позволяющее освоить новую среду обитания — ароморфоз.

Ароморфозы привели к возникновению крупных систематических групп: типов, отделов, классов, некоторых отрядов.

  

Примеры ароморфозов у животных:

• двусторонняя симметрия тела;
• сквозной кишечник;
• трахейное дыхание у членистоногих;
• лёгочное дыхание у позвоночных;
• альвеолярные лёгкие;
• четырёхкамерное сердце;
• два круга кровообращения;
• теплокровность.

Примеры ароморфозов у растений:

• возникновение фотосинтеза;
• формирование тканей;
• возникновение листа, стебля, корня;
• появление семени;
• образование цветка и плода.

Эволюционное изменение, приспосабливающее организмы к конкретным условиям существования, но не повышающее общий уровень их организации — идиоадаптация (алломорфоз).

Идиоадаптации возникают на основе ароморфозов и позволяют систематической группе более полно заселить среду обитания. Приводят к возникновению видов, родов, семейств.

 

Примеры идиоадаптаций:

• разные типы листьев и стеблей у растений;
• разное строение цветков у растений;
• видоизменения побега растений;
• разные клювы у птиц;
• разная форма тела и окраска рыб;
• разные типы ротовых аппаратов насекомых.

 

Идиоадаптации ротовых органов насекомых

Упрощение строения организмов при переходе в более простую среду обитания — дегенерация.

Примеры общей дегенерации:

• упрощение нервной системы и органов чувств у паразитических червей;
• редукция пищеварительной системы у ленточных червей;
• редукция головы у двустворчатых моллюсков;
• исчезновение крыльев у некоторых паразитических насекомых;
• редукция листьев у паразитических растений.

 

Растение-паразит петров крест

 

Двустворчатый моллюск беззубка

Биологический регресс — направление эволюции, характеризующееся понижением приспособленности систематической группы живых организмов к среде обитания и её постепенным вымиранием.

Критерии биологического регресса:

• снижение численности особей в систематических группах; 
• сужение ареала;
• уменьшение числа таксонов (популяций, подвидов, видов и т. д.).

Виды, находящиеся в состоянии регресса, нуждаются в охране и занесены в Красную книгу. Это уссурийский тигр, бурый и гималайский медведи, чёрный аист, венерин башмачок, женьшень и многие другие.

 Лабораторная работа № 3 по биологии .

Тема: Ароморфозы (у растений) и идиоадаптации (у насекомых).

Цель: сформировать умение выявлять ароморфозы и идиоадаптации у растений и животных, объяснять их значение.

Оборудование: гербарные материалы водорослей, мхов, папоротникообразных, цветковых растений, веточки сосны или ели, коллекции насекомых.

Ход работы

1. Рассмотрите растения: водоросль, мох, папоротник, веточку сосны или ели, цветковое растение — назовите имеющиеся у них органы и заполни Таблицу 1.  Выявите черты усложнения в строении растений этих отделов и раскройте их значение. Определите, по какому направлению шла эволюция растений от водорослей до покрытосеменных.

2.Рассмотрите насекомых разных отрядов (чешуекрылые, прямокрылые, двукрылые и др.), выявите в их строении черты сходства и различия и заполни Таблицу 2. Сделайте вывод о направлении эволюции насекомых.

Таблица 1. Ароморфозы растений

растение	Органы растения
Ламинария	Слоевище, ризоиды.
Папоротник орляк	Корень, стебель, листья, споры.
Сосна крымская	Корень, стебель, листья, семена.
Лютик ползучий	Корень, стебель, листья, цветки, семена.

Ароморфозы – это существенные эволюционные изменения, повышающие уровень организации организмов.

Ароморфозы растений:

- появление корня;

- разделение тела на стебель и листообразные пластинки;

- возникновение оплодотворения, не связанного с водой;

- возникновение семенных зачатков;

- возникновение семени;

- возникновение хвои;

- появление шишки – видоизменённого побега;

- появление в цветках половых органов – мужских (антеридии) и женских (архегонии);

- появление способности к опылению насекомыми.

Вывод: эволюция растений от водорослей до покрытосеменных шла по направлению ароморфозов. В результате ароморфозов повышался уровень организации растений, образовывались новые классы растений, у растений появлялись значительные преимущества в борьбе за выживание и возможность перехода в другую среду обитания.

Таблица 2. Идиоадаптации у насекомых

Отряд насекомых	Части тела	Конечности	Крылья	Ротовой аппарат
двукрылые	Голова, грудь, брюшко.	3 пары ног	2 пары крыльев: передняя пара хорошо развита, задняя пара - жужжальца	Лижуще-сосущий (муха), колюще-сосущий (комар).
чешуекрылые	Голова, грудь, брюшко.	3 пары ног	2 пары крыльев, покрытых чешуйками	Сосущий (бабочка), грызущий (моль).
прямокрылые	Голова, грудь, брюшко.	3 пары ног	2 пары крыльев: передняя пара – надкрылья, задняя пара – широкие перепончатые крылья.	Грызущий (кузнечик).

 

Идиоадаптации – это прогрессивные, но незначительные эволюционные изменения.

Идиоадаптации у насекомых проявляются в различном строении ротовых аппаратов. Появление большого разнообразия видов насекомых – следствие их эволюционного развития по пути идиоадаптаций.

Вывод: в результате идиоадаптаций насекомые приспосабливались к среде обитания, образовывались новые виды, рода, семейства, отряды внутри класса. Уровень организации организмов не изменялся.