Роль факторов эволюции в видообразовании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пермский государственный медицинский университет

имени академика Е.А. Вагнера

Факультет педиатрии

Кафедра биологии, экологии и медицинской генетики

Реферат

На тему: Факторы эволюции. Действие факторов на популяции. Роль факторов эволюции в видообразовании

Выполнила

Хазова Юлия Александровна

Проверил:

Шавшукова Ольга Анатольевна

Пермь 2019



Оглавление

Введение

Глава 1. Факторы эволюции по Ч. Дарвину

Глава 2. Элементарные факторы эволюции

2.1 Мутационная и комбинативная изменчивость

2.2 Популяционные волны и дрейф генов

2.3 Изоляция

2.4 Естественный отбор

Заключение

Список использованных источников

Приложение



Введение

Эволюмция (от лат. evolutio -- развёртывание) -- процесс не онтогенетического развития, одноуровневой качественной трансформации и/или деградации, процесс структурного изменения чего-то от одного состояния к другому.

Теория эволюции занимает центральное положение в современной биологии, объединяя все ее области и являясь их общей теоретической основой. Не будет преувеличением сказать, что показателем научной зрелости конкретных биологических наук является, с одной стороны, их вклад в теорию эволюции, а с другой -- степень использования выводов последней в их научной практике (для постановки задач, анализа полученных данных и построения частных теорий). В то же время теория эволюции имеет важнейшее общее мировоззренческое значение: определенное отношение к проблемам эволюции органического мира характеризует различные общие философские концепции (как материалистические, так и идеалистические).

Хотя теория эволюции исторически сложилась на основе анализа данных различных биологических наук (палеонтологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, генетики, систематики, экологии, биогеографии, со второй половины XX в. молекулярной биологии и др.), в современной биологии выделилась область, специально изучающая механизмы и общие закономерности эволюционного процесса и представляющая собой, в сущности, особую биологическую науку. Эту дисциплину называют по-разному: эволюционное учение, дарвинизм (подчеркивая особое значение трудов Ч. Дарвина в создании эволюционной теории), эволюционистка. Эволюционистку можно определить, как биологическую науку, изучающую причины, движущие силы, механизмы и закономерности эволюции организмов.

Эволюция организмов представляет собой исторические преобразования всех уровней организации биологических систем -- от молекулярного до экосистемного, включая и биосферу в целом. Взаимосвязи разных уровней иерархической организации биологических систем имеют сложный и неоднозначный характер -- даже в пределах единого целостного организма, не говоря уже о надорганизменных системах (популяции, виды, биоценозы). Эволюционные преобразования разных уровней биологической организации происходят в определенной степени независимо друг от друга.

Для анализа эволюционного процесса часто используются понятия «эволюционные факторы», или «факторы эволюции», и «эволюционные механизмы».

Эволюционные факторы -- это любые явления или процессы, оказывающие какое-либо воздействие на эволюцию организмов (например, изменчивость организмов -- наследственная и ненаследственная, естественный отбор, изоляция популяций и др.). Эволюционные механизмы представляют собой способы действия и взаимодействия эволюционных факторов, которые определяют возникновение определенных эволюционных событий и закономерностей (например, механизмы видообразования, формирования адаптации, эволюционного прогресса и др.).

Ч. Дарвин считал наследственную изменчивость особей, борьбу за существование и естественный отбор главными движущими силами (факторами) процесса эволюции. В настоящее время исследования в области эволюционной биологии подтвердили справедливость этого утверждения и выявили ряд других факторов, которые играют важную роль в процессе эволюции.



Глава 1. Факторы эволюции по Ч. Дарвину

· Наследственность

· Изменчивость

· Борьба за существование

· Естественный отбор

Наследственность-способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки.

Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки.

Борьба за существование- весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями среды: с неживой природой(абиотические) и с другими организмами (биотическими).

Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды.

1. Внутривидовая -борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах.

2. Межвидовая- борьба между особями популяций разных видов.

Идет, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник-жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.

Естественный отбор-процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.

На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки

Синтетическая теория эволюции. В настоящие время общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ).

Таблица 1. Сравнительная хар-ка основных положений эволюционного учения Ч.Дарвина и синтетической теории эволюции.

Признаки	Эволюционная теория Ч. Дарвина	Синтетическая теория эволюции(СТЭ)
Основные результаты эволюции	1)Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2)повышение уровня организации живых существ; 3)увеличение многообразия организмов
Единица эволюции	Вид	Популяции
факторы	Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор	Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор
Движущий фактор	Естественный отбор
Трактовка термина естественный отбор	Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм	Избирательное воспроизводство генотипов
Формы естественного отбора	Движущий(и половой как его разновидность)	Движущий, стабилизирующий, дизруптивный

Заслуга Дарвина состоит в том, что он описал движущие силы эволюции и материалистически объяснил возникновение и относительный характер приспособленности естественных законов. Он научно обосновал взаимосвязь между изменчивостью, наследственностью и естественным отбором и на большом фактически материале показал, что главной движущей силой эволюции является естественный отбор. Современная эволюционная теория сложилась на основе теории Дарвина.



Глава 2. Элементарные факторы эволюции

Элементарный эволюционный процесс- изменение частот аллелей и генотипов в популяции.

Элементарные факторы эволюции- факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции, события и процессы, способствующие преодолению генетической инертности популяций и приводящие к изменению их генофондов

Основные элементарные факторы эволюции:

· Мутационный процесс;

· Популяционные волны и дрейф генов;

· Изоляция

· Естественный отбор

2.1 Мутационная и комбинативная изменчивость

Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций

Изменения наследственного материала половых клеток в виде генных, хромосомных и геномных мутаций происходят постоянно. Хотя отдельная мутация -- событие редкое, общее число мутаций значительно. Совокупность аллелей, возникающих в результате мутаций, составляет исходный элементарный эволюционный материал. В процессе видообразования он используется как основа действия других элементарных эволюционных факторов. В силу рецессивности (в основном) мутантные аллели обычно присутствуют в генофондах популяций в гетерозиготных по соответствующему локусу генотипах.

Благодаря этому достигается следующий результат:

1) исключается непосредственное отрицательное влияние мутантного аллея 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.

В человеческой популяции тоже возникают мутации.

Мутации - источник уникальности и генетического груза в популяции человека.

Мутационный процесс 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.

I. Комбинативная изменчивость

Возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрест хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.

2.2 Популяционные волны и дрейф генов

Популяционные волны

Популяционные волны -- (волны жизни) это эффективный фактор преодоления генетической инертности природных популяций. Вместе с тем их действие на генофонды не является направленным. В силу этого они, так же как и мутационный процесс, подготавливают эволюционный материал к действию других элементарных эволюционных факторов.

Популяционными волнами, или волнами жизни (С.С. Четвериков) называют периодические или апериодические колебания численности организмов в природных популяциях. 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.

Приложение 1

Вспышки численности организмов некоторых видов, наблюдавшиеся в ряде регионов мира, были обусловлены деятельностью человека. Например, увеличение популяции кроликов в Австралии.

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, то 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. эволюция популяция мутационный скрещивание

I. Дрейф генов

Случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращении кормовых ресурсов, пожара и т.д) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановиться за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяций.

Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.

2.3 Изоляция

Ограничение свободы скрещиваний (панмиксии) организмов называют изоляцией. Снижая уровень панмиксии, изоляция приводит к увеличению доли близкородственных скрещиваний. Изоляция является необходимым условием сохранения, закрепления и распространения в популяциях генотипов повышенной жизнеспособности.

В зависимости от природы факторов ограничения различают:

1. Географическую изоляцию, которая заключается в пространственном разобщении популяций благодаря особенностям ландшафта в пределах ареала вида. Пример: различия фенотипов улиток разных долин на Гавайских островах.

2. Биологическую изоляцию, которая возникает вследствие внутривидовых различий организмов и имеет несколько форм. К экологической изоляции приводят особенности окраски покровов или состава пищи, размножение в разные сезоны, у паразитов -- использование в качестве хозяина организмов разных видов. Длительная экологическая изоляция способствует дивергенции популяций вплоть до образования новых видов. Так, предполагают, что человеческая и свиная аскариды произошли от общего предка. Их расхождению, согласно одной из гипотез, способствовал запрет на употребление человеком в пищу свиного мяса, который по религиозным соображениям распространялся длительное время на значительные массы людей.

Этологическая (поведенческая) изоляция существует благодаря особенностям ритуала ухаживания, окраски, запахов, «пения» самок и самцов из разных популяций.

При физической изоляции препятствием к скрещиванию являются различия в структуре органов размножения или просто разница в размерах тела. Описанные формы изоляции, снижают, но не исключают полностью межпопуляционные скрещивания.

3. Генетическая (репродуктивная) изоляция создает более жесткие, иногда непреодолимые барьеры скрещиваниям. Она заключается в несовместимости гамет, гибели зигот непосредственно после оплодотворения, стерильности или малой жизнеспособности гибридов. Иногда разделение популяции сразу начинается с генетической изоляции. Но чаще генетическая изоляция развивается вторично вследствие углубления морфологических различий организмов из популяций, длительно разобщенных другими формами изоляции.

Изоляция в процессе видообразования взаимодействует с другими элементарными эволюционными факторами. Она усиливает генотипические различия, создаваемые мутационным процессом и генетической комбинаторикой. Возникающие благодаря изоляции внутривидовые группировки отличаются по генетическому составу и испытывают неодинаковое давление отбора.

2.4 Естественный отбор

Естественный отбор - процесс в результате которого выживают и оставляют после себя потомство наиболее приспособленные особи с полезными для популяции признакам.

Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование:

1. Внутривидовая борьба отражает конкуренцию между особями одного вида. В результате борьбы за существование гибнут слабые и больные, а за счёт их гибели сохраняется популяция и вид.

2. Межвидовая борьба за существование - это борьба за выживание между особями разных видов. Эта борьба носит сложный характер и проявляется в следующем:

- в конкуренции за условия существования (сорняки и культурные растения);

- в хищничестве - особи одного вида поедают особей другого вида;

- в паразитизме - использовании паразитами одного вида другой вид в качестве источника питания и среды обитания.

3. Борьба с неблагоприятными условиями среды выживания наиболее приспособленных особей в изменяющихся и экстремальных условиях. Как элементарный эволюционный фактор естественный отбор действует в популяциях. Отбор, сохраняющий определенные фенотипы, по своему направлению является положительным, тогда как отбор, устраняющий фенотипы из популяции-- отрицательным.

Различают три основных вида естественного отбора:

· Стабилизирующий

· Движущий

· Разрывающий (дизруптивный)

I. Стабилизирующий отбор сохраняет в популяции средний вариант фенотипа или признака. Он устраняет из репродуктивного процесса фенотипы, уклоняющиеся от сложившейся адаптивной «нормы», приводит к преимущественному размножению типичных организмов. При относительном постоянстве условий среды благодаря этой форме сохраняются результаты предшествующих этапов эволюции.

II. Движущий (направленный) отбор обусловливает последовательное изменение фенотипа в определенном направлении, что проявляется в сдвиге средних значений отбираемых признаков в сторону их усиления или ослабления. При смене условий обитания благодаря этой форме отбора в популяции закрепляется фенотип, более соответствующий среде. После того как новое значение признака придет в оптимальное соответствие условиям среды, движущая форма отбора сменяется стабилизирующей.

III. Дизруптивный (разрывающий) отбор сохраняет несколько разных фенотипов с равной приспособленностью. Он действует против особей со средним или промежуточным значением признаков. Дизруптивная форма отбора «разрывает» популяцию по определенному признаку на несколько групп. Она поддерживает в популяции состояние генетического полиморфизма.

В зависимости от формы отбор сокращает масштабы изменчивости, создает новую или сохраняет прежнюю картину разнообразия. Как и другие элементарные эволюционные факторы, естественный отбор вызывает изменения соотношений аллелей в генофондах популяций. Особенность его действия состоит в том, что эти изменения направленны. Отбор приводит генофонды в соответствие с критерием приспособленности. Результатом творческой роли отбора является процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации (арогенез), а в отдельных ветвях -- пути специализации (аллогенез).

Таким образом, в природе постоянно взаимодействуют все факторы эволюции. Мутационный процесс, комбинативная изменчивость, популяционные волны, дрейф генов, изоляция и естественный отбор способствуют изменению генетического состава популяции и приводит к разнообразию фенотипов, и неравнозначности особей в борьбе за жизнь. В результате отбора более благоприятные для популяции фенотипы сохраняются и передаются из поколения в поколение более адаптивные генотипы. Благодаря изоляции изменённые формы не скрещиваются с остальным населением вида, что и обеспечивает их дальнейшую стабилизацию. Следовательно, наследственные изменения (мутации и рекомбинации) служат материалом для эволюции, изоляция закрепляет различия, естественный отбор определяет размножение и гибель особей, а все вместе они обеспечивают изменение генетического состава популяций вплоть до образования новых видов.

Глава 3. Роль факторов эволюции в видообразовании

Образование из изолированных популяций новых видов. Между особями разных популяций внутри вида возможен процесс скрещивания и образования плодовитого потомства. Пока осуществляется поток генов между популяциями внутри вида, видовой генофонд является единой системой. Однако в результате изоляции популяций скрещивание между ними прекращается, обмена наследственной информацией не происходит и популяции становятся самостоятельными генетическими системами.

Приложение 4

В ходе видообразования осуществляются процессы:

· Возникновение адаптаций в ответ на изменение условий среды;

· Обособление на основе изоляции новых видов

Пути видообразования

· Географический (аллопатрическое видообразование)

· Биологическое (экологическое, симпатическое видообразование)



Заключение

В факторах эволюции выделяют (Факторы эволюции по Ч. Дарвину и Элементарные факторы эволюции), которые отличаются друг от друга процессами, но также имеют общий процесс. (естественный отбор). Также мутационный процесс и естественный отбор является необходимые и важным факторы эволюционного процесса. Отбор объединяет движущие силы эволюции. Но нельзя исключать того, что все элементарные эволюционные факторы (колебание численности, комбинативная изменчивость, волны жизни, дрейф генов и изоляция) важны и приводят к разнообразию полезных признаков для популяции. Все факторы эволюции оказывают влияние на видообразование популяций. Стабилизируя, изменяя и закрепляя ответные (полезные) фенотипические признаки в популяции.



Список использованных источников

1. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни.-- М.: «Академия», 2001.- 432 с Дата обращения 11.12.2019

2. Биология. Большой справочник для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ. Четвертое издание, переработанное и дополненное. Легион Ростов-на-Дону 2017 С.И.Колесников (165 стр-176) дата обращения 12.11.2019

3. Заяц, Р. Г. Биология для поступающих в вузы / Р. Г. Заяц, И. В. Рачковская, В. М. Стамбровская. - 8-е изд. - Мн.: Выш. шк., 2004. - 494 с



Приложение



Размещено на Allbest.ru