Географическая изоляция это кратко

Обновлено: 03.07.2024

В географическая изоляция - термин, используемый в эволюционной биологии и экологии для обозначения пространственного разделения группы организмов. Это может произойти из-за природного события, например, изменения геологии региона или искусственных сооружений.

В большинстве случаев виды изолированы из-за наличия различных типов естественных преград, будь то океаны, озера, горы и другие, которые могут резко сократить контакты между отдельными людьми в популяции.

После разделения двух групп людей две среды, в которых они оказались, оказывают на них разное избирательное давление, вынуждая их следовать разным эволюционным путям.

Эволюционные силы естественного отбора и дрейфа генов вызовут изменения в частотах аллелей новых групп, дифференцируя их от родительской популяции.

В зависимости от величины разделения и того, как долго оно сохраняется, могут происходить события видообразования: образование новых видов, что увеличивает разнообразие группы.

Таким же образом изоляция может привести к исчезновению группы особей либо из-за отсутствия генетического разнообразия, либо из-за процессов инбридинга.

Преимущества и недостатки

Географическая изоляция организмов может быть преобразована в два процесса: видообразование, когда появляются новые виды, или вымирание группы, которая пережила изоляцию.

Видообразование

Процесс образования новых видов представляет интерес для биологов-эволюционистов. Орнитолог Эрнст Майр внес большой вклад в описание этого явления. По словам Майра, на видообразование влияют два фактора: изоляция и генетическая дивергенция вовлеченных особей.

Во-первых, для того, чтобы две популяции были достаточно дифференцированными, чтобы считаться видами, поток генов между ними должен быть прерван. Другими словами, они не должны воспроизводиться.

Во-вторых, генетическая дивергенция должна проявляться в период изоляции таким образом, чтобы, если особи снова встретятся - из-за обрушения барьера, который их изначально разделял - процесс воспроизводства не будет эффективным, и их потомки будут иметь фитнес относительно ниже, чем его родители.

Эффективность процесса географической изоляции для образования видообразования зависит от нескольких факторов, присущих разделяющейся группе, таких как способность перемещаться.

Аллопатрическое видообразование

Как только виды физически изолированы, они сталкиваются с различными условиями окружающей среды и давлением отбора, которое ведет их по разным эволюционным путям.

Возьмем в качестве гипотетического примера популяцию ящериц, изолированную рекой, климатические условия на левой стороне могут быть холоднее, чем на правой. Таким образом, механизмы естественного отбора и генетического дрейфа будут действовать независимо, что приведет к прогрессивной дифференциации ящериц.

Таким образом, особи приобретают различные характеристики, в том числе экологические, этологические, физиологические, по сравнению с родительскими видами. В таком случае, когда изоляционный барьер был достаточным, чтобы способствовать событию видообразования, не должно быть потока генов, если два результирующих вида снова встретятся.

Среди биологов существует консенсус в пользу важности аллопатрического видообразования для генерации новых видов, поскольку он эффективно ограничивает поток генов между организмами.

Вымирание

Когда разделение особей происходит благодаря барьерам, которые невозможно преодолеть, некоторые группы могут исчезнуть.

При отделении от родительского вида разнообразие группы может быть низким, и она не сможет адаптироваться к новым нагрузкам, создаваемым новой средой, с которой они сталкиваются.

Точно так же, если разделенная популяция представлена небольшим количеством особей, инбридинг (скрещивание между близкими родственниками) может иметь негативные последствия.

Сам Чарльз Дарвин уже знал о негативном влиянии инбридинга на естественные популяции. При скрещивании близких родственников повышается вероятность того, что будут выражены определенные вредные аллели.

Например, если в семье есть ген для определенной патологии, который проявляется только тогда, когда у человека есть оба аллеля (гомозиготный рецессивный) и скрещиваются два брата и сестры, существует большая вероятность того, что потомство несет оба аллеля заболевания, в отличие от скрещивание с индивидуумом, не имеющим указанного вредного аллеля.

Точно так же, когда человеческие постройки лишают животных возможности перемещаться в желаемое место, их популяция может уменьшаться из-за недостатка пищи.

Примеры

Изоляция и видообразование антилопы-белок в Гранд-Каньоне Колорадо

В Гранд-Каньоне это образование необычайных размеров, которое в течение 2000 лет создавалось рекой Колорадо. Он расположен в северной части Аризоны США.

В этом регионе обитают два вида белок, которые, согласно исследованиям, являются продуктом аллопатрического видообразования. Один из видов обитает в левой части, а другой - в правой, разделенных минимальным расстоянием. Однако эти два вида не способны к скрещиванию.

Напротив, виды, способные свободно перемещаться по обе стороны каньона, не проявляют никаких признаков видообразования.

Выделение и видообразование рыб из реки Конго

Концепции, описанные для водных видов, пока могут быть трудными для применения. Однако это возможно.

Цихлиды - это семейство рыб, обитающих в реке Конго с огромным разнообразием. Эта особенность привлекла внимание ихтиологов, которые стремились понять, почему в реке обитает так много видов и какие факторы способствуют массовому видообразованию.

Изучив строение реки, ученые пришли к выводу, что гидрология реки, вызванная ее бурными водами, функционировала как барьеры, препятствующие контакту - и, следовательно, потоку генов - видов рыб, которые были очень близко.

Изоля́ция (в генетике популяций) — исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Изоляция является элементарным эволюционным фактором, действующим на микроэволюционном уровне, и приводит к видообразованию.

По характеру изолирующих барьеров классифицируют географическую и репродуктивную (биологическую) изоляцию.

Географическая изоляция

Репродуктивная изоляция

Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению свободного скрещивания или образованию стерильного потомства. Классифицируют экологическую, этологическую, временную, анатомо-морфо-физиологическую и генетическую репродуктивную изоляцию . При этологическом характере репродуктивной изоляции для особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения ввиду различий в образе жизни и поведения, например, у разных видов птиц отличаются ритуалы ухаживания и брачные песни. При экологическом характере — различаются, условия обитания живых организмов, например, популяции рыб нерестятся в разных местах. При временной изоляции отличаются сроки размножения. При анатомо-морфо-физиологической репродуктивной изоляции у живых организмов возникают различия в строении, размерах отдельных органов половой системы, или возникают различия в биохимических аспектах репродуктивной функции. При генетическом характере репродуктивной изоляции возникают несовместимые гаметы или появляются гибриды с пониженной жизнеспособностью, плодовитостью или стерильностью.

Перечисленные формы репродуктивной изоляции возникают независимо друг от друга и могут сочетаться в любых комбинациях. Однако именно генетическую изоляцию считают одной из самых важных форм репродуктивной изоляции, так как остальные формы репродуктивной изоляции при видообразовании, в конечном итоге, ведут именно к возникновению независимости генофондов двух популяций. Возникновению репродуктивной изоляции часто способствует длительная географическая изоляция.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ

I.потенциальные партнеры не встречаются биотопическая изоляция (сравниваемые виды живут в разных местообитаниях)

сезонная изоляция ( сравниваемые виды размножаются в разные сроки)

II. потенциальные партнеры встречаются, но не спариваются поведенческая изоляция ( сравниваемые виды отличаются по окраске, брачным ритуалам, песне или запаху)

III. копуляция не приводит к осеменению механическая изоляция ( различное строение копулятивных органов у близкородственных видов)

IV. осеменение происходит, но яйца не оплодотворяются гибель гамет ( имуннологическая реакция на чужеродную сперму препятствует оплодотворению)

V.яйца оплодотворяются, но зародыш гибнет гибель зигот ( несовместимость геномов родительских видов приводит к нарушению эмбрионального развития)

VI. зародыш развивается нормально, но гибриды менее приспособлены к условиям существования, чем родительские виды

неполноценность гибридов ( у гибридов нарушаются эволюционно сложившиеся связи между генами родительских видов, при их размножении возникают сложности из-за необычности окраски и полового поведения)

VII.гибриды вполне жизнеспособны, но частично или полностью стерильны бесплодность гибридов различия в количестве и форме хромосом родительских видов приводит к затруднению или невозможности созревания половых клеток у гибридов

1. Изоляция, характеризующаяся различиями в размерах или форме половых органов или же в строении цветков.

2. Изоляция, ведущая к утрате способности особей разных популяций свободно скрещиваться друг с другом.

3. Гибрид ослицы с жеребцом.

4. Механизмы, действующие после образования зиготы, приводящие к снижению жизнеспособности или плодовитости гибридного потомства.

5. Изоляция, характеризующая разным временем размножения или спаривания у животных или цветения у растений происходящее в разное время суток.

6. Изоляция, характеризующая разным поведением в период размножения, что приводит к отсутствию взаимной привлекательности самца и самки.

7. Механизмы, предшествующие образованию зиготы, создающие препятствия для спаривания особей, относящихся к разным популяциям.

8. Гибрид лошади и осла.

9. Изоляция, когда популяции занимают одну и ту же территорию, но различные места обитания и поэтому не встречаются друг с другом.

Видообразование Это процесс возникновения новых видов в результате эволюции популяций исходного вида. Происходит в тех случаях, когда биологические виды расщепляются на два или более новых вида. Условия осуществления видообразования При видообразовании действуют естественный отбор, который приспосабливает популяции к условиям среды их обитания, и репродуктивная изоляция, которая обосабливает генофонды популяций и обеспечивает обособление расхождение признаков видов. Филетическое видообразование — преобразование существующих видов Гибридогенное связан со слиянием двух существующих видов А и В и образованием нового вида С Третий путь обусловлен Дивергенцией (разделением) одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов. Именно по этому пути шла в основном эволюция. Пути видообразования Формы внутривидовой изоляции. Пространственная изоляция возникает между популяциями, далеко отстоящими других от друга или разделенными географическими барьерами. Экологическая изоляция - форма биологической изоляции основывается на разнообразии организмов по экологии их размножения и предпочтительному местообитанию. Способы видообразования географическое экологическое (аллопатрическое) (симпатрическое) если изоляция если изоляция географическая биологическая. Аллопатрическое (географическое) видообразование Видообразование на разных территориях — обусловлено географической (пространственной) изоляцией. Причиной такой изоляции могут быть: *большие реки для сухопутных животных, *горы — для равнинных и тому подобные препятствия, затрудняющие миграцию животных или распространение семян растений. Аллопатрическое видообразование Галапагосские вьюрки Галапагосские черепахи. Аллопатрическое видообразование Суслик серый Суслик крапчатый Их разделяет р.Днепр. Симпатрическое (экологическое) видообразование Начинается с разделения первично единой популяции на две или более группы организмов, которые затем продолжают видообразование . Это может происходить в результате экологической специализации. Симпатрическое видообразование Экологическая изоляция наблюдается при несовпадении мест обитания различных форм одного вида или нескольких близких видов, например лесного (слева) и лугового (справа) коньков. Экологическое видообразование Иногда в пределах единого ареала отдельные популяции (1-5) различаются условиями обитания. Из-за этого изменяется фенология особей, а в дальнейшем и их морфология. Севанская форель. Симпатрическое видообразование В африканским оз. Виктория, которое образовалось 12 тыс. лет назад, обитают более 500 видов рыб-цихлид, отличающиеся друг от друга по морфологии, образу жизни, поведению и ряду других признаков. Способы симпатрического видообразования Полиплоидизация Гибридизация Хромосомные перестройки. Сетчатое видообразование В последние десятилетия накапливаются данные о третьем способе — сетчатом видообразовании, связанном не с расхождением признаков в популяции, а с гибридизацией близких видов. Такое видообразование доказано для некоторых видов ящериц, рыб и цветковых растений. Изоляция гибридов от родительских видов обусловлена полиплоидностью гибридов. Полиплоидия Новые виды могут образоваться в результате полиплоидизации - внезапного увеличения числа хромосом. Например, культурная слива возникла в результате скрещивания терна и алычи, с последующим удвоением числа хромосом у гибридов.

Следует выделить четыре основных фактора эволюции: мутационный процесс, изоляция, популяционные волны (и дрейф генов), а также единственный направленный фактор эволюции - естественный отбор.

Мутационный процесс

Мутации (лат. mutatio — изменение) - стойкое изменение генома (наследственного материала), которое может быть унаследовано потомками организма. Процесс возникновения мутаций - мутагенез.

Генные
Хромосомные
Геномные

Большинство мутаций возникает спонтанно и вредит организму. Часть мутаций являются рецессивными, поэтому не проявляются и передаются многим поколениям, накапливаясь в генофонде популяции.

Мутации напоминают колоду карт: неизвестно, что выпадет - чаще всего это карты невысокого ранга, козыри - большая удача. Так и мутации, большинство из них вредные, приводят к развитию опухолей. Полезные встречаются гораздо реже. Как игра в карты, все подчиняется случайности.

Популяционные волны

Сезонные изменения, периодические изменения какого-либо значимого фактора среды
Непериодические изменения, например, в результате природных катастроф, изменение численности популяций хищник-жертва
Заселение новых территорий, ярким примером которого является бурный рост численности кроликов, завезенных в Австралию

Колебание численности популяций по типу "хищник - жертва" является классическим примером популяционных волн. Представим себе популяцию зайцев (жертв), которая бурно увеличилась в численности. Зайцами питаются лисица, волк (хищники). С увеличением их кормовой базы (зайцев) наблюдается и рост численности хищников, которые поедают зайцев, вследствие чего численность зайцев снижается. С уменьшением кормовой базы, снижается и число хищников. Так в природе устанавливается баланс между хищниками и жертвами.

Особенно весомым фактором эволюции популяционные волны выступают в небольших популяциях. Их участие в эволюционном процессе основано на явлении дрейфа генов.

Форма гена - аллель, с которым вы подробнее познакомитесь в ходе изучения генетики, встречается в популяции с определенной частотой. Дрейф генов - изменение частоты встречаемости аллельных вариантов генов.

Дрейф генов обусловлен случайными причинами: у особей образуются гаметы, несущие различные формы аллельных генов. Не все из гамет принимают участие в процессе оплодотворения: здесь вновь руководит случайность. Вследствие этого одни аллельные формы генов могут встречаться в популяции часто, другие - редко.

Если представить, что часть особей, составляющих одну популяцию, погибли по тем или иным причинам, то редкие гены в оставшихся особях могут увеличить свою частоту, то есть в результате размножения оставшихся особей редкие гены начнут встречаться более часто - это и есть дрейф генов.

В закрытых популяциях не только животных, но и людей - в религиозных общинах, происходит возрастание гомозиготности популяции, что приводит к снижению ее жизнеспособности и проявлению редких аллелей.

Такое повышение встречаемости аллелей возникает в результате близкородственных браков: проявляются редкие гены, которые часто приводят к заболеваниям.

Изоляция

Изоляцией называют невозможность или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Вследствие этого, генофонды двух популяций становятся независимыми друг от друга. Внутри каждой популяции происходит генотипическая дифференцировка из-за их разобщенности.

Географическая (греч. geo - земля) изоляция может возникать вследствие географических барьеров - пустыни, горы, водоемы.

Экологическая - особи обитают на одной территории, но в различных местах обитания (к примеру, разделены друг от друга непроходимой чащей)
Временная - изоляция вследствие разновременности половой активности, периода цветения
Этологическая - изоляция вследствие различного брачного поведения
Механическая - отличия в строении половых органов, невозможность спаривания

Естественный отбор

Изученные нами факторы эволюции: мутации, популяционные волны и дрейф генов, изоляция - все они носят случайный, ненаправленный характер. Они приводят к появлению различных признаков у отдельных особей, которые могут быть как полезны, нейтральны, так и вредны для особи.

Таким образом, перечисленные факторы создают основу, "базу" для действия единственного направленного фактора эволюции - естественного отбора. В ходе естественного отбора особи с полезными признаками, которые помогают им приспособиться к условиям внешней среды и способствуют выживанию, остаются и размножаются, а особи без этих признаков выживают реже и не продолжают род.

Закон естественного отбора безапелляционно провозглашает: будь приспособлен - или умри. Выживает в природе не самый сильный, а самый приспособленный. Иногда выжить животным помогает и сила, но гораздо больше других примеров. Многие животные сливаются с окружающей средой: приобретают покровительственную окраску (мимикрию), которая делает их незаметными.

Иногда безобидные животные, в результате приспособления к внешней среде, приобретают окраску тела, напоминающую окраску опасных хищных животных. Примером может послужить внешнее сходство мухи из семейства журчалок с осой.

Многие хорошо защищенные, ядовитые виды в ходе естественного отбора получили яркую, так называемую предупреждающую окраску. Эта окраска предупреждает хищников об опасности. Если хищник съест такое ядовитое животное, то рискует получить тяжелую интоксикацию и погибнуть.

Теперь вы понимаете, что признаки животных - различные формы их тела и окраска - являются приспособлениями к условиям внешней среды, это - полезные признаки, которые в ходе естественного отбора позволили животным выжить и размножиться. Таким образом, естественный отбор это отбор особей, с наиболее приспособленным к среде фенотипом.

Необходимо осознавать относительность приспособленности к окружающей среде. Она помогает выживать лишь при определенных условиях, и, если условия меняются, то окраска может оказаться вовсе не полезной, но даже и вредной. К примеру, при таянии снега заяц-беляк становится еще более заметен на голой земле.

Генетическое разнообразие особей, на основе которого возникают различные признаки
Способность к неограниченному размножению (избыточность потомства)
Борьба за существование

Самая ожесточенная борьба. Происходит между особями, принадлежащими к одному виду. Благодаря внутривидовой борьбе происходит половой отбор: к размножению редко допускаются неприспособленные особи, род продолжают лучшие из лучших.

Возникает между особями, которые принадлежат к разным видам. Более приспособленный к условиям среды вид побеждает и размножается, менее приспособленный - проигрывает и вымирает. Примером могут послужить формы взаимодействий: хозяин-паразит, хищник-жертва, симбиоз.

В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи. Примером такой борьбы являются сезонные миграции птиц, зимняя спячка у животных.

Формы естественного отбора

Открыт И.И. Шмальгаузеном. Стабилизирующий отбор приводит к сужению нормы реакции, устраняя отклонения от нее. В результате преимущество получают особи, обладающие средней степенью признака, который характерен для вида или популяции. Этот отбор действует при стабильных (неизменных) условиях среды.

Примером действия стабилизирующего отбора может послужить буря: во время бури чаще всего выживают птицы со средней длиной крыла, тогда как особи с слишком короткими, или слишком длинными крыльями погибают.

Новый термин, который вы увидели - норма реакции - подразумевает способность генотипа, в зависимости от условий среды, формировать различные фенотипы.

C узкой нормой реакции - цвет глаз, число пальцев у человека, окраска цветов растения
C широкой нормой реакции - рост и вес человека, размеры листьев растения

Движущий естественный отбор приводит к смещению нормы реакции, в результате чего изменяется среднее значение признака. Этот вид отбора действует при изменяющихся условиях среды.

Известным примером является индустриальный меланизм - возникновение меланистических форм животных (греч. melanos — чёрный), отличающихся темным окрасом. Это явление началось в Англии со второй половины XIX века вследствие бурного развития промышленности.

Из-за копоти, оседающей на поверхности стволов деревьев, бабочки со светлой окраской - берёзовые пяденицы - стали заметны на стволах деревьев и легко поедались птицами. В результате остались только приспособленные - бабочки с темным окрасом, которые были незаметны на стволах деревьев, вследствие чего они выживали и размножались.

Направлен на сохранение в популяции крайних значений признаков, не благоприятствует среднему промежуточному значению признака. В результате в популяции сохраняется более чем одно значение признака.

Типичным примером является появление в луговых сообществах раноцветущих и поздноцветущих растений. В результате летних покосов, особи со средним значением признака, у которых цветение приходит на середину лета, постепенно исчезают из популяции растений. Выживают и размножаются только те растения, у которых цветение происходит до или после покосов.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Аллопатрическим , или географическим называют видообразование, которое происходит в результате пространственной (географической) изоляции популяций.

Географическая изоляция возникает, если популяции разделяют какие-либо физические преграды: большие расстояния, горы, реки и т. д.

Из-за пространственной изоляции миграция особей становится невозможной и популяции перестают обмениваться генами. При длительном разобщении популяций накапливается много отличий, что может привести к невозможности скрещивания их особей. В дальнейшем из таких популяций могут образоваться новые виды.

наличие трёх видов ландыша,имеющих географическую обособленность: в Европе распространён ландыш майский, на Кавказе растёт ландыш закавказский и на Дальнем востоке — ландыш кейске;
формированиевида синица сераяв восточной части ареала синицы большой (в Южной и Юго-Восточной Азии).

внутри ареала. В этом случае особи обитают вместе, но не могут скрещиваться из-за биологических различий.

Экологическое видообразование происходит, когда возникает экологическая изоляция популяций, связанная с изменением сроков размножения или переходом на разные виды пищи.

образование на скашиваемых лугах сезонных рас погремка большого, цветущих до покоса и после покоса;
сосуществование близких видов европейских белянок: капустницы, брюквенницы, репейницы, гусеницы, питающихся разными растениями;
формирование пяти видов синиц, обитающих в одном ареале и отличающихся способом питания: большая синица поедает крупных насекомых; лазоревка добывает мелких насекомых из расщелин коры; гаичка питается мелкими листоядными насекомыми, московка — насекомыми и семенами, а хохлатая — семенами хвойных деревьев.

Причинами внезапного видообразования могут быть мутации, полиплоидия или межвидовая гибридизацией, сопровождающаяся удвоением числа хромосом. В этих случаях сразу возникает репродуктивная изоляция особей и новый вид формируется быстро внутри одной популяции.

Читайте также: