Изолирующие механизмы биология кратко
Обновлено: 30.06.2024
Вопрос 1. Что такое изолирующие механизмы? В чем значение изолирующих механизмов?
Изолирующие механизмы — это те, которые приводят к ограничению генного обмена между популяциями (географическая, репродуктивная и временная изоляция). Появление изолирующих механизмов у особей одной популяции, связанные с приспособлением их к обитанию в неоднородных условиях среды одного ареала, приводит к образованию нового подвида и, как следствие, возможности появления нового вида. Те же механизмы препятствуют скрещиванию между особями близких видов в тех случаях, когда они живут на одной территории.
Вопрос 3. Почему гибриды различных видов организмов стерильны?
У межвидовых гибридов срабатывают изолирующие механизмы. Обычно они связаны с тем, что в организме гибридов невозможен мейоз, вследствие чего не образуются половые клетки. Например, вследствие этого стерилен мул — гибрид лошади и осла, бесплодны гибриды белуги и севрюги.
После просмотра видеоурока вы узнаете, что обмен генами между различными популяциями ослабляется или предотвращается изолирующими механизмами. Изоляция подразделяется на репродуктивную, экологическую, временную, пространственную, этологическую, географическую и молекулярную. И лишь в редких случаях изоляция видов создаётся одним изолирующим механизмом. Обычно несколько различных изолирующих механизмов действуют совместно. В данном уроке приводятся следующие понятия: изолирующие механизмы, репродуктивная изоляция, экологическая изоляция, временная изоляция, пространственная изоляция, этологическая (поведенческая) изоляция, географическая изоляция, молекулярная изоляция.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Изолирующие механизмы"
Популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
В природе нет чётких границ популяций. Нельзя сказать, например, что на одной территории обитает один вид, а на другой иной. В естественных условиях на одной территории могут находится сразу несколько видов. Но как известно скрещивание между ними не происходит.
Обмен генами между различными популяциями ослабляется или предотвращается разного рода преградами, известными под общим названием изолирующих механизмов.
Какими бывают изолирующие механизмы?
В целом изолирующие механизмы подразделяются на два основных типа.
К первому относят предзиготические механизмы, т. е. изолирующие механизмы, которые предшествуют образованию зиготы, создают препятствия для спаривания особей, относящихся к разным популяциям.
Ко второму типу изолирующих механизмов относят постзиготические механизмы. Они действуют после образования зиготы и приводят к снижению жизнеспособности или плодовитости гибридного потомства.
Итак, изоляция бывает: репродуктивная, экологическая, временная, пространственная, этологическая (поведенческая), географическая и молекулярная.
Однако, лишь в редких случаях изоляция видов создаётся одним изолирующим механизмом. Обычно несколько различных изолирующих механизмов действуют совместно.
Репродуктивная изоляция
Она возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строении половых органов, различий в поведении и несовместимости генетического материала.
Репродуктивная изоляция была обнаружена между двумя популяциями рыб — нерок семейства лососёвых.
В 1937 году нерка была переселена в озеро Вашингтон (в США). Нерестилась она во впадающей в озеро реке. Где через какое-то время образовалась крупная речная популяция.
Через несколько лет было обнаружено, что часть особей озера стала нереститься не в реке, а в самом озере.
В 1992 г. было установлено, что "речные" и "озёрные" формы уже представляют собой две частично изолированные популяции, немного отличающиеся морфологически.
А у растений репродуктивная изоляция может возникать из-за невозможности прорастания пыльцы на рыльце пестика другого вида.
В некоторых случаях она все же прорастает, но пыльцевые трубки растут медленно.
Таким образом возникновение репродуктивной изоляции - ключевой этап видообразования.
Экологическая изоляция
Она обеспечивается экологическими факторами, когда популяции занимают одну и ту же территорию, но различные местообитания и поэтому не встречаются друг с другом.
Например, животные, которые обитают на берегу моря в зоне прилива и отлива хорошо изолированы от других видов, живущих на расстоянии всего лишь нескольких метров от них, но ниже зоны отлива.
Случаи экологической изоляции, связанные с различиями в пище, местообитании или географическом распространении, среди птиц достаточно обыкновенны.
Например, на островах Кергелен гнездятся два вида крачек:
Кергеленская крачка — гнездиться в октябре и ноябре, a Антарктическая крачка — на тех же самых гнездовьях в январе и феврале. Эти два вида отличаются также по питанию: кергеленская крачка держится у болот в глубине острова, кормится рыбой пресноводных водоёмов на островах и насекомыми на земле. А Антарктическая крачка — питается исключительно рыбой и морскими беспозвоночными.
Временная изоляция
Она характеризуется разным временем размножения, если спаривание у животных или цветение у растений происходит в разное время года или в разное время суток.
Например, популяции атлантической сельди в различных районах океана размножаются в разное время года. Имеются весенне-, летне-, осенне- и зимненерестующие сельди.
Почему так происходит? Дело в том, что размножение каждой из них зависит от развития мелкого планктона, которым питаются личинки сельди. А массовое развитие планктона в разных широтах происходит в разное время года. Поэтому и размножение атлантической сельди приходится на то время, когда планктона достаточно.
Два близких вида сосен сосна лучистая и сосна стройная произрастают в центральной части Калифорнийского побережья. Здесь у лучистой сосны пыльца осыпается рано, в феврале, а у стройной — на 6 недель позднее, в апреле, так что между этими двумя видами существует сезонная изоляция.
Максимум кладок серебристой чайки приходится на последнюю треть апреля. А у восточной клуши ― не раньше середины мая.
У многих животных период размножения начинается при строго определённых сочетаниях внешних факторов (например, температуры или освещённости). Эти факторы действуют как сигналы к началу спаривания. Например, лягушка прудовая откладывает икру, когда вода уже нагрелась. А травяная делает это раньше, не дожидаясь тепла. Поэтому и головастики её выходят раньше.
Различные виды реагируют на одни и те же факторы по-разному, что является причиной несовпадения сроков размножения. На графике показаны различия в сроках размножения у разных видов амфибий, живущих в одних и тех же районах.
Пространственная изоляция
На Гавайских островах обитает два вида фруктовых мушек, которые внешне очень похожи. Оба вида обитают в одних и тех же местах, питаясь соком одного и того же древесного растения. Однако их экологическое положение различно. Первый вид проводит жизнь в кроне деревьев, питаясь соком, стекающим по стволам и ветвям верхних ярусов, а второй — в лесной подстилке, отыскивая лужицы накапавшего с дерева сока. Скрещивания между этими видами никогда не происходит из-за пространственной разобщённости, которая возникает из-за разной экологической специализации.
Таким образом из-за разной экологической специализации возникают различия между популяциями.
Пространственная изоляция наблюдается и у близких видов синиц, которые обитают в Европейской части России. Их изоляция обусловлена различиями в местах кормёжки, и местах обитания.
Черноголовая гаичка (болотная) питается мелкими беспозвоночными, семенами и плодами растений. Большая синица питается насекомыми и другим кормом, как растительным, так и животным. Обыкновенная лазоревка питается насекомыми, пауками, реже семенами и ягодами. Чёрная синица (Московка) питается насекомыми и семенами хвойных пород деревьев. Буроголовая гаичка (пухляк) питается беспозвоночными и их личинками, а также семенами растений.
Экологические различия отражаются и в ряде небольших деталей внешнего строения, в том числе в изменениях длины и толщины клюва.
Этологическая, или поведенческая изоляция
Она характеризуется разным поведением в период размножения, что приводит к отсутствию взаимной привлекательности самца и самки.
Например, бабочки выделяют летучие хемосигналы — феромоны, по которым самцы и самки находят друг друга.
Органы, выделяющие феромоны, у самок находятся на заднем конце брюшка между 8 и 9 сегментами.
По феромонам самцы сатурний могут отыскать самку на расстоянии нескольких километров. Брачная окраска, поведение и сигналы самцов воспринимаются только самками того же вида. У чешуекрылых могут отмечаться сложные формы ухаживания — брачные полёты и танцы. Например, самка лимонницы летит впереди, а самец следует за ней, сохраняя постоянную дистанцию.
Подавление межвидового спаривания, обусловленное поведением, и создаёт этологическую изоляцию.
Например, у североамериканских светляков рода Photuris (фотурис), различный характер световых вспышек. Они определяются длительностью, частотой и интенсивностью.
Для каждого из совместно обитающих видов характерна своя световая траектория и свои типы испускаемых световых сигналов.
Перед вами характеристика световых вспышек североамериканских светляков рода Photuris. Высота и длина пятен в таблице указывает на интенсивность и длительность вспышек.
Траектории вспышек могут быть зигзагообразными, прямыми или в форме петли, а световые пульсации короткими или длинными в виде устойчивых отблесков.
При спаривании особи подбирают друг друга, строго ориентируясь на тип светового сигнала.
Этот пример показывает, что изоляция между популяциями может закрепляться путём формирования определённых типов поведения (выработки рефлекторных реакций лишь на сигналы того определённого типа).
Химические маркеры выделяемые млекопитающими, также специфичны для каждого вида. Во время половой активности самки выделяют специальные химические вещества, сигнализируя этим готовность к встрече с самцом.
Географическая изоляция
Такая изоляция связана с изменениями в ландшафте: образование преград в виде рек, горных хребтов, лесных массивов и т.д.
На острове Кильдине, в озере Могильном, которое расположено на берегу Кильдинского пролива обитает Кильдинская треска. По сравнению с океанической она отличается очень малыми размерами. Такой подвид сформировался в новых условиях, в связи с поднятием острова Кильдина морской залив оказался изолированным от самого моря и стал озером.
Особенность этого озера в том, что в его верхнем горизонте (3-5 метров) вода почти пресная, тогда как в нижних слоях вода морская.
Слои воды разной степени солёности выступают как своеобразные изоляционные барьеры. Причина такой многослойности — просачивание морской воды через перемычку.
За тысячелетие существования озера в нём установился баланс между пресной и солёной морской водой, из-за чего в разных слоях развивались одновременно и морские, и пресноводные организмы.
В самом нижнем слое где уровень солёности достигает 33 ‰, обитают лишь пурпурные бактерии, выделяющие сероводород.
Три верхних слоя более населены различными организмами. Среди них дафнии, коловратки и рачки хотя встречаются и рыбы, в том числе — занесённая в Красную книгу России кильдинская треска.
Во второй зоне (6,5-13 метров), содержащей 22 ‰ соли, живут уже типично морские животные — морские звёзды, актинии, губки, мшанки, полярные медузы и морские рачки.
Молекулярная изоляция
Многие водные организмы выделяют гаметы (половые клетки) прямо в воду. При этом наружное оплодотворение зависит от встречи между яйцеклетками и сперматозоидами, а их передвижение и соединение регулируются биохимическими веществами.
Эти биохимические вещества могут быть видоспецифичными. В результате взаимное привлечение и оплодотворение происходят между яйцеклетками и сперматозоидами одного и того же вида, но не между половыми клетками разных видов, находящимися в одном и том же водоёме. Это отсутствие взаимного привлечения у гамет разного происхождения и создаёт изоляцию гамет.
Вопрос 1. Что такое изолирующие механизмы? В чем значение изолирующих механизмов?
Изолирующие механизмы – это те, которые приводят к ограничению генного обмена между популяциями.
Появление изолирующих механизмов у особей одной популяции, связанные с приспособлением их к обитанию в неоднородных условиях среды одного ареала, приводит к образованию нового подвида и, как следствие, возможности появления нового вида.
Те же механизмы препятствуют скрещиванию между особями близких видов в тех случаях, когда они живут на одной территории.
На Гавайских островах обитает два вида фруктовых мушек, которые внешне очень похожи. Оба вида живут в одних и тех же местах, питаясь соком одного и того же древесного растения. При этом один вид питается соком, стекающим по стволам и ветвям в верхних ярусах дерева, в то время как другой – лужицами сока на лесной подстилке.
Скрещивания между этими видами никогда не происходит из-за их пространственной разобщенности.
Интересный пример поведенческой изоляции демонстрируют различные виды светлячков. Для каждого
из обитающих вместе видов характерна определенная световая траектория и типы испускаемых световых сигналов. Траектории могут быть зигзагообразными, прямыми или в форме петли, а световые пульсации – короткими или длинными в виде устойчивых отблесков.
При спаривании особи подбирают друг друга, строго ориентируясь на тип светового сигнала. Этот пример показывает, что изоляция между популяциями может закрепляться путем формирования определенных типов поведения – выработки рефлекторных реакций лишь на сигналы того или иного типа.
Цветочную пыльцу некоторых видов растений, например орхидей, разносят лишь определенные виды животных, чье инстинктивное поведение – залог того, что генный обмен будет происходить только среди особей своего вида.
У животных с наружным оплодотворением изолирующие механизмы срабатывают на молекулярном уровне. У морских звезд и некоторых видов моллюсков роль изолирующих факторов играют различия в строении специальных белковых молекул, которые связывают сперму и яйцеклетки. Находясь на поверхности яйцеклеток, эти молекулы реагируют лишь на сперматозоиды “своего” вида, что исключает возможность слияния половых продуктов разных видов.
У животных с внутренним оплодотворением эту роль выполняют различия в строении половых органов.
Наконец, у многих животных период размножения начинается при строго определенных сочетаниях внешних факторов (например, температуры и освещенности). Эти факторы действуют на них как сигналы к началу спаривания. Разные виды реагируют на одни и те же факторы по-разному, благодаря этому сроки размножения у них не совпадают.
Изолирующие механизмы препятствуют развитию организма из зиготы, образовавшейся в результате слияния гамет самца и самки разных видов. Гибриды, возникшие таким образом, обычно быстро погибают или остаются бесплодными. Так, бесплодны гибриды зайца-беляка и зайца-русака, куницы и соболя, лошади и осла (мулы).
Вопрос 3. Почему гибриды различных видов организмов стерильны?
У межвидовых гибридов срабатывают изолирующие механизмы. Обычно они связаны с тем, что в организме гибридов невозможен мейоз, вследствие чего не образуются половые клетки. Например, вследствие этого стерилен мул – гибрид лошади и осла.
Изолирующие механизмы — это те, что сдерживают обмен генами между популяциями. Возникновение их у особей одной и той же популяции, объединённых вместе с их привыканием к жизни в разнородных условиях среды того же региона, приводит к формированию нового подвида и, как результат, возможности появления новой разновидности. Те же механизмы предотвращают скрещивание особей похожих типов в тех случаях, когда они проживают в одной местности.
Типы природной изоляции
В природе те организмы, которые являются слабыми, безобразными, а также неспособными к воспроизводству здравого потомства, сметаются воздействием вторичных условий, прежде всего естественного отбора. Такого рода биологическая схема экологических групп играет в жизни существенную роль.
Типы обособленности бывают следующие:
- Генетический тип изоляции как временный фактор или сберегающийся в течение длительного периода времени. Это когда подвиды встречаются в одной и той же сфере: или они скрещиваются опять, или соединение между ними будет невозможным. Внутривидовое презиготическое образование подразумевает содействие некоторых условий, но в абсолютно всех случаях следует прекратить обмен генами между популяциями. В итоге каждая разновидность становится на генном предзиготическом уровне отделённой.
- У высших животных и растений присутствуют непростые репродуктивные системы, которые состоят с мужских и женских репродуктивных органов, которые структурно адаптированы для облегчения спаривания, осеменения или опыления в период стандартного внутривидового периода. В случае если 2 вида организмов отличаются по структуре собственных гениталий либо цветов, это предотвращает спаривание, постзиготическое осеменение или опыление между особями различных типов. Подобные преграды не могут противодействовать и формируют механическую изоляцию видообразования.
- Биотопическая изоляция совершается, если симпатические популяции захватывают различные зоны обитания и поэтому не встречаются. В то же время распределение зон обитания может быть небольшим, но действенным, потому что между биотопами не может быть конкретных пределов. Этот вид обособленности не очень результативен для передвигающихся животных.
- Этологическая изоляция базируется на формировании и восприятии разных видов стимулов партнёрами по браку. Такие сигналы, каковыми меняются самцы и самки, готовые к спариванию, весьма многообразны. Это могут быть голосовые сигналы (напевание), позы партнёров в период ухаживания, световые сигналы на суше и т. д. Этологические механизмы обособленности систематизируются в согласовании с тем, какие органы эмоций применяются в каждом определённом случае. Зрительные, голосовые и химические стимулы нередко функционируют совместно.
Появление новых видов совершается по-разному. Механизмы обособленности играют главную роль в этом процессе. Комплекс вторичных действий, который обеспечивает совершение внутри вида, изменяющуюся генетическую структуру популяций и погружение к образованию новых подвидов, именуется микроэволюцией.
Важное различие
Различия между популяциями одного и того же типа обнаруживаются в форме приспособления к разным обстоятельствам существования. Организмы по-своему адаптируются к окружающей среде, к примеру, животные отличаются:
- по расцветке туловища;
- по поведению и структуре тела.
Растения имеют разное привыкание к опылению и размножению семян, а также отличаются по собственной наружной структуре. Иногда подобные перемены (приспособления) приводят к репродуктивной обособленности популяций, то есть к ограничению генного обмена. Это происходит в результате срабатывания механизмов изоляции разного вида.
Дарвин о видообразовании
Всемирно известный автор теории естественного отбора британский естествовед Чарльз Дарвин установил двигающие силы развития, которые привели к появлению новых классов, отрядов и семейств живых организмов.
Кроме того, в собственных работах профессор описал географические и экологические механизмы обособленности.
По словам исследователя, большие дистанции между землями и отличия в их флоре и фауне привели к формированию некоторых подвидов, которые затем преобразились в самостоятельные виды.
Это доказывает существенную значимость пространственных механизмов, предотвращающих возможность скрещивания организмов различных популяций, что в результате приводит к появлению новых особей.
Читайте также: