Какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами кратко

Обновлено: 05.07.2024

Одна из важных характеристик вида — его репродуктивная изоляция, т.е. наличие механизмов, препятствующих скрещиванию с особями других видов и вследствие этого предотвращающих поток генов извне, защищенность генофонда от притока генов из других, в том числе близкородственных видов, достигается разными путями.

Можно выделить следующие механизмы, препятствующие обмену генами между видами:

1) различие в сроках размножения у представителей разных видов;
2) различие в местах, предпочитаемых для размножения;
3) несоответствие стандартов видового сексуального поведения;
4) несоответствие ферментов акросомы (передней части головки сперматозоида) химическому строению мембраны яйцеклетки;
5) несоответствие в строении половых органов у представителей различных видов;
6) нежизнеспособность или стерильность межвидовых гибридов.

Следовательно, вид — реально существующая, генетически неделимая единица органического мира.

Обмену генами между видами препятствует репродуктивная изоляция, т. е. невозможность скрещивания с особями другого вида. Существует несколько причин репродуктивной изоляции. Репродуктивная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изоляции возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строении половых органов, различий в поведении, несовместимости генетического материала.

Географическая изоляция. Виды, обитающие на большом расстоянии или разделенные непреодолимой преградой, не способны обмениваться генетической информацией. Свободному скрещиванию новых популяций или подвидов между собой могут мешать разрывы ареала за счет рек, гор, ледников и т.п. Так, например, на основе географических факторов изоляции из одного вида ландышей за несколько миллионов лет возник целый ряд видов.

Сезонная изоляция. Обеспечивается различием сезонов размножение у разных видов. Например, у одного из видов калифорнийской сосны пыльца созревает в феврале, а у другого — в апреле. Поведенческая изоляция. Характерна для высших животных. Например, у многих близких видов водоплавающих птиц брачное поведение имеет свои характерные особенности, что исключает возможность межвидового скрещивания.

В любом случае всякая изоляция приводит к репродуктивному разобщению — то есть к невозможности скрещивания возникающих видов. Можно привести множество примеров возникновения новых подвидов и видов из одного. Так на основе географической изоляции образовалось несколько видов синиц и т.д.

Одна из важных характеристик вида – его репродуктивная изоляция. Под ней понимают совокупность механизмов, препятствующих притоку генов извне. Защищённость генофонда данного вида от поступления генов других, в том числе близкородственных, видов достигается разными путями.

Иногда (при межвидовом скрещивании) оплодотворение всё же происходит. В этом случае образовавшиеся гибриды либо отличаются пониженной жизнеспособностью, либо оказываются бесплодными и не дают потомства

Вид — это совокупность особей, которые обладают сходными генетическими, морфологическими, физиологическими признаками, способны к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяют определенный ареал, имеют общее происхождение и сходное поведение. Вид представляет собой основную систематическую единицу. Он репродуктивно изолирован и имеет собственную историческую судьбу. Видовые признаки обеспечивают выживание как отдельной особи, так и вида в целом. При этом полезное для вида поведение даже может подавлять инстинкт самосохранения (пчелы гибнут, защищая семью).

Вопрос 2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.

Географическая изоляция. Виды, обитающие на большом расстоянии или разделенные непреодолимой преградой, не способны обмениваться генетической информацией.

Поведенческая изоляция. Характерна для высших животных. Например, у многих близких видов водоплавающих птиц брачное поведение имеет свои характерные особенности, что исключает возможность межвидового скрещивания.

Вопрос 3. В чем причина бесплодия межвидовых гибридов?

Каждый отдельный вид имеет свой собственный кариотип, который отличается числом хромосом, их формой, размерами, строением. Различие кариотипов приводит к нарушению оплодотворения, к смерти зародышей или рождению бесплодного потомства. Стерильность потомства связана с тем, что при отсутствии парных гомологичных хромосом нарушается конъюгация в профазе I мейоза. В результате не образуются биваленты, мейоз нарушается, и развития полноценных гамет у гибридного потомства не происходит.

Вопрос 4. Какие критерии используют ученые для характеристики вида?

Существует несколько основных критериев вида.

Морфологический — сходство внешнего и внутреннего строения организмов. С его помощью легко идентифицировать особей относительно хорошо различающихся видов.

Генетический — особенности строения кариотипа (число хромосом, их форма, размеры) и ДНК. Используется для разделения близких видов и видов-двойников.

Физиологический — сходство процессов жизнедеятельности. Например, разное время половой активности у близких видов дрозофилы. К этому критерию также можно отнести особенности полового и детско-родительского поведения: ритуалы ухаживания, заботу о потомстве и т. д.

Биохимический — сходство или различие в строении белков, химического состава клеток и тканей. С его помощью разделяют, например, близкие виды грибов, которые синтезируют разные химические вещества.

Экологический — определенные формы взаимодействия с другими видами и факторами неживой природы. К примеру, существуют близкие виды дубов, которые живут на различных почвах: один — на известняковой, другой — на песчаной, третий — на вулканической.

Географический — по ареалу (области распространения). Например, галапагосские вьюрки изолированы от южноамериканских, т. е. у островных и материковых видов совершенно разные ареалы.

Вопрос 5. Что такое ареал вида?

Ареал вида — это область распространения вида. Размеры ареалов могут сильно варьировать у разных видов. Например, сосна обыкновенная растет почти по всей территории России, а подснежник характерен только для Северного Кавказа.

Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие только на небольших определенных территориях — эндемиками. Именно эндемичные виды вносят наибольший вклад в разнообразие жизни на нашей планете. И они же нуждаются в наиболее тщательной охране — в силу своей малочисленности, жесткой привязанности к определенным условиям обитания, определенной пище и т. д.

Вопрос 6. Охарактеризуйте по основным критериям вид кошка домашняя.

Морфологический критерий: млекопитающее небольшого размера, имеет четыре лапы и хвост, покрыто шерстью, обладает развитыми клыками и втягивающимися когтями.

Генетический — кариотип кошки представлен 19 парами хромосом, из которых 18 пар — соматические хромосомы и одна пара — половые.

Физиологический: предпочитает вечерненочной образ жизни, подстерегает (а не преследует) добычу, при необходимости издает характерные мяукающие и мурлыкающие звуки.

Биохимический: химический состав полимеров стандартен для теплокровных млекопитающих.

Экологический: является хищником, охотится на мелких грызунов, птиц.

Географический: вид космополитичен, обитает практически повсеместно и привязан к жилищу человека.

Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение длительного времени населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично либо полностью изолированных от особей других подобных совокупностей.

На территории ареала вида обычно обитает довольно значительное число популяций, каждая из которых является элементарной единицей эволюции.

Молекулярный (Например молекулы жиров). Клеточный (эритроцит – красная клетка крови). Тканевый – это уже не одна клетка, а группа клеток сходных по строению, происхождению и выполняющих одинаковые функции. (Например у животных нервная, эпителиальная, жировая, кровь и лимфа, а у растений проводящая, покровная, механическая и образовательная). Органный (Орган – это несколько тканей, соединенных между собой). Например: сердце, печень, почки. Организменный (Например, человек, собака, кошка.). Видовой (вид Homo Sapiens). Популяционный (один вид на одной территории частично или полностью изолированный от других таких популяций). Биоценозный. Иногда говорят, что существует и биосферный уровень, но на нем располагаются все живые организмы планеты и косное ве-во (атмосфера, гидросфера и литосфера).

2. Что такое вид?

Вид – это совокупность особей, сходных по строению, способных скрещиваться между собой и имеющих общий ареал (область распространения).

3. Какие другие систематические категории вам известны?

Стр. 33. Вопросы для проверки и задания

Вид – совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации (биохимический, цитологический, гистологический, анатомический и физиологический критерии), имеющих единое происхождение (эволюционный критерий), одинаковый кариотип (цитогенетический критерий), сходное поведение (этологический критерий), свободно скрещивающихся между собой (репродуктивный критерий) и дающих плодовитое потомство, занимающих определенный ареал обитания (географический критерий) и характеризующихся определенными отношениями с другими организмами и факторами окружающей среды (экологический критерий).

2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.

Одна из важных характеристик вида – его репродуктивная изоляция, т.е. наличие механизмов, препятствующих скрещиванию с особями других видов и вследствие этого предотвращающих поток генов извне, защищенность генофонда от притока генов из других, в том числе близкородственных видов, достигается разными путями. Можно выделить следующие механизмы, препятствующие обмену генами между видами:

1. различие в сроках размножения у представителей разных видов;

2. различие в местах, предпочитаемых для размножения;

3. несоответствие стандартов видового сексуального поведения;

4. несоответствие ферментов акросомы (передней части головки сперматозоида) химическому строению мембраны яйцеклетки;

5. несоответствие в строении половых органов у представителей различных видов;

6. нежизнеспособность или стерильность межвидовых гибридов.

Следовательно, вид – реально существующая, генетически неделимая единица органического мира.

3. В чём причина бесплодия межвидовых гибридов? Объясните это явление, используя свои знания о механизме мейоза.

Сроки размножения у близких видов могут не совпадать. Если сроки одни и те же, то не совпадают предпочитаемые места размножения. Например, самки одного вида лягушек мечут икру по берегам рек, другого вида – в лужи. Случайное осеменение икры самцом другого вида исключается. У многих видов животных существует строгий ритуал поведения при спаривании. Если у одного из потенциальных партнеров для скрещивания ритуал поведения отклоняется от видового, спаривания не происходит. Если все же спаривание произойдет, сперматозоиды самца другого вида не смогут проникнуть в яйцеклетку и яйца не оплодотворятся. Но иногда при межвидовом скрещивании оплодотворение происходит. В этом случае образовавшиеся гибриды либо отличаются пониженной жизнеспособностью, либо оказываются бесплодными и не дают потомства. Известный пример – мул – гибрид лошади и осла. Будучи вполне жизнеспособным, мул бесплоден из-за нарушений в мейозе: не гомологичные хромосомы не коньюгируют, и не формируются биваленты. Хромосомы не расходятся в разные клетки. В результате половые клетки не образуются, и организм не может оставить потомство. Перечисленные механизмы, предотвращающие обмен генами между видами, имеют неодинаковую эффективность, но в комплексе в природных условиях они создают практически непроницаемую генетическую изоляцию между видами.

4. Какие критерии используют учёные для характеристики вида? Какие критерии вы считаете наиболее важными при определении вида?

Характерные для данного вида признаки и свойства называют критериями вида. Различают морфологический (сходство строения), генетический (одинаковый набор хромосом), физиологический (сходство физиологических процессов), биохимический (сходство биохимических процессов), географический (ареал вида) и экологический (сходство условий существования) критерии. Ни один из критериев нельзя считать абсолютным, то есть для характеристики вида надо учитывать всю совокупность критериев. Так, например, сходное строение может и не быть признаком одного вида, так как в природе существуют морфологически неотличимые виды – двойники (полевка обыкновенная и полевка восточноевропейская; в первом случае набор хромосом равен 46, а во втором – 54). Важной характеристикой вида является то, что вид – это закрытая генетическая система, то есть между генофондами двух видов нет обмена генами. В основе этого явления лежат отличия в наборе хромосом (то есть генетический критерий), несовпадение сроков размножения (то есть экологический критерий), различия в строении половых органов (морфологический критерий), различия в брачном поведении (физиологический критерий) и другие факторы. Генетическая структура вида изменяется под действием эволюционных факторов, поэтому вид неоднороден.

5. Что такое ареал вида?

Ареал вида – это область распространения вида. Размеры ареалов могут сильно варьировать у разных видов. Например, сосна обыкновенная растет почти по всей территории России, а подснежник характерен только для Северного Кавказа.

Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие только на небольших определенных территориях – эндемиками. Именно эндемичные виды вносят наибольший вклад в разнообразие жизни на нашей планете. И они же нуждаются в наиболее тщательной охране – в силу своей малочисленности, жесткой привязанности к определенным условиям обитания, определённой пище и т.д.

6. Охарактеризуйте по основным критериям вид Кошка домашняя.

Генетический – кариотип кошки представлен 19 парами хромосом, из которых 18 пар – соматические хромосомы и одна пара – половые.

Физиологический: предпочитает вечерне-ночной образ жизни, подстерегает (а не преследует) добычу, при необходимости издает характерные мяукающие и мурлыкающие звуки. Биохимический: химический состав полимеров стандартен для теплокровных млекопитающих. Экологический: является хищником, охотится на мелких грызунов, птиц.

Географический: вид космополитичен, обитает практически повсеместно и привязан к жилищу человека.

В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы – популяции. Реально вид существует именно в виде популяций. Популяция – элементарная структура вида – это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями. Виды – это сумма популяций; внутри популяции происходит естественный отбор, и в определенных условиях могут возникать сначала подвиды, а затем и новые виды.

Подумайте и выполните.

1. Почему один вид от другого можно отличить только по совокупности разнообразных критериев? Какие критерии вам кажутся наиболее важными?

Потому как существуют виды-двойники, сходные по морфологическому критерию и виды, сходные по кариотипу.

Опыты Карпеченко. Обработанные колхицином редька и капуста с полиплоидными наборами хромосом смогли дать начало новому виду. Тритикале. Гибриды животных (мул, лошак, зеброид, лигр). Трансдукция (перенос генов бактериофагом от одного вида бактерий к другому). Все достижения генной инженерии.

5. Приведите доказательства, свидетельствующие о том, что виды объективно существуют в природе.

Для включение нового вида в списки фауны того или иного региона или фауна Мира, существуют так называемые фаунистические комиссии, состоящие из квалифицированных экспертов, которые и принимают то или иное решение. Члены Комиссии рассматривают неопровержимость доказательств наличия того или иного вида на данной территории. Обычно такими доказательствами являются комплексные материалы биологических, экологических или генетических (молекулярных) исследований. В случае описания нового вида его название и систематический статус позже утверждает Международный комитет по биологической номенклатуре.

2. Дайте определение репродуктивной изоляции и укажите ее биологическое значение.
Репродуктивная изоляция – существование механизмов, препятствующих скрещиванию разных видов.
Ее биологическое значение – предотвращается обмен генами между видами, что в комплексе дает в природных условиях генетическую изоляцию между видами, то есть вид является реально существующей обособленной единицей органического мира.

3. Перечислите механизмы, обеспечивающие генетическую изоляцию вида.
1. Не совпадают сроки размножения.
2. Не совпадают места размножения.
3. Строгий ритуал поведения при спаривании, характерный для конкретного вида.
4. Сперматозоиды чужого вида не могут проникнуть в яйцеклетку.
6. Если спаривание происходит, гибриды отличаются пониженной жизнеспособностью.
6. Гибриды бесплодны и не могут давать потомства.

5. На представленной схеме-модели биологического вида сделайте недостающие подписи. С помощью стрелок обозначьте возможную миграцию особей.
Верхняя левая область – границы ареала вида, правая стрелка – ареал подвида. Стрелками нужно показать, что особи со временем будут отдаляться от области преграды, что спустя время в ходе эволюции образует 2 новых вида.

Читайте также: