Почему популяционные волны можно считать фактором эволюции кратко

Обновлено: 04.07.2024

Презентация на тему: " Тема: Факторы эволюции: дрейф генов, популяционные волны, изоляция Задачи: Дать характеристику дрейфу генов, популяционным волнам и изоляции – факторам." — Транскрипт:

1 Тема: Факторы эволюции: дрейф генов, популяционные волны, изоляция Задачи: Дать характеристику дрейфу генов, популяционным волнам и изоляции – факторам эволюции, наряду с наследственностью, изменчивостью и естественным отбором влияющим на эволюцию видов Механизмы эволюционного процесса

2 Дрейф генов Дрейф генов как фактор эволюции был раскрыт российскими учеными генетиками Н.П.Дубининым и Д.Д.Ромашевым и зарубежными учеными американцем С.Райтом и англичанином Р.Фишером. Он касается малочисленных популяций с генофондом, ограниченным небольшим количеством генотипов в популяции. Генофонд таких популяций, в силу различных процессов, через несколько поколений может резко измениться, изменится частота встречаемости аллелей различных генов.

3 С.Райт экспериментально доказал это. Скрестив две линии мух – с красными глазами и белыми глазами он получил гибридов с красными глазами и генотипом Аа. Соотношение аллелей А и а было 1:1. С.Райт посадил в пробирки по две пары гетерозиготных по аллелю А (Аа) особей. В потомстве от гибридов ожидалось ¾ особей с красными глазами, ¼ - с белыми. Дрейф генов

4 Через 16 поколений оба аллеля оказались в различных соотношениях в 26 популяциях из 96 исходных, в 29 популяциях был утрачен доминантный аллель А, в 41 популяции был утрачен аллель а. Процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции получил название дрейфа генов, что сказывается на дальнейшей эволюции вида. Дрейф генов

5 Другой сходный процесс американский биолог Э.Майр назвал эффектом основателя. Популяции многих видов, обитающие в труднодостижимых местах, происходят от одной или нескольких особей и частоты аллелей в таких популяциях могут сильно отличаться от частот генов в исходных популяциях. Например, частоты аллелей I А и I В у коренного населения Северо-Восточной Азии колеблются в пределах от 5 до 30%, а американских индейцев предками которых были монголоидные племена, проникшие по Берингийскому мосту на Аляску оба аллеля отсутствуют или крайне редки. Эрнст Майр Дрейф генов

6 Популяционные волны В любой популяции происходят периодические колебания численности особей, причинами которых служат различные абиотические и биотические факторы среды. Наиболее ярко это проявляется у быстроразмножающихся видов, например у мышевидных грызунов примерно раз в 4 года численность возрастает многократно. Затем вновь происходит резкий спад численности.

7 Популяционные волны Причины уменьшения численности различны это и недостаток кормовой базы, и пресс хищников, численность которых при обильном питании резко возрастает, и вспышки эпидемий, и природные катаклизмы. Например, при половодье или наводнении погибает большая часть популяции грызунов, генофонд ее при этом резко и случайно изменяется. Изменяется и частота встречаемости различных аллелей генов, частота встречаемости редких аллелей при этом может резко возрасти.

8 Популяционные волны Часто колебания численности связаны с прессом хищников. На рисунке показаны изменения численности хищника и жертвы, причем изменение численности жертвы опережает изменение численности хищника. Популяционные волны – одна из частых причин дрейфа генов.

9 Популяционные волны Резкие возрастания численности часто наблюдаются при попадании видов в новые условия обитания, где благоприятные условия и отсутствуют хищники и паразиты. Так, например, было с распространением опунции и расселением кроликов в Австралии. Опунцию завезли в Австралию и использовали в качестве живой изгороди, в отсутствии естественных врагов она расселилась и резко сократила полезные площади пастбищ. Это нашествие смогли остановить только с помощью гусениц кактусовой моли, специально привезенной с Американского континента. Благодарные австралийцы даже поставили памятник этому насекомому.

10 Популяционные волны Подобная же история случилась и с кроликами, когда в Австралии в 1859 году выпустили 12 пар кроликов. Через 40 лет их количество составляло несколько сотен миллионов особей.

11 Популяционные волны Остановить это нашествие попробовали с помощью самой длинной изгороди в мире – от побережья до побережья.

13 Изоляция Важным фактором эволюции является и изоляция, препятствующая свободному скрещиванию особей различных популяций. Наследственная изменчивость… поставляет и распространяет мутации, популяционные волны и дрейф генов… меняют частоту встречаемости различных аллелей, естественный отбор приводит к … преимущественному выживанию особей с определенными генотипами, изоляция препятствует скрещиванию между особями разных популяций.

14 Географическая изоляция Различают географическую и экологическую изоляцию. Географическая изоляция обычно связана с возникновением естественных преград между популяциями одного вида. При этом не происходит распространения возникших мутаций за пределы популяции, что, в конечном счете, приводит к репродуктивной, изоляции появлению новых видов. Образование различных видов галапагосских вьюрков, сохранение яйцекладущих и сумчатых животных Австралии результат изоляции. Такое видообразование называется географическим.

15 Географическая изоляция Белый и бурый медведи географически изолированы и приспособились к жизни в разных экологических условиях.

16 Экологическая изоляция Экологическая изоляция связана с различными экологическими условиями, в которых обитают различные популяции. Движущая форма отбора приводит к изменению генофонда популяций, расхождению признаков и, в конечном счете, образованию новых видов. Так, например, образовались различные виды лютиков.

17 Экологическая изоляция Экологическая изоляция может вызываться несовпадением сроков размножения особей различных популяций, например, некоторые лососевые рыбы нерестятся через год, в четный год на нерест приходит одна популяция, в нечетный другая. Разные популяции форели озера Севан нерестятся в разных горных реках и ручьях, что также приводит к репродуктивной изоляции и может послужить начальным этапом видообразования, называемого экологическим видообразованием.

18 Экологическая изоляция Рыжая лиса и песец также обитают в разных экологических условиях, отбор привел к различиям в генофонде и морфологическим различиям. Таким образом, кроме наследственной изменчивости и естественного отбора к факторам эволюции относятся дрейф генов, популяционные волны и изоляция.

19 Повторение 1.Что понимается под дрейфом генов? 2.Почему дрейф генов можно считать фактором эволюции? 3.Что такое популяционные волны? 4.Почему популяционные волны можно считать фактором эволюции? 5.Приведите примеры географической изоляции как фактора эволюции. 6.Приведите примеры экологической изоляции как фактора эволюции. 7.Почему изоляция является важным фактором эволюции? 8.Какие факторы эволюции случайно и ненаправленно изменяют частоту встречаемости генотипов в популяции? 9.Какой фактор эволюции имеет направляющий характер? 10.Перечислите факторы эволюции, которые различал Ч. Дарвин. 11.Перечислите все факторы эволюции.

При действии элементарных факторов в генофонде изменяется частота определенных генов, что приводит к изменению в генотипе и в фенотипе популяции, а при длительном воздействии естественного отбора проходит ее дифференциация.

Что такое микроэволюция

Микроэволюция - изменения популяции под влиянием эволюционных факторов, что может приводить к изменению генофонда или даже к появлению нового вида.

Факторами эволюции можно назвать любые процессы или явления. Среди них следует назвать мутации, изоляцию, дрейф генов, популяционные волны, которые изменяют генетический состав.

Размеры любой популяции постоянно меняются. Причинами этого являются различные воздействия биотического и абиотического характера. Такие колебания численности популяции имеют периодический характер. Так, после увеличения числа особей в популяции идет его уменьшение. В 1905 году С. С. Четвериков назвал эту закономерность популяционными волнами. Если привести примеры популяционных волн, то это могут быть колебания численности жертв-хищников, размножение саранчи или кроликов в Австралии. Примером также могут служить вспышки численности леммингов в Арктике или чумные эпидемии, которые в прошлом регистрировались в Европе.

Данные волны характерны для всех живых организмов. Они могут быть периодическими и непериодическими. Периодические чаще всего наблюдаются в короткоживущих организмах - у насекомых, однолетних растений, а также у большинства микроорганизмов и грибов. Наиболее простым примером могут быть сезонные изменения численности.

Непериодические популяционные волны зависят от сочетания нескольких сложных факторов. Как правило, они касаются не одного, а нескольких видов живых организмов в биогеоценозе, поэтому могут привести к коренным перестройкам.

Если указывать причины популяционных волн, то стоит вспомнить не только взаимосвязь живых организмов между собой и с факторами окружающей среды, но и влияние человека.

В случаях, когда численность любой популяции резко снижается, могут оставаться всего несколько особей. При этом у них частота генов (аллелей) отлична от той, которая была в исходной популяции. Если после резкого спада численности в популяции идет ее резкий подъем, то начало новой вспышки роста численности особей в популяции дает небольшая группа организмов, которая осталась. Именно поэтому можно утверждать, что популяционные волны влияют на генофонд, поскольку генотип данной группы определяет генетическую структуру всей популяции.

При этом совершенно случайно резко изменяется набор мутаций в популяции и их концентрация. Так, определенная часть мутаций исчезает вообще, а некоторые внезапно растут. Если обобщить, то можно сказать, что популяционные волны как эволюционный фактор чрезвычайно важны, поскольку при условии интенсивного отбора являются основным поставщиком эволюционного материала, когда редкие мутации подставляются под действие отбора.

Кроме этого, волны жизни способны временно вывести ряд мутаций или генотипов в другую абиотическую или биотическую среду. Несмотря на это, даже сочетание популяционных волн и мутаций не обеспечивает протекание эволюционного процесса. Нужно действие фактора, который влияет в одном направлении (это, например, изоляция).

Влияние изоляции на численность популяции

Данный фактор чрезвычайно важен в эволюционном плане, поскольку провоцирует появление новых признаков в условиях одного вида и не дает происходить скрещиванию разных видов между собой. Стоит отметить, что чаще всего наблюдается географическая изоляция. Ее суть заключается в том, что единственный ареал разрывается, при этом пересечение особей из разных его частей становится невозможным или затрудненным.

Стоит отметить, что в изолированной популяции случайно развиваются мутации, а в результате естественного отбора ее генотип становится все более разнообразным. Кроме этого, существует экологическая изоляция и различные биологические механизмы, которые препятствуют особям разного вида свободно скрещиваться. Примером могут быть разные предпочтения относительно места или времени скрещивания, а также, например, отличное поведение или различное строение половых органов у животных, что становится дополнительным препятствием к скрещиванию.

Если обобщить, то можно сказать, что различные виды изоляции способствуют образованию новых видов, но в то же время помогают сохранять генетическую видовую структуру.

Дрейф генов

Случайное изменение количества генов в любой популяции малого размера может иметь заметные последствия, поскольку оно может привести к изменению частоты аллелей. Случайные изменения частоты аллелей называют дрейфом генов. Этот процесс имеет ненаправленный характер. Впервые он был обнаружен генетиками Н. П. Дубининым и Д. Д. Ромашовым.

Подтверждение относительно случайности дрейфа генов получил С. Райт. Он в условиях лаборатории скрестил самок и самцов дрозофилы, которые были гетерозиготными по определенному гену. После этого было получено потомство с концентрацией нормального и мутантного гена, которая составила 50%. Через несколько поколений некоторые особи стали гомозиготными за мутантным геном, некоторые вообще его потеряли, а еще одна часть особей имела как мутантный, так и нормальный ген.

Следует отметить, что даже при пониженной жизнеспособности особей-мутантов и при условии влияния естественного отбора мутантный аллель смог полностью вытеснить нормальный, вызывая специфические популяционные волны.

Этиология популяционных волн

Из всех причин, которые способны повлиять на количественные характеристики популяции, ведущее место занимают климатические условия, биотические факторы при этом отводятся на второй план. При низком видовом многообразии количество особей в популяции зависит от погоды, химического состава окружающей среды, а также от степени его загрязнения.

Стоит отметить, что причины популяционных волн, которые предопределяют изменение численности популяции, зависят от ее плотности или влияют независимо от этого параметра.

Абиотические и антропогенные факторы, как правило, не зависят от плотности популяции. Биотическое влияние в большей мере зависит от нее. Следует отметить территориальное поведение, которое в ходе эволюции является наиболее эффективным механизмом, который сдерживает рост количества особей в популяции. Так, активность особей ограничивается соответствующим пространством. При увеличении численности развивается внутривидовая конкуренция за ресурсы или прямой антагонизм (нападение на конкурентов).

Популяционные волны также зависят от поведенческих реакций, которые при высокой численности популяции характеризуются появлением инстинкта массовой миграции. Также может развиваться стресс-реакция, при которой у особей развиваются такие физиологические особенности, которые снижают рождаемость и способствуют увеличению смертности. Так, нарушается процесс овогенеза и сперматогенеза, учащаются случаи выкидышей, уменьшается количество особей в одном поколении и увеличивается период полового созревания. Кроме этого, уменьшается инстинкт заботы о потомстве, изменяется поведение - растет агрессивность, может наблюдаться каннибализм и неадекватная реакция на лиц противоположного пола, что в конечном итоге снижает численность популяции.

Особенности изменения численности популяций

Аналогично можно охарактеризовать эпидемические волны, поэтому данную теорию с успехом применяют для определения характера распространения различных заболеваний и скорости данного процесса.

Кроме этого, следует упомянуть о популяционно-генетических волнах, с помощью которых описывают характер распространения определенного гена по ареалу, который занимает та или иная популяция.

Механизм действия популяционных волн

Популяционные волны можно охарактеризовать с помощью модельного примера. Так, в закрытом ящике находится 500 черных и такое же количество белых шаров, что соответствует частоте аллелей Р-0,50. Если удалить наугад 10 шаров и предположить, что 4 из них имеют черную окраску, а 6 - белую, то, соответственно, частота аллелей будет составлять 0,40 и 0,60.

Если увеличить количество шаров в 100 раз, добавив 400 черных и 600 белых, а потом опять же наугад забрать любые 10, то велика вероятность того, что их соотношение по цвету будет значительно отличаться от первоначального, например 2 черных и 8 белых. При этом частота аллелей составит соответственно Р-0,20 и Р-0,80. Если же взять третью выборку, то есть вероятность того, что будут извлечены 9 белых шаров из 10 избранных, или даже все они будут иметь белую окраску.

По этому примеру можно судить о случайных колебаниях частоты аллелей в естественных популяциях, которые могут снижать или повышать концентрацию определенного гена.

Популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
______________________________________________________________
Периодические или апериодические колебания численности особей популяции характерны для всех без исключения живых организмов. Причинами таких колебаний могут быть различные абиотические и биотические факторы среды. Действие популяционных волн, или волн жизни, предполагает не избирательное, случайное уничтожение особей,
благодаря чему редкий перед колебанием численности генотип может сделаться обычным и быть подхваченным естественным отбором. Если в дальнейшем численность популяции восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции.
______________________________________________________________
Здесь читайте подробнее: Элементарные факторы эволюции

При характеристике популяции как элементарной эволюционной единицы одной из важных и постоянных черт признано явление колебания ее численности — волн жизни (популяционные волны, см. рис. 7.1). Популяционные волны имеют важное значение как один из элементарных факторов эволюции.

Периодические или апериодические колебания численности характерны для всех без исключения видов живых организмов. Конкретные причины таких флуктуаций могут быть бесконечно разнообразны (как биотические, так и абиотические).

Классификация популяционных волн.В природе встречается множество популяционных волн. Рассмотрим основные.

Периодические колебания численности короткоживущих организмов характерны для большинства насекомых, однолетних растений, большинства грибов и микроорганизмов. В наиболее простом виде это сезонные колебания численности.

Непериодические колебания численности, зависящие от сложного сочетания разных факторов. В первую очередь они зависят от благоприятных для данного вида (популяции) отношений в пищевых цепях: ослабление пресса хищников для популяций жертв или, например, увеличение кормовых ресурсов для популяций хищников. Обычно такие колебания численности касаются не одного-двух, а многих видов животных и растений в биогеоценозах и порой ведут к коренным перестройкам всего биогеоценоза.

Вспышки численности видов в новых районах, где отсутствуют их естественные враги. Примерами колебаний численности в XIX—XX вв. служат кролики в Австралии, домовые воробьи в Северной Америке, канадская элодея, американская норка и ондатра в Евразии и др. В XVI—XVII вв. вспышки численности испытывали расселявшиеся с мореплавателями по всему миру крысы (Rattus norvegicus). С возникновением городов неимоверно увеличилась численность домовой мухи (Musca domestica) в связи с распространением помоек и гниющих пищевых запасов около поселений человека.

Масштабы колебаний численности могут быть различными. Близкие, по-видимому, к максимальным величины колебаний численности в 1 млн раз отмечены в Зауралье для майских жуков (Ю.И. Новоженовым) и в 12 млн раз — для сибирского шелкопряда в западносибирских лесных биоценозах (А.С. Исаевым).

Классификация популяционных волн.В природе встречается множество популяционных волн. Рассмотрим основные.

Читайте также: