Покажите на конкретных примерах что элементарной единицей эволюции является популяция кратко

Обновлено: 05.07.2024

Вопрос:

Почему популяцию, а не вид или особь считают элементарной единицей эволюции? Аргументируйте свой ответ.

Подробный ответ:

Популяция – небольшой подвид тех или иных живых организмов, внутри которого проходят первичные эволюционные процессы. Она состоит из нескольких особей, которые при скрещивании способны мутировать, создавая новые биологические виды.
Одна особь того или иного вида не обладает способностью эволюционировать, поскольку ее набор генов не изменяется в течение периода жизни.

Популяция — элементарная единица эволюции

Популяция — самая мелкая из групп особей|особей, способная к эволюционному развитию, поэтому её называют элементарной единицей эволюции. Отдельно взятый организм не может являться единицей эволюции. Эволюция происходит только в группе особей|особей. Поскольку отбор идёт по фенотипам, особи данной группы должны отличаться друг от друга, т. е. группа должна быть разнокачественной. Разные фенотипы в одних и тех же условиях могут обеспечиваться разными генотипами. Генотип же каждого конкретного организма на протяжении всей жизни остаётся неизменным- Популяция благодаря большой численности особей|особей представляет собой непрерывный поток поколений и в силу мутационной изменчивости — разнородную (гетерогенную) смесь различных генотипов. Совокупность генотипов всех особей|особей популяции — генофонд — основа микроэволюционных процессов в природе.

Вид как целостная система не может быть принят за единицу эволюции, так как обычно виды распадаются на составные их части — популяции. Вот почему роль элементарной эволюционной единицы принадлежит популяции.

Элементарная единица эволюции

Основными параметрами популяции являются численность, плотность, половая и возрастная структура, а также пространственная организация .

Численность – это общее|общее количество особей|особей в популяции. Численность популяции зависит от темпов размножения, а также смертности, и поэтому постоянно изменяется. Для каждой популяции обычно есть верхний и нижний пределы численности. У одного и того же вида могут быть как большие|большие, так и маленькие популяции.

Плотность популяции – это количество особей|особей или их биомасса (совокупная масса живого вещества), приведённая на единицу площади или объёма. Например, 150 растений сосны|сосны на 1 гектар или 0,5 циклопа на 1 м3 воды|воды. Плотность популяции также изменяется и зависит от численности.

Пространственное распределение описывает особенности размещения особей|особей популяции на занимаемой территории. Природным популяциям свойственно три типа распределения особей|особей: случайное, равномерное и групповое.

Возрастная структура популяции отражает соотношение различных возрастных групп, а также сезонную и многолетнюю динамику этого соотношения.

В популяции обычно выделяют три возрастные категории особей|особей:

предрепродуктивная (особи, не достигшие половой|половой зрелости),

репродуктивная (особи способные к размножению),

пострепродуктивная (особи утратившие способность к размножению).

При благоприятных условиях в популяции присутствуют всё|все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильное их относительное количество. Численность особей|особей находящихся в репродуктивном периоде – очень важный показатель. Его ещё называют эффективная численность.

Половую структуру популяции определяет соотношение полов в популяциях с раздельнополыми особями. К ним относятся большинство животных и всё|все двудомные растения. Скорость размножения популяции обычно лимитируется количеством половозрелых самок.

Всё|Все описанные характеристики популяции сильно изменяются во времени. Популяции могут объединяться или разделяться, возникать или вымирать.

Изоляция популяций приводит к тому, что особи преимущественно скрещиваются внутри популяции. Это приводит к накоплению генетических различий между разными популяциями. В такой популяции генотипы организмов оказываются похожи более, чем между разными популяциями.

Совокупность генотипов всех особей|особей популяции называется генофондом.

Закрепившиеся мутации передаются внутри популяции и необязательно попадают|попадают в другие. Длительное накопление таких различий может вести|вести к видообразованию. Однако если видообразование не происходит, популяция всё равно существует в пределах системы популяций исходного вида длительное время и обеспечивает передачу накопившихся генетических изменений в ряду многих поколений.

Индивидуальные отличия отдельных индивидуумов не могут передаваться по наследству. Жизнь особи ограничена, и она может умереть, не оставив потомства.

Для передачи генетической информации требуется размножение, которое у многих организмов может происходить только в условиях популяции.

Поэтому популяция является элементарной, т. е. минимальной единицей эволюции.

Видео по теме : Элементарная единица эволюции

Элементарная единица эволюции

Популяция — элементарная единица эволюции

В ходе эволюции происходит передача наследственных свойств и признаков организмов в ряду поколений. Отдельный организм не может выступать в роли элементарной единицы эволюции. Во-первых, он существует ограниченное время (одно поколение) и не способен обеспечить продолжение рода|рода. Во-вторых, каждая особь|особь развивается на основе генотипа, полученного от родителей. Как бы ни менялся фенотип особи, её генотип в течение жизни остаётся практически неизменным. Естественный отбор может протекать только в неоднородных как по фенотипу, так и по генотипу группах. Следовательно, отдельный организм не может служить материалом для естественного отбора.

Дарвин рассматривал эволюцию на уровне вида. В то время вид считался наименьшей неделимой единицей природы. Однако по современным представлениям вид дискретен и разделяется на популяции. Значит, вид не является наименьшей неделимой единицей природы, способной к эволюции, а представляет собой этап эволюционного процесса.

Следовательно, особь|особь или вид не могут быть элементарной единицей эволюции, а её роль выполняет популяция. В природе популяция может длительно существовать, благодаря смене поколений особей|особей, различающихся по генотипам. Совокупность генотипов всех особей|особей популяции называется генофондом. Эффективность распространения в популяции каждого конкретного генотипа зависит от того, насколько сформировавшийся на его основе фенотип особи соответствует условиям её обитания. Однако условия жизни и численность популяции непостоянны во времени. Соответственно изменяется и полезность фенотипов. То, что было полезным в предыдущем поколении, может оказаться бесполезным или вредным в последующем, и наоборот. В результате одни генотипы распространяются в популяции, а другие становятся редкими и постепенно исчезают, что приводит к изменению генофонда популяции.

Не остаются постоянными и сами генотипы. Отдельные их элементы (гены) также меняются со временем. В генах возникают мутации, меняющие генотипы и фенотипы особей|особей и их потомков.

Таким образом, в популяциях постоянно изменяются генотипы особей|особей и меняется их соотношение в генофондах. Это приводит к появлению генетических различий между популяциями, которые усиливаются под действием естественного отбора при наличии барьеров между ними. Со временем генофонды популяций могут стать настолько разными, что между особями этих популяций будет невозможно скрещивание. Это значит, что популяции стали новыми видами. Образование новых видов — это результат эволюции.

Как видно, для протекания эволюционного процесса необходимо, чтобы в популяции появилось генотипическое разнообразие особей|особей и происходило изменение соотношения генотипов в генофонде, т. е. сформировался элементарный эволюционный материал. Его формирование в популяции происходит в результате действия определённых факторов — предпосылок эволюции.

Исследования в области эволюционной биологии, генетики и экологии подтвердили справедливость положений теории Дарвина и выявили ряд факторов, которые играют важную роль в процессе эволюции. Их принято разделять на предпосылки и движущие силы эволюции. Согласно современным представлениям к предпосылкам эволюции, как уже отмечалось, относятся: мутационный процесс, комбинативная изменчивость, поток генов, популяционные волны|волны (волны|волны жизни), дрейф генов, изоляция. Всё|Все предпосылки, за исключением изоляции, создают элементарный эволюционный материал. Изоляция не создаёт материал для естественного отбора, а закрепляет генетические различия между популяциями или их частями, возникшие в результате его действия.

Таким образом, предпосылки эволюции в зависимости от их роли можно разделить на две группы:

Создают элементарный эволюционный материал:
мутационный процесс;
комбинативная изменчивость;
поток генов;
популяционные волны|волны;
дрейф генов;
Закрепляет генетические различия популяций:
изоляция.

Мутационный процесс — случайный и ненаправленный процесс возникновения наследственных изменений — мутаций — под действием мутагенных факторов среды|среды. Он создаёт эволюционный материал для естественного отбора в виде изменённых генотипов (мутационная изменчивость). Частота спонтанных мутаций в отдельном гене невелика (одна мутация на 104-109 гамет одного поколения). Но поскольку одновременно мутируют многие гены, то в среднем 10-15 % гамет в поколении несут мутантные аллели.

Все живые организмы населяют определенные территории. В процессе их индивидуального развития формируются системы взаимосвязей между живыми организмами, между организмами и средой. Последствием этих взаимосвязей зачастую является увеличение или уменьшение числа особей на единице занимаемой ими территории.

Процессы, протекающие внутри особей, были тщательно изучены биологами. Ученые пришли к выводу о том, что следует обратить особое внимание на процесс эволюции и ее элементарную единицу — популяцию.

Популяция как элементарная единица эволюции

Процесс эволюции длится тысячи и миллионы лет, и потому он не способен затронуть особь в отдельности. В каждом организме протекают онтогенетические изменения, но эволюционный процесс не происходит на уровне одного организма, поскольку генетический материал особи остается неизменным.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Элементарная единица эволюции должна удовлетворять следующим требованиям:

выступать во времени и пространстве как некое единство;
формировать резерв наследственной изменчивости и наследственно изменяться во времени;
существовать в определенных природных условиях в течение долгого времени, соизмеримого со сроками видообразования.

Отдельно взятый организм не соответствует этим требованиям. Точно так же эти условия не удовлетворяет вид в целом, потому как он не существует в пространстве как единое целое. Это объясняется тем, что особи определенного вида распределены неравномерно: они могут образовывать разобщенные группы, а плотность их заселения может отличаться в различных частях мест обитания.

Справедливо утверждение, что всем вышеприведенным условиям полностью отвечает популяция. Она реально существует в природе, представляет некое единое целое во времени и пространстве и способна наследственно изменяться во времени. Популяция и является элементарной единицей эволюции.

Специфическая совокупность особей, принадлежащих одному виду, которой свойственно наличие общего генофонда и общая территория называется популяцией.

При этом, согласно определению, отдельно взятый организм не может являться единицей эволюции, так как она происходит только в группе особей.

Механизмы действия факторов в популяции

Факторы внешней среды оказывают влияние только на внешние признаки организма – фенотип, поскольку генотип – это лишь записанная определенным образом в молекулах ДНК наследственная информация. Эта информация может не проявляться фенотипически, но при этом образовывать резерв наследственной изменчивости.

Проявление этих признаков в фенотипе зависит от частоты встречаемости аллелей, несущих данные мутации. Чем шире они распространяются, тем выше вероятность того, что они проявятся в фенотипе на определенном этапе развития.

В зависимости от соответствия проявившихся признаков условиям внешней среды, особи-носители этих признаков либо погибают, либо дают потомство, способное к размножению. В результате развития второго сценария возможно вытеснение старого признака новым вместе с носителями этого признака.

Наблюдения подтвердили, что благодаря перераспределению частот встречаемости отдельных генов увеличивается адаптивная способность популяций к постоянно изменяющимся условиям среды обитания.

Элементарные факторы эволюции

Тем не менее есть вероятность возникновения факторов, способных препятствовать свободному скрещиванию особей. Этот процесс биологии называют изоляцией.

Между изолированными друг от друга популяциями перестает проходить обмен генетической информацией, вследствие чего отличия генофондов популяций увеличиваются и укрепляются. Поэтому со временем они превращаются в разные виды.

Различают основные виды изоляции:

географическая – обусловленная географическими препятствиями (большие расстояния, горы, водные преграды);
биологическая – обусловленная биологическими отличиями между особями (экологическая, которая связана со смещением сроков спаривания/цветения; генетическая, связанная с перестройками геномов и хромосом; морфофизиологическая, связанная с размерными отличиями особей и разницей в строении их органов размножения; этологическая, связанная с отличиями в поведении особей в брачный период).

Еще один фактор эволюции – мутационный процесс.

Мутации – скачкообразные и устойчивые изменения признаков, которые передаются по наследству. Они приводят к появлению новых генов, поскольку в результате этого процесса возможен переход гена из одного состояния в другое, или его изменение.

Мутационный процесс является поставщиком элементарного эволюционного материала для естественного отбора.

Также источником материала для естественного отбора является комбинативная изменчивость. Это образование новых комбинаций из существующих генов. Комбинативная изменчивость создает фенотипическое разнообразие особей в популяции.

При значительном сокращении численности популяции (к примеру, из-за наводнения или уменьшения пищевых ресурсов) остаются в живых особи с редкими генотипами. Среди небольших популяций случайные события могут повлечь за собой изменения частот некоторых аллелей.

Процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей и генотипов в популяциях получил название дрейф генов. Согласно теории, одной из главных причин дрейфа генов являются волны жизни.

Классификация популяционных волн

Волны жизни — это периодические и непериодические колебания численности популяции.

Они характерны для всех без исключения видов живых организмов. Постоянные изменения условий существования являются причиной того, что число доживающих до взрослого состояния особей всегда разное.

Рассмотрим примеры различных популяционных волн.

Периодические колебания численности короткоживущих организмов характерны для множества отрядов насекомых, грибов, растений и микроорганизмов. Последние зачастую приводят к простудным заболеваниям в весенний и осенний период. Это объясняется волнами массового размножения ряда простейших, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний.
Непериодические колебания численности зависят от комплекса разных факторов. Обычно эти колебания касаются многих видов/подвидов растений и животных. Это может привести к коренным перестройкам биогеоценоза. Колебания численности зависят от благоприятных для популяции отношений в пищевых цепях: увеличение пищевых ресурсов или послабление пресса хищников для популяции жертв.
Всплески численности видов на новых территориях, где не водятся их естественные враги. Так в позднее Средневековье в связи с развитием мореходства возросли всплески численности крыс, расселявшихся с мореплавателями по всему миру.
Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными катаклизмами. Несколько лет засухи могут стать причиной изменений на больших участках площади: увеличение территории сухих лугов, выгорание торфяных залежей, наступление луговой растительности на болотные участки и т.д.

Ни один из вышеназванных процессов не может единолично обеспечить протекание эволюционного процесса в биосфере. Для этого и популяционные волны, и изоляция, и мутация, и дрейф генов должны действовать в одном направлении.

Популяция является элементарной единицей эволюции потому, что она в процессе эволюции выступает как генетическое, репродуктивное и экологическое единство.

Создатель классификации растений и животных К. Линней выделил биологический вид в качестве единицы систематики. Естествоиспытатель считал сходство морфологических признаков, их способность свободно скрещиваться между собой ведущими критериями для отнесения живых организмов к одному виду. Линней был уверен в неизменности видов.

Учение о наименьших группах организмов, обладающих близким родством, развивали Ж. Б. Ламарк, Ч. Дарвин. Исследователи выяснили, что виды не существуют в природе вечно, а возникают, проходят путь развития и исчезают. Также, развитие науки позволило установить различия в химическом и генетическом составе, метаболизме.

Вид, его критерии

Видом называют группу особей с наследственным сходством признаков (Рис. 1). Для них характерна возможность скрещивания между собой. Появившееся потомство тоже плодовито. Особи одного вида обитают в определенной географической области, которую называют ареалом.

Рис.1. Виды животных

Нередко, особи приобретают устойчивые отличия от представителей других частей того же вида. Это происходит под воздействием условий внешней среды и других факторов. Возникают географические и экологические обособленные части вида — подвиды.

Не следует путать подвиды с появлением разной окраски и неодинаковыми размерами тела самцов и самок одного и того же биологического вида. Различия во втором случае обусловлены половым диморфизмом (Рис. 2).

Рис.2. Пример полового диморфизма. Самец и самка сокола

Критерии вида, разработанные биологами, надо рассматривать в комплексе (Табл. 1).

Критерии вида

Название

Описание

Проявляется в сходстве внешнего вида и анатомического строения особей одного вида. Часто у близкородственных видов появляются похожие морфологические черты, поэтому одного критерия недостаточно для определения.

Наблюдается сходство в протекании процессов жизнедеятельности у особей, принадлежащих к одному виду. Близкородственные виды настолько похожи в плане физиологии, что могут скрещиваться и давать потомство.

Химический состав клеток и тканей, процессов жизнедеятельности сходны у особей одного вида. Тождественность белков позволяет идентифицировать виды даже на молекулярном уровне.

Возникает приспособление особей одного вида к определенному питанию, похожим условиям обитания. Поэтому они занимают одни и те же экологические ниши и экосистемы.

Гигантский борщевик встречается в разных природных зонах на больших территориях. Такие растения космополиты угрожают существованию других видов, наносят экологический и экономический ущерб (Рис. 3).

Амброзия полыннолистная — злостный сорняк. Пыльца растения вызывает аллергию у людей. Ареал обитания амброзии за последние десятилетия значительно расширился.

Рис.3. Виды-космополиты: борщевик, амброзия

Главным критерием вида считается генетический. Принадлежащие к одному виду особи обладают одинаковым кариотипом (набором хромосом), нуклеотидным составом ДНК. Между ними возможно скрещивание. Появившееся потомство обладает плодовитостью.

Рис.4. Видовое разнообразие жуков и цветковых растений

Полностью идентичные особи в природе не встречаются. Например, в одной популяции божьих коровок в окраске крыльев преобладает красный цвет, в других — черный. Один этот признак — не решающий в вопросе принадлежности насекомых к виду Coccinella septempunctata. Важен весь комплекс признаков.

Популяция – структурная единица вида и элементарная единица эволюции

Биологический вид — целостная система, устойчивая при сохранении местообитания, условий среды. Особи одного вида неравномерно размещены по территории. В одних местах более распространены, в других не могут жить.

Популяция — совокупность совместно обитающих особей одного вида. Устойчивое во времени образование может исчезнуть в случае природных катастроф или в результате хищнического истребления. Две разнополые особи — минимальная популяция. Однако такое образование неустойчиво из-за недостаточного разнообразия генофонда.

Связи между организмами в пределах одной популяции:

общность происхождения;
забота о потомстве;
местообитание;
защита от врагов;
совместный поиск пищи.

Организмы в одной популяции бывают полностью изолированными. Так происходит при наличии географических преград (горных цепей, рек, озер). Неизолированные организмы обитают на однородной территории (Рис. 5). Изоляция бывает не только пространственной, но и физиологической, репродуктивной, экологической.

Рис.5. Популяции копытных животных в саванах и полупустынях не изолированные

Экологическая характеристика популяций включает 5 признаков:

Численность особей (периодически меняется).
Рождаемость — количество индивидов, появившихся на свет за единицу времени.
Смертность — число умерших или погибших за единицу времени.
Плотность — сколько приходится особей одного вида на единицу площади территории, объема почвы или воды.
Биомасса — масса особей, которая приходится на единицу площади или объема.

Половая — соотношение количества особей разных полов.
Возрастная — различия по возрастному признаку.
Пространственная — территориальное распределение в среде обитания.
Этологическая — особенности поведения.

Живые организмы в популяциях ведут одиночное или групповое существование. Совместное проживание дает возможность лучше защищаться от врагов, размножаться, обучать молодняк. Группы животных называют стаями, колониями, табунами.

Одни популяции относятся к оседлым. Для них характерно длительное проживание на одной и той же территории. Кочевые популяции перемещаются в поисках корма, во время зимовки. Мигрирующие сменяют местообитания по одним и тем же маршрутам. Птицы летят на зимовку в теплые регионы и возвращаются к гнездам.

Численность и плотность популяции изменяются постоянно. Чаще всего так происходит под влиянием условий среды (бескормицы или обилия пищи, инфекций). Резкие колебания численности особей одной популяции происходят при воздействии одного или группы факторов. Подобное явление русский ученый С. С. Четвериков назвал популяционными волнами (Табл. 2).

Виды

Причины

Особенности жизненных циклов, сезонные изменения климатических факторов.

Нехватка корма, засуха, очень низкие температуры воздуха и почвы, стихийные бедствия.

Обмен генетическим материалом между особями одной популяции происходит намного чаще, чем между представителями разных популяций. Популяционные волны способны привести к резкому изменению генофонда.

Микроэволюция

В популяциях одного вида происходят эволюционные процессы, ведущие к его изменению (Табл. 3.). Возникают подвиды и, в конечном счете, новые виды. Поэтому, популяция считается элементарной эволюционной единицей. Для реализации ее потенциала необходимы определенные условия.

Элементарные эволюционные факторы

Особенности действия

Разновидности и вызываемые явления

Ненаправленный характер

Популяционные волны — Колебания численности особей одного вида.
Изоляция — Препятствия для свободного обмена генетической информацией.
Дрейф генов — Изменение частоты встречаемости отдельных признаков в популяции.

Направленный характер

Естественный отбор — В классическом понимании — выживание организмов, признаки которых оказались полезными в условиях обитания, и гибель существ с вредными признаками.

Микроэволюция начинается с естественного отбора, мутаций и дивергенций (расхождением признаков) — источников генетического материала. Рецессивные мутации образуют резерв наследственной изменчивости. Они тоже могут фенотипически проявиться в изменившихся условиях существования и попасть под действие естественного отбора.

Происходит образование новых популяций, отличающихся от исходных морфологически и генетически. Географическая и репродуктивная изоляция между старыми и новыми популяциями в итоге приводит к возникновению новых видов.

Классический пример описан еще Ч. Дарвином. Вьюрки с Галапагосского архипелага отличаются от обитающих на материке. Различия в характере пищи и удаленность островов сначала определили появление расхождений в строении клювов. Постепенно популяции разделились. В дальнейшем возникли самостоятельные виды.

Микроэволюция не прерывается. Каждый новый вид — это промежуточный результат. Исчезнувшие виды вновь на Земле не появляются. Этот факт доказывает необратимость эволюции.

В более длительные исторические периоды близкородственные виды объединяются в роды и более крупные группы — семейства, отряды, классы. Надвидовые процессы называют макроэволюцией.

Образование новых видов

Согласно теории Ч. Дарвина, процесс видообразования начинается с расселения особей одного вида. Возникают новые популяции, обостряется внутривидовая борьба за существование, начинают действовать механизмы естественного отбора. По современным представлениям, образование подвидов и видов не всегда обусловлено борьбой за существование.

В различных популяциях вида возникают неодинаковые приспособительные изменения к различным условиям существования. Наблюдается дивергенция — расхождение признаков и свойств организмов. Различия накапливаются на генетическом уровне. Только при невозможности скрещивания с образованием плодовитого потомства популяции становятся отдельными видами.

Способы видообразования

Различают аллопатрическое или географическое видообразование. В результате расселения особей в новых условиях существования происходит обособление видов (Схема 1).

Второе направление — экологическое видообразование. Особи приспосабливаются к разным условиям существования в пределах одного и того же ареала (Схема 2).

Биологическая изоляция выражается в появлении различий в наборе генов, изменении числа хромосом. Утрачивается способность особей внутри ареала к скрещиванию. Если даже она сохраняется, то потомство уже не обладает плодовитостью.

Сохранение многообразия видов как основа устойчивости биосферы

Рис.6. Разнообразие растений, грибов, животных

Все причины угасания, гибели видов в прошлом и сейчас до сих пор неизвестны. Основными факторами этого процесса в далекие геологические эпохи были разломы земной коры, вулканизм, горообразование, резкие изменения климата.

Исчезновение видов обусловлено не только физическим уничтожением растений и животных. Большой урон видовому разнообразию наносят стихийные бедствия (пожары, наводнения, извержения вулканов). Одной из причин исчезновения значительного числа видов является деятельность человека (распашка земель, вырубка лесов, осушение болот, строительство).

Нарушение мест обитания ведет к сокращению численности, вымиранию растений и животных. Процесс начался вместе с появлением человеческого общества и приобрел наибольший размах в последние столетия. Более уязвимыми оказались виды, приспособленные к одному местообитанию, одному виду пищи (амурский тигр, панда, коала). Как подсчитали ученые, в XXI веке мир теряет в течение часа 10 видов.

Рис.7. Краснокнижный венерин башмачок

Сохранение видового многообразия подразумевает охрану редких видов, запрет на их уничтожение, создание искусственной среды (зоопарков), генетических банков. Сохранению местообитаний в значительной мере способствует организация ботанических садов, заказников, заповедников, национальных парков. Различия между ними заключаются в степени разрешенного вмешательства в природную среду, запрещенных видах деятельности человека на охраняемых территориях.

Читайте также: