Подробное решение параграф § 59 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. 2014
1. В чем причина отличия организмов, обнаруженных Ч. Дарвином на Галапагосских островах, от близкородственных форм на материке?
Ответ. Наблюдения Дарвина позволили задуваться над причинами сходства и различий между видами. Главная его находка, обнаруженная в геологических отложениях Южной Америки, - это скелеты, вымерших гигантских неполнозубых, очень сходных с современными броненосцами и ленивцами. Еще большее впечатление произвело на Дарвина изучение видового состава животных на Галапагосских островах.
На этих вулканических островах недавнего происхождения Дарвин обнаружил близкие виды вьюрков, сходные с материковым видом, но приспособившиеся к разным источникам питания - твердым семенам" насекомым, нектару цветков растений. Дарвин сделал вывод: птицы попали на остров с материка и изменились вследствие приспособления к новым условиям обитания. Таким образом, Дарвин ставит вопрос о роли условий среды в видообразовании
2. Какие природные факторы изолируют некоторые популяции организмов от других популяций того же вида?
Ответ. Изоляция (от франц. isolation — разобщение, отделение) популяции от других популяций своего вида также служит элементарным фактором эволюции, так как затрудняет или исключает свободное скрещивание ее особей с особями других популяций этого же вида.
Обычно изоляция ведет к обособлению внутривидовых групп и образованию новых видов.
Изоляция не создает генетических изменений в популяции, но она закрепляет и усиливает генотипическое разнообразие.
Изоляция популяции от других популяций вида в природе может осуществляться различными способами. Часто этому служат труднопреодолимые территориально-механические или географические барьеры (река, озеро, горный массив, автострада, антропогенный ландшафт и пр.).
Популяции малоподвижных организмов могут быть изолированы друг от друга всего несколькими метрами пространства.
Изоляция может возникнуть при биологической (репродуктивной) нескрещиваемости особей, обусловленной или поведенческими различиями, или экологическими особенностями (предпочтением разных местообитаний, сезонными и временными несовпадениями сроков размножения), морфофизиологическими (различием в размерах и строении организмов и отдельных органов), а также генетическими различиями (несовместимостью половых клеток) и др. Все эти формы изоляции возникают независимо друг от друга и могут проявляться в различном сочетании.
Длительная изоляция какой-то популяции может привести к независимости ее генофонда от генофонда других популяций вида, в результате чего обособившаяся популяция может стать самостоятельным новым видом.
Вопросы после § 59
1. Что такое изолирующие механизмы? В чём значение изолирующих механизмов?
Ответ. 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.
2. Какие виды изолирующих механизмов вам известны? Приведите примеры.
Ответ. 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).
3. Почему гибриды различных видов организмов стерильны?
Ответ. Человек часто получает гибриды путём скрещивания разных видов. В рыбоводных хозяйствах, например, разводят бестера – гибрид белуги и стерляди. Во многих странах на сельскохозяйственных работах используют выносливого мула – гибрид лошади (кобылы) и осла (самца), а в Китае – лошака – гибрид ослицы с жеребцом. 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.
►Обсудите, могут ли гибридные формы, попав в дикую природу, привести к заметным изменениям генофонда диких популяций или нарушить экологическое равновесие.
Ответ. До настоящего времени такие примеры не описаны в литературе. Нарушить экологическое равновесие они не способны, даже если в дикую природу попадет достаточно большое количество гибридных животных. В связи с тем, что большинство гибридных форм бесплодны, т.е. не способны давать плодовитое потомство. В процессе мейоза их хромосомы не могут найти своих гомологов. Эта проблема решаема с помощью полиплоидии. Но это не частое явление. Даже если полиплоиды попадут в дикую природу, они не смогут значимо сместить равновесие.