§ 5. Естественный отбор — главная движущая сила эволюции

СТРАНИЦА 29

Вспомните методы селекции, которые вы изучили в 10 классе. Какие виды гибридизации и с какой целью используются в селекции животных? Какой вид отбора (массовый или индивидуальный) используется селекционерами растений для получения наиболее генетически однородного потомства?

Основными методами селекции являются отбор, мутагенез и гибридизация (в том числе полиплоидия, внутривидовая и межвидовая).

Основным методом гибридизации, применимым к животным, является отдаленная гибридизация, подразумевающая скрещивание пар, которые относятся к разным видам. Данный метод имеет огромный минус: все потомство бесплодно. Ярким примером отдаленной гибридизации является мул, который представляет собой помесь осла с кобылой и отличается большой выносливостью осла, покладистым характером лошади

Для данной цели селекционеры используют массовый отбор — выделение группы особей, сходных по одному и более необходимых признаков, без проверки их генотипа. При их повторном посеве снова отбирают растения с нужными качествами. Сорт, полученный таким способом, генетически однороден, и отбор периодически повторяют.

СТРАНИЦА 31

Вспомните из раздела «Генетика», как соотносятся генотип и фенотип. Всегда и одного фенотипу соответствует только один генотип, и наоборот?

Генотип — это совокупность всех генов организма. Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма.

Одному генотипу всегда соответствует только один фенотип, так как внешние признаки организма формируются на основе генетического кода. Однако, одному фенотипу может соответствовать сразу несколько генотипов, это связано с гомозиготностью и гетерозиготностью аллелей: различная их рекомбинация может привести к проявлению того или иного признака.

СТРАНИЦА 32–33

Дополните таблицу по предложенному образцу.

Сравнение искусственного и естественного отбора

СТРАНИЦА 34

Приведите другие примеры движущей формы естественного отбора.

Развитие устойчивости к антибиотикам у бактерий; возникновение ласт у водоплавающих млекопитающих; ароморфозы птиц в связи с их приспособлением к наземно-воздушной среде обитания: появление 4-х камерного сердца, разделение кровотока, теплокровность, развитие головного мозга, сложное, прогрессивное поведение, появление большего количества капилляров легких и др.

СТРАНИЦА 35

Объясните, почему латимерия сохранилась до сих пор, а гигантские динозавры вымерли.

Латимерия была более приспособлена: например, вместо характерного для большинства челюстноротых позвоночных твёрдого позвоночника у нее имелась толстостенная эластичная трубка, которая так же далека от хорды их предков, но развитие этой структуры происходило в абсолютно другом направлении. Вместо сплошного черепа кистеперая рыба обладала специфической мозговой коробкой, состоящей из двух частей, которые сочленяются, латимерии — единственные современные животные с таким строением черепа. Генетические исследования показали, что латимерии более близкородственны четвероногим, чем лучепёрым рыбам

СТРАНИЦА 36

Сделайте предположение о том, какие факторы привели к возникновению двух форм листовидки зелёной.

Идиоадаптация – частные эволюционные изменения приспособительного характера. Они не затрагивают общий уровень организации. Данные изменения являются результатом приспособления к конкретным условиям окружающей среды.

Заполните таблицу по предложенному образцу.

Характеристика основных форм естественного отбора

Заполните таблицу по предложенному образцу (в случае затруднений вернитесь к § 3—5).

Факторы эволюции по Дарвину

СТРАНИЦА 38

• Какие формы искусственного отбора были предложены Дарвином? Какая из них появилась исторически раньше?

Ч. Дарвин предложил два основных вида искусственного отбора: «бессознательный» и методический. Бессознательная форма искусственного отбора появилась исторически раньше и представляла собой процесс, при котором человек сохраняет наиболее ценных особей и уничтожает менее ценных или не оставляет от них потомства на племя, не задумываясь об изменении породы или создании новой. «Бессознательный» отбор, применяемый в течение длительного времени, постепенно привел к большим изменениям одомашненных животных. При методическом отборе человек систематически стремится к изменению породы, он ставит перед собой цель — изменить группу животных или целую породу в определенном направлении или даже создать новую породу с нужными свойствами.

• Что называют естественным отбором? Уточните определение с точки зрения генетики.

Естественный отбор — основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью

Генетики считают, что естественный отбор привел к тому, что генофонд стал беднее: теперь в нем меньше форм генов, а не больше, чего требует эволюция.

Происходит это потому как в первоначальной популяции существовали гены, определяющие рецессивные признаки, после чего популяция утратила все гены, кроме управляющих доминантными.

• Дайте характеристику движущей формы естественного отбора. Приведите примеры.

Форма естественного отбора, которая действует при направленном изменении условий внешней среды. Примеры: ароморфозы птиц в связи с их приспособлением к наземно-воздушной среде обитания: появление 4-х камерного сердца, разделение кровотока, теплокровность, развитие головного мозга, сложное, прогрессивное поведение, появление большего количества капилляров легких и др.; развитие устойчивости к антибиотикам у бактерий; возникновение ласт у водоплавающих млекопитающих.

• Что такое стабилизирующий отбор? Приведите примеры.

Форма естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака. Примеры: сходное строение зрения у хордовых животных; отбор новорожденных млекопитающих со средним весом.

• Какова сущность и роль дизруптивного отбора? Ответ подтвердите примерами.

Дизруптивный (разрывающий) отбор -форма естественного отбора, при которой условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам (направлениям) изменчивости, но не благоприятствуют промежуточному, среднему состоянию признака. Примеры: существование быстро и медленно растущих хищных рыб в одном озере; сохранение фенотипов с крайними отклонениями внутри одной популяции.

2. Распределите по номерам (1 – движущий отбор, 2 – стабилизирующий отбор, 3 – дизруптивный отбор) следующие примеры:

Сохранение у насекомоопыляемых растений размеров и формы цветка; – 2

Сильное развитие или утрата крыльев у насекомых, живыщих на океанических островах, где дуют сильные ветры; – 3

Полное исчезновение глаз у кротов и некоторых других животных, живущих под землей. – 1

ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ ОРГАНИЗМОВ К СРЕДЕ ОБИТАНИЯ — РЕЗУЛЬТАТ ЭВОЛЮЦИИ

Заполните таблицу по предложенному образцу.

Механизм возникновения признаков

СТРАНИЦА 42

Приведите примеры морфологических адаптаций у животных, произрастающих в условиях нехватки воды.

Видоизменения корневой системы: ее удлинение, листьев, листорасположения, у многих растений пустыни листья покрыты либо пушком, либо восковым налетом, что тоже уменьшает площадь испарения листьев.

Приведите примеры морфологических адаптаций у животных, способных летать.

Появление 4-х камерного сердца, разделение кровотока, теплокровность, развитие головного мозга, сложное, прогрессивное поведение, появление большего количества капилляров легких и др.

СТРАНИЦА 43

Как выдумаете, почему у многих птиц самцы окрашены ярче, чем самки?

Это своеобразная защита от хищников — Отпугивающая (предостерегающая) окраска.

В тетради поэтапно запишите механизм возникновения отпугивающей окраски по Дарвину (например, у божьей коровки).

Яркая окраска у божьей коровки — средство приспособления к окружающей среде. продукт эволюции. Как известно красный и другие яркие цвета считаются в природе предупреждающими — животные этих цветов ядовиты и своим цветом показывают это, чтоб не быть съедеными.

Биологическим механизмом, обеспечивающим возникновение приспособительной окраски, является естественный отбор. В процессе эволюции в популяции, которая в силу разнообразия генофонда отличалась очень широким спектром окраски, преимущественно выживали и оставляли потомство те особи, которые были менее заметны на фоне окружающей среды. В результате доля соответствующих генотипов постоянно росла. В дальнейшем данный фенотип, следовательно, и генотип закреплялся в популяции с помощью стабилизирующего отбора. В случае предостерегающей окраски происходили аналогичные процессы. Например, птицы исходно легче находят и поедают ярких насекомых. Если эти насекомые оказываются ядовитыми, то птицы быстро обучаются их не трогать и предпочитают более скромно окрашенную добычу. Тем самым особи с яркой окраской, которую легко идентифицировать как ядовитую, сохраняются и оставляют потомство. Со временем данный признак закрепляется в популяции.

СТРАНИЦА 44

Приведите примеры сезонных физиологических адаптаций у млекопитающих.

В агрессивных средах обитания многие млекопитающие и птицы имеют характерный набор реакций организма, из которых состоит их физиологическая адаптация. Примеры (у животных) можно наблюдать практически в каждой климатической зоне. Например, обитатели пустынь накапливают запасы подкожного жира, который окисляется и образует воду. Этот процесс наблюдается перед наступлением периода засухи... птицы и млекопитающие способны регулировать потери воды с поверхности дыхательных путей. Например, верблюд после долго лишение воды резко сокращает испарение как с дыхательных путей, так и через потовые железы.

Воздействие циклических изменений привело к возникновению у организмов ряда особенностей образа жизни, которые сами по себе также являются циклическими. Таковы, например, диапауза (состояние физиологического покоя) насекомых, приливно-отливный ритм перемещения животных, обитающих в зоне прилива (например, крабов), сезонный цикл изменения густоты и часто окраски меха у млекопитающих.

Из сезонных изменений образа жизни широко распространенным приспособлением к неблагоприятным условиям у многих животных являются миграции. К ним относятся перемещения в новые убежища или массовые переселения в иные климатические области (наподобие ежегодных перелетов птиц, миграций северных оленей и т. п.).

Особым приспособлением к неблагоприятным условиям является анабиоз — состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедляются, что отсутствуют все видимые признаки жизни. Такое состояние характерно для одноклеточных организмов, некоторых червей, членистоногих, земноводных. В состоянии анабиоза организмы могут переносить крайне неблагоприятные условия, например глубокое промерзание.

СТРАНИЦА 45

Приведите примеры поведенческих адаптаций у птиц, связанных с размножением.

Образование пар и токовое поведение. Образование пар у молодых гусей и лебедей, у молодых и старых крякв происходит уже во время осеннего пролета и на зимовках, у большинства других уток — на зимовках и весеннем пролете. На места гнездования они обычно прилетают уже парами. У большинства птиц формирование пар идет на местах гнездования. Прилетающие раньше самцы занимают гнездовые участки, охраняют их и токуют. Появляющиеся позже самки привлекаются токовым поведением самцов и оседают на том или ином участке. У белых аистов нередки драки самок за овладение гнездом, на которые безучастно смотрит занявший это гнездо самец.

Практически у всех птиц начало периода размножения отмечает своеобразное поведение, которое называют токовым. Во время тока самец, а у многих видов и присоединившаяся к нему самка, принимает необычные позы (топорщит оперение, расправляет крылья и хвост, вытягивает шею и т.п.), совершает своеобразные движения (танцы журавлей, гонки на воде у лысух и уток и т.д.), интенсивно поет или издает громкие звуки. Многие виды совершают токовые полеты — более или менее сложные передвижения в воздухе, часто сопровождаемые громкими выкриками или «песней». У некоторых видов токующие партнеры имитируют постройку гнезда.

Брачное поведение, выбор партнёра, образование семьи, забота о потомстве – эти типы поведения являются врождёнными и видоспецифичными, т. е. у каждого вида существует своя программа полового и детско-родительского поведения

Значительно более сложные и многообразные формы заботы о потомстве наблюдаются у высших позвоночных. Сложные инстинкты и способность к индивидуальному обучению позволяют им со значительно большим успехом выращивать потомство. Так, птицы откладывают оплодотворённые яйца в специальные сооружения – гнёзда, а не просто в наружную среду, как поступают все виды нижестоящих классов. Яйца развиваются под влиянием тепла, сообщаемого им телом родителей, и не зависят от случайностей погоды. Гнездо родители защищают от врагов теми или иными способами. Выведенных птенцов не оставляют на произвол судьбы, а длительное время выкармливают и охраняют их. Всё это резко повышает эффективность размножения у птиц.

СТРАНИЦА 44

Приведите примеры из царства Животные, иллюстрирующие разную интенсивность размножения. Как вы думаете, с чем это связано?

1) Чем больше выражена забота о потомстве, тем меньше плодовитость.

2) Для всех организмов действует закономерность: чем больше вероятность гибели потомства, тем больше плодовитость.

3) Чем крупнее животное, тем меньше плодовитость.

У разных видов различна интенсивность размножения? Дело в том, что она определяется совокупностью всех условий существования данного вида. Рассмотрим это на некоторых примерах.

- самка трески за один нерест мечет миллионы икринок. Мальки трески совершают длительное путешествие из Северного в Баренцево море. За время пути они почти полностью погибают, и к месту нагула из миллионов приходят лишь считанные единицы

- самка аскариды откладывает в сутки до 100—200 тыс. оплодотворенных яиц. Заражение человека происходит тогда, когда он вместе с загрязненной пищей проглатывает яйца аскариды. Однако для развития яйца этого червя необходимы многие условия. Они нуждаются в кислороде для дыхания и поэтому должны попасть на влажную почву. Только через 12—15 дней при благоприятных условиях они становятся заразными. Безусловно, большее число яиц,

- Интенсивность размножения у млекопитающих, что развитие зародыша из яйца происходит внутри материнского организма и поэтому более или менее долгое время питание зародышей обеспечивается материнским организмом. Наиболее плодовит из них самый большой по числу видов отряд грызунов. Многие грызуны — крысы, дикие кролики и др. — рождают до десяти и больше детенышей. Детеныши у большинства грызунов, которые ведут норный образ жизни или устраивают свои гнезда в укрытых местах, рождаются беспомощными. Они слепы и не способны к самостоятельному передвижению. Появляется на свет он вполне сформировавшимся, покрытым шерстью и почти сразу способным к самостоятельному питанию и передвижению.

СТРАНИЦА 46

• Что такое адаптации? Каков механизм возникновения адаптаций по Дарвину?

Адаптация (лат. adapto, приспособляю) — процесс приспособления — это динамический процесс, благодаря которому подвижные системы живых организмов, несмотря на изменчивость условий, поддерживают устойчивость, необходимую для существования, развития и продолжения рода. Именно механизм адаптации, выработанный в результате длительной эволюции, обеспечивает возможность существования организма в постоянно меняющихся условиях среды

Строение и функции организмов есть результат действия естественного отбора на бесчисленные поколения организмов. Под влиянием природного отбора возникли разнообразнейшие приспособления (адаптации). Они служат для защиты, размножения, расселения, питания.

Дарвин приводит такие примеры адаптации. Насекомые, которые питаются листьями, — зеленые, а те, которые питаются корой, — пятнистосерые. Альпийские куропатки зимой белые. Красный шотландский тетерев окрашен под цвет вереска. Насекомые могут напоминать лист, сучок дерева, палочку. Это помогает им не стать жертвой врагов, которые разыскивают жертву с помощью зрения.

— Каждое приспособление и весь их комплекс у организмов не появляются в готовом виде. Они формируются постепенно в процессе борьбы за существование путем естественного отбора случайных наследственных изменений, повышающих жизнеспособность организмов в конкретной среде.

— Классическим примером, позволяющим проследить механизм возникновения адаптаций, является развитие темной покровительственной окраски у бабочек вида березовая пяденица. Чуть более 100 лет назад в Англии были широко распространены березовые пяденицы светлой окраски с небольшим числом темных пятен. Днем они сидели на стволах берез и были практически незаметны. В связи с развитием промышленности дым и копоть постепенно оседали на стволах берез, и их кора приобрела темный цвет. На этом фоне светлые бабочки стали хорошо заметны и активно поедались птицами. В результате мутаций у некоторых бабочек появилась темная окраска. Она давала им преимущество в борьбе за существование, так как делала менее заметными для птиц. Темные бабочки сохранялись в результате естественного отбора и оставляли потомство. Постепенно они вытеснили светлых бабочек в промышленных районах, и те сохранились только в сельской местности. Так за относительно короткий срок у бабочек выработалась адаптация к новым условиям среды в виде покровительственной окраски.

Следовательно, для возникновения адаптации необходимо наличие элементарного эволюционного материала (мутации и их комбинации) и движущих сил эволюции (борьба за существование и естественный отбор).

• Что такое морфологические адаптации? Приведите примеры.

Морфологические изменения – это произошедшие в процессе эволюции изменения формы тела, отдельных органов или всего строения живого организма.

Примеры:

- перерождение листьев в колючки у кактусов и других растений засушливых регионов,

- обтекаемые формы тела жителей водоемов,

- твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных,

- у крота короткая шерсть растет вертикально вверх с тем, чтобы двигаясь задом в узкой норе он не застревал,

- у бабочек ротовой орган — свёрнутый спиралью хоботок, чтобы доставать нектар из глубины цветков,

- у птиц пневматические, наполненные воздухом кости и воздушные мешки между органами для облегчения полета,

- обтекаемая форма тела у рыб,

- плавательные перепонки у лягушек.

• В чём суть приспособительного значения окраски тела животных? Приведите примеры.

Самый распространенный тип приспособительной окраски — покровительственная, делающая животного незаметным на окружающем фоне. Хищникам она помогает подкрадываться к добыче, а их потенциальным жертвам — надежнее укрываться от нападения. Особенно важна эта окраска на ранних стадиях развития, когда животные наиболее уязвимы: в первую очередь она характерна для яиц открытогнездящихся птиц, птенцов, детенышей млекопитающих, в то время как взрослые особи тех же видов часто имеют более яркую окраску.

Эффект покровительственной окраски повышается при ее сочетании с соответствующим поведением: в момент опасности многие животные замирают, принимая позу покоя. Гусеницы некоторых бабочек напоминают сучки, а тело некоторых бабочек – лист. Покровительственная окраска как адаптация имеет относительный характер — она делает животного незаметным только на соответствующем фоне. Поэтому наряду с ней вырабатывается определенный тип поведения: животное активно ищет окружающий фон, на котором оно будет менее заметно, и принимает специальные позы затаивания.

Некоторые виды из разных таксономических групп — моллюсков, членистоногих, рыб, амфибий, рептилий — приобрели способность менять окраску своего тела в зависимости от тона субстрата. Эта способность связана с наличием в верхнем слое их кожи хроматофоров — особых клеток, содержащих различные пигменты. Для птиц и млекопитающих возможность активно менять окраску недоступна, так как поверхность их тела скрыта под перьями и шерстью — омертвевшими кожными покровами. Периодическая смена кожных покровов — линька — создает предпосылки для сезонного изменения окраски у этих животных. Обычно сезонная смена окраски вырабатывается у животных северных широт, где зимой выпадает снег.

• Охарактеризуйте физиологические и поведенческие адаптации организмов и приведите примеры.

Физиологические адаптации представляют собой приспособленность процессов жизнедеятельности к условиям обитания: поддержание постоянной температуры или уровня сахара в крови, наступление анабиоза, теплолокация у змей и эхолокация у рукокрылых, способность перерабатывать запасы жира в воду у пустынных животных и т. д.

Поведенческие адаптации очень разнообразны. Можно вспомнить адаптацию к изменению сезонных условий (запасание корма, миграции), образование пар в брачный период, объединение животных в стаи зимой (многие птицы, волки), что облегчает пропитание и обеспечивает дополнительную защиту. Отпугивающее поведение (скунс, жук-бомбардир) или замирание, имитация ранения или смерти (птицы, опоссумы) позволяют сохранить жизнь отдельным особям или их потомству.

• Какое приспособительное значение имеет разная интенсивность размножения организмов?

Движущими силами, эволюционного развития являются борьба за существование и естественный отбор. Противоречия как причина биологической эволюции разрешаются благодаря выживанию и размножению более приспособленных организмов, т. е. естественным отбором. Отбор определяет содержание эволюции: создание новых адаптаций, образование видов и прогрессивное развитие живой природы.

• Объясните, почему любая адаптация относительна.

Любая приспособленность относительна, т.е. приспосабливает организм только к одним определенным условиям. При изменении условий приспособленность может стать бесполезной или даже вредной (тёмная пяденица на экологически чистой берёзе).

• Что является результатом эволюции?

Результатом эволюции является совершенствование приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками.

- Изменение, усложнение организмов.

- Возникновение новых видов (увеличение количества [многообразия] видов).

- Приспособление организмов к условиям окружающей среды (к условиям жизни), например:

- устойчивость вредителей к ядохимикатам,

- устойчивость пустынных растений к засухе,

- приспособленность растений к опылению насекомыми,

- предупреждающая (яркая) окраска у ядовитых животных,

- мимикрия (подражание неопасного животного опасному),

- покровительственная окраска и форма (незаметность на фоне).

Заполните таблицу по предложенному образцу.

Адаптации организмов

Составьте в тетради тезисы к изложению взглядов Линнея, Ламарка и Дарвина на возникновение адаптаций.

Каковы сильные и слабые стороны системы органического мира К. Линнея? Разработал первую относительно удачную искусственную систему органического мира. За основу своей системы он принял вид и его считал элементарной единицей живой природы. Близкие виды объединились им в роды, роды в отряды, отряды в классы. Ввел в систематику принцип бинарной номенклатуры.

Недостатки системы Линнея состояли в том, что при классификации он учитывал лишь 1-2 признака (у растений — число тычинок, у животных — строение дыхательной и кровеносной системы), не отражающих подлинного родства, поэтому далекие роды оказались в одном классе, а близкие — в разных. Виды в природе Линней считал неизменными, созданными Творцом.

Основные положения эволюционной теории Ж. Б. Ламарка.

Первые организмы произошли из неорганической природы путем самозарождения. Их дальнейшее развитие привело к усложнению живых существ.

У всех организмов существует стремление к совершенствованию, изначально заложенное в них Богом. Этим объясняется механизм усложнения живых существ.

Процесс самозарождения жизни продолжается постоянно, что объясняет одновременное наличие в природе и простых, и более сложных организмов.

Закон упражнения и неупражнения органов: постоянное употребление органа ведет к его усиленному развитию, а неупотребление — к ослаблению и исчезновению.

Закон наследования благоприобретенных признаков: изменения, возникшие под действием постоянных упражнений и неупражнений органов, наследуются. Так, считал Ламарк, сформировалась, например, длинная шея жирафа и слепота крота.

Главным фактором эволюции считал прямое воздействие среды.

Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина.

Организмы изменчивы. Трудно найти такое свойство, по которому особи, принадлежащие к данному виду, были бы полностью тождественны.

Различия между организмами, хотя бы частично, передаются по наследству.

Теоретически популяции растений и животных стремятся размножиться в геометрической прогрессии, и теоретически любой организм может заполнить Землю очень быстро. Но этого не случается, так как жизненные ресурсы ограниченны, и в борьбе за существование выживает сильнейший.

В результате борьбы за существование происходит естественный отбор – выживают особи с полезными в данных условиях свойствами. Выжившие передают эти свойства своему потомству, то есть свойства эти закрепляются в череде последующих поколений.

Завершите схему по предложенному образцу.