Подробное решение параграф 3 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Теремов А.В., Петросова Р.А. 2017
Вопрос. Рассмотрите рисунки 16, 17. В чем состоят приспособления у изображенных на рисунках организмов к условиям обитания? Каким образом возникли эти приспособления в ходе эволюции?
Ответ. Если приглядеться, на картинке можно заметить двух бабочек. Очевидно, что светлая окраска берёзовой пяденицы защищает бабочек от птиц на стволах деревьев. Так оно и было до середины XIX века, но откуда же взялись черные особи? Их стали находить с конца позапрошлого века возле крупных городов, а потом и повсеместно в Англии и США.
Как раз в это время в этих странах бурно развивалась промышленность и стволы деревьев вокруг промышленных конгломератов стали черны от копоти. Спустя некоторое время черным бабочкам стало комфортно жить практически на всей территории этих стран. Их популяция быстро росла, в то время как светлые почти исчезли. Все это продолжалось до 70–х годов XX века, вплоть до принятия законов о контроле за загрязнением окружающей среды. С тех пор черных пядениц становится все меньше и количество светлых снова растет.
Оказывается, все решила одна мутация, возникшая у какой–то особи и удачно совпавшая с изменением окружающей среды, закрепившись в популяции. Прекрасный пример приспособляемости вида и действующего естественного отбора. Это движущий отбор.
Вопрос 1. Что такое микроэволюция?
Ответ. Микроэволюция – процессы приспособительной перестройки внутри вида, ведущие к видообразованию, т.е. к появлению новых видов. Однако микроэволюция не всегда завершается видообразованием. Возникшие приспособления могут обеспечить длительное существование вида без изменений.
Вопрос 2. Каково эволюционное значение мутационного процесса, комбинативной изменчивости, популяционных волн и изоляции?
Ответ. Основным поставщиком мутаций в популяциях организмов служит мутационный процесс, имеющий случайный и ненаправленный характер. Значение мутаций для эволюции зависит от условий среды. Вредные при одних условиях, мутации могут стать полезными при других. Так, в экспериментах на мухах дрозофилах ученые выяснили, что частота мутации «бескрылость» в популяциях мух, помещенных в открытых ящиках на берегу моря, увеличилась в поколениях с 2,5 до 67%. Отсутствие крыльев в условиях продуваемого ветром морского берега оказалась для дрозофил полезным признаком. Проявление мутаций увеличивается благодаря комбинативной изменчивости. В результате ее в популяции у особей возникают новые сочетания генотипов, в том числе и содержащие мутировавшие гены. Комбинативная изменчивость усиливает влияние мутационного процесса на популяцию. Число особей в популяциях постоянно колеблется. Популяционные волны вызывают изменение доли наследственной изменчивости в генофонде популяции. При увеличении численности особей в популяции доля наследственной изменчивости в ней возрастает, а при снижении – уменьшается. Во втором случае следствием популяционных волн становится дрейф генов – случайное изменение частот аллелей в генофонде популяции при ее низкой численности.
Вопрос 3. Что такое дрейф генов? Каковы его причины и последствия для эволюции?
Ответ. Дрейф генов – случайное ненаправленое изменение частоты генов популяции.
Он наблюдается в малочисленных популяциях, где вероятность случайности велика. Эти случайности определяют дальнейшую судьбу генофонда малой популяции.
Также дрейф генов может привести как к изчезновению популяции (особенно малой) так и способствовать большей приспособленности к среде обитания.
Примеры дрейфа генов: есть группа растения в некой изолированной горной долине. Популяция растений составляет 100 экземпляров и только 2% из них обладают особенным вариантом гена, скажем отвечающего за окраску цветов. Иными словами обладателями уникального гена являются только два растения. И если в результате какого-нибудь случайного происшествия, допустим урагана, наводнения или сошествия лавины эти два растения погибнут, то и особенный ген (аллель) будет утрачен из популяции. Вследствие этого изменятся и будущие поколения этих растений, в целом произойдет дрейф генов в популяции или как еще это называют ученые «эффект бутылочного горлышка».
Причины дрейфа генов. Обычно причинами могут быть различные катастрофические природные последствия, стихийные бедствия, бури, ураганы, извержения вулканов, приведшие к массовой гибели живых существ, но в последнее время частой причиной подобного явления становится разрушительная деятельность человека. Например, причиной дрейфа генов у слонов Африки стал их массовый отстрел в XX веке, и белыми охотниками (ради забавы) и браконьерами (стоимость слоновой кости всегда была высокой на черном рынке).
Дрейф генов в эволюции. Если же смотреть на дрейф генов с точки зрения теории эволюции, то можно заявить, что результатом эволюции и является дрейф генов, так как в ее процессе некоторые гены все равно будут утрачены. Более того, согласно мнению некоторых ученых, через дрейф генов прошел даже человек. Если это так, то это произошло примерно 100 000 лет назад, и именно «эффект бутылочного горлышка» то есть дрейф генов объясняет генетическую схожесть современных людей между собой. Для сравнения, у горилл, живущих в африканских джунглях генетическое разнообразие в разы богаче, нежели у всех людей, живущих на Земле.
Вопрос 4. Дайте определение естественного отбора. Каковы его причины, механизм действия и результаты? Охарактеризуйте формы естественного отбора.
Ответ. Главный эволюционный фактор – естественный отбор. Он состоит в избирательном выживании и последующем размножении более приспособленных к данным условиям среды особей и гибели менее приспособленных. Основная предпосылка отбора – избыточная численность особей, составляющая популяцию. Конкуренция между ними за ресурсы среды ведет к борьбе за существование – деятельности организмов, направленной на поддержание своей жизни и размножение.
Отбору подвержены практически все признаки организмов. Как уже отмечалось выше, изменение признака у организмов осуществляется в пределах его вариационной кривой. Особи со средним значением признака встречаются чаще, а с отклонениями от среднего значения – реже. Если генотип особи изменяется настолько, что значение признака выходит за пределы вариационной кривой, то такая особь погибает.
Выделяют движущий и стабилизирующий отборы.
При движущем отборе сохраняются особи с полезными отклонениями от ранее установшегося в популяции среднего значения признака. В результате такой формы естественного отбора происходит появление новых признаков у особей в изменяющихся условиях среды и могут возникнуть новые виды.
Стабилизирующий отбор действует в неизменных условиях среды, сохраняя у организмов прежние признаки. Особи, имеющие отклонения от установившегося в популяции среднего значения признака, таким отбором выбраковываются. Поэтому стабилизирующий отбор сохраняет вид неизменным.
Вопрос 5. Приведите примеры различных форм борьбы за существование.
Ответ. Борьба за существование является следствием недостаточной приспособленности отдельных особей к использованию ресурсов среды. Различают прямую и косвенную формы борьбы за существование. Прямая борьба за существование (межвидовая и с неживой природой) ведет к прямой гибели отдельных особей. Такую форму борьбы можно наблюдать во взаимоотношениях между хищниками и их жертвами. К прямой борьбе за существование относится и неблагоприятное воздействие на организмы условий неживой природы. Например, на произрастающие в пустынях растения влияет недостаток влаги, питательных веществ в почве и высокая температура. Косвенная борьба за существование (межвидовая и внутривидовая) наблюдается между организмами с одинаковыми потребностями и ведет не к их гибели, а к снижению устойчивости отдельных особей к воздействию условий среды. Так, ослабленные в результате бескормицы копытные млекопитающие зимой гибнут чаще, чем летом, от болезней и хищников. Другой иллюстрацией косвенной борьбы за существование служит внутривидовая конкуренция. Например, конкуренция за самку между самцами оленя исключает проигравших особей из размножения.
Вопрос 6. Что является результатами микроэволюции?
Ответ. Первый результат микроэволюции – приспособленность организмов к среде обитания. Она обеспечивает успех одних особей в конкуренции с другими, устойчивость к воздействию условий неживой природы. Поскольку условия жизни организмов могут изменяться, абсолютных приспособлений к среде обитания не бывает, т.е. они всегда имеют относительный характер и процесс их появления в ходе микроэволюции бесконечен. Второй результат микроэволюции – видообразование, т.е. процесс превращения отдельных популяций исходного вида в новые виды.
Вопрос 7. Охарактеризуйте основные способы видообразования. Ответ проиллюстрируйте примерами.
Ответ. Видообразование – качественный этап эволюционного процесса.
Географическое (аллопатрическое) видообразование – возникновение новых видов, за счет разделения ареала географическими барьерами (реки, леса, горные хребты). Результат – возникновение нового вида обусловленного к другой территории.
Процесс географического образования делится на такие этапы: исходная популяция, формирование барьера, возникновение репродуктивной изоляции, завершение видообразования(новый вид).
Так же, такой вид видообразования является очень медленным.
Например:
Медведь(200 тыс. лет назад) → Медведь Гризли → Панда → Бурый медведь → Белый медведь.
Экологическое (симпатрическое) видообразование – образование новых видов и форм жизни, за счет экологической изоляции(из-за обостренной борьбы за существование. Как следствие идет освоение новых условий обитания в пределах старого ареала. Из-за естественного отбора (так как популяции являются закрытыми и в каждой он идет в своем направлении) накапливаются различия между данными популяциями.
Например: в озере Виктория обитает более 500 видов Цихлид, которые отличаются по поведению, по морфологии и т.д.
Или же, виды Лютика в разных условиях обитания, но на старом ареале: Лютик золотистый (на лугах), Лютик жестколистный(в водоемах), Лютик кашубский (в лесах) и т.д.