Подробное решение параграф § 7 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Рассмотрите рисунок 17. В чем причина изменчивости узора надкрыльев у божьих коровок. Наследуются ли эти признаки в поколениях?
Ответ. Каждый вид занимает определенную территорию, которая называется ареалом. Иногда ареал вида ограничивается небольшим островком, а иногда охватывает целые континенты. Условия жизни особей из разных частей ареала широко распространенных видов сильно различаются. Генотипы, которые полезны, например, на севере ареала, могут оказаться вредными на юге. То, что хорошо в долине, плохо в горах, и наоборот. В каждой популяции отбираются те генотипы, которые обеспечивают наилучшую адаптацию их носителей к местным условиям. Частота генотипов, которые обеспечивают выживание в долинах, увеличивается в долинных популяциях и уменьшается в горных. Формируются генетические различия между популяциями. Однако между популяциями одного вида постоянно происходит обмен особями и, следовательно, генетическими программами. Миграции животных, перенос пыльцы растений, спор грибов и микроорганизмов ведет к постоянному перемешиванию генетического состава популяций, к уменьшению различий между популяциями и к увеличению разнообразия внутри популяций.
Не остаются постоянными и сами генотипы. Отдельные их элементы– гены – также меняются со временем. Разные мутации в разных генах возникают у разных особей, меняя при этом генотипы потомков этих особей. Все организмы с половым размножением передают потомкам свои генотипы не полностью, а частично – каждый потомок получает половину генов от матери и половину от отца и оказывается носителем уникальной комбинацией аллелей, полученных от родителей. Каждая особь имеет уникальный генотип, который лишь частично передается (или не передается вовсе) ее потомкам.
Таким образом, мы можем предположить, что многообразие окрасок – результат приспособительной перестройки внутри вида.
Вопрос 1. Дайте определение микроэволюции. К чему она приводит?
Ответ. Микроэволюция – это процессы приспособительной перестройки внутри вида, которые могут привести к образованию нового вида. Однако являясь необходимой предпосылкой видообразования, микроэволюционные процессы не всегда им завершаются. Чаще возникают приспособления, обеспечивающие длительное существование вида.
Микроэволюция – это распространение в популяции малых изменений в частотах аллелей на протяжении нескольких поколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне. Такие изменения происходят из-за следующих процессов: мутации, естественный отбор, искусственный отбор, перенос генов и дрейф генов.
Вопрос 2. Почему мутации и комбинации считают элементарным эволюционным материалом?
Ответ. Основным источником возникновения новых признаков или изменений у организмов являются мутации. Изучение реакций матричного синтеза ДНК и РНК показало, что при любом копировании неизбежны ошибки, следовательно, возможно возникновение неточных копий. Это означает, что последовательность нуклеотидов в ДНК может существенно отличаться от исходной, так как образуется она в результате многократных циклов редупликации.
Ещё один источник возникновения новых признаков у организмов – сочетание генов в результате полового размножения, т. е. их комбинация.
Следовательно, элементарным эволюционным материалом являются мутации и комбинации, т. е. два вида наследственной изменчивости.
Вопрос 3. Почему именно популяцию, а не вид или отдельную особь признают элементарной эволюционной единицей? Ответ обоснуйте.
Ответ. В природе особи одного вида распределены неравномерно и образуют более или менее обособленные группировки, которые называют популяциями (рис. 18).
Популяция (от лат. populus – население, народ) – это относительно обособленная группа особей одного вида, которые населяют определённую территорию внутри его ареала и свободно скрещиваются между собой.
Особь не может эволюционировать. Она может изменяться, приспосабливаясь к условиям внешней среды. Но эти изменения не эволюционные, так как они не передаются по наследству. Вид, как правило, неоднороден и состоит из ряда популяций. Популяция относительно самостоятельна и может длительное время существовать вне связи с другими популяциями вида. В популяции протекают все эволюционные процессы: у особей возникают мутации, между особями происходит скрещивание, возникают наследственные изменения. Они распространяются в популяции и насыщают ее, она становится неоднородной. В популяции действуют борьба за существование и естественный отбор. В результате генофонд популяции со временем изменяется и она становится родоначальником нового вида. Именно поэтому элементарная единица эволюции – популяция, а не вид. В популяции действуют все факторы эволюции..
Вопрос 4. Каковы признаки идеальной популяции? Существуют ли в природе идеальные популяции? В чём сущность закона генетического равновесия?
Ответ. Идеальная популяция имеет следующие признаки: неограниченно большая численность; свободное скрещивание – панмиксия; отсутствие мутационного процесса, естественного отбора и миграции особей.
Основой для выяснения генетической структуры популяций является закон Харди-Вайнберга, 1908 (Дж.Г.Харди – английский математик, В.Вайнберг – немецкий врач). Это закон поддержания генетического равновесия в популяции: в идеальной популяции частоты генов и генотипов находятся в равновесии и сохраняются неизменными в ряду поколений.
Основные положения з-на Харди-Вайнберга:
1. Частота аллелей в популяции – величина постоянная, p+q=1, где р – частота аллеля А; q – частота аллеля а.
2. Частота генотипов также величина постоянная и может быть выражена формулой: (p+q)2 = p2+2pq+q2=1, где p2 – частота генотипа АА; 2pq – частота генотипа Аа; q2 – частота генотипа аа.
Однако этот закон носит вероятностный характер и реализуется только в неограниченно больших, идеальных популяциях. В реальных популяциях эти условия не выполняются. Во-первых, в природе нет неограниченно больших популяций и отсутствует панмиксия. Во-вторых, идёт постоянная миграция особей из других популяций. И наконец, происходят мутации, которые в основном рецессивны и скрыты в гетерозиготах. При внешней фенотипической однородности популяции существует её генотипическая неоднородность.
Следовательно, в природе идеальных популяций не существует.
Вопрос 5. Что понимают под элементарным эволюционным явлением?
Ответ. Комбинации мутантных генов внутри популяции приводят к возникновению особей с рядом отличительных признаков, в результате чего генофонд популяции постоянно обновляется. Длительное и направленное изменение генофонда популяции представляет собой элементарное эволюционное явление. Это ещё не эволюция, но её необходимая генетическая предпосылка.
Вопрос 6. Известно, что самки бабочек-медведиц нормальной и меланистической (тёмно-окрашенной) формы в популяции охотнее скрещиваются с самцами иной, чем они сами, окраски. Объясните почему.
Ответ. Это пример селективного скрещивания. При селективном скрещивании, особи определенного генотипа участвуют в спаривании с большей вероятностью, чем другие. Они вносят большой вклад в генофонд следующего поколения. Селективное скрещивание – это синоним открытого Дарвином полового отбора. Самки предпочитают самцов иной окраски. Эти самцы и оставляют большое потомство. Но вытеснение темно-окрашенных особей не происходит, т.к. темно-окрашенные особи обеих полов созревают раньше, чем с иной окраской и тем самым раньше приступают к скрещиванию.