О.В. Петунін,
учитель біології ЗОШ № 32,
м Прокоп'євськ, Кемеровська обл.
(11-й клас)
3. Комбинативная мінливість в популяціях і її роль в еволюції
Відомі три джерела комбинативной мінливості: кроссинговер, випадковий характер розбіжності гомологічних хромосом в мейозі, випадковий характер запліднення.
Якщо допустити, що в кожній парі гомологічних хромосом тільки одна пара алельних генів, то у людини, (гаплоїдний набір хромосом дорівнює 23), кількість можливих типів гамет складе 223, а число можливих генотипів - 323. Це в 20 разів більше населення Землі - і це без урахування різноманітності, який додається кросинговером!
Таким чином, можливість виникнення двох однакових організмів при статевому розмноженні практично дорівнює нулю (виняток - однояйцеві близнюки, виникнення яких не є, строго кажучи, статевим розмноженням).
Комбинативная мінливість, як і мутації, грає роль постачальника матеріалу для природного добору.
Спадкова мінливість у цілому (мутационная, комбинативная) носить випадковий, ненаправлений характер. Вона лише поставляє матеріал для відбору. Сама ж спадкова мінливість без участі інших чинників еволюції не може привести до спрямованого зміни генофонду популяції.
III. закріплення знань
Узагальнююча бесіда по ходу вивчення нового матеріалу.
IV. Домашнє завдання
Вивчити параграф підручника (фактори еволюції, роль в еволюції мутаційної і комбинативной мінливості).
Урок 3. Хвилі життя, генний потік, дрейф генів і їх роль в еволюції
I. Перевірка домашнього завдання по темі: «Елементарні фактори еволюції. Спадкова мінливість і її роль в еволюції »
Робота за картками
1. Генетики вивчено понад 2 млрд дрозофіл, і ніколи серед них не спостерігалося мух з синіми або зеленими очима. Яка ймовірність виявлення зазначених мутацій в майбутньому?
2. Як пояснити той факт, що альбінізм зустрічається у всіх людські раси і широко поширений серед ссавців (відомі випадки появи білих горил, тигрів і інших ссавців)?
Усна перевірка знань з питань:
1) поняття про фактори еволюції;
2) мутації і їх роль в еволюції;
3) комбинативная мінливість і її роль в еволюції.
II. Вивчення нового матеріалу
1. Хвилі життя і їх роль в еволюції
Періодичне чергування підйомів і спадів чисельності популяцій називається популяційних хвилями, або хвилями життя, (термін був введений в 1905 р С.С. Четверикова).
Навали полівок, мишей, сарани відомі людині з найдавніших часів. Періодичне коливання чисельності особливо добре помітно у гризунів і інших видів з коротким життєвим циклом і швидкою зміною поколінь. Але саме явище характерне для всіх популяцій рослин і тварин.
Хвилі життя можуть бути сезонними (періодичними) і несезонний (непериодическими). Сезонні зміни чисельності популяцій часто обумовлені генетично. Несезонні хвилі життя обумовлені безпосереднім впливом на популяцію різних абіотичних і біотичних факторів середовища (температура, вологість, вплив хижаків, велика кількість їжі, посуха, пожежа, повінь і т.д.). В результаті чисельність популяції визначається відразу багатьма факторами.
У спільнотах часто спостерігаються періодичні коливання чисельності популяцій, пов'язані із взаємовідносинами типу «хижак-жертва». Посилене розмноження об'єктів полювання хижаків внаслідок збільшення кормових ресурсів призводить в свою чергу до посиленого розмноження хижаків. Після цього відбувається масове знищення їх жертв. Недолік кормових ресурсів обумовлює скорочення чисельності хижаків і відновлення розмірів популяції жертв.
Хвилі життя - один з елементарних еволюційних факторів. Із зростанням чисельності популяції збільшується і число мутантів. Після спаду чисельності збережена частина популяції за генетичним складом буде значно відрізнятися від раніше численної популяції, так як частина мутацій абсолютно випадково зникне разом з несучими їх особинами, а деякі мутації, також випадково, різко підвищать свою концентрацію.
Таким чином, самі по собі популяційні хвилі не викликають спадкову мінливість, а тільки сприяють випадковому зміни частот алелей і генотипів, тобто хвилі життя - це своєрідний фактор - постачальник еволюційного матеріалу, що виводить абсолютно випадково і не направлено ряд генотипів на еволюційну арену. Після стабілізації умов середовища в популяції буде йти відбір особин з оптимальними генотипами.
Слід пам'ятати, що хвилі життя ставлять під загрозу виживання нечисленних популяцій.
2. Ізоляція та її значення для насичення популяцій мутаціями
Ізоляцією в теорії еволюції називають виключення або утруднення вільного схрещування між особинами одного виду, що веде до відокремлення внутрішньовидових груп і нових видів.
Виділяють різні форми ізоляції: географічна, тимчасова, екологічна, сезонна, етологічна і ін. Всі ці форми можуть сприяти ізоляції репродуктивної. Наприклад, географічна ізоляція перешкоджає схрещуванню через поділ популяцій будь-якими географічними бар'єрами (річки, гори, пустелі і т.д.). Тим самим вона порушує обмін генетичною інформацією між популяціями одного виду.
Таким чином, ізоляція - один з найважливіших чинників еволюції, що сприяє насиченню даної популяції мутаціями. Вона закріплює міжпопуляційних відмінності в частотах виникнення різних генотипів і сприяє створенню угрупувань з незалежними генофонду, які можуть стати самостійними видами.
3. Генний потік і його роль в еволюції
Якщо ізоляція між сусідніми популяціями неповна, то між ними виникає обмін генами в результаті вільного схрещування їх особин. Цей процес отримав назву генного потоку.
Генний потік є важливим джерелом мінливості. Частина особин-мігрантів однієї популяції проникає в іншу, і їх гени включаються в генофонд цієї популяції. При схрещуванні особин різних популяцій генотипи потомства будуть відрізнятися від генотипів обох батьків. В даному випадку відбувається перекомбінація генів на міжпопуляційних рівні, тобто генний потік також є постачальником матеріалу для природного добору. Потік генів має найважливіше біологічне наслідок - об'єднання всіх популяцій в єдину видову систему.
4. Дрейф генів як фактор еволюції
Випадкове ненаправленої зміна частоти генів в популяції отримало назву дрейфу генів. Він спостерігається в малих популяціях, де ймовірність випадковості велика.
Припустимо, що в популяції ген представлений двома алелями - аллелем «+» і аллелем «-», причому 50% особин несуть аллель «+», а 50% - аллель «-». У кожен сезон участь в розмноженні бере тільки 25% членів даної популяції. Зовсім випадково в якийсь конкретний рік серед них виявилася лише одна особина, несуча ген «+». В результаті в наступному поколінні цей ген буде зустрічатися набагато рідше, тобто частота розповсюдженості цього гена різко впаде - по абсолютно випадковим, не пов'язаним з особливостями цього гена, причин.
Цікавим випадком генетичного дрейфу є ефект засновника. Коли кілька особин залишають велику популяцію і займають нову область, то вельми велика ймовірність, що якісь гени будуть тут представлені в зовсім іншому співвідношенні, ніж в вихідної популяції. Ця обставина може сильно вплинути на еволюцію таких знову виникають ізольованих популяцій. Прикладом є Дарвінових в'юрків, нащадки декількох в'юрків з Південної Америки, яких віднесло в море під час бурі і заснували нову популяцію.
Таким чином, всі розглянуті нами фактори еволюції носять ненаправленої характер. Вони самі по собі не можуть викликати цілеспрямована зміна генофонду популяції, тобто не можуть викликати цілеспрямованої зміни концентрації певних генів і не можуть привести до елементарного еволюційного явищу.
Єдиним фактором, що має спрямований характер, є природний відбір. Усі розглянуті раніше фактори можуть лише підвищувати або знижувати його ефективність.
III. закріплення знань
Узагальнююча бесіда по ходу вивчення нового матеріалу.
IV. Домашнє завдання
Вивчити параграф підручника (роль в еволюції хвиль життя, ізоляції, генного потоку, дрейфу генів).