Что образуется в процессе микроэволюции

Микроэволюция, ее формы и генетические процессы в популяциях

Микроэволюция – это процесс перестройки генофонда популяций под влиянием внешних факторов, в результате чего появляются новые виды.

Популяция и ее признаки

Популяция – это совокупность представителей одного вида, которые населяют ограниченную территорию, могут свободно скрещиваться и обмениваться генетической информацией.

Популяция – наименьшая элементарная единица эволюции, отдельный организм нельзя рассматривать как единицу эволюции, потому что его геном не изменяется с течением времени.

Виды популяций

Существует три вида популяций:

Элементарная или микропопуляция – это группа организмов, населяющих небольшую территорию. Представители имеют сходный генотип и часто скрещиваются.

Экологическая популяция – это популяции особей, которые находятся в одном ареале, тесно взаимодействуют, но сохраняют свои отличительные черты.

Географическая популяция – совокупность организмов, заселяющих относительно большую территорию с однородными географическими условиями. Такие популяции живут изолированно и редко скрещиваются со своими сородичами из соседних популяций.

Основные характеристики популяций

Плотность популяции – число особей, населяющих определенную площадь.

Численность популяции – это совокупность всех представителей популяции на изучаемой территории.

Рождаемость и смертность – указывают на способность популяции к репродукции и выживанию, и позволяет спрогнозировать конечный исход.

Формы микроэволюции

Филатическая – постепенное изменение строения и внешних признаков особей одного вида, популяции. При этом адаптационные возможности организмов возрастают.

Видообразование – заключается в эволюции отдельных популяций одного вида. В итоге исходный вид распадается на новые, или дает ответвление.

Способы видообразования

Микроэволюционные явления возможны при сочетании ряда факторов. Основной из них — изоляция, необходимая для расхождения характеристик вида и предотвращения обмена генетической информацией между его представителями. Выходя из этого, выделяют 2 способа образования вида: географическое и экологическое.

Географическое (аллопатическое) видообразование

Географическое (аллопатическое) видообразование – обусловлено наличием преград между популяциями одного вида, что не дает им свободно скрещиваться. Данный процесс довольно длительный. Аллопатическое видообразование связано с распространением живых организмов за пределы обычного ареала, при этом изоляция наступает через географические преграды – горные массивы, моря или перемены климатических зон.

Попадая в другие условия, меняется окружающий популяцию растительный и животный мир, температура окружающей среды и др., чтобы выжить необходимо преодолеть ряд адаптационных изменений. Новые поколения рождаются уже с наследственными мутациями, продолжается естественный отбор, где выживают сильнейшие. Таким образом, постепенно геном популяции меняется, что со временем может привести к формированию нового вида.

Экологическое (симпатическое) видообразование

Экологическое (симпатическое) видообразование предполагает образование видов путем изоляции особей в пределах одного ареала.

Представители вида живут в разных экологических нишах, перестают конкурировать между собой, и начинают развитие по своей линии. После генетических модификаций последующие поколения будут находиться уже в биологической изоляции, не скрещиваясь друг с другом – это последний этап формирования нового вида.

Видообразование как результат микроэволюции идет по установленной схеме:

К примеру, в начале прошлого столетия часть зайцев-русаков вывезли из обычного места обитания и поселили на юго-западной территории Сибири. От сородичей их отделяли непреодолимые горы, безграничная степная зона, что привело к полной изоляции популяции зайцев в Сибири. Спустя 20 лет сибирских зайцев пришлось выделить в отдельный вид, так как произошли значительные изменения на генетическом уровне.

Микроэволюция приводит к внутривидовым изменениям, которые возможны благодаря действию мутаций, естественного отбора, дрейфа генов. Данные факторы лежат в основе и макроэволюционных процессов, только к микроэволюции относится образование видов, а макроэволюция направлена на формирование крупных таксонов – родов, семейств и т.д.

Значение мутаций для микроэволюции

Исходным материалом для микроэволюции служат мутации. Они возникают часто, но не все имеют направленный характер и существенно не влияют на генофонд. Мутации, которые ведут к стойкому изменению генотипа, происходят реже и действуют на уровне генома или отдельных хромосом.

Мутационная изменчивость – основа для наследственных изменений, первичное звено всех дальнейших преобразований. Так, в процессе микроэволюции образуются новые виды под действием мутагенных факторов.

Естественный отбор

Естественный отбор – основная движущая сила микроэволюции. При этом в популяциях увеличивается численность организмов способных к быстрой адаптации и выживаемости, а особи с неблагоприятными характеристиками погибают.

Так, путем естественного отбора популяция избавляется от вредоносных мутаций, а полезные качества кодируются доминантными аллелями и передаются следующим поколениям. Но одна и та же мутация может быть полезной и вредной, все зависит от окружающих условий.

Например, при появлении бескрылых насекомых в обычной среде, их быстро бы вытеснили крылатые сородичи, но на островах с сильными, постоянными ветрами именно бескрылые смогли выжить и занять доминирующее положение.

Дрейф генов

Помимо мутаций в популяциях возможен дрейф генов – случайные изменения генома в небольших группах. Дрейф генов не имеет большого значения, поскольку приводит к бесцельным эволюционным сдвигам.

Проявление дрейфа генов наблюдается в родственных видах, которые населяют разные зоны земного шара. При этом представители будут иметь незначительные отличительные черты, которые не имеют существенного влияния.

Источник

Какое явление называют микроэволюцией

Микроэволюция — что это за явление в биологии

Микроэволюция — малые эволюционные изменения внутри биологического вида, происходящие в течение жизни нескольких поколений и ведущие к образованию нового элементарного таксона, например, вида или подвида.

Также это понятие используют для обозначения процесса видообразования, противопоставляя микроэволюцию макроэволюции. Макроэволюцией называют процесс изменений надвидового масштаба, приводящий к образованию высших систематических групп: родов, семейств, отрядов, классов, царств, типов или отделов.

Какие формы принимает микроэволюция

Генетические процессы в популяциях

Внутри популяции могут происходить следующие генетические процессы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Что образуется в процессе

Микроэволюционные процессы приводят к дивергенции — формированию разных признаков и свойств у близкородственных организмов. Основные характеристики биологического вида — генетическое единство и общность происхождения. Но, например, при распространении единой популяции на большее жизненное пространство естественный отбор увеличивает сравнительную вероятность более приспособленных особей передать именно те признаки, которые помогают им выживать в новых условиях, и через какое-то время появляются новые группы, географические подвиды, представители которых уже не могут скрещиваться между собой. Это называется репродуктивной изоляцией и является важным критерием биологического вида. Такое видообразование называется дивергентным (или истинным).

Значение мутаций для микроэволюции

Мутация — скачкообразное и наследственное изменение облика, иногда незначительное, иногда более существенное; процесс изменения структуры наследственного вещества, приводящий к изменению тех или иных признаков организма под воздействием внешнего физического агента, например, проникающей радиации, или химического агента, называемого мутагеном.

В зависимости от характера изменений генетического материала различают точковые мутации (вставки, выпадения или изменения единичных нуклеотидов — на них приходится основная доля всех мутаций), хромосомные перестройки или аберрации (делеции, инверсии) и геномные мутации (изменения числа хромосом).

Мутацией также называют модифицированный ген, появившийся в результате таких изменений.

Большинство мутагенов взаимодействуют с азотистыми основаниями или встраиваются между нуклеотидными парами в двойной цепи ДНК, чем и нарушают ее строение. Например, циклический углеводород бензпирен, содержащийся в выхлопных газах, табачном дыме и образующийся при жарке мяса, деформирует структуру двойной спирали ДНК, что приводит к вставке дополнительных нуклеодитов или их выпадению при репликации.

Мутации создают почву для эволюции. Долгое время в эволюционной биологии считалось, что большинство генных мутаций вредны, снижают приспособляемость особи и не являются важными для эволюции, ведь их возникновение можно было определить только по появлению каких-либо отклонений или особенностей в развитии организма. Иногда мутации возникают в первом поколении, как ахондроплазия — разновидность карликовости, которая встречается с частотой 1 на 100 тысяч. В 80 случаях из 100 она вызывается мутацией в гене рецептора гормона роста, при этом никто из родственников больного не страдает тем же отклонением.

Но сейчас ясно, что значительная часть мутаций ни на что не влияет. Согласно эволюционной теории Чарльза Дарвина, новые виды в природе возникают в результате накопления у отдельных особей случайных наследуемых изменений, мутаций, которые оказываются полезными организму, т.е. повышают его шансы выжить и оставить потомство. Процесс этот неспешный: каждое полезное изменение — случай нечастый, а для возникновения нового вида таких случайностей нужно немало. Тем не менее, для организмов с короткой продолжительностью жизни, например, бабочек, изменение морфы возможно за 50–100 поколений.

Примеры результатов микроэволюции

Изучая влияние одомашнивания на физиологию и поведение лисиц, песцов и других животных, российский генетик Дмитрий Константинович Беляев обратил внимание на одну закономерность. У представителей самых разных видов при содержании в неволе возникают схожие наследуемые признаки. В их числе пятнистая окраска, белый кончик хвоста, растянутый период размножения, звуки, напоминающие собачий лай. Удалось установить, что причина изменений — стресс, вызванный заточением и жизнью в тесноте.

Нервное перенапряжение приводит к перестройке в деятельности желез внутренней секреции, а затем гормональные сдвиги вызывают внешние изменения. В результате уже второе-третье выросшее в клетках поколение заметно отличается от родителей. Беляев предположил, что подобный механизм появления массовых направленных мутаций может объяснять и события, произошедшие в глубокой древности — «скачкообразное» возникновение разных групп пралюдей, вызванное, например, резкими климатическими изменениями.

Березовая пяденица примерно за столетие изменила цвет, приобретя темную окраску. Это было связано с возрастающим промышленным загрязнением, которое привело к изменению цвета деревьев. Бабочки-мутанты темного цвета лучше мимикрировали, их не съедали птицы, и таким образом закрепилась новая морфа.

Источник

Что образуется в процессе микроэволюции

Популяция — самая мелкая из групп особей, способная к эволюционному развитию, поэтому её называют элементарной единицей эволюции.

Отдельно взятый организм не может являться единицей эволюции — эволюция происходит только в группе особей.

Естественный отбор идет по фенотипам (признакам), по-этому для эволюции нужно разнообразие особей в популяции. Отбирая наиболее «выгодные» фенотипы, естественный отбор оставляет «выгодные» генотипы (комбинации генов). В результате выживают и оставляют потомство особи с наиболее выгодными в данных условиях генотипами.

Совокупность генотипов всех особей популяции — генофонд — основа микроэволюционных процессов в природе.

Вид как целостная система не может быть принят за единицу эволюции, т.к. обычно виды распадаются на составные их части — популяции. Вот почему роль элементарной эволюционной единицы принадлежит популяции.

Общая схема микроэволюции

Микроэволюция — эволюционные процессы, происходящие на уровне популяции (т. е. внутри вида), ведущие к накоплению наследственных особенностей и приводящие к образованию нового вида.

Популяция является элементарной единицей эволюции.

Генофонд популяции — это совокупность генов организмов данной популяции.

Элементарные эволюционные факторы — факторы, способствующие изменению генофонда популяций: мутации, миграции, поток генов, популяционные волны, дрейф генов, изоляция.

МИГРАЦИИ И ПОТОК ГЕНОВ

Поток генов — перенос генов между популяциями.

ЗАКОН МАЙРА

Благодаря свободному скрещиванию при миграции происходит обмен генами между особями популяции одного вида (поток генов). При этом гены мигрирующих особей включаются при скрещивании в генофонд популяций. В результате генофонд популяций обновляется.

Например, клоп-черепашка разлетается по направлению ветра. Клопы не обязательно возвращаются в места рождения. Дальность полета на зимовку зависит от упитанности. В результате на зимовках оказываются клопы из разных мест. Часть клопов вообще не улетает далеко, а остается зимовать в ближайших лесопосадках.

Группы крови человека системы АВО: частота гена А меняется с Востока на Запад — от низкой к высокой, частота гена В, наоборот, от высокой к низкой. Такой градиент концентраций этих генов объясняют крупными миграциями людей с азиатского Востока в Европу в период с 500 до 1500 гг. н. э.

ДРЕЙФ ГЕНОВ

Дрейф генов — случайное изменение концентрации аллелей в небольшой, полностью изолированной популяции.

Дрейф генов непредсказуем. Небольшую популяцию он может привести к гибели, а может сделать ее еще более приспособленной к данной среде и усилить ее дивергенцию от родительской популяции.

Он происходит вследствие увеличения количества гомозигот при близкородственном скрещивании.

В 1419 г. на корабле случайно оказалась беременная крольчиха, которая родила во время путешествия. Все детеныши были выпущены на остров Порту-Санту. Популяция кроликов на острове сильно увеличилась. Кролики сильно уменьшились в размерах. По окраске кролик с Порту-Санту значительно отличается от обыкновенного. Они необычайно дики и проворны. По своим привычкам они более ночные животные. С другими породами не скрещиваются (образование нового вида).

МУТАЦИИ

Мутация — случайное скачкообразное изменение генотипа.

Генные мутации, затрагивающие доминантные гены, а также хромосомные и геномные мутации чаще снижают приспособленность особи и не так важны для эволюции. Хотя известно, что в природе полиплоидные формы растений имеют преимущество перед диплоидными.

Возможны следующие исходы проявления мутаций:

Следовательно, фенотипически однородная природная популяция является гетерогенной, что обусловливает ее возможность эволюционировать.

Популяция, как губка, накапливает мутации, при этом ее приспособленность не нарушается. Следовательно, рецессивные мутации представляют собой «скрытый резерв наследственной изменчивости», что важно для эволюционного процесса.

Популяции на протяжении многих поколений стабильны и относительно однородны. Это объясняется действием стабилизирующего отбора. А поскольку отбор идет по фенотипу, то возможность сохранения мутанта будет определяться степенью нарушения приспособленности этой особи. Сильно уклонившиеся формы устраняются отбором. Таким образом поддерживается внешняя стабильность популяции.

Материал для эволюционного процесса дает и комбинативная изменчивость. Создавая новые сочетания генов в генотипе, она увеличивает разнообразие особей в популяции и предоставляет естественному отбору поле деятельности.

ПОПУЛЯЦИОННЫЕ ВОЛНЫ (ВОЛНЫ ЖИЗНИ)

Популяционные волны — колебания численности особей в популяции. Их причинами могут быть различные изменения окружающей среды: засуха, наводнения, снежные зимы, болезни, наличие паразитов, врагов, нехватка кормовых ресурсов и др. В урожайные годы численность особей в какой-либо популяции может повыситься, вслед за чем произойдет ее спад.

Например, увеличение количества зайцев через некоторое время приводит к возрастанию числа волков и рысей из-за достаточного количества пищи (зайцев).

Волны жизни приводят к изменению концентраций аллелей в генофонде популяций. При снижении особей в популяции из ее генофонда могут выпасть редкие аллели, и наоборот, при возрастании количества особей такие аллели могут распространяться. Популяционные волны, таким образом, случайны и служат поставщиком эволюционного материала.

ИЗОЛЯЦИЯ

Изоляция — возникновение любых барьеров, ограничивающих свободное скрещивание. Различают пространственную и биологическую изоляцию.

Пространственная изоляция может привести к глубоким внутренним различиям, к генетической несовместимости и, следовательно, к возникновению новых видов.

Биологическая изоляция может произойти на одной территории между группами особей с измененными поведением, морфологическими, функциональными и другими признаками, препятствующими скрещиванию.

Изоляция как эволюционный фактор не создает новых генотипов или внутривидовых форм. Значение ее в эволюции состоит в том, что она закрепляет и усиливает начальные стадии генотипической дифференцировки. Действие изоляции, как и других факторов, ненаправленно.

Таким образом, мутации, миграции, популяционные волны, дрейф генов, изоляция — ненаправленные факторы эволюции. В природе они действуют совместно, однако роль каждого может усиливаться в конкретной обстановке. Все эти факторы обеспечивают генетическую неоднородность популяций.

Макроэволюция — процесс формирования надвидовых таксонов (семейств, отделов, типов, классов).

К маакроэволюции можно отнести и возникновение и развитие жизни на Земле.

Процесс эволюции не обязательно связан с усложнением организации. Именно поэтому в современной живой природе одновременно с высокоорганизованными формами существуют и низкоорганизованные. Ж. Б. Ламарк объяснял существование примитивных форм постоянным самозарождением простых организмов из неорганической материи. Ч. Дарвин же считал, что существование высших и низших форм не представляет затруднений для объяснения, «так как естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных, не предполагает обязательного прогрессивного развития — он только дает преимущество тем изменениям, которые благоприятны для обладающего ими существа в сложных условиях жизни… А если от этого нет никакой пользы, то естественный отбор или не будет вовсе совершенствовать эти формы, или усовершенствует их в очень слабой степени, так что они сохранятся на бесконечные времена на их современной низкой ступени организации».

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ

К этой проблеме в начале 20-х годов обратился А. Н. Северцов. Учение о прогрессе в эволюции было в дальнейшем развито его учеником И. И. Шмальгаузеном. К основным направлениям эволюции относятся:

биологический прогресс

Биологический прогресс — возрастание приспособленности организмов к окружающей среде (по А. Н. Северцову).

Критерии биологического прогресса:

МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

ПУТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

Возникновение и расцвет класса птиц.

Биологический регресс

Биологический регресс — отставание темпов эволюции группы от скорости изменения внешней среды.

Биологический регресс может привести к вымиранию группы.

Критерии биологического регресса:

В состоянии биологического регресса в настоящее время находятся крупные млекопитающие, такие, как уссурийский тигр, гепард, белый медведь, и целые группы животных — китообразные, амфибии, человекообразные обезьяны (кроме людей).

В эволюции всех групп организмов за периодом арогенеза всегда следует период возникновения частных приспособлений — аллогенез.

Этот закон может быть выведен из теории естественного отбора. Если сравнить частоту возникновения арогенезов и аллогенезов, то можно заметить, что первые характерны для возникновения крупных групп организмов в эволюции — типов, отделов, отдельных отрядов, иногда семейств. Другими словами, арогенезы появляются значительно реже, чем аллогенезы (определяющие появление отдельных видов, родов).

Таким образом, стегоцефалы путем арогенеза дали рептилий, а путем аллогенезов — современных амфибий. Группа безногих амфибий приобрела облик червеобразных форм, лишенных конечностей и хвоста (червяга). Хвостатые частично сохраняют пожизненные жабры, малоподвижные конечности и хорошо приспособленный к плавательным функциям хвост (тритоны). Бесхвостые амфибии приобрели сильные подвижные (в особенности задние) конечности (лягушки). Эта последняя группа пошла по пути завоевания суши, конечно, в пределах возможного, т. е. не слишком далеко от водоемов и во влажных лесах. Все эти формы экологически разошлись, конкуренция стала слабее, а биологический потенциал повысился.

Аллогенезы могут сменяться также катагенезом, и тогда биологический прогресс достигается благодаря морфофизиологическому регрессу. Например, существует паразит крабов — саккулина — который и сам является ракообразным, однако имеет вид мешка, набитого половыми продуктами, который ветвится и пронизывает тело хозяина. Трудно представить, что их предок относится к усоногим ракам, но в результате паразитического существования утратил почти все органы.

Паразитический рак саккулина и его планктонная личинка.

Дивергенция — процесс расхождения признаков в процессе адаптации к разным условиям существования.

При дивергенции сходство между организмами объясняется общностью их происхождения, а различия — приспособлением к разным условиям среды. Примером дивергенции форм является возникновение разнообразных по морфофизиологическим особенностям вьюрков от одного или немногих предковых видов на Галапагосских островах. Расхождение внутривидовых форм и видов по разным местообитаниям определяется конкуренцией в борьбе за одинаковые условия, выход из которых и заключается в расселении по разным экологическим нишам.

Дивергенция может быть одним из путей видообразования, когда в результате действия элементарных эволюционных факторов популяции и группы популяций приобретают и сохраняют признаки, все более заметно отличающие их от родительского вида, что может приводить к распаду исходного вида на два и более дочерних. В конечном счете дивергенция приводит к формированию более крупных таксонов — родов, семейств и т.д. — которые продолжают расходиться.

Результат дивергенции: гомологичные органы у родственных форм приобретают разные функции и разное строение

Конвергенция — процесс эволюционного развития неродственных групп в сходном направлении и приобретение ими сходных признаков в процессе адаптации к одинаковым условиям среды.

Классическим примером конвергентного развития считается возникновение сходных форм тела у акуловых (первичноводные формы), ихтиозавров и китообразных (вторичноводные формы). При конвергентном развитии сходство между неродственными организмами бывает всегда только внешним (эволюционным изменениям в одном направлении подвергаются внешние признаки как результат приспособления к одинаковым условиям среды). По форме тела акула и дельфин сходны, но по таким существенным чертам, как строение кожных покровов, черепа, мускулатуры, кровеносной системы, дыхательной и других систем, эти группы позвоночных различны.
При конвергентном способе эволюции возникают аналогичные органы.

Сверху вниз: акула, ихтиозавр, дельфин.

Причиной параллелизма, по-видимому, является высокая вероятность похожих мутаций одних и тех же генов у разных видов. То же явление в рамках генетики описывает закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова. Согласно этому закону, родственные виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Поэтому сходные признаки могут возникать у родственны видов независимо — параллельно. Так, некоторые виды бабочек, принадлежащие к разным родам, имеют глазки на крыльях, а их ближайшие родственники глазков не имеют. Этот признак независимо возникал у разных видов, а не был унаследован от общих предков. От общих предков все бабочки унаследовали гены, мутации которых приводят к образованию глазков.

Другой пример того же рода — независимое возникновение саблезубых форм у млекопитающих. Широко известны вымершие саблезубые кошки, в частности, саблезубый тигр. Саблезубые кошки — это подсемейство семейства кошачьих, но саблезубость встречалась и в других отрядах млекопитающих, ныне вымерших (например, псевдо-саблезубые кошки). А в палеонтологической летописи Австралии есть сумчатый саблезубый волк. Таким образом, один и тот же признак в разных группах млекопитающих возник независимо.

Черепа сумчатого волка тилакосмила (слева) и саблезубой кошки смилодона (справа).

Источник