Теория коэволюции, типы и примеры

Изоляция

Изоляция также является важным фактором эволюции, вызывая сокращение или полное прекращение скрещиваний между родственными популяциями. Таким образом, в составе вида или популяции могут возникнуть две или большее число групп, различающихся друг от друга генетически, и эти различия будут постепенно накапливаться вследствие увеличения числа родственных скрещиваний. В дальнейшем на их основе могут образоваться новые подвиды

Существуют две формы изоляции — пространственная и биологическая.

Пространственная изоляция

Она возникает при появлении различных труднопреодолимых барьеров — дрейфа материков, наличия рек, проливов, хребтов, ледников и т. п. В настоящее время пространственная изоляция популяций значительно возросла за счет деятельности человека — появления крупных городов, дорог, искусственных каналов, плотин и иных сооружений, ограничивших свободное передвижение популяций многих животных. Пространственная изоляция возросла также вследствие активной вырубки лесов, создания обширных окультуренных территорий и агроценозов, истребления популяций вследствие охоты и т. п. Все это вместе взятое существенно уменьшает возможности свободного скрещивания между разными популяциями и часто способствует разрыву одной популяции на ряд изолированных групп.

Биологическая изоляция

Этот тип изоляции возникает при потере возможностей свободного скрещивания вследствие ряда биологических причин.

а) Экологическая изоляция возникает в результате действия биотических или абиотических факторов на популяции, обитающие на одной территории. Приспособление к разным температурам приводит к появлению весенних, летних и осенних видов растений, грибов и животных, активных именно в эти периоды и поэтому не скрещивающихся друг с другом. Выпадение восприимчивых хозяев вынуждает паразитов и симбионтов приспосабливаться к новым видам растений или животных.

б)  Морфологическая изоляция возникает при мутациях, вызывающих изменение формы цветков и исключающих опыление ветром или определенными группами насекомых. У паразитов растений возникают мутации, позволяющие им развиваться на корнях, листьях, стеблях, цветках или плодах растений (морфологическая специализация). У животных в результате мутаций могут изменяться размеры и формы копулятивного аппарата, изолирующие их от других особей.

в) Поведенческие изоляции возникают у животных при изменении ритуала ухаживания за самкой или ведения брачных поединков, ограничивающего их спаривание с представителями других популяций.

г) Генетическая изоляция появляется при перестройках генотипов — изменении числа или формы хромосом у близких видов, что уменьшает возможности образования полноценного потомства между ними.

Два основных пути видообразования

Согласно теории эволюции, все виды живых организмов произошли от одного общего предка: микроскопического живого сгустка. Этот организм не только эволюцонировал, но и давал новые виды, что, как считают ученые, происходило двумя основными путями:

1. Географическим (аллопатрическим).
2. Экологическим (симпатрическим).

В результате появились разные виды микроорганизмов, а также членистоногие, рыбы, птицы, млекопитающие и многие другие представители биосферы.

Географическое видообразование — это процесс образования новых видов на изолированных друг от друга территориях. Как таковой изоляции в виде гор и рек может и не быть, однако условия среды на биотопах различаются настолько, что организмы не переходят на соседнюю территорию.

Экологическое видообразование — это процесс образования новых видов на перекрывающихся или совпадающих ареалах. В этом случае именно экологические особенности видов не дают им скрещиваться. Популяции занимают разные экологические ниши. Новообразованные виды в этом случае будут называться симпатрическими.

Пример географического видообразования: белка

Наша большая планета демонстрирует различные климатические условия. Они вызывают образование новых подвидов, а затем и видов растений и животных при расселении на большие территории. Белка — яркий пример географического видообразования. Животные этого рода расселились по Евразии, Северной и Южной Америке. Всего в мире около 30 видов белок рода Sciurus. Белки, обитающие на американском континенте, не встречаются в Евразии. Однако на территории России обыкновенная белка образовала более 40 подвидов. Это является предпосылкой для формирования новых видов. Подвиды белки обыкновенной обитают в Европе и умеренном поясе Азии и отличаются друг от друга величиной и окраской меха.

Вариант 2

А1. Как протекает процесс брожения в клетках некоторых живых организмов?

1) с участием ферментов и кислорода
2) с участием кислорода, но при отсутствии ферментов
3) с участием ферментов, но при отсутствии кислорода
4) с участием кислорода и углекислого газа

А2. В какую эру на Земле возникли и вымерли первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов?

1) в протерозойскую
2) в палеозойскую
3) в мезозойскую
4) в архейскую

А3. Как Ч. Дарвин назвал целенаправленное выведение человеком новых пород и сортов?

1) дивергенцией
2) селекцией
3) биологическим прогрессом
4) искусственным отбором

А4. Какую функцию выполняет элементарный фактор эволюции — популяционные волны?

1) влияют на интенсивность борьбы за существование и создают массовость элементарного эволюционного материала
2) обеспечивают заграждения, которые исключают свободное скрещивание организмов
3) устраняют из популяции особей с неудачными комбинациями генов
4) поддерживают генетическую неоднородность природных популяций

А5. Что собой представляет вид человека Homo habilis?

1) современный человек
2) Человек прямоходящий
3) Человек разумный
4) Человек умелый

А6. В какой среде обитания низкое содержание кислорода?

1) в организменной среде
2) в почвенной среде
3) в водной среде
4) в наземно-воздушной среде

В1. Каким органическим соединениям А. И. Опарин отводил главную роль в появлении живых организмов?

В2. Что используют для характеристики вида?

В3. Как называются ранние неоантропы?

В4. Какие экологические факторы представляют собой воздействия живых организмов на окружающую среду и друг на друга?

С1. Чем обусловливается целостность надвидовых групп?

С2. Почему численность популяции не растет до полного исчерпания ресурсов среды?

Ответы на итоговый тест по биологии за II полугодие для 9 классаВариант 1
А1-4
А2-3
А3-2
А4-1
А5-3
А6-2
В1. Коацерваты
В2. Географический
В3. Двуногость
В4. Абиотические факторыВариант 2
А1-3
А2-2
А3-4
А4-1
А5-4
А6-3
В1. Белкам
В2. Критерии вида
В3. Кроманьонцы
В4. Биотические факторы

Откуда мы знаем, что человек тоже эволюционировал?

Большинство ученых полагает, что человек произошел от живших на деревьях животных, похожих на современных обезьян. Доказательством этой теории служат некоторые черты строения наших тел, позволяющие, в частности, предположить, что когда-то наши предки были вегетарианцами и питались только плодами, кореньями и стеблями растений.

У основания вашего позвоночника есть костное образование — копчик. Это все, что осталось от хвоста. Большая часть волос, покрывающих ваше тело, представляет собой лишь мягкий пушок, но у наших предков волосяной покров был гораздо гуще. Каждый волосок снабжен специальным мускулом и встает дыбом, когда вы мерзнете. Так же и у всех млекопитающих с волосатой шкурой: она удерживает воздух, который не дает теплу животного уйти.

У многих взрослых людей есть широкие крайние зубы — их называют «зубы мудрости». Теперь в этих зубах нет никакой необходимости, но в свое время наши предки пережевывали ими жесткую растительную пищу, которой питались. Аппендикс представляет собой маленькую трубочку-отросток, связанную с кишечником. Наши отдаленные предки с его помощью переваривали растительную пищу, плохо усваиваемую организмом. Теперь он больше не нужен и постепенно становится все меньше и меньше. У многих травоядных животных — к примеру, кроликов — аппендикс развит очень хорошо.

Почему некоторые виды животных вымирают?

Некоторые живые существа неспособны эволюционировать, когда среда их обитания резко изменяется, и в результате вымирают. Скажем, огромные волосатые животные, похожие на слонов — мамонты, скорее всего, вымерли оттого, что климат на Земле в ту пору стал контрастнее: летом слишком жарко, а зимой слишком холодно. К тому же их численность сократилась из-за усиленной охоты на них первобытного человека. А вслед за мамонтами вымерли и саблезубые тигры — ведь их громадные клыки были приспособлены к охоте лишь на крупных животных вроде мамонтов. Более мелкие животные были для саблезубых тигров недоступны, и, оставшись без добычи, они исчезли с лица нашей планеты.

Видообразование

Наследственная изменчивость (мутации и комбинативная изменчивость) создает гено- и фенотипическое разнообразие внутри вида, представляющее собой элементарный эволюционный материал. Под видообразованием понимают историческую смену видов во времени на основе наследственной изменчивости под действием естественного отбора. Изменения отдельных особей не могут приводить к эволюционным перестройкам, так как продолжительность жизни особи ограничена. Особь участвует в эволюционном процессе только в том случае, если она передаст свои гены следующим поколениям. Только в достаточно многочисленных и длительно существующих популяциях отдельные изменения особей в процессе скрещивания приводят к генетической разнородности и изменению генофонда популяции. Далее вступает в действие естественный отбор, который поддерживает удачные комбинации генов (частота их возрастает) и одновременно элиминирует из популяции неудачные варианты (частота их снижается). Такая длительная направленная перестройка генофонда популяции и является элементарным эволюционным явлением, которое приводит к образованию вначале разновидностей, а затем подвидов и новых видов.

При изменении условий существования внутри вида начинается процесс расхождения признаков – дивергенция, которая приводит к образованию новых группировок.

От исходного вида берет начало много разнообразных форм. Наиболее расходящиеся по признакам формы обладают, как правило‚ большими возможностями выживать и оставлять потомство вследствие меньшей конкуренции между собой. Промежуточные формы чаще всего вымирают из-за высокой конкуренции. Такое расхождение признаков в большом ряду поколений под влиянием специфических условий среды и достаточной изоляции может приводить к приобретению новых признаков и образованию внутри вида самостоятельных групп. Пока особи разных популяций вида могут скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, вид остается единым. При дальнейшей изоляции у внутривидовых групп исчезает возможность скрещиваться, вследствие чего из одного вида может образоваться один или несколько новых видов.

В процессе видообразования происходит превращение генетически открытых внутривидовых систем (популяций, подвидов, разновидностей) в генетически закрытые системы (новые виды).

Движущими силами видообразования являются борьба за существование и естественный отбор, а основным фактором – изоляция.

Различают два основных способа видообразования в зависимости от способа изоляции, послужившего исходным для расхождения признаков – аллопатрический (географический) и симпатрический (экологический).

При аллопатрическом видообразовании новые виды возникают из популяций‚ занимающих разные географические ареалы. В результате длительного разобщения популяций, живущих в разных условиях среды, в разных направлениях идут эволюционные процессы и постепенно возникает генетическая изоляция, которая сохраняется и после прекращения изоляции. Примером могут служить 5 видов майского ландыша.

При симпатрическом видообразовании новый вид зарождается в одном ареале с материнским видом в результате возникновения экологической изоляции. Примером могут служить случаи возникновения новых видов на основе полиплоидии (картофель, хризантемы) и отдаленной гибридизации (рябинокизильник).

Совокупность эволюционных процессов, протекающих внутри вида, изменяющих генетическую структуру популяций и приводящих к образованию новых видов, называется микроэволюцией.

Макроэволюция – это процесс эволюционных преобразований надвидового масштаба, который приводит к возникновению высших систематических групп: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция совершается на основе микроэволюционных процессов, происходящих на больших пространствах в течение длительного времени. В основе макро- и микроэволюции лежат одни и те же эволюционные процессы.

Читайте: Изменчивость и генетика человека #54

Хозяева и паразиты

Паразиты и хозяева, размножающиеся половым путем

Совместная эволюция паразита и хозяина — это совместная эволюция хозяина и паразита . Общая характеристика многих вирусов как облигатных паразитов заключается в том, что они эволюционировали вместе со своими соответствующими хозяевами. Коррелированные мутации между двумя видами приводят их в эволюционную гонку вооружений. Какой бы организм, хозяин или паразит не мог поспевать за другим, будет исключен из их среды обитания, поскольку выживает вид с более высокой средней приспособленностью популяции. Эта раса известна как гипотеза Красной Королевы . Гипотеза Red Queen предсказывает , что половое размножение позволяет хосту оставаться впереди своего паразита, похожего на гонки Красной Королевы в рамках зеркала : «он принимает все работает вы можете сделать, чтобы остаться на то же место». Хозяин размножается половым путем, производя потомство с иммунитетом над паразитом, которое затем эволюционирует в ответ.

Отношения паразит-хозяин, вероятно, привели к преобладанию полового размножения над более эффективным бесполым размножением. Похоже, что когда паразит заражает хозяина, половое размножение дает больше шансов развить сопротивление (через вариации в следующем поколении), что дает изменчивость полового размножения для приспособленности, не наблюдаемую при бесполом размножении, которое производит другое поколение организма, восприимчивого к заражению. заражение тем же паразитом. Соответственно, коэволюция между хозяином и паразитом может быть ответственной за большую часть генетического разнообразия, наблюдаемого в нормальных популяциях, включая полиморфизм плазмы крови, полиморфизм белков и системы гистосовместимости.

Паразит потомства : камышевка выращивает кукушку.

Выводковые паразиты

Паразитизм потомства демонстрирует близкую коэволюцию хозяина и паразита, например, у некоторых кукушек . Эти птицы не вьют свои собственные гнезда, а откладывают яйца в гнезда других видов, выбрасывая или убивая яйца и детенышей хозяина и, таким образом, оказывая сильное негативное влияние на репродуктивную пригодность хозяина. Их яйца замаскированы под яйца их хозяев, подразумевая, что хозяева могут отличить свои собственные яйца от яиц злоумышленников и находятся в эволюционной гонке вооружений с кукушкой между маскировкой и узнаванием. Кукушки не приспособлены к защите организма с помощью таких функций, как утолщенная яичная скорлупа, более короткая инкубация (поэтому их детеныши вылупляются первыми) и плоская спина, приспособленная для вытаскивания яиц из гнезда.

Антагонистическая коэволюция

Антагонистическая коэволюция наблюдается у видов муравьев- собирателей Pogonomyrmex barbatus и Pogonomyrmex rugosus в отношениях как паразитических, так и мутуалистических. Королевы не могут производить рабочих муравьев путем спаривания с их собственным видом. Только путем скрещивания они могут производить рабочих. Крылатые самки действуют как паразиты для самцов других видов, поскольку их сперма дает только бесплодные гибриды. Но поскольку выживание колоний полностью зависит от этих гибридов, это также мутуалистично. Хотя между видами нет генетического обмена, они не могут развиваться в направлении, в котором они станут слишком генетически разными, поскольку это сделало бы скрещивание невозможным.

Миграции

Еще одним важным фактором эволюции, вызывающим изменение генетического равновесия в составе популяций, являются миграции. Они активно меняют соотношение частот аллелей и генотипов в составе генофонда популяции. Чем выше интенсивность миграций и чем больше разница в частотах встречаемости аллельных генов, тем большее влияние они оказывают на генетическое равновесие в популяциях.

Эволюционное значение миграций состоит в том, что они выполняют две важнейшие функции в природе: 1) способствуют объединению видов как целостных систем, обеспечивая регулярные или периодические контакты между отдельными его популяциями; 2) способствуют проникновению видов в новые места обитания (в этом случае может возникнуть обособленность дальних популяций от основного вида).

Значительную роль в расширении миграций сыграл человек, обеспечивший продвижение многих видов растений и животных в новые регионы (особенно это касается окультуренных растений и одомашненных животных). Например, по всей планете распространились зерновые культуры, картофель, многие плодовые деревья и кустарники, куры, утки, гуси, индейки, крупный рогатый скот, лошади и другие.

Приспособления как результат эволюции

Изменения, возникающие у организмов в результате действия факторов внешней среды, могут накапливаться и усиливаться в ряде последующих поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организмам выживать и оставлять потомство. Следовательно, эволюционная теория Дарвина впервые объяснила и явление приспособленности организмов к среде обитания. Она бывает весьма разнообразной (морфологическая, физиологическая, биохимическая, поведенческая и т.п.).

Морфологические адаптации связаны с изменением строения тела. Например, появление перепонок между пальцами ног (водоплавающие птицы)‚ плоского тела у придонных рыб (скаты), густого шерстяного покрова у млекопитающих северных широт и т.п.

У видов, доступных для врагов, развивается покровительственная окраска, которая делает организмы менее заметными на фоне окружающей местности (белый цвет зайца-беляка зимой, темная окраска бабочек березовых пядениц в окрестностях больших городов).

Приспособления, при которых форма тела и окраска сливаются с окружающей средой, называется маскировкой. Например, гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки.

Под мимикрией понимают уподобление менее защищенного организма одного вида более защищенному организму другого вида. Например, один из видов тараканов очень похож на божью коровку, неядовитые змеи часто похожи на ядовитых.

Предупреждающая окраска характерна для некоторых относительно защищенных организмов. Например, своеобразная яркая окраска божьих коровок, ос, шмелей.

Целесообразность появляющихся в ходе эволюции приспособлений относительна, так как они полезны только в определенных условиях. Например, белая окраска зайца-беляка спасает его от хищников только на снегу, жабры рыб обеспечивают дыхание только в водной среде.

Читайте: Селекция как наука о модификации пород живых организмов #55

Скорость эволюционных процессов

Скоростью эволюционных процессов называется количество эволюционных изменений, происходящее за единицу времени.

Скорость процессов эволюции может быть различной.

Обычно эти процессы продолжительны. Но в ряде случаев они могут происходить достаточно быстро. По этому критерию можно выделить два типа видообразования — постепенное и внезапное (взрывообразное).

1. Постепенное видообразование происходит за продолжительные промежутки времени. Его основными механизмами являются дивергенция и филетическое развитие. При этом могут образоваться ряды родственных форм.

2. Внезапное, или взрывообразное, видообразование происходит при быстрых перестройках генетического материала путем мутаций, полиплоидии, трансформации и трансдукции. Переходные формы при этом могут не возникнуть.

Поскольку оба эти процесса постоянно происходили в процессе эволюции, то становится понятным отсутствие переходных форм (окаменелостей), отмечаемое во многих случаях. При внезапном видообразовании их может и не быть.

Борьба за существование

Сложное взаимодействие существует между особями одного и разных видов, между организмами и абиотическими факторами. Все богатство взаимосвязей между организмами можно условно разделить на две группы — конкуренция и взаимопомощь.

Борьба за существование — взаимоотношения, определяющие успех или неудачу определенной особи в выживании и оставлении потомства. Одна из ведущих причин этого процесса — рождение избыточного числа организмов по отношению к доступным ресурсам питания, воды, мест обитания. Справедливо и то, что высокая рождаемость в популяциях обусловлена тем, что не все особи выживают в конкретных условиях и могут оставить плодовитое потомство.

Внутривидовая борьба за существование

• Возникает конкуренция между организмами, относящимися к одному биологическому подвиду и виду. Особи соперничают между собой из-за нехватки половых партнеров, убежищ, в целом территориальных ресурсов, пищи. Результат — выживание наиболее приспособленных особей.
• Более острая внутривидовая борьба разворачиваются в растущих популяциях, при стремительном увеличении численности. Соперничество может быть прямым (за корм, места размножения) и косвенным (по устойчивости к неблагоприятным факторам среды, паразитам, хищникам).

Межвидовая борьба за существование

Характерна для разных видов, которым требуются одна и та же пища, территория, сходные условия обитания. Межвидовая борьба обостряется при ухудшении природных факторов, вследствие климатических изменений, сокращения территории из-за распашки, затопления, других искусственных и естественных причин.

Дарвин еще выделял в качестве одного из видов борьбы за существование взаимодействие организмов со средой. Внешние факторы могут приводить к расцвету группы организмов или к гибели большого количества особей. Например, значительная часть зимующих насекомых погибает, если весной после оттепелей возвращаются морозы.

_{Источник изображения: Рис. 1 — de-ussr.ru} 

Смотри также:

• Вид, его критерии
• Развитие эволюционных идей. Значение эволюционной теории Ч. Дарвина
• Синтетическая теория эволюции. Элементарные факторы эволюции. Исследования С.С. Четверикова. Роль эволюционной теории в формировании современной естественнонаучной картины мира

Популяционные волны

В природных условиях постоянно происходят периодические колебания численности популяций многих организмов. Их называют популяционными волнами, или волнами жизни. Этот термин был предложен С. С. Четвериковым.

Численность популяций претерпевает значительные изменения, связанные с сезонным характером развития многих видов и условиями их обитания. Она также может сильно изменяться в разные годы. Известны случаи массового размножения популяций отдельных видов, например у леммингов, саранчи, болезнетворных бактерий и грибов (эпидемии) и т. п.

Нередки случаи резкого, иногда катастрофического сокращения численности популяций, связанные с нашествием болезней, вредителей, природными явлениями (лесные и степные пожары, наводнения, извержения вулканов, длительные засухи и т. п.).

Известны примеры резкой вспышки численности некоторых видов, представители которых попали в новые для них условия, где у них нет врагов (например, колорадский жук и элодея канадская в Европе, кролики в Австралии и др.).

Процессы эти носят случайный характер, приводя к гибели одни генотипы и стимулируя развитие других, вследствие чего могут происходить существенные перестройки генофонда популяции. В малочисленных популяциях потомство даст небольшое число случайно выживших особей, поэтому в них значительно повышается частота близкородственных скрещиваний, что увеличивает вероятность перехода отдельных мутаций и рецессивных аллельных генов в гомозиготное состояние. Таким образом, мутации могут реально проявиться в популяциях и послужить началом образования новых форм или даже новых видов. Редкие генотипы могут или окончательно исчезнуть, или вдруг размножиться в популяциях, став доминирующими. Доминирующие генотипы могут либо сохраниться в новых условиях, либо резко сократиться по численности и даже полностью исчезнуть из популяций. Явления перестройки структуры генофонда и изменения в нем частот встречаемости разных аллельных генов, связанные с резким и случайным изменением численности популяций, получили название дрейфа генов.

Таким образом, популяционные волны и связанные с ним явления дрейфа генов приводят к отклонениям от генетического равновесия в популяциях. Эти изменения могут быть подхвачены отбором и способны повлиять на дальнейшие процессы эволюционных преобразований.

Экологическая генетика

Экологическая генетика связана с эволюционной экологией через изучение того, как черты эволюционируют в естественных популяциях. Экологов волнует, как окружающая среда и временные рамки приводят к тому, что гены становятся доминирующими. Организмы должны постоянно адаптироваться, чтобы выжить в естественной среде обитания. Гены определяют, какие организмы выживают, а какие вымирают. Когда у организмов развиваются разные генетические вариации, даже если они происходят от одного и того же вида, это называется полиморфизмом. Организмы, передающие полезные гены, продолжают развивать свой вид, чтобы иметь преимущество в своей нише.

Понятие и принципы дивергенции Дарвина

Неоднородные условия существования вида в различных частях ареала могут направлять отбор в различных направлениях. Это приводит к дивергенции (расхождению признаков).

Суть учения Дарвина о дивергенции заключается в признании того, что наиболее сходные, родственные организмы нуждаются в одинаковых условиях существования. Таким образом между ними происходит наиболее напряженная внутривидовая борьба. Наоборот, между наиболее отличающимися индивидами одного вида (а следовательно, и в одной популяции) общих интересов в борьбе за жизнь меньше, поэтому несхожие особи имеют больше преимуществ, следовательно, у них реальнее возможность выжить.