Текуща страница: 16 (общата книга има 26 страници) [достъпен откъс за четене: 18 страници]
§ 57. Борба за съществуване и нейните форми
1. Каква е същността на законите на Мендел?
2. Какви са основните разпоредби на еволюционното учение на Дарвин.
Мислейки за механизмите и движещите сили на еволюцията, Чарлз Дарвин стига до идеята за борба за съществуване. Това е една от централните концепции на еволюционната теория. Ч. Дарвин обърна внимание на факта, че всички живи същества са присъщи на способността за почти "безгранично" възпроизвеждане. Женски кръгъл червей, например, произвежда 200 хиляди яйца на ден, сив плъх 5 котила годишно, средно 8 малки плъхове достигат пубертета на възраст от три месеца, в един плод на кукувиче има най-малко 186 000 семена. Способността за бързо възпроизвеждане води до важни последствия: с нарастването на засилената конкуренция за ресурси се увеличава вероятността от появата на нови мутации и се създава „жизнен натиск“, в резултат на което се води борба за съществуване. Ч. Дарвин многократно подчертава, че борбата за съществуване не се свежда до пряка борба, това е сложна и разнообразна връзка на организмите в рамките на един и същи вид, между различни видове и с неорганичната природа. „Трябва да предупредя“, пише Дарвин, „че използвам този термин в широк, метафоричен смисъл... За две кучета или вълка по време на глад може с право да се каже, че се бият помежду си за храна и по този начин до живот. Но за растение, растящо на ръба на пустинята, можем да кажем, че се бори за живот срещу сушата. Наградата в борбата за съществуване е животът и възможността за неговото продължаване в следващите поколения.
Форми на борба за съществуване. Дарвин разграничава три форми на борба за съществуване: вътрешновидов, междувидови борба с неблагоприятните условия от неорганична природа.Най-стресиращият от тях вътрешновидова борба.Ярък пример за вътрешноспецифична борба е конкуренцията между иглолистни горски дървета на една и съща възраст. Най-високите дървета с широко разперените си корони улавят по-голямата част от слънчевите лъчи, а мощната им коренова система абсорбира разтворените минерали от почвата в ущърб на по-слабите съседи. Вътрешновидовата борба е особено утежнена с увеличаване на гъстотата на популацията, например, с изобилие от пилета при някои видове птици (много видове чайки, буревестници), по-силните изтласкват по-слабите от гнездата, обричайки ги на смърт от хищници или глад.
Междувидова борбаможе да се прояви в различни форми, например под формата на конкуренция (конкуренция) за храна или други ресурси или под формата на едностранно използване на един вид от друг. Илюстративен пример за конкуренция за храна са хищниците от африканските савани (гепарди, лъвове, хиени, хиенови кучета и др.), Които често отнемат уловена и убита плячка един от друг. Често атрактивните местообитания са обект на конкуренция. Например, в борбата за място в човешките селища, сивият плъх, по-силен и по-агресивен, в крайна сметка замени черния плъх, който в момента се среща само в горски райони или в пустини. Донесената в Европа американска норка замества местните европейски видове. Ондатрът (местен в Северна Америка) е прихванал някои от ресурсите, използвани преди това от местни видове, като руския ондатр. В Австралия обикновената пчела, донесена от Европа, е изместила малката местна пчела без жило.
Третата форма на борба за съществуване е борба с неблагоприятните външни условия. Факторите на неживата природа имат пряко и косвено влияние върху еволюцията на живите същества. Твърди се, че растенията в пустинята се „борят със сушата“, като се има предвид развитието на множество адаптации, които им помагат да извличат вода и хранителни вещества от почвата (специална коренова система) или да намалят скоростта на транспирация (специална структура на листата). Условията на неорганичния свят оказват значително влияние върху еволюцията на организмите, не само сами по себе си, тяхното влияние може да засили или отслаби вътрешно- и междувидовите връзки. При липса на територия, топлина или светлина, вътрешноспецифичната борба се засилва и обратно, с излишък от ресурси, необходими за живота, тя отслабва.
Борба за съществуване. Форми на борба за съществуване: вътрешновидови, междувидови, при неблагоприятни условия.
1. Избройте основните форми на борбата за съществуване.
2. Какви факти ни позволяват да говорим за „натиска на живота“?
3. Защо вътрешновидовата борба е най-интензивната форма на борба за съществуване?
Въз основа на собствените си наблюдения подгответе примери, които описват борбата за съществуване между организми: а) от един и същи вид; б) различни видове.
§ 58. Естественият подбор и неговите форми
1. Какви фактори на околната среда могат да доведат до селекцията на организмите в природата?
2. Фактор за подбор ли е връзката между човека и природата?
Учението за естествения подбор е разработено от Чарлз Дарвин, който смята самия подбор за резултат от борбата за съществуване, а предпоставката му - наследствената изменчивост на организмите.
Генетичната същност на естествения подбор е селективното запазване на определени генотипове в популацията. Съдържащият се в тях наследствен материал се предава на следващите поколения. По този начин, естествен подбор може да се определи като селективно възпроизвеждане на генотипове, които най-добре отговарят на преобладаващите условия на живот на населението. В 9 клас вече се запознахте с някои примери за действието на естествения отбор, които могат да се наблюдават в експеримент или в природата. Нека разгледаме друг експеримент, който показва как в хода на естествения подбор се осъществява връзката между фенотипове и генотипове в популацията. В природата има някои видове плодови мушици, които намират любимата си храна или по върховете на дърветата, или на повърхността на почвата, но никога в средата. Възможно ли е чрез селекция да се отглеждат такива насекоми, които да летят или само надолу, или само нагоре? Фигура 73 показва диаграма на експеримент, демонстриращ ефекта от селекцията върху генетичния състав на популациите. Плодовите мушици били поставени в лабиринт, състоящ се от множество камери, всяка от които имала два изхода – нагоре и надолу. Във всяка една от камерите животното трябваше да "реши" в коя посока да се движи. Мухите, постоянно движещи се нагоре, се озоваха в горния изход на лабиринта. Те бяха внимателно подбрани за последваща поддръжка. Мухите, движещи се надолу, се озоваха в долния изход на лабиринта, те също бяха избрани. Насекомите, останали в камерите на лабиринта, т.е. тези, които нямат определена посока на движение, бяха събрани и отстранени от експеримента. „Горните“ и „долните“ мухи се държат и отглеждат отделно една от друга. Постепенно беше възможно да се създадат популации, всички индивиди от които без изключение имаха определен стереотип на поведение (движение нагоре или надолу). Този резултат не беше свързан с появата на нови гени, всичко се случи само поради селекция, която повлия на променливостта на фенотипите, които вече присъстват в популацията (в този случай променливостта в поведението на мухите). По този начин действието на естествения подбор води до факта, че фенотипите започват да влияят върху генофонда на популациите. Какво се случва, ако премахнете натиска на естествения подбор? За да отговорят на този въпрос, експериментаторите позволиха на мухите от "горните" и "долните" нива да се размножават заедно. Скоро първоначалният баланс на алелите беше възстановен в популацията: някои индивиди се придвижиха нагоре, други надолу, други не показаха никакви предпочитания по отношение на посоката на движение.
Ориз. 73. Експерименти с плодови мушици, демонстриращи действието на естествения подбор (лабиринт)
Естественият подбор променя състава на генофонда, "отстранявайки" от популацията индивиди, чиито характеристики и свойства не дават предимства в борбата за съществуване. В резултат на селекцията генетичният материал на "напредналите" индивиди (т.е. тези, които притежават свойства, които увеличават шансовете им в борбата за живот) започва все повече да влияе върху генофонда на цялото население.
В хода на естествения подбор, удивителен и разнообразен биологични адаптации (адаптиране) на организмите към условията на средата, в която живее популацията. Например, общи адаптации, които включват годността за плуване на организми, живеещи във водна среда, или годността на крайниците на гръбначните животни за земната среда, и специални адаптации: годност за бягане на кон, антилопа, щраус, копаене с къртици, къртици или катерещи се дървета (маймуни, кълвачи, пики и др.). Примери за адаптация са камуфлажното оцветяване и мимикрията (имитация чрез мирен вид на външен вид на животно, което е добре защитено от атаки на хищници), и сложни поведенчески инстинкти и много други. други (фиг. 74). Трябва да се помни, че Всяка адаптация е относителна.Вид, който е добре адаптиран към тези условия, може да бъде на ръба на изчезване, ако условията се променят или в околната среда се появи нов хищник или конкурент. Известно е например, че рибите, които са добре защитени от хищници с шипове и шипове, по-често попадат в мрежите на рибарите, в които се оплитат и задържат именно поради твърдите израстъци на тялото. Не напразно един от принципите (на еволюционната доктрина) в закачлива форма звучи така: „Оцеляват най-силните, но те са най-силните само докато оцелеят“.
Ориз. 74. Адаптация на организмите към условията на съществуване: примери за маскировка и мимикрия
Така че възможностите за еволюционна промяна в популацията винаги са налице. Засега те се проявяват само в изменчивостта на организмите. Веднага щом селекцията започне да действа, популацията реагира на това с адаптивни промени.
Форми на естествен подбор.По-рано се запознахте с двете основни форми на естествен подбор: стабилизиране и движение. Спомнете си това стабилизираща селекция насочени към поддържане на съществуващите фенотипове. Неговото действие може да бъде илюстрирано на фигура 75. Тази форма на селекция обикновено действа там, където условията на живот остават постоянни за дълго време, като например в северните ширини или на океанското дъно.
Втората форма на естествен подбор е движещ се; за разлика от стабилизирането, тази форма на селекция насърчава промените в организмите. По правило действието на естествения подбор става забележимо след дълги периоди от време. Въпреки че понякога изборът на мотив може да се прояви много бързо в отговор на неочаквани и силни промени във външните условия (фиг. 76). Класически пример за действието на подбора на мотиви е изследването на пипер молци, които променят цвета си под въздействието на емисиите на сажди и саждите на стволовете на дърветата в индустриалните зони на Англия през 19 век. (фиг. 78).
Третата форма на естествен подбор е разрушителен, или разкъсване. Разрушителната селекция води до появата в популациите на групи от индивиди, които се различават по някакъв начин (цвят, поведение, пространство и т.н.). Разрушителната селекция допринася за поддържането на два или повече фенотипа в популациите и премахва междинните форми (фиг. 77). Има някаква празнина в населението на определена основа. Това явление се нарича полиморфизъм. Полиморфизмът е характерен за много видове животни и растения. Например нерката, сьомга от Далечния изток, която живее в морето и се размножава в малки сладководни езера, свързани с морето чрез реки, има така наречената „жилищна форма“, представена от малки мъжки джуджета, които никога не напускат езера. Сред някои видове птици (скуа, кукувица и др.) Цветните морфи са често срещани. При двупетнистата калинка има сезонен полиморфизъм. От двете цветни форми "червените" калинки оцеляват по-добре през зимата, а "черните" през лятото. Появата на полиморфизъм, очевидно, до голяма степен се определя от разнородността (сезонна или пространствена) на условията на живот на популацията, която генерира селекция, водеща до появата на специализирани (съответстващи на разнородни условия) форми в рамките на една и съща популация.
Ориз. 75. Действие на стабилизираща селекция
Ориз. 76. Действие на избор на мотив
Ориз. 77. Действие на разрушителна селекция
Ориз. 78. Тъмни и светли молци по стволовете на дърветата
Творческата роля на естествения подбор.Трябва да се подчертае, че ролята на естествения подбор се свежда не само до елиминирането на отделни нежизнеспособни организми. Движещата форма на естествения подбор запазва не индивидуалните характеристики на организма, а целия им комплекс, всички комбинации от гени, присъщи на организма. Естественият подбор често се сравнява с работата на скулптор. Точно както един скулптор създава произведение на изкуството от безформен мраморен блок, който поразява с хармонията на всички свои части, така селекцията създава адаптации и видове, премахвайки от генофонда популации, които са неефективни от гледна точка на генотипите за оцеляване . Това е творческата роля на естествения подбор, тъй като резултатът от неговото действие са нови видове организми, нови форми на живот.
Естествен подбор. биологични адаптации. Крепости на естествения подбор: стабилизиращи, движещи, разрушителни. Полиморфизъм.
1. Какво е фитнес? Защо е относително?
2. Какво представлява стабилизиращата селекция? При какви условия ефектът му е най-забележим?
3. Какво е подбор на мотиви? Дайте примери как работи. При какви условия работи тази форма на подбор?
4. Каква е творческата роля на естествения подбор? Дайте пример, доказващ, че действието на селекцията не се ограничава до елиминирането на отделни признаци, които намаляват оцеляването на организмите.
§ 59. Изолиращи механизми
1. Каква е причината за разликата между организмите, открити от Чарлз Дарвин на Галапагоските острови и тясно свързаните форми на континента?
2. Какви природни фактори изолират някои популации от организми от други популации на същия вид?
репродуктивна изолация.Естественият подбор може да доведе до появата и консолидирането на генетични свойства, които отличават популациите една от друга. Както вече споменахме, външно това се проявява под формата на адаптации (адаптации) към специфични условия на живот. Например популациите от атлантическа херинга в различни райони на океана се размножават по различно време на годината. Има пролетна, лятна, есенна и зимна хвърляща хайвер херинга. Размножаването на всеки от тях зависи от развитието на малък планктон, който се храни с ларви на херинга. Популациите на херинга се размножават отделно през различните сезони, тъй като в различни географски ширини масовото развитие на планктон се случва по различно време на годината (пролет, лято, есен или зима). Тези популации принадлежат към един и същи вид и въпреки малките външни разлики и различните периоди на размножаване, могат да се кръстосват и да произвеждат плодородно потомство. Може би в бъдеще различията между тях ще достигнат такава степен, че ще доведат до загуба на способността на индивиди от различни популации да се кръстосват свободно помежду си или до репродуктивна изолация между тях.
Какви механизми са в основата на репродуктивната изолация? Дали това се дължи просто на географско разделение или има други механизми? Отговорите на тези въпроси предоставят ключа към разбирането на механизмите на видообразуване.
изолационни механизми.Най-общо изолационните механизми се разделят на два основни вида. Първият принадлежи презиготични механизми, т.е. зиготи, предшестващи образуването, създаващи пречки за чифтосване на индивиди, принадлежащи към различни популации. Вторият тип включва постзиготични механизми, действащ след образуването на зигота, което води до намаляване на жизнеспособността или плодовитостта на хибридното потомство.
Презиготните изолиращи механизми се разделят на групи в зависимост от факторите, които създават пречка за чифтосване на индивиди.
Екологична изолацияосигурени от фактори на околната среда, когато популациите заемат една и съща територия, но различни местообитания и следователно не се срещат помежду си. временна изолация- различно време на размножаване, ако чифтосването при животните или цъфтежът при растенията се случва по различно време на годината или по различно време на деня. етиологичен,или поведенчески, изолация- различно поведение през размножителния период, което води до липса на взаимна привлекателност на мъжкия и женската. Накрая се постигат разлики в размера или формата на гениталните органи или в структурата на цветята механична изолация.
Разгледайте примери. Хавайските острови са дом на два вида плодови мухи, които са много сходни на външен вид. И двата вида живеят на едни и същи места, хранейки се със сока на едно и също дървесно растение. Екологичният им статус обаче е различен. Първият вид прекарва живота си в короната на дърветата, хранейки се със сока, течащ по стволовете и клоните на горните нива, а вторият - в горската почва, търсейки локви сок, който е капел от дървото. Кръстосване между тези видове никога не се случва поради пространствената разединеност, която възниква от различни екологични специализации.
Интересен пример за поведенческа изолация демонстрират някои видове светулки. Всеки от съжителстващите видове има собствена светлинна траектория и свои видове излъчвани светлинни сигнали. Траекториите могат да бъдат зигзагообразни, прави или под формата на примка, а светлинните пулсации са къси или дълги под формата на устойчиви отражения (фиг. 79). При чифтосване индивидите избират един друг, като се фокусират стриктно върху вида на светлинния сигнал. Този пример показва, че изолацията между популациите може да бъде подсилена чрез формирането на определени типове поведение (развитието на рефлексни реакции само към сигнали от този конкретен тип).
При много животни размножителният период започва със строго определени комбинации от външни фактори (например температура или светлина). Тези фактори действат като сигнали за започване на чифтосване. Различните видове реагират на едни и същи фактори по различен начин, което е причината за разминаването във времето на размножаване. Фигура 80 показва разликите във времената на размножаване за различните видове земноводни, живеещи в едни и същи райони.
При животни с външно оплождане (морски звезди и някои видове мекотели) ролята на изолиращи фактори се играе от разликите в структурата на специални протеинови молекули, които свързват спермата и яйцата един към друг. Намирайки се на повърхността на яйцеклетките, тези молекули реагират само на сперматозоидите от "своите" видове, което изключва възможността за сливане на репродуктивни продукти от различни видове. При животни с вътрешно оплождане тази роля играят различията в структурата на гениталните органи.
Постзиготните изолиращи механизми също се разделят на групи в зависимост от това дали водят до нарушения в развитието на самите хибриди и в крайна сметка до тяхната нежизнеспособност или до неспособност на хибридите да произвеждат пълноценни гамети.
Междувидовите хибриди обикновено умират бързо или остават безплодни. Например, муле - хибрид на кон и магаре - е стерилно, не може да произведе потомство поради факта, че неговият набор от хромозоми предотвратява нормалното преминаване на мейозата. Безплодни са хибридите на белия и кафявия заек, куницата и самура.
Ориз. 79. Различни видове светлинни сигнали при различните видове светулки
Ориз. 80. Несъответствие по отношение на възпроизводството като пример за изолиращ механизъм (1,2,3,4 - различни видове земноводни)
Обикновено репродуктивната изолация между видовете се поддържа от няколко механизма. Времевата изолация е по-често срещана при растенията, докато етологичната изолация е по-често срещана при животните.
репродуктивна изолация. Изолиращи механизми: презиготичен, постзиготичен.
1. Какво представляват механизмите за изолация? Какво е значението на изолационните механизми?
2. Какви видове изолационни механизми познавате? Дай примери.
3. Защо хибридите на различни видове организми са стерилни?
Човек често получава хибриди чрез кръстосване на различни видове. В рибовъдните ферми например се отглежда бестер - хибрид на белуга и стерлет. В много страни в селскостопанската работа се използва издръжливо муле - хибрид на кон (кобила) и магаре (мъжки), а в Китай - хини - хибрид на магаре с жребец, въпреки факта, че хини се отличава със своята упоритост, порочен нрав и е зле опитомен.
Обсъдете дали хибридните форми, пуснати в дивата природа, могат да доведат до изразени промени в генофонда на дивите популации или да нарушат екологичния баланс.
