Dabartinis puslapis: 16 (iš viso knygoje yra 26 puslapiai) [prieinama skaitymo ištrauka: 18 puslapių]
§ 57. Kova už būvį ir jos formos
1. Kokia Mendelio dėsnių esmė?
2. Kokios yra pagrindinės Darvino evoliucinio mokymo nuostatos.
Galvodamas apie evoliucijos mechanizmus ir varomąsias jėgas, Charlesas Darwinas atėjo į idėją kova už būvį. Tai viena iš pagrindinių evoliucijos teorijos sąvokų. C. Darwinas atkreipė dėmesį į tai, kad visoms gyvoms būtybėms būdingas beveik „beribio“ dauginimosi gebėjimas. Pavyzdžiui, apvaliųjų kirmėlių patelė per dieną išaugina 200 tūkstančių kiaušinėlių, pilkoji žiurkė – 5 vadas per metus, iki trijų mėnesių brendimo sulaukia vidutiniškai 8 žiurkių jaunikliai, viename gegutės ašarų vaisiuje yra mažiausiai 186 000 sėklų. Gebėjimas greitai daugintis sukelia svarbių pasekmių: didėjant konkurencijai dėl išteklių, didėja naujų mutacijų atsiradimo tikimybė ir susidaro „gyvenimo spaudimas“, dėl kurio vyksta kova už būvį. Ch.Darwinas ne kartą pabrėžė, kad kova už būvį nėra redukuojama į tiesioginę kovą, tai sudėtingas ir įvairus organizmų santykis tos pačios rūšies viduje, tarp skirtingų rūšių ir su neorganine gamta. „Turiu perspėti, – rašė Darvinas, – kad vartoju šį terminą plačiąja, metaforine prasme... Apie du šunis ar vilkus bado metu galima teisingai sakyti, kad jie kovoja vienas su kitu dėl maisto ir dėl to. gyvenimui. Tačiau apie dykumos pakraštyje augantį augalą galima sakyti, kad jis už gyvybę kovoja su sausra. Atlygis kovoje už būvį yra gyvenimas ir galimybė jį tęsti kartomis iš eilės.
Kovos už būvį formos. Darvinas išskyrė tris kovos už būvį formas: intraspecifinis, tarprūšinis ir kovoti su nepalankiomis neorganinio pobūdžio sąlygomis. Labiausiai įtemptas iš jų intraspecifinė kova. Ryškus tarprūšinės kovos pavyzdys – konkurencija tarp to paties amžiaus spygliuočių miško medžių. Aukščiausi medžiai su plačiai išsiskleidusiais vainikais sulaiko didžiąją dalį saulės spindulių, o jų galinga šaknų sistema sugeria ištirpusias mineralines medžiagas iš dirvožemio, o tai kenkia silpnesniems kaimynams. Tarprūšinė kova ypač paaštrėja didėjant populiacijos tankumui, pavyzdžiui, kai kuriose paukščių rūšyse (daug kirų, žirgų rūšių) gausu jauniklių, stipresni išstumia silpnesnius iš lizdų, pasmerkdami juos mirti nuo. plėšrūnų ar bado.
Tarprūšių kova gali pasireikšti įvairiomis formomis, pavyzdžiui, konkurencija (konkurencija) dėl maisto ar kitų išteklių, arba vienos rūšies vienašališku kitos naudojimu. Iliustruojamą konkurencijos dėl maisto pavyzdį pateikia Afrikos savanų plėšrūnai (gepardai, liūtai, hienos, šunų šunys ir kt.), kurie dažnai vienas iš kito atima sugautą ir užmuštą grobį. Dažnai konkurencijos objektas yra patrauklios buveinės. Pavyzdžiui, kovojant dėl vietos žmonių gyvenvietėse pilkoji žiurkė, stipresnė ir agresyvesnė, ilgainiui pakeitė juodąją žiurkę, kuri šiuo metu sutinkama tik miško plotuose arba dykumose. Į Europą atvežta amerikinė audinė pakeičia vietines Europos rūšis. Ondatra (iš Šiaurės Amerikos kilusi) sulaikė kai kuriuos išteklius, kuriuos anksčiau naudojo vietinės rūšys, pavyzdžiui, Rusijos ondatra. Australijoje iš Europos atgabenta paprastoji bitė išstūmė nedidelę, negeliančią vietinę bitę.
Trečioji kovos už būvį forma yra kovoti su nepalankiomis išorinėmis sąlygomis. Negyvosios gamtos veiksniai turi tiesioginę ir netiesioginę įtaką gyvų būtybių evoliucijai. Teigiama, kad augalai dykumoje „kovoja su sausra“, turint omenyje daugybę prisitaikymo būdų, padedančių jiems išgauti vandenį ir maistines medžiagas iš dirvožemio (speciali šaknų sistema) arba sumažinti transpiracijos greitį (ypatinga lapų struktūra). Neorganinio pasaulio sąlygos daro didelę įtaką organizmų evoliucijai ne tik pačios savaime, jų įtaka gali sustiprinti arba susilpninti tarprūšinius ir tarprūšinius ryšius. Trūkstant teritorijos, šilumos ar šviesos, tarprūšinė kova sustiprėja, o atvirkščiai, esant gyvybei reikalingų išteklių pertekliui, susilpnėja.
Kova už būvį. Kovos už būvį formos: intraspecifinė, tarprūšinė, su nepalankiomis sąlygomis.
1. Išvardykite pagrindines kovos už būvį formas.
2. Kokie faktai leidžia kalbėti apie „gyvenimo spaudimą“?
3. Kodėl tarprūšinė kova yra pati intensyviausia kovos už būvį forma?
Remdamiesi savo pastebėjimais, paruoškite pavyzdžius, apibūdinančius kovą už būvį tarp organizmų: a) tos pačios rūšies; b) įvairių tipų.
§ 58. Natūrali atranka ir jos formos
1. Kokie aplinkos veiksniai gali lemti organizmų selekciją gamtoje?
2. Ar žmogaus ir gamtos santykis yra atrankos veiksnys?
Natūralios atrankos doktriną sukūrė Charlesas Darwinas, kuris pačią atranką laikė kovos už būvį rezultatu, o jos būtina sąlyga – paveldimą organizmų kintamumą.
Natūralios atrankos genetinė esmė yra selektyvus tam tikrų genotipų išsaugojimas populiacijoje. Juose esanti paveldima medžiaga perduodama kitoms kartoms. Šiuo būdu, natūrali atranka gali būti apibrėžiamas kaip selektyvus genotipų dauginimasis, geriausiai atitinkantis vyraujančias populiacijos gyvenimo sąlygas. 9 klasėje jau susipažinote su kai kuriais natūralios atrankos veiksmo pavyzdžiais, kuriuos galima stebėti eksperimente ar gamtoje. Panagrinėkime kitą eksperimentą, parodantį, kaip natūralios atrankos metu populiacijoje atliekamas fenotipų ir genotipų ryšys. Gamtoje yra tam tikrų rūšių vaisinių muselių, kurios savo mėgstamą maistą randa arba medžių viršūnėse, arba dirvos paviršiuje, bet niekada viduryje. Ar galima selekcijos būdu veisti tokius vabzdžius, kurie skristų arba tik žemyn, arba tik aukštyn? 73 paveiksle parodyta eksperimento, rodančio atrankos poveikį genetinei populiacijų sudėčiai, diagrama. Vaisinės muselės buvo patalpintos į labirintą, susidedantį iš daugybės kamerų, kurių kiekviena turėjo du išėjimus – aukštyn ir žemyn. Kiekvienoje iš kamerų gyvūnas turėjo „nutarti“, kuria kryptimi judėti. Musės, nuolat judančios aukštyn, atsidūrė viršutiniame labirinto išėjime. Jie buvo kruopščiai atrinkti tolesnei priežiūrai. Žemyn judančios musės atsidūrė apatiniame labirinto išėjime, jos taip pat buvo atrinktos. Vabzdžiai, kurie liko labirinto kamerose, t.y. tie, kurie neturėjo konkrečios judėjimo krypties, buvo surinkti ir pašalinti iš eksperimento. „Viršutinė“ ir „apatinė“ muselės buvo laikomos ir veisiamos atskirai viena nuo kitos. Pamažu buvo galima kurti populiacijas, kurių visi be išimties individai turėjo tam tikrą elgesio stereotipą (judėjimą aukštyn arba žemyn). Šis rezultatas nebuvo siejamas su kokių nors naujų genų atsiradimu, viskas įvyko tik dėl atrankos, kuri turėjo įtakos jau populiacijoje esančių fenotipų kintamumui (šiuo atveju musių elgsenos kintamumui). Taigi natūralios atrankos veiksmas lemia tai, kad fenotipai pradeda daryti įtaką populiacijų genofondui. Kas nutiks, jei pašalinsite natūralios atrankos spaudimą? Norėdami atsakyti į šį klausimą, eksperimentuotojai leido „viršutinės“ ir „žemesnės“ pakopų muselėms veistis kartu. Netrukus populiacijoje buvo atkurta pradinė alelių pusiausvyra: vieni individai judėjo aukštyn, kiti žemyn, kiti nerodė pirmenybių judėjimo krypties atžvilgiu.
Ryžiai. 73. Eksperimentai su vaisinėmis muselėmis, parodantys natūralios atrankos veiksmą (labirintas)
Natūrali atranka keičia genofondo sudėtį, „pašalindama“ iš populiacijos individus, kurių savybės ir savybės nesuteikia pranašumų kovoje už būvį. Dėl atrankos „pažengusių“ individų (tai yra tų, kurie turi savybių, padidinančių jų galimybes kovoje už gyvybę) genetinė medžiaga pradeda vis labiau paveikti visos populiacijos genofondą.
Natūralios atrankos metu nuostabi ir įvairi biologinės adaptacijos organizmų prisitaikymas prie aplinkos sąlygų, kuriomis gyvena populiacija. Pavyzdžiui, bendrosios adaptacijos, apimančios vandens aplinkoje gyvenančių organizmų tinkamumą plaukti arba stuburinių galūnių tinkamumą sausumos aplinkai ir ypatingus pritaikymus: tinkamumą bėgioti arkliu, antilope, stručiu, kasti kurmiai, kurmių žiurkės ar laipiojantys medžiai (beždžionės, snapeliai, pikas ir kt.). Prisitaikymo pavyzdžiai yra kamufliažinė spalva ir mimika (mėgdžiojimas taikiai atrodo gyvūnas, kuris yra gerai apsaugotas nuo plėšrūnų atakų), sudėtingi elgesio instinktai ir daugelis kitų. kiti (74 pav.). Reikėtų prisiminti, kad Visas prisitaikymas yra santykinis. Gerai prie šių sąlygų prisitaikiusi rūšis gali būti ant išnykimo ribos, jei pasikeis sąlygos arba aplinkoje atsiras naujas plėšrūnas ar konkurentas. Pavyzdžiui, žinoma, kad žuvys, kurias nuo plėšrūnų gerai saugo spygliai ir spygliai, dažniau patenka į žvejo tinklus, į kuriuos įsipainioja ir laikosi būtent dėl kietų kūno ataugų. Ne veltui vienas iš principų (evoliucinės doktrinos) žaisminga forma skamba taip: „Tvirčiausi išgyvena, bet jie yra stipriausi tik tol, kol išgyvena“.
Ryžiai. 74. Organizmų prisitaikymas prie egzistavimo sąlygų: maskavimo ir mimikos pavyzdžiai
Taigi, populiacijos evoliucinių pokyčių galimybės visada yra. Jos kol kas pasireiškia tik organizmų kintamumu. Kai tik pradeda veikti atranka, gyventojai į tai reaguoja adaptaciniais pokyčiais.
Natūralios atrankos formos. Anksčiau buvote supažindintas su dviem pagrindinėmis natūralios atrankos formomis: stabilizavimu ir judėjimu. Prisiminkite tai stabilizuojantis pasirinkimas kurių tikslas yra išlaikyti esamus fenotipus. Jo veikimą galima iliustruoti 75 paveiksle. Ši atrankos forma paprastai veikia ten, kur gyvybės sąlygos išlieka pastovios ilgą laiką, pavyzdžiui, šiaurinėse platumose arba vandenyno dugne.
Antroji natūralios atrankos forma yra judėjimas; priešingai nei stabilizuojasi, ši atrankos forma skatina organizmų pokyčius. Paprastai natūralios atrankos veiksmas tampa pastebimas po ilgo laiko tarpo. Nors kartais motyvų atranka gali labai greitai pasireikšti reaguojant į netikėtus ir stiprius išorinių sąlygų pokyčius (76 pav.). Klasikinį motyvų atrankos veiksmo pavyzdį pateikia pipirinių kandžių, kurios keičia spalvą veikiamos suodžių emisijos ir medžių kamienų suodžių, tyrimas Anglijos pramoninėse zonose XIX amžiuje. (78 pav.).
Trečioji natūralios atrankos forma yra trikdantis, arba plyšimas. Dėl trikdančios atrankos populiacijose atsiranda individų grupių, kurios tam tikru būdu skiriasi (spalva, elgsena, erdvė ir kt.). Ardomoji atranka prisideda prie dviejų ar daugiau fenotipų išlaikymo populiacijose ir pašalina tarpines formas (77 pav.). Tarp gyventojų tam tikru pagrindu yra tam tikras atotrūkis. Šis reiškinys vadinamas polimorfizmas. Polimorfizmas būdingas daugeliui gyvūnų ir augalų rūšių. Pavyzdžiui, Tolimųjų Rytų lašišų žuvis, gyvenanti jūroje ir perinti mažuose gėlo vandens ežerėliuose, sujungtuose su jūra upėmis, turi vadinamąją „gyvenamąją formą“, kurią atstovauja maži nykštukai patinai, kurie niekada nepalieka iš jūros. ežerai. Tarp kai kurių paukščių rūšių (skuos, gegutės ir kt.) paplitę spalvų morfai. Yra sezoninis dvitaškių lapuočių polimorfizmas. Iš dviejų spalvų formų žiemą geriau išgyvena „raudonos“, o vasarą – „juodos“. Polimorfizmo atsiradimą, matyt, daugiausia lemia populiacijos gyvenimo sąlygų nevienalytiškumas (sezoninis ar erdvinis), dėl kurio atsiranda atranka, dėl kurios toje pačioje populiacijoje atsiranda specializuotų (atitinkančių nevienalytes sąlygas) formų.
Ryžiai. 75. Stabilizuojančios atrankos veiksmas
Ryžiai. 76. Motyvų parinkimo veiksmas
Ryžiai. 77. Trikdančios atrankos veiksmas
Ryžiai. 78. Tamsios ir šviesios kandys ant medžių kamienų
Kūrybinis natūralios atrankos vaidmuo. Reikia pabrėžti, kad natūralios atrankos vaidmuo sumažinamas ne tik iki atskirų negyvybingų organizmų pašalinimo. Varomoji natūralios atrankos forma išsaugo ne individualias organizmo savybes, o visą jų kompleksą, visas organizmui būdingas genų kombinacijas. Natūrali atranka dažnai lyginama su skulptoriaus darbu. Kaip skulptorius kuria meno kūrinį iš beformio marmuro luito, kuris atsitrenkia į visų jo dalių harmoniją, taip atranka sukuria adaptacijas ir rūšis, pašalindama iš genofondo populiacijas, kurios yra neefektyvios išlikimo genotipų požiūriu. . Tai yra kūrybinis natūralios atrankos vaidmuo, nes jos veikimo rezultatas yra nauji organizmų tipai, naujos gyvybės formos.
Natūrali atranka. biologinės adaptacijos. Natūralios atrankos fortai: stabilizuojantys, vairuojantys, trikdantys. Polimorfizmas.
1. Kas yra fitnesas? Kodėl tai reliatyvu?
2. Kas yra stabilizuojanti atranka? Kokiomis sąlygomis jo poveikis labiausiai pastebimas?
3. Kas yra motyvų atranka? Pateikite pavyzdžių, kaip tai veikia. Kokiomis sąlygomis veikia ši atrankos forma?
4. Koks yra natūralios atrankos kūrybinis vaidmuo? Pateikite pavyzdį, įrodantį, kad atrankos veiksmas neapsiriboja atskirų savybių, mažinančių organizmų išlikimą, pašalinimu.
§ 59. Izoliavimo mechanizmai
1. Kokia yra Charleso Darwino Galapagų salose aptiktų organizmų ir glaudžiai susijusių formų žemyne skirtumo priežastis?
2. Kokie gamtos veiksniai išskiria kai kurias organizmų populiacijas nuo kitų tos pačios rūšies populiacijų?
reprodukcinė izoliacija. Natūrali atranka gali lemti genetinių savybių, kurios skiria populiacijas viena nuo kitos, atsiradimą ir įtvirtinimą. Kaip jau minėta, išoriškai tai pasireiškia prisitaikymu (adaptacija) prie konkrečių gyvenimo sąlygų. Pavyzdžiui, Atlanto silkių populiacijos skirtingose vandenyno vietose peri skirtingu metų laiku. Yra pavasarį, vasarą, rudenį ir žiemą neršiančių silkių. Kiekvieno iš jų dauginimasis priklauso nuo mažo planktono, kuris minta silkių lervomis, išsivystymo. Silkių populiacijos veisiasi atskirai skirtingais metų laikais, nes skirtingose platumose masinis planktono vystymasis vyksta skirtingu metų laiku (pavasarį, vasarą, rudenį ar žiemą). Šios populiacijos priklauso tai pačiai rūšiai ir, nepaisant nedidelių išorinių skirtumų bei skirtingų veisimosi laikotarpių, gali kryžmintis ir susilaukti vaisingų palikuonių. Galbūt ateityje skirtumai tarp jų pasieks tokį laipsnį, kad dėl to skirtingų populiacijų individai praras gebėjimą laisvai kryžmintis tarpusavyje arba reprodukcinė izoliacija tarp jų.
Kokie mechanizmai yra reprodukcinės izoliacijos pagrindas? Ar tai tiesiog dėl geografinio atsiskyrimo, ar yra kitų mechanizmų? Atsakymai į šiuos klausimus suteikia raktą suprasti specifikacijos mechanizmus.
izoliacijos mechanizmai. Apskritai izoliavimo mechanizmai skirstomi į du pagrindinius tipus. Pirmasis priklauso prezigotiniai mechanizmai, y., zigotos, esančios prieš formavimąsi, sukuriančios kliūtis skirtingoms populiacijoms priklausančių individų poravimuisi. Antrasis tipas apima postzigotiniai mechanizmai, veikiantis susidarius zigotai, dėl ko mažėja hibridinių palikuonių gyvybingumas arba vaisingumas.
Prezigotiniai išskyrimo mechanizmai skirstomi į grupes, atsižvelgiant į veiksnius, kurie sukuria kliūtį individų poravimuisi.
Aplinkos izoliacija suteikiamas aplinkos veiksnių, kai populiacijos užima tą pačią teritoriją, bet skirtingas buveines ir todėl nesusitinka viena su kita. laikina izoliacija- skirtingas veisimo laikas, jei gyvūnų poravimasis arba augalų žydėjimas vyksta skirtingu metų laiku arba skirtingu paros metu. etiologinis, arba elgesys, izoliacija- skirtingas elgesys veisimosi sezono metu, dėl kurio patinų ir patelių abipusis patrauklumas trūksta. Galiausiai pasiekiami lytinių organų dydžio ar formos, arba žiedų struktūros skirtumai mechaninė izoliacija.
Apsvarstykite pavyzdžius. Havajų salose gyvena dvi vaisinių muselių rūšys, kurios savo išvaizda yra labai panašios. Abi rūšys gyvena tose pačiose vietose, minta to paties sumedėjusio augalo sultimis. Tačiau jų ekologinė būklė skiriasi. Pirmoji rūšis praleidžia savo gyvenimą medžių lajoje, maitinasi sula, tekančia aukštesnių pakopų kamienais ir šakomis, o antroji – miško paklotėje, ieškodama nuo medžio nuvarvėjusių sakų balų. Šių rūšių kryžminimasis niekada nevyksta dėl erdvinio nevienodumo, atsirandančio dėl skirtingų ekologinių specializacijų.
Įdomų elgesio izoliacijos pavyzdį demonstruoja kai kurios ugniagesių rūšys. Kiekviena iš kartu gyvenančių rūšių turi savo šviesos trajektoriją ir savo skleidžiamų šviesos signalų tipus. Trajektorijos gali būti zigzaginės, tiesios arba kilpos formos, o šviesos pulsacijos trumpos arba ilgos stabilių atspindžių pavidalu (79 pav.). Poravimosi metu asmenys pasirenka vienas kitą, griežtai sutelkdami dėmesį į šviesos signalo tipą. Šis pavyzdys rodo, kad izoliaciją tarp populiacijų gali sustiprinti tam tikro tipo elgesio formavimas (refleksinių reakcijų vystymasis tik į to konkretaus tipo signalus).
Daugelio gyvūnų veisimosi sezonas prasideda griežtai apibrėžtais išorinių veiksnių deriniais (pavyzdžiui, temperatūra ar šviesa). Šie veiksniai veikia kaip signalai pradėti poruotis. Skirtingos rūšys skirtingai reaguoja į tuos pačius veiksnius, todėl skiriasi veisimosi laikas. 80 paveiksle parodyti skirtingų varliagyvių rūšių, gyvenančių tose pačiose vietovėse, veisimosi laiko skirtumai.
Gyvūnams, kuriems taikomas išorinis apvaisinimas (žvaigždės ir kai kurios moliuskų rūšys), išskyrimo faktorių vaidmenį atlieka specialių baltymų molekulių, jungiančių spermatozoidus ir kiaušinėlius, struktūros skirtumai. Būdamos ant kiaušinių paviršiaus, šios molekulės reaguoja tik į „savo“ rūšių spermatozoidus, o tai atmeta galimybę susilieti skirtingų rūšių reprodukciniams produktams. Gyvūnams, kuriems yra vidinis apvaisinimas, šį vaidmenį atlieka lytinių organų struktūros skirtumai.
Postzigotiniai išskyrimo mechanizmai taip pat skirstomi į grupes, atsižvelgiant į tai, ar jie sukelia pačių hibridų vystymosi sutrikimus ir galiausiai jų negyvybingumą, ar hibridų nesugebėjimą gaminti pilnaverčių lytinių ląstelių.
Tarprūšiniai hibridai dažniausiai greitai žūva arba lieka nevaisingi. Pavyzdžiui, mulas – arklio ir asilo hibridas – yra sterilus, negali susilaukti palikuonių dėl to, kad jo chromosomų rinkinys neleidžia normaliai praeiti mejozei. Baltojo kiškio ir rudojo kiškio, kiaunės ir sabalo hibridai yra nevaisingi.
Ryžiai. 79. Įvairių tipų ugniagesių šviesos signalai
Ryžiai. 80. Dauginimosi neatitikimas kaip izoliavimo mechanizmo pavyzdys (1,2,3,4 – skirtingų tipų varliagyviai)
Paprastai rūšių reprodukcinė izoliacija palaikoma keliais mechanizmais. Augalams labiau būdinga laikinoji izoliacija, o gyvūnams – etologinė.
reprodukcinė izoliacija. Izoliavimo mechanizmai: prezigotinis, postzigotinis.
1. Kas yra izoliavimo mechanizmai? Kokia yra izoliacijos mechanizmų svarba?
2. Kokius izoliavimo mechanizmų tipus žinote? Pateikite pavyzdžių.
3. Kodėl skirtingų rūšių organizmų hibridai yra sterilūs?
Hibridus žmogus dažnai gauna kryžmindamas skirtingas rūšis. Pavyzdžiui, žuvų ūkiuose auginamas besteris - beluga ir sterleto hibridas. Daugelyje šalių žemės ūkio darbuose naudojamas atsparus mulas - arklio (kumos) ir asilo (patino) hibridas, o Kinijoje - arklys - asilo ir eržilo hibridas, nepaisant to, kad arkliukas. išsiskiria užsispyrimu, piktu nusiteikimu ir menkai prijaukintas.
Aptarkite, ar hibridinės formos, patekusios į gamtą, gali lemti ryškius laukinių populiacijų genofondo pokyčius arba sutrikdyti ekologinę pusiausvyrą.
