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§ 57. A luta pela existência e suas formas
1. Qual é a essência das leis de Mendel?
2. Quais são as principais disposições dos ensinamentos evolutivos de Darwin.
Pensando nos mecanismos e forças motrizes da evolução, Charles Darwin chegou à ideia de luta pela existência. Este é um dos conceitos centrais da teoria da evolução. C. Darwin chamou a atenção para o fato de que todos os seres vivos são inerentes à capacidade de reprodução quase "ilimitada". Uma lombriga fêmea, por exemplo, produz 200 mil ovos por dia, um rato cinza 5 ninhadas por ano, uma média de 8 filhotes de rato chegando à puberdade aos três meses de idade, em um feto de lágrimas de cuco há pelo menos 186.000 sementes. A capacidade de se reproduzir rapidamente leva a consequências importantes: com o crescimento da competição intensificada por recursos, aumenta a probabilidade de aparecimento de novas mutações e cria-se uma “pressão vital”, como resultado da luta pela existência. C. Darwin enfatizou repetidamente que a luta pela existência não se reduz a uma luta direta, é uma relação complexa e diversificada de organismos dentro de uma mesma espécie, entre espécies diferentes e com a natureza inorgânica. “Devo avisá-lo”, escreveu Darwin, “que uso esse termo em um sentido amplo e metafórico... para a vida. Mas sobre uma planta que cresce à beira do deserto, podemos dizer que está lutando pela vida contra a seca. A recompensa na luta pela existência é a vida e a possibilidade de sua continuação em sucessivas gerações.
Formas de luta pela existência. Darwin distinguiu três formas de luta pela existência: intraespecífico, interespecífico E lutar contra condições desfavoráveis de natureza inorgânica. O mais estressante deles luta intraespecífica. Um exemplo vívido de luta intraespecífica é a competição entre árvores coníferas da floresta da mesma idade. As árvores mais altas, com suas copas amplamente espalhadas, interceptam a maior parte dos raios solares, e seu poderoso sistema radicular absorve os minerais dissolvidos do solo em detrimento dos vizinhos mais fracos. A luta intraespecífica é especialmente agravada com o aumento da densidade populacional, por exemplo, com a abundância de filhotes em algumas espécies de aves (muitas espécies de gaivotas, petréis), os mais fortes empurram os mais fracos para fora dos ninhos, condenando-os à morte por predadores ou fome.
Luta entre espécies pode se manifestar de várias formas, por exemplo, na forma de competição (competição) por alimentos ou outros recursos, ou na forma de uso unilateral de uma espécie por outra. Um exemplo ilustrativo de competição por comida é fornecido pelos predadores das savanas africanas (guepardos, leões, hienas, cães hienas, etc.), que muitas vezes tiram presas capturadas e mortas uns dos outros. Muitas vezes, habitats atraentes são objeto de competição. Por exemplo, na luta por um lugar em assentamentos humanos, o rato cinza, mais forte e agressivo, com o tempo substituiu o rato preto, que atualmente é encontrado apenas em áreas de floresta ou em desertos. O vison americano trazido para a Europa substitui as espécies européias nativas. O rato-almiscarado (nativo da América do Norte) interceptou alguns dos recursos anteriormente utilizados por espécies nativas, como o rato-almiscarado russo. Na Austrália, a abelha comum trazida da Europa suplantou a pequena abelha nativa sem ferrão.
A terceira forma de luta pela existência é luta contra as condições externas adversas. Fatores de natureza inanimada têm influência direta e indireta na evolução dos seres vivos. Diz-se que as plantas no deserto são "combatentes da seca", referindo-se ao desenvolvimento de inúmeras adaptações que as ajudam a extrair água e nutrientes do solo (sistema radicular especial) ou reduzir a taxa de transpiração (estrutura foliar especial). As condições do mundo inorgânico têm um impacto significativo na evolução dos organismos, não apenas em si mesmos, sua influência pode fortalecer ou enfraquecer as relações intra e interespécies. Com a falta de território, calor ou luz, intensifica-se a luta intraespecífica, e vice-versa, com excesso de recursos necessários à vida, enfraquece.
Luta pela existência. Formas de luta pela existência: intraespecífica, interespecífica, com condições desfavoráveis.
1. Liste as principais formas de luta pela existência.
2. Que fatos nos permitem falar sobre a "pressão da vida"?
3. Por que a luta intraespecífica é a forma mais intensa de luta pela existência?
Com base em suas próprias observações, prepare exemplos que descrevam a luta pela existência entre organismos: a) da mesma espécie; b) vários tipos.
§ 58. Seleção natural e suas formas
1. Que fatores ambientais podem levar à seleção de organismos na natureza?
2. A relação entre o homem e a natureza é um fator de seleção?
A doutrina da seleção natural foi desenvolvida por Charles Darwin, que considerava a própria seleção o resultado da luta pela existência e seu pré-requisito - a variabilidade hereditária dos organismos.
A essência genética da seleção natural é a preservação seletiva de certos genótipos em uma população. O material hereditário contido neles é passado para as próximas gerações. Nesse caminho, seleção natural pode ser definida como a reprodução seletiva de genótipos que melhor atendem às condições de vida predominantes da população. No 9º ano, você já se familiarizou com alguns exemplos da ação da seleção natural que podem ser observados em um experimento ou na natureza. Consideremos outro experimento que mostra como, no curso da seleção natural, é realizada a relação entre fenótipos e genótipos em uma população. Na natureza, existem alguns tipos de moscas-das-frutas que encontram seu alimento favorito nas copas das árvores ou na superfície do solo, mas nunca no meio. É possível criar tais insetos por seleção que voariam apenas para baixo ou apenas para cima? A Figura 73 mostra um diagrama de um experimento demonstrando o efeito da seleção na composição genética das populações. As moscas da fruta foram colocadas em um labirinto composto por muitas câmaras, cada uma com duas saídas - para cima e para baixo. Em cada uma das câmaras, o animal tinha que "decidir" em que direção se mover. As moscas, em constante movimento para cima, acabaram na saída superior do labirinto. Eles foram cuidadosamente selecionados para manutenção posterior. As moscas que desciam acabavam na saída inferior do labirinto, também eram selecionadas. Os insetos que permaneceram nas câmaras do labirinto, ou seja, aqueles que não tinham direção definida de movimento, foram coletados e retirados do experimento. Moscas "superiores" e "inferiores" foram mantidas e criadas separadamente umas das outras. Gradualmente, foi possível criar populações, todas as quais, sem exceção, tinham um certo estereótipo de comportamento (subir ou descer). Esse resultado não foi associado ao surgimento de nenhum novo gene, tudo aconteceu apenas por seleção, que afetou a variabilidade de fenótipos já presentes na população (neste caso, a variabilidade no comportamento das moscas). Assim, a ação da seleção natural leva ao fato de que os fenótipos passam a influenciar o pool genético das populações. O que acontece se você remover a pressão da seleção natural? Para responder a essa pergunta, os experimentadores permitiram que as moscas das camadas "superior" e "inferior" se reproduzissem juntas. Logo, o equilíbrio inicial de alelos foi restabelecido na população: alguns indivíduos subiram, outros desceram, outros não mostraram nenhuma preferência quanto à direção do movimento.
Arroz. 73. Experimentos com moscas-das-frutas demonstrando a ação da seleção natural (labirinto)
A seleção natural altera a composição do pool genético, "retirando" da população indivíduos cujas características e propriedades não dão vantagens na luta pela existência. Como resultado da seleção, o material genético de indivíduos "avançados" (ou seja, aqueles que possuem propriedades que aumentam suas chances na luta pela vida) começa a influenciar cada vez mais o pool genético de toda a população.
No curso da seleção natural, surpreendentes e diversos adaptações biológicas (adaptação) dos organismos às condições ambientais em que a população vive. Por exemplo, adaptações gerais, que incluem a aptidão para natação de organismos que vivem no ambiente aquático, ou a aptidão dos membros de vertebrados para o ambiente terrestre, e adaptações particulares: aptidão para correr em um cavalo, antílope, avestruz, cavar com toupeiras, ratos-toupeira ou árvores trepadeiras (macacos, pica-paus, pikas, etc.). Exemplos de adaptação são coloração de camuflagem, mimetismo (imitação da aparência pacífica da aparência de um animal bem protegido de ataques de predadores), instintos comportamentais complexos e muitos outros. outros (Fig. 74). Deve-se lembrar que Toda adaptação é relativa. Uma espécie bem adaptada a essas condições pode estar à beira da extinção se as condições mudarem ou um novo predador ou competidor aparecer no ambiente. Sabe-se, por exemplo, que peixes bem protegidos de predadores por espinhos e espinhos caem mais frequentemente nas redes do pescador, nas quais ficam enredados e presos justamente por causa das duras protuberâncias do corpo. Não é à toa que um dos princípios (da doutrina evolucionária) de forma lúdica soa assim: “Os mais aptos sobrevivem, mas são os mais aptos apenas enquanto sobrevivem”.
Arroz. 74. Adaptações dos organismos às condições de existência: exemplos de disfarce e mimetismo
Assim, as possibilidades de mudança evolutiva em uma população estão sempre presentes. Por enquanto, eles se manifestam apenas na variabilidade dos organismos. Assim que a seleção começa a agir, a população responde a isso com mudanças adaptativas.
Formas de seleção natural. Anteriormente, você foi apresentado às duas principais formas de seleção natural: estabilização e movimento. Lembre-se que seleção estabilizadora com o objetivo de manter os fenótipos existentes. Sua ação pode ser ilustrada na Figura 75. Essa forma de seleção geralmente opera onde as condições de vida permanecem constantes por muito tempo, como nas latitudes setentrionais ou no fundo do oceano.
A segunda forma de seleção natural é em movimento; em oposição à estabilização, essa forma de seleção promove mudanças nos organismos. Via de regra, a ação da seleção natural torna-se perceptível após longos períodos de tempo. Embora às vezes a seleção de motivos possa se manifestar muito rapidamente em resposta a mudanças inesperadas e fortes nas condições externas (Fig. 76). Um exemplo clássico da ação de seleção de motivos é fornecido pelo estudo das mariposas da pimenta, que mudam de cor sob a influência das emissões de fuligem e da fuligem de troncos de árvores em áreas industriais da Inglaterra no século XIX. (Fig. 78).
A terceira forma de seleção natural é disruptivo, ou rasgando. A seleção disruptiva leva ao surgimento dentro de populações de grupos de indivíduos que diferem de alguma forma (cor, comportamento, espaço, etc.). A seleção disruptiva contribui para a manutenção de dois ou mais fenótipos dentro das populações e remove as formas intermediárias (Fig. 77). Há uma espécie de lacuna na população em uma determinada base. Esse fenômeno é chamado polimorfismo. O polimorfismo é característico de muitas espécies de animais e plantas. Por exemplo, o salmão vermelho, um salmão do Extremo Oriente que vive no mar e se reproduz em pequenos lagos de água doce ligados ao mar por rios, tem a chamada “forma residencial”, representada por pequenos machos anões que nunca saem do lagos. Entre algumas espécies de aves (skuas, cucos, etc.), as morfologias de cores são comuns. Há polimorfismo sazonal na joaninha de duas manchas. Das duas formas de cores, as joaninhas "vermelhas" sobrevivem melhor ao inverno, enquanto as "pretas" sobrevivem ao verão. A emergência do polimorfismo, aparentemente, é em grande parte determinada pela heterogeneidade (sazonal ou espacial) das condições de vida da população, o que gera seleção, levando ao surgimento de formas especializadas (correspondentes a condições heterogêneas) dentro de uma mesma população.
Arroz. 75. Ação de seleção estabilizadora
Arroz. 76. Ação de seleção de motivos
Arroz. 77. Ação de Seleção Disruptiva
Arroz. 78. Traças escuras e claras em troncos de árvores
O papel criativo da seleção natural. Deve-se enfatizar que o papel da seleção natural se reduz não apenas à eliminação de organismos individuais não viáveis. A forma motriz da seleção natural preserva não as características individuais de um organismo, mas todo o seu complexo, todas as combinações de genes inerentes a um organismo. A seleção natural é frequentemente comparada ao trabalho de um escultor. Assim como um escultor de um bloco de mármore disforme cria uma obra que impressiona com a harmonia de todas as suas partes, também a seleção cria adaptações e espécies, retirando do pool genético de populações que são ineficientes do ponto de vista da sobrevivência genótipos. Esse é o papel criativo da seleção natural, pois o resultado de sua ação são novos tipos de organismos, novas formas de vida.
Seleção natural. adaptações biológicas. Fortes da seleção natural: estabilizador, impulsionador, disruptivo. Polimorfismo.
1. O que é aptidão? Por que é relativo?
2. O que é seleção estabilizadora? Em que condições seu efeito é mais perceptível?
3. O que é seleção de motivos? Dê exemplos de como funciona. Em que condições essa forma de seleção funciona?
4. Qual é o papel criativo da seleção natural? Dê um exemplo provando que a ação da seleção não se limita à eliminação de características individuais que reduzem a sobrevivência dos organismos.
§ 59. Mecanismos de isolamento
1. Qual é a razão para a diferença entre os organismos descobertos por Charles Darwin nas Ilhas Galápagos e as formas intimamente relacionadas no continente?
2. Que fatores naturais isolam algumas populações de organismos de outras populações da mesma espécie?
isolamento reprodutivo. A seleção natural pode levar ao surgimento e consolidação de propriedades genéticas que distinguem as populações umas das outras. Como já mencionado, externamente isso se manifesta na forma de adaptações (adaptações) a condições de vida específicas. Por exemplo, populações de arenque do Atlântico em diferentes áreas do oceano se reproduzem em diferentes épocas do ano. Há arenque de desova de primavera, verão, outono e inverno. A reprodução de cada um deles depende do desenvolvimento de pequenos plânctons, que se alimentam de larvas de arenque. As populações de arenque se reproduzem separadamente em diferentes estações, pois em diferentes latitudes o desenvolvimento em massa de plâncton ocorre em diferentes épocas do ano (primavera, verão, outono ou inverno). Essas populações pertencem à mesma espécie e, apesar de pequenas diferenças externas e diferentes períodos reprodutivos, podem cruzar e produzir descendentes férteis. Talvez no futuro as diferenças entre eles cheguem a tal ponto que levem à perda da capacidade de indivíduos de diferentes populações se cruzarem livremente entre si, ou de isolamento reprodutivo entre eles.
Quais mecanismos estão por trás do isolamento reprodutivo? Isso se deve simplesmente à separação geográfica ou existem outros mecanismos? As respostas a essas perguntas fornecem a chave para entender os mecanismos de especiação.
mecanismos de isolamento. Em geral, os mecanismos de isolamento são divididos em dois tipos principais. O primeiro pertence mecanismos pré-zigóticos, ou seja, zigotos que precedem a formação, criando obstáculos para o acasalamento de indivíduos pertencentes a diferentes populações. O segundo tipo inclui mecanismos pós-zigóticos, agindo após a formação de um zigoto, levando a uma diminuição na viabilidade ou fertilidade da prole híbrida.
Os mecanismos de isolamento pré-zigóticos são divididos em grupos dependendo dos fatores que criam um obstáculo ao acasalamento dos indivíduos.
Isolamento ambiental proporcionado por fatores ambientais quando as populações ocupam o mesmo território, mas habitats diferentes e, portanto, não se encontram. isolamento temporário- diferentes épocas de reprodução, se o acasalamento em animais ou a floração em plantas ocorrerem em diferentes épocas do ano ou em diferentes horas do dia. etiológico, ou comportamental, isolamento- comportamento diferente durante a época de reprodução, o que leva a uma falta de atratividade mútua do macho e da fêmea. Finalmente, as diferenças no tamanho ou forma dos órgãos genitais, ou na estrutura das flores, são alcançadas isolamento mecânico.
Considere exemplos. As ilhas havaianas são o lar de duas espécies de moscas da fruta que são muito semelhantes em aparência. Ambas as espécies vivem nos mesmos lugares, alimentando-se do suco da mesma planta lenhosa. No entanto, seu status ecológico é diferente. A primeira espécie passa a vida na copa das árvores, alimentando-se da seiva que escorre pelos troncos e galhos das camadas superiores, e a segunda - no chão da floresta, procurando poças de seiva que escorriam da árvore. O cruzamento entre essas espécies nunca ocorre devido à desunião espacial que surge das diferentes especializações ecológicas.
Um exemplo interessante de isolamento comportamental é demonstrado por algumas espécies de vaga-lumes. Cada uma das espécies coabitantes tem sua própria trajetória de luz e seus próprios tipos de sinais de luz emitidos. As trajetórias podem ser em ziguezague, retas ou em forma de laço, e as pulsações de luz são curtas ou longas na forma de reflexões estáveis (Fig. 79). Ao acasalar, os indivíduos selecionam uns aos outros, concentrando-se estritamente no tipo de sinal de luz. Este exemplo mostra que o isolamento entre populações pode ser reforçado pela formação de certos tipos de comportamento (o desenvolvimento de reações reflexas apenas a sinais desse tipo particular).
Em muitos animais, a época de reprodução começa com combinações estritamente definidas de fatores externos (por exemplo, temperatura ou luz). Esses fatores atuam como sinais para iniciar o acasalamento. Espécies diferentes reagem aos mesmos fatores de maneiras diferentes, o que explica a discrepância nos tempos de reprodução. A Figura 80 mostra diferenças nos tempos de reprodução para diferentes espécies de anfíbios que vivem nas mesmas áreas.
Em animais com fertilização externa (estrelas do mar e alguns tipos de moluscos), o papel dos fatores de isolamento é desempenhado por diferenças na estrutura de moléculas especiais de proteínas que ligam espermatozóides e óvulos entre si. Estando na superfície dos óvulos, essas moléculas reagem apenas aos espermatozoides de “suas” espécies, o que exclui a possibilidade de fusão de produtos reprodutivos de diferentes espécies. Em animais com fertilização interna, esse papel é desempenhado por diferenças na estrutura dos órgãos genitais.
Os mecanismos de isolamento pós-zigóticos também são divididos em grupos, dependendo se levam a distúrbios do desenvolvimento dos próprios híbridos e, em última análise, à sua inviabilidade ou à incapacidade dos híbridos de produzir gametas completos.
Os híbridos interespecíficos geralmente morrem rapidamente ou permanecem inférteis. Por exemplo, uma mula - um híbrido de cavalo e burro - é estéril, não pode produzir descendentes devido ao fato de seu conjunto de cromossomos impedir a passagem normal da meiose. Híbridos de lebre branca e lebre marrom, marta e zibelina são infrutíferos.
Arroz. 79. Diferentes tipos de sinais de luz em diferentes tipos de vaga-lumes
Arroz. 80. Incompatibilidade em termos de reprodução como exemplo de mecanismo de isolamento (1,2,3,4 - diferentes tipos de anfíbios)
Normalmente, o isolamento reprodutivo entre espécies é mantido por vários mecanismos. O isolamento temporal é mais comum em plantas, enquanto o isolamento etológico é mais comum em animais.
isolamento reprodutivo. Mecanismos de isolamento: pré-zigóticos, pós-zigóticos.
1. O que são mecanismos de isolamento? Qual é a importância dos mecanismos de isolamento?
2. Que tipos de mecanismos de isolamento você conhece? Dar exemplos.
3. Por que os híbridos de diferentes tipos de organismos são estéreis?
Uma pessoa geralmente obtém híbridos cruzando diferentes espécies. Nas pisciculturas, por exemplo, o bester é criado - um híbrido de beluga e sterlet. Em muitos países, uma mula resistente é usada no trabalho agrícola - um híbrido de cavalo (égua) e burro (macho), e na China - um hinny - um híbrido de burro com garanhão, apesar do fato de o hinny é distinguido por sua obstinação, disposição viciosa e é mal domado.
Discuta se as formas híbridas, quando liberadas na natureza, podem levar a mudanças marcantes no pool genético de populações selvagens ou perturbar o equilíbrio ecológico.
