Pagina curentă: 16 (totalul cărții are 26 de pagini) [extras de lectură accesibil: 18 pagini]
§ 57. Lupta pentru existenţă şi formele ei
1. Care este esența legilor lui Mendel?
2. Care sunt principalele prevederi ale învățăturilor evoluționiste ale lui Darwin.
Gândindu-se la mecanismele și forțele motrice ale evoluției, Charles Darwin a ajuns la ideea de lupta pentru existență. Acesta este unul dintre conceptele centrale ale teoriei evoluției. C. Darwin a atras atenția asupra faptului că toate ființele vii sunt inerente capacității de reproducere aproape „nelimitată”. O femelă de vierme rotund, de exemplu, produce 200 de mii de ouă pe zi, un șobolan cenușiu 5 litri pe an, o medie de 8 pui de șobolan ajungând la pubertate până la vârsta de trei luni, la un făt de lacrimi de cuc există cel puțin 186.000 de semințe. Capacitatea de a se reproduce rapid duce la consecințe importante: odată cu creșterea competiției intensificate pentru resurse, probabilitatea apariției unor noi mutații crește și se creează „presiune de viață”, în urma căreia există o luptă pentru existență. C. Darwin a subliniat în repetate rânduri că lupta pentru existență nu se reduce la o luptă directă, este o relație complexă și diversă a organismelor din cadrul aceleiași specii, între specii diferite și cu natură anorganică. „Trebuie să vă avertizez”, a scris Darwin, „că folosesc acest termen într-un sens larg, metaforic... Despre doi câini sau lupi într-o perioadă de foamete, se poate spune pe bună dreptate că se luptă între ei pentru hrană și, prin urmare, pe viata. Dar despre o plantă care crește la marginea deșertului, putem spune că luptă pentru viață împotriva secetei. Răsplata în lupta pentru existență este viața și posibilitatea continuării ei în generații succesive.
Forme ale luptei pentru existenţă. Darwin a distins trei forme de luptă pentru existență: intraspecific, interspecificȘi lupta împotriva condițiilor nefavorabile de natură anorganică. Cel mai stresant dintre ei lupta intraspecifică. Un exemplu viu de luptă intraspecifică este competiția dintre arborii de pădure de conifere de aceeași vârstă. Cei mai înalți copaci, cu coroanele lor larg răspândite, interceptează cea mai mare parte a razelor soarelui, iar sistemul lor puternic de rădăcină absoarbe mineralele dizolvate din sol în detrimentul vecinilor mai slabi. Lupta intraspecifică se agravează mai ales cu creșterea densității populației, de exemplu, cu abundența de pui la unele specii de păsări (multe specii de pescăruși, petreli), cei mai puternici îi împing pe cei mai slabi din cuiburi, condamnându-i la moarte din prădători sau înfometare.
Luptă între specii se poate manifesta sub diverse forme, de exemplu, sub forma competitiei (concurenta) pentru hrana sau alte resurse, sau sub forma folosirii unilaterale a unei specii de catre alta. Un exemplu ilustrativ de competiție pentru hrană este oferit de prădătorii savanelor africane (gheparzi, lei, hiene, câini hienă etc.), care deseori iau prada prinsă și ucisă unii de la alții. Adesea, habitatele atractive sunt obiectul competiției. De exemplu, în lupta pentru un loc în așezările umane, șobolanul cenușiu, mai puternic și mai agresiv, a înlocuit de-a lungul timpului șobolanul negru, care în prezent se găsește doar în zonele de pădure sau în deșerturi. Nurca americană adusă în Europa înlocuiește specia indigenă europeană. Șobolanul moscat (un originar din America de Nord) a interceptat unele dintre resursele folosite anterior de speciile native, cum ar fi șobolanul rusesc. În Australia, albina comună adusă din Europa a înlocuit-o pe albina nativă mică și fără înțepături.
A treia formă de luptă pentru existență este lupta cu condiții externe nefavorabile. Factorii de natură neînsuflețită au o influență directă și indirectă asupra evoluției viețuitoarelor. Se spune despre plantele din deșert că „luptează seceta”, referindu-se la dezvoltarea a numeroase adaptări care le ajută să extragă apă și substanțe nutritive din sol (sistem special de rădăcină) sau să reducă rata de transpirație (structură specială a frunzelor). Condițiile lumii anorganice au un impact semnificativ asupra evoluției organismelor, nu numai în sine, influența lor poate întări sau slăbi relațiile intra și interspecii. Cu lipsă de teritoriu, căldură sau lumină, lupta intraspecifică se intensifică, iar invers, cu un exces de resurse necesare vieții, se slăbește.
Luptă pentru existență. Forme de luptă pentru existenţă: intraspecifice, interspecifice, cu condiţii nefavorabile.
1. Enumeraţi principalele forme ale luptei pentru existenţă.
2. Ce fapte ne permit să vorbim despre „presiunea vieții”?
3. De ce este lupta intraspecifică cea mai intensă formă de luptă pentru existență?
Pe baza propriilor observații, pregătiți exemple care descriu lupta pentru existență dintre organisme: a) din aceeași specie; b) diferite tipuri.
§ 58. Selecția naturală și formele ei
1. Ce factori de mediu pot conduce la selecția organismelor din natură?
2. Este relația dintre om și natură un factor de selecție?
Doctrina selecției naturale a fost dezvoltată de Charles Darwin, care a considerat selecția însăși rezultatul luptei pentru existență și condiția ei - variabilitatea ereditară a organismelor.
Esența genetică a selecției naturale este conservarea selectivă a anumitor genotipuri într-o populație. Materialul ereditar conținut în ele este transmis generațiilor următoare. În acest fel, selecție naturală poate fi definită ca reproducerea selectivă a genotipurilor care îndeplinesc cel mai bine condițiile de viață predominante ale populației. În clasa a 9-a, v-ați familiarizat deja cu câteva exemple de acțiune a selecției naturale care pot fi observate într-un experiment sau în natură. Să luăm în considerare un alt experiment care arată cum, în cursul selecției naturale, se realizează relația dintre fenotipuri și genotipuri într-o populație. În natură, există unele tipuri de muște de fructe care își găsesc hrana preferată fie pe vârfurile copacilor, fie la suprafața solului, dar niciodată la mijloc. Este posibil să se reproducă astfel de insecte prin selecție care ar zbura fie doar în jos, fie doar în sus? Figura 73 prezintă o diagramă a unui experiment care demonstrează efectul selecției asupra compoziției genetice a populațiilor. Muștele de fructe au fost plasate într-un labirint format din multe camere, fiecare dintre ele având două ieșiri - în sus și în jos. În fiecare dintre camere, animalul trebuia să „decidă” în ce direcție să se miște. Muștele, în mișcare constantă în sus, au ajuns la ieșirea de sus a labirintului. Au fost selectate cu grijă pentru întreținerea ulterioară. Muștele care se mișcau în jos au ajuns în ieșirea inferioară a labirintului, au fost și ele selectate. Insectele care au rămas în camerele labirintului, adică cele care nu aveau o direcție definită de mișcare, au fost colectate și îndepărtate din experiment. Muștele „superioare” și „inferioare” au fost ținute și crescute separat una de cealaltă. Treptat, a fost posibil să se creeze populații, toți indivizii cărora, fără excepție, au avut un anumit stereotip de comportament (în sus sau în jos). Acest rezultat nu a fost asociat cu apariția vreunei gene noi, totul s-a întâmplat doar datorită selecției, care a afectat variabilitatea fenotipurilor deja prezente în populație (în acest caz, variabilitatea comportamentului muștelor). Astfel, acțiunea selecției naturale duce la faptul că fenotipurile încep să influențeze fondul genetic al populațiilor. Ce se întâmplă dacă elimini presiunea selecției naturale? Pentru a răspunde la această întrebare, experimentatorii au permis muștelor din nivelurile „superioare” și „inferioare” să se înmulțească împreună. Curând, echilibrul inițial al alelelor a fost restabilit în populație: unii indivizi s-au deplasat în sus, unii în jos, alții nu au manifestat nicio preferință în ceea ce privește direcția de mișcare.
Orez. 73. Experimente cu muștele de fructe care demonstrează acțiunea selecției naturale (labirint)
Selecția naturală modifică compoziția fondului genetic, „eliminând” din populație indivizi ale căror caracteristici și proprietăți nu oferă avantaje în lupta pentru existență. Ca urmare a selecției, materialul genetic al indivizilor „avansați” (adică cei care posedă proprietăți care le măresc șansele în lupta pentru viață) începe să influențeze din ce în ce mai mult fondul genetic al întregii populații.
În cursul selecției naturale, uimitor și divers adaptări biologice (adaptarea) organismelor la condițiile de mediu în care trăiește populația. De exemplu, adaptări generale, care includ aptitudinea pentru înot a organismelor care trăiesc în mediul acvatic sau adaptarea membrelor vertebratelor pentru mediul terestru și adaptări particulare: aptitudinea pentru alergat cu un cal, antilopă, struț, săpat cu alunițe, șobolani cârtiță sau cățărători în copaci (maimuțe, ciocănitoare, pikas etc.). Exemple de adaptare sunt colorarea de camuflaj și mimetismul (imitarea printr-un aspect pașnic al aspectului unui animal care este bine protejat de atacurile prădătorilor) și instinctele comportamentale complexe și multe altele. altele (Fig. 74). Trebuie amintit că Toată adaptarea este relativă. O specie care este bine adaptată la aceste condiții poate fi pe cale de dispariție dacă condițiile se schimbă sau un nou prădător sau concurent apare în mediu. Se știe, de exemplu, că peștii care sunt bine protejați de prădători prin spini și spini cad mai des în plasele pescarului, în care se încurcă și se țin tocmai din cauza excrescentelor dure ale corpului. Nu degeaba unul dintre principiile (ale doctrinei evoluționiste) într-o formă jucăușă sună așa: „Cei mai apți supraviețuiesc, dar ei sunt cei mai apți doar atâta timp cât supraviețuiesc”.
Orez. 74. Adaptări ale organismelor la condițiile de existență: exemple de deghizare și mimetism
Deci, posibilitățile de schimbare evolutivă într-o populație sunt întotdeauna prezente. Deocamdată, ele se manifestă doar în variabilitatea organismelor. De îndată ce selecția începe să acționeze, populația răspunde la aceasta prin schimbări adaptative.
Forme ale selecției naturale. Mai devreme, ai fost introdus în cele două forme principale de selecție naturală: stabilizarea și mișcarea. Amintește-ți asta stabilizând selecția care vizează menținerea fenotipurilor existente. Acțiunea sa poate fi ilustrată în Figura 75. Această formă de selecție funcționează de obicei acolo unde condițiile de viață rămân constante pentru o lungă perioadă de timp, cum ar fi la latitudinile nordice sau pe fundul oceanului.
A doua formă de selecție naturală este in miscare; spre deosebire de stabilizare, această formă de selecție promovează schimbări în organism. De regulă, acțiunea selecției naturale devine vizibilă după perioade lungi de timp. Deși uneori selecția motivului se poate manifesta foarte rapid ca răspuns la schimbări neașteptate și puternice ale condițiilor externe (Fig. 76). Un exemplu clasic al acțiunii de selecție a motivelor este oferit de studiul molilor de ardei, care își schimbă culoarea sub influența emisiilor de funingine și a funinginei trunchiurilor de copac în zonele industriale ale Angliei în secolul al XIX-lea. (Fig. 78).
A treia formă de selecție naturală este perturbator, sau rupere. Selecția disruptivă duce la apariția în cadrul populațiilor a unor grupuri de indivizi care diferă într-un fel (culoare, comportament, spațiu etc.). Selecția disruptivă contribuie la menținerea a două sau mai multe fenotipuri în cadrul populațiilor și elimină formele intermediare (Fig. 77). Există un fel de decalaj în populație pe o anumită bază. Acest fenomen se numește polimorfism. Polimorfismul este caracteristic multor specii de animale și plante. De exemplu, somonul sockeye, un pește somon din Orientul Îndepărtat care trăiește în mare și se reproduce în mici lacuri de apă dulce conectate cu mare prin râuri, are o așa-numită „formă rezidențială”, reprezentată de masculi pitici mici care nu părăsesc niciodată lacuri. Printre unele specii de păsări (skuas, cuci etc.), morfologia de culoare este frecventă. Există polimorfism sezonier la gărgărița cu două pete. Dintre cele două forme de culoare, gărgărițele „roșii” supraviețuiesc mai bine iernii, în timp ce cele „negre” supraviețuiesc verii. Apariția polimorfismului, aparent, este determinată în mare măsură de eterogenitatea (sezonieră sau spațială) a condițiilor de viață ale populației, care generează selecție, ducând la apariția unor forme specializate (corespunzătoare condițiilor eterogene) în cadrul aceleiași populații.
Orez. 75. Acţiune de stabilizare a selecţiei
Orez. 76. Acţiunea de selecţie a motivului
Orez. 77. Acțiunea de selecție perturbatoare
Orez. 78. Molii întunecate și deschise pe trunchiurile copacilor
Rolul creator al selecției naturale. Trebuie subliniat că rolul selecției naturale se reduce nu numai la eliminarea organismelor individuale neviabile. Forma de conducere a selecției naturale păstrează nu caracteristicile individuale ale unui organism, ci întregul lor complex, toate combinațiile de gene inerente unui organism. Selecția naturală este adesea comparată cu opera unui sculptor. Așa cum un sculptor dintr-un bloc informe de marmură creează o lucrare care lovește cu armonia tuturor părților sale, tot așa selecția creează adaptări și specii, eliminând din bazinul genetic a populațiilor care sunt ineficiente din punctul de vedere al genotipurilor de supraviețuire. Acesta este rolul creator al selecției naturale, deoarece rezultatul acțiunii sale sunt noi tipuri de organisme, noi forme de viață.
Selecție naturală. adaptări biologice. Forturi ale selecției naturale: stabilizatoare, de conducere, perturbatoare. Polimorfism.
1. Ce este fitness-ul? De ce este relativ?
2. Ce este selecția stabilizatoare? În ce condiții este efectul său cel mai vizibil?
3. Ce este selecția motivului? Dați exemple despre cum funcționează. În ce condiții funcționează această formă de selecție?
4. Care este rolul creator al selecției naturale? Dați un exemplu care să demonstreze că acțiunea selecției nu se limitează la eliminarea trăsăturilor individuale care reduc supraviețuirea organismelor.
§ 59. Mecanisme de izolare
1. Care este motivul diferenței dintre organismele descoperite de Charles Darwin în Insulele Galapagos și formele strâns înrudite de pe continent?
2. Ce factori naturali izolează unele populații de organisme de alte populații ale aceleiași specii?
izolare reproductivă. Selecția naturală poate duce la apariția și consolidarea proprietăților genetice care disting populațiile unele de altele. După cum sa menționat deja, în exterior acest lucru se manifestă sub formă de adaptări (adaptări) la condițiile de viață specifice. De exemplu, populațiile de hering atlantic din diferite zone ale oceanului se reproduc în diferite perioade ale anului. Există hering de primăvară, vară, toamnă și iarnă. Reproducerea fiecăruia dintre ele depinde de dezvoltarea planctonului mic, care se hrănește cu larve de hering. Populațiile de hering se reproduc separat în diferite anotimpuri, deoarece la diferite latitudini dezvoltarea în masă a planctonului are loc în diferite perioade ale anului (primăvara, vara, toamna sau iarna). Aceste populații aparțin aceleiași specii și, în ciuda micilor diferențe externe și a perioadelor diferite de reproducere, se pot încrucișa și produce descendenți fertili. Poate că în viitor diferențele dintre ele vor atinge un asemenea grad încât va duce la pierderea capacității indivizilor din diferite populații de a se încrucișa liber între ele sau la izolare reproductivă între ele.
Ce mecanisme stau la baza izolării reproductive? Se datorează pur și simplu separării geografice sau există alte mecanisme? Răspunsurile la aceste întrebări oferă cheia înțelegerii mecanismelor speciației.
mecanisme de izolare.În general, mecanismele de izolare sunt împărțite în două tipuri principale. Primul aparține mecanisme prezigotice, adică zigoții precedând formarea, creând obstacole pentru împerecherea indivizilor aparținând unor populații diferite. Al doilea tip include mecanisme postzigotice, acţionând după formarea unui zigot, ducând la scăderea viabilităţii sau fertilităţii descendenţei hibride.
Mecanismele de izolare prezigotică sunt împărțite în grupuri în funcție de factorii care creează un obstacol în calea împerecherii indivizilor.
Izolarea mediului furnizate de factorii de mediu atunci când populațiile ocupă același teritoriu, dar habitate diferite și deci nu se întâlnesc între ele. izolare temporară- perioade diferite de reproducere, dacă împerecherea la animale sau înflorirea la plante are loc în momente diferite ale anului sau în momente diferite ale zilei. etiologic, sau comportamentale, izolare- comportament diferit în timpul sezonului de reproducere, ceea ce duce la o lipsă de atractivitate reciprocă a masculului și femelei. În cele din urmă, se realizează diferențe în dimensiunea sau forma organelor genitale sau în structura florilor. izolare mecanică.
Luați în considerare exemple. Insulele Hawaii găzduiesc două specii de muște de fructe care sunt foarte asemănătoare ca aspect. Ambele specii trăiesc în aceleași locuri, hrănindu-se cu sucul aceleiași plante lemnoase. Cu toate acestea, starea lor ecologică este diferită. Prima specie își petrece viața în coroana copacilor, hrănindu-se cu seva care curge pe trunchiurile și ramurile nivelurilor superioare, iar a doua - în podeaua pădurii, căutând bălți de seva care a picurat din copac. Încrucișarea dintre aceste specii nu are loc niciodată din cauza dezbinării spațiale care decurge din diferite specializări ecologice.
Un exemplu interesant de izolare comportamentală este demonstrat de unele specii de licurici. Fiecare dintre speciile care cohabitat are propria sa traiectorie luminoasă și propriile sale tipuri de semnale luminoase emise. Traiectorii pot fi în zig-zag, drepte sau sub formă de buclă, iar pulsațiile luminoase sunt scurte sau lungi sub formă de reflexii stabile (Fig. 79). La împerechere, indivizii se selectează unul pe altul, concentrându-se strict pe tipul de semnal luminos. Acest exemplu arată că izolarea dintre populații poate fi întărită prin formarea anumitor tipuri de comportament (dezvoltarea reacțiilor reflexe numai la semnale de acel tip special).
La multe animale, sezonul de reproducere începe cu combinații strict definite de factori externi (de exemplu, temperatură sau lumină). Acești factori acționează ca semnale pentru a începe împerecherea. Diferitele specii reacționează la aceiași factori în moduri diferite, motiv pentru care discrepanța în perioadele de reproducere. Figura 80 arată diferențele în perioadele de reproducere pentru diferite specii de amfibieni care trăiesc în aceleași zone.
La animalele cu fertilizare externă (stelele de mare și unele tipuri de moluște), rolul de factori de izolare este jucat de diferențele în structura moleculelor speciale de proteine care leagă spermatozoizii și ovulele între ele. Fiind la suprafața ouălor, aceste molecule reacționează doar la spermatozoizii din speciile „lor”, ceea ce exclude posibilitatea fuziunii produselor de reproducere a diferitelor specii. La animalele cu fertilizare internă, acest rol este jucat de diferențele în structura organelor genitale.
Mecanismele de izolare postzigotice sunt, de asemenea, împărțite în grupuri, în funcție de faptul dacă conduc la tulburări de dezvoltare ale hibrizilor înșiși și în cele din urmă la non-viabilitatea lor sau la incapacitatea hibrizilor de a produce gameți cu drepturi depline.
Hibrizii interspecifici mor de obicei rapid sau rămân infertili. De exemplu, un catâr - un hibrid al unui cal și al unui măgar - este steril, nu poate produce descendenți datorită faptului că setul său de cromozomi împiedică trecerea normală a meiozei. Hibrizii de iepure alb și iepure maro, jder și zibel sunt inutile.
Orez. 79. Diferite tipuri de semnale luminoase în diferite tipuri de licurici
Orez. 80. Nepotrivire în ceea ce privește reproducerea ca exemplu de mecanism de izolare (1,2,3,4 - diferite tipuri de amfibieni)
De obicei, izolarea reproductivă între specii este menținută prin mai multe mecanisme. Izolarea temporală este mai frecventă la plante, în timp ce izolarea etologică este mai frecventă la animale.
izolare reproductivă. Mecanisme de izolare: prezigotic, postzigotic.
1. Ce sunt mecanismele de izolare? Care este importanța mecanismelor de izolare?
2. Ce tipuri de mecanisme de izolare cunoașteți? Dă exemple.
3. De ce sunt sterili hibrizii de diferite tipuri de organisme?
O persoană obține adesea hibrizi prin încrucișarea diferitelor specii. În fermele de pește, de exemplu, bester este crescut - un hibrid de beluga și sterlet. În multe țări, un catâr rezistent este folosit în lucrările agricole - un hibrid de cal (iapă) și un măgar (mascul), iar în China - un bardo - un hibrid de măgar cu un armăsar, în ciuda faptului că se remarcă prin încăpățânare, dispoziție vicioasă și este prost îmblânzit.
Discutați dacă formele hibride, odată eliberate în sălbăticie, pot duce la schimbări marcante ale fondului genetic al populațiilor sălbatice sau pot deranja echilibrul ecologic.
