Aktuálna strana: 16 (celková kniha má 26 strán) [úryvok na čítanie: 18 strán]
§ 57. Boj o existenciu a jeho formy
1. Čo je podstatou Mendelových zákonov?
2. Aké sú hlavné ustanovenia evolučného učenia Darwina.
Pri premýšľaní o mechanizmoch a hnacích silách evolúcie prišiel Charles Darwin na myšlienku boj o existenciu. Toto je jeden z ústredných konceptov evolučnej teórie. C. Darwin upozornil na skutočnosť, že všetkým živým bytostiam je vlastná schopnosť takmer „neobmedzenej“ reprodukcie. Samica škrkavky napríklad vyprodukuje 200 tisíc vajíčok denne, potkan sivý 5 vrhov ročne, priemerne 8 potkaních mláďat, ktoré dospievajú do veku troch mesiacov, v jednom plode sĺz kukučky je najmenej 186 000 semien. Schopnosť rýchlej reprodukcie vedie k dôležitým dôsledkom: s rastom intenzívnejšej konkurencie o zdroje sa zvyšuje pravdepodobnosť výskytu nových mutácií a vytvára sa „životný tlak“, v dôsledku čoho dochádza k boju o existenciu. C. Darwin opakovane zdôrazňoval, že boj o existenciu sa neredukuje na priamy boj, ide o zložitý a rôznorodý vzťah organizmov v rámci toho istého druhu, medzi rôznymi druhmi a s anorganickou prírodou. „Musím vás varovať,“ napísal Darwin, „že tento výraz používam v širokom, metaforickom zmysle... O dvoch psoch alebo vlkoch v čase hladomoru možno právom povedať, že medzi sebou bojujú o potravu, a tým pre život. Ale o rastline rastúcej na okraji púšte môžeme povedať, že bojuje o život proti suchu. Odmenou v boji o existenciu je život a možnosť jeho pokračovania v nasledujúcich generáciách.
Formy boja o existenciu. Darwin rozlišoval tri formy boja o existenciu: vnútrodruhový, medzidruhový a bojovať proti nepriaznivým podmienkam anorganickej povahy. Najviac stresujúce z nich vnútrodruhový boj.Živým príkladom vnútrodruhového boja je súťaž medzi ihličnatými lesnými stromami rovnakého veku. Najvyššie stromy so široko roztiahnutou korunou zachytávajú väčšinu slnečných lúčov a ich mohutný koreňový systém absorbuje rozpustené minerály z pôdy na úkor slabších susedov. Vnútrodruhový boj sa zhoršuje najmä so zvyšovaním populačnej hustoty, napríklad s nadbytkom mláďat u niektorých druhov vtákov (veľa druhov čajok, chrapkáčov), silnejší vytláčajú slabšie z hniezd a odsudzujú ich na smrť. predátormi alebo hladom.
Medzidruhový boj sa môže prejaviť v rôznych formách, napríklad vo forme súťaženia (súťaženia) o potravu alebo iné zdroje, alebo v podobe jednostranného využívania jedného druhu druhým. Názorným príkladom súperenia o potravu sú predátori afrických saván (gepardy, levy, hyeny, hyenovité psy a pod.), ktoré si navzájom často odoberajú ulovenú a zabitú korisť. Atraktívne biotopy sú často predmetom konkurencie. Napríklad v boji o miesto v ľudských sídlach, sivá krysa, silnejšia a agresívnejšia, časom nahradila krysu čiernu, ktorá sa v súčasnosti vyskytuje len v lesných oblastiach alebo na púšti. Norek americký privezený do Európy nahrádza pôvodný európsky druh. Ondatra pižmová (pôvodná zo Severnej Ameriky) zachytila niektoré zo zdrojov, ktoré predtým využívali pôvodné druhy, ako napríklad ondatra ruská. V Austrálii obyčajná včela privezená z Európy nahradila malú domorodú včelu bez žihadiel.
Tretia forma boja o existenciu je boj s nepriaznivými vonkajšími podmienkami. Faktory neživej prírody majú priamy a nepriamy vplyv na vývoj živých vecí. O rastlinách v púšti sa hovorí, že „bojujú proti suchu“, čo odkazuje na vývoj početných úprav, ktoré im pomáhajú extrahovať vodu a živiny z pôdy (špeciálny koreňový systém) alebo znižujú rýchlosť transpirácie (špeciálna štruktúra listov). Podmienky anorganického sveta majú významný vplyv na evolúciu organizmov nielen samých seba, ich vplyv môže posilniť alebo oslabiť vnútro- a medzidruhové vzťahy. Pri nedostatku územia, tepla či svetla sa vnútrodruhový boj zintenzívňuje a naopak, pri prebytku zdrojov nevyhnutných pre život slabne.
Boj o existenciu. Formy boja o existenciu: vnútrodruhové, medzidruhové, s nepriaznivými podmienkami.
1. Uveďte hlavné formy boja o existenciu.
2. Aké skutočnosti nám umožňujú hovoriť o „tlaku života“?
3. Prečo je vnútrodruhový boj najintenzívnejšou formou boja o existenciu?
Na základe vlastných pozorovaní pripravte príklady, ktoré popisujú boj o existenciu medzi organizmami: a) rovnakého druhu; b) rôzne druhy.
§ 58. Prirodzený výber a jeho formy
1. Aké faktory prostredia môžu viesť k selekcii organizmov v prírode?
2. Je vzťah človeka a prírody výberovým faktorom?
Náuku o prirodzenom výbere vypracoval Charles Darwin, ktorý samotný výber považoval za výsledok boja o existenciu a jeho predpoklad – dedičnú premenlivosť organizmov.
Genetická podstata prirodzeného výberu je selektívne uchovávanie určitých genotypov v populácii. Dedičný materiál v nich obsiahnutý sa prenáša na ďalšie generácie. Touto cestou, prirodzený výber možno definovať ako selektívnu reprodukciu genotypov, ktoré najlepšie zodpovedajú prevládajúcim životným podmienkam populácie. V 9. ročníku ste sa už oboznámili s niektorými príkladmi pôsobenia prirodzeného výberu, ktoré možno pozorovať v experimente alebo v prírode. Uvažujme o ďalšom experimente, ktorý ukazuje, ako sa v priebehu prirodzeného výberu uskutočňuje vzťah medzi fenotypmi a genotypmi v populácii. V prírode existujú niektoré druhy ovocných mušiek, ktoré nachádzajú svoju obľúbenú potravu buď na vrcholkoch stromov alebo na povrchu pôdy, ale nikdy nie uprostred. Je možné selekciou chovať taký hmyz, ktorý by lietal buď len dole alebo len hore? Obrázok 73 ukazuje diagram experimentu demonštrujúceho vplyv selekcie na genetické zloženie populácií. Ovocné mušky boli umiestnené v labyrinte pozostávajúcom z mnohých komôr, z ktorých každá mala dva východy - hore a dole. V každej z komôr sa zviera muselo „rozhodnúť“, ktorým smerom sa pohne. Muchy, ktoré sa neustále pohybovali nahor, skončili pri hornom východe z bludiska. Boli starostlivo vybrané pre následnú údržbu. Muchy pohybujúce sa nadol skončili v dolnom východe z bludiska, boli tiež vybrané. Hmyz, ktorý zostal v komorách labyrintu, teda taký, ktorý nemal presne stanovený smer pohybu, bol zozbieraný a odstránený z experimentu. "Horné" a "dolné" muchy boli chované a chované oddelene od seba. Postupne bolo možné vytvárať populácie, ktorých všetci jedinci bez výnimky mali určitý stereotyp správania (pohyb nahor alebo nadol). Tento výsledok nesúvisel so vznikom žiadnych nových génov, všetko sa udialo len vďaka selekcii, ktorá ovplyvnila variabilitu fenotypov už prítomných v populácii (v tomto prípade variabilitu v správaní múch). Pôsobenie prirodzeného výberu teda vedie k tomu, že fenotypy začínajú ovplyvňovať genofond populácií. Čo sa stane, ak odstránite tlak prirodzeného výberu? Aby experimentátori odpovedali na túto otázku, umožnili mušky „horného“ a „dolného“ radu, aby sa rozmnožili spoločne. Čoskoro sa v populácii obnovila počiatočná rovnováha alel: niektorí jedinci sa pohybovali nahor, niektorí nadol, iní nevykazovali žiadne preferencie z hľadiska smeru pohybu.
Ryža. 73. Pokusy s ovocnými muškami demonštrujúce pôsobenie prirodzeného výberu (bludisko)
Prirodzený výber mení zloženie genofondu, „odstraňuje“ z populácie jedincov, ktorých vlastnosti a vlastnosti nedávajú výhody v boji o existenciu. V dôsledku selekcie začína genetický materiál „vyspelých“ jedincov (teda tých, ktorí vlastnia vlastnosti zvyšujúce ich šance v boji o život) čoraz viac ovplyvňovať genofond celej populácie.
V priebehu prirodzeného výberu úžasné a rozmanité biologické adaptácie (prispôsobenie) organizmov podmienkam prostredia, v ktorom obyvateľstvo žije. Ide napríklad o všeobecné úpravy, ktoré zahŕňajú zdatnosť na plávanie organizmov žijúcich vo vodnom prostredí, alebo zdatnosť končatín stavovcov pre suchozemské prostredie, a konkrétne úpravy: zdatnosť na behanie koňa, antilopy, pštrosa, kopanie s krtkovia, krtokrysy alebo popínavé stromy (opice, ďatle, piky a pod.). Príkladmi prispôsobenia sú maskovacie sfarbenie, mimika (imitácia pokojného vzhľadu zvieraťa dobre chráneného pred útokmi predátorov) a komplexné inštinkty správania a mnohé ďalšie. ostatné (obr. 74). Malo by sa to pamätať Každá adaptácia je relatívna. Druh, ktorý je dobre prispôsobený týmto podmienkam, môže byť na pokraji vyhynutia, ak sa zmenia podmienky alebo sa v prostredí objaví nový predátor alebo konkurent. Je napríklad známe, že ryby, ktoré sú pred predátormi dobre chránené tŕňmi a tŕňmi, častejšie padajú rybárom do sietí, do ktorých sa zamotajú a držia práve pre tvrdé výrastky tela. Nie nadarmo znie jeden z princípov (evolučnej doktríny) v hravej forme takto: „Najschopnejší prežijú, ale najschopnejší sú len dovtedy, kým prežijú.“
Ryža. 74. Adaptácie organizmov na podmienky existencie: príklady prestrojenia a mimikry
Takže možnosti evolučnej zmeny v populácii sú vždy prítomné. Prejavujú sa zatiaľ len premenlivosťou organizmov. Len čo začne pôsobiť selekcia, populácia na to reaguje adaptačnými zmenami.
Formy prirodzeného výberu. Predtým vám boli predstavené dve hlavné formy prirodzeného výberu: stabilizácia a pohyb. Pripomeň si to stabilizačný výber zamerané na zachovanie existujúcich fenotypov. Jeho pôsobenie možno ilustrovať na obrázku 75. Táto forma výberu zvyčajne funguje tam, kde podmienky života zostávajú konštantné po dlhú dobu, ako napríklad v severných zemepisných šírkach alebo na dne oceánu.
Druhá forma prirodzeného výberu je pohybujúce sa; na rozdiel od stabilizácie táto forma selekcie podporuje zmeny v organizmoch. Pôsobenie prirodzeného výberu sa spravidla prejaví po dlhom čase. Aj keď niekedy sa môže výber motívu prejaviť veľmi rýchlo v reakcii na neočakávané a silné zmeny vonkajších podmienok (obr. 76). Klasickým príkladom pôsobenia motívovej selekcie je štúdium molíc paprikových, ktoré menia farbu pod vplyvom emisií sadzí a sadzí na kmeňoch stromov v priemyselných oblastiach Anglicka v 19. storočí. (obr. 78).
Tretia forma prirodzeného výberu je rušivý, alebo trhanie. Rušivá selekcia vedie k tomu, že v rámci populácií vznikajú skupiny jedincov, ktoré sa nejakým spôsobom líšia (farbou, správaním, priestorom atď.). Rušivá selekcia prispieva k udržaniu dvoch alebo viacerých fenotypov v rámci populácií a odstraňuje intermediárne formy (obr. 77). V populácii na určitom základe existuje akási priepasť. Tento jav sa nazýva polymorfizmus. Polymorfizmus je charakteristický pre mnohé druhy zvierat a rastlín. Napríklad losos sockeye, lososová ryba z Ďalekého východu, ktorá trávi svoj život v mori a rozmnožuje sa v malých sladkovodných jazerách spojených s morom riekami, má takzvanú „obytnú formu“, ktorú predstavujú malé trpasličie samce, ktoré nikdy opustiť jazerá. Medzi niektorými druhmi vtákov (skuas, kukučky atď.) sú bežné farebné morfy. U lienky dvojbodkovej je sezónny polymorfizmus. Z dvoch farebných foriem lepšie prežijú zimu „červené“ lienky, kým „čierne“ leto. Vznik polymorfizmu je zjavne do značnej miery určený heterogenitou (sezónnou alebo priestorovou) životných podmienok populácie, ktorá generuje selekciu, čo vedie k vzniku špecializovaných (zodpovedajúcich heterogénnym podmienkam) foriem v rámci tej istej populácie.
Ryža. 75. Pôsobenie stabilizačného výberu
Ryža. 76. Akcia výberu motívu
Ryža. 77. Akcia rušivého výberu
Ryža. 78. Tmavé a svetlé mole na kmeňoch stromov
Kreatívna úloha prirodzeného výberu. Je potrebné zdôrazniť, že úloha prirodzeného výberu sa neobmedzuje len na likvidáciu jednotlivých neživotaschopných organizmov. Hnacia forma prirodzeného výberu nezachováva jednotlivé charakteristiky organizmu, ale celý jeho komplex, všetky kombinácie génov, ktoré sú organizmu vlastné. Prírodný výber sa často prirovnáva k práci sochára. Tak ako sochár z neforemného kvádra mramoru vytvára dielo, ktoré zasiahne harmóniou všetkých jeho častí, tak selekcia vytvára adaptácie a druhy, odstraňujúce z genofondu populácie, ktoré sú z hľadiska prežitia neefektívne genotypy. Toto je tvorivá úloha prírodného výberu, pretože výsledkom jeho pôsobenia sú nové typy organizmov, nové formy života.
Prirodzený výber. biologické adaptácie. Pevnosti prirodzeného výberu: stabilizačné, hnacie, rušivé. Polymorfizmus.
1. Čo je to fitness? Prečo je to relatívne?
2. Čo je stabilizácia výberu? Za akých podmienok je jeho účinok najvýraznejší?
3. Čo je výber motívu? Uveďte príklady, ako to funguje. Za akých podmienok táto forma výberu funguje?
4. Aká je tvorivá úloha prirodzeného výberu? Uveďte príklad dokazujúci, že pôsobenie selekcie nie je obmedzené na elimináciu individuálnych znakov, ktoré znižujú prežitie organizmov.
§ 59. Izolačné mechanizmy
1. Aký je dôvod rozdielu medzi organizmami objavenými Charlesom Darwinom na Galapágoch a blízko príbuznými formami na pevnine?
2. Aké prírodné faktory izolujú niektoré populácie organizmov od iných populácií toho istého druhu?
reprodukčná izolácia. Prirodzený výber môže viesť k vzniku a upevňovaniu genetických vlastností, ktoré odlišujú populácie od seba navzájom. Ako už bolo spomenuté, navonok sa to prejavuje vo forme adaptácií (adaptácií) na špecifické životné podmienky. Napríklad populácie sleďa atlantického v rôznych oblastiach oceánu sa rozmnožujú v rôznych obdobiach roka. Existujú jarné, letné, jesenné a zimné trenie sleďa. Rozmnožovanie každého z nich závisí od vývoja malého planktónu, ktorý sa živí larvami sleďov. Populácie sleďov sa množia oddelene v rôznych ročných obdobiach, pretože v rôznych zemepisných šírkach dochádza k masovému rozvoju planktónu v rôznych obdobiach roka (jar, leto, jeseň alebo zima). Tieto populácie patria k rovnakému druhu a napriek malým vonkajším rozdielom a rôznym obdobiam rozmnožovania sa môžu krížiť a produkovať plodné potomstvo. Snáď v budúcnosti rozdiely medzi nimi dosiahnu takú mieru, že to povedie k strate schopnosti jedincov rôznych populácií voľne sa medzi sebou krížiť, resp. reprodukčná izolácia medzi nimi.
Aké mechanizmy sú základom reprodukčnej izolácie? Je to jednoducho spôsobené geografickým oddelením alebo existujú iné mechanizmy? Odpovede na tieto otázky poskytujú kľúč k pochopeniu mechanizmov speciácie.
izolačné mechanizmy. Vo všeobecnosti sa izolačné mechanizmy delia na dva hlavné typy. Ten prvý patrí prezygotické mechanizmy, t.j. zygoty predchádzajúce formovaniu, ktoré vytvárajú prekážky pre párenie jedincov patriacich do rôznych populácií. Druhý typ zahŕňa postzygotické mechanizmy, pôsobiace po vytvorení zygoty, čo vedie k zníženiu životaschopnosti alebo plodnosti hybridného potomstva.
Prezygotické izolačné mechanizmy sú rozdelené do skupín v závislosti od faktorov, ktoré vytvárajú prekážku párenia jedincov.
Environmentálna izolácia poskytované environmentálnymi faktormi, keď populácie zaberajú rovnaké územie, ale rôzne biotopy, a preto sa navzájom nestretávajú. dočasná izolácia- rôzne časy rozmnožovania, ak sa párenie u zvierat alebo kvitnutie u rastlín vyskytuje v rôznych obdobiach roka alebo v rôznych časoch dňa. etiologický, alebo správanie, izolácia- odlišné správanie v období rozmnožovania, ktoré vedie k nedostatku vzájomnej atraktivity samca a samice. Nakoniec sa dosiahnu rozdiely vo veľkosti alebo tvare pohlavných orgánov alebo v štruktúre kvetov mechanická izolácia.
Zvážte príklady. Havajské ostrovy sú domovom dvoch druhov ovocných mušiek, ktoré sú vzhľadom veľmi podobné. Oba druhy žijú na rovnakých miestach, živia sa šťavou tej istej dreviny. Ich ekologický stav je však odlišný. Prvý druh trávi svoj život v korune stromov, živí sa šťavou tečúcou po kmeňoch a konároch horných vrstiev, a druhý - v lesnej pôde, hľadá mláky miazgy, ktorá kvapkala zo stromu. K kríženiu medzi týmito druhmi nikdy nedochádza kvôli priestorovej nejednotnosti, ktorá vyplýva z rôznych ekologických špecializácií.
Zaujímavý príklad behaviorálnej izolácie demonštrujú niektoré druhy svetlušiek. Každý zo spolubývajúcich druhov má svoju vlastnú svetelnú trajektóriu a vlastné typy vyžarovaných svetelných signálov. Trajektórie môžu byť kľukaté, priame alebo vo forme slučky a svetelné pulzácie sú krátke alebo dlhé vo forme stabilných odrazov (obr. 79). Pri párení sa jednotlivci navzájom vyberajú, pričom sa prísne zameriavajú na typ svetelného signálu. Tento príklad ukazuje, že izolácia medzi populáciami môže byť posilnená vytvorením určitých typov správania (vývoj reflexných reakcií iba na signály tohto konkrétneho typu).
U mnohých zvierat začína obdobie rozmnožovania striktne definovanými kombináciami vonkajších faktorov (napríklad teplota alebo svetlo). Tieto faktory fungujú ako signály na začatie párenia. Rôzne druhy reagujú na rovnaké faktory rôznymi spôsobmi, čo je príčinou rozdielov v časoch rozmnožovania. Obrázok 80 ukazuje rozdiely v časoch rozmnožovania pre rôzne druhy obojživelníkov žijúcich v rovnakých oblastiach.
U zvierat s vonkajším oplodnením (hviezdice a niektoré druhy mäkkýšov) zohrávajú úlohu izolačných faktorov rozdiely v štruktúre špeciálnych proteínových molekúl, ktoré na seba viažu spermie a vajíčka. Keďže sú na povrchu vajíčok, tieto molekuly reagujú iba na spermie „ich“ druhov, čo vylučuje možnosť fúzie reprodukčných produktov rôznych druhov. U zvierat s vnútorným oplodnením túto úlohu zohrávajú rozdiely v štruktúre pohlavných orgánov.
Postzygotické izolačné mechanizmy sa tiež delia do skupín podľa toho, či vedú k vývojovým poruchám samotných hybridov a v konečnom dôsledku k ich neživotaschopnosti alebo k neschopnosti hybridov produkovať plnohodnotné gaméty.
Medzidruhové hybridy zvyčajne rýchlo hynú alebo zostávajú neplodné. Napríklad mulica - kríženec koňa a osla - je sterilná, nemôže splodiť potomstvo, pretože jej sada chromozómov bráni normálnemu prechodu meiózy. Hybridy bieleho zajaca a zajaca hnedého, kuny a sobolia sú neplodné.
Ryža. 79. Rôzne druhy svetelných signálov u rôznych druhov svetlušiek
Ryža. 80. Nesúlad z hľadiska reprodukcie ako príklad izolačného mechanizmu (1,2,3,4 - rôzne druhy obojživelníkov)
Reprodukčná izolácia medzi druhmi je typicky udržiavaná niekoľkými mechanizmami. Časová izolácia je bežnejšia u rastlín, zatiaľ čo etologická izolácia je bežnejšia u zvierat.
reprodukčná izolácia. Izolačné mechanizmy: prezygotické, postzygotické.
1. Čo sú to izolačné mechanizmy? Aký význam majú izolačné mechanizmy?
2. Aké typy izolačných mechanizmov poznáte? Uveďte príklady.
3. Prečo sú hybridy rôznych druhov organizmov sterilné?
Človek často získa hybridy krížením rôznych druhov. V rybích farmách sa napríklad chová bester - kríženec belugy a jesetera. V mnohých krajinách sa pri poľnohospodárskej práci používa odolný mulica - kríženec koňa (kobyla) a osla (samec) a v Číne - hinny - kríženec osla so žrebcom, napriek tomu, že hinny sa vyznačuje tvrdohlavosťou, zlomyseľnou povahou a je slabo krotká.
Diskutujte o tom, či hybridné formy môžu po uvoľnení do voľnej prírody viesť k výrazným zmenám v genofonde voľne žijúcich populácií alebo k narušeniu ekologickej rovnováhy.
