Каква е способността на населението? Нарушения на равновесното състояние на популациите: мутации, естествен подбор, миграции, изолация

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

План на урока по биология

Тема: Генетичен състав на популациите

генетична мутация наследствена популация

Тип на урока: урок, който разкрива съдържанието на темата.

Целта на урока:продължават да задълбочават и разширяват знанията за популациите, характеризират концепцията за генофонда на популациите.

Задачи:

Образователни. Формират понятие за популационна генетика; характеризира генофонда на населението; разберете, че процесът на мутация е постоянен източник на наследствена променливост.

Развитие. Продължете да развивате способността да наблюдавате и отбелязвате основното, когато слушате съобщения и работите с учебни материали.

Образователни.Продължете да развивате научен мироглед, любов към природата и работна култура, основана на воденето на бележки в тетрадка.

Оборудване

Таблици, учебник.

По време на часовете

1. Организационен момент 1-2 мин. Изследване домашна работа: 1) Какво е популация? 2) Защо биологичните видове съществуват под формата на популации? 5-7 мин.

2. Учене на нов материал. 25 мин.

3. Затвърдяване на изучения материал. Класиране.

4. Домашна работа.

2. Учене на нов материал

Затвърдяване на научения материал

4. Домашна работа

Популационна генетика. По времето на Дарвин науката генетика все още не е съществувала. Започва да се развива в началото на 20 век. Стана известно, че гените са носители на наследствена променливост.

Идеите на генетиката въведоха допълнителни задълбочени обяснения в теорията за естествения подбор на Чарлз Дарвин. Синтезът на генетиката и класическия дарвинизъм доведе до раждането на специална посока на изследване - популационната генетика, която направи възможно да се обяснят от нова гледна точка процесите на промени в генетичния състав на популациите, появата на нови свойства на организмите и тяхната консолидация под влияние на естествения подбор.

Генофонд.Всяка популация се характеризира с определен генофонд, т.е. общото количество генетичен материал, който е изграден от генотиповете на отделните индивиди.

Необходими предпоставки за еволюционния процес са възникването на елементарни промени в апарата на наследствеността - мутации, тяхното разпространение и консолидация в генофондите на популациите на организмите. Насочените промени в генофондите на популациите под въздействието на различни фактори представляват елементарни еволюционни промени.

Както вече беше отбелязано, естествените популации в различни частиАреалите на вида обикновено са повече или по-малко различни. Във всяка популация се извършва свободно кръстосване на индивиди. В резултат на това всяка популация се характеризира със собствен генофонд със съотношенията на различни алели, уникални за тази популация.

Процесът на мутация е постоянен източник на наследствена изменчивост. В популация от няколко милиона индивида, няколко мутации на буквално всеки ген, присъстващ в тази популация, могат да възникнат във всяко поколение. Благодарение на комбинираната изменчивост, мутациите се разпространяват в популацията.

Естествените популации са наситени с голямо разнообразие от мутации. Това беше забелязано от руския учен Сергей Сергеевич Четвериков (1880-1959), който установи, че значителна част от променливостта на генофонда е скрита от погледа, тъй като по-голямата част от възникващите мутации са рецесивни и не се появяват външно. Рецесивните мутации са, така да се каже, „погълнати от вида в хетерозиготно състояние“, тъй като повечето организми са хетерозиготни за много гени. Такава скрита променливост може да бъде разкрита в експерименти с кръстосване на тясно свързани индивиди. При такова кръстосване някои рецесивни алели, които са били в хетерозиготно и следователно латентно състояние, ще станат хомозиготни и ще могат да се появят.

Значителна генетична променливост в естествените популации също се открива лесно по време на изкуствена селекция. При изкуствения подбор се подбират онези индивиди от популация, в която някакви икономически ценни признаци са най-силно изразени и тези индивиди се кръстосват помежду си.Изкуственият подбор се оказва ефективен в почти всички случаи, когато се прибягва до него. Следователно популациите имат генетична променливост за буквално всяка черта на даден организъм.

Силите, които причиняват генни мутации, действат произволно. Вероятността мутантен индивид да се появи в среда, в която селекцията ще го благоприятства, не е по-голяма от тази в среда, в която той почти сигурно ще умре. С.С. Четвериков показа, че с редки изключения по-голямата част от нововъзникналите мутации се оказват вредни и в хомозиготно състояние като правило намаляват жизнеспособността на индивидите. Те се запазват в популациите само поради селекция в полза на хетерозиготи. Въпреки това, мутациите, които са вредни в една среда, могат да повишат жизнеспособността при други условия. По този начин мутация, която причинява недоразвитие или пълна липса на крила при насекомите, със сигурност е вредна при нормални условия, а безкрилите индивиди бързо се заменят с нормални. Но на океанските острови и планинските проходи, където духат силни ветрове, такива насекоми имат предимства пред индивиди с нормално развити крила.

Тъй като всяка популация обикновено е добре адаптирана към околната среда, големите промени обикновено намаляват тази годност, точно както големите произволни промени в механизма на часовника (премахване на пружина или добавяне на колело) водят до неговата неизправност. Популациите имат големи запаси от алели, които не им носят никаква полза на дадено място или в даден момент; те остават в популацията в хетерозиготно състояние, докато в резултат на промени в условията на околната среда внезапно се окажат полезни. След като това се случи, тяхната честота започва да нараства под влияние на селекцията и в крайна сметка те се превръщат в основния генетичен материал. Тук се крие способността на населението да се адаптира, т.е. адаптират се към нови фактори - изменение на климата, появата на нов хищник или конкурент и дори замърсяване от човека.

Пример за такава адаптация е еволюцията на видовете насекоми, които са устойчиви на инсектициди. Във всички случаи събитията се развиват по един и същи начин: когато се въведе в практиката нов инсектицид (отрова, действаща върху насекоми), малко количество е достатъчно за успешна борба с насекоми вредители. С течение на времето концентрацията на инсектицида трябва да се увеличава, докато окончателно стане неефективен. Първият доклад за резистентност към инсектициди при насекоми се появява през 1947 г. и се отнася до резистентността на домашната муха към DDT. Резистентност към един или повече инсектициди впоследствие е открита в най-малко 225 вида насекоми и други членестоноги. Гени, способни да придадат резистентност към инсектициди, очевидно са присъствали във всяка от популациите на тези видове; тяхното действие в крайна сметка осигури намаляване на ефективността на отровите, използвани за борба с вредителите.

По този начин процесът на мутация създава материал за еволюционни трансформации, образувайки резерв от наследствена изменчивост в генофонда на всяка популация и на вида като цяло. Поддържайки висока степен на генетично разнообразие в популациите, той осигурява основата за действието на естествения подбор и микроеволюцията.

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Същност и източници на генетичната изменчивост в природните популации. Характеристики на комбиниран и мутационен тип наследствена изменчивост. Особености фенотипна вариабилнострезултат от влиянието на условията на околната среда.

курсова работа, добавена на 14.09.2011 г

Микроеволюцията като процес на трансформация на генетичната структура на популациите под въздействието на еволюционни фактори. Елементарната единица на еволюцията и нейните характеристики. Характеристики на популациите, техния генетичен състав. Елементарни еволюционни фактори, мутации.

резюме, добавено на 12/09/2013

Модификационната променливост е процесът на взаимодействие между организма и неговата среда; популации и чисти линии; фенотип и генотип. Мутационна изменчивост: видове, класификация. Законът за хомоложните редове в наследствената изменчивост, използване в селекцията.

курсова работа, добавена на 09.06.2011 г

Популациите и техните свойства: самовъзпроизвеждане, генетична изменчивост, плодовитост, смъртност, емиграция, имиграция. Закономерности и видове динамика на населението. Плодовитостта на насекомите и способността им да се размножават е техният биотичен потенциал.

резюме, добавено на 12.08.2015 г

Разлики в структурата, размножаването и поведението на индивидите, дължащи се на различни условия на околната среда на популациите. Броят на индивидите в популациите, промяната му във времето. Възрастов състав на населението, възможност за прогнозиране за следващите няколко години.

презентация, добавена на 26.02.2015 г

Прогресът като посока на еволюцията. Развитие от архантропи към неоантропи. Съотношение и координация на системи и органи във филогенезата. Мутационният процес като фактор на микроеволюцията. Специализацията и нейната роля в еволюцията. Правилото на прогресивната специализация.

тест, добавен на 08.06.2013 г

Концепцията и функциите на променливостта като способност на живите организми да придобиват нови характеристики и свойства, значението на този процес за адаптиране към променящите се условия на околната среда. Понятие и същност, етапи на мутационна изменчивост.

презентация, добавена на 30.11.2013 г

Провеждане на хибридологичен анализ по примера на грах. Период на цъфтеж и техника на кръстосване. Методи за кръстосване на житни култури (пшеница и ръж). Оценка на плодовитостта на растенията от поленови зърна. Генетичен полиморфизъм на растителните популации.

практическа работа, добавена на 12/05/2013

Генетиката като наука за законите и механизмите на наследствеността и изменчивостта, нейното развитие. Съвременни формулировки на законите на Мендел. Откриване на ДНК от швейцарския учен Йохан Фридрих Мишер през 1869 г. Свойства генетичен код. Етапи на вирусна репродукция.

презентация, добавена на 14.08.2015 г

Проучване на пространственото разпространение, сезонното изобилие и развитието на пеперудата Mnemosyne в територията национален парк„руски север“. Характеристики на сексуалната структура на популацията и морфологична изменчивост на възрастните по метрични характеристики.

1. Какво е естествен подбор?

Отговор. Естественият подбор е процес, първоначално определен от Чарлз Дарвин като водещ до оцеляване и преференциално размножаване на индивиди, по-адаптирани към дадените условия на околната среда и притежаващи полезни наследствени черти. В съответствие с теорията на Дарвин и съвременната синтетична теория на еволюцията основният материал за естествения подбор са случайните наследствени промени - рекомбинация на генотипове, мутации и техните комбинации.

2. Какво е генотип?

Отговор. Терминът „генотип“ е въведен в науката от Йогансон през 1909 г. Генотипът (генотип, от гръцки genos - род и typos - отпечатък, форма, проба) е съвкупността от гените на даден организъм, в по-широк смисъл - съвкупността на всички наследствени фактори на организма, както ядрени, така и неядрени. Комбинацията от уникалните геноми (набори), получени от всеки родител, създава генотипа, който е в основата на генетичната индивидуалност. Понятията генотип и фенотип са много важни в биологията. Както беше посочено по-горе, съвкупността от всички гени на даден организъм съставлява неговия генотип. Съвкупността от всички характеристики на организма (морфологични, анатомични, функционални и т.н.) представлява фенотип. През целия живот на организма фенотипът му може да се промени, но генотипът остава непроменен. Това се обяснява с факта, че фенотипът се формира под влияние на генотипа и условията на околната среда. Думата генотип има две значения. В широк смисъл това е съвкупността от всички гени на даден организъм. Но във връзка с експерименти от вида, който Мендел е извършил, думата генотип се отнася до комбинацията от алели, които контролират дадена черта (например организмите могат да имат генотип AA, Aa или aa).

По този начин генотипът е: - целият набор от генетични (геномни) характеристики, характерни за даден индивид, и характеристиките на определени двойки алели, които индивидът има в изследваната област на генома.

Въпроси след § 55

1. Какъв е генофондът на популацията?

Отговор. Всяка популация се характеризира с определен генофонд, т.е. общото количество генетичен материал, който се състои от генотиповете на отделните индивиди.

Както вече беше отбелязано, естествените популации в различните части на ареала на вида обикновено са повече или по-малко различни. Във всяка популация се извършва свободно кръстосване на индивиди. В резултат на това всяка популация се характеризира със собствен генофонд със съотношенията на различни алели, уникални за тази популация.

2. Защо повечето отмутациите не се проявяват външно?

Отговор. Естествените популации са наситени с голямо разнообразие от мутации. Това беше обърнато на вниманието на руския учен Сергей Сергеевич Четвериков (1880–1959), който установи, че значителна част от изменчивостта на генофонда е скрита от погледа, тъй като по-голямата част от възникващите мутации са рецесивни и не се появяват външно. Рецесивните мутации са, така да се каже, „погълнати от вида в хетерозиготно състояние“, тъй като повечето организми са хетерозиготни за много гени. Такава скрита променливост може да бъде разкрита в експерименти с кръстосване на тясно свързани индивиди. При такова кръстосване някои рецесивни алели, които са били в хетерозиготно и следователно латентно състояние, ще станат хомозиготни и ще могат да се появят. Значителна генетична променливост в естествените популации също се открива лесно по време на изкуствена селекция. При изкуствения подбор тези индивиди се избират от популация, в която всякакви икономически ценни признаци са най-силно изразени, и тези индивиди се кръстосват един с друг. Изкуственият подбор се оказва ефективен в почти всички случаи, в които се прибягва до него. Следователно в популациите има генетична променливост за буквално всяка черта на даден организъм.

3. Каква е способността на населението да се адаптира (адаптира) към новите условия?

Отговор. Тъй като всяка популация обикновено е добре адаптирана към околната среда, големите промени обикновено намаляват тази годност, точно както големите произволни промени в механизма на часовника (премахване на пружина или добавяне на колело) водят до неизправност. Популациите имат големи резерви от алели, които не им носят никаква полза на дадено място или в даден момент; те остават в популацията в хетерозиготно състояние, докато в резултат на промени в условията на околната среда внезапно се окажат полезни. След като това се случи, тяхната честота започва да нараства под влияние на селекцията и в крайна сметка те се превръщат в основния генетичен материал. Тук се крие способността на населението да се адаптира, тоест да се адаптира към нови фактори - изменението на климата, появата на нов хищник или конкурент и дори замърсяването от човека.

4. Как могат да бъдат идентифицирани рецесивните алели?

Отговор. Рецесивен алел (рецесивен алел, от латински recessus - отклонение) е алел, чийто фенотип не се проявява в хетерозиготи, но се проявява в хомозиготен или хемизиготен генотип за този алел. Ако рецесивните алели са в хомозиготно състояние, те ще се проявят във фенотипа. Ако е необходимо да се установи дали те присъстват в генотипа на организъм с доминиращ фенотип, тогава се използва аналитично кръстосване. За да направите това, организмът, който се тества, се кръстосва с носител на рецесивен фенотип. Ако в потомството има рецесивни индивиди, тогава изследваният организъм е носител на рецесивния ген.

Текуща страница: 15 (книгата има общо 26 страници) [наличен пасаж за четене: 18 страници]

§ 53. Тип, неговите критерии

1. Какво е вид?

2. Какви видове растения и животни познавате?

Преглед. С развитието на биологията дойде разбирането, че в сравнение с безкрайното разнообразие от условия, в които съществува животът, разнообразието от форми на организмите е ограничено; тя е, така да се каже, събрана в „възли“ - биологични видове.

Биологични видове - това е набор от индивиди, които имат способността да се кръстосват с образуването на плодородно потомство; обитаване на определена територия; притежаващи редица общи морфологични и физиологични характеристики и прилики във взаимоотношенията с биотичната и абиотичната среда.

Биологичният вид не е само систематична категория. Това е холистичен елемент от живата природа, изолиран от други видове. Целостта на вида се проявява във факта, че неговите индивиди могат да живеят и да се размножават само чрез взаимодействие помежду си благодарение на взаимните адаптации на организмите, развити в процеса на еволюцията: особеностите на координацията на структурата на майчиния организъм и ембрионът, системите за сигнализация и възприятие при животните, общата територия, сходството на жизнените навици и реакциите към сезонните климатични промени и др. Видовите адаптации осигуряват запазването на вида, въпреки че понякога могат да навредят на отделни индивиди. Речният костур например се храни със собствените си малки, благодарение на което видът оцелява при липса на храна, дори въпреки загубата на част от потомството. Всеки вид съществува в природата като исторически възникнала интегрална формация.

Изолацията на даден вид се поддържа чрез репродуктивна изолация (виж § 59), която предотвратява смесването му с други видове по време на размножаване. Изолацията се осигурява от разлики в структурата на гениталните органи, фрагментация на местообитанията, разлики във времето или местоположението на размножаване, разлики в поведението, екологична фрагментация и други механизми, за които ще научите в следващите раздели. Изолацията на видовете предотвратява появата на междинни форми. Брадавица бреза, например, не расте в мъх блата, където обикновено расте бреза джудже. Благодарение на изолацията видовете не се смесват помежду си.

Типови критерии. Характерни признации свойствата, по които някои видове се различават от други, се наричат критериимил.

Морфологичен критерий - това е приликата между външни и вътрешна структураорганизми. Карл Линей, например, дефинира видовете като интегрални групи от организми, които се различават от другите форми на живот въз основа на структурни характеристики. С други думи, наличието на структурни характеристики, които съставляват определена група организми подобен приятеледин върху друг и в същото време различни от всички останали групи и има критерий за класифицирането им като даден вид.

Индивидите в рамките на един вид понякога са толкова променливи, че само от морфологичен критерийНе винаги е възможно да се определи вида. Има видове, които са морфологично сходни. Това са видове близнаци, които се срещат във всички систематични групи. Например при черни плъхове са известни два вида близнаци - с 38 и 49 хромозоми; маларийният комар има 6 вида близнаци, а дребната копийна риба, широко разпространена в сладките водоеми, има 3 подобни вида. Видовете близнаци се срещат сред повечето различни организми: риби, насекоми, бозайници, растения, но индивидите от такива видове близнаци не се кръстосват (фиг. 72).

Генетичен критерий – това е набор от хромозоми, характерни за всеки вид; техния строго определен брой, размери и форми, състав на ДНК. Хромозомният набор е основната характеристика на вида. Физически лица различни видовеимат различни набори от хромозоми, така че не могат да се кръстосват и са репродуктивно ограничени един от друг в естествени условия.

Ориз. 72. Видове близнаци: тетраплоиден (вляво) и диплоиден (вдясно) вид щипка

Физиологичен критерий – сходство на реакциите на тялото към външни влияния, ритми на развитие и възпроизводство. Този критерий се основава на сходството на всички жизнени процеси и преди всичко на възпроизводството. Представители на различни видове по правило не се кръстосват или потомството им е безплодно. Има обаче и изключения. Например, кучетата могат да произвеждат потомство чрез чифтосване с вълци. Хибридите на някои видове птици (канарчета, чинки), както и растения (тополи, върби) могат да бъдат плодородни. Следователно физиологичният критерий също е недостатъчен за определяне на видовата идентичност на индивидите.

Екологичен критерий - това е характерно положение на даден вид в природните общности, връзките му с други видове, съвкупност от фактори външна среданеобходимо за съществуване.

Географски критерий – зона на разпространение, определена площ, заета от даден вид в природата.

Исторически критерий – общност от предци, единна история на произхода и развитието на вида.

Критериите на вида са взаимосвързани и определят качествената характеристика на вида. Но никой от тях не е абсолютен. Например, два различни вида може да не се различават по анатомична структураи имат еднакви хромозомни набори. Но ако се различават по поведение, тогава те не се кръстосват и следователно са изолирани един от друг. Само взети заедно, изброените критерии позволяват да се установи с достатъчна надеждност, че даден организъм принадлежи към определен вид.

Видовете представляват определено ниво на организация на живата материя - видове.

Биологични видове. Видови критерии: морфологични, генетични, физиологични, екологични, географски, исторически.

1. Определете биологичен вид.

2. Какви видове критерии познавате?

3. Каква е целостта на вида, как се проявява?

4. Защо е важно да се запазят видовете в природата?

Направете списъци с растителни и животински видове, които познавате. Опитайте се да групирате известните ви видове според степента на сходство: а) морфологично; б) екологични.

§ 54. Популации

1. Защо организмите на повечето от познатите ни видове живеят на групи в природата?

2. Защо групи от едновидови организми (например гъсталаци от растения като лютиче, коприва, острица и др.) Не се срещат навсякъде, а само в определени райони? Какви са тези области?

В действителност един вид е много по-сложна единица от просто колекция от подобни индивиди, които се кръстосват. Разпада се на по-малки естествени групи от индивиди - популации,обитаващи отделни, относително малки територии от ареала на този вид.

Население е група от едновидови организми, които заемат определена област от територията в рамките на обхвата на вида, свободно кръстосващи се и частично или напълно изолирани от други популации.

Съществуването на видове под формата на популации е следствие от разнородността на външните условия.

Популациите остават стабилни във времето и пространството, въпреки че броят им може да се променя от година на година поради промени в условията на възпроизводство и развитие на организмите. В рамките на популациите има още по-малки групи, в които могат да се обединят индивиди с подобно поведение или въз основа на семейни връзки (например ята риби или врабчета, прайди на лъвове). Такива групи обаче могат да се разпаднат под въздействието на външни фактори или да се смесят с други. Те не са в състояние да се поддържат устойчиво.

Взаимоотношения на организмите в популациите.Организмите, които съставляват популация, са свързани помежду си чрез различни взаимоотношения. Те се конкурират помежду си за определени видове ресурси, могат да се изядат един друг или, напротив, заедно да се защитават от хищник. Вътрешните взаимоотношения в популациите са много сложни и противоречиви. Реакциите на индивидите към промените в условията на живот и реакциите на населението често не съвпадат. Смъртта на отделни отслабени организми (например от хищници) може да подобри качествения състав на популацията (включително качеството на наследствения материал, достъпен за популацията) и да увеличи способността му да оцелее в променящите се условия на околната среда.

Във всяка популация от полово възпроизвеждащи се организми има постоянен обмен на генетичен материал; Кръстосването на индивиди от различни популации се случва много по-рядко, така че генетичният обмен между различните популации е ограничен. В резултат на това всяка популация се характеризира със свой специфичен набор от гени (генофонд - вижте по-долу) със съотношение на честотите на поява на различни алели, уникални за тази популация. Под влияние на това в отделни популации могат да възникнат свойства, които ги отличават една от друга. По този начин съществуването под формата на популации увеличава вътрешното разнообразие на вида, неговата устойчивост на местни промени в условията на живот и му позволява да се утвърди в нови условия. Посоката и скоростта на еволюционните промени, настъпващи в рамките на даден вид, до голяма степен зависят от свойствата на популациите. Процесите на формиране на нови видове произтичат от промени в свойствата на отделните популации.

Население.

1. Какво е популация?

2. Защо видовете съществуват под формата на популации?

3. Какви свойства на популациите допринасят за устойчивото съществуване на вида?

§ 55. Генетичен състав на популациите

1. Какво е естествен подбор?

2. Какво е генотип?

Популационна генетика.По времето на Дарвин науката генетика все още не е съществувала. Започва да се развива в началото на 20 век. Стана известно, че гените са носители на наследствена променливост. Идеите на генетиката въведоха допълнителни задълбочени обяснения в теорията за естествения подбор на Чарлз Дарвин. Синтезът на генетиката и класическия дарвинизъм доведе до раждането на специална посока на изследване - популационната генетика, която направи възможно да се обяснят от нова гледна точка процесите на промени в генетичния състав на популациите, появата на нови свойства на организмите и тяхната консолидация под влияние на естествения подбор.

Генофонд.Всяка популация се характеризира с определен генофонд, общото количество генетичен материал, съставен от генотиповете на отделните индивиди.

Необходими предпоставки за еволюционния процес са настъпването на елементарни изменения в апарата на наследствеността - мутациитяхното разпространение и консолидиране в генофондовете на популациите от организми. Насочените промени в генофондите на популациите под въздействието на различни фактори представляват елементарни еволюционни промени.

Процесът на мутация е постоянен източник на наследствена изменчивост.В популация от няколко милиона индивида, няколко мутации на буквално всеки ген, присъстващ в тази популация, могат да възникнат във всяко поколение. Благодарение на комбинираната изменчивост, мутациите се разпространяват в популацията.

Естествените популации са наситени с голямо разнообразие от мутации. На това обърна внимание руски учен Сергей Сергеевич Четвериков(1880–1959), който установява, че значителна част променливост на генофондаскрити от погледа, тъй като по-голямата част от възникващите мутации са рецесивни и не се появяват външно. Рецесивните мутации са, така да се каже, „погълнати от вида в хетерозиготно състояние“, тъй като повечето организми са хетерозиготни за много гени. Такава скрита променливост може да бъде разкрита в експерименти с кръстосване на тясно свързани индивиди. При такова кръстосване някои рецесивни алели, които са били в хетерозиготно и следователно латентно състояние, ще станат хомозиготни и ще могат да се появят. Значителна генетична променливост в естествените популации също се открива лесно по време на изкуствена селекция. При изкуствения подбор тези индивиди се избират от популация, в която всякакви икономически ценни признаци са най-силно изразени, и тези индивиди се кръстосват един с друг. Изкуственият подбор се оказва ефективен в почти всички случаи, в които се прибягва до него. Следователно в популациите има генетична променливост за буквално всяка черта на даден организъм.

Силите, които причиняват генни мутации, действат произволно. Вероятността мутантен индивид да се появи в среда, в която селекцията ще го благоприятства, не е по-голяма от тази в среда, в която той почти сигурно ще умре. С. С. Четвериков показа, че с редки изключения по-голямата част от нововъзникналите мутации се оказват вредни и в хомозиготно състояние, като правило, намаляват жизнеспособността на индивидите. Те се запазват в популациите само поради селекция в полза на хетерозиготи. Въпреки това, мутациите, които са вредни в една среда, могат да повишат жизнеспособността при други условия. По този начин мутация, която причинява недоразвитие или пълна липса на крила при насекоми, със сигурност е вредна при нормални условия и безкрилите индивиди бързо се заменят с нормални. Но на океанските острови и планинските проходи, където духат силни ветрове, такива насекоми имат предимства пред индивиди с нормално развити крила.

Тъй като всяка популация обикновено е добре адаптирана към околната среда, големите промени обикновено намаляват тази годност, точно както големите произволни промени в механизма на часовника (премахване на пружина или добавяне на колело) водят до неговата неизправност. Популациите имат големи резерви от алели, които не им носят никаква полза на дадено място или в даден момент; те остават в популацията в хетерозиготно състояние, докато в резултат на промени в условията на околната среда внезапно се окажат полезни. След като това се случи, тяхната честота започва да нараства под влияние на селекцията и в крайна сметка те се превръщат в основния генетичен материал. Тук се крие способността на населението да се адаптира, тоест да се адаптира към нови фактори - изменението на климата, появата на нов хищник или конкурент и дори замърсяването от човека.

Генофонд на населението.

1. Какъв е генофондът на популацията?

2. Защо повечето мутации не се проявяват външно?

3. Каква е способността на населението да се адаптира (адаптира) към новите условия?

4. Как могат да бъдат идентифицирани рецесивните алели?

§ 56. Промени в генофонда на популациите

1. Какво е съдържанието на понятието „генофонд на населението”?

2. Какъв е източникът на промени в генофонда?

Притежавайки специфичен генофонд под контрола на естествения подбор, популациите играят жизненоважна роля в еволюционните трансформации на вида. Всички процеси, водещи до промени във вида, започват на ниво видови популации и са насочени процеси на трансформация на популационния генофонд.

Генетичен баланс в популациите.Честотата на поява на различни алели в една популация се определя от честотата на мутациите, селекционния натиск и понякога обмена на наследствена информация с други популации в резултат на миграции на индивиди. При относително постоянство на условията и голям размер на популацията, всички тези процеси водят до състояние на относително равновесие. В резултат на това генофондът на такива популации става балансиран, установява той генетичен баланс, или постоянството на честотите на поява на различни алели.

Причини за генетичен дисбаланс.Примерът, даден по-рано с действието на инсектицидите, предполага, че действието на естествения подбор води до насочени промени в генофонда на населението– увеличаване на честотите на „полезните“ гени. Настъпват микроеволюционни промени. Въпреки това, промените в генофонда също могат да бъдат ненасоченслучаен характер. Най-често те са свързани с колебания в числеността на естествените популации или с пространствената изолация на част от организмите на дадена популация.

Ненасочени, произволни промени в генофонда може да възникне поради различни причини. Един от тях - миграция,т.е. преместване на част от популацията в ново местообитание. Ако малка част от популация от животни или растения се засели на ново място, генофондът на новосформираната популация неизбежно ще бъде по-малък от генофонда на родителската популация. Поради случайни причини честотите на алелите в новата популация може да не съвпадат с тези в оригиналната. Гените, които преди това са били редки, могат да се разпространят бързо (чрез сексуално размножаване) сред индивидите в нова популация. И по-рано широко разпространените гени може да отсъстват, ако не са били в генотипите на основателите на новото селище.

Подобни промени могат да се наблюдават в случаите, когато населението е разделено надве неравни части с естествени или изкуствени бариери.Например, на река е построен язовир, който разделя рибната популация, която живее там, на две части. Генофондът на малка популация, произхождаща от малък брой индивиди, може, отново поради случайни причини, да се различава по състав от генофонда на първоначалната. Той ще носи само тези генотипове, които са избрани на случаен принцип сред малкия брой основатели на новата популация. Редките алели може да се окажат често срещани в нова популация, която възниква в резултат на нейното отделяне от първоначалната популация.

Съставът на генофонда може да се промени порадиразлични природни бедствия,когато само няколко организма остават живи (например поради наводнения, суши или пожари). В популация, преживяла катастрофа, състояща се от индивиди, оцелели случайно, съставът на генофонда ще се формира от произволно избрани генотипове. След намаляването на числеността започва масово размножаване, което започва с малка група. Генетичният състав на тази група ще определи генетичната структура на цялото население по време на неговия разцвет. В този случай някои мутации могат напълно да изчезнат, докато концентрацията на други може да се увеличи рязко. Наборът от гени, останали в живите индивиди, може леко да се различава от този, който е съществувал в популацията преди бедствието.

Резките колебания в броя на популациите, независимо какво ги причинява, променят честотата на алелите в генофонда на популациите. Когато се създадат неблагоприятни условия и популацията намалява поради смъртта на индивиди, може да настъпи загуба на някои гени, особено редки. Като цяло, колкото по-малък е размерът на популацията, толкова по-голяма е вероятността от загуба на редки гени и толкова по-голямо е влиянието на случайните фактори върху състава на генофонда. Периодични трептениячислата са характерни за почти всички организми. Тези колебания променят честотата на гените в популациите, които възникват, за да се заменят един друг. Пример са някои насекоми; само малък брой оцеляват през зимата. Тази малка част поражда нова лятна популация, чийто генофонд често е различен от този на популацията, съществувала преди година.

По този начин действието на случайни фактори обеднява и променя генофонда на малка популация спрямо първоначалното му състояние. Това явление се нарича генетично отклонение. В резултат на генетичен дрейф може да се появи жизнеспособна популация с уникален генофонд, до голяма степен случаен, тъй като селекцията в този случай не играе водеща роля. С увеличаването на броя на индивидите действието на естествения подбор отново ще се възстанови, което ще се разпространи в новия генофонд, което ще доведе до неговите насочени промени. Комбинацията от всички тези процеси може да доведе до изолирането на нов вид.

Насочени промени в генофонда възникват в резултат на естествен подбор. Естественият подбор води до постоянно увеличаване на честотите на някои гени (полезни при дадени условия) и намаляване на други. В резултат на естествения подбор полезните гени се фиксират в генофонда на популациите, т.е. тези, които благоприятстват оцеляването на индивидите в дадени условия на околната среда. Техният дял нараства и общ съставгенофондът се променя. Промените в генофонда под влияние на естествения подбор също трябва да доведат до промени във фенотипа и характеристиките външна структураорганизми, тяхното поведение и начин на живот, и в крайна сметка – до по-добро приспособяване на популацията към дадените условия на средата.

Генетичен баланс. Случайни промени в състава на генофонда. Генетично отклонение. Насочени промени в генофонда.

1. При какви условия е възможно равновесие между различните алели на популационния генофонд?

2. Какви сили причиняват насочени промени в генофонда?

3. Какви фактори причиняват генетичен дисбаланс?

4. Какви са причините за разликите в генофондите на изолирани популации от един и същи вид?

Обсъдете как човешките дейности променят генофонда на диви и домашни животински и растителни видове.

В природата всички съществуващ виде сложен комплекс или дори система от вътрешноспецифични групи, които включват индивиди със специфични структурни характеристики, физиология и поведение. Тази вътрешновидова асоциация на индивидите е население.

Думата „население” произлиза от латинското „populus” – народ, население. следователно население- колекция от индивиди от един и същи вид, живеещи на определена територия, т.е. тези, които само се кръстосват помежду си. Понастоящем терминът "популация" се използва в тесен смисъл на думата, когато говорим за специфична вътрешновидова група, обитаваща определена биогеоценоза, и в широк, общ смисъл - за обозначаване на изолирани групи от вид, независимо от територията, която заема. и каква генетична информация носи.

Членовете на една и съща популация имат не по-малко въздействие един върху друг, отколкото физическите фактори на околната среда или други видове организми, живеещи заедно. В популациите всички форми на връзки, характерни за междувидовите взаимоотношения, се проявяват в една или друга степен, но най-ясно изразени мутуалистичен(взаимно изгодни) и конкурентен.Популациите могат да бъдат монолитни или да се състоят от групи на ниво субпопулация - семейства, кланове, стада, глутниции така нататък. Комбинирането на организми от един и същи вид в популация създава качествено нови свойства. В сравнение с продължителността на живота на отделен организъм, популацията може да съществува много дълго време.

В същото време популацията е подобна на организма като биосистема, тъй като има определена структура, цялост, генетична програма за самовъзпроизвеждане и способност за възпроизвеждане и адаптиране. Взаимодействието на хората с видовете организми, намиращи се в околната среда, в естествената среда или под икономическия контрол на човека, обикновено се осъществява чрез популации. Важно е много модели на популационна екология да се прилагат и за човешките популации.

Населениее генетична единица на вид, промените в която се извършват от еволюцията на вида. Като група от съжителстващи индивиди от един и същи вид, популацията действа като първата надорганична биологична макросистема. Адаптивните възможности на популацията са значително по-високи от тези на съставните й индивиди. Популацията като биологична единица има определена структура и функции.

Структура на населениетохарактеризиращ се със съставните си индивиди и тяхното разпределение в пространството.

Функции на населениетоподобни на функциите на други биологични системи. Те се характеризират с растеж, развитие и способност да поддържат съществуване в постоянно променящи се условия, т.е. популациите имат специфични генетични и екологични характеристики.

Популациите имат закони, които позволяват ограничените ресурси на околната среда да се използват по този начин, за да се гарантира запазването на потомството. Популациите на много видове имат свойства, които им позволяват да регулират числеността си. Поддържането на оптимални числа при дадени условия се нарича популационна хомеостаза.

По този начин популациите, като групови асоциации, имат редица специфични свойства, които не са присъщи на всеки отделен индивид. Основни характеристики на популациите: брой, плътност, раждаемост, смъртност, темп на растеж.

Популацията се характеризира с определена организация. Разпределението на индивидите по територията, съотношението на групите по пол, възраст, морфологични, физиологични, поведенчески и генетични характеристики отразяват структура на населението.Формира се, от една страна, на основата на общ биологични свойствавидове, а от друга страна, под въздействието на абиотични фактори на околната среда и популации на други видове. Следователно структурата на популациите има адаптивен характер.

Адаптивните възможности на вида като цяло като популационна система са много по-широки адаптивни характеристикивсеки конкретен индивид.

Популационна структура на вида

Пространството или местообитанието, заемано от популация, може да варира между видовете и в рамките на един и същи вид. Размерът на обхвата на популацията се определя до голяма степен от мобилността на индивидите или радиуса на индивидуалната дейност. Ако радиусът на индивидуалната активност е малък, размерът на обхвата на популацията обикновено също е малък. В зависимост от размера на заеманата територия можем да различим три вида популации: елементарни, екологични и географски (фиг. 1).

Ориз. 1. Пространствено разделение на популациите: 1 - видов ареал; 2-4 - съответно географски, екологични и елементарни популации

Различават се полова, възрастова, генетична, пространствена и екологична структура на популациите.

Половата структура на населениетопредставлява съотношението на индивидите от различни полове в него.

Възрастова структура на населението- съотношение в състава на популацията на индивидите на различни възрасти, представляващи едно или различно потомство на едно или повече поколения.

Генетична структура на популациятасе определя от изменчивостта и разнообразието на генотипите, честотите на вариациите на отделните гени - алели, както и от разделянето на популацията на групи от генетично сходни индивиди, между които при кръстосване има постоянен обмен на алели.

Пространствена структура на населението -естеството на разположението и разпределението на отделните членове на населението и техните групи в района. Пространствената структура на популациите се различава значително между заседналите и номадските или мигриращи животни.

Екологична популационна структурапредставлява разделянето на всяка популация на групи от индивиди, които взаимодействат по различен начин с факторите на околната среда.

Всеки вид, заемащ определена територия ( диапазон), представена върху него чрез система от популации. Колкото по-сложно е разчленена територията, заета от даден вид, толкова повече възможностиза изолиране на отделни популации. Но в по-малка степен популационната структура на вида се определя от неговите биологични характеристики, като мобилността на съставните индивиди, степента на тяхната привързаност към територията и способността за преодоляване на естествените бариери.

Изолация на популациите

Ако членовете на даден вид постоянно се смесват и смесват на големи площи, видът се характеризира с малък брой големи популации. При слаба развити способностиПреди миграцията в рамките на вида се формират много малки популации, отразяващи мозаечната природа на ландшафта. При растенията и заседналите животни броят на популациите е в пряка зависимост от степента на хетерогенност на околната среда.

Степента на изолация на съседните популации на вида варира. В някои случаи те са рязко разделени от неподходяща за обитаване територия и са ясно локализирани в пространството, например популации на костур и лин в езера, изолирани едно от друго.

Обратният вариант е пълното заселване на обширни територии от вида. В рамките на един и същи вид може да има популации както с ясно различими, така и с размити граници, а в рамките на вида популациите могат да бъдат представени от групи с различни размери.

Връзките между популациите поддържат вида като цяло. Твърде дългата и пълна изолация на популациите може да доведе до образуването на нови видове.

Различията между отделните популации са изразени в различна степен. Те могат да повлияят не само на техните групови характеристики, но и на качествените особености на физиологията, морфологията и поведението на отделните индивиди. Тези различия се създават главно под влияние на естествения подбор, който приспособява всяка популация към специфичните условия на нейното съществуване.

Класификация и структура на популациите

Задължителна характеристика на популацията е нейната способност да съществува самостоятелно на дадена територия за неопределено дълго време поради възпроизводството, а не от притока на индивиди отвън. Временните селища от различни мащаби не принадлежат към категорията на населението, но се считат за вътрешнопопулационни единици. От тези позиции видът е представен не от йерархична подчиненост, а от пространствена система от съседни популации с различен мащаб и с различна степен на връзки и изолация между тях.

Популациите могат да бъдат класифицирани според тяхната пространствена и възрастова структура, плътност, кинетика, постоянство или промяна на местообитанията и други екологични критерии.

Териториалните граници на популациите на различните видове не съвпадат. Разнообразието на природните популации се изразява и в разнообразието от типове на тяхната вътрешна структура.

Основните показатели за структурата на популацията са броят, разпределението на организмите в пространството и съотношението на индивиди с различни качества.

Индивидуалните черти на всеки организъм зависят от характеристиките на неговата наследствена програма (генотип) и от това как тази програма се осъществява в онтогенезата. Всеки индивид има определен размер, пол, отличителни чертиморфология, поведенчески характеристики, техните граници на издръжливост и адаптивност към промените в околната среда. Разпределението на тези характеристики в една популация също характеризира нейната структура.

Структурата на населението не е стабилна. Растежът и развитието на организмите, раждането на нови, смъртта по различни причини, промените в условията на околната среда, увеличаването или намаляването на броя на враговете - всичко това води до промени в различни взаимоотношения в популацията. Посоката на по-нататъшните му изменения до голяма степен зависи от структурата на популацията в даден период от време.

Полова структура на популациите

Генетичният механизъм за определяне на пола гарантира, че потомството е разделено по пол в съотношение 1:1, така нареченото съотношение на пола. Но от това не следва, че същото съотношение е характерно за населението като цяло. Свързаните с пола черти често определят значителни разлики във физиологията, екологията и поведението на жените и мъжете. Поради различната жизнеспособност на мъжките и женските организми това първично съотношение често се различава от вторичното и особено от третичното – характерно за възрастните индивиди. Така при хората съотношението на вторичния пол е 100 момичета към 106 момчета; към 16-18-годишна възраст това съотношение се изравнява поради повишената смъртност при мъжете и към 50-годишна възраст е 85 мъже на 100 жени, а към възрастта от 80 е 50 мъже на 100 жени.

Съотношението между половете в една популация се установява не само според генетичните закономерности, но и до известна степен под въздействието на околната среда.

Възрастова структура на популациите

Раждаемостта и смъртността, динамиката на популацията са пряко свързани с възрастовата структура на населението. Популацията се състои от индивиди с различна възраст и пол. Всеки вид, а понякога и всяка популация в рамките на един вид, има свои собствени съотношения на възрастовите групи. По отношение на населението обикновено се разграничава три екологични епохи: предрепродуктивен, репродуктивен и пострепродуктивен.

С възрастта изискванията на индивида към околната среда и устойчивостта към нейните отделни фактори естествено и много значително се променят. На различни етапи от онтогенезата могат да настъпят промени в местообитанията, промени във вида на храната, естеството на движението и общата активност на организмите.

Възрастовите разлики в една популация значително увеличават нейната екологична хетерогенност и съответно нейната устойчивост към околната среда. Увеличава се вероятността, че в случай на силни отклонения на условията от нормата, поне някои жизнеспособни индивиди ще останат в популацията и тя ще може да продължи своето съществуване.

Възрастовата структура на популациите има адаптивен характер. Тя се формира на базата на биологичните свойства на вида, но винаги отразява и силата на влиянието на факторите на средата.

Възрастова структура на растителните популации

При растенията възрастовата структура на ценопопулацията, т.е. популацията на определена фитоценоза се определя от съотношението на възрастовите групи. Абсолютната или календарна възраст на растението и неговото възрастово състояние не са идентични понятия. Растенията от една и съща възраст могат да бъдат в различни възрастови състояния. Свързаното с възрастта или онтогенетичното състояние на индивида е етапът от неговата онтогенеза, на който се характеризира с определени взаимоотношения с околната среда.

Възрастовата структура на ценопопулацията до голяма степен се определя от биологичните характеристики на вида: честотата на плододаване, броят на произведените семена и вегетативни зачатъци, способността на вегетативните зачатъци да се подмладяват, скоростта на преход на индивидите от един възрастово състояниев друга, способността да се образуват клонинги и т.н. Проявлението на всички тези биологични особености, от своя страна, зависи от условията на околната среда. Курсът на онтогенезата също се променя, което може да се случи при един вид по много начини.

Различните размери на растенията отразяват различни жизненостиндивиди във всяка възрастова група. Виталността на индивида се проявява в силата на неговите вегетативни и генеративни органи, която съответства на количеството натрупана енергия, и в устойчивостта на неблагоприятни влияния, която се определя от способността за регенерация. Жизнеспособността на всеки индивид се променя в онтогенезата по крива с един връх, като се увеличава във възходящия клон на онтогенезата и намалява в низходящия клон.

Много ливадни, горски, степни видове, когато се отглеждат в разсадници или посеви, т.е. на най-добрия агротехнически фон те съкращават онтогенезата си.

Способността за промяна на пътя на онтогенезата осигурява адаптиране към променящите се условия на околната среда и разширява екологичната ниша на вида.

Възрастова структура на популациите при животните

В зависимост от характеристиките на възпроизводството, членовете на една популация могат да принадлежат към едно и също поколение или към различни. В първия случай всички индивиди са близки по възраст и преминават през следващите етапи приблизително едновременно. жизнен цикъл. Времето на размножаване и преминаването на отделните възрастови етапи обикновено се ограничава до определен сезон от годината. Размерът на такива популации като правило е нестабилен: силните отклонения на условията от оптималните на всеки етап от жизнения цикъл незабавно засягат цялата популация, причинявайки значителна смъртност.

При видовете с едно размножаване и кратки жизнени цикли през годината се срещат няколко поколения.

По време на човешката експлоатация на естествените животински популации, като се вземе предвид тяхната възрастова структура жизненоважно значение. При видове с голямо годишно набиране, по-големи части от популацията могат да бъдат отстранени без заплаха от намаляване на нейния брой. Например при розова сьомга, която узрява през втората година от живота, е възможно да се уловят до 50-60% от хвърлящите хайвер индивиди без заплаха от по-нататъшен спад в размера на популацията. За сьомгата, която узрява по-късно и има по-сложна възрастова структура, нивата на изваждане от зрял запас трябва да са по-ниски.

Анализът на възрастовата структура помага да се предвиди размерът на популацията през живота на редица следващи поколения.

Пространството, заето от населението, му осигурява средства за живот. Всяка територия може да поддържа само определен брой индивиди. Естествено пълното използване на наличните ресурси зависи не само от общ бройпопулация, но и върху разпределението на индивидите в пространството. Това се проявява ясно в растенията, чиято площ на хранене не може да бъде по-малка от определена гранична стойност.

В природата рядко се среща почти равномерно, подредено разпределение на индивиди в рамките на окупирана територия. Най-често обаче членовете на една популация са разпределени неравномерно в пространството.

Във всеки конкретен случай типът на разпределение в заеманото пространство се оказва адаптивен, т.е. позволява оптимално използване на наличните ресурси. Растенията в една ценопопулация най-често са разпределени изключително неравномерно. Често по-плътният център на струпването е заобиколен от индивиди, разположени по-малко плътно.

Пространствената хетерогенност на ценопопулацията е свързана с естеството на развитието на клъстерите във времето.

При животните, поради тяхната подвижност, начините за регулиране на териториалните отношения са по-разнообразни в сравнение с растенията.

При висшите животни вътрепопулационното разпределение се регулира от система от инстинкти. Те се характеризират с особено териториално поведение - реакция на местоположението на други членове на популацията. въпреки това заседнал образЖивотът представлява заплаха от бързо изчерпване на ресурсите, ако гъстотата на населението е твърде висока. Общата площ, заета от населението, се разделя на отделни индивидуални или групови площи, като по този начин се постига организирано използване на хранителните запаси, естествените убежища, местата за размножаване и др.

Въпреки териториалната изолация на членовете на населението, комуникацията между тях се поддържа чрез система от различни сигнали и директни контакти на границите на техните владения.

„Осигуряването на зона” се постига по различни начини: 1) защита на границите на окупираното пространство и директна агресия към непознат; 2) специално ритуално поведение, демонстриращо заплаха; 3) система от специални сигнали и знаци, показващи заетостта на територията.

Обичайната реакция към териториалните белези - избягването - се предава по наследство при животните. Биологичната полза от този тип поведение е очевидна. Ако овладяването на дадена територия се решаваше само от изхода на физическа битка, появата на всеки по-силен чужденец би застрашила собственика със загуба на мястото и изключване от възпроизвеждане.

Частичното припокриване на отделни територии служи като начин за поддържане на контакти между членовете на населението. Съседните индивиди често поддържат стабилна, взаимноизгодна система от връзки: взаимно предупреждение за опасност, съвместна защита от врагове. Нормалното поведение на животните включва активно търсене на контакти с представители на собствения им вид, което често се засилва по време на периоди на намаляване на популацията.

Някои видове образуват широко скитащи групи, които не са обвързани с определена територия. Това е поведението на много видове риби по време на хранителни миграции.

Няма абсолютни разграничения между различните начини на използване на територията. Пространствената структура на населението е много динамична. Подлежи на сезонни и други адаптивни промени в зависимост от мястото и времето.

Моделите на поведение на животните са предмет на специална наука - етология.Следователно системата от взаимоотношения между членовете на една популация се нарича етологична или поведенческа структура на популацията.

Поведението на животните по отношение на другите членове на популацията зависи преди всичко от това дали единичен или групов начин на живот е характерен за вида.

Самотният начин на живот, при който индивидите от една популация са независими и изолирани един от друг, е характерен за много видове, но само на определени етапи от жизнения цикъл. Напълно самотно съществуване на организми не се среща в природата, тъй като в този случай би било невъзможно да изпълнят основната си жизненоважна функция - възпроизводството.

Със семейния начин на живот връзките между родителите и техните потомци също се укрепват. Най-простият тип такава връзка е грижата на един от родителите за снесените яйца: защита на съединителя, инкубация, допълнителна аерация и др. В семейния начин на живот териториалното поведение на животните е най-силно изразено: различни сигнали, маркировки, ритуални форми на заплаха и пряка агресия осигуряват собственост върху площ, достатъчна за хранене на потомство.

По-големи асоциации на животни - стада, стадаИ колонии.Тяхното формиране се основава на по-нататъшното усложняване на поведенческите връзки в популациите.

Живот в група чрез нервни и хормонална системавлияе върху хода на много физиологични процеси в тялото на животното. При изолирани индивиди нивото на метаболизма се променя значително, резервните вещества се изразходват по-бързо, редица инстинкти не се проявяват и общата жизненост се влошава.

Положителен групов ефектсе проявява само до определено оптимално ниво на гъстота на населението. Ако има твърде много животни, това заплашва всички с липса на екологични ресурси. Тогава се включват други механизми, водещи до намаляване на броя на индивидите в групата чрез нейното разделяне, разпръскване или спад на раждаемостта.