Наследственная изменчивость - основа эволюции

1. Наследственная изменчивость – основа эволюции

Цели обучения:
Объяснять взаимосвязь между
наследственной изменчивостью и
эволюцией
Анализировать факторы, влияющие на
процесс эволюции

2.

Развитие эволюционных представлений
Автором первой стройной
эволюционной концепции был
Чарльз Дарвин, написавший по
этому поводу книгу:
«О происхождении видов путем
естественного отбора или о
сохранении благоприятственных
пород в борьбе за жизнь»
Чарльз Дарвин (1809 - 1882)

3.

Основная логика эволюционного учения
Наследственность
Изменчивость
Способность
организмов к
неограниченному
размножению
Ограниченность
условий среды
Организмы отличаются
друг от друга и могут
передавать свои
характерные
особенности потомкам
Выживают
наиболее
приспособленные
Естественный
отбор
Борьба за
существование

4.

Приспособления
Видообразование
Естественный отбор –
направляющий, движущий
фактор эволюции
Борьба за существование
Изменчивость
Изоляция
Дрейф генов
Волны жизни

5.

В итоге:
Живые системы приспосабливаются к
условиям окружающей среды
Естественный
отбор
На планете Земля существует
огромное количество видов живых
организмов
Могут сосуществовать высоко
организованные виды и виды с более
примитивным уровнем организации

6. Основные положения эволюционного учения Дарвина.

1. Многообразие
видов животных и
растений – это
результат
исторического
развития
органического
мира.

7.

2. Главные движущие
силы эволюции –
борьба за
существование и
естественный отбор.
Материал для
отбора дает
изменчивость.
Стабильность вида
обеспечивается
наследственностью.
Роль естественного отбора при
формировании
приспособлений.

8.

3. Эволюция органического мира
преимущественно шла по пути усложнения
организации живых существ.
Конвергентная эволюция: развитие приспособлений для парения в
воздухе у позвоночных.

9.

4.Приспособленность
к условиям
окружающей среды
– результат
действия
естественного
отбора.
Покровительственная окраска-мимикрия

10.

5. Могут
наследоваться как
благоприятные, так
и неблагоприятные
изменения. Но
“владельцы”
неблагоприятных
изменений, как
правило,
уничтожаются в
борьбе за
существование.

11.

6. Многообразие
современных пород
домашних животных и
сортов
сельскохозяйственных
растений является
результатом действия
искусственного
отбора.

12.

7. Эволюция человека связана с историческим
развитием человекообразных обезьян.

13.

Сущность теории Дарвина
Свойства внешней среды
Неоднородность
Ограниченность
и неоднородность
ресурсов
Свойства организмов
Наследственность
Изменчивость
Интенсивность
размножения
Борьба за существование
Естественный отбор
Приспособленность
организмов
к среде
Многообразие
органического
мира
Разные
направления
эволюции
Сосуществование
простых
и развитых
организмов

14.

Свойства внешней среды.
Кривая выживаемости
потомства дальневосточной
горбуши.
Свойства организмов.
Рост численности инфузорий при
неограниченном размножении.

15.

Изменчивость –
это способность приобретать
новые признаки под воздействием
различных факторов.

16.

Наследственная изменчивость
Соотносительная
- влияние одного и того же гена на
несколько признаков.
Комбинативная
- появление у потомков новых
комбинаций генов, унаследованных
от родителей.
Мутационная
- появление изменений в структуре:
1)генов - ГЕННЫЕ мутации
2)хромосом - ХРОМОСОМНЫЕ мутации
3)генома - ГЕНОМНЫЕ мутации

17.

Эволюция была бы невозможна, если бы
генетические программы воспроизводились
абсолютно точно!
Как вы знаете, копирование генетических
программ – репликация ДНК –
происходит с высочайшей, но не абсолютной
точностью. Изредка возникают
ошибки – мутации. Частота мутаций не
одинакова для разных генов,
для разных организмов.
Она возрастает, иногда очень
резко, в ответ на
воздействие внешних факторов,
таких как ионизирующая
радиация, некоторые химические
соединения, вирусы,…

18.

Мутационная изменчивость –
это первичный
материал всех эволюционных
преобразований.

19.

Вредные
Мутации
Летальные
Нейтральные
Полезные

20.

Следует помнить, что эта классификация условна.
Полезность, вредность, или нейтральность мутации зависит от
условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или
даже вредная для данного организма в данных условиях, может
оказаться полезной для другого организма и в других условиях, и
наоборот.
Жуки и комары не могли знать заранее, что люди изобретут инсектициды и
подготовить мутации защиты. Тем не менее, эти мутации возникали. Они
обнаруживаются даже в тех популяциях насекомых, которые с
инсектицидами не встречались. Эти мутации были нейтральными. Но как
только люди стали применять инсектициды, мутации стали не просто
полезными, они стали ключевыми для выживания. Те особи, которым по
наследству досталась такая мутация, вовсе не нужная их родителям,
приобрели колоссальное преимущество перед теми, кто такой мутации не
имел.

21.

Именно на увеличение количества
генетического материала в
значительной степени опиралось
нарастание сложности организации
живого в ходе исторического развития.

22.

Таким образом, несмотря на
чрезвычайную редкость каждой отдельной
мутации, в каждом поколении появляется
огромное количество носителей мутантных
генов. Благодаря мутационному процессу
генотипы всех организмов, населяющих
Землю, постоянно меняются; появляются
все новые и новые варианты генов (аллели),
создается огромное генетическое
разнообразие, которое служит материалом
для эволюции.

23. ???

В чем причина возникновения
борьбы за существование?

24. Борьба за существование (БЗС) –

– это многообразные
взаимоотношения организмов друг с
другом и условиями окружающей
среды.

25.

БЗС
Внутривидовая
Межвидовая
Борьба
с неблагоприятными
условиями

26. Внутривидовая борьба

– взаимоотношения между
организмами одного вида.

27. Межвидовая борьба

– взаимоотношения между
организмами разных видов.

28. Борьба с неблагоприятными условиями

29. Смысл БЗС:

формирование приспособленности
организмов
Итог БЗС:
естественный отбор

30. Понятие «естественный отбор»

• Избирательное
выживание и
размножение наиболее
приспособленных
организмов (Ч.Дарвин)
• Процесс, в результате
которого
преимущественно
выживают и оставляют
потомство наиболее
приспособленные особи
и погибают менее
приспособленные
(современное
определение)

31. Формы отбора

Естественный отбор
движущий
СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ
ДИЗРУПТИВНЫЙ

32. Стабилизирующая форма отбора

НАБЛЮДАЕТСЯ ПРИ
ДЛИТЕЛЬНОМ
СОХРАНЕНИИ
ПОСТОЯННЫХ УСЛОВИЙ
СРЕДЫ.
БЛАГОПРИЯТСТВУЕТ
СОХРАНЕНИЮ
ОПТИМАЛЬНОГО В
ДАННЫХ УСЛОВИЯХ
ФЕНОТИПА.
ПОПУЛЯЦИЯ ОСТАЕТСЯ
ФЕНОТИПИЧЕСКИ
ОДНОРОДНОЙ

33.

число особей
изменчивость признака

34. Движущая форма отбора

• НАБЛЮДАЕТСЯ В
МЕНЯЮЩИХСЯ
УСЛОВИЯХ СРЕДЫ.
• В ПОПУЛЯЦИ ОТ
ПОКОЛЕНИЯ К
ПОКОЛЕНИЮ
ПРОИСХОДИТ
ИЗМЕНЕНИЕ
ФЕНОТИПА В
ОДНОМ
НАПРАВЛЕНИИ.

35.

число особей
изменчивость признака

36. Дизруптивная форма отбора

• НАБЛЮДАЕТСЯ В
СЛУЧАЕ, КОГДА В
РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ
АРЕАЛА ДЕЙСТВУЮТ
РАЗЛИЧНЫЕ УСЛОВИЯ
СРЕДЫ.
• ВНУТРИ ПОПУЛЯЦИИ
ВОЗНИКАЕТ
НЕСКОЛЬКО
ОТЧЕТЛИВО
РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ
ФЕНОТИПИЧЕСКИХ
ФОРМ.

37.

число особей
изменчивость признака

38. Факторы эволюции: отбор Эволюция без генетики: типы отбора

Три главных типа отбора
При стабилизирующем отборе
среда благоприятствует организмам, признаки которых близки к
средним для данной популяции;
соответственно изменений в популяции либо не происходит, либо
они невелики. Дизруптивный
отбор благоприятствует крайним
значениям признаков и вызывает
разделение популяции на две.
Направленный отбор благоприятствует одному из крайних значений и приводит к сдвигу среднего
для данной популяции в сторону
крайнего значения. Кривые отражают частоту особей с определенным диапазоном изменчивости от
z до у; зачерненные области —
фенотипы, элиминированные
отбором; тонкие стрелки —
направление эволюционного
изменения; d — величина
изменения.

39. ТВОРЧЕСКАЯ РОЛЬ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА ПРОЯВЛЯЕТСЯ В ТОМ, ЧТО ДЕЙСТВУЯ МИЛЛИОНЫ И МИЛЛИАРДЫ ЛЕТ,ОН ВМЕСТЕ С ДРУГИМИ ФАКТОРАМИ

ЭВОЛЮЦИИ СОЗДАЛ ВСЕ
ОГРОМНОЕ МНОГООБРАЗИЕ ВИДОВ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ,
ПРИСПОСОБЛЕННЫХ К ЖИЗНИ.

40. Значение эволюционной теории.

1. Выявлены закономерности превращения
одной органической формы в другую.
2. Объяснены причины целесообразности
органических форм.
3. Открыт закон естественного отбора.
4. Выявлена сущность искусственного отбора.
5. Определены движущие силы эволюции.

41.

Все приспособления у организмов
вырабатываются
в конкретных условиях их среды
обитания .
Если условия среды меняются,
приспособления могут утратить свое
положительное значение,
они обладают относительной
целесообразностью

42.

Формирование адаптацийсложный результат
взаимодействия факторов
эволюционного процесса, где
направляющую роль играет
естественный отбор, который
связует требования среды
со структурой генотипа и
фенотипа организма

43. Дарвинизму необходима теория наследственности

• Иогансен (1903) доказывает, что в
генетически однородной «чистой линии»
(в которой не наблюдается
расщепление признаков) отбор
невозможен.
• Иогансен (1908) вводит понятие
популяция.
• Закон Харди-Вайнберга (1908).
Новый подход: оценка частоты генов в
популяции.
Иогансен (Johannsen)
Вильгельм Людвиг
(1857-1927)
В бесконечно большой панмиктической
популяции частоты аллелей
остаются постоянными.

44. Синтетическая теория эволюции – возникновение теоретической популяционной генетики

Случайные колебания частот генов в малых
популяциях впервые были изучены Райтом (1931),
который назвал их «дрейфом генов» и разработал
соответствующую математическую модель.
Независимо от него сходные процессы были
описаны Дубининым (1930) и смоделированы им
совместно с Ромашовым («Генетическое строение
вида и его эволюция», 1932) под названием
«генетико-автоматические процессы».
ДУБИНИН
Николай Петрович
(1906—1998)
«До открытия генетико-автоматических процессов
дарвинизм опирался только на приспособительные
явления. Теперь стало ясно, что кроме отбора,
мутаций, скрещивания есть ещё один, ранее
неизвестный основной фактор эволюции, который
обеспечивает разнообразие популяций по
нейтральным особенностям» (Н. Дубинин).

45. Синтетическая теория эволюции: мутации - элементарный эволюционный материал

«установленные проценты
возникающих мутаций (процент гамет,
содержащих … мутации на одно
поколение), составляют от нескольких
процентов до нескольких десятков
процентов на поколение.
… до сих пор не удалось обнаружить,
кроме хорошо нам известных … мутаций,
какие-либо другие элементарные типы
элементарных наследственных
изменений у живых организмов.»
Тимофеев-Ресовский
Мутантные формы листьев у смородинного
томата (Lycopersicon pimpinnellifolium)

46. Синтетическая теория эволюции: факторы эволюции

Факторы эволюции:
• мутации – увеличение
внутрипопуляционной
изменчивости
• рекомбинации – увеличение
внутрипопуляционной
изменчивости
• миграция – увеличение
внутрипопуляционной
изменчивости
• изоляция – снижение
внутрипопуляционной
изменчивости
• дрейф генов – случайное
ненаправленное изменение
частот генов, снижение
внутрипопуляционной
изменчивости
• отбор – адаптивное
направленное изменение
частот генов, снижение
внутрипопуляционной
изменчивости
Факторы эволюции – то, что смещает частоты генов

47. Факторы эволюции: дрейф генов

Самое значимое проявление
дрейфа генов – случайное
выпадение одного из
аллелей. В малой популяции
постоянно идут процессы
снижения генетического
разнообразия, накопления
гомозигот.
Дрейф генов – случайные колебания частот генных комбинаций
в небольших популяциях.

48. Факторы эволюции: дрейф генов

• Взаимодействие отбора и
дрейфа при конкуренции
жуков дикого типа и гена
«black» у Tribolium.
Эксперимент проводился
при двух численностях
популяций: N=10 N=100
Эффект дрейфа генов выражается тем сильнее, чем меньше
численность популяции. При N > 100 им можно пренебречь

49. Факторы эволюции: дрейф генов «Популяционные волны»

Колебания численности
некоторых млекопитающих
А – горностай (Mustella nivalis): 1
– северные популяции, 2 – 3 –
южные районы,
Б – заяц-беляк (Lepus timidis):
хищники (2 – рысь, 3 – волк, 4 –
лисица) в центральных районах
европейской части СССР
В – обыкновенная белка (Sciuris
vulgaris) (сплошная линия) и
величина урожая семян ели
(Picea excelsa) в Костромской
области
Г - землеройки рода Sorex и
максимальная высота паводков в
разные годы в той же области

50. Факторы эволюции: дрейф генов «Прохождение через бутылочное горлышко»

Распределение и величина очагов массового размножения водяной
полёвки (Arvicola terristris) в лесостепной зоне Западной Сибири на
протяжении семи лет.

51. Факторы эволюции: дрейф генов «Прохождение через бутылочное горлышко»

Схема колебаний численности на
границе ареала вида с образованием и
исчезновением отдельных
популяционных островков.
Стрелки – направления миграций из
основной части ареала, пунктир –
кратковременные объединения групп.
Богомолы – периодически
появляющаяся в Комсомольске-н/А и окрестностях
группа насекомых, стабильно обитающая южнее
Малмыжа.