Эволюционная роль мутации

Тема: Эволюционная роль мутаций

Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость – это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).

Рис. 1.

Мутационный процесс

Мутационный процесс – это один из главных источников наследственной изменчивости.

Гены мутируют с определенной частотой.

По современным представлениям, вероятность возникновения мутации в конкретной паре нуклеотидов составляет около 10^-8. Поэтому, если человеческий геном состоит из около 3 миллиардов нуклеотидов, то каждый человеческий потомок несет около 30 мутаций, которых не было у его родителей.

Мутации широко распространены в популяциях. Не все мутации затрагивают гены – большая часть мутаций накапливается в некодирующих последовательностях.

По своим последствиям для организма, мутации можно условно разделить на вредные, полезные и нейтральные (см. Схему 2).

Рис. 2.

Полезные мутации чрезвычайно редки. Можно предположить, что организмы, гомозиготные по вредным мутациям, будут постоянно исключаться из популяции. Частота мутантной аллели будет падать, соответственно, будет падать и доля гетерозигот. Но, на самом деле, в популяциях этого не происходит, потому что гетерозиготные организмы, как правило, оказываются более приспособленными к условиям внешней среды.

Рассмотрим это явление на примере популяций бабочки Берёзовой пяденицы. Кажется, что светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивной аллели, обитающих в лесу с темными стволами, должны полностью уничтожить враги. Единственной формой в данных условиях должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели. Но на самом деле в закопченных лесах южной Англии постоянно встречаются белые бабочки. Почему? Рецессивные аллели в популяции сохраняются у гетерозиготных организмов (см. Рис .3).

Рис. 3. Две формы березовой пяденицы на темном стволе дерева: легко различимая белая сверху и темная едва заметная под ней

Таким образом, хотя большинство мутаций в генах оказываются вредными, они все-таки присутствуют в популяции. Стоит отметить, что мутации, оказавшиеся вредными в одном случае, могут быть полезными в другом.

Например, мутации насекомых, приводящие к рождению бескрылых особей, безусловно, вредны, и такие особи проигрывают своим крылатым соперникам. Но когда эти насекомые попадают на берег моря или горные перевалы, где дуют очень сильные ветры, то бескрылые особи получают преимущество перед крылатыми насекомыми.

Таким образом, мутационный процесс создает резерв для наследственной изменчивости; увеличивая генетическое разнообразие популяции, он создает основу для естественного отбора.

Скорость мутаций

Скорость возникновения мутаций в целом постоянна для каждого таксона, но в разных царствах живых организмов она отличается. Максимальна эта скорость возникновения мутаций (мутагенеза) у микроорганизмов и вирусов.

Скорость мутаций иногда может скачкообразно возрастать. Обычно это происходит при попадании организма в неблагоприятные условия среды. В таком случае скорость мутации может ускоряться более чем на порядок.

Вредные мутации у диплоидных организмов обычно проявляются только в гомозиготном состоянии. В крупных популяциях такие мутации реже проявляются, чем в малочисленных группах особей. При близкородственном скрещивании (например, между братьями и сестрами) мутантные аллели чаще попадают в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе.

 Тема:Эволюционная роль мутации

Задания

А

1.Что такое мутации?

2.Что такое естественный отбор?

3.Что такое приспособленность организмов?

В

1.Какова роль мутационной изменчивости в процесссе эволюции?

2.Перечислите известные виды отбора и дайте им краткую характеристику. Приведите примеры.

3.Охарактеризуйте приспособленноасть организмов. В результате каких процессов она образуется?Относительна ли прспособленность?

Заполните таблицу.

Домашнее задание

1. Что такое мутации? Как они возникают? Какими они бывают?

2. Что такое элиминация? Как происходит элиминация вредной мутации?

3. Что такое относительная приспособленность организма? В чем она выражается?

4. Какие факторы называют мутагенными? В чем их польза и вред?

5. Какова скорость возникновения мутаций?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Википедия (Источник).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.

3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. – 5-е изд., стереотип. – Дрофа, 2010. – 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Главные направления эволюционного процесса.

равлениях эволюционного процесса было разработано русским учёным А. Н. Северцовым.

Биологический прогресс — направление эволюции, характеризующееся повышением приспособленности систематической группы живых организмов к среде обитания.

Критерии биологического прогресса:

• увеличение численности особей;

• расширение ареала;

• увеличение числа таксонов (популяций, подвидов, видов и т. д.).

Биологический прогресс — это результат успеха систематической группы в борьбе за существование. Он обеспечивается появлением новых приспособлений, полезных в данной среде обитания. Организмы выживают и размножаются, что приводит к увеличению численности и освоению новых мест обитания. Возникают новые популяции. Они подвергаются действию разнонаправленного естественного отбора и постепенно превращаются в новые виды, виды — в роды, роды — в семейства и так далее. Происходит увеличение числа таксономических групп и их совершенствование.

В состоянии прогресса в настоящее время находятся многие сорняки (одуванчик, пырей, марь белая), вредители сельскохозяйственных культур (колорадский жук, фитофтора). Их прогресс связан с деятельностью человека.  

Биологический прогресс достигается тремя путями: повышением организации и освоением новой среды обитания; приспособлением к новой среде и её заселением; понижением организации и освоением более простой среды.

Эволюционное изменение, ведущее к усложнению строения и функций организмов, повышающее общий уровень их организации, позволяющее освоить новую среду обитания — ароморфоз.

Ароморфозы привели к возникновению крупных систематических групп: типов, отделов, классов, некоторых отрядов.

Примеры ароморфозов у животных:

• двусторонняя симметрия тела;

• сквозной кишечник;

• трахейное дыхание у членистоногих;

• лёгочное дыхание у позвоночных;

• альвеолярные лёгкие;

• четырёхкамерное сердце;

• два круга кровообращения;

• теплокровность.

Примеры ароморфозов у растений:

• возникновение фотосинтеза;

• формирование тканей;

• возникновение листа, стебля, корня;

• появление семени;

• образование цветка и плода.

Эволюционное изменение, приспосабливающее организмы к конкретным условиям существования, но не повышающее общий уровень их организации — идиоадаптация (алломорфоз).

Идиоадаптации возникают на основе ароморфозов и позволяют систематической группе более полно заселить среду обитания. Приводят к возникновению видов, родов, семейств.

Примеры идиоадаптаций:

• разные типы листьев и стеблей у растений;

• разное строение цветков у растений;

• видоизменения побега растений;

• разные клювы у птиц;

• разная форма тела и окраска рыб;

• разные типы ротовых аппаратов насекомых.

Идиоадаптации ротовых органов насекомых

Упрощение строения организмов при переходе в более простую среду обитания — дегенерация.

Примеры общей дегенерации:

• упрощение нервной системы и органов чувств у паразитических червей;

• редукция пищеварительной системы у ленточных червей;

• редукция головы у двустворчатых моллюсков;

• исчезновение крыльев у некоторых паразитических насекомых;

• редукция листьев у паразитических растений.

Растение-паразит петров крест

Двустворчатый моллюск беззубка

Биологический регресс — направление эволюции, характеризующееся понижением приспособленности систематической группы живых организмов к среде обитания и её постепенным вымиранием.

Критерии биологического регресса:

• снижение численности особей в систематических группах; 

• сужение ареала;

• уменьшение числа таксонов (популяций, подвидов, видов и т. д.).

Виды, находящиеся в состоянии регресса, нуждаются в охране и занесены в Красную книгу. Этоуссурийский тигр, бурый и гималайский медведи, чёрный аист, венерин башмачок, женьшень и многие другие.

Задания

А

1.Что такое макроэволюция?Чем она отличается от микроэволюции?

2.Как вы понимаете общее,небиологическое,значение слов прогресс и регресс?

3.Перечислите главные направления эволюционного процесса.

В

1.Приведите примеры и охарактеризуйте ароморфоз,его роль в эволюции.

2. Приведите примеры и охарактеризуйте идиоадаптацию,его роль в эволюции.

3. Приведите примеры и охарактеризуйте общую дегенерацию,его роль в эволюции.

Заполните таблицу.