ответы экзамена по биологии 2018- 2019 / биология 2019- леч- вгма - [e-mail]

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

В основе биологической эволюции лежат процессы самовоспроизведения макромолекул и организмов.

Биологическая эволюция – необратимое и направленное историческое развитие живой природы.

Биологическая эволюция сопровождается:

-изменением генетического состава популяции;

-формированием адаптаций;

-образованием и вымиранием видов;

-преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Возникает соответствие организмов и внешней среды. Каждый может существовать и воспроизводить себе подобных только в среде, соответствующей ему.

1809 год – Жан Батист Ламарк сосредоточил внимание на прогрессивном развитии организмов.

Принципы эволюции (по Ламарку)

1.Существование у организмов внутреннего стремления к самосовершенствованию.

2.Способность у организмов приспосабливаться к обстоятельствам, т.е. внешней среде.

3.Частые акты самозарождения.

4.Передача по наследству приобретенных признаков и черт.

Важная заслуга – 2 положение. Ламарк не смог доказать свою теорию, кроме того отсутствовали эмпирические факты, подтверждающие его точку зрения. Позднее возник неоламаркизм.

Постулаты теории Дарвина.

1.Окружающий мир не статичен, а постоянно развивается. Виды непрерывно изменяются, одни виды возникают, другие вымирают.

2.Эволюционный процесс происходит постепенно и непрерывно. Эволюционный процесс – это не совокупность отдельных скачков или внезапных изменений.

3.Сходные организмы происходят от общего предка и связаны узами родства.

4.Теория естественного отбора.

До 30-х годов ХХ века, когда появилась теория синтетической эволюции, было много расхождений. Все теории можно разделить на 4 группы:

-монистические;

-синтетические;

-теория прерывистого равновесия;

-теория нейтральных мутаций.

Монистические теории объясняют эволюционные изменения действием одного фактора.

-эктогенетические – изменения вызываются непосредственно средой.

-эндогенетические – изменения контролируются внутренними силами, истинный ламаркизм.

69

-случайные события («случайности») – спонтанные мутации, рекомбинации.

-естественный отбор.

Синтетические теории объясняют эволюционные изменения действием многих факторов.

-большинство теорий ламаркистского толка;

-поздние взгляды Ч.Дарвина;

-ранний этап «современного синтеза»;

-современный этап.

1926г – Четвериков в «Экспериментальной биологии» издал статью «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Связал некоторые факты Дарвина.

1935г – И.И.Воронцов сформулировал основные положения синтетической теории эволюции (11 постулатов).

Синтетическая теория эволюции.

1.Наименьшей единицей эволюции является местная популяция.

2.Основным фактором эволюции является естественный отбор.

3.Эволюция носит дивергентный характер (конвергентная, параллельная).

4.Эволюция носит постепенный поэтапный характер (иногда скачкообразный).

5.Обмен аллелями и поток генов происходит только в пределах одного

51

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

биологического вида.

6.Макроэволюция идет путем микроэволюции.

7.Вид состоит из множества соподчиненных единиц.

8.Понятие вида неприемлемо к формам, не имеющим полового размножения.

9.Эволюция осуществляется на основе изменчивости (т.н. тихогенез).

10.Таксон имеет монофилитические возможности (происходит от одного предка).

11.Эволюция непредсказуема.

Стало ясно, что элементарная единица эволюции не один организм, а популяция. Установлено, что причина эволюции – не отдельный фактор, а взаимодействие между многими факторами, которые реализуются в результате естественного отбора.

Синтетическая теория эволюции принимается большинством ученых. Все положения на уровне микроэволюции доказаны, на уровне макроэволюции они еще недостаточно подтверждены, поэтому создаются новые эволюционные теории.

Помимо синтетической теории интересна концепция прерывистого равновесия. В эволюции чередуются периоды стабильности видов с короткими периодами бурного видообразования. Появление внезапных мутаций связано с регуляторными генами. Однако у растений регуляторные гены не обнаружены.

Теория нейтральных мутаций. Авторы – Кинг, Кимура – 1970г. Появилась после открытия закономерностей в молекулярной биологии. Основным фактором на молекулярном уровне является не естественный отбор, а случайности, которые приводят к закреплению нейтральных или почти нейтральных мутаций. Происходят изменения в последовательности триплетов ДНК, соответственно изменяются белки. Изменения ДНК обусловлены случайным дрейфом генов. Теория не отрицает роли естественного отбора, но считает, что только небольшая часть изменений ДНК является адаптивной. Большинство изменений филогенетического влияния не оказывают, они не селективны, нейтральны и не оказывают

никакой роли на эволюцию. Теория имеет доказательства: лейцин колируется 6 триплетами, причем предпочтительных у разных видов животных. Изменение триплета в данном случае ничего не меняет, однако, разные триплеты у разных животных выполняют функцию «ключа».

94. Понятие о биологическом виде. Концепции вида. Реальность биологического вида. Структура и критерии вида. Вид как генетически изолированная система.

Биологический вид можно считать самой большой популяционной единицей. Биологический вид в природе – явление уникальное.

Завацкий - «Общие признаки биологического вида».

1)численность;

2)тип организации/определенный набор хромосом;

3)воспроизведение (в процессе размножения вид сохраняет себя);

4)дискретность (вид существует и эволюционирует как обособленное образование);

5)экологическая определенность. Вид приспособлен к определенным условиям, там он и конкурентоспособен;

6)географическая определенность/ареал вида;

7)многообразие форм – внутренняя структура вида – популяции;

8)историчность. Вид - система, способная эволюционно развиваться;

9)устойчивость;

10)целостность. Вид – племенная общность, объединенная определенными адаптациями и внутривидовыми отношениями

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биологических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособившихся к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал.

Виды представляют собой устойчивые генетические системы, так как в природе отделены друг от друга целым рядом барьеров

Вид представляет собой одну из основных форм организации живого. Однако определить, принадлежат ли данные особи к одному виду или нет, иногда бывает трудно. Поэтому для решения вопроса о принадлежности особей к данному виду используется целый ряд критериев:

52

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

Морфологический критерий – главный критерий, основанный на внешних различиях между видами животных или растений. Этот критерий служит для разделения организмов, которые четко отличаются по внешним или внутренним морфологическим признакам. Но следует отметить, что очень часто между видами существуют очень тонкие отличия, которые можно выявить лишь при длительном изучении данных организмов.

Географический критерий – основан на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (ареала). Ареал – это географические границы распространения вида, размеры, форма и расположение в биосфере которого отлично от ареалов других видов. Однако этот критерий также недостаточно универсален по трем причинам. Во-первых, ареалы многих видов географически совпадают, во-вторых, существуют виды космополиты, для которых ареалом является практически вся планета (кит-касатка). В-третьих, у некоторых быстрорасселяющихся видов (домового воробья, домовой мухи и др.) ареал настолько быстро изменяет свои границы, что не может быть определен.

Экологический критерий – предполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения, т.е. занимает определенную экологическую нишу.

Этологический критерий – заключается в том, что поведение животных одних видов отличается от поведения других.

Генетический критерий – заключает в себе главное свойство вида – его генетическую изоляцию от других. Животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой. Конечно, вид не может быть полностью изолирован от потока генов со стороны близкородственных видов, но при этом он сохраняет постоянство генетического состава на протяжении эволюционно длительного времени. Самые четкие границы между видами проходят именно с генетической точки зрения.

Физиолого-биохимический критерий – этот критерий не может служить надежным способом разграничения видов, так как основные биохимические процессы протекают у сходных групп организмов одинаково. А в пределах каждого вида существует большое число приспособлений к конкретным условиям обитания путем изменения протекания физиологобиохимических процессов.

По одному из критериев нельзя точно различать виды между собой. Определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основании совокупности всех или большинства критериев. Особи, занимающие определенную территорию и свободно скрещивающиеся между собой, называются популяцией.

95. Популяция – элементарная единица вида. Основные характеристики популяции. Генетическая структура популяции. Закон Харди-Вайнберга: содержательное и математическое выражение.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Совокупность генов всех особей в популяции называется генофондом популяции. В каждом поколении отдельные особи вносят больший или меньший вклад в общий генофонд в зависимости от их приспособительной ценности. Неоднородность организмов, входящих в популяцию, создает условия для действия естественного отбора, поэтому популяция считается наименьшей эволюционной единицей, с которой начинается эволюционные преобразования вида — видообразования.

Популяция – группа особей одного вида, достаточно долго населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой в естественных условиях и дающих плодовитое потомство.

Величина популяции нестабильна. Реальные популяции различны по форме и числу особей.

Структура популяции.

-пространственная конфигурация;

-система размножения;

-скорость миграции.

В зависимости от пространственной конфигурации выделяют:

-большие непрерывные популяции (десятки и сотни километров).

-мелкие колониальные популяции (соответствуют островному типу). В системе размножения большие диапазоны значений.

-аутогамные популяции - размножаются путем самооплодотворения.

-аллогамные популяции – размножаются путем перекрестного оплодотворения.

В аутогамных - преобладают гомозиготные организмы, доля гетерозигот мала.

Аллогамные популяции характерны для всех животных и некоторых растений. Состав аллелей определяется мутациями и, в большинстве своем, рекомбинациями генов. Т.к. потомство происходит благодаря скрещиванию, доля гетерозигот велика. Числа генотипов достигают значений, характерных для закона Харди – Вайнберга. Пока факторы эволюции не подействуют, соотношения сохраняются. Факторы микроэволюции вызывают хромосомные аберрации, мутации и другие изменения – это основной фактор эволюции.

Факторы эволюции.

1. Мутационный процесс.

2. Поток генов.

3. Дрейф генов.

4. Естественный отбор

53

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

96. Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, поток генов, генетико-автоматические процессы (дрейф генов), естественный отбор. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов.

Факторы микроэволюции вызывают хромосомные аберрации, мутации и другие изменения – это основной фактор эволюции.

Факторы эволюции.

1.Мутационный процесс.

2.Поток генов.

3.Дрейф генов.

4.Естественный отбор.

Мутационный процесс и поток генов создают изменчивость. Дрейф генов и естественный отбор ее сортируют, работают над ней и определяют ее судьбу.

Мутационный процесс. Каждый мутантный аллель впервые появляется очень редко. Если он нейтрален – происходит элиминирование. Если полезен

– накапливается в популяции.

Поток генов. Новый ген может проявиться только в результате мутации, но популяция может его получить при иммиграции носителя данного гена из другой популяции. Поток генов – перенос генов из одной популяции в другую. Поток генов можно считать запаздывающим эффектом эволюционного процесса. Носители потока генов различны.

Естественный отбор слагается из разных процессов:

-движущий (направленный, прогрессивный) отбор – установлен Ч.Дарвином.

-стабилизирующий.

-дизруптивный (разрывающий) Мауер.

Движущий отбор – направленный отбор, при котором популяция изменяется вместе со средой обитания. Возникает при постепенном изменении популяции вместе со средой.

Стабилизирующий отбор – отбор, возникающий, когда среда не меняется, популяция же хорошо адаптирована, элиминируются крайний формы, численность растет.

Дизруптивный отбор – отбор, при котором происходит элиминирование средних форм, а сохраняются крайние варианты.

Генетический полиморфизм. Чем полиморфнее популяция, тем легче идет процесс видообразования.

Дрейф генов. Выполнение закона Харди – Вайнберга возможно только в идеальных популяциях. В малых популяциях есть отклонения от этого распределения. Случайные изменения генотипов и частот аллелей при переходе из одного поколения в другое поколение – дрейф генов, который характерен для малой популяции.

1)популяционная система состоит из ряда изолированных колоний;

2)популяция имеет большой размер, затем сокращается и вновь восстанавливается за счет выживших особей;

3)большая популяция дает начало нескольким колониям. Особи – родоначальницы образуют колонии

Изоляция –

возникновение любых барьеров, нарушающих панмиксию. Изоляция бывает пространственной и биологической. При пространственной изолирующие барьеры находятся вне популяции: горы, водные преграды и т.п. Биологическая изоляция обеспечивается двумя группами механизмов:

1)устраняющие скрещивание (разное поведение, разные сроки брачного периода, разная экология и т.п., особенности строения половых органов);

2)скрещивание происходит, но потомство отсутствует или оно бесплодно (гибель зигот).

Изоляция как элементарный эволюционный фактор сходна с двумя предыдущими факторами своей неопределенностью и ненаправленностью, однако не является поставщиком эволюционного материала, а лишь усиливает и закрепляет первоначально возникшие стадии генотипической дифференцировки.

97. Естественный отбор. Формы естественного отбора. Творческая роль естественного отбора в эволюции.

54

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

творческая роль естественного отбора, состоит в том, что, изменяя признаки в соответствии с изменениями условий среды — усиливая полезные и ослабляя признаки, утратившие приспособительное значение, естественный отбор преобразует организацию потомков по сравнению с предками, создавая новые виды.

98. Популяционная структура человечества. Дем. Изолят. Близкородственные и ассортивные браки. Особенности генофондов изолятов, их отличия от генофондов больших по размерам популяций людей.

Изоляция — это нарушение панмиксии и потока генов. Изоляция имеет несколько видов, которые являются основополагающими факторами видообразования.

Географическая изоляция — это пространственная, территориальная, климатическая изоляция, возникающая вследствие прекращения миграции и панмиксии географическими преградами. Биологическая изоляция — это биологические барьеры межпопуляционному скрещиванию. Географическая изоляция обуславливается различными областями проживания организмов, а биологическая изоляция обуславливает прекращение панмиксии и потока генов между двумя видами вследствие биологических и морфофизиологических особенностей.

Изоляция, независимо от ее видов, имеет ряд важных значений:

1.Она нарушает панмиксию;

2.Усиливает в изолятах инбридинг;

3.Закрепляет генотипическую дифференцировку;

4.Ведет к формированию нескольких популяций из одной исходной. Естественный отбор — процесс, приводящий к выживанию и преимущественному

размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. Для сферы действия естественного отбора существует одно ограничение: естественный отбор не может изменить организацию какоголибо вида без пользы для него самого и лишь на пользу другому виду. Чаще всего отбор направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу. Однако отбор часто ведет к созданию признаков и свойств, невыгодных для отдельной особи и полезных для популяции и вида в целом. Генетической основой естественного отбора является наследственная изменчивость, а причиной — влияние условий окружающей среды. Результатом длительного действия отбора является преобразование популяционного генофонда, замена одних количественно преобладающих генотипов другими.

Дем, или генетическая популяция — относительно небольшая внутривидовая группировка сходных особей, живущих на ограниченной территории и скрещивающихся между собой. Число входящих в состав дема особей может колебаться во времени, но обычно оно составляет до нескольких десятков особей. В природе демы, как и виды, могут оставаться неизменными на протяжении многих поколений.

Изоляты небольшие, генетически изолированные популяции разных видов организмов, в т. ч. людей, внутри которых происходит ассортативное (выборочное) скрещивание. Дрейф генов — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в

популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот.

Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Особенности генофондов малочисленных популяций:

малый прирост – чем меньше выборка, тем больше отсев;

малый приток генов из других популяций – уменьшает генетическое разнообразие; высокая степень близкородственных браков – увеличивает число больных гомозигот;

дрейф генов – приводит к сглаживанию изменчивости внутри группы и появлению случайных, не связанных с отбором различий между изолятами.

99. Особенности действия элементарных эволюционных факторов в человеческих популяциях. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика, волны численности, миграция населения, смешанные браки, гибридные популяции как поток генов, изоляция, дрейф генов, естественный отбор.

Популяция людей – группа людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Популяция численностью 1500-4000 человек – дем, менее 1500 человек – изолят.

Особенности мутационного процесса В последнее время давление мутационного процесса на генофонд человеческих популяций усиливается, что связано с

загрязнением окружающей среды мутагенными факторами (химические, ионизирующая радиация, аварии на АЭС). Увеличение частоты мутаций ведет к увеличению частоты наследственных заболеваний.

Особенности действия изоляции На ранних этапах становления человека в человеческих популяциях изолирующими барьерами являлись географические

преграды (горы, моря и океаны). В настоящее время в качестве изолирующих барьеров выступают социальные факторы: культура, религия, язык, экономический уклад, национальные обычаи и т.п. Они оказались очень стойкими.

Действие изоляции на протяжении длительного времени привело к морфологическим различиям отдельных популяций людей. Примеры. Африканские племена бушмены выделяются своеобразным строением ушной раковины. Народность на Камчатке коряки отличается широким углом нижней челюсти. Народность на острове Хоккайдо (Япония) айны характеризуется исключительным развитием бороды у мужчин.

55

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

Особенности популяционных волн Основная тенденция в изменении численности населения Земли – это увеличение:

неолит (6,5-8,5 тысяч лет назад) – 5 млн. человек; начало новой эры – 200 млн. человек; 1989 год – 5,1 млрд. людей; 2000 год – 6 млрд. людей. Вместе с тем в истории развития любой популяции имели место как резкие

подъемы, так и спады численности – популяционные волны. Чаще всего причинами резкого сокращения численности являлись войны и эпидемии особо опасных инфекций (чума).

Особенности действия естественного отбора В человеческих популяциях действует стабилизирующая форма естественного отбора, направленная на сохранение генофонда

популяций. Стабилизирующий отбор может быть как положительным, так и отрицательным.

Положительный естественный отбор направлен на сохранение особей, отрицательный – на устранение из популяции особей с нежелательным генотипом.

Отрицательный отбор в свою очередь может быть направлен против гетерозигот и против гомозигот.Примером

отрицательного отбора, направленного против гетерозигот, может служить наследование Rh-фактора. Rh-фактор контролируется тремя доминантными тесно сцепленными генами, поэтому их можно условно принять за один.

D – ген, определяющий Rh-фактор, d – ген, не определяющий Rh-фактор

Среди европейцев Rh-фактор имеют 85% населения. Они называются резус-положительными. В семье, где мать Rh-отрицательна,

а отец Rh-положителен, ребенок будет Rh-положительным: Р ♀ dd	♂ DD
F1	Dd

При нарушении целостности плаценты эритроциты плода попадают в кровь матери, в организме которой будут вырабатываться антитела против чужеродного белка. Однако первая беременность, как правило, заканчивается рождением здорового ребенка. При повторной беременности антитела проникают через плаценту в организм плода и развивается гемолитическая болезнь новорожденного, которая без оказания помощи ведет к гибели ребенка. Таким образом, из популяции устраняется гетерозиготная особь.

Примером отрицательного отбора, направленного против гомозигот, служит наследование серповидноклеточной анемии. Индивидуумы с генотипом SS умирают в раннем детском возрасте. Следовательно, из популяции удаляются сразу два патологических гена.

Однако в популяции, наряду с отрицательным отбором, направленным против гомозигот, действует положительный отбор, направленный на сохранение гетерозигот Ss. Гетерозиготы Ss в 14 раз реже болеют малярией, поэтому естественный отбор сохранит такие особи.Положительный отбор, направленный против отрицательного отбора, называется контротбор.

Генетический полиморфизм – наличие в популяции нескольких генетических форм в состоянии длительного равновесия, бывает адаптационный и балансированный.

Адаптационный (приспособительный). Пример: у виноградной улитки часть особей популяции, обитающая на песчаных почвах, имеет белый вход в раковину, а другая часть – красный цвет, они обитают на глинистой почве. У двухточечной божьей коровки есть красные и черные особи. Красные хорошо переносят зиму, а черные хорошо размножаются летом.

Балансированный – гетерозиготный – отбор благоприятствует сохранению гетерозиготных особей. Имеет большой биологический смысл – обеспечивает выживаемость особей в изменяющихся условиях окружающей среды, создает резерв наследственной изменчивости. Приспособленность любой реальной популяции всегда хуже приспособленности идеальной популяции, которая состояла бы только из нужных в данный момент генотипов. Разность между приспособленностью идеальной и реальной популяций называется генетическим грузом. Различают генетический груз мутационный (обусловлен мутациями в данном поколении) и сегрегационный (обусловлен мутациями, которые передались от предков).

В медицине наблюдаются следующие проявления генетического полиморфизма:

1)неравномерное распределение заболеваний на планете;

2)различная тяжесть течения заболеваний;

3)неодинаковая предрасположенность к наследственным заболеваниям.

Для человеческих популяций также характерен генетический груз. Он эквивалентен числу рецессивных генов, которые в гомозиготном состоянии ведут к гибели индивидуума до наступления репродуктивного периода. У отдельных людей число таких генов колеблется от 3 до 8.

Наличие генетического груза ведет к тому, что в каждом поколении 50% зигот не дают потомства: 15% – гибнут до рождения, 3%

–гибнут при рождении, 2% – гибнут сразу после рождения, 3% – не достигают половой зрелости, 20% – не вступают в брак, 10%

–бездетны.

Генетический груз в человеческих популяциях не имеет того биологического смысла, как в природных популяциях животных, однако перешел к человеку по наследству.

100. Отбор в пользу гетерозигот и против гетерозигот. Примеры.

Отбор против гетерозигот хорошо виден на примере резус-отрицательных людях. Если резус-фактор матери отрицателен, а отца положителен – происходит эритробластоз плода. Гетерозиготы плохо приспособлены. В популяции происходит гомозиготизация населения. В популяции существует естественный отбор и в пользу гетерозигот. Например, существуют несколько видов гемоглобина. Hb A, Hb S. Они дадут 3 генотипа:

Hb A Hb A

Hb A Hb S

Hb S Hb S – серповидно-клеточная анемия.

В результате точковой мутации гемоглобин теряет растворимость, эритроцит приобретает форму серпа, развивается анемия и весьма вероятен летальный исход (большинство людей не доживают до половой зрелости). Однако в некоторых районах неблагоприятных по малярии было замечено, что гетерозиготы не болеют этим заболеванием и не умирают от нее. В нормальных условиях более

56

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

приспособлены Hb A Hb A, на равнинах наблюдается гипоксия людей с Hb A Hb S. В неблагоприятных условиях приспособительная способность Hb A Hb A менее 1.

101. Генетический груз и его эволюционное значение.

Генетический груз – часть наследственной изменчивости популяции, определяющая появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в результате естественного отбора.

Существует 3 типа генетического груза.

1.Мутационный.

2.Сегрегационный.

3.Субституционный.

Каждый тип генетического груза коррелирует с определенным типом естественного отбора.

Мутационный генетический груз - побочное действие мутационного процесса. Стабилизирующий естественный отбор удаляет вредные мутации из популяции.

Сегрегационный генетический груз – характерен для популяций, использующих преимущество гетерозигот. Удаляются хуже приспособленные гомозиготные особи. Если обе гомозиготы летальны – половина потомков погибает.

Субституционный генетический груз – происходит замена старого аллеля новым. Соответствует движущей форме естественного отбора и переходному полиморфизму.

Впервые генетический груз в популяции человека был определен в 1956г в Северном полушарии и составил 4%. Т.е. 4% детей рождались с наследственной патологией. За последующие годы было введено более миллиона соединений в биосферу (более 6000 ежегодно). Ежедневно – 63000 химических соединений. Растет влияние источников радиоактивного излучения. Структура ДНК нарушается.

Генетическая гибельгибель организмов, обусловленная естественны отбором, она уменьшает репродуктивный потенциал популяции.

102. Генетический полиморфизм: классификация. Адаптивный потенциал популяции человека

Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов.

Полиморфизм бывает:

-генный;

-хромосомный;

-переходный;

-сбалансированный.

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови.

3 аллеля -А, В, О.

JªJª, JªJ° - А

JªJв, Jв J° - В

JªJв - АВ

J° J° - О

Генетический полиморфизм широко распространен и лежит в основе наследственной предрасположенности к заболеваниям. Однако болезни наследственных предрасположений проявляются лишь при взаимодействии генов и среды. Условия среды – недостаток или избыток питательных веществ, наличие психогенных факторов, токсических веществ и др.

Генетический полиморфизм создает все условия для протекающей эволюции. При появлении нового фактора в среде популяция способна адаптироваться к новым условиям. Например, устойчивость насекомых к различным видам инсектицидов.

Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

57

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях. У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f, Hp 2fs. Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Широкий полиморфизм помогает популяции приспосабливаться к условиям среды. У здоровых людей нет противоречия между средой и генотипом, если возникает это противоречие - проявляются болезни наследственного предрасположения.

103. Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Значение генетического полиморфизма в прошлом, настоящем и будущем человечества (медико-биологический и социальный аспекты).

Генетический полиморфизм сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений.

Масштабы полиморфизма ДНК таковы, что между последовательностями ДНК двух людей, если только они не однояйцевые близнецы, существуют миллионы различий. Эти различия подразделяют на четыре большие категории:

фенотипически не выраженные (например, полиморфные участки ДНК, используемые для идентификации личности молекулярногенетическими методами); вызывающие фенотипические различия (например, в цвете волос или росте), но не предрасположенность к заболеванию; играющие некоторую роль в патогенезе заболевания;

играющие основную роль в развитии заболевания. Значение:

Генетическая изменчивость в популяции предоставляет исходный материал для действия естественного отбора и генетического дрейфа, то есть, является необходимым элементом для микроэволюционных процессов. В частности, известны работы о неэффективности отбора в чистых линиях (при отсутствии генетического разнообразия). С другой стороны, генетическая изменчивость сама по себе является продуктом действия факторов микроэволюции.

Генетическое разнообразие имеет большое значение для экологической пластичности популяций. Наличие нескольких аллелей по аллозимным локусам в популяции позволяет этой самой популяции адаптироваться к варьирующим условиям, в которых наличие у особей тех или иных аллелей даёт преимущество. Например, два широко распространённых у Drosophila melanogaster варианта гена алкогольдегидрогеназы оказывают в гомозиготном состоянии альтернативно полезное или вредное воздействие, в зависимости от температурных условий среды.

104. Макроэволюция. Типы (направления) эволюции групп. Арогенез и ароморфозы. Аллогенез и идиоадаптация. Примеры.

Направление филогенеза каждого конкретного таксона определяется адаптивной зоной, в которой этот таксон эволюционирует, и возможностями перестройки данной группы. Проблема главных направлений эволюционного процесса анализирует соотносительную роль каждого из упомянутых факторов в определении этих направлений

Морфофизиологический прогресс – изменение структуры и общей жизнедеятельности на пути эволюции от простых форм к сложным, от одноклеточных к многоклеточным, от двухслойных к трехслойным.

Морфофизиологический регресс – упрощение организации, выражающееся в редукции одних органов на пути эволюции (хорда у оболочников). Часто регрессивное развитие одних органов сопровождается прогрессивным развитием других (редукция крыльев у вшей сопровождается приспособительным развитием конечностей).

Значение биологического прогресса заключается в том, что он играет важную роль в эволюции и обеспечивает главные направления эволюции.

Путей достижения биологического прогресса может быть несколько. Северцов выделял четыре: ароморфоз, идиоадаптации, общая дегенерация, ценогенез. Он назвал их главными направлениями эволюционного процесса.

Ароморфоз (морфофизиологический прогресс) обеспечивает общее повышение организации, развитие приспособлений широкого назначения и как следствие этого, овладение новой средой обитания.

Крупные морфофизиологические изменения, которые приводят к расширению адаптивной зоны данной группы живых организмов,

называю арогенезом.

Примером может служить появление класса Птиц. Проникнут в новую адаптивную зону, те освоить воздушное пространство, предки современных птиц смогли благодаря следующим ароморфозам: появлению крыла как органа полета, развитию мозжечка и переднего мозга, появлению четырехкамерного сердца, теплокровн

58

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

Идиоадаптация (морфофизиологическое приспособление) обеспечивает приспособление к частным условиям обитания. Частные морфофизиологические изменения, связанные с приспособлением внутри одной адаптивной зоны с возникновением близким форм, различающихся адаптациями одного масштаба, называют также аллогенезом.

Ярким примером идиоадаптации является приобретение плавательной перепонки на задних конечностях у водоплавающих птиц. Примерами идиоадаптаций являются также приспособления придонных рыб к жизни на дне: уплощенная форма тела, окраска под цвет грунта у камбаловых и скатов.

У цветковых растений это многообразие приспособления цветка к перекрестному опылению: яркая окраска, наличие соцветий, запах.

Идиоадаптацию Шмальгаузен разделил на два типа приспособлений: алломорфоз и специализация. Под алломорфозом он понимал преобразование организации, связанные с дальнейшим приспособлением при сохранении того же, что и у предков, типа соотношения со средой. Специализация рассматривалась как снижение экологической валентности, те как приспособления к узким условиям среды. Т.о, алломорфоз можно считать продолжением эволюции в адаптивной зоне предков или сменой адаптивной зоны на другую, но не более широкую, чем первичная. Специализация же – сужение адаптивной зоны потомков по сравнению с предками.

Одновременно Шмальгаузеном было показано, что в большинстве филогенетических ветвей наблюдается довольно четкое чередование фаз преобразований организации в филогенезе данного таксона – фаз адаптациогенеза: эволюция крупного таксона начинается обычно с ароморфоза, затем таксон переходит к алломорфозу и далее к специализации. Ароморфозы и идиоадаптации составляют главные направления эволюционного развития.

Общая дегенерация дает приспособлении организма при общем понижении энергии жизнедеятельности. Однако морфофизиологическая дегенерация в определенных условиях может привести к арогенезу, те выходу группы в новую адаптивную зону и вести к биологическому прогрессу.

Примером являются виды, перешедшие к паразитическому образу жизни. Так виды класса Сосальщиков типа плоских червей не имеют кровеносной и дыхательной систем, а у видов класса Ленточных червей этого же типа отсутствует еще и пищеварительная система, тк место их обитания – тонкий кишечник человека и млекопитающих, где пища переварена.

Ценогенезы обеспечивают приспособительные изменения зародышей (образование провизорных органов).

Любые эволюции ведут к адаптивным преобразованиям организации, разница лишь в соотношении между прогрессивным развитием одних морфологических систем и дегенерацией других. Пути эволюции крупных систематических групп тесно связаны между собой, переходят один в другой, постоянно чередуется с идиоадаптацией или дегенерацией. При этом арогенез происходит значительно реже, чем аллогенез, тк он, как правило, определяет новый этап в развитии органического мира

105. Макроэволюция. Её соотношение с микроэволюцией. Формы филогенеза (эволюции групп): филетическая, дивергентная, конвергентная и параллельная эволюция. Примеры.

Существуют две элементарные формы филогенеза: филетическая и дивергентная эволюция.

Филетическая эволюция — это изменения, происходящие в одном филогенетическом стволе, эволюционирующем во времени как единое целое. Реконструированы филогенетические ряды слона, лошади и других организмов, в которых можно наблюдать постепенное нарастание количества и степени выраженности признаков, характерных для современных форм (рис. 13.4).

59

Я могу говорить по-русски

[e-mail]

Рис. 13.4. Филетическая эволюция конечности в сем. Лошадиные.

I—преобразование скелета конечности; II—схема филетической эволюции:

предковая форма—фенакодус, 1— эогиппус, 2—миогиппус, 3—парагиппус, 4—плиогиппус, 5— лошадь; Ап—А5 — этапы эволюции

Дивергентная эволюция заключается в образовании на основе одной предковой группы двух или нескольких производных (рис. 13.5). Она приводит к дифференциации более крупных таксонов на более мелкие, например классов на отряды, родов на виды.

Как филетическая, так и дивергентная эволюция протекают на общей генетической базе, поэтому между организмами сохраняется более или менее выраженное генотипическое и морфофункциональное сходство.

Сопоставление филогенеза в разных группах позволяет выделить и некоторые общие закономерности соотносительной эволюции. Так, при попадании в одну и ту же среду обитания двух или более филогенетических групп неродственных организмов у них обычно проявляется конвергенция признаков. При этом сходные экологические задачи они решают сходным образом. Конвергентные адаптации возникают в этом случае на разной генетической основе, затрагивают в первую очередь поверхностные признаки, не распространяясь на общий план строения и наиболее существенные черты организации соответствующих групп. Примером конвергентной эволюции являются форма тела и особенности локомоции в воде у акуловых рыб, водных пресмыкающихся — ихтиозавров, костистых рыб, пингвинов, ластоногих и китообразных млекопитающих, внутреннее строение которых полностью соответствует особенностям, характерным для классов, к которым они относятся (рис. 13.6).

Другая форма соотносительной эволюции — параллелизм — реализуется в двух или нескольких группах, связанных более или менее отдаленным родством, которое основано на дивергенции от общего предка. В связи с общностью части генофондов, унаследованных от предков, у них возникают сходные адаптации в условиях действия факторов отбора в одинаковом направлении. Параллельное филетическое развитие двух родственных групп обеспечивается реализацией закона гомологических рядов (см. разд. 13.3.5). Примером параллелизма является эволюция одногорбого и двугорбого верблюдов соответственно в Африке и Центральной Азии, имеющих сходные адаптации к жизни в пустынях

60