Движущие факторы эволюции

Движущие силы эволюции по Ч. Дарвину и современные факторы

Ч.Дарвин выделил 3 движущие силы эволюции: наследственность, изменчивость, борьба за существование и естественный отбор.

Наследственность – свойство живых организмов сохранять свои признаки и передавать их последующим поколениям.

Изменчивость - свойство живых организмов изменять свои признаки и приобретать новые в течение жизни. Изменчивость бывает ненаследственной и наследственной.

Наследственная изменчивость – форма изменчивости, при которой изменяется генотип организма. Изменения генотипа возникают у каждого организма, независимо от внешней среды и передаются по наследству.

Модификационная (ненаследственная изменчивость) – форма изменчивости, при которой изменяется фенотип организма, по наследству не передается. Имеет норму реакции.

Борьба за существование – сложные многообразные отношения организмов между собой и с окружающей средой. Бывает 3 видов: внутривидовая, межвидовая и борьба с неблагоприятными условиями.

Причиной борьбы за существование является несоответствие между количеством организмов, размножающихся в геометрической прогрессии и ограниченностью жизненных ресурсов: кормов, территории, света, воды, партнера.

Наиболее острой является внутривидовая борьба, т.к. организмы нуждаются в сходных (одинаковых0 условиях жизни.

Примеры разных видов борьбы

Естественный отбор (ЕО) – процесс избирательного выживания и размножения наиболее приспособленных к среде обитания особей. Является результатом борьбы за существование.

Отбор имеет направленный характер и бывает 3 видов, отличающихся условиями и результатами:

Различие между формами ЕО заключается в том, что действуют в разных условиях, выживают особи с разными значениями признака. Стабилизирующий отбор действует в неменяющихся условиях среды, выживают особи только со средним значением признака, остальные погибают. Способствует сохранению реликтовых форм. Движущий отбор действует в плавно меняющихся условиях среды, выживают особи с каким-то одним отклонением от среднего значения признака, либо с маленьким, либо с большим. Позволяет организмам приспосабливаться к меняющимся условиям среды и выживать. Дизруптивный отбор действует в резко меняющихся условиях среды, выживают особи с двумя отклонениями от средней нормы признака, и с большими, и с меньшими. Позволяет приспособиться к размножению в разные сроки.

Кроме естественного отбора существует и искусственный отбор. Ч.Дарвин считал искусственный отбор главной движущей силой в селекции сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов.

Искусственный отбор – это деятельность человека по превращению диких форм в культурные формы, по созданию новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов.

Массовый отбор производится с группой организмов, обладающих нужными признаками, индивидуальный - работа с одной особью с интересующими человека признаками.

Бессознательный отбор проводится без поставленной цели, стихийно. Методический отбор проводится целенаправленно, с конкретной целью.

Все три движущие силы взаимосвязаны, действуют постоянно. Но, только ЕО имеет направленный характер, т.е. приводит к образованию новых видов, устраняет особей с неудачными комбинациями генов.

Наследственная изменчивость → Борьба за существование → Образование новых видов

Эволюционные факторы – это любые явления и процессы, оказывающие воздействие на эволюцию

К современным факторам эволюции относятся:

Изоляция - исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида из разных популяций. Возникают различные преграды, поэтому изоляция бывает нескольких видов:

Географическая изоляция

Географическая изоляция заключается в пространственном разобщении популяций благодаря особенностям ландшафта в пределах ареала вида — наличию водных преград для «сухопутных» организмов, участков суши для видов-гидробионтов, чередованию возвышенных участков и равнин. Ей способствует малоподвижный или неподвижный (у растений) образ жизни

Биологическая изоляция бывает экологической, этологической и механической.

К экологической изоляции приводят особенности окраски покровов или состава пищи, размножение в разные сезоны, у паразитов — использование в качестве хозяина организмов разных видов. Данная изоляция происходит, когда два вида, которые могли бы скрещиваться, этого не делают, потому что они живут в разных областях. Лев и тигр живущие в Индии, способны к скрещиванию. Однако лев живет на пастбищах, а тигр живет в лесу. Они живут в разных средах обитания, и не будут встречаться друг с другом.

Этологическая (поведенческая) изоляция существует благодаря особенностям ритуала ухаживания, окраски, запахов, «пения» самок и самцов из разных популяций, многие виды выполняют разные ритуалы спаривания. Это общий барьер между животными. Глухари или тетерева ведут бои за обладание самкой. Другие виды ритуалов могут включать в себя брачный танец или испускание аромата, ухаживание за самкой. Эти действия будут игнорироваться теми видами, которые к такому ритуалу не привыкли.

Механическая изоляция - при данной изоляции препятствием к скрещиванию являются различия в структуре органов размножения или просто разница в размерах тела. У растений такая форма изоляции возникает при приспособлении цветка к определенному виду опылителей. Кроме того, определенные химические барьеры препятствуют образованию гамет. Эти химические барьеры позволяют сперматозоидам только нужного вида оплодотворять яйцеклетку.

Генетическая изоляция (репродуктивная) изоляция создает более жесткие, иногда непреодолимые барьеры скрещиваниям. Она заключается в несовместимости гамет, гибели зигот непосредственно после оплодотворения, стерильности или малой жизнеспособности гибридов.

Значение изоляции

Исключает свободное скрещивание, препятствует обмену генетической информацией между популяциями, что приводит к обособлению популяций и превращению в самостоятельные виды. Она усиливает генотипические различия, создаваемые мутационным процессом. Возникающие внутривидовые группировки отличаются по генетическому составу и испытывают неодинаковое давление отбора.

Дрейф генов

Дрейф генов – случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции. Открыт Дубининым и Ромашовым. Обычно это явление характерно для малых популяций, здесь действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. В малых популяциях частота мутантного аллеля меняется быстро, случайным образом, и с высокой вероятностью происходит либо утрата аллеля, либо его высокая концентрация.

Пример: в искусственно созданных популяциях концентрация нормального (А) и мутантного (а) аллелей оставила 50%. Спустя несколько поколений оказалось, что в некоторых популяциях все особи стали гомозиготными по мутантному аллелю(а), в других популяциях он был вовсе утрачен, и, наконец, часть популяций содержала как нормальный, так и мутантный аллель.

Результат дрейфа генов:

1) может возрастать генетическая однородность популяции (гомозиготность),

2) в популяции может утрачиваться аллель, снижающий жизнеспособность особей, в – третьих, может возрастать концентрация редких аллелей.

Значение: приводит к изменению частот аллелей в популяции.

Закон Харди — Вайнберга: В популяции бесконечно большого размера, в которой не действует естественный отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо гену будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению:

Основной смысл данного закона состоит в том, что в идеальной популяции соотношение частоты доминантных гомозигот (АА), гетерозигот (Аа) и гомозигот сохраняется постоянным , если никакие эволюционные факторы не нарушают это равновесие.

Мутацииp 2 + 2 p q + q 2 = 1 {\displaystyle p^{2}+2pq+q^{2}=1}

Мутационный процесс – это спонтанный процесс возникновения мутаций. Мутационный процесс - мощный фактор изменения генотипа и генофонда. Мутации - это стойкие редкие изменения генотипа, генов и хромосом. Мутации редки, в процессе эволюции от возникновения первой клетки до появления человека произошло 10¹⁸ мутаций. Мутации бываю соматические и генеративные. Соматические возникают в соматических клетках, а генеративные – в половых клетках. Бывают спонтанные и индуцированные. Спонтанные возникают сами, произвольно, а индуцированные вызываются человеком, воздействием химических веществ или радиацией. Мутации бывают нейтральные, полезные, вредные, летальные. Мутации делятся на генные, геномные, хромосомные.

Генные мутации: дальтонизм, гемофилия, альбинизм, полидактилия, серповидно-клеточная анемия. Геномные мутации: синдором Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера.

Хромосомные мутации: заячья губа, волчья пасть, лейкемия, синдром «кошачьего крика». Большинство мутаций рецессивные.

Большое влияние на мутационный процесс оказывают мутагены - факторы, которые вызывают устойчивые наследуемые изменения в молекулах ДНК, в хромосомах, в генотипе. Мутагенами могут быть физические агенты (ультрафиолетовое, рентгеновское, космическое излучение, нейтроны, протоны, гамма-, альфа-, бета-частицы), химические и биологические агенты. Физические мутагены - ионизирующие факторы. Они вызывают хромосомные перестройки.

Значение: приводят к изменению генофонда популяции. Служат материалом для эволюции - поставляют элементарный эволюционный материал – обеспечивают разнообразие.