Способы изоляции по биологии

Факторы эволюции

Следует выделить четыре основных фактора эволюции: мутационный процесс, изоляция, популяционные волны (и дрейф генов), а также единственный направленный фактор эволюции — естественный отбор.

Мутационный процесс

Мутации (лат. mutatio — изменение) — стойкое изменение генома (наследственного материала), которое может быть унаследовано потомками организма. Процесс возникновения мутаций — мутагенез.

Мутации подразделяются на:

• Генные
• Хромосомные
• Геномные

Большинство мутаций возникает спонтанно и вредит организму. Часть мутаций являются рецессивными, поэтому не проявляются и передаются многим поколениям, накапливаясь в генофонде популяции.

Мутации напоминают колоду карт: неизвестно, что выпадет — чаще всего это карты невысокого ранга, козыри — большая удача. Так и мутации, большинство из них вредные, приводят к развитию опухолей. Полезные встречаются гораздо реже. Как игра в карты, все подчиняется случайности.

Популяционные волны

Все виды подвергаются воздействию периодически возникающих популяционных волн — уменьшению или увеличению численности особей. Популяционные волны могут возникать по ряду причин:

• Сезонные изменения, периодические изменения какого-либо значимого фактора среды
• Непериодические изменения, например, в результате природных катастроф, изменение численности популяций хищник-жертва
• Заселение новых территорий, ярким примером которого является бурный рост численности кроликов, завезенных в Австралию

Колебание численности популяций по типу «хищник — жертва» является классическим примером популяционных волн. Представим себе популяцию зайцев (жертв), которая бурно увеличилась в численности. Зайцами питаются лисица, волк (хищники). С увеличением их кормовой базы (зайцев) наблюдается и рост численности хищников, которые поедают зайцев, вследствие чего численность зайцев снижается. С уменьшением кормовой базы, снижается и число хищников. Так в природе устанавливается баланс между хищниками и жертвами.

Особенно весомым фактором эволюции популяционные волны выступают в небольших популяциях. Их участие в эволюционном процессе основано на явлении дрейфа генов.

Форма гена — аллель, с которым вы подробнее познакомитесь в ходе изучения генетики, встречается в популяции с определенной частотой. Дрейф генов — изменение частоты встречаемости аллельных вариантов генов.

Дрейф генов обусловлен случайными причинами: у особей образуются гаметы, несущие различные формы аллельных генов. Не все из гамет принимают участие в процессе оплодотворения: здесь вновь руководит случайность. Вследствие этого одни аллельные формы генов могут встречаться в популяции часто, другие — редко.

Если представить, что часть особей, составляющих одну популяцию, погибли по тем или иным причинам, то редкие гены в оставшихся особях могут увеличить свою частоту, то есть в результате размножения оставшихся особей редкие гены начнут встречаться более часто — это и есть дрейф генов.

В закрытых популяциях не только животных, но и людей — в религиозных общинах, происходит возрастание гомозиготности популяции, что приводит к снижению ее жизнеспособности и проявлению редких аллелей.

Такое повышение встречаемости аллелей возникает в результате близкородственных браков: проявляются редкие гены, которые часто приводят к заболеваниям.

Изоляция

Изоляцией называют невозможность или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Вследствие этого, генофонды двух популяций становятся независимыми друг от друга. Внутри каждой популяции происходит генотипическая дифференцировка из-за их разобщенности.

Популяции приобретают все больше различий, и в результате действия естественного отбора из этих популяций могут образоваться различные новые виды. Выделяется два вида изоляции:

Географическая (пространственная)

Географическая (греч. geo — земля) изоляция может возникать вследствие географических барьеров — пустыни, горы, водоемы.

Биологическая (экологическая, временная)

• Экологическая — особи обитают на одной территории, но в различных местах обитания (к примеру, разделены друг от друга непроходимой чащей)
• Временная — изоляция вследствие разновременности половой активности, периода цветения
• Этологическая — изоляция вследствие различного брачного поведения
• Механическая — отличия в строении половых органов, невозможность спаривания

Естественный отбор

Изученные нами факторы эволюции: мутации, популяционные волны и дрейф генов, изоляция — все они носят случайный, ненаправленный характер. Они приводят к появлению различных признаков у отдельных особей, которые могут быть как полезны, нейтральны, так и вредны для особи.

Таким образом, перечисленные факторы создают основу, «базу» для действия единственного направленного фактора эволюции — естественного отбора. В ходе естественного отбора особи с полезными признаками, которые помогают им приспособиться к условиям внешней среды и способствуют выживанию, остаются и размножаются, а особи без этих признаков выживают реже и не продолжают род.

Закон естественного отбора безапелляционно провозглашает: будь приспособлен — или умри. Выживает в природе не самый сильный, а самый приспособленный. Иногда выжить животным помогает и сила, но гораздо больше других примеров. Многие животные сливаются с окружающей средой: приобретают покровительственную окраску (мимикрию), которая делает их незаметными.

Иногда безобидные животные, в результате приспособления к внешней среде, приобретают окраску тела, напоминающую окраску опасных хищных животных. Примером может послужить внешнее сходство мухи из семейства журчалок с осой.

Многие хорошо защищенные, ядовитые виды в ходе естественного отбора получили яркую, так называемую предупреждающую окраску. Эта окраска предупреждает хищников об опасности. Если хищник съест такое ядовитое животное, то рискует получить тяжелую интоксикацию и погибнуть.

Теперь вы понимаете, что признаки животных — различные формы их тела и окраска — являются приспособлениями к условиям внешней среды, это — полезные признаки, которые в ходе естественного отбора позволили животным выжить и размножиться. Таким образом, естественный отбор это отбор особей, с наиболее приспособленным к среде фенотипом.

Необходимо осознавать относительность приспособленности к окружающей среде. Она помогает выживать лишь при определенных условиях, и, если условия меняются, то окраска может оказаться вовсе не полезной, но даже и вредной. К примеру, при таянии снега заяц-беляк становится еще более заметен на голой земле.

Действие естественного отбора обусловлено несколькими факторами:

• Генетическое разнообразие особей, на основе которого возникают различные признаки
• Способность к неограниченному размножению (избыточность потомства)
• Борьба за существование

Если первые два фактора очевидны, то третий нуждается в более детальном рассмотрении. Чарльз Дарвин выделял несколько форм борьбы за существование:

Внутривидовая борьба

Самая ожесточенная борьба. Происходит между особями, принадлежащими к одному виду. Благодаря внутривидовой борьбе происходит половой отбор: к размножению редко допускаются неприспособленные особи, род продолжают лучшие из лучших.

Возникает между особями, которые принадлежат к разным видам. Более приспособленный к условиям среды вид побеждает и размножается, менее приспособленный — проигрывает и вымирает. Примером могут послужить формы взаимодействий: хозяин-паразит, хищник-жертва, симбиоз.

Борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды

В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи. Примером такой борьбы являются сезонные миграции птиц, зимняя спячка у животных.

Формы естественного отбора

Различают несколько форм отбора:

Стабилизирующий

Открыт И.И. Шмальгаузеном. Стабилизирующий отбор приводит к сужению нормы реакции, устраняя отклонения от нее. В результате преимущество получают особи, обладающие средней степенью признака, который характерен для вида или популяции. Этот отбор действует при стабильных (неизменных) условиях среды.

Примером действия стабилизирующего отбора может послужить буря: во время бури чаще всего выживают птицы со средней длиной крыла, тогда как особи с слишком короткими, или слишком длинными крыльями погибают.

Новый термин, который вы увидели — норма реакции — подразумевает способность генотипа, в зависимости от условий среды, формировать различные фенотипы.

Чем шире норма реакции, тем более интенсивное влияние оказывает среда на признак. Признаки подразделяются на:

• C узкой нормой реакции — цвет глаз, число пальцев у человека, окраска цветов растения
• C широкой нормой реакции — рост и вес человека, размеры листьев растения

Движущий естественный отбор приводит к смещению нормы реакции, в результате чего изменяется среднее значение признака. Этот вид отбора действует при изменяющихся условиях среды.

Известным примером является индустриальный меланизм — возникновение меланистических форм животных (греч. melanos — чёрный), отличающихся темным окрасом. Это явление началось в Англии со второй половины XIX века вследствие бурного развития промышленности.

Из-за копоти, оседающей на поверхности стволов деревьев, бабочки со светлой окраской — берёзовые пяденицы — стали заметны на стволах деревьев и легко поедались птицами. В результате остались только приспособленные — бабочки с темным окрасом, которые были незаметны на стволах деревьев, вследствие чего они выживали и размножались.

Направлен на сохранение в популяции крайних значений признаков, не благоприятствует среднему промежуточному значению признака. В результате в популяции сохраняется более чем одно значение признака.

Типичным примером является появление в луговых сообществах раноцветущих и поздноцветущих растений. В результате летних покосов, особи со средним значением признака, у которых цветение приходит на середину лета, постепенно исчезают из популяции растений. Выживают и размножаются только те растения, у которых цветение происходит до или после покосов.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Способы изоляции по биологии

Область биологии описывает «изоляцию» как процесс, посредством которого двум видам, которые могли бы иначе произвести гибридное потомство, препятствуют сделать это. Существует пять процессов изоляции, которые препятствуют скрещиванию двух видов: экологический, временной, поведенческий, механический / химический и географический.

Экологическая Изоляция

Экологическая изоляция, или среда обитания, происходит, когда два вида, которые могли бы скрещиваться, этого не делают, потому что виды живут в разных областях. Например, в Индии и лев, и тигр существуют и способны к скрещиванию; однако лев живет на пастбищах, а тигр живет в лесу. Два вида живут в разных средах обитания и не будут встречаться друг с другом: каждый изолирован от других видов.

Временная изоляция

Временная изоляция — это когда виды, которые могут скрещиваться, не делают этого, потому что разные виды размножаются в разное время. Эта временная разница может возникать в разное время суток, в разное время года или между ними. Например, полевые сверчки Gryllus pennsylvanicus и G. veleti становятся половозрелыми в разные времена года, один весной, а другой осенью.

Поведенческая изоляция

Поведенческая изоляция относится к тому факту, что многие виды выполняют разные ритуалы спаривания. Это общий барьер между животными. Например, некоторые виды сверчков будут спариваться только с мужчинами, которые производят определенную песню спаривания. Другие виды ритуалов могут включать в себя брачный танец или испускание аромата. Эти подсказки игнорируются видами, не привыкшими к ритуалу.
Механическая или химическая изоляция

Механическая изоляция вызывается структурами или химическими барьерами, которые удерживают виды изолированными друг от друга. Например, у цветковых растений форма цветка будет соответствовать естественному опылителю. Растения, которые не имеют правильной формы для опылителя, не получат передачу пыльцы. Кроме того, определенные химические барьеры препятствуют образованию гамет. Эти химические барьеры позволяют сперматозоидам только нужного вида оплодотворять яйцеклетку.

Географическая изоляция

Географическая изоляция относится к существующим физическим барьерам, препятствующим спариванию двух видов. Например, вид обезьяны, который находится на острове, не может размножаться с другим видом обезьяны на материке. Вода и расстояние между двумя видами держат их изолированными друг от друга и лишают их возможности размножаться.

Источник

Изоляция в биологии. Определение. Примеры.

Понятие изоляции в биологии может быть репродуктивным или географическим. Результат, впрочем, в обоих случаях схожий, пусть и не одинаковый – исключение возможности к скрещиванию, или же затруднение этого процесса. Соответственно, в биологии изоляция рассматривается, как один из элементарных эволюционных факторов, и в конечном счёте она приводит к образованию новых видов.

Репродуктивная изоляция в биологии

Существуют различные виды репродуктивной изоляции, различающиеся причинами. При этом результат у них один и тот же – невозможность скрещивания представителей родственных видов, или же значительное затруднение этого процесса.

Формы репродуктивной изоляции

• Экологическая. Различие условий обитания живых организмов, например, популяции рыб нерестятся в разных местах, как некоторые виды лососей и родственных им рыб.
• Этологическая. Снижение вероятности оплодотворения ввиду различий в образе жизни и поведения, например, у разных видов птиц отличаются ритуалы ухаживания и брачные песни, вследствие чего которых они не скрещиваются между собой. Например, утки и родственные им птицы.
• Анатомо-морфо-физиологическая. Возникновение у живых организмов различий в строении, размерах отдельных органов половой системы, или в биохимических аспектах репродуктивной функции. Соответственно, они не могут иметь потомство. Пример – колибри разных видов, ареалы обитания которых пересекаются.
• Генетическая. Возникновение в популяции несовместимых гамет или появление гибридов с пониженной жизнеспособностью, плодовитостью или стерильностью. Довольно редкий случай.
• Временная. Представители родственных видов не скрещиваются друг с другом из-за различий в сроках размножения и суточных циклах. Примером могут служить мухи-дрозофилы видов Drosophila pseudoobscura и D. persimilis, которые обитают в одних и тех же местах и занимают одну и ту же экологическую нишу. Но они активны в разное время суток, и, соответственно, между собой они не скрещиваются, что укрепляет различия между двумя этими родственными видами.

Читайте также:
Основные направления и пути эволюции
Формы естественного отбора
Дрейф генов
Формы искусственного отбора

Географическая изоляция в биологии

Именно географическая изоляция является одним из самых распространённых факторов эволюции. Какая-либо популяция, отделённая от других географическими препятствиями вроде гор, рек и морей, начинает развиваться другим путём. При этом может произойти разделение популяции на подвиды, которые постепенно займут вакантные экологические ниши. Примером могут служить лемуры разных видов, которые в наше время сохранились только на острове Мадагаскар. В далёком прошлом эти приматы водились и на материковой части Африки, но там они вымерли, не выдержав конкурентной борьбы за существование с другими приматами, то есть с обезьянами. Но из-за географической изоляции их популяция на Мадагаскаре уцелела, и сейчас в разных уголках этого острова обитают разные виды лемуров.

Оцените статью и поделитесь ей в соцсетях!

Средний рейтинг: 4.8 / 5. Количество оценок: 18

Источник