Способы изоляции внутри популяции

Изоляция как эволюционный фактор, ее формы и влияние на генофонд природных популяций

Изоляция – это ограничение свободы скрещивания (панмиксии) между популяция­ми одного вида. Снижая уровень панмиксии, изоляция приводит к увеличению доли близкородст­венных скрещиваний, а это увеличивает гомозиготизацию популяции. Изоляция яв­ляется необходимым условием сохранения, закрепления и распространения в попу­ляциях генотипов повышенной жизнеспособности. Изоляция бывает: географическая и биологическая. Географическая изоляция связана с особенностями территории или с радиусами индивидуальной активности организмов.

Биологическая изоляция бывает:

■ физиологической (особенности процессов жизнедеятельности),

■ генетической (несовместимость гамет).

Значение изоляции: она закрепляет все то, что возникает под действием мутаци­онного процесса.

Дать определение естественного отбора, поле его действия, элементарный объект его, точка приложения.

Естественный отбор — это сложный биологический процесс исключения из размножения генотипов с малой приспособительной ценностью, и сохранения благоприятных генных комби­наций разного масштаба. Поле его действия – популяция. Элементарный объект – особь. Точка приложения – конкретные признаки.

В чем сущность движущей формы естественного отбора. Пример.

Движущий отбор (направленный), способствующий выживанию и размножению особей происходит при сдвиге значения признака в сторону его усиления или ослаб­ления.

Пример: замещение в популяции крабов животных с широким головогрудным щитком на животных с узким щитком в связи с увеличением количества ила.

В чем сущность стабилизирующей формы естественного отбора. Пример.

Стабилизирующий отбор способствует выживанию и размножению особей со средним значением признака. Пример: сотрудник одного из университетов США подобрал после снегопада и сильного ветра 136 оглушенных воробьев. 72 выживших воробья имели крылья средней длины, тогда как 64 погибших птицы были либо длиннокрылыми, либо короткокрылыми.

В чем сущность дизруптивной формы естественного отбора. Пример.

Разрывающий отбор (дизруптивный) способствует выживанию и размножению особей с разными фенотипами, с равной приспособленностью, в разных условиях среды.

Пример: в зависимости от преобладающего цвета почвы виноградные улитки имеют

раковины коричневой, желтой, розовой окраски.

Генетический груз природных популяций и его биологическая сущность.

Генетический груз популяции:

■ сегрегационный груз (это все рецессивные гомозиготы со сниженной

■ мутационный груз (это все вредные мутации).

Генетический полиморфизм природных популяций, определение. Адаптационный полиморфизм, его сущность, пример адаптационного полиморфизма.

Генетический полиморфизм — это существование в популяции более двух генетиче­ски разных форм. Адаптационный полиморфизм возникает, когда естественный отбор действует на 2 или больше генетически разные формы в разных условиях среды, которые периодически возникают. То есть отбор благоприятствует разным генотипам. Так, в популяциях двухточечных божьих коровок Adalia bipuncata при уходе на зимовку преобладают черные жуки, а весной — красные. Это происходит потому, что красные формы лучше переносят холод, а черные интенсивнее размножаются в летний период.

Что общего и какие различия между экологическим и географическим видообразованием.

Общее: относятся к постепенному видообразованию. Различия:

■ географическое видообразование, связанное с географической изоляцией популя­ций и превращением их в новые географические виды с не перекрывающимися ареалами. Иначе — аллопатрическое видообразование.

■ экологическое видообразование, связанное с экологической изоляцией, приводя­щей к образованию новых экологических видов с перекрывающимися ареалами.

Популяции людей. Демографические и генетические характеристики.

Популяция – это группа людей, которые занимают определенную территорию и свободно вступают в брак. Например, жители одного города, района, острова.

Демографическая характеристика определяется:

· уровнем рождаемости и смертности

Генетическая характеристика определяется генофондом. Генофонд – это все гены всех людей из этой популяции, все генотипы.

· частотой встречаемости генов

· генетическим полиморфизмом (разнообразием).

Изоляция в популяциях людей и ее влияние на генофонды популяций.

Изоляция человеческий популяций по сравнению с животным миром уменьшилась, и у неё появились другие причины (религиозные, экономические, культурные традиции, образовательный ценз, и др.). Снижение изоляции приводит к увеличению генетического разнообразия людей (полиморфизму).

Источник

Способы изоляции внутри популяции

По характеру изолирующих барьеров классифицируют географическую и репродуктивную (биологическую) изоляцию.

Географическая изоляция

Географическая изоляция — обособление определенной популяции от других популяций того же вида каким-либо труднопреодолимым географическим препятствием. Подобная изоляция может возникнуть в результате изменения географических условий в пределах ареала вида или при расселении групп особей за пределы ареала, когда «популяции основателей» могут закрепиться в некоторых обособленных районах с благоприятными для них условиями внешней среды. Географическая изоляция — один из важных факторов видообразования, так как она препятствует скрещиванию и тем самым обмену генетической информацией между обособленными популяциями.

Репродуктивная изоляция

Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению свободного скрещивания или образованию стерильного потомства. Классифицируют экологическую, этологическую, временную, анатомо-морфо-физиологическую и генетическую репродуктивную изоляцию . При этологическом характере репродуктивной изоляции для особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения ввиду различий в образе жизни и поведения, например, у разных видов птиц отличаются ритуалы ухаживания и брачные песни. При экологическом характере — различаются, условия обитания живых организмов, например, популяции рыб нерестятся в разных местах. При временной изоляции отличаются сроки размножения. При анатомо-морфо-физиологической репродуктивной изоляции у живых организмов возникают различия в строении, размерах отдельных органов половой системы, или возникают различия в биохимических аспектах репродуктивной функции. При генетическом характере репродуктивной изоляции возникают несовместимые гаметы или появляются гибриды с пониженной жизнеспособностью, плодовитостью или стерильностью.

Перечисленные формы репродуктивной изоляции возникают независимо друг от друга и могут сочетаться в любых комбинациях. Однако именно генетическую изоляцию считают одной из самых важных форм репродуктивной изоляции, так как остальные формы репродуктивной изоляции при видообразовании, в конечном итоге, ведут именно к возникновению независимости генофондов двух популяций. Возникновению репродуктивной изоляции часто способствует длительная географическая изоляция.

КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ

I.потенциальные партнеры не встречаются биотопическая изоляция (сравниваемые виды живут в разных местообитаниях)

сезонная изоляция ( сравниваемые виды размножаются в разные сроки)

II. потенциальные партнеры встречаются, но не спариваются поведенческая изоляция ( сравниваемые виды отличаются по окраске, брачным ритуалам, песне или запаху)

III. копуляция не приводит к осеменению механическая изоляция ( различное строение копулятивных органов у близкородственных видов)

IV. осеменение происходит, но яйца не оплодотворяются гибель гамет ( имуннологическая реакция на чужеродную сперму препятствует оплодотворению)

V.яйца оплодотворяются, но зародыш гибнет гибель зигот ( несовместимость геномов родительских видов приводит к нарушению эмбрионального развития)

VI. зародыш развивается нормально, но гибриды менее приспособлены к условиям существования, чем родительские виды

неполноценность гибридов ( у гибридов нарушаются эволюционно сложившиеся связи между генами родительских видов, при их размножении возникают сложности из-за необычности окраски и полового поведения)

VII.гибриды вполне жизнеспособны, но частично или полностью стерильны бесплодность гибридов различия в количестве и форме хромосом родительских видов приводит к затруднению или невозможности созревания половых клеток у гибридов

1. Изоляция, характеризующаяся различиями в размерах или форме половых органов или же в строении цветков.

2. Изоляция, ведущая к утрате способности особей разных популяций свободно скрещиваться друг с другом.

3. Гибрид ослицы с жеребцом.

4. Механизмы, действующие после образования зиготы, приводящие к снижению жизнеспособности или плодовитости гибридного потомства.

5. Изоляция, характеризующая разным временем размножения или спаривания у животных или цветения у растений происходящее в разное время суток.

6. Изоляция, характеризующая разным поведением в период размножения, что приводит к отсутствию взаимной привлекательности самца и самки.

7. Механизмы, предшествующие образованию зиготы, создающие препятствия для спаривания особей, относящихся к разным популяциям.

8. Гибрид лошади и осла.

9. Изоляция, когда популяции занимают одну и ту же территорию, но различные места обитания и поэтому не встречаются друг с другом.

Видообразование Это процесс возникновения новых видов в результате эволюции популяций исходного вида. Происходит в тех случаях, когда биологические виды расщепляются на два или более новых вида. Условия осуществления видообразования При видообразовании действуют естественный отбор, который приспосабливает популяции к условиям среды их обитания, и репродуктивная изоляция, которая обосабливает генофонды популяций и обеспечивает обособление расхождение признаков видов. Филетическое видообразование — преобразование существующих видов Гибридогенное связан со слиянием двух существующих видов А и В и образованием нового вида С Третий путь обусловлен Дивергенцией (разделением) одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов. Именно по этому пути шла в основном эволюция. Пути видообразования Формы внутривидовой изоляции. Пространственная изоляция возникает между популяциями, далеко отстоящими других от друга или разделенными географическими барьерами. Экологическая изоляция — форма биологической изоляции основывается на разнооб­разии организмов по экологии их раз­множения и предпочтительному мес­тообитанию. Способы видообразования географическое экологическое (аллопатрическое) (симпатрическое) если изоляция если изоляция географическая биологическая. Аллопатрическое (географическое) видообразование Видообразование на разных территориях — обусловлено географической (пространственной) изоляцией. Причиной такой изоляции могут быть: *большие реки для сухопутных животных, *горы — для равнинных и тому подобные препятствия, затрудняющие миграцию животных или распространение семян растений. Аллопатрическое видообразование Галапагосские вьюрки Галапагосские черепахи. Аллопатрическое видообразование Суслик серый Суслик крапчатый Их разделяет р.Днепр. Симпатрическое (экологическое) видообразование Начинается с разделения первично единой популяции на две или более группы организмов, которые затем продолжают видообразование . Это может происходить в результате экологической специализации. Симпатрическое видообразование Экологическая изоляция наблюдается при несовпадении мест обитания различных форм одного вида или нескольких близких видов, например лесного (слева) и лугового (справа) коньков. Экологическое видообразование Иногда в пределах единого ареала отдельные популяции (1-5) различаются условиями обитания. Из-за этого изменяется фенология особей, а в дальнейшем и их морфология. Севанская форель. Симпатрическое видообразование В африканским оз. Виктория, которое образовалось 12 тыс. лет назад, обитают более 500 видов рыб-цихлид, отличающиеся друг от друга по морфологии, образу жизни, поведению и ряду других признаков. Способы симпатрического видообразования Полиплоидизация Гибридизация Хромосомные перестройки. Сетчатое видообразование В последние десятилетия накапливаются данные о третьем способе — сетчатом видообразовании, связанном не с расхождением признаков в популяции, а с гибридизацией близких видов. Такое видообразование доказано для некоторых видов ящериц, рыб и цветковых растений. Изоляция гибридов от родительских видов обусловлена полиплоидностью гибридов. Полиплоидия Новые виды могут образоваться в результате полиплоидизации — внезапного увеличения числа хромосом. Например, культурная слива возникла в результате скрещивания терна и алычи, с последующим удвоением числа хромосом у гибридов.

Источник

Изолирующие механизмы

Урок 6. Общая биология 11 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Изолирующие механизмы»

Популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.

В природе нет чётких границ популяций. Нельзя сказать, например, что на одной территории обитает один вид, а на другой иной. В естественных условиях на одной территории могут находится сразу несколько видов. Но как известно скрещивание между ними не происходит.

Обмен генами между различными популяциями ослабляется или предотвращается разного рода преградами, известными под общим названием изолирующих механизмов.

Какими бывают изолирующие механизмы?

В целом изолирующие механизмы подразделяются на два основных типа.

К первому относят предзиготические механизмы, т. е. изолирующие механизмы, которые предшествуют образованию зиготы, создают препятствия для спаривания особей, относящихся к разным популяциям.

Ко второму типу изолирующих механизмов относят постзиготические механизмы. Они действуют после образования зиготы и приводят к снижению жизнеспособности или плодовитости гибридного потомства.

Итак, изоляция бывает: репродуктивная, экологическая, временная, пространственная, этологическая (поведенческая), географическая и молекулярная.

Однако, лишь в редких случаях изоляция видов создаётся одним изолирующим механизмом. Обычно несколько различных изолирующих механизмов действуют совместно.

Она возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за несоответствия в строении половых органов, различий в поведении и несовместимости генетического материала.

Репродуктивная изоляция была обнаружена между двумя популяциями рыб — нерок семейства лососёвых.

В 1937 году нерка была переселена в озеро Вашингтон (в США). Нерестилась она во впадающей в озеро реке. Где через какое-то время образовалась крупная речная популяция.

Через несколько лет было обнаружено, что часть особей озера стала нереститься не в реке, а в самом озере.

В 1992 г. было установлено, что «речные» и «озёрные» формы уже представляют собой две частично изолированные популяции, немного отличающиеся морфологически.

А у растений репродуктивная изоляция может возникать из-за невозможности прорастания пыльцы на рыльце пестика другого вида.

В некоторых случаях она все же прорастает, но пыльцевые трубки растут медленно.

Таким образом возникновение репродуктивной изоляции — ключевой этап видообразования.

Она обеспечивается экологическими факторами, когда популяции занимают одну и ту же территорию, но различные местообитания и поэтому не встречаются друг с другом.

Например, животные, которые обитают на берегу моря в зоне прилива и отлива хорошо изолированы от других видов, живущих на расстоянии всего лишь нескольких метров от них, но ниже зоны отлива.

Случаи экологической изоляции, связанные с различиями в пище, местообитании или географическом распространении, среди птиц достаточно обыкновенны.

Например, на островах Кергелен гнездятся два вида крачек:

Кергеленская крачка — гнездиться в октябре и ноябре, a Антарктическая крачка — на тех же самых гнездовьях в январе и феврале. Эти два вида отличаются также по питанию: кергеленская крачка держится у болот в глубине острова, кормится рыбой пресноводных водоёмов на островах и насекомыми на земле. А Антарктическая крачка — питается исключительно рыбой и морскими беспозвоночными.

Она характеризуется разным временем размножения, если спаривание у животных или цветение у растений происходит в разное время года или в разное время суток.

Например, популяции атлантической сельди в различных районах океана размножаются в разное время года. Имеются весенне-, летне-, осенне- и зимненерестующие сельди.

Почему так происходит? Дело в том, что размножение каждой из них зависит от развития мелкого планктона, которым питаются личинки сельди. А массовое развитие планктона в разных широтах происходит в разное время года. Поэтому и размножение атлантической сельди приходится на то время, когда планктона достаточно.

Два близких вида сосен сосна лучистая и сосна стройная произрастают в центральной части Калифорнийского побережья. Здесь у лучистой сосны пыльца осыпается рано, в феврале, а у стройной — на 6 недель позднее, в апреле, так что между этими двумя видами существует сезонная изоляция.

Максимум кладок серебристой чайки приходится на последнюю треть апреля. А у восточной клуши ― не раньше середины мая.

У многих животных период размножения начинается при строго определённых сочетаниях внешних факторов (например, температуры или освещённости). Эти факторы действуют как сигналы к началу спаривания. Например, лягушка прудовая откладывает икру, когда вода уже нагрелась. А травяная делает это раньше, не дожидаясь тепла. Поэтому и головастики её выходят раньше.

Различные виды реагируют на одни и те же факторы по-разному, что является причиной несовпадения сроков размножения. На графике показаны различия в сроках размножения у разных видов амфибий, живущих в одних и тех же районах.

На Гавайских островах обитает два вида фруктовых мушек, которые внешне очень похожи. Оба вида обитают в одних и тех же местах, питаясь соком одного и того же древесного растения. Однако их экологическое положение различно. Первый вид проводит жизнь в кроне деревьев, питаясь соком, стекающим по стволам и ветвям верхних ярусов, а второй — в лесной подстилке, отыскивая лужицы накапавшего с дерева сока. Скрещивания между этими видами никогда не происходит из-за пространственной разобщённости, которая возникает из-за разной экологической специализации.

Таким образом из-за разной экологической специализации возникают различия между популяциями.

Пространственная изоляция наблюдается и у близких видов синиц, которые обитают в Европейской части России. Их изоляция обусловлена различиями в местах кормёжки, и местах обитания.

Черноголовая гаичка (болотная) питается мелкими беспозвоночными, семенами и плодами растений. Большая синица питается насекомыми и другим кормом, как растительным, так и животным. Обыкновенная лазоревка питается насекомыми, пауками, реже семенами и ягодами. Чёрная синица (Московка) питается насекомыми и семенами хвойных пород деревьев. Буроголовая гаичка (пухляк) питается беспозвоночными и их личинками, а также семенами растений.

Экологические различия отражаются и в ряде небольших деталей внешнего строения, в том числе в изменениях длины и толщины клюва.

Этологическая, или поведенческая изоляция

Она характеризуется разным поведением в период размножения, что приводит к отсутствию взаимной привлекательности самца и самки.

Например, бабочки выделяют летучие хемосигналы — феромоны, по которым самцы и самки находят друг друга.

Органы, выделяющие феромоны, у самок находятся на заднем конце брюшка между 8 и 9 сегментами.

По феромонам самцы сатурний могут отыскать самку на расстоянии нескольких километров. Брачная окраска, поведение и сигналы самцов воспринимаются только самками того же вида. У чешуекрылых могут отмечаться сложные формы ухаживания — брачные полёты и танцы. Например, самка лимонницы летит впереди, а самец следует за ней, сохраняя постоянную дистанцию.

Подавление межвидового спаривания, обусловленное поведением, и создаёт этологическую изоляцию.

Например, у североамериканских светляков рода Photuris (фотурис), различный характер световых вспышек. Они определяются длительностью, частотой и интенсивностью.

Для каждого из совместно обитающих видов характерна своя световая траектория и свои типы испускаемых световых сигналов.

Перед вами характеристика световых вспышек североамериканских светляков рода Photuris. Высота и длина пятен в таблице указывает на интенсивность и длительность вспышек.

Траектории вспышек могут быть зигзагообразными, прямыми или в форме петли, а световые пульсации короткими или длинными в виде устойчивых отблесков.

При спаривании особи подбирают друг друга, строго ориентируясь на тип светового сигнала.

Этот пример показывает, что изоляция между популяциями может закрепляться путём формирования определённых типов поведения (выработки рефлекторных реакций лишь на сигналы того определённого типа).

Химические маркеры выделяемые млекопитающими, также специфичны для каждого вида. Во время половой активности самки выделяют специальные химические вещества, сигнализируя этим готовность к встрече с самцом.

Такая изоляция связана с изменениями в ландшафте: образование преград в виде рек, горных хребтов, лесных массивов и т.д.

На острове Кильдине, в озере Могильном, которое расположено на берегу Кильдинского пролива обитает Кильдинская треска. По сравнению с океанической она отличается очень малыми размерами. Такой подвид сформировался в новых условиях, в связи с поднятием острова Кильдина морской залив оказался изолированным от самого моря и стал озером.

Особенность этого озера в том, что в его верхнем горизонте (3-5 метров) вода почти пресная, тогда как в нижних слоях вода морская.

Слои воды разной степени солёности выступают как своеобразные изоляционные барьеры. Причина такой многослойности — просачивание морской воды через перемычку.

За тысячелетие существования озера в нём установился баланс между пресной и солёной морской водой, из-за чего в разных слоях развивались одновременно и морские, и пресноводные организмы.

В самом нижнем слое где уровень солёности достигает 33 ‰, обитают лишь пурпурные бактерии, выделяющие сероводород.

Три верхних слоя более населены различными организмами. Среди них дафнии, коловратки и рачки хотя встречаются и рыбы, в том числе — занесённая в Красную книгу России кильдинская треска.

Во второй зоне (6,5-13 метров), содержащей 22 ‰ соли, живут уже типично морские животные — морские звёзды, актинии, губки, мшанки, полярные медузы и морские рачки.

Многие водные организмы выделяют гаметы (половые клетки) прямо в воду. При этом наружное оплодотворение зависит от встречи между яйцеклетками и сперматозоидами, а их передвижение и соединение регулируются биохимическими веществами.

Находясь на поверхности яйцеклеток, эти молекулы реагируют лишь на сперматозоиды «своего» вида, что исключает возможность слияния половых продуктов разных видов.

Эти биохимические вещества могут быть видоспецифичными. В результате взаимное привлечение и оплодотворение происходят между яйцеклетками и сперматозоидами одного и того же вида, но не между половыми клетками разных видов, находящимися в одном и том же водоёме. Это отсутствие взаимного привлечения у гамет разного происхождения и создаёт изоляцию гамет.

Источник