какую роль играют мутации в процессе эволюции
Какую роль играют мутации в процессе эволюции
Подробное решение параграф 8 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
1. Какие существуют причины изменения численности особей в популяции?
Биотические и абиотические факторы.
2. В чём заключается роль мутаций в процессе эволюции?
Способность к мутированию – одно из основных свойств гена. Каждый отдельный ген обладает устойчивостью к действию мутагенных факторов; это явление известно как «стойкость» гена. Однако вследствие того, что генов в организме тысячи, общее число мутаций оказывается значительно. Современной науке известно, что гены мутируют с определенной частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 100 тыс. – 1 млн несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе. Известно, что у дрозофилы 5 % гамет несут мутации. Говорят, что популяции «насыщены» мутациями. Поскольку одновременно мутируют многие гены, то 10—15% гамет несут те или иные мутантные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Мутационная изменчивость является одним из главных факторов эволюционного процесса. В результате мутаций могут возникать полезные признаки, которые под действием естественного отбора дадут начало новым подвидам и видам.
Стр. 46. Вопросы для повторения и задания.
1. Назовите основные факторы эволюции.
Согласно синтетической теории эволюции, элементарное эволюционное явление, с которого начинается видообразование, заключается в изменении генетического состава (генетической конституции, или генофонда) популяции. События и процессы, способствующие преодолению генетической инертности популяций и приводящие к изменению их генофондов, называют элементарными эвлолюцонными факторами. Основными факторами (силами) эволюции являются:
1. Факторы, вызывающие изменения в генофонде популяции. К ним относятся наследственная изменчивость, поставляющая в популяцию новый генетический материал, и популяционные волны, изоляция, формирующие различия между генофондами различных популяций
2. Фактор, позволяющий популяции развиваться самостоятельно относительно других популяций либо разделяющий исходную популяцию на две или более новых. Таким фактором является изоляция.
3. Фактор, направляющий эволюционный процесс и обеспечивающий закрепление в популяции определенных адаптации и изменений организмов. Таким фактором служит естественный отбор.
2. Какой фактор обеспечивает возникновение нового генетического материала в популяции?
Фактором, обеспечивающим возникновение принципиально нового генетического материала, является мутационная изменчивость.
В благоприятных условиях существования небольшие различия между особями одного вида не очень заметны и не играют существенной роли. Однако в неблагоприятных условиях даже небольшие наследственные изменения могут оказаться решающими и определить, какие особи популяции погибнут, а какие – выживут. Наследственная изменчивость дает материал для эволюционного процесса.
Мутации происходят с определенной частотой у всех организмов, населяющих нашу планету. Место мутации (ген и хромосома) случайно, поэтому мутации способны затронуть любые признаки и свойства особи, в том числе влияющие на жизнеспособность, размножение, поведение. В ряду поколений сохраняется подавляющее большинство мутаций, начиная с тех, которые возникли у самых давних предков. В результате набор мутаций в двух популяциях одного вида оказывается очень сходным. С другой стороны, будут присутствовать и разные мутации. Их количество – показатель того, насколько давно две популяции оказались изолированными друг от друга.
Таким образом, мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
3. Будет ли действовать отбор на носителей рецессивных мутаций?
Как правило, носители рецессивных мутаций (гетерозиготные организмы) заметно не отличаются по свойствам от гомозиготных доминантных организмов. Более того, в гетерозиготном состоянии многие мутации повышают жизнеспособность особей. Поэтому отбор на таких особей обычно не действует. По истечении определенного времени в популяции может накопиться достаточно большое число рецессивных аллелей, т.е. увеличится доля гетерозиготных организмов. Это приведет к повышению вероятности их встречи и, как следствие, к рождению (в 25% случаях) рецессивных гомозигот. Следует также иметь в виду, что в природе мутации встречаются и комбинациях друг с другом. Некоторые комбинации вследствие взаимодействия генов могут быть положительными для особи, повышая ее жизнеспособность. Вот на них и может начать действовать естественный отбор.
4. Приведите пример, иллюстрирующий изменение значимости мутации при изменении условий среды.
Мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность особи в других условиях среды. Мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность. особи в других условиях среды. Например, мутантные особи бескрылых насекомых или с плохо развитыми крыльями имеют преимущество на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры. По сходным причинам произошло образование таких ныне истребленных человеком видов, как дронт и бескрылая гагарка.
В качестве примера можно привести мутацию у насекомых, обеспечивающую устойчивость к какому-либо пестициду. В течение долгого времени эта мутация будет нейтральной, а ее встречаемость в популяции низкой. Но после того, как данный пестицид начнут использовать для борьбы с насекомыми, мутация станет полезной, поскольку обеспечит выживание особей в изменившихся условиях. Благодаря действию отбора доля данной мутации в генофонде популяции резко возрастет – тем быстрее, чем жестче идет отбор, т. е. чем больший процент особей гибнет в каждом поколении от действия пестицида. Понятно, что подобные события проявятся гораздо ярче, если мутация устойчивости к пестициду носит доминантный характер.
5. Способен ли мутационный процесс оказывать направляющее влияние на процесс эволюции и почему? Аргументируйте свой ответ.
Мутационный процесс – явление случайное, неспецифическое. Мутации возникают ненаправленно, не имеют приспособительного значения, т. е. обуславливают неопределенную наследственную изменчивость (по Ч. Дарвину). С равной вероятностью мутации могут привести к изменениям в любых системах органов. Таким образом, мутационный процесс сам по себе не способен оказывать направляющее действие на ход эволюции.
6. Что такое дрейф генов?
Дрейф генов – это процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции. Он наблюдается при прохождении популяции через состояние малой численности (так называемый эффект «бутылочного горлышка», который возникает в результате эпидемий, стихийных бедствий). В результате случайного дрейфа генов генетически однородные популяции, обитающие в сходных условиях, могут постепенно утратить свое первоначальное сходство. Дрейф генов – один из факторов, способствующих изменению популяций.
7. Какой фактор приводит к прекращению обмена генетической информацией между популяциями? Каково его эволюционное значение?
Прекращению обмена генетической информацией способствует изоляция – ограничение или прекращение скрещиваний особей, принадлежащих к разным популяциям. Изоляция бывает пространственная и экологическая.
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.
Экологическая изоляция возникает, если особи разделены экологическими препятствиями в пределах одного ландшафта, например, вероятность встречи обитателей мелких и глубоких частей водоема в период размножения очень мала. Длительная экологическая изоляция способствует дивергенции популяций вплоть до образования новых видов. Так, предполагают, что человеческая и свиная аскариды, морфологически сходные, произошли от общего предка. Их расхождению, согласно одной из гипотез, способствовал запрет на употребление человеком в пищу свиного мяса, который по религиозным соображениям распространялся длительное время на значительные массы людей. Экологическая изоляция существует благодаря нюансам ритуала ухаживания, окраски, запахов, «пения» самок и самцов из разных популяций. Так, подвиды щеглов – седоголовый и черноголовый имеют выраженные отметины на голове. Серые вороны из крымской и североукраинской популяций, внешне неразличимые, отличаются карканьем. При физиологической изоляции препятствием к скрещиванию служат различия в структуре органов размножения или просто разница в размерах тела. У растений к этой форме изоляции ведет приспособление цветка к определенному виду опылителей.
Изоляция в процессе видообразования взаимодействует с другими элементарными эволюционными факторами. Она усиливает генотипические различия, создаваемые мутационным процессом и генетической комбинаторикой. Возникающие благодаря изоляции внутривидовые группировки отличаются по генетическому составу и испытывают неодинаковое давление отбора. Эволюционное значение изоляции заключается в том, что она закрепляет, усиливает генетические различия между популяциями и создает предпосылки для дальнейшего преобразования этих популяций в отдельные виды.
Подумайте и выполните.
1. Объясните, почему дрейф генов играет особо важную роль в эволюции малочисленных групп организмов.
Дрейф генов – случайное ненаправленое изменение частоты генов популяции.
Он наблюдается в малочисленных популяциях, где вероятность случайности велика. эти случайности определяют дальнейшую судьбу генофонда малой популяции.
Также дрейф генов может привести как к исчезновению популяции (особенно малой) так и способствовать большей приспособленности к среде обитания.
2. Как вы понимаете выражение: «Мутации переходят в гомозиготное состояние»? В каком случае это происходит? Объясните это явление людям, незнакомым с биологией.
Мутация и селестия наследственные изменения генетического материала называют мутации по характеру проявления не могут быть доминантными и рецессивными это очень важно для существования вида его популяции мутации оказывает как правило вредными. Поскольку вносят вооружения только сбалансированной системе биохимических превращений, перестраивает физический аппарат обладателей вредных поминальных мутаций, сразу же появляется гомо и гетерозиготном организм начал заказываются нежизнеспособный и погибают на самых ранних этапах онтогенеза результате мутации и наследственные болезни человека.
3. Могут ли доминантные мутации образовывать скрытый резерв наследственной изменчивости? Объясните свою точку зрения.
Формировать резерв наследственной изменчивости — это изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Иногда это крупные изменения, например коротконогость, отсутствие рогов у домашнего скота, отсутствие пигмента (альбинизм) или оперения. В результате таких изменений возникли также карликовый рост душистого горошка, красная береза, растения, дающие махровые цветки, но чаше это мелкие, едва заметные уклонения от нормы. Мутации, образующиеся в результате замены одного или нескольких нуклеотидов в пределах одного гена и приводящие к изменению строения белков, называются генными. Один ген может мутировать неоднократно. Так возникает серия аллельных генов.
4. Казалось бы, в природной популяции должен закрепляться аллель, дающий своему носителю наибольшее преимущество в борьбе за существование. Однако в реальных природных популяциях часто одновременно встречают разные аллели одного и того же гена. Объясните, чем это вызвано.
Скрещивание организмов носит случайный характер, влияние мутаций.
5. Как вы думаете, почему генофонд летней популяции насекомых часто отличается от генофонда популяции, существовавшей год назад?
Если небольшая часть популяции животных или растений поселяется на новом месте, генофонд вновь образованной популяции будет неизбежно меньше генофонда родительской популяции. В силу случайных причин частоты аллелей в новой популяции могут не совпадать с таковыми у исходной. Гены, до того редко встречающиеся, могут быстро распространяться (вследствие полового размножения) среди особей новой популяции. А ранее широко распространенные гены могут отсутствовать, если их не было в генотипах основателей нового поселения.
Наследственная изменчивость виды, характеристика и примеры
Сохранение жизни на земле обеспечивает наследственная изменчивость. Наследственность отвечает за передачу признаков из поколения в поколение, изменчивость за появление новых признаков у вида.
Симбиоз двух этих свойств очень успешен и дает возможность новому развитию организмов, расширению возможностей и сферы обитания.
Наследственная или генотипическая изменчивость определяется генетическими различиями между особями или группами особей. Генотипическая изменчивость может быть комбинативной и мутационной.
Мутационная изменчивость
Форма генотипической изменчивости. Так называют изменение генотипа, способствующее появлению новых признаков у наследственного материала.
Виды мутаций и их характеристика
Мутации бывают доминантные, проявляющиеся в первом поколении и рецессивные, полезные и вредные.
Типы мутаций различают по способу возникновения:
По характеру проявления:
По месту возникновения:
По уровню возникновения:
Какую роль играют мутации в процессе эволюции
Три кита, на которых стоит эволюционный процесс – наследственность, изменчивость, отбор. Мутации служат топливом для длительной биологической эволюции живой материи и естественного отбора.
Первым звеном эволюционного процесса является микроэволюция, которая протекает внутри популяций, при скрещивании особей с различными генотипами.
Генный состав популяции меняется при естественном отборе и способствует появлению нового подвида.
Комбинативная изменчивость
Вторая форма генотипической изменчивости. Вызывается расщеплением и перекомбинацией мутаций и связана с получением новых сочетаний генов в генотипе, что приводит к появлению организмов с новыми фенотипом и различиями.
Механизмы комбинативной изменчивости:
Примеры комбинативной изменчивости
Рекомбинация генов может привести к объединению признаков разных пород и сортов. Примеры:
Какие структуры клетки определяют наследственность и изменчивость
В наследственности ведущую роль из всех органоидов клетки играют хромосомы, способные к самоудвоению и формированию с помощью генов всего комплекса характерных для вида признаков.
Ядро клетки носитель наследственной информации в молекулах ДНК. Опираясь на ядерную наследственность, которая определяет наследование почти всех компонентов, дают характеристику наследственным признакам.
Виды мутаций у человека
Человеку присущи следующие виды:
Какие мутации передаются по наследству
Наследственные мутации происходят при серьезных изменениях ДНК. Изменения и повреждения появляются на начальных этапах разделения яйцеклетки, абсолютно здоровые родительские клетки не являются гарантом отсутствия сбоя.
Хромосомные болезни делятся на два варианта:
Примеры наследственных заболеваний
Следующие заболевания передаются по наследству:
Заключение
Полезность, вредность или нейтральность мутации зависит от условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или даже вредная для одного организма, может оказаться полезной формой существования для другого организма.
Вредность мутации, как правило, обнаруживается немедленно, а ее полезность часто определяется задним числом. Полезными считаются те мутации, которые служат популяциям источниками адаптации к изменяющимся условиям среды обитания.
Факторы эволюции
Мутационный процесс
Большинство мутаций возникает спонтанно и вредит организму. Часть мутаций являются рецессивными, поэтому не проявляются и передаются многим поколениям, накапливаясь в генофонде популяции.
Популяционные волны
Особенно весомым фактором эволюции популяционные волны выступают в небольших популяциях. Их участие в эволюционном процессе основано на явлении дрейфа генов.
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.
Естественный отбор
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.
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.
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.
В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи. Примером такой борьбы являются сезонные миграции птиц, зимняя спячка у животных.
Формы естественного отбора
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.
Движущий естественный отбор приводит к смещению нормы реакции, в результате чего изменяется среднее значение признака. Этот вид отбора действует при изменяющихся условиях среды.
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.
Эволюционная роль мутации
Содержимое разработки
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).
Мутационный процесс – это один из главных источников наследственной изменчивости.
Гены мутируют с определенной частотой.
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).
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.
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 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
1.Что такое мутации?
2.Что такое естественный отбор?
3.Что такое приспособленность организмов?
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?