Лекция "Роль изменчивости в эволюционном процессе"

Тема: Наследственная изменчивость.

Изменчивость:

– ненаследственная (модификационная)

– наследственная (мутационная и комбинативная)

1

Геномные: полиплоидия (3n, 4n, 5n….);

Хромосомные: а) внутрихромосомные:

• (АBCD → AB)

• (ABCD → ABCDCD)

• (ABCD → ACBD)

б) межхромосомные:

• (ABCD → ABCD1234)

Генные (точковые): мутации внутри гена, большинство – рецессивные (?), проявляются в гомозиготном (?) состоянии, доминантные мутации проявляются в каждом поколении.

Аа х Аа

Гам.

АА + Аа + Аа + аа

С.С.Четвериков (1926 г.): популяция как губка насыщена рецессивными мутациями!

Частота: 1 мутация на 10⁵-10⁶ гамет по каждому гену!

Мутации – элементарный эволюционный материал!

2. Комбинативная изменчивость.

В основе – половое размножение:

геном + геном = генотип (уникальное сочетание аллелей)!

Геном – хромосомный набор гаметы.

П

Урок. Роль изменчивости в эволюционном процессе

Зачет по вариантам, 18 минут.

Вариант 1,2. Дайте ответы на поставленные вопросы одним полным предложением:

1. Перечислите биогеографические области, выделенные А.Уоллесом.

2. Приведите примеры ископаемых переходных форм, известные науке.

3. Что является единицей эволюции по Ламарку? По Дарвину?

4. Какие органы называются гомологичными?

5. Кто из ученых предложил теорию градации, разделил животный мир на 14 классов и расположил их на 6 ступенях, считал, что всем организмам присуще стремление к прогрессу?

6. Какие видовые критерии вам известны?

7. Движущие силы эволюции по Ч.Дарвину.

8. Как появилось многообразие видов и приспособленность организмов с точки зрения трансформизма?

9. Биогенетический закон Мюллера-Геккеля, формулировка.

10. Приведите примеры ныне живущих организмов, сочетающих признаки крупных систематических единиц.

1. Что такое вид?

2. Движущие силы эволюции по Ж.Б.Ламарку.

3. Как появилось многообразие видов и приспособленность организмов с точки зрения креационизма?

4. Приведите примеры рудиментов.

5. Какие данные палеонтологии можно считать доказательствами эволюции?

6. Кто из ученых считал, что благоприобретенные признаки передаются по наследству?

7. Что по Ч. Дарвину лежит в основе естественного отбора?

8. Что такое популяция?

9. Какой фактор Ч. Дарвин считал главным, направляющим фактором, который приводит к приспособленности организмов к среде?

10. Что называется видовым критерием?

Вариант 3,4. Дайте формулировку терминам или объяснение следующим понятиям:

1. Движущие силы эволюции по Ч.Дарвину.

2. Критерий вида (определение).

3. Биогенетический закон Ф.Мюллера и Э.Геккеля.

4. Трансформизм.

5. Берингов перешеек.

6. Искусственность классификации К.Линнея.

7. Гомологичные органы.

8. Естественный отбор.

9. Филогенетические ряды.

10. Ископаемые переходные формы.

1. Теория градации Ж.Б.Ламарка.

2. Онтогенез.

3. Рудименты.

4. Голарктическая область.

5. Креационизм.

6. Генетический критерий вида.

7. Филогенез.

8. Движущие силы эволюции по Ж.Б.Ламарку.

9. Биохимический критерий вида.

10. Ареал.

1. Наследственная изменчивость

Для раскрытия механизма эволюционного процесса Дарвин обращается к практике сельского хозяйства Англии. В то время в этой стране было много пород собак, овец, свиней, кур, крупного рогатого скота. Только голубей было около 150 пород, причем сторонники постоянства видов утверждали, что каждая порода животных или сорт растений произошли от своего дикого предка. Дарвин доказал, что все породы кур произошли от дикой банкивской курицы, свиней — от дикой свиньи; породы крупного рогатого скота — от двух видов диких туров, собак — от волка (некоторые породы, возможно от шакала). Дарвин содержал и скрещивал большое количество пород голубей и экспериментально доказал, что они произошли от дикого скалистого голубя. Каким же образом человек создает новые породы животных и сорта растений? Дарвин приходит к выводу, что в основе работы лежит изменчивость признаков, отбор, который проводит человек и наследование потомством признаков родителей.

Дарвин различает две основные формы изменчивости: групповую, или определенную (модификационную по современной терминологии) и индивидуальную, или неопределенную. Групповая изменчивость зависит от условий, в которых находятся организмы, при этом не происходит изменения генотипов особей, и наследования признаков не происходит. Например, коровы при хорошем кормлении дают больше молока. Неопределенная изменчивость связана с изменениями генотипов особей, проявляется в незначительных отличиях особей друг от друга, причем эти изменения передаются следующему поколению.

Для эволюции и для селекции важна только наследственная изменчивость, изменчивость связанная с изменением не только фенотипа, но и генотипа. Наследственная изменчивость поставляет материал для естественного или искусственного отбора. Наследственная (генотипическая) изменчивость может быть: комбинативной — возникающей в результате полового размножения и мутационной — возникающей в результате внезапного изменения состояния генетического материала.

2. Мутационная изменчивость

Мутации по характеру изменения генотипа классифицируются на генные, хромосомные, геномные.

Генными мутациями называют изменения структуры молекулы ДНК на участке определенного гена, кодирующего структуру определенной молекулы белка. Эти мутации влекут за собой изменение строения белков, то есть появляется новая последовательность аминокислот в полипептидной цепи, в результате чего происходит изменение функциональной активности белковой молекулы.

Хромосомные мутации — мутации, вызывающие изменения структуры хромосом. Они возникают в результате перестройки как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации, так и между негомологичными хромосомами — межхромосомные мутации.

Геномными называют мутации, в результате которых происходит изменение в клетке числа хромосом. Геномные мутации возникают в результате нарушения митоза или мейоза, приводящих либо к неравномерному расхождению хромосом к полюсам клетки (гетероплоидии), либо к удвоению хромосом, но без деления цитоплазмы. В последнем случае возникают полиплоидные организмы. Полиплоидия чаще наблюдается у растений.

По характеру проявления мутации могут быть доминантными, которые обязательно проявляются у гетерозигот и рецессивными — мутации, не проявляющиеся у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняющиеся в популяции и образующие резерв наследственной изменчивости (при изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование). С.С.Четвериков сравнил природные популяции с губкой, впитывающей рецессивные мутации, оставаясь при этом фенотипически однородной.

Мутации каждого отдельного гена происходят в норме достаточно редко — в среднем в одной из 100 000 гамет, но так как у человека в генотипе около 50 000 пар генов, то каждый человек несет вновь возникшую мутацию. Мутации происходят ненаправленно, происходит случайное изменение генотипа организма. Таким образом, мутационный процесс — элементарный фактор эволюции, поставщик мутаций, именно мутации являются элементарным эволюционным материалом.

3. Комбинативная изменчивость.

В результате полового размножения в популяции возникают новые, уникальные сочетания аллелей различных генов в генотипах особей. Перекомбинация родительского генетического материала происходит в процессе мейоза — при кроссинговере и при случайном сочетании родительских хромосом в разных гаметах, а также при образовании уникального генотипа в результате слияния гамет. Именно в результате комбинативной изменчивости происходит распространение возникших мутаций в популяции и появление бесконечно большого разнообразия генотипов и фенотипов. Подсчитано, что около 98% всех наследственных изменений в популяции связано с генетической комбинаторикой первично сравнительно редких мутаций. В результате каждая особь в популяции содержит в себе множество рецессивных, не проявляющихся фенотипически мутаций, имеет уникальный генотип и попадает под контроль естественного отбора.

Лабораторная работа на следующем уроке (на 15-17 мин).

Тема: «Изменчивость организмов».

Цель: дать характеристику наследственности и изменчивости — важнейшим факторам эволюции.

Оборудование: раздаточный материал, иллюстрирующий изменчивость организмов (наборы семян, плодов, листьев и др.).

Подготовить гербарий (отдельная оценка!):

5 листьев с одного дерева прогладить (высушить) и закрепить на одной страничке;

на другой страничке – закрепить 5 листьев с разных деревьев одного вида.

Ход работы:

Задание 1.Сравните листья, сорванные с одного растения. Объясните причины сходства и различия листьев. Раскройте значение ненаследственной (модификационной) изменчивости для организмов.

Задание 2. Сравните листья одного вида, но сорванные с разных растений. Объясните причины сходства и различия листьев. Раскройте значение наследственной изменчивости (мутационной и комбинативной) для эволюции.