Учебник для 10-11 классов
Глава XI. Механизмы эволюционного процесса
Ч. Дарвин в своем классическом труде «Происхождение видов» решил вопрос о главных движущих силах (факторах) эволюционного процесса. Он выделил следующие факторы: наследственность, изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Кроме того, Дарвин указал на важную роль ограничения свободного скрещивания особей вследствие их изоляции друг от друга, возникшей в процессе эволюционного расхождения видов.
Современные знания об эволюции и ее факторах сложились в так называемую синтетическую теорию эволюции, которая представляет собой результат развития дарвинизма, генетики, экологии и других биологических наук.
Эволюционная теория исходит из того, что элементарной эволюционной единицей, т. е. той минимальной ячейкой, которая способна исторически изменяться (эволюционировать), является популяция.
§ 45. Роль изменчивости в эволюционном процессе
Все особи одного вида животных и растений в большей или меньшей степени отличаются друг от друга. Изменчивость организмов - важный фактор протекания эволюционного процесса.
Мутационная изменчивость. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований. Одним из распространенных типов геномных мутаций является полиплоидия, имеющая важное значение в эволюции растений. Полиплоидные виды растений часто занимают арктические и альпийские зоны. Считают, что это связано с их повышенной устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.
Хромосомные мутации также играют важную эволюционную роль. Прежде всего необходимо указать на удвоение генов в одной хромосоме. Именно благодаря удвоениям генов в процессе эволюции накапливается генетический материал. Нарастание сложности организации живого в ходе исторического развития в значительной степени опиралось на увеличение количества генетического материала. Достаточно сказать, что количество ДНК в клетке у высших позвоночных примерно в 1000 раз больше, чем у бактерий. Другой тип хромосомных мутаций, который достаточно часто обнаруживается у животных и растений, - перемещение участка хромосомы.
Особи, гетерозиготные по таким мутациям, часто обладают пониженной плодовитостью, в то время как гомозиготы размножаются нормально. Некоторые ученые полагают, что появление таких мутаций может нарушать генетическое единство вида и приводить к обособлению внутри его репродуктивно изолированных популяций.
СЕРГЕЙ СЕРГЕЕВИЧ ЧЕТВЕРИКОВ (1882-1959) - отечественный ученый, эволюционист и генетик. Его работы дали начало современному синтезу генетики и классического дарвинизма.
Наиболее частый тип мутаций - генные. Они играют очень важную роль в эволюционном процессе. Мутации отдельных генов происходят редко. Мутация гена возникает в среднем в одной из 100000 гамет. Но так как количество генов в организме (например, млекопитающих) составляет около 40000, то практически каждая особь несет вновь возникшую мутацию. Большинство мутаций рецессивные, доминантные мутации возникают намного реже. Доминантные и рецессивные мутации ведут себя в популяциях по-разному. Доминантные мутации, даже если они находятся в гетерозиготном состоянии, проявляются в фенотипах особей уже первого поколения и подвергаются действию естественного отбора. Рецессивные же мутации проявляются в фенотипе только в гомозиготном состоянии.
Рецессивная мутация, прежде чем она проявится в фенотипе гомозигот, должна накопиться в значительном количестве в популяции. Эту мысль первым высказал отечественный генетик С. С. Четвериков. Он был первым ученым, сделавшим важнейший шаг на пути объединения генетики с эволюционной теорией. В 1926 г. Четвериков опубликовал знаменитую работу «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», с которой и начался новый этап развития эволюционной теории.
С. С. Четвериков сделал важный вывод о насыщенности природных популяций большим количеством рецессивных мутаций. Он писал, что популяция, подобно губке, впитывает рецессивные мутации, оставаясь при этом фенотипически однородной. Существование такого скрытого резерва наследственной изменчивости создает возможность для эволюционных преобразований популяций под воздействием естественного отбора. Как показал И. И. Шмальгаузен, сама способность популяций накапливать генетическую изменчивость является результатом естественного отбора.
В последнее время благодаря успехам молекулярной генетики и генетики развития все более ясным становится, какую огромную роль играют в эволюции мутации, возникающие не в самих структурных (кодирующих белки) генах, а в регуляторных участках этих генов. Они могут модифицировать уровень транскрипции структурных генов, время и место их включения и выключения, создавая огромное разнообразие форм и функций организмов. Значительные морфологические различия между классами позвоночных зависят от накопления мелких мутаций в регуляторных элементах.
Рассмотрим простой пример. Размер и положение грудной клетки у курицы, мыши и удава контролируются одним и тем же структурным геном. Последовательность нуклеотидов в этом гене одинакова у всех трех видов (как и у всех остальных позвоночных). Однако изменения, произошедшие в его регуляторных элементах, приводят к тому, что у удава этот ген работает почти во всех клетках хорды эмбриона, у мыши - в передней части, а у курицы - в задней части хорды. В результате грудная клетка удава формируется от головы почти до кончика хвоста, у мыши - ближе к голове, а у курицы - ближе к хвосту.
В природных популяциях накоплено огромное число мутаций по регуляторным элементам самых разных структурных генов.
Комбинативная изменчивость. Как вы уже знаете, комбинативная изменчивость - это следствие перекреста гомологичных хромосом, их случайного расхождения в мейозе и случайного сочетания гамет при оплодотворении. Комбинативная изменчивость ведет к появлению бесконечно большого разнообразия генотипов и фенотипов. Она служит неиссякаемым источником наследственного разнообразия видов и основой для естественного отбора. Если допустить, что в каждой паре гомологичных хромосом имеется только одна пара аллельных генов, то для человека, у которого гаплоидный набор хромосом равен 23, количество возможных гамет составит 2 23 , а число возможных генотипов - З 23 . Такое огромное количество генотипов в 20 раз превышает численность всех людей на Земле. Однако в действительности гомологичные хромосомы отличаются по нескольким генам и в расчете не учтено явление перекреста. Поэтому количество возможных генотипов выражается астрономическим числом и можно с уверенностью утверждать, что появление двух одинаковых людей практически невероятно. Однояйцевые близнецы составляют исключение.
Громадное генотипическое и, следовательно, фенотипическое разнообразие в природных популяциях является тем исходным эволюционным материалом, с которым оперирует естественный отбор.
- Какой, на ваш взгляд, вид изменчивости играет ведущую роль в эволюции? Ответ обоснуйте.
- Охарактеризуйте роль изменчивости в эволюционном процессе.
- Чем можно объяснить фенотипическую однородность популяций одного вида? Можно ли утверждать, что генофонды популяций одного вида одинаковы?
- Какие биологические процессы, происходящие в организме, лежат в основе комбинативной изменчивости?
ВАРИАНТ – 2
1. По Ч. Дарвину, движущими силами эволюции являются:
А) борьба за существование; В) естественный отбор;
Б) наследственная изменчивость; Г) все перечисленные.
2. Ведущую роль в эволюции играет следующий вид изменчивости:
А) определённая; В) групповая;
Б) модификационная; Г) мутационная.
3. Движущая форма отбора обычно приводит к:
А) уничтожению особей с отклонениями В) расширению прежней нормы реакции;
от прежней нормы реакции;
Б) сужению прежней нормы реакции; Г) сдвигу прежней нормы реакции.
4. Аналогичными органами являются:
А) жабры рака и жабры рыбы; В) листья берёзы и иголки кактуса;
Б) лапа собаки и крыло птицы; Г) все перечисленные пары.
5. В эпоху оледенения жили:
А) кроманьонцы; В) синантропы;
Б) неандертальцы; Г) все перечисленные.
6. Продуктивностью экосистемы называется:
А) её суммарная биомасса; В) суммарная биомасса продуцентов;
Б) прирост этой биомассы за единицу времени; Г) суммарная биомасса консументов.
7.В клетках прокариот имеются:
А) ядра; В) митохондрии;
Б) рибосомы; Г) все перечисленные органоиды.
8. Согласно взглядам А.И.Опарина основными источниками энергии для абиогенного синтеза органических веществ из неорганических на древней Земле были:
а) электрические снаряды; б) ультрафиолетовое излучение;
9.Жизнь на Земле возникла:
а)первоначально на суши; б) первоначально в океане;
10. Гипотеза панстермии предполагает
а) жизнь занесена на нашу планету извне;
б) жизнь возникала неоднократно из неживого вещества;
в)постепенное возникновение жизни на Земле из неорганических веществ
путём длительной абиогенной молекулярной эволюции;
г) жизнь существовала всегда.
11. Ген относится к структурно-функциональной единице уровня организации жизни
А)организменного Б)молекулярно-генетического В)органоидно-клеточного Г)популяционно-видового
12. Популяцией называется совокупность особей того или иного вида, занимающих определенную территорию и
13 Главной причиной биологического регресса многих видов в настоящее время является:
А) изменение климата Б) хозяйственная деятельность человека
В) изменение рельефа Г) увеличение численности хищников.
14. Наука цитология изучает:
15. Водоём, заселённый разнообразными видами растений и животных – это:
16. Теорию абиогенеза поддерживал:
а) Аристотель; б)Ф.Реди; в)Л.Пастер; г)К.Линней
17. Изменения, которые не передаются по наследству и возникают как приспособления к внешней среде, называют:
А) неопределёнными Б) индивидуальными В) мутационными
Г) модификационными
18. Дезоксирибонуклеиновая кислота – это уровень организации живой природы:
19. К древним людям относят:
20. Приспособленность в процессе эволюции возникает в результате:
ВАРИАНТ – 3
1. Дезоксирибонуклеиновая кислота – это уровень организации живой природы:
А) клеточный; Б) молекулярный;
В) организменный; Г) популяционный
2. Наука цитология изучает:
А) строение клеток одноклеточных и многоклеточных организмов;
Б) строение органов и системы органов многоклеточных организмов;
В) фенотип организмов разных царств;
Г) морфологию растений и особенности их развития.
3. К древним людям относят:
А) неандертальца Б) питекантропа
В) синантропа Г) кроманьонца.
4. Между лосем и зубром наблюдается конкуренция, так как они:
А) питаются сходной пищей; Б) имеют примерно одинаковые параметры тела
В) имеют немногочисленное потомство; Г) относятся к классу млекопитающих.
5. Приспособленность в процессе эволюции возникает в результате:
А) географической изоляции Б) взаимодействия движущих сил эволюции
В) мутационной изменчивости Г) искусственного отбора.
6. Водоём, заселённый разнообразными видами растений и животных – это:
А) биогеоценоз Б) ноосфера В) биосфера Г) агроэкосистема.
7. Жизнь на Земле возникла:
а) первоначально на суши; б) первоначально в океане;
в) на границе суши и океана; г) одновременно на суши и океане.
8. Дезоксирибонуклеиновая кислота – это уровень организации живой природы:
А) клеточный; Б) молекулярный; В) организменный; Г) популяционный
9. Популяцией называется совокупность особей того или иного вида, занимающих определенную территорию и
А)обладающих общим генофондом
Б)сходных между собой по всем признакам внешнего строения
В)имеющих различные препятствия для свободного скрещивания
Г)не конкурирующих между собой за пищу и другие благоприятные условия окружающей среды
10. Согласно взглядам А.И.Опарина основными источниками энергии для абиогенного синтеза органических веществ из неорганических на древней Земле были:
а) электрические снаряды;
б) ультрафиолетовое излучение;
в)тепловые излучения от извержения вулканов;
г) энергия химических реакций
11. Новые виды в природе возникают в результате взаимодействия:
А) наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора
Б) ненаследственных изменений и сезонных изменений в природе
В) приспособленности организмов и искусственного отбора
Г) абиотических факторов среды
12. . Наиболее напряжённой формой борьбы за существование Ч. Дарвин считал:
А) борьбу с неблагоприятными условиями; В) межвидовую;
Б) внутривидовую; Г) все перечисленные формы в равной степени.
Вариант 1
ОТВЕТ: 1 – В, 2 – Б, 3 – Б, 4 – В, 5 – В, 6 – Б, 7 – Г, 8 – Б, 9 – Г, 10 – Б,
11 – В, 12 – В, 13 – Б, 14 – В, 15 – А, 16 – А, 17 – Б, 18 – А, 19 – А,
20 – Г.
Вариант 2
ОТВЕТ: 1 – Г, 2 – Г, 3 – Г, 4 – А, 5 – Б, 6 – Б, 7 – Б, 8 – Г, 9 – А, 10 – А,
11 – Б, 12-А, 13-Б, 14-А, 15-А, 16-А, 17-Г, 18-Б, 19-А, 20-Б
Вариант 3
Ответы: 1 – Б, 2 – А, 3 – а, 4 – В, 5 – Б, 6 – А, 7 – Б, 8 – Б, 9 – А
10 – Г, 11 – А, 12 – Б, 13 – В, 14 – А, 15 – Б, 16 – Г, 17 – А, 18 – А,
19 – Б, 20 – Б.
Скачать материал
Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.
Обобщающий урок по теме: «Основы учения об эволюции»
Уровень А.
1. Ведущую роль в эволюции играет следующий вид изменчивости
А) определенная
Б) модификационная
В) групповая
Г) мутационная
2. Способность живых существ производить большое количество потомков и ограниченность мест обитания и жизненных ресурсов являются непосредственными причинами:
А) наследственной изменчивости
Б) борьбы за существование
В) вымирания
Г) видообразования
3. Наиболее напряженной формой борьбы за существование Ч.Дарвин считал:
А) борьбу с неблагоприятными условиями
Б) внутривидовую
В) межвидовую
Г) все перечисленные в равной степени
4. Наследственная изменчивость в процессе эволюции:
А) создает новые виды
Б) поставляет материал для эволюции
В) закрепляет созданный в процессе эволюции материал
Г) сохраняет наиболее полезные изменения
5. Естественный отбор действует на уровне:
А) отдельного организма
Б) популяции
Г) биоценоза
6. Движущая форма отбора обычно приводит:
А) к уничтожению особей с отклонениями от прежней нормы реакции
Б) расширению прежней нормы реакции
В) сужению прежней нормы реакции
Г) сдвигу прежней нормы реакции
7. Результатом действия естественного отбора не является:
А) приспособленность организмов к среде обитания
Б) многообразие органического мира
В) борьба за существование
Г) совершенствование организации живых существ
А) ароморфоза
Б) идиоадаптации
В) общей дегенерации
Г) направленной эволюции
11. К идиоадаптациям следует отнести:
А) многоклеточность
Б) четырехкамерное сердце млекопитающих
В) игольчатые листья растений пустынь
Г) все перечисленные эволюционные изменения
12. Примером ароморфоза является:
А) уплощение тела у донных рыб
Б) покровительственная окраска
Г) возникновение полового процесса
13. Естественный отбор – это:
А) сложные отношения между организмами и неживой природой
Б) процесс сохранения особей с полезными им наследственными признаками
В) процесс образования новых видов в природе
Г) процесс роста численности популяции
14. Борьба за существование играет большую роль в эволюции:
А) сохраняет особей преимущественно с полезными изменениями
Б) сохраняет особей с любыми наследственными изменениями
В) поставляет материал для отбора
Г) обостряет взаимоотношения между особями
15. В результате взаимодействия движущих сил эволюции происходит:
А) размножение организмов
Б) образование новых видов в природе
В) мутационный процесс
Г) изоляция популяций
16. Укажите неверное утверждение: «В процессе эволюции борьба с неблагоприятными условиями приводит…»
А) к повышению сопротивляемости организмов
Б) выживанию наиболее жизнеспособных особей
В) вымиранию вида
Г) совершенствованию вида
17. К движущим силам эволюции относят:
А) многообразие видов
Б) борьбу за существование
В) видообразование
Г) приспособленность
18. Фактор эволюции, основу которого составляет возникновение преград к свободному скрещиванию особей , называют:
А) модификацией
Б) естественным отбором
В) изоляцией
Г) популяционными волнами
19. Среди движущих сил эволюции, ведущих к возникновению приспособлений у особей к среде обитания , направляющий характер имеет:
А) естественный отбор
Б) искусственный отбор
В) изоляция
Г) борьба за существование
20. Вид отбора, действующий в популяциях, обитающих в относительно постоянных условиях среды , - …
А) стихийный
Б) стабилизирующий
В) движущий
Г) половой
21. Каковы последствия стабилизирующего отбора?
А) сохранение старых видов
Б) сохранение нормы реакции
В) появление новых видов
Г) сохранение особей с неизменными признаками
22. Каковы последствия движущего отбора?
А) сохранение старых видов
Б) поддержание нормы реакции
В) появление новых видов
Г) устранение особей с новыми мутациями
23. Образование новых видов в природе происходит в результате
А) методического отбора
Б) искусственного отбора
В) деятельности человека
Г) взаимодействия движущих сил эволюции
24. При географическом видообразовании формирование нового вида происходит в результате:
А) распадения или расширения исходного ареала
Б) искусственного отбора
В) изоляции популяций внутри старого ареала
Г) дрейфа генов
Уровень В.
Установите соответствия между признаками изменчивости и ее видами:
-
Обусловлена появлением новых сочетаний генов а. Мутационная
Обусловлена изменение генов и хромосом б. Комбинативная
У потомков появляются новые признаки
У потомков сочетаются родительские признаки
У особей изменяется количество или структура ДНК
У особей не изменяется количество или структура ДНК
Приспособления к жизни в воде, сформировавшиеся в процессе эволюции у китов:
Б) дыхание кислородом , растворенным в воде
В) обтекаемая форма тела
Г) развитый подкожный слой жира
Д) постоянная температура тела
Результатом эволюции является:
Б) появление новых засухоустойчивых сортов растений
В) выведение высокопродуктивных пород крупного рогатого скота
Г) формирование новых приспособлений к жизни в изменившихся условиях
Д) сохранение новых видов в изменившихся условиях
Е) получение высокопродуктивных бройлерных кур
Уровень С.
Какие ароморфозы позволили древним земноводным освоить сушу?
Какие ароморфозы позволили покрытосеменным растениям занять господствующее положение на Земле?
Теория эволюции Ч. Дарвина и А. Уоллеса.
Основные положения:
1. Все виды живых организмов возникли естественным путем.
2. Организмы медленно и постепенно преобразовывались и совершенствовались.
3. Основа преобразования видов – изменчивость, наследственность и естественный отбор. Отбор осуществляется через взаимодействия организмов друг с другом и факторами окружающей среды. Эти взаимодействия носят название – борьба за существование.
4. Выживают и дают полноценное потомство особи, наиболее приспособленные к изменяющимся условиям окружающей среды.
Синтетическая теория эволюции – это переосмысление ряда положений дарвинизма с позиций генетики (С. Четвериков, Дж. Холдейн, Н. Тимофеев-Ресовский, Р. Фишер). Она характеризуется как теория эволюции, происходящей путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.
Основные положения:
1. Элементарной единицей эволюции является популяция.
2. Материалом для эволюции является мутационная и комбинационная изменчивость.
3. Естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов.
4. Видом является группа популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов.
5. Видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется в условиях географической изоляции.
Процесс образования из видов новых родов, из родов – семейств, из семейств – отрядов и т.д. называется макроэволюцией. В отличие от микроэволюции, протекающей внутри популяции, макроэволюция – эволюция надвидовая и очень длительная.
Доказательством эволюционных процессов служат палеонтологические, морфологические, эмбриологические и биохимические данные.
Выделяют три основных направления эволюции.
Ароморфоз – эволюционные изменения, приводящие к качественно новому уровню организации (многоклеточность, центральная нервная система, фотосинтез). Благодаря ароморфозу возникают новые крупные таксономические единицы: типы (отделы), классы.
Идиоадаптация – небольшие эволюционные изменения, выражающиеся в приспособлении к окружающей среде. Повышения уровня организации при этом не происходит. Благодаря идиоадаптации образуются мелкие таксономические группы: виды, роды, семейства.
Мутации постоянно возникают в популяциях под влиянием факторов и вызывают изменения ее генофонда. Популяционные волны - это явление колебания численности популяций, которые связаны с периодическими изменениями интенсивности факторов внешней среды (смена времен года, количеством выпадающих осадков, колебаниями температуры).
Изоляция способствует предотвращению скрещивания особей разных частей популяции между собой и приводит к расхождению признаков в пределах одного вида.
Географическая изоляция приводит к разрыву единого ареала вида на разобщенные между собой части и препятствует скрещиванию Причины ее появления – возникновение гор, новых рек, проливов и т.п.
Экологическая изоляция основана на различиях в расселении или во времени размножения. Например, некоторые виды лососевых нерестятся через год, причем в одних и тех же реках в один год нерестится одна популяция рыб, а в другой – другая.
Биологическая изоляция связана с различиями в строении половых органов, в брачных песнях, ритуалах ухаживания, выделяемых запахах и др.
Наибольшее значение в эволюционном процессе имеет естественный отбор . Он играет творческую роль в природе, выделяя из ненаправленных наследственных изменений только те, которые приводят к образованию новых групп особей, которые окажутся более приспособлены к новым условиям среды.
Советский биолог И.И. Шмальгаузен развил (1946) представление о групповом отборе – выживании популяций, видов, родов, семейств, отрядов и т.п. Но т.к. групповой отбор происходит на основе переживания организмов, из которых складываются эти группы, ведущую роль в эволюции играет и индивидуальный естественный отбор – отбор наиболее приспособленных особей.
