Эволюция органического мира. Биологический вид и его популяционная структура

1. Эволюция органического мира. Биологический вид, его популяционная структура

1-Определение эволюции
2-Теории эволюции
3-Биологический вид и его популяционная
структура
4-Действие элементарных факторов эволюции
на популяцию

2. Биологическая эволюция – это необратимое и направленное историческое развитие живой природы. Биологическая эволюция

сопровождается:
-изменением генетического состава популяций;
-формированием адаптаций;
-образованием и вымиранием видов;
-преобразованием экосистем и биосферы в целом

3. Принципы эволюции (по Ламарку)

1-Существование у организмов внутреннего
стремления к совершенствованию
2-Способность у организмов
приспосабливаться к обстоятельствам, т.е.
к окружающей среде
3-Частые акты самозарождения
4-Передача по наследству приобретенных
признаков или черт

4. Концепция К. Ф.Рулье

• возникновение органического мира из
неорганического,
• постепенное естественное изменение
организмов,
• формирование многообразия существ под
влиянием изменения внешних условий,
• наследственность и изменчивость основные
свойства живых организмов.

5. Естествоиспытатели и философы 17-19 века, сторонники и предвестники эволюционной теории Дарвина и его последователей

Сваммердам
Лейбниц
(1637- 1680)
(1646-1716)
Все виды произошли от одного?
Все классы животных связаны между собой переходными
формами.
Де Маллье
(1656- 1738)
Теория развития, сходная с теорией Ламарка; сухопутные
животные произошли от морских.
Мопертюи
Бюффон
Лaметри
(1698- 1759)
(1707- 1788)
(1709- 1751)
Признано значение скрещивания и мутаций. Эволюция под
действием факторов окружающей среды. Отсутствие
существенных различий между животными и человеком.
Дидро
Бонне
Кант
(1713- 1784)
(1720- 1793)
(1724- 1804)
Естественный отбор.
Отзвук известных филогенетических идей.
Возможное развитие, более высокоразвитых организмов
из более простых.
Э.Дарвин
Ламарк
(1731- 1802)
(1744- 1829)
Эволюция под влиянием окружающей среды. Тенденция
развития всех организмов от низших форм к высшим;
эволюция путем приспособления.
Мальтус
(1766- 1834)
Прирост народонаселения опережает рост производства
продуктов питания.
Гегель
Сент-Илер
Лайель
Унгер
(1770- 1831)
(1772- 1844)
(1797- 1875)
(1800- 1870)
Трехэтапное диалектическое развитие.
Эволюция под воздействием окружающей среды.
Униформизм в геологии.
Все формы растений, вероятно, произошли от морских
растений, которые могли произойти от одной клетки.
Чэмберс
Спенсер
(1802- 1871)
(1820- 1903)
Эволюция как естественный процесс. Распространил
эволюционные идеи на общественно-политические отношения.

6. Постулаты теории эволюции Ч.Дарвина

1-Окружающий мир не статичен, а постоянно
развивается. Виды непрерывно изменяются,
одни виды возникают, другие вымирают
2-Эволюционный процесс происходит
постепенно и непрерывно. Эволюционный
процесс это не совокупность отдельных
скачков или внезапных изменений
3- Сходные организмы происходят от общего
предка и связаны узами родства.
4- Собственно теория естественного
отбора

7. Эволюционные теории

1. Монистические - объясняют эволюционные
изменения действием одного фактора
-эктогенетические (изменения вызываются непосредственно средой)
-эндогенетические (изменения контролируются внутренними силамиистинный ламаркизм)
-случайные события («случайность»)
(спонтанные мутации, рекомбинации)
-естественный отбор
2. Синтетические -объясняют эволюционные изменения
действием многих факторов.
-большинство теорий «ламаркистского толка»
-поздние воззрения Ч.Дарвина
-ранний этап «Современного синтеза»
-нынешний этап «Современного синтеза
3. Концепция прерывистого равновесия
(Элдридж Г. Стенли М.)
4. Теория нейтральных мутаций (теория нейтральности)

8. СТЭ (синтетическая теория эволюции)

1-Наименьшей единицей эволюции является местная
популяция.
2-Основным фактором эволюции является естественный
отбор.
3-Эволюция носит дивергентный характер(филитическая,
конвергентная, параллельная)
4-Эволюция носит постепенный, поэтапный характер
(иногда скачкообразно)
5-Обмен аллелями и поток генов происходит только в
пределах биологического вида.
6-Макроэволюция идет путем микроэволюции.
7-Вид состоит из множества соподчиненных единиц.
8-Понятие вида не применимо к формам, не имеющим
полового размножения
9-Эволюция осуществляется на основе изменчивости
(т.наз. тихогенез)
10-Токсон имеет монофилитические возможности
(происходит от одного корня=предка)

9. СТЭ установила:

- причиной эволюционного процесса
является не отдельный фактор:
не отдельные мутации и даже не весь
мутагенез в целом;
не гибридизация;
не изоляция;
не миграция;
не вспышки численности;
не другие факторы взятые в отдельности,
а взаимодействие между многими
факторами, реализующимися в
естественном отборе !!!

10.

Мутационный
процесс
Обогащение
Обеднение
Генофонд
Поток генов
(генетический
Рекомбинация
обмен)
Естественный
отбор
Дрейф генов
Элиминация
генов
Изменение особей со
временем (=Эволюция)
Схематическое объяснение синтетической теории эволюции
В центре рассмотрения находится генофонд (сумма генов и их аллелей)
одного вида. Изменения состава генофонда происходят путем мутаций:
обогащение за счет мутаций, генетического обмена и рекомбинаций,
обеднение -за счет дрейфа и элиминации генов. Изменения генофонда
порождают изменения особей рассматриваемого вида ( эволюцию)

11. Концепция прерывистого равновесия (Стенли М., Элдридж Г.)

- в эволюции чередуются периоды
стабильности видов с короткими
периодами видообразования,
обусловленного внезапным
появлением макромутаций
регуляторных генов.

12. Теория нейтральных мутаций = теория нейтральности (Д.Кинг, М.Кимура, 1968 г)

• - основным фактором эволюции на
молекулярном уровне является не
дарвиновский отбор, а случайные события,
которые приводят к фиксации нейтральных
или почти нейтральных мутаций.
• Теория нейтральности предполагает, что
только небольшая часть эволюционных
изменений ДНК является адаптивной.
Огромное большинство фенотипически
«молчащих» изменений не оказывают
влияния на эволюцию, т.е. не оказывают
влияния на выживаемость и
воспроизведение биологического вида.

13. Частота использования кодонов (х103) соответствующих аминокислоте лейцину

Кодон
Бактерии
(E.coli)
Дрожжи
Человек
УУА
7
3
1
УУГ
7
50
4
ЦУУ
8
3
5
ЦУЦ
8
0
30
ЦУА
2
6
14
ЦУГ
47
0
64

14. Возможный спектр мутаций кодона ГЦА (кодирует аланин)

ГЦА
АЦА
ГЦА
ГЦА
ГЦА
1 УЦА 2 ЦЦА 3 ГЦЦ 4
треони
н
серин
пролин
ГЦА
ГЦА
ГЦА
ГЦГ 5
ГЦУ 6
ГУА
аланин аланин аланин валин
7
ГЦА
ГЦА
ГГА
8 ГАА
глутам
ат
9
глутам
ат

15. Биологический вид – это универсальное явление в живой природе. Поэтому есть общие признаки биологического вида (по

К.М.Завадскому)
1.Численность
2.Тип организации
З.Воспроизведение
4. Дискретность
5.Экологическая определенность
6.Географическая определенность
7.Многообразие форм
8.Историчность
9.Устойчивость
10.Целостность

16. Концепции биологического вида

• Философская (логическая) концепция.(Вид это
категория мышления. Выделяют общие для всех объектов
свойства: пример с вилкой)
• Морфологический критерий (приложение логического
определения вида к живым организмам. Виды определяются
строго на основании наличия определенных признаков:
морфологических, б/химических, этологических,
физиологических,…, которых нет у членов других видов.
• Биологическая концепция (основана на том, что виды
состоят из популяций, особи которых потенциально
способны скрещиваться между собой, что виды
реальны, что особи вида имеют общую генетическую
программу сложившуюся в ходе эволюции:
-репродуктивное сообщество
-экологическая единица (взаимодействует как единое
целое с другими видами, обитающими в той же среде)
-генетическая единица (генетическая система,
обладающая генетической замкнутостью,
репродуктивной изолированностью от других видов,
включающая большой взаимосвязанный генофонд)

17. Единство многообразий

• В генетической структуре биологического вида
отражена его диалектическая сущность – это
истинное единство многообразий:
- Генетическое единство – это его генетическая
замкнутость, репродуктивная изолированность, это
его генофонд = вся видовая генетическая
информация
- Генетическое многообразие – это
наследственные особенности различных рас,
популяций, которые в разных условиях среды, под
действием естественного отбора выработали свои
признаки и свойства. Основой такого многообразия
являются мутации и гибридизация.

18. Вид ( в соответствии с биологической концепцией)

- Это группа морфологически сходных
организмов (морфологический
критерий вида), имеющих общее
происхождение и потенциально
способных скрещиваться между собой
в естественных условиях.
Биологический вид можно рассматривать как
самую крупную популяционную единицу

19. Эволюционные изменения происходят в популяциях или в системах популяций !!!.

• Общие признаки популяций:
- популяция, как правило, представляет собой панмиксную
группу (свободно скрещивающуюся)
- скрещивающаяся популяция представляет собой
репродуктивную единицу
- популяция представляет собой экологическую единицу
(составляющие ее особи, генетически сходны по своим
экологическим требованиям и занимают определенную
область в той или иной экологической нише или
местообитании).
Популяция это группа особей одного вида
достаточно долго населяющих
определенную территорию, свободно
скрещивающихся между собой в
естественных условиях и дающих
плодовитое потомство.

20. Реальные популяции разнообразны по величине и по форме. Структура популяций:

Пространственная Система
конфигурация
размножения
большие
непрерывные
популяции
аутогамные
популяции
мелкие
колониальные
популяции
аллогамные
популяции
линейные
популяции
Скорость
миграции

21. Система размножения

• Аутогамные популяции – размножение происходит
путем самооплодотворения (характерны для многих
растений). Преобладают гомозиготные организмы.
Гетерозиготные особи возникают только при
скрещивании гомозигот генетически различного типа
или после мутаций.
• Аллогамные популяции – размножение происходит
путем перекрестного оплодотворения (характерны
почти для всех животных и свойственны многим
растениям). Состав аллелей определяется в
значительной степени рекомбинациями и мутациями.
Доля гетерозигот велика. Генетический состав
подчиняется закону Харди-Вайнберга.

22. Для того чтобы изменился уровень изменчивости необходимо действие факторов микроэволюции

- Мутационный процесс
- Поток генов
- Естественный отбор
- Дрейф генов
Факторы , создающие изменчивость (мутационный
процесс и поток генов), дают начало процессу
микроэволюции.
Факторы, сортирующие изменчивость (естественный
отбор и дрейф генов), продолжают процесс, что
приводит к установлению новых частот вариантов.
Эволюционные изменения в пределах популяции
можно рассматривать как результат
противоположных сил,
создающих и
сортирующих генетическую изменчивость

23. Мутационный процесс

• Мутация – это внезапное наследственное
изменение какого-либо фенотипичекого
признака, вызванное резким структурным или
функциональным изменением в генетическом
материале.
• Каждый мутантный аллель при своем первом
возникновении бывает редок.
Он должен сохраниться в популяции. Шансы на
сохранение единичной мутации понижаются с
каждым поколением

24. Вероятность исчезновения мутации возникшей у одной особи

Вероятность исчезновения при условии
Число поколений
нейтральности
1%-ого
селективного
преимущества
1
0,368
0,364
3
0,626
0,620
7
0,790
0,782
15
0,887
0,878
31
0,941
0,931
63
0,970
0,959
127
0,985
0,973

25. Поток генов

Поток генов – перенос генов из одной популяции
в другую = запаздывающий эффект
мутационного процесса.
Носители потока генов:
- у подвижных высших животных отдельные
организмы;
- у сидячих морских животных –
свободноплавающие личинки;
- у высших растений – пыльца и семена;
- у грибов – споры.

26. Естественный отбор

Движущий = направленный (Ч.Дарвин)
Стабилизирующий (И.И.Шмальгаузен)
Дизруптивный = разрывающий =
= дестабилизирующий (Мауэр)

27. Движущий отбор

- Вызывает прогрессивное или направленное в
одну сторону изменение генетического состава
популяции.
Происходит в тех случаях, когда популяция
находится в процессе приспособления к новой
среде или же в том случае, если происходит
постепенное изменение среды, а вслед за ней и
постепенное изменение популяции ( «в ногу со
временем»).
Пример: «Индустриальный меланизм» у 20
видов бабочек

28. Типы отбора

Генетическая изменчивость
Воздействие отбора трех различных типов на
генетическую изменчивость в популяции

29. Стабилизирующий отбор

Сохраняются хорошо приспособленные
генотипы. Плохо приспособленные формы
элиминируются.
Если популяция хорошо приспособлена к
среде, а среда остается стабильной, то
главное действие отбора состоит в
элиминации крайних вариаций,
возникающих в результате мутационного
процесса, потока генов, рекомбинаций

30. Дизруптивный отбор

Благоприятствует сохранению крайних типов и
элиминации промежуточных. Действует когда
хорошо дифференцированные полиморфные
типы обладают селективным преимуществом
по сравнению со слабо
дифференцированными полиморфными
типами.
Пример: самки и самцы с хорошо
дифференцированными вторичными половыми
признаками спариваются и размножаются более
успешно, чем различные промежуточные типы
(интерсексы и др.)

31. Естественный отбор

32. Дрейф генов

- Случайные изменения частот аллелей и
генотипов при переходе из поколения в
поколение
В природе встречаются три ситуации, когда величина популяции
может быть малой и можно допустить действие дрейфа генов:
-1. популяционная система состоит из ряда изолированных колоний
-2. популяция обычно имеет большие размеры, но периодически
сильно сокращается, а затем вновь восстанавливается за счет
нескольких выживших особей (вспышка численности)
-3. большая популяция дает начало изолированным колониям,
каждая из которых создается одной или несколькими особямиосновательницами
(принцип основателя = эффект родоначальника, Майр, 1963).
В небольшой полиморфной популяции дрейф
генов приводит к колебаниям частоты аллеля
из поколения в поколение, а в конце концов и к
полному закреплению или элиминациии
данного гена.

33. Изолирующие механизмы

Действующие до
оплодотворения
Снижение
частоты
контактов
Географическое разделение
Экологическое разделение
Несовместимость гамет
Снижение
частоты
контактов
Инбридинг и бесполое размножение
Этиологическая изоляция
Разное время размножения
Действующие после
оплодотворения
Затруднения
при
формировании зигот
Уменьшение
обмена генов
путем
гибридизаци
Несовместимость гамет
Стерильность гибридов
Неполноценность или разрушение гибридов