Конспект урока: Факторы эволюции, вызывающие изменения в генофонде

Вступление 

Принцип равновесия Харди – Вайнберга гласит, что при наличии определённых условий частота аллелей остается постоянной из поколения в поколение. В этих условиях популяция будет находиться в состоянии генетического равновесия и никаких эволюционных изменений происходить не будет. Такая идеальная модель не встречается в реальном мире. Нет в природе популяций, которые живут в постоянных неменяющихся условиях. Конечно, изменения в окружающей среде происходят медленно, сотни или тысячи лет. Но если взглянуть на историю развития живых существ, мы увидим, что популяции меняются, трансформируются. Давайте разберёмся, какие механизмы при этом происходят, какие силы двигают процессом.

Изменчивость — общее свойство живых существ, способность организмов изменять свои признаки. Давайте разберёмся, как происходит изменение признаков живых организмов в пределах популяции. Существует две формы изменчивости: наследственная и ненаследственная (модификационная). 

Рис. 1. Формы изменчивости

Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа организма. Она проявляется, когда особь попадает под влияние новых условий среды. Чтобы приспособиться, организм изменяется. Но у этих изменений есть границы, обусловленные заданным генотипом. Появляются новые признаки, которые не затрагивают гены, соответственно не передаются следующему поколению. Такая форма изменчивости не может изменять генофонд популяции.

Суть наследственной изменчивости в том, что причина появления новых признаков — изменения в хромосомах, генах. А гены передаются по наследству, вносят вклад в генофонд популяции.

Наследственная изменчивость бывает двух типов.

Комбинативная наследственная изменчивость возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния гамет. Причины: независимое расхождение хромосом в ходе мейоза и их случайные сочетания, кроссинговер. Процесс перетасовки генов приводит к образованию новых генотипов, изменению их частоты. В этом случае аллели остаются постоянными.

Однако многие эволюционные изменения обычно происходят вслед за появлением новых аллелей, а главным источником служат мутации.

Наследственная (генотипическая) мутационная изменчивость вызвана действием на организм мутагенов, вследствие чего возникают мутации. 

Мутации не имеют приспособительного характера, они случайны. Эффект мутации сильно зависит от того, какой ген подвержен изменению. Доминантные мутации (А) покажут себя в первом поколении потомков. Если в данных условиях признак оказался вреден, то результатом будет гибель организма или снижение вероятности оставить потомство. Нейтральные и полезные сохраняются.

Гораздо чаще происходят рецессивные мутации (а). Они никак себя не проявляют, только передаются от родителей к потомкам. Такие мутации не заметны до тех пор, пока в популяции не накопится достаточное количество носителей (Аа). Тогда появляется вероятность рождения особи с этим рецессивным признаком (аа). Дальнейшая судьба таких мутаций зависит от степени полезности гена в тех условиях среды, в которых обитает данная популяция. Стоит отметить, что «полезность» признаков носит относительный характер. Один и тот же ген может быть, как вреден, так и полезен.

Рис. 2. Мутации крыльев у насекомых

Пример 2

 

Часто встречается у насекомых мутация крыльев (рис. 2). Обычно такая мутация носит негативный характер и даже приводит к гибели организма. Но учёные нашли случаи, когда эта мутация оказалась нейтральной. На островах, где постоянно дуют ветры, крылья насекомым не нужны.

Разберём случай, когда ген оказался полезным. Особи, обладатели данного признака, будучи более адаптированными, имеют преимущество в конкуренции с сородичами. Такие организмы чаще оставляют потомство, что меняет генофонд популяции. Через некоторое время большинство особей этой группы будут наделены новыми признаками. Итог мутации: увеличение генетического разнообразия популяции.

Популяционные волны

Рис. 3. Популяционные волны

Рассмотрим случай, когда генофонд изменяется из-за сокращения или увеличения численности особей в популяции. Ведь любой организм является носителем генов. Чем больше особей, тем больше вариаций аллелей. Снижение численности приведёт к сокращению генофонда.

В естественных условиях количество организмов в популяции постоянно меняется. Такие периодические и случайные колебания численности называют популяционными волнами.

В момент снижения численности популяции можно наблюдать дрейф генов. О дрейфе генов говорят в тех случаях, когда изменения частоты генов в популяциях бывают случайными и не зависят от естественного отбора. В случае снижения численности в популяции могут быть представлены не все гены, типичные для данного вида. Точно так же, как некий аллель может исчезнуть из популяции, частота его может и повыситься случайным образом. И теперь развитие генофонда пойдёт по совершенно иному пути. Случайный дрейф генов не предсказуем. 

Дрейф генов можно наблюдать на примере явления под названием «бутылочного горлышка» (рис. 4). Если по какой-либо причине, не связанной с естественным отбором, численность популяции сильно сократилась, затем факторы, вызвавшие уменьшение количества особей, перестали действовать, популяция возвращается в исходное состояние. Но её генофонд сильно отличается от того, что был до фактора. Всё дело в том, что в момент наименьшей численности в популяции остались только гены переживших давление фактора особей. Остальные аллели уже утеряны.

Рис. 4. Эффект «бутылочного горлышка»: А — семена фасоли; Б — популяция насекомых

Популяционные волны не вносят новых признаков в генофонд. Они влияют на частоту встречаемости генов в популяции.

Миграции

Миграции приводят к обмену генами между разными популяциями. Мутации, возникшие в одной группе особей, распространяются на всё в пределах одного вида. Генофонд двух популяций во время миграции становится общим, что не может влиять на эволюционные процессы. Чтобы популяция преобразовывалась в нечто новое, необходима изоляция.

Рис. 5. Монгольские дзерены пасутся на сопках юга Забайкальского края

Пример 5

 

На стыке 2009 и 2010 годов из-за отсутствия кормов на территории Монголии началась стихийная миграция занесённых в Красную книгу РФ дзеренов с территории Монголии в Россию.