Конспект урока: Микроэволюция

Вступление 

Судя по имеющимся данным, на протяжении истории Земли на ней происходили изменения географических областей и климатических условий. Так как каждый организм приспособлен к определённой среде, непрерывно меняющиеся условия могли послужить возникновению некого механизма эволюционных изменений в строении организмов. Такие процессы могли изменить виды до «неузнаваемости». Совокупность процессов в популяции, приводящих к образованию нового вида, называется микроэволюцией. Движущими факторами являются эволюционные факторы. Изменение генофонда популяции приводит к образованию нового вида.

Изучением микроэволюции и её механизмов занимался Эрнст Майр.

Историческая справка 

Одним из лучших примеров микроэволюции служит эволюционная история лошади, изученная благодаря палеонтологическим находкам. 

Самые первые непарнокопытные появились 54 млн лет назад. Древнейший предок (род Hyracotherium) современных лошадей, тапиров и носорогов был распространён по всей Северной Америке и в Европе. Через сотни лет он вымер везде, кроме Северной Америки, о чём свидетельствуют находки палеонтологов. Это было небольшое животное, приспособленное к бегу. Его короткие ноги оканчивались вытянутыми стопами, а пальцы располагались вертикально. В предполагаемый эволюционный ряд от Hyracotherium до современной лошади входит 12 родов. Можно проследить тенденции изменений в движении и питании:

1. Увеличение размеров тела.
2. Удлинение ног и стоп.
3. Удлинение и утолщение среднего пальца, редукция остальных.
4. Развитие жевательных коренных зубов.
5. Совершенствование головного мозга и органов чувств.

Рис. 1. Часть эволюционного ряда лошади

Ныне живущий род Equus возник в Северной Америке, мигрировал в Евразию и Африку, так появились зебры, лошади и ослы. Удивительно, что лошади вымерли в Северной Америке несколько тысяч лет назад с появлением человека. Вторично лошади попали на материк только 500 млн лет назад.

Способы видообразования

Эрнст Майр выделил 3 способа видообразования (рис. 2):

Рис. 2. Способы видообразования

1. Филетичекий способ

 

Идёт постепенное преобразование вида-предка. При этом число видов не изменяется и происходит постепенный переход, при котором популяция приобретает новые признаки в ходе приспособлений к окружающей среде.

На рисунке 2 такой способ показан жёлтым цветом. Вид А, развиваясь, даёт начало новому виду В.

 

2. При гибридизации двух близкородственных видов появляется третий. При этом исходные виды не исчезают, а общее число увеличивается (рис. 2, оранжевый путь).

 

3. Истинное (дивергентное) видообразование. В одном виде популяции становятся различными по жизненно важным признакам. Каждая даёт начало новому виду (рис. 2, синий цвет).

Пути видообразования

Для появления нового вида необходимо, чтобы внутри популяции изолировались друг от друга. Основной критерий видообразования — утрата возможности скрещивания между особями данного вида. Этого можно добиться двумя путями.

• Аллопатрическое видообразование

Основано на пространственной или географической изоляции. Все организмы более или менее адаптированы к своей среде обитания. В разных уголках нашей планеты можно найти похожие по климатическим и экологическим факторам места. Но в схожих районах мы не встретим одинакового набора живых существ. Распространение животных и растений на земном шаре носит прерывистый характер. Рациональное объяснение такого распространения основано на концепции, согласно которой виды возникают в какой-то определённой области, а затем, расселяясь, приспосабливаются к новым условиям. Такие популяции давали начало новым видам. При этом в результате глобальных геологических процессов возникала изоляция между популяциями. Такими геологическими процессами являются дрейф континентов, горообразование, появление водных преград.

Пример 1

 

Видообразование путём фрагментации континента

 

Рис. 3. Фрагментация континента, которая привела к образованию двух видов мухоловок

 

В настоящее время в Австралии распространены два близких вида мухоловок рода Pachycephala (P. rufogularis и P. Inornata), ареалы которых пересекаются, но скрещивания не происходит. Вначале существовал лишь один предковый вид, имевший широкий ареал (рис. 3 (1)). 

В связи с наступлением засушливого периода возникла изоляция между западной и восточной частями видового населения (рис. 3 (2, 3)). Две популяции независимо развивались и дали начало новым видам. Затем вновь получила распространение сравнительно влаголюбивая растительность, а западный вид смог расселиться на восток, где он встретился с родственным видом, приобретшим какие-то специфические особенности. Различия между этими прежде генетически близкими формами оказались настолько значительны, что определили возможность их самостоятельного существования без скрещивания. В сравнительно недавнее время в результате нового иссушения климата вновь возникла изоляция между западной и восточной частями населения одного из видов (рис. 3 (6)).

Пример 2

 

Считается, что виды возникали в какой-то определённой области. Расселяясь за пределы ареала, они приспосабливались к новым условиям. Дрейф континентов разделил родственные популяции, предотвращая скрещивание внутри одного вида.

Рис. 4. Карта современного распространения верблюдов. Чёрными стрелками показаны возможные пути миграции

• Симпатрическое видообразование

В случае симпатрического видообразования новый вид возникает внутри ареала исходного.

Выделяют несколько способов.

Полиплоидизация хромосом исходного вида — удвоение или утроение хромосом предковой формы. Род Картофеля состоит из видов, у которых растения имеют набор хромосом равный 12. Но встречаются виды картофеля с 24, 48, 72 хромосомами. Процессы полиплоидизации хорошо воспроизводятся экспериментально в лабораторных условиях. Действуя колхицином на половые клетки, в результате мейоза хромосомы не расходятся. 

Стоит отметить, что полиплоидные особи могут скрещиваться только между собой. Возможно, оказавшись более адаптированными, они вытеснят исходный вид.

Гибридогенное видообразование характерно для растений. Путём скрещивания двух видов получается третий. Культурная слива (2n = 48) возникла путём гибридизации тёрна (2n = 32) и алычи (2n = 16).

Изменение экологических условий внутри ареала может привести к тому, что некая популяция займёт другую экологическую нишу. Меняются при этом условия обитания, пищевые предпочтения. Всё это приведёт к экологической изоляции популяции: к её генетическому обособлению и возможности появления нового вида.