Ролята на наследствената изменчивост в еволюцията на вида и неговите форми. Вариация: наследствена и ненаследствена

Наследствената изменчивост е форма на изменчивост, причинена от промени в генотипа, които могат да бъдат свързани с мутационна или комбинирана изменчивост.

Мутационна изменчивост

Гените претърпяват промени от време на време, които се наричатмутации. Тези промени са случайни и се появяват спонтанно. Причините за мутациите могат да бъдат много различни. Има редица фактори, които увеличават вероятността от мутации. Това може да е ефектът от определени химикали, радиация, температура и т.н. С помощта на тези инструменти могат да се предизвикат мутации, но случайният характер на тяхното възникване остава и е невъзможно да се предвиди появата на определена мутация.

Получените мутации се предават на потомци, т.е. определят наследствената променливост, с едно важно предупреждение, свързано с това къде е настъпила мутацията. Ако възникне мутация в зародишна клетка, тогава тя има способността да се предава на потомци, тоест да се наследява. Ако възникне мутация в соматична клетка, тя се предава само на онези клетки, които произлизат от тази соматична клетка. Такива мутации се наричат ​​соматични, те не се предават по наследство.

Има няколко основни вида мутации:

1. Генни мутации, при които настъпват промени на ниво отделни гени, т.е. участъци от молекулата на ДНК. Това може да бъде загуба на нуклеотиди, заместване на една база с друга, пренареждане на нуклеотиди или добавяне на нови.
2. Хромозомни мутации, свързани с нарушение на структурата на хромозомите. Те водят до сериозни изменения, които се откриват дори с микроскоп. Такива мутации включват загуба на хромозомни участъци (делеции), добавяне на участъци, завъртане на хромозомен участък на 180° и появата на повторения.
3. Геномни мутации, причинени от промяна в броя на хромозомите. Може да се появят допълнителни хомоложни хромозоми, в хромозомния набор на мястото на две хомоложни хромозоми има три - тризомия. В случай на монозомия има загуба на една хромозома от двойка. При полиплоидия се получава многократно увеличение на генома. Друг вариант на геномна мутация е хаплоидията, при която остава само една хромозома от всяка двойка.

Честотата на мутациите се влияе, както вече беше споменато, от различни фактори. Когато се появят редица геномни мутации, възрастта на майката е особено важна.

Наследственост и изменчивост. Променливост на комбинацията

Този вид изменчивост се определя от характера на половия процес. При комбинираната изменчивост възникват нови генотипове поради нови комбинации от гени. Този тип променливост се проявява още на етапа на образуване на зародишни клетки. Както вече споменахме, всяка полова клетка (гамета) съдържа само една хомоложна хромозома от всяка двойка. Хромозомите попадат в гаметата по абсолютно случаен начин, така че зародишните клетки на един човек могат да се различават доста в набора от гени в хромозомите. Още по-важен етап за възникване на комбинираната изменчивост е оплождането, след което в нововъзникнал организъм 50% от гените се наследяват от единия родител и 50% от другия.

Вариацията в биологията е появата на индивидуални различия между индивиди от един и същи вид. Поради променливостта популацията става хетерогенна и видът има по-добър шанс да се адаптира към променящите се условия на околната среда.

В наука като биологията наследствеността и вариациите вървят ръка за ръка. Има два вида променливост:

• Ненаследствени (модификация, фенотип).
• Наследствен (мутационен, генотипен).

Ненаследствена изменчивост

Модификационната променливост в биологията е способността на отделен жив организъм (фенотип) да се адаптира към факторите на околната среда в своя генотип. Благодарение на това свойство индивидите се адаптират към промените в климата и други условия на съществуване. е в основата на процесите на адаптация, протичащи във всеки организъм. И така, при безпородни животни, с подобряването на условията на задържане, производителността се увеличава: добив на мляко, производство на яйца и т.н. А животните, пренесени в планинските райони, растат маломерни и с добре развит подкосъм. Промените във факторите на околната среда причиняват променливост. Примери за този процес могат лесно да бъдат намерени в ежедневието: човешката кожа става тъмна под въздействието на ултравиолетовите лъчи, мускулите се развиват в резултат на физическо натоварване, растенията, отглеждани на сенчести места и на светлина, имат различна форма на листата, а зайците сменят козината цвят през зимата и лятото.

Ненаследствената променливост се характеризира със следните свойства:

• групов характер на промените;
• не се наследява от потомство;
• промяна в признака в рамките на генотипа;
• съотношението на степента на промяна към интензивността на въздействието на външен фактор.

наследствена изменчивост

В биологията наследствената или генотипна изменчивост е процесът, при който геномът на даден организъм се променя. Благодарение на нея индивидът придобива характеристики, които преди това са били необичайни за нейния вид. Според Дарвин генотипната вариация е основният двигател на еволюцията. Има следните видове наследствена променливост:

• мутационен;
• комбинативен.

Възниква в резултат на обмена на гени по време на половото размножаване. В същото време чертите на родителите се комбинират по различни начини в редица поколения, увеличавайки разнообразието от организми в популацията. Комбинативната изменчивост се подчинява на правилата на Менделово унаследяване.

Пример за такава променливост е инбридингът и аутбридингът (тясно родствено и несвързано кръстосване). Когато чертите на отделен производител искат да бъдат фиксирани в породата животни, тогава се използва инбридинг. Така потомството става по-еднородно и засилва качествата на основателя на линията. Инбридингът води до проява на рецесивни гени и може да доведе до израждане на линията. За да се увеличи жизнеспособността на потомството, се използва аутбридинг - несвързано кръстосване. В същото време се увеличава хетерозиготността на потомството и се увеличава разнообразието в популацията и в резултат на това се увеличава устойчивостта на индивидите към неблагоприятните ефекти на факторите на околната среда.

Мутациите от своя страна се разделят на:

• геномни;
• хромозомни;
• генетични;
• цитоплазмен.

Промените, засягащи половите клетки, се предават по наследство. Мутациите в могат да бъдат предадени на потомството, ако индивидът се размножава вегетативно (растения, гъби). Мутациите могат да бъдат полезни, неутрални или вредни.

Геномни мутации

Вариациите в биологията чрез геномни мутации могат да бъдат два вида:

• Полиплоидия - мутация, често срещана при растенията. Причинява се от многократно увеличаване на общия брой хромозоми в ядрото, образува се в процеса на нарушаване на тяхната дивергенция към полюсите на клетката по време на деленето. Полиплоидните хибриди се използват широко в селското стопанство - в растениевъдството има повече от 500 полиплоиди (лук, елда, захарно цвекло, репички, мента, грозде и други).
• Анеуплоидията е увеличаване или намаляване на броя на хромозомите в отделните двойки. Този тип мутация се характеризира с ниска жизнеспособност на индивида. Широко разпространена мутация при хората - една в 21-вата двойка - причинява синдрома на Даун.

Хромозомни мутации

Променливостта в биологията между другото се появява, когато се промени структурата на самите хромозоми: загуба на крайната част, повторение на набор от гени, ротация на единичен фрагмент, прехвърляне на хромозомния сегмент на друго място или на друга хромозома. Такива мутации често възникват под въздействието на радиация и химическо замърсяване на околната среда.

Генни мутации

Значителна част от тези мутации не се проявяват външно, тъй като това е рецесивен белег. Генните мутации се причиняват от промяна в последователността на нуклеотидите - отделни гени - и водят до появата на протеинови молекули с нови свойства.

Генните мутации при хората причиняват проявата на някои наследствени заболявания - сърповидноклетъчна анемия, хемофилия.

Цитоплазмени мутации

Цитоплазмените мутации са свързани с промени в структурите на клетъчната цитоплазма, съдържаща ДНК молекули. Това са митохондрии и пластиди. Такива мутации се предават по майчина линия, тъй като зиготата получава цялата цитоплазма от майчиното яйце. Пример за цитоплазмена мутация, която е причинила променливост в биологията, е перистостта на растенията, която се причинява от промени в хлоропластите.

Всички мутации имат следните свойства:

• Те се появяват внезапно.
• Предава се по наследство.
• Те нямат посока. Мутациите могат да бъдат подложени както на незначителна област, така и на жизнен знак.
• Срещат се при индивиди, тоест индивидуално.
• В своята проява мутациите могат да бъдат рецесивни или доминантни.
• Същата мутация може да се повтори.

Всяка мутация е причинена от специфични причини. В повечето случаи не може да се определи точно. При експериментални условия за получаване на мутации се използва насочен фактор на външната среда - радиационно излагане и други подобни.

Идеята, че живите същества се характеризират с наследственост и изменчивост, се развива в древността. Беше забелязано, че по време на възпроизвеждането на организмите от поколение на поколение се предава комплекс от признаци и свойства, присъщи на определен вид (проява на наследственост). Въпреки това е също толкова очевидно, че има някои разлики между индивидите от един и същи вид (проява на променливост).

Знанието за наличието на тези свойства е използвано при разработването на нови сортове култивирани растения и породи домашни животни. От незапомнени времена в селското стопанство се използва хибридизация, тоест кръстосване на организми, които се различават един от друг по някакъв начин. Въпреки това до края на XIX век. такава работа беше извършена чрез проба и грешка, тъй като механизмите, лежащи в основата на проявата на такива свойства на организмите, не бяха известни и съществуващите хипотези в това отношение бяха чисто спекулативни.

През 1866 г. е публикувана работата на Грегор Мендел, чешки изследовател, "Опити върху растителни хибриди". Той описва моделите на наследяване на признаци в поколенията растения от няколко вида, които Г. Мендел идентифицира в резултат на многобройни и внимателно проведени експерименти. Но неговите изследвания не привлякоха вниманието на съвременниците му, които не успяха да оценят новостта и дълбочината на идеите, които изпреварваха общото ниво на биологичните науки от онова време. Едва през 1900 г., след откриването на законите на Г. Мендел наново и независимо от трима изследователи (Г. де Врис в Холандия, К. Коренс в Германия и Е. Чермак в Австрия), започва развитието на нова биологична наука - генетиката, която изучава модели на наследственост и изменчивост. Грегор Мендел с право се счита за основател на тази млада, но много бързо развиваща се наука.

Основни понятия на съвременната генетика.

наследственостсе нарича свойството на организмите да повтарят в поредица от поколения набор от характеристики (характеристики на външната структура, физиология, химичен състав, естеството на метаболизма, индивидуалното развитие и др.).

Променливост- явление, противоположно на наследствеността. Състои се в промяна на комбинации от белези или в поява на напълно нови белези при индивиди от даден вид.

Благодарение на наследствеността се осигурява запазването на видовете за значителни периоди (до стотици милиони години) от време. Условията на околната среда обаче се променят (понякога значително) с течение на времето и в такива случаи променливостта, водеща до разнообразие от индивиди в рамките на един вид, гарантира неговото оцеляване. Някои от индивидите са по-адаптирани към новите условия, което им позволява да оцелеят. В допълнение, променливостта позволява на видовете да разширяват границите на своето местообитание, да развиват нови територии.

Комбинацията от тези две свойства е тясно свързана с процеса на еволюцията. Новите характеристики на организмите се появяват в резултат на изменчивостта и благодарение на наследствеността те се запазват в следващите поколения. Натрупването на много нови признаци води до появата на други видове

Видове променливост

Разграничете наследствената и ненаследствената изменчивост.

Наследствена (генотипна) изменчивостсвързани с промяна в самия генетичен материал. Ненаследствената (фенотипна, модификационна) изменчивост е способността на организмите да променят своя фенотип под въздействието на различни фактори. Модификационната променливост се причинява от промени във външната или вътрешната среда на организма.

скорост на реакция

Това са границите на фенотипната изменчивост на признака, възникваща под въздействието на факторите на средата. Скоростта на реакция се определя от гените на организма, така че скоростта на реакция за една и съща черта е различна за различните индивиди. Диапазонът на скоростта на реакция на различни признаци също варира. Тези организми, при които степента на реакция е по-широка за тази черта, имат по-високи адаптивни способности при определени условия на околната среда, т.е. променливостта на модификацията в повечето случаи е адаптивна по природа и повечето от промените, които настъпват в тялото, когато са изложени на определени фактори на околната среда, са полезен. Фенотипните промени обаче понякога губят своя адаптивен характер. Ако фенотипната променливост е клинично подобна на наследствено заболяване, тогава такива промени се наричат ​​​​фенокопия.

Променливост на комбинацията

Свързва се с нова комбинация от непроменени родителски гени в генотипите на потомството. Фактори на комбинираната изменчивост.

1. Независимо и произволно отделяне на хомоложни хромозоми в анафаза I на мейозата.

2. Преминаване.

3. Случайна комбинация от гамети по време на оплождането.

4. Случаен избор на родителски организми.

Мутации

Това са редки, случайни, постоянни промени в генотипа, които засягат целия геном, цели хромозоми, части от хромозоми или отделни гени. Те възникват под въздействието на мутагенни фактори от физичен, химичен или биологичен произход.

Мутациите са:

1) спонтанни и предизвикани;

2) вреден, полезен и неутрален;

3) соматични и генеративни;

4) генни, хромозомни и геномни.

Спонтанните мутации са мутации, които са възникнали ненасочено, под въздействието на неизвестен мутаген.

Индуцираните мутации са мутации, причинени изкуствено от действието на известен мутаген.

Хромозомните мутации са промени в структурата на хромозомите по време на клетъчното делене. Има следните видове хромозомни мутации.

1. Дупликация - удвояване на участък от хромозома поради неравномерно кръстосване.

2. Делеция - загуба на хромозомен сегмент.

3. Инверсия - завъртане на хромозомния сегмент на 180 °.

4. Транслокация - преместване на участък от хромозома към друга хромозома.

Геномните мутации са промени в броя на хромозомите. Видове геномни мутации.

1. Полиплоидия - промяна в броя на хаплоидните набори от хромозоми в кариотипа. Под кариотипа разбирайте броя, формата и броя на хромозомите, характерни за даден вид. Различават се нулизомия (липса на две хомоложни хромозоми), монозомия (липса на една от хомоложните хромозоми) и полизомия (наличие на две или повече допълнителни хромозоми).

2. Хетероплоидия - промяна в броя на отделните хромозоми в кариотипа.

Най-чести са генните мутации.

Причини за генни мутации:

1) отпадане на нуклеотиди;

2) вмъкване на допълнителен нуклеотид (тази и предишните причини водят до изместване на рамката за четене);

3) заместване на един нуклеотид с друг.

Предаването на наследствените белези в редица поколения индивиди се осъществява в процеса на размножаване. С сексуални - чрез зародишни клетки, с асексуални наследствени белези се предават със соматични клетки.

Единиците на наследствеността (нейните материални носители) са гените. Функционално специфичен ген е отговорен за развитието на дадена черта. Това не противоречи на определението, което дадохме на гена по-горе. От химическа гледна точка генът е част от ДНК молекула. Той съдържа генетична информация за структурата на синтезирания протеин (т.е. последователността на аминокиселините в протеиновата молекула). Съвкупността от всички гени в тялото определя съвкупността от специфични протеини, синтезирани в него, което в крайна сметка води до формирането на специфични характеристики.

В прокариотната клетка гените са част от една единствена ДНК молекула, а в еукариотната клетка те са в ДНК молекули, затворени в хромозоми. В същото време в двойка хомоложни хромозоми в едни и същи региони има гени, отговорни за развитието на даден признак (например цвят на цвете, форма на семена, цвят на човешки очи). Те се наричат ​​алелни гени. Една двойка алелни гени може да включва или еднакви (по отношение на състава на нуклеотидите и признака, който те определят), или различни гени.

Понятието "знак" се свързва с някакво индивидуално качество на даден организъм (морфологично, физиологично, биохимично), по което можем да го различим от друг организъм. Например: сини или кафяви очи, цветни или неоцветени цветя, висок или нисък ръст, кръвна група I (0) или II (A) и т.н.

Съвкупността от всички гени в един организъм се нарича генотип, а съвкупността от всички признаци се нарича фенотип.

Фенотипът се формира на базата на генотипа при определени условия на средата в хода на индивидуалното развитие на организмите.

В еволюционната теория на Дарвин предпоставката за еволюцията е наследствената изменчивост, а движещите сили на еволюцията са борбата за съществуване и естественият подбор. При създаването на еволюционната теория Ч. Дарвин многократно се позовава на резултатите от развъдната практика. Той показа, че разнообразието от сортове и породи се основава на променливостта. Променливостта е процесът на възникване на разлики в потомците спрямо предците, които определят разнообразието на индивидите в рамките на даден сорт или порода. Дарвин смята, че причините за променливостта са въздействието върху организмите на фактори на околната среда (преки и косвени), както и природата на самите организми (тъй като всеки от тях реагира специфично на въздействието на външната среда). Променливостта служи като основа за формирането на нови характеристики в структурата и функциите на организмите, а наследствеността засилва тези характеристики.Дарвин, анализирайки формите на променливост, отделя три от тях: определена, неопределена и корелативна.

Определена или групова променливост е променливостта, която възниква под въздействието на някакъв фактор на околната среда, който действа еднакво върху всички индивиди от даден сорт или порода и се променя в определена посока. Примери за такава изменчивост са увеличаване на телесното тегло при животински индивиди при добро хранене, промяна на линията на косата под влияние на климата и др. Определена променливост е масивна, обхваща цялото поколение и се изразява във всеки индивид по подобен начин. Не е наследствено, тоест в потомците на модифицираната група, при други условия, признаците, придобити от родителите, не се наследяват.

Неопределената, или индивидуална, изменчивост се проявява специфично при всеки индивид, т.е. уникален, индивидуален по природа. Свързва се с разликите в индивидите от един и същи сорт или порода при подобни условия. Тази форма на променливост е неопределена, т.е. даден признак при едни и същи условия може да се променя в различни посоки. Например, в една разновидност на растенията се появяват екземпляри с различни цветове на цветовете, различна интензивност на цвета на венчелистчетата и т.н. Причината за това явление не е била известна на Дарвин. Неопределената променливост е наследствена, т.е. стабилно се предава на потомството. Това е неговото значение за еволюцията.

При корелативна или корелативна променливост промяната в който и да е орган причинява промени в други органи. Например кучетата със слабо развита козина обикновено имат недоразвити зъби, гълъбите с оперени крака имат ремъци между пръстите, гълъбите с дълъг клюн обикновено имат дълги крака, белите котки със сини очи обикновено са глухи и т.н. От факторите на корелативната променливост , Дарвин прави важно заключение: човек, избирайки която и да е характеристика на структурата, почти „вероятно неволно ще промени други части на тялото въз основа на мистериозните закони на корелация“.

След като определи формите на променливост, Дарвин стигна до извода, че само наследствените промени са важни за еволюционния процес, тъй като само те могат да се натрупват от поколение на поколение. Според Дарвин основните фактори в еволюцията на културните форми са наследствената изменчивост и човешкият подбор (Дарвин нарича такъв подбор изкуствен). Изменчивостта е необходима предпоставка за изкуствения подбор, но тя не определя формирането на нови породи и сортове.

Форми на естествен подбор

Селекцията протича непрекъснато в безкрайна поредица от последователни поколения и запазва главно онези форми, които са по-подходящи за дадени условия. Естественият подбор и елиминирането на някои индивиди от един вид са неразривно свързани и са необходимо условие за еволюцията на видовете в природата.

Схемата на действие на естествения подбор във видовата система според Дарвин е следната:

1) Променливостта е присъща на всяка група животни и растения и организмите се различават един от друг в много отношения;

2) Броят на организмите от всеки вид, които се раждат в света, надвишава броя на тези, които могат да намерят храна и да оцелеят. Но тъй като изобилието на всеки вид е постоянно в естествени условия, трябва да се приеме, че по-голямата част от потомството загива. Ако всички потомци на който и да е вид оцелеят и се размножат, те много скоро ще изместят всички други видове на земното кълбо;

3) Тъй като се раждат повече индивиди, отколкото могат да оцелеят, има борба за съществуване, конкуренция за храна и местообитание. Това може да бъде активна борба на живот и смърт или по-малко очевидна, но не по-малко ефективна конкуренция, като например за растенията по време на период на суша или студ;

4) Сред многото промени, наблюдавани в живите същества, някои улесняват оцеляването в борбата за съществуване, докато други водят до факта, че техните собственици умират. Концепцията за „оцеляване на най-силния“ е в основата на теорията за естествения подбор;

5) Оцелелите индивиди пораждат следващото поколение и по този начин "успешните" промени се предават на следващите поколения. В резултат на това всяко следващо поколение е по-адаптирано към околната среда; тъй като околната среда се променя, настъпват допълнителни адаптации. Ако естественият подбор е действал в продължение на много години, тогава последното потомство може да се окаже толкова различно от своите предци, че би било препоръчително да ги отделим като независим вид.

Може също така да се случи, че някои членове на дадена група индивиди ще придобият някои промени и ще бъдат адаптирани към околната среда по един начин, докато други членове от нея, имайки различен набор от промени, ще бъдат адаптирани по различен начин; по този начин два или повече вида могат да възникнат от един прародителен вид, при условие че такива групи са изолирани.

избор на шофиране

Естественият подбор винаги води до повишаване на средната годност на популациите. Промените във външните условия могат да доведат до промени в годността на отделните генотипове. В отговор на тези промени естественият подбор, използващ огромен запас от генетично разнообразие за много различни черти, води до значителни промени в генетичната структура на популацията. Ако външната среда непрекъснато се променя в определена посока, тогава естественият подбор променя генетичната структура на популацията по такъв начин, че нейната годност в тези променящи се условия остава максимална. В този случай се променят честотите на отделните алели в популацията. Средните стойности на адаптивните черти в популациите също се променят. В редица поколения може да се проследи тяхното постепенно изместване в определена посока. Тази форма на селекция се нарича движеща селекция.

Класически пример за подбор на мотиви е еволюцията на цвета при брезовия молец. Цветът на крилата на тази пеперуда имитира цвета на кората на дърветата, покрити с лишеи, върху които прекарва дневните часове. Очевидно такова защитно оцветяване се е формирало в продължение на много поколения предишна еволюция. С началото на индустриалната революция в Англия обаче това устройство започва да губи значението си. Замърсяването на атмосферата доведе до масова смърт на лишеи и потъмняване на стволовете на дърветата. Светлите пеперуди на тъмен фон станаха лесно видими за птиците. От средата на 19 век в популациите на брезовия молец започват да се появяват мутантни тъмни (меланистични) форми на пеперуди. Честотата им нараства бързо. До края на 19-ти век някои градски популации на молец са почти изцяло съставени от тъмни форми, докато светлите форми все още преобладават в селските популации. Това явление се нарича индустриален меланизъм. Учените са установили, че в замърсените райони птиците са по-склонни да ядат светли форми, а в чисти райони - тъмни. Налагането на ограничения върху атмосферното замърсяване през 50-те години на миналия век накара естествения подбор отново да промени посоката си и честотата на тъмните форми в градското население започна да намалява. Те са почти толкова редки днес, колкото са били преди индустриалната революция.

Движещата селекция привежда генетичния състав на популациите в съответствие с промените във външната среда, така че средната годност на популациите да е максимална. На остров Тринидад рибата гупи живее в различни водоеми. Много от тези, които живеят в долните течения на реките и в езерата, загиват в зъбите на хищни риби. В горното течение животът на гупите е много по-спокоен - има малко хищници. Тези разлики в условията на околната среда доведоха до факта, че "горните" и "обикновените" гупи се развиха в различни посоки. „Обикновените“, които са под постоянна заплаха от унищожаване, започват да се размножават на по-ранна възраст и произвеждат много много малки малки. Шансът за оцеляване на всеки от тях е много малък, но има много от тях и някои от тях имат време да се размножат. „Коните“ достигат по-късно до пубертета, тяхната плодовитост е по-ниска, но потомството е по-голямо. Когато изследователите прехвърлиха "масовите" гупи в необитаеми водоеми в горните течения на реките, те наблюдаваха постепенна промяна в типа развитие на рибите. 11 години след преместването те станаха много по-големи, влязоха в разплод по-късно и дадоха по-малко, но по-едро потомство.

Скоростта на промяна на честотите на алелите в популацията и средните стойности на признаците под действието на селекцията зависи не само от интензивността на селекцията, но и от генетичната структура на селектираните черти. Селекцията срещу рецесивни мутации е много по-малко ефективна, отколкото срещу доминантни. При хетерозиготата рецесивният алел не се появява във фенотипа и следователно избягва селекцията. Използвайки уравнението на Харди-Вайнберг, може да се оцени скоростта на промяна в честотата на рецесивен алел в популация в зависимост от интензивността на селекцията и първоначалното честотно съотношение. Колкото по-ниска е честотата на алела, толкова по-бавно става неговото елиминиране. За да се намали честотата на рецесивната леталност от 0,1 до 0,05, са необходими само 10 поколения; 100 поколения - да се намали от 0,01 на 0,005 и 1000 поколения - от 0,001 на 0,0005.

Движещата форма на естествения подбор играе решаваща роля в адаптирането на живите организми към външни условия, които се променят с времето. Той също така осигурява широкото разпространение на живота, проникването му във всички възможни екологични ниши. Грешка е обаче да се мисли, че при стабилни условия на съществуване естественият подбор престава. При такива условия той продължава да действа под формата на стабилизираща селекция.

Стабилизираща селекция

Стабилизиращият подбор запазва състоянието на популацията, което осигурява нейната максимална годност при постоянни условия на съществуване. Във всяко поколение се отстраняват индивиди, които се отклоняват от средната оптимална стойност по отношение на адаптивните характеристики.

Описани са много примери за действие на стабилизиращ подбор в природата. Например, на пръв поглед изглежда, че индивидите с максимална плодовитост трябва да имат най-голям принос към генофонда на следващото поколение. Наблюденията на естествените популации на птици и бозайници обаче показват, че това не е така. Колкото повече пилета или малки са в гнездото, толкова по-трудно е да ги нахраните, толкова по-малко и по-слабо е всяко от тях. В резултат на това индивидите със средна плодовитост се оказват най-адаптирани.

Селекция в полза на средните е установена за различни черти. При бозайниците новородените с много ниско и много високо тегло са по-склонни да умрат при раждането или през първите седмици от живота си, отколкото новородените със средно тегло. Отчитането на размера на крилата на птици, умрели след бурята, показва, че повечето от тях са имали твърде малки или твърде големи крила. И в този случай средните индивиди се оказаха най-адаптирани.

Каква е причината за постоянната поява на слабо адаптирани форми в постоянни условия на съществуване? Защо естественият подбор не е в състояние веднъж завинаги да изчисти популацията от нежелани укриващи се форми? Причината е не само и не толкова в непрекъснатата поява на нови и нови мутации. Причината е, че хетерозиготните генотипове често са най-приспособените. При кръстосване те постоянно дават разделяне и в потомството им се появяват хомозиготни потомци с намалена годност. Това явление се нарича балансиран полиморфизъм.

полов подбор

При мъжете от много видове се откриват изразени вторични полови белези, които на пръв поглед изглеждат неадаптивни: опашката на паун, ярките пера на райските птици и папагалите, алените гребени на петлите, очарователните цветове на тропическите риби, песните на птици и жаби и др. Много от тези характеристики затрудняват живота на техните носители, което ги прави лесно видими за хищници. Изглежда, че тези знаци не дават никакви предимства на техните носители в борбата за съществуване и въпреки това са много разпространени в природата. Каква е ролята на естествения подбор за възникването и разпространението им?

Известно е, че оцеляването на организмите е важен, но не единствен компонент на естествения подбор. Друг важен компонент е привлекателността за представителите на противоположния пол. Ч. Дарвин нарича това явление полов подбор. Той спомена за първи път тази форма на подбор в Произхода на видовете и по-късно я анализира подробно в Произхода на човека и половия подбор. Той смята, че „тази форма на подбор се определя не от борбата за съществуване в отношенията на органичните същества помежду си или с външните условия, а от съперничеството между индивиди от един и същи пол, обикновено мъже, за притежание на индивиди от друг пол."

Сексуалният подбор е естествен подбор за успех в размножаването. Черти, които намаляват жизнеспособността на техните носители, могат да се появят и разпространят, ако предимствата, които предоставят при успеха на размножаването, са значително по-големи от техните недостатъци за оцеляване. Мъжки, който живее кратко, но се харесва на женските и поради това произвежда много потомство, има много по-висока кумулативна годност от този, който живее дълго, но оставя малко потомство. При много животински видове по-голямата част от мъжките изобщо не участват в размножаването. Във всяко поколение между мъжките възниква жестока конкуренция за женски. Това състезание може да бъде директно и да се прояви под формата на борба за територии или турнирни битки. Може да се появи и в индиректна форма и да се определя от избора на женските. В случаите, когато женските избират мъжки, мъжката конкуренция се проявява в демонстрирането на пищния им външен вид или сложното поведение на ухажване. Женските избират тези мъже, които харесват най-много. По правило това са най-ярките мъже. Но защо жените харесват ярки мъже?

Годността на жената зависи от това колко обективно тя може да прецени потенциалната годност на бъдещия баща на нейните деца. Тя трябва да избере мъжки, чиито синове ще бъдат много адаптивни и привлекателни за женските.

Предложени са две основни хипотези за механизмите на половия подбор.

Според хипотезата за „привлекателните синове“ логиката на женския подбор е малко по-различна. Ако ярките мъже по някаква причина са привлекателни за жените, тогава си струва да изберете ярък баща за бъдещите си синове, защото синовете му ще наследят гените на яркия цвят и ще бъдат привлекателни за жените в следващото поколение. По този начин се получава положителна обратна връзка, което води до факта, че от поколение на поколение яркостта на оперението на мъжките се засилва все повече и повече. Процесът продължава да се увеличава, докато достигне границата на жизнеспособност. Представете си ситуация, в която женските избират мъжки с по-дълга опашка. Дългоопашатите мъжки произвеждат повече потомство от мъжките с къси и средни опашки. От поколение на поколение дължината на опашката се увеличава, тъй като женските избират мъжки не с определен размер на опашката, а с по-голям от средния размер. В крайна сметка опашката достига такава дължина, че нейната вреда за жизнеспособността на мъжкия се балансира от нейната привлекателност в очите на женските.

Обяснявайки тези хипотези, ние се опитахме да разберем логиката на действието на женските птици. Може да изглежда, че очакваме твърде много от тях, че такива сложни фитнес изчисления са трудно достъпни за тях. Всъщност, когато избират мъже, жените са не повече и не по-малко логични, отколкото във всички други поведения. Когато животното почувства жажда, това не е причина да пие вода, за да възстанови водно-солевия баланс в тялото - то отива към водопоя, защото изпитва жажда. Когато пчела работничка ужили хищник, който атакува кошер, тя не пресмята доколко с тази саможертва повишава кумулативната годност на сестрите си - тя следва инстинкта. По същия начин женските, избирайки ярки мъжки, следват инстинктите си - харесват ярки опашки. Всички, които инстинктивно са предизвикали различно поведение, всички те не са оставили потомство. Така обсъдихме не логиката на женските, а логиката на борбата за съществуване и естествения подбор - сляп и автоматичен процес, който, действайки постоянно от поколение на поколение, е формирал цялото онова невероятно разнообразие от форми, цветове и инстинкти, които ние наблюдавайте в света на дивата природа.

Изменчивост, нейните видове и биологично значение

наследствена изменчивост

Променливост- това е универсално свойство на живите системи, свързано с промени във фенотипа и генотипа, които възникват под въздействието на външната среда или в резултат на промени в наследствения материал. Разграничете наследствената и ненаследствената изменчивост.

Наследствената изменчивост е комбинирана, мутационна, неопределена.

Променливост на комбинациятавъзниква в резултат на нови комбинации от гени в процеса на сексуално размножаване, кръстосване и други процеси, придружени от рекомбинации на гени. В резултат на комбинираната изменчивост възникват организми, които се различават от своите родители по генотипове и фенотипове. Комбинативната изменчивост създава нови комбинации от гени и осигурява както разнообразието на организмите, така и уникалната генетична индивидуалност на всеки от тях.

Мутационна изменчивостсвързани с промени в последователността на нуклеотидите в ДНК молекулите, делеции и вмъквания на големи участъци в ДНК молекули, промени в броя на ДНК молекулите (хромозоми). Самите такива промени се наричат ​​мутации. Мутациите се предават по наследство.

Мутациите са:

. гени, които причиняват промени в специфичен ген. Генните мутации са доминантни и рецесивни. Те могат да поддържат или, обратно, да потискат жизнената дейност на организма;

Генеративни, засягащи зародишните клетки и предавани по време на половото размножаване;

Соматично, без засягане на зародишните клетки. Животните не се предават по наследство;

Геномни (полиплоидия и хетероплоидия), свързани с промяна в броя на хромозомите в кариотипа на клетките;

Хромозомни, свързани с пренареждане на структурата на хромозомите, промяна в позицията на техните участъци в резултат на прекъсвания, загуба на отделни участъци и др. Най-често срещаните генни мутации, в резултат на които се получава промяна, загуба или вмъкване на ДНК нуклеотиди в гена. Мутантните гени предават различна информация на мястото на синтеза на протеини, а това от своя страна води до синтеза на други протеини и появата на нови признаци.Мутациите могат да възникнат под въздействието на радиация, ултравиолетово лъчение и различни химични агенти. Не всички мутации са ефективни. Някои от тях се коригират по време на възстановяването на ДНК. Фенотипно мутациите се проявяват, ако не са довели до смъртта на организма. Повечето генни мутации са рецесивни. От еволюционно значение са фенотипно проявените мутации, които или осигуряват на индивидите предимства в борбата за съществуване, или, обратно, причиняват смъртта им под натиска на естествения отбор.

Процесът на мутация увеличава генетичното разнообразие на популациите, което създава предпоставки за еволюционния процес.

Честотата на мутациите може да се увеличи изкуствено, което се използва за научни и практически цели.

Ненаследствена или модификационна изменчивост

Ненаследствена, или групова (определена), или модификационна променливост- това са промени във фенотипа под влияние на условията на околната среда. Модификационната променливост не засяга генотипа на индивидите. Границите, в които фенотипът може да се променя, се определят от генотипа. Тези граници се наричат ​​скорост на реакция. Нормата на реакцията определя границите, в които определена характеристика може да се промени. Различните знаци имат различна скорост на реакция - широка или тясна.

Фенотипните прояви на даден признак се влияят от кумулативното взаимодействие на гените и условията на околната среда. Степента на проява на дадена черта се нарича експресивност. Честотата на проявление на даден признак (%) в популация, в която всички индивиди носят този ген, се нарича пенетрантност. Гените могат да се проявяват с различна степен на експресивност и проникване.

Промени в модификациятав повечето случаи не се предават по наследство, но не е задължително да имат групов характер и не винаги се появяват при всички индивиди от вида при еднакви условия на околната среда. Модификациите гарантират, че индивидът е адаптиран към тези условия.

Ч. Дарвин разграничава определена (или групова) и неопределена (или индивидуална) променливост, която според съвременната класификация съвпада съответно с ненаследствената и наследствената променливост. Трябва обаче да се помни, че това разделение е до известна степен произволно, тъй като границите на ненаследствената изменчивост се определят от генотипа.

Наред с наследствеността, изменчивостта е основно свойство на всички живи същества, един от факторите в еволюцията на органичния свят. В основата на създаването на нови породи домашни животни са различни начини за целенасочено използване на променливостта (различни видове кръстосвания, изкуствени мутации и др.).