Реферат: Теории эволюции и процесс видообразования

--PAGE_BREAK--ДНК — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

ДНК определяет наследственность организмов, то есть воспроизводящийся в поколениях набор белков и связанных с ними признаков. Биосинтез белка является центральным процессом живой материи, а нуклеиновые кислоты обеспечивают его, с одной стороны, программой, определяющей весь набор и специфику синтезируемых белков, а с другой — механизмом точного воспроизведения этой программы в поколениях.

Реплика́ция ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы ДНК, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. Репликацию ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза.

Рекомбинация— процесс обмена генетическим материалом путем разрыва и соединения разных молекул. Рекомбинация происходит при репарации (способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК) двунитевых разрывов в ДНК и для продолжения репликации в случае остановки репликационной вилки у эукариот, бактерий и архей.

Сегрегация — процесс расхождения хромосом в митозе или мейозе. Сегрегация обеспечивает постоянство числа хромосом в клеточных делениях.

Сложность организации генома: «молчащая» ДНК — Значительная часть нуклеотидных последовательностей у эукариот реплицируется, но не транскрибируется вообще, мозаичная структура генов (интроны — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка, экзоны — это последовательность ДНК, которая представлена в зрелой РНК), мобильные генетические элементы — последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома.

Транскрипция является первой стадией реализации (считывания) генетической информации, на которой нуклеотидная последовательность ДНК копируется в виде нуклеотидной последовательности РНК.

Морфогенетические процессы протекают в разных условиях несколько по-разному. Генотип программирует лишь общее направление морфогенетических процессов, а условия внешней среды оказывают существенное влияние на их конкретную реализацию. В результате каждый ген имеет несколько разных вариантов своего фенотипического проявления. Всякий конкретный генотип в разных условиях обеспечивает развитие разных фенотипов, т.е. разных совокупностей морфологических, физиологических и поведенческих признаков организма. Все эти фенотипы составляют норму реакции одного и того же генотипа на различные внешние условия.

Индивидуальные различия особей видов, размножающиеся половым путем, основанные на разных комбинациях многочисленных генов и их аллелей, получили название комбинативной изменчивости.

Мутации (изменение количества и структуры ДНК) происходят на разных уровнях организации наследственного аппарата: 1) Геномные мутации – изменения количества хромосом, которые могут происходить либо путем кратного увеличения числа целых (гаплоидных) наборов хромосом, либо посредством изменения числа отдельных хромосом в геноме, в результате чего общее число хромосом становится не кратным гаплоидному. Увеличение числа целых хромосомных наборов — полиплоидизация, изменение числа отдельных хромосом в геноме — анеуплоидией, или гетероплоидией. Играют роль в видообразовании при агамных формах размножения (организмы, которые размножаются без участия гамет (половых клеток)). Автополиплоидия — кратное увеличение в клетках организма исходного, характерного для вида набора хромосом. Аллополиплоидия — соединение в клетках организма наборов хромосом от разных видов или родов. Характерны в основном для растительных организмов; 2) Хромосомные мутации: а) транслокация — взаимный обмен участками между двумя разными (не гомологичными друг другу) хромосомами; б) делеция — утрата хромосомой какого-либо ее участка; в) инверсия — поворот внутри хромосомы какого-либо ее участка на 180°; г) дупликация — удвоение тех или иных участков хромосомы (кол-во ген.матерала); д) транспозиция — перестановка генов внутри хромосомы; 3) Генные (точечные) мутации: изменения генов (замена отдельных нуклеотидных пар, смещение рамки считывания), основной источник аллелей гена. Мутационная изменчивость случайна по отношению к характеру изменений ОС.

Направленность мутационного процесса: совокупность всех реально возможных мутаций составляет спектр изменчивости данного генотипа и генофонда данной популяции как системы из всех составляющих его генотипов.

В генофондах родственных видов сохраняются гомологичные гены (их количество в целом пропорционально степени родства). Поэтому в популяциях родственных видов могут появляться и гомологичные мутации, приводящие к сходным фенотипическим результатам. Закон гомологических рядов (Н. И. Вавилов 1935): виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Фенотип: пенетрантность — определяется как отношение числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует в необходимом для фенотипического проявления количестве копий;

Экспрессивность — степень проявления в фенотипе различных особей одного и того же аллеля определённого гена;

Плейотропия — выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков.

Горизонтальный перенос генетической информации между разными видами посредством гибридизации или переноса плазмид (в частности, при вирусной трансдукции). Имеются сведения о естественном переносе генетической информации между разными видами прокариот. Вероятно, роль такого переноса невелика.

Внегенетическое наследование — этим способом передаётся информация -> новусу (персоне-последователю, преемнику, реципиенту) от сенекса (индивида-предшественника, индуктора), умершего до рождения новуса; свойственная новусу и только ему, в частности – информация о признаках не унаследованных сенексом от предков, а приобретённых прижизненно, например – о травматических повреждениях его тела; без кодирования, непосредственно, в «чисто» метафизической форме и бесконтактно (дистантно); которая накладывается (может наложиться) на видовую, после её декодирования, уже на первых этапах онтогенеза (в пренатальный период), хотя известны случаи более поздних вторжений такого рода, и даже вторжения кратковременные – как спонтанные, так и провоцируемые специальными методами.

Материнский эффект — явление в генетике, при котором фенотип потомка определяется исключительно генами матери. Чаще всего данный термин используют в отношении генов материнского эффекта, которые экспрессируются в яйцеклетке и оказывают влияние на развитие зиготы.
7 ДВИЖУЩИЕ ФАКТОРЫ МИКРОЭВОЛЮЦИИ
Элементарные эволюционные факторы – это стохастические (вероятностные) процессы, протекающие в популяциях, которые служат источниками первичной внутрипопуляционной изменчивости.

Мутационный процесс, рекомбинации и давление мутаций обеспечивают появление в популяциях новых аллелей (а также хромосом и целых хромосомных наборов). Популяционные волны, изоляция, эффект основателя, дрейф генов обеспечивают эффект Болдуина («бутылочного горлышка»), способствуют изменению частот аллелей в популяции. Генетическую структуру изменяют: миграции (поток генов), мейотический драйв и прочие.

Мутационный процессобеспечивают появление новых вариантов признака, лежит в основе всех форм изменчивости. Частота мутаций конкретных генов очень низка (10–3 — 10–10). Большинство мутаций и диплобионтов в рецессивном состоянии элиминируются под действием случайных популяционных факторов; у гомозигот – снижают жизнеспособность. Рецессивные мутации (проявляются, если мутантный ген окажется в гомозиготном состоянии). Гены, находящиеся в половых хромосомах, называют сцепленными с полом. В Х-хромосоме имеется участок, для которого в Y-хромосоме нет гомолога. Поэтому у особей мужского пола признаки, определяемые генами этого участка, проявляются даже в том случае, если они рецессивны. Эта особая форма сцепления позволяет объяснить наследование признаков, сцепленных с полом.

Доминантная мутация (заметна фенотипически, если она досталась потомку хотя бы от одного родителя), кодоминирование (у гетерозигот признаки, за которые отвечает каждый из аллелей, проявляются одновременно (смешанно). Типичный пример кодоминирования — наследование групп крови системы АВ0 у человека).

Проявление мутаций у гаплобионтов — У гаплобионтов мутантный аллель обычно сразу проявляется в фенотипе и подвергается действию естественного отбора. В этом случае отбор действует подобно механическому ситу. В результате некоторые мутации сразу же приобретают адаптивный характер.

Давление мутаций — Мутации служат основным источником новшеств в популяциях. Однако мутационный процесс обычно не представляет собой важной эволюционной силы. Частота возникновения мутаций столь низка, что само по себе мутационное давление не может вызвать существенных изменений частот генов в популяциях.

Мейотический драйв – явление, при котором хромосома, несущая мутантный аллель, воспроизводится чаще.

Плейотропия — явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Таким образом, новая мутация в гене может оказать влияние на некоторые или все связанные с этим геном признаки.

Пенетрантность — Определяется как отношение (обычно — в процентах) числа особей, у которых наблюдаются фенотипические проявления наличия аллеля, к общему числу особей, у которых данный аллель присутствует в необходимом для фенотипического проявления количестве копий (в зависимости от характера доминирования, для фенотипического проявления может быть достаточно только одной копии аллеля или двух, если для фенотипического проявления необходимо, чтобы особь была гомозиготна по данному гену).

Рекомбинационные изменения — перераспределение генетического материала родителей в потомстве, приводящее к наследственной комбинативной изменчивости живых организмов..

Дрейф генов (генетико-автоматические процессы) — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами.

Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Случайные ненаправленные изменения частот аллелей в популяциях называются дрейфом генов в широком смысле этого слова (при колебаниях численности, случайной гибели генетически «уникальных» особей). В результате преимущества получают аллели, не игравшие значительной роли в приспособленности. Частный случай – эффект «бутылочного горлышка».

Популяционные волны (волны жизни, численности) — колебания численности природных популяций.

Изоляция:обеспечивает проявление эффекта «бутылочного горлышка» в пространстве, за счет уменьшения численности в микрогруппах (увеличение частоты случайно попавших в нее аллелей) при дроблении больших популяциях.

В большой популяции (например, с численностью миллион диплоидных особей) частота мутации порядка 10–6 означает, что примерно одна из миллиона особей является носителями нового мутантного аллеля. Соответственно, вероятность фенотипического проявления этого аллеля в диплоидной рецессивной гомозиготе составляет 10–12 (одна триллионная).

Эффект основателя — явление снижения и смещения генетического разнообразия при заселении малым количеством представителей рассматриваемого вида новой географической территории.

Миграции (поток генов) — перенос аллелей генов из одной популяции в другую. Миграция в популяцию или из популяции может привести к значительным изменениям в частотах аллелей, так как при этом изменяется пропорция членов популяции, несущих данный аллель. Иммиграция также может привести к появлению новых вариантов генов в стабильный пул генов вида в целом или отдельной популяции.

Инбридинг — скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции организмов (животных или растений), бесполое размножение –делением, спорами, вегетативное.

Эффективная численность популяции (репродуктивная часть) – та часть, которая формирует генофонд следующего поколения.
8 ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР
Генетическая структура (генофонд как система) популяции, имеющая соответствующую норму реакции особей и обусловливающая фенотипические особенности, влияющие на популяционную структуру и, в итоге, определяют ее приспособленность к конкретным условиям ОС. Высокая степень гетерогенности генофонда позволяет сохраняться популяции при изменении условий во времени за счет выживания особей, наиболее приспособленных в конкретном месте в текущий момент времени. Они также сохраняют потенциально полезный при новых изменениях ОС рецессивный генетический запас (генетико-автоматические процессы, комбинативная изменчивость). В тоже время этот запас снижает приспособленность популяции, представляя генетический груз.

Общий генетический грузскладывается из: 1) мутационного — неудачные мутации, существенно снижающие приспособленность; 2) сегрегационного — выщепляющиеся в каждом поколении слабо приспособленные гомозиготные особи по таким аллелям, которые в гетерозиготном состоянии обладают высокой приспособленностью; 3) субституционного — результат изменений приспособленности фенотипических признаков при изменениях внешних условий или появлении новых, более удачных фенотипических вариантов.

Отбор действует, не на отдельные гены, а на фенотипы организмов, формирующиеся в онтогенезе на основе взаимодействий целостных генетических систем («супергенов») в целостном генотипе. В результате отбору подвергаются не отдельные гены, а полигенные комплексы, и эволюционные преобразования затрагивают сопряженные комплексы фенотипических признаков. Это и определяет возможность высокой скорости эволюции без гибельных последствий для вида в результате слишком высокой платы за отбор.

Приспособленность к конкретным условиям существования формируется только благодаря действию естественного отбора. Он является направляющей (векторизующей) эволюционный процесс и интегрирующей отдельные изменения в адаптации.

Генетическая сущность отбора заключается в неслучайном (избирательном) выживании изменчивых генотипов и в избирательном участии разных генотипов в передаче генов последующим поколениям. Следовательно, естественный отбор имеет два существенно различающихся аспекта: отбор на выживание, определяющий дифференцированное выживание разных особей, и репродуктивный отбор, обеспечивающий различную степень участия разных особей в размножении (могут не совпадать).

Количественная характеристика действия отбора носит название его эффективности: представляет собой степень воздействия (давления) отбора на популяцию. Давление отбора в разных условиях может быть большим или меньшим. Для количественного выражения — коэффициентом отбора (S). Если S= 0 отбор не происходит, при S= 1 элиминируются все особи популяции, при S= 0,3 «выбраковывается» 30%. Эта величина относительная, поскольку устанавливается к наиболее приспособленному в данных условиях генотипу.

Стабилизирующий отбор: при постоянстве условий среды и при отсутствии конкуренции с экологически близкими формами генофонд данного вида оптимизируется по отношению к существующим условиям и направлен против крайних вариантов изменчивости, ведет к большей фенотипической однородности популяции.

Направленный отбор (направленное изменение признака): сдвиг средней величины признака от поколения к поколению в «нужном» в данных условиях ОС направлении, постепенное изменение популяции в целом, преобразование ее генофонда. В случае отставания темпов приспособленности от скорости отбора отличие популяция вымирает.

Разрывающий, или дизруптивный, отбор: условия благоприятствуют двум или нескольким крайним вариантам (направлениям) изменчивости, но не промежуточному, среднему состоянию признака. В результате – возникновение устойчивого адаптивного полиморфизма популяции, либо к ее дроблению, т. е. к разделению на несколько новых популяций такого же ранга.
9 КОНЦЕПЦИЯ ВИДА
Практические стандарты вида (по Завадскому):

1) Морфологический монотипический стандарт (чистота «типа», т. е. отсутствие подразделений (varietasи пр.) и неделимость). Им пользовались на заре систематики, а впоследствии «дробители», жорданисты, считавшие видом каждую морфологически отличную популяцию, внутрипопуляиионную) форму (биотип) или даже особь (=клон).

2. Морфологический политипический стандарт (линнеон, сборный вид (conspecies), полиморфный вид): вид является далеко не последней неразложимой единицей наименьшего объема, а представляет собой сложный комплекс мелких константных единиц».

3. Морфолого-географический (= экологический) монотипический стандарт. Вид = географической, или экологической, и в том числе сезонной, расе. Трактовки: линнеон, сборный вид (conspecies), эковид (oecospecies), климатип, подвид (subspecies). Ведет к дроблению.

4. Морфолого-генетический стандарт монотипического вида отличается от чисто морфологического абсолютизацией принципа монотипизма на основе генетического эксперимента (расщепление). Ведет крайнему дробительству.

5. Морфолого-географический политипический стандарт: группа географических (экологических) рас — подвидов, установлено существование тесных роев рас, примыкающих, перекрывающих, полностью налегающих или иерархически соподчиненных, а также и рас-видов, стоящих особняком.

6. «Биологический вид» — этот стандарт политипического вида, основан на трех показателях: специфичности морфологии, географо-экологической определенности и обособленности в половом отношении. Роль ведущего критерия отводится физиологическому критерию (скрещиваемость внутри группы и межгрупповая изоляция).

Комплексный подход (критерии вида): морфологический, географический критерий, биохимический, экологический, генетический, физиологический.

Универсальность и неравноценность вида (общие признаки вида): 1) Численность. Вид включает множество особей, т. е. является надиндивидуальным образованием. Уровень численности вида входит в его качественную характеристику; 2) Тип организации. Вид обладает единой наследственной основой (генотипическое единство, в сходстве типа обменных реакций, процессов морфогенеза, внутреннего и внешнего строения особей, а также в сходстве внутривидовых отношений в популяции. Вид — относительно однородное (изоморфное) образование и как тип организации выступает в качестве особой единицы; 3) Воспроизведение. Вид — самостоятельно воспроизводящееся в природе образование, способное в процессе размножения сохранять свою качественную определенность; 4) Дискретность. Биологическая единица, существующая и эволюирующая как более или менее обособленное образование; 5) Экологическая определенность. Приспособлен к условиям существования и конкурентоспособен. Он занимает определенное особое место в экологических системах и выступает как отдельное звено в круговороте веществ и во взаимосвязях живого с живым; 6) Географическая определенность. Расселен в природе на определенной территории. Ареал, как правило, является обязательной чертой, входящей в характеристику вида; 7) Многообразие форм. Вид дифференцирован и обладает внутренней структурой. Включая много разнородных форм, вид выступает как система, основной единицей которой является местная популяция (система клонов или же дём); 8) Историчность. Система, способная к эволюционному развитию. Историчность вида проявляется во временном существовании его как особой филогенетической ветви (вид во времени, или фратрия); 9) Устойчивость. Не имеет заранее заданного, внутренне определенного срока существования в природе. Способность сохранять качественную определенность в течение известного геологического времени — специфическая черта вида; 10) Целостность. Вид является общностью, объединенной внутренними связями (не сумма особей), присущими ему как системе. Целостность вида наиболее полно проявляется в отдельных популяциях. Вид представляет собой надындивидуальную форму организации живой материи.

Основная структурная единица эволюционного процесса – биологический вид и его популяции.Вид как биологическая система: обмен генетическим материалом, его комбинирование у особей одного вида позволяет представить вид как стохастическую (вероятностную) систему. Благодаря действию естественного отбора генофонд вида представляет собой не случайный набор аллелей, а определенным образом сбалансированную систему, в которой относительное количество тех или иных аллелей определяется приспособительной ценностью контролируемых ими фенотипических особенностей в данных условиях. Вид, объединяемый в единое целое с помощью полового процесса, устойчивее к изменениям среды, чем клон — потомство данной особи, полученное посредством бесполого размножения. Агамный вид (бесполое размножение)

Сложная внутренняя структура вида. многие виды организмов включают устойчивые формы, обитающие в разных частях видового ареала (области географического распространения), — подвиды. Подвиды стабильны и достаточно отчетливо различаются по морфофизиологическим критериям, но в зонах контакта скрещиваются друг с другом, давая плодовитое потомство с промежуточным состоянием признаков (так называемые «зоны интерградации» между подвидами).

Вид как единица систематики: международные кодексы ботанической и зоологической номенклатуры.


    продолжение
--PAGE_BREAK--