47441

Биологическая эволюция. Основы теории эволюции

Лекция

Биология и генетика

Основы теории эволюции. Дарвина о механизмах эволюции живой природы. Синтетическая теория эволюции. Учение о микроэволюции

Русский

2013-11-29

89 KB

43 чел.

Лекция 20. Тема: Биологическая эволюция. Основы теории эволюции.

План.

1. Биологическая эволюция.

2. История становления эволюционных идей

3. Сущность представлений Ч. Дарвина о механизмах эволюции живой природы.

4. Синтетическая теория эволюции.

5. Учение о микроэволюции

5.1. Популяция – элементарная единица эволюции.

5.2. Элементарные факторы эволюции

5.3. Возникновение адаптаций – результат действия естественного отбора.

5.4. Вид как результат микроэволюции.

1. Биологическая эволюция.

Биологическая эволюция – необратимое и направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.

Результатом биологической эволюции является соответствие развивающейся живой системы условиям ее существования. Это достигается распространением одних и гибелью других биологических систем.

2. История становления эволюционных идей

Эволюционное учение возникло как результат длительной борьбы двух противоположных систем взглядов на жизнь и ее происхождение — идей божественного сотворения мира и представлений о самозарождении и саморазвитии жизни. На основе этих воззрений в науке сложились два направления — креационизм и эволюцонизм. Существовали также представления о вечности жизни в природе. Уже в древности эти идеи активно обсуждались, и в их развитие внесли большой вклад такие выдающиеся мыслители Древней Греции и Рима, как Фалес Милетский, Анаксимандр, Анаксимен, Гераклит, Эмпедокл, Демокрит, Платон, Аристотель, Лукреций и многие другие.

В средние века господствовали в основном метафизические идеи креационизма и неизменности живого мира. Однако зарождение и развитие университетов и других форм высших школ в XI—XV в. постепенно стимулировало развитие научной мысли и привело к эпохе Возрождения в Европе. Большую роль в развитии идей трансформизма сыграли выдающиеся просветители Рене Декарт, Г.Лейбниц и др.

Среди предшественников Чарльза Дарвина, работавших в XVIII—XIX вв. и подготовивших почву для создания эволюционного учения, было множество крупных ученых и мыслителей: П.С.Палас, Ж.-Л.Бюффон, Э.Жоффруа Сент-Илер, В.Смит, Ч.Лайель, И.-В. Гёте, Р.Оуэн, Э. Дарвин и др. В России развитию эволюционных идей способствовали труды М.В. Ломоносова, К.М.Бэра, К.Ф.Рулье и др.

Яркой фигурой в биологии был французский ученый Жан-Батист Ламарк. Он создал первое целостное эволюционное учение..

Теорию Ламарка критиковали многие, в том числе основоположник сравнительной анатомии и палеонтологии животных французский учёный Ж. Кювье.

3. Сущность представлений Ч. Дарвина о механизмах эволюции живой природы.

Основы теории эволюции были созданы выдающимся английским ученым Чарльзом Дарвином. Большую роль в жизни и формировании научных идей Ч.Дарвина сыграло кругосветное путешествие в составе экспедиции на корабле "Бигл". Он смог досконально изучить специфику фауны Галапагосских островов, Южной Америки и других районов мира. Уже в тот период у Дарвина возникают основные эволюционные идеи. Затем Дарвин продолжает свои научные исследования, им были написаны статьи и несколько монографий. В 1859 году выходит капитальный труд «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых рас (форм, пород) в борьбе за жизнь». Дарвин различает определеную и неопределенную формы изменчивости, указывает на существование двух форм искусственного отбора (бессознательный и сознательный или методический) и их значение в селекции.

Дарвин сформулировал положения о роли борьбы за существование в процессах выживания видов в природе и значении естественного отбора как важнейшего фактора, определяющего направление эволюции. Основными механизмами борьбы за существование Дарвин считал внутри- и межвидовую конкуренцию, а избирательная гибель слабых особей рассматривалась им как основа естественного отбора. Эти процессы могут ускоряться при пространственной изоляции популяций. Ч. Дарвин отмечал, что эволюционируют не отдельные особи, а виды и внутривидовые популяции, т. е. эволюционный процесс происходит на надорганизменном уровне. Единицей эволюции считал вид, факторами эволюции - борьбу за существование, наследственность, изменчивость и движущий фактор – естественный отбор, возникающий как следствие борьбы за существование. Под естественным отбором понимается выживание наиболее приспособленных и гибель менее приспособленных форм. Форма естественного отбора – движущий и половой, как разновидность движущего.

Особую роль в эволюции Ч.Дарвин отводил наследственной изменчивости организмов в популяциях (группах особей, относящихся к данному виду и занимающих часть его ареала) и половом воспроизводству организмов как важнейшим факторам естественного отбора.

Процесс видообразования Дарвин считал постепенным. Им проводились параллели между естественным и искусственным отборами, приводящими к формированию подвидов, видов и пород или сортов животных и растений. В доказательстве эволюции Дарвин отводил большое значение другим наукам — палеонтологии, биогеографии, эмбриологии.

4. Синтетическая теория эволюции.

Современный этап развития эволюционной теории основан на объединении дарвиновского учения и данных многих отраслей биологии: генетико-экологическое изучение структуры популяции; экспериментальное и математическое изучение борьбы за существование и естественного отбора; данные экспериментальной и теоретической генетики; развитие теории вида.

В основе методологии СТЭ лежат 2 постулата: 1) элементарной эволюционной единицей является не особь, а популяция – группа особей одного вида. Вид есть целостная и замкнутая система, включающая соподчиненные подвиды и популяции. 2) Раскрытие закономерностей эволюции возможно лишь на основе синтеза знаний из различных областей биологии, таких как: популяционная и эволюционная генетика, экология, систематика, морфология, физиология, биология развития, биогеография, палеонтология.

5. Учение о микроэволюции

Учение о микроэволюции является центральным разделом синтетической теории эволюции. Микроэволюция – эволюционные изменения, которые идут внутри вида и приводят его к дифференцировке, завершаясь видообразованием.

Термин микроэволюция впервые был использован Ю.А. Филипченко в 1927 г. Он подчеркивал, что процессы эволюции крупного масштаба не сводятся к процессам видообразования. В современном смысле термин «микроэволюция» был впервые предложен Ф.Г. Добржанским (1937 г.) и Н.В. Тимофеевым-Рессовским (1938 г.).

В эволюционном исследовании элементарной единицей является популяция.

5.1. Популяция – элементарная единица эволюции.

Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно-длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

Популяция — наименьшая самостоятельная эволюционная структура.

Характеристики популяции как эколого-генетической системы: популяционный ареал, численность особей в популяции, динамика популяции, возрастной  и половой состав популяции. Генетическая гетерогенность и генетическое единство популяции. Особенностью популяции оказывается и формирование ее собственной экологической ниши.

Генетические процессы в популяциях описывает закон Харди—Вайнберга: «Частоты аллелей и генотипов в идеальной популяции будут оставаться постоянными из поколения в поколение». Математическая модель закона отвечает формуле:  p2+2pq+q2 = 1

Главное применение закона Харди—Вайнберга в генетике природных популяций — вычисление частот аллелей и генотипов.

5.2. Элементарные факторы эволюции

Согласно СТЭ факторами эволюции являются генотипическая изменчивость, популяционные волны, дрейф генов. Изоляция усиливает действие этих факторов. Движущим фактором является естественный отбор (следствие борьбы за существование).

Элементарное эволюционное явление — длительное, необратимое и векторизованное изменение популяционного генофонда. Оно необходимо для протекания любого эволюционного процесса.

Мутации — элементарный эволюционный материал. Волны жизни (популяционные волны) – явление колебания численности популяции. Периодические или апериодические колебания численности характерны для всех без исключения видов живых организмов. В природе встречается множество популяционных волн.

Действие популяционных волн статистично и ненаправленно. Популяционные волны служат «поставщиком» эволюционного материала.

Дрейф генов (генетико-автоматические процессы) – случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в малых популяциях. Изоляция — возникновение любых барьеров, ограничивающих панмиксию. Значение изоляции в процессе эволюции сводится к нарушению свободного скрещивания, что ведет к увеличению и закреплению различий между популяциями и отдельными частями всего населения вида.

Борьба за существование понимается как любые взаимоотношения особей с окружающими абиотическими и биотическими условиями. Это сложные и многообразные взаимоотношения особей внутри вида, между видами и с неблагоприятными условиями неживой природы. Формы: внутривидовая, межвидовая,  борьба с неблагоприятными условиями среды.

Под естественным отбором понимают избирательное (дифференциальное) воспроизведение генотипов (или генных комплексов). Приведенная формулировка применима к микроорганизмам, грибам, растениям и животным независимо от способа их размножения и продолжительности жизни индивидуума. Различают индивидуальный и групповой отбор. Любой групповой отбор всегда сводится в конце концов к отбору тех или иных индивидов. Отбор действует в популяциях.

Примеры действия естественного отбора. Внутрипопуляционный полиморфизм у богомолов, явление индустриального меланизма, повышение резистентности (устойчивости) крыс и насекомых к ядохимикатам, а микроорганизмов — к антибиотикам.

Основные формы отбора в популяциях: стабилизирующий, движущий и дизруптивный.

Рис. 20.1. Схема действия стабилизирующей (А), движущей (Б) и дизруптивной (В) форм естественного отбора. F—поколения. На популяционных кривых заштрихованы элиминируемые варианты. Величина дуги при отборе внутри одного потомства соответствует норме реакции

Другие формы естественного отбора. Частотно зависимый отбор, стратегии размножения, дестабилизирующий отбор, половой отбор. Половой отбор — не самостоятельный фактор эволюции, а всего лишь частный случай внутривидового естественного отбора.

Определение отбора как дифференциального размножения особей с разными генотипами тесно связано с признанием его творческой роли. Один и тот же материал (наследственная изменчивость) в зависимости от условий и направления отбора может привести к различным адаптациям.

5.3. Возникновение адаптаций – результат действия естественного отбора.

Результатом действия отбора является развитие адаптации, т.е. морфофизиологических приспособлений. Примерами адаптации служат главным образом всевозможные средства пассивной и активной защиты, дающие преимущества в борьбе за существование.

К средствам пассивной защиты относятся развитие панцирей, раковин, покровительственной (криптической) и расчленяющей окраски, маскировки, мимикрии и т.д. Предостерегающая окраска характерна для форм, имеющих эффективные средства защиты. Окраска, связанная с половым диморфизмом. Помимо окраски у организмов развиваются различные формы приспособительного поведения.  Забота о потомстве, характерна для многих видов животных, и также представляет собой форму адаптивного поведения, позволяющую сохранить гораздо большее количество потомков. Если организмы недостаточно проявляют или совсем не проявляют заботу о потомстве, то тогда, как правило, они обладают высокой плодовитостью. В этом случае вероятность выживания хотя бы некоторых потомков напрямую связана с их начальным количеством. Адаптации всегда носят относительный характер. 

5.4. Вид как результат микроэволюции.

Вид — это группа скрещивающихся естественных популяций, репродуктивно изолированных от других подобных групп. Видом организмов с бесполым способом размножения называют группу (клон), хорошо изолированную от других клонов и обладающую четкими морфофизиологическими различиями.

Критерии вида: 1) анатомо-морфологический критерий (учитывает особенности внешнего и внутреннего строения); 2) генетический (основан на сходстве генетической конституции различных уровней: начиная генным и заканчивая кариотипическим); 3) физиолого-биохимический (основан на сходстве функций и общего характера обменных процессов организмов); 4) географический (основан на сходстве распространения, ареалов); 5) экологический критерий (учитывается общность экологических ниш).

Видообразование — это процесс разделения во времени и пространстве единого прежде вида на два или несколько самостоятельных новых видов. Известно 2 формы видообразования: симпатрическое и аллопатрическое.

Симпатрическое видообразование характеризуется тем, что новый вид возникает внутри ареала исходного. Аллопатрическое (географическое) видообразование связано с пространственным разделением исходной популяции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22379. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ЦАП И АЦП) 315 KB
  ЦАП с двоичновзвешенными резисторами. ЦАП с резистивной матрицей R2R.АНАЛОГОЦИФРОВЫЕ И ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЦАП И АЦП 15.
22380. СТАБИЛИЗАТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ 132 KB
  Общие сведения Стабилизатором напряжения СН называется устройство поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в определенных пределах. Это различие зависит от места включения СН: между источником напряжения и выпрямителем переменного тока; между выпрямителем и нагрузкой постоянного тока. Компенсационные СН КСН это системы автоматического регулирования выходного напряжения в которых используются также стабилитроны варисторы и т.
22381. Усилительные устройства (УУ) 104 KB
  Эквивалентная схема усилителя. Коэффициент полезного действия усилителя. Диапазон усиливаемых частот f = f0 fн разность между верхней и нижней граничными частотами усиления полоса пропускания усилителя.Эквивалентная схема усилителя Эквивалентная схема усилителя приведена на рис.
22382. Искажения, вносимые в усилителе 229.5 KB
  Искажения импульсных сигналов. Искажения вносимые в усилителе 8. Линейные искажения К линейным относят искажения: частотные вызваны неодинаковостью усиления различных частотных составляющих входного сигнала рис.
22383. Обратная связь (ОС) в усилителях 154 KB
  Влияние ОС на стабильность Ку Однако уменьшая Ку ООС увеличивает его стабильность. стабильность коэффициент усиления в усилителе с ООС в 1 раз выше чем в усилителе без ООС. Пример Пусть усилитель имеет Ку=100 и охвачен ООС причем коэффициент передачи цепи ОС . Стабилизация коэффициента усиления при введении ООС объясняется тем что увеличение усиления за счет любых причин вызывает возрастание напряжения ОС что вызывает уменьшение входного напряжения т.
22384. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ. ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ. ТИПИЗАЦИЯ СБОРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 17.73 KB
  Так например элементы перекрытий и покрытий должны быть прочными и достаточно жесткими чтобы их прогиб не нарушал эксплуатационного режима здания: стены и колонны поддерживающие покрытия должны быть прочными и устойчивыми. Все здания в целом должны обладать пространственной жесткостью т. Здания бывают каркасными и бескаркасными. В бескаркасных зданиях пространственная жесткость создаётся благодаря совместной работе продольных и поперечных стен соединенных покрытиями в единую пространственную систему.
22385. СТАДИИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 360.47 KB
  2: стадия I до появления трещин в бетоне растянутой зоны когда напряжения в бетоне меньше временного сопротивления растяжению и растягивающие усилия воспринимаются арматурой и бетоном совместно; стадия II после появления трещин в бетоне растянутой зоны когда растягивающие усилия в местах где образовались трещины воспринимаются apматypoй и участком бетона над трещиной а на участках между трещинами арматурой и бетоном совместно; стадия III стадия разрушения характеризующаяся относительно коротким периодом работы элемента когда...
22386. МЕТОД РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ. СУЩНОСТЬ МЕТОДА. ДВЕ ГРУППЫ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ. КЛАССИФИКАЦИЯ НАГРУЗОК. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА 17.19 KB
  Конструкция может потерять необходимые эксплуатационные качества по одной из двух причин: 1 в результате исчерпания несущей способности разрушения материала в наиболее нагруженных сечениях потери устойчивости некоторых элементов или всей конструкции в целом; 2 вследствие чрезмерных деформаций прогибов колебаний осадок а также изза образования трещин или чрезмерного их раскрытия. Строительные конструкции рассчитывают по методу предельных состояний который дает возможность гарантировать сохранение...
22387. ИЗГИБАЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ПО НОРМАЛЬНЫМ И НАКЛОННЫМ СЕЧЕНИЯМ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО И ТАВРОВОГО ПРОФИЛЯ. РАСЧЕТ ПОПЕРЕЧНЫХ СТЕРЖНЕЙ 866.99 KB
  РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ПО НОРМАЛЬНЫМ И НАКЛОННЫМ СЕЧЕНИЯМ ЭЛЕМЕНТОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО И ТАВРОВОГО ПРОФИЛЯ. Поперечные стержни сеток распределительная арматура принимают меньших диаметров общим сечением не менее 10 сечения рабочей арматуры поставленной в месте наибольшего изгибающего момента; располагают их с шагом 250 300 мм но не реже чем через 350 мм. Железобетонные балки могут иметь прямоугольные тавровые двутавровые трапецеидальные поперечные сечения рисунок 7.2 Формы поперечного сечения балок и схемы их армирования а прямоугольная;б...