Общая_биология._Раздел_1_4_Эволюция.pdf

Transcript

1. РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ ТЕМА 4: ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ НАСЛЕДСТВЕННАЯ И МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ. ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА (АНТРОПОГЕНЕЗ). 1
2. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ – СВОЙСТВА ОРГАНИЗМОВ • Изменчивость – общее свойство организмов обладать различиями и приобретать их в пределах одного вида • Наследственность - способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. • Вид – генетически закрытая система • Наследственность и изменчивость обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежат в основе эволюции живой природы • Наследственность и изменчивость изучаются генетикой 2
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ (ДАРВИН) Наследственная (генотипическая) Ненаследственная (фенотипическая = модификационная) • Комбинативная – новые комбинации генов у потомства; изменения - рекомбинации • Наследственная (мутационная, генотипическая); изменения - мутации Изменения - модификации 3
4. НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ (МОДИФИКАЦИОННАЯ) ИЗМЕНЧИВОСТЬ • Эта форма изменчивости связана с онтогенезом (индивидуальным развитием организма) под влиянием внешней среды. Не передаётся по наследству, но зависит от генотипа, в котором закодирована норма реакции • Но́рма реа́кции — способность генотипа формировать в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы. • Норма реакции может быть широкой или узкой 4
5. НЕКОТОРЫЕ ТЕРМИНЫ ГЕНЕТИКИ • Ген – это структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. • Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. • Генотип – совокупность генов в рамках одного организма • Фен – признак • Фенотип – совокупность признаков в рамках одного организма 5
6. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ, ИХ ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ • Соматические клетки имеют диплоидный набор хромосом, то есть аллельные гены парные: это могут быть два доминантных аллеля (гомозигота по доминантному аллелю), доминантная и рецессивная (гетерозигота) или две рецессивные (гомозигота по рецессивному аллеллю). При образовании половых клеток в каждую из гамет попадает только один аллельный ген из каждой пары. Гомозиготная особь может продуцировать только один сорт гамет (с доминантным или рецессивным аллелем), тогда как гетерозиготная — два сорта в равных количествах 6
7. МОДИФИКАЦИОННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ • Она же – ненаследственная, фенотипическая, определённая • Фенотип изменяется под действием факторов окружающей среды, генотип при этом не меняется • Не передаётся по наследству (привет, Ламарк!) • Носит приспособительный (адаптивный) и массовый характер • Предсказуема и обратима • Пределы определяются нормой реакции, наследуется не признак, а способность проявлять этот признак в определённых условиях, то есть наследуется норма реакции 7
8. НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ: МУТАЦИОННАЯ И КОМБИНАТИВНАЯ • Она же генотипическая, неопределённая • Фенотип изменяется вследствие изменения генотипа • Передаётся по наследству • Носит случайный характер • Непредсказуема, необратима • Является основой разнообразия живых организмов и главным материалом эволюционного процесса (естественного отбора) • Бывает комбинативной и мутационной (иногда ещё выделяют соотносительную - коррелятивную) 8
9. МУТАЦИЯ • Мутация (Гуго де Фриз) – стойкое изменение генома (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) • Мутагенез – процесс возникновения мутаций • Мутации возникают в ДНК • Мутации возникают внезапно, скачкообразно, под действием внутренних или внешних факторов • Это относительно редкие события (каждый ген ~1/10-6 человек) • Мутации наследуются, то есть устойчиво передаются из поколения в поколение (клеток) • Мутации ненаправленны и могут возникать повторно 9
10. ГЕННЫЕ/ХРОМОСОМНЫЕ/ГЕНОМНЫЕ МУТАЦИИ • Генные (точечные) мутации – изменения отдельных генов – замены, делеции (выпадения), инсерции (вставки), инверсии (перестановки) отдельных нуклеотидов. Могут приводить к замене отдельной аминокислоты (миссенс), появлению преждевременного стоп-кодона (нонсенс), или сдвигу рамки считывания (фреймшифт) • Хромосомные мутации – делеции (или дефишенси), дупликации, инверсии или транслокации участков хромосом, то есть групп генов • Геномные – изменения количества хромосом, кратные (3n, 4n - полиплоидия), или некратные (анеуплоидия – 2n+1, 2n-1) 10
11. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОДИФИКАЦИИ И МУТАЦИИ Признак Модификация Мутация Определение Закономерное изменение проявления генотипа под влиянием фактора внешней среды Случайное изменение генотипа под влиянием внешней или внутренней среды Форма изменчивости Ненаследственная Наследственная Особенности появления Групповая Индивидуальная Направленность Направленная, адекватна условиям среды Ненаправленная Характер возникновения Постепенный Скачкообразный Значение для организма Полезна, способствует выживанию организма Может быть вредной, полезной, нейтральной Значение для эволюции Обеспечивает приспособление организма к условиям внешней среды Предоставляет материал для естественного отбора 11
12. КАРЛ ЛИННЕЙ (1707-1778) • Шведский естествоиспытатель (ботаник, зоолог, минералог) и медик. • Создатель единой системы классификации растительного и животного мира, в которой были обобщены и упорядочены знания всего предыдущего периода развития биологической науки. • Внедрил бинарную номенклатуру • Установил чёткое соподчинение между систематическими (таксономическими) категориями. Создал систему животного и растительного мира • Выделил биологический вид в качестве исходной категории в систематике, дал определение виду как «совокупности сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство» • Описал 1200 родов, 8000 видов 12
13. ЖАН-БАТИСТ ЛАМАРК • Французский учёный-естествоиспытатель • Предпринял первую попытку создать теорию эволюции – «ламаркизм» • Определил движущие факторы эволюции – влияние внешней среды, внутреннее стремление организмов к прогрессу, наследование приобретённых признаков • Понимал эволюцию как процесс исторического развития живых организмов от низших форм к высшим, от простых к более сложным 13
14. ЧАРЛЬЗ ДАРВИН (1809-1882) • В 1859 году Дарвин опубликовал труд «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life) • Выделил естественный отбор как движущую силу эволюции; подразделял изменчивость на определённую и неопределённую; «Сохранение полезных отличий или изменений и уничтожение вредных я назвал естественным отбором или переживанием наиболее приспособленных» 14
15. РАЗВИТИЕ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ИДЕЙ 15
16. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗНАЧЕНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ Ч. ДАРВИНА • Эволюционируют не отдельные особи, а виды и популяции • Виды в природе ведут борьбу за существование с условиями среды обитания и между собой • Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости – основные движущие силы эволюции • Результатами борьбы за существование и естественного отбора являются: • Приспособленность организма к условиям среды обитания • Дивергенция (развитие нескольких дочерних видов от одного общего предка) • Прогрессивная эволюция (усложнение и усовершенствование вида) 16
17. ЭВОЛЮЦИЯ - • Это развитие сложных организмов из предсуществующих более простых с течением времени • Микроэволюция – образование новых видов на основе популяций • Макроэволюция – эволюция надвидовых таксонов • *Эволюция - непрерывное, направленное развитие живого мира, сопровождающееся изменением строения и уровней организации разных групп организмов, позволяющее им более эффективно приспосабливаться к различным условиям обитания 17
18. ВИД, ЕГО КРИТЕРИИ (6) • Вид – совокупность популяций или особей, занимающих определённую территорию (ареал); • имеющих общее происхождение; • Обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических признаков • Свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство 18
19. ПОПУЛЯЦИЯ – СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ВИДА И ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЭВОЛЮЦИИ • Подвид – группа популяций, заметно отличающаяся от других групп того же вида по генотипу и фенотипу. • Популяция – совокупность особей одного вида, заселяющих часть ареала (территории обитания) вида, свободно скрещивающихся между собой и обладающих общим генофондом 19 Элементарная единица эволюции популяция Особи популяции генетически неравноценны; популяция существует в течение длительного промежутка времени Элементарное эволюционное явление мутация Изменение генофонда популяции
20. ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ЭВОЛЮЦИИ И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ • По сути, это синонимы • Элементарные эволюционные факторы (ЭЭФ) — это процессы, которые изменяют генофонд популяции. К ним относят мутации, комбинативную изменчивость, дрейф генов и волны жизни (популяционные волны), а также изоляцию и естественный отбор • Движущие силы эволюции – это факторы эволюции, вызывающие и закрепляющие изменения в генетической структуре популяций - наследственная изменчивость (мутационная и комбинативная), борьба за существование и естественный отбор, волны жизни и дрейф генов, изоляция, миграция. 20
21. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ Ненаправленные Мутационный процесс Изменение генофонда популяции Популяционные волны -> дрейф генов Колебания численности особей (-> аллелей) в популяции Изоляция Преграды к свободному скрещиванию особей Направленные Борьба за существование+ Естественный отбор Процесс выживания организмов с полезными признаками и гибели организмов с вредными признаками в данных условиях среды 21 ЭЭФ - это процессы, которые изменяют генофонд популяции Ч. Дарвин: Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости – основные движущие силы эволюции
22. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА В ПОПУЛЯЦИЯХ 22 1 • Появление в популяции разнообразных наследственных изменений 2 • Борьба за существование 3 • Преимущественное сохранение особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями 4 • Размножение особей с полезными изменениями 5 • Закрепление приспособленности к среде обитания
23. БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ Причины: избыточная численность, ограниченность природных ресурсов. 23
24. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР • Естественный отбор – это выживание и размножение наиболее приспособленных особей и гибель наименее приспособленных. Сущность естественного отбора заключается в дифференцированном (неслучайном) сохранении в популяции определённых генотипов и избирательном их участии в передаче генов следующему поколению. • Естественный отбор бывает индивидуальным, групповым и половым • В естественном отборе борются признаки (фенотипы), размножаются гены (генотипы), эволюционирует онтогенез 24
25. ВЗАИМОСВЯЗЬ ДВИЖУЩИХ СИЛ ЭВОЛЮЦИИ 25 Борьба за существование Естественный отбор Стремление к размножению в геометрической прогрессии + мутационный процесс
26. ПРИМЕРЫ ОТБОРА • Пяденицы – индустриальный меланизм • Соответствие размеров насекомых размерам цветков • Половой отбор - процесс, в основе которого лежит конкуренция за полового партнёра между особями одного пола, что влечёт за собой выборочное спаривание и производство потомства. Этот механизм может быть причиной эволюции некоторых характерных черт и приводить к их усилению (развитию полового диморфизма) 26
27. РЕЗУЛЬТАТЫ ОТБОРА • Многообразие видов («творческий» характер отбора) • Приспособление видов к условиям среды (направленность отбора) • Повышение организации и усложнение живых существ 27
28. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭВОЛЮЦИИ: ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ ОРГАНИЗМОВ К СРЕДЕ ОБИТАНИЯ, МНОГООБРАЗИЕ ВИДОВ 28
29. ВИДЫ ОКРАСОК • Покровительственная (маскировка) • Угрожающая (предостерегающая) • Мимикрия 29
30. МИМИКРИЯ • Подражание одних организмов другим по окраске и форме. Чаще всего незащищённый организм подражает ядовитому или несъедобному, что способствует выживанию вида в борьбе за существование. Слева — хищная оса из рода Polybia, справа — мимикрирующая под нее совка Pseudosphex laticincta Слева — неядовитая молочная змея, справа – кобровый аспид Hemeroplanes triptolemus 30
31. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ (СТЭ) • Это комплекс представлений об эволюционном процессе, который основывается на соединении эволюционной теории Дарвина с генетикой популяций, представлении о мутациях. Основные представления разработаны в 20-50-х гг. XX в. 31
33. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ (СТЭ), ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ • Элементарным материалом эволюции является наследственная изменчивость (мутационная и комбинативная) у особей популяции • Элементарной единицей эволюции является популяция, в которой происходят все эволюционные изменения • Элементарное эволюционное явление – это изменение генетической структуры популяции • Элементарные факторы эволюции – дрейф генов, волны жизни – имеют ненаправленный, случайный характер • Единственным направляющим фактором эволюции является естественный отбор, который носит творческий характер. Естественный отбор бывает стабилизирующим, движущим и разрывающим (дизруптивным) • Эволюция имеет дивергентный характер, то есть один таксон может дать начало нескольким новым таксонам, тогда как каждый вид имеет только одного предка (вид, популяцию) 33
34. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ (СТЭ), ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ • Эволюция имеет постепенный и продолжительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса является последовательной сменой одной популяции чередой других временных популяций • Различают два вида эволюционного процесса: микроэволюция и макроэволюция. Макроэволюция не имеет своих особых механизмов и осуществляется только благодаря микроэволюционным механизмам • Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости – основные движущие силы эволюции • Любая систематическая группа может процветать (биологический прогресс) или вымирать (биологический регресс). Биологический прогресс достигается благодаря изменениям в строении организмов: ароморфозам, идиоадаптациям или общей дегенерации • Основными закономерностями эволюции являются её необратимый характер, прогрессивное усложнение форм жизни и развитие приспособленности видов к среде обитания. Вместе с тем, эволюция не имеет конечной цели, то есть это процесс ненаправленный. 34
35. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ • Палеонтологические – находки ископаемых вымерших животных, в том числе промежуточных форм – организмов, обладающих признаками нескольких современных групп животных • Сравнительно-анатомические – аналогичные и гомологичные органы, рудименты и атавизмы • Эмбриологические – биогенетический закон Геккеля-Мюллера • А также биогеографические - закономерности географического распространения животных и растений, цитологические – единство строение всех клеток, и другие. 35
36. СРАВНИТЕЛЬНО-АНАТОМИЧЕСКИЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОТНОГО МИРА • Позвоночные организмы имеют единый план строения: • Двусторонне-симметричное тело • Сходные полости тела • Скелет • Сходное строение нервной системы • У них имеются гомологичные и аналогичные органы • Имеются рудименты и атавизмы • Имеются переходные формы 36
37. ЭМБРИОЛОГИЯ • Биогенетический закон: онтогенез — это короткое и быстрое повторение филогенеза, или: каждая особь в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития вида (филогенез), к которому она принадлежит (Э. Геккель, Ф. Мюллер, 1866 г.). 37
38. НАПРАВЛЕНИЯ И ПУТИ ЭВОЛЮЦИИ (А.Н. СЕВЕРЦОВ, И.И. ШМАЛЬГАУЗЕН) • Биологический прогресс - преобладание рождаемости в популяциях над смертностью в них (высокий потенциал выживания). Характеризуется 1) ростом численности особей, 2) расширением площади проживания, 3) повышением внутривидовой изменчивости, откуда вытекает 3) активное видообразование 4) повышение приспособленности. Результат успеха вида в борьбе за существование. • Биологический регресс — это эволюционное движение, при котором происходит сокращение ареала; уменьшение численности особей из- за неприспособленности к среде обитания; снижение числа видов групп из-за давления других видов, вымирание вида. • Основные пути достижения биологического прогресса – ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация • *В настоящий момент в состоянии прогресса находятся насекомые, птицы и млекопитающие. В состоянии регресса – мхи, плауны, хвощи, папоротники, амфибии, рептилии 38
39. ВАЖНЫЕ ПОНЯТИЯ СРАВНИТЕЛЬНОЙ АНАТОМИИ: -ГОМОЛОГИЯ -АНАЛОГИЯ -РУДИМЕНТ -АТАВИЗМ 39
40. ГОМОЛОГИИ • Органы, одинаковые по происхождению, но разные по строению и функции • Результат дивергенции 40
41. АНАЛОГИИ • Органы разных животных, выполняющие одинаковые функции, но разные по строению и происхождению • Результат конвергенции 41
42. РУДИМЕНТЫ И АТАВИЗМЫ • Рудименты - органы или их редуцированные остатки, выполнявшие функцию у предковых форм, и потерявшие функцию у ныне живущих. Присутствуют у всех представителей вида • Атавизмы - появление у данной особи признаков, свойственных отдалённым предкам, но отсутствующих у ближайших. Появляются редко, у отдельных представителей вида. 42
44. ОТВЕТ • 234 44
45. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА • Антропогенез — процесс историко-эволюционного формирования человека, первичного развития его трудовой деятельности, языка, а также общества. Черты сходства человека и человекообразных обезьян Черты отличия человека от животных • Общий план строения систем органов, отделов скелета (сравнительная анатомия: форма глаз, ушей) • Сходство зародышей (эмбриология) • Хватательная кисть с плоскими ногтями и противопоставленным большим пальцем • Наличие атавизмов (многососковость, волосатость, хвост) • зубная формула: одинаковое число резцов, клыков и коренных зубов; • Общие группы крови • Хромосомный набор (человек 46, шимпанзе 48) • Общие болезни и паразиты • Большой объём мозга (разница прим. в 2,5 раза, особенно кора б.п.), мозговой череп больше лицевого, без надбровных дуг, клыки маленькие, отчётливый подбородочный выступ • Вертикальное положение туловища (прямохождение), и в связи с этим – S-образный позвоночник (2 кифоза, 2 лордоза), расширенный таз, уплощённая в дорсо-вентральном направлении грудная клетка, сводчатая стопа с приведённым большим пальцем • Передние конечности приспособлены для хватания • Умение изготавливать и использовать орудия труда
46. РОДОСЛОВНАЯ ЧЕЛОВЕКА • Расхождение человека и современных высших обезьян: обезьяны приспособились к древесному образу жизни (удлинение передних и укорочение задних конечностей, уменьшение большого пальца кисти, сужение костей таза, развитие гребней на черепе, лицевой череп преобладает над мозговым) • В то же время, человек приспособился к наземному образу жизни и бипедии, освободил руки, освоил огонь, развил речь и сложную структуру сообщества с разделением обязанностей
47. ДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА В настоящее время генетическая информация утрачивает своё главенствующее значение и заменяется Социальной информацией. Биологическая эволюция человека отошла на второй план.
48. ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫЕ СТАДИИ АНТРОПОГЕНЕЗА • Проантропы (предлюди – австралопитеки, Homo habilis) • Архантропы - древнейшие люди (питекантропы, синантропы - Homo erectus) • Палеоантропы - древние люди (неандертальцы) • Неоантропы - люди современного типа (кроманьонцы) 48
50. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕЛОВЕКА • Древнейшие люди (1 млн – 400 тыс. лет назад) – питекантроп (о. Ява), синантроп (Китай), Гейдельбергский человек (Европа) • Покатый лоб, объём мозга – 900-1200 см3.Лобные и височные доли развиты лучше, чем у обезьян; хороший слух • Челюсти выдвинуты вперёд. Нет подбородочного выступа • Жили первобытным стадом, жилищ не строили. Изготавливали орудия труда (скребки, свёрла), пользовались огнём • Древние люди (250-150 тыс. лет назад) – Неандертальцы • Ходили согнувшись, имели рост 155-158 см • Низкий скошенный лоб, объём мозга – 1400 см3. • Челюсть без подбородочного выступа • Жили группами по 50-100 человек, общались звуками и жестами. Изготавливали орудия труда из кости, занимались охотой и собирательством, одевались в шкуры • Первые современные люди (40 тыс. лет назад) – Кроманьонцы • Высокий прямой лоб, объём мозга – 1600 см3. • Нет надглазничного валика, развитый подбородочный выступ (речь) • Рост до 180 см • Жили в жилищах родовыми общинами, одевались в шкуры, приручали животных, занимались земледелием, изготавливали каменные орудия (наконечники, гарпуны), орудия из рога (копья), умели сверлить, делать посуду • Зарождение религии, искусства (наскальные рисунки) 50
51. СРАВНЕНИЕ ШИМПАНЗЕ С АВСТРАЛОПИТЕКОМ Обезьяноподобные черты Человекообразные черты • Длинные руки • Лицевая часть черепа больше мозговой • Подбородочный бугор скошен назад • Скошенный лоб • Надбровные дуги • (центральный/сагиттальный гребень на черепе для крепления жевательной мускулатуры – только у парантропов) • Вертикальная посадка черепа • Изгибы позвоночника – лордозы и кифозы, в связи с прямохождением • Таз широкий, чашеобразный • Большой палец ноги параллелен остальным • Стопа имеет свод • Широкая грудная клетка • Строение тазобедренного сустава 51
52. ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ РАСЫ, ИХ ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РОДСТВО • Расы – исторически сложившиеся группы людей, характеризующиеся общностью наследственных особенностей (цвето кожи, глаз, волос, разрез глаз, строение век) 52
53. РАСЫ Негроидная Европеоидная Монголоидная • Чёрная кожа • Чёрные курчавые волосы • Толстые губы • Плоский нос • Чёрные глаза • Розоватая кожа • Волнистые или прямые волосы • Губы средней толщины • Узкий нос • Небольшая ширина лба • Смуглая кожа желтоватого оттенка • Чёрные прямые волосы • Плоское лицо • Широкий нос • Тёмно-карие глаза • Косой разрез глаз • Невысокий рост Расовые признаки адаптивны 53
54. ДОМАШНЯЯ РАБОТА • 2056161 - антропогенез • 2056160 – разные вопросы по эволюции 54
55. ГИПОТЕЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ 55