Класс: 9

Презентация к уроку

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• Обучающие : на основе знаний об эволюционной зависимости ароморфозов и идиоадаптаций углубить представление о результатах эволюции, рассмотреть общие закономерности биологической эволюции, выявить закономерности эволюционного процесса, проанализировать явление дивергенции и конвергенции на микроэволюционном уровне.
• Развивающие : продолжить развитие интеллектуальных и информационных умений через развитие биологических задач, требующих логического мышления, продолжить формирование умений анализировать, обобщать, работать с различными источниками информации, умений устанавливать причинно-следственные связи, делать выводы, логически мыслить, оформлять результаты мыслительных операций в устной и письменной форме. Развитие коммуникативных и рефлексивных умений.
• Воспитывающие : воспитание ответственного отношения к учебной деятельности, культуры труда и общения, формирование диалектико-материалистического мировоззрения, развитие познавательного интереса к предмету, признание ценности знаний для саморазвития.

Задачи:

• Повторить пройденный на прошлом уроке материал;
• Создать условия для постановки проблемной ситуации;
• Способствовать формированию у учащихся умений самостоятельного поиска ответов на проблему;
• Закрепить знания учащихся, полученные на уроке;
• Способствовать созданию творческой обстановки на уроке;
• Способствовать развитию коммуникативных способностей (умение взаимодействовать в небольших группах), способностей к оценочным действиям (самоанализу).

Планируемые результаты: учащиеся получают представления о закономерностях биологической эволюции, умеют оперировать понятиями: филогенез, дивергенция, конвергенция; могут объяснить и привести примеры основных форм филогенеза.

Тип урока: комбинированный.

Вид урока: урок усвоения знаний.

Метод ведения: диалоговое общение на основе работы с материалами учебника, таблиц, слайдов.

Уровень усвоения: частично-поисковый.

Формы организации учебной деятельности: устные ответы с места, самостоятельная работа с информационным материалом, заполнение таблицы, решение биологических задач, выполнение тестовой работы самостоятельно, осуществление самоконтроля и рефлексии.

Приемы деятельности учителя: создание условий для постановки проблемы, помощь учащимся в поиске ответов и решении спорных вопросов, создание ситуации успеха, подведение итогов работы.

Развитие умений учащихся: взаимодействовать в группах, применять знания в новой ситуации, решать нестандартные задачи, устанавливать причинно-следственные связи, развивать способности к самоанализу.

Основные понятия урока: филогенез, дивергенция, конвергенция

Источники информации: Биология. ОБЩИЕ ЗАКОМЕРНОСТИ. 9 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/ С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Н.И. Сонин – М.: Дрофа, 2011. – 287стр; электронная презентация.

Выставление оценок за урок: по усмотрению учителя, самооценка учащихся.

План урока:

1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний.
3. Постановка учебной проблемы.
4. Поиск решения проблемы.
5. Первичное закрепление знаний.
6. Вторичное закрепление знаний. Выполнение теста.
7. Подведение итогов урока. Рефлексия.
8. Домашнее задание.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие учащихся

Проверка внешней готовности учащихся к уроку. Создание позитивной мотивации.

Добрый день, ребята.

Я рада вас видеть. Я вижу перед собой умные, добрые лица. Для того, чтобы понять, как мы с вами будем сегодня работать, я хочу узнать какое у вас настроение. Если у вас хорошее настроение, улыбнитесь мне. Посмотрите друг на друга, улыбнитесь!

Я уверена, что сегодняшний урок принесет нам удовлетворение и будет плодотворным, а ваше настроение не ухудшится к концу урока.

2. Актуализация знаний.

Работа в парах: (слайд 2)

Расскажите соседу по парте следующие понятия:

• Ароморфоз
• Идиоадаптация
• Общая дегенерация

2) Работа по карточкам с последующей взаимопроверкой (слайд 3).

Что из перечисленного относится к ароморфозам, идиоадаптациям, дегенерации?

1. ячеистые легкие у рептилий;
2. первичная кора головного мозга у рептилий;
3. голый хвост у бобра;
4. отсутствие конечностей у змей;
5. отсутствие корней у повилики;
6. возникновение перегородки в желудочке сердца у рептилий;
7. молочные железы у млекопитающих;
8. образование ластов у моржей;
9. отсутствие кровеносной системы у цепней;
10. отсутствие потовых желез у собак.

Ключ: (слайд 4)

3. Постановка учебной проблемы (слайд 5)

Сравните дождевого червя и личинку майского жука.

(Дождевой червь относится к типу Кольчатые черви классу Малощетинковые черви. Имеет вытянутое цилиндрическое тело, на переднем конце тела находится небольшая подвижная головная лопасть, лишенная глаз, антенн и щупалец. Тело сегментировано, снабжено маленькими щетинками.

Пиявка относится к типу Кольчатые черви, классу Пиявки. Имеет вытянутое, уплощенное в спинно-брюшном направлении тело, на переднем и заднем концах расположены присоски, щетинки отсутствуют.

Личика майского жука относится к типу Членистоногие, классу Насекомые. Внешне похожа на червя, хорошо передвигается в почве, Из-за того что обитают под землей не имеют глаз. Хорошо развит ротовой аппарат грызущего типа, благодаря ему личинка майского жука роет землю и питается растительными остатками и корнями растений).

1. Чем можно объяснить, то, что дождевой червь и пиявка имеют различия в строении, хотя и относятся к одному типу?
2. Чем можно объяснить, то, что дождевой червь и личинка майского жука обладают некоторыми чертами сходства, но относятся к разным типам животных?

(Высказывание учащихся)

Целеполагание.

Как вы думаете, что сегодня мы с вами будем изучать на уроке?

Сформулируйте цель урока (записать на доске).

Дополнительно мы узнаем о правилах эволюции.

Продолжим учиться работать с учебной литературой, извлекать из нее нужную информацию; составлять небольшие сообщения, излагать их содержание и формулировать вопросы; мыслить и четко отвечать на поставленные вопросы, решать биологические задачи и задания тестового характера, оценивать свою работу.

4. Поиск решения проблемы

Вспомните определение эволюции

Эволюция – процесс исторического развития живой природы на основе изменчивости, наследственности и естественного отбора.

Среди форм эволюции выделяют:

• Дивергенцию
• Конвергенцию

Рассмотрим более подробно эти формы и выясним их эволюционное значение.

Групповая работа с текстом учебника.

Задание для 1 группы: прочитайте текст учебника с.66-67 “Дивергенция”. Раскройте содержание понятия дивергенция. Чем можно объяснить различие признаков у организмов родственных групп.

Задание для 2 группы: прочитайте текст учебника с.67-70 “Конвергенция”.

Диалоговое общение на основе работы с материалами учебника:

Что такое дивергенция

Расхождение признаков организма в пределах одной систематической группы, которое возникает под воздействием изменчивости, закрепляется наследственно, в итоге от одного общего предка образуются разные подвиды и виды.

Приведите примеры дивергенции.

(рассмотреть в качестве примера дивергенцию млекопитающих и видоизмененных листьев растений) (слайды 6-7).

На каком уровне можно наблюдать дивергенцию.

Дивергировать могут виды, семейства, отряды.

Какова роль дивергенции в процессе эволюции?

Дивергенция приводит к возникновению разнообразных по строению и функциям организмов, что обеспечивает более полное использование условий среды.

Формулирование вывода: (слайд 8) после возникновения крупных систематических групп на пути ароморфоза начинается крупная дивергентная эволюция этой группы путем приобретения адаптаций.

• Ароморфоз
• Идиоадаптации
• Конвергенция

Что такое конвергенция?

Появление сходных признаков у разных неродственных групп, обитающих в одинаковых условиях среды (слайд 9)

Как могло возникнуть сходное внешнее сходство у животных разных систематических групп? А внутреннее?

Конвергенция - схождение признаков в процессе эволюции неблизкородственных групп организмов, приобретение ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора. Конвергентное сходство не бывает глубоким. (привести примеры, характеризующие внутреннее строение дельфина и акулы, разное систематическое положение определяет различия) (слайд 10)

На каком уровне может наблюдаться конвергенция

В одних условиях существования животные, относящиеся к разным систематическим группам, могут приобретать сходное внешнее строение (конвергентное сходство) (слайд 11)

Может ли эволюционный процесс дать обратный ход и жизнь вернется к истокам?

Как вы думаете, если восстановить на Земле прежние условия существования, появятся ли вновь динозавры. (слайд 12)

Высказывание аргументов “за” и “против”.

Подвести к выводу: в истории Земли нередко возникали физические условия, повторяющие уже существовавшие ранее. Например, территория Западной Сибири неоднократно поднималась со дна моря и вновь опускалась.

Виды отличаются друг от друга не отдельными признаками, а сложными комплексами признаков. А повторение всего комплекса признаков статистически невероятно, исходя из чего: эволюция – процесс необратимый.

Запись в тетради:

Правила эволюции:

1. Правило необратимости эволюции
2. Правило чередования главных направлений эволюции.

5. Первичное закрепление знаний.

Сравнительная характеристика объективных показателей основных форм органической эволюции (слайд 13)

6. Вторичное закрепление знаний.

Сравните организмы и объясните, к какому явлению относится их сходство или различие. Ответы внесите в таблицу

1. Медведка и крот (сходство форм передних ног) (слайд 14)
2. Сосна обыкновенная и сосна кедровая (различия в строении) (слайд 15)
3. Заяц-беляк и заяц-русак (слайд 16)
4. Верблюд и курдючная овца (запас жира) (слайд 17)
5. Верблюд одногорбый и верблюд двугорбый (слайд 18)
6. Речной рак и скорпион (имеют клешни) (слайд 19)
7. Речной рак и краб (имеют клешни) (слайд 20)
8. Виноградная улитка и большой прудовик (слайд 21)
9. Плавунец окаймленный и плавунец черный-тинник (слайд 22)
10. Тушканчик и кенгуру (длинные задние ноги) (слайд 23)
11. Лягушка и жаба (слайд 24)
12. Лягушка и комнатная муха (анабиоз) (слайд 25)
13. Бражник и колибри (не садятся на цветок в процессе питания, а зависают над ним в воздухе, быстро-быстро перебирая узкими крыльями) (слайд 26)
14. Еж и ехидна (сходство покрова) (слайд 27)

Ключ (слайд 28)

7. Подведение итогов урока.

Ребята, какую цель мы поставили вначале урока, достигли ли мы этой цели? (высказывания учащихся)

На уроке мы научились ставить перед собой цель и добиваться ее решения; вы показали ваши умения логически мыслить, отбирать и оценивать информацию. Чтобы быть успешным сегодня нужно обладать информационной грамотностью. Сегодня вы, ребята, сделали еще один шаг на пути к овладению этим искусством.

Рефлексия

Довольны ли вы своими результатами?

Предлагается небольшая анкета, которая позволяет осуществить самоанализ, дать качественную и количественную оценку уроку (слайд 29)

8. Домашнее задание (слайд 30)

П. 13, вопросы к тексту.

Для желающих: подобрать примеры конвергенции и дивергенции, используя Интернет или дополнительную литературу.

Вы сегодня очень старались! Спасибо вам за урок!

На примере сравнения геномных последовательностей дельфинов и летучих мышей - млекопитающих, способных к эхолокации, - европейские ученые выяснили генетические пути конвергентной эволюции. Конвергенция, то есть возникновение сходных признаков у неродственных организмов, считалась результатом эволюции разных наборов генов: слишком уж ничтожной кажется вероятность появления сходных мутаций в сходных генах. Но, как выяснилось, эхолокация - сложный приспособительный признак - у дельфинов и летучих мышей возникла как раз за счет сходных мутаций в сходных генах. Это меняет наши представления о генетической сущности конвергенции, а также показывает, что к результатам применения молекулярных методов для филогенетических реконструкций следует относиться отсторожно.

Предположим, мы построим разные филогенетические деревья (см. схемы на рис. 2 и 3), основываясь на разных гипотезах о происхождении эхолокации. Одно дерево будет отражать общее молекулярное сходство - это принятый подход. Другое заставит соединиться в одну монофилетическую кладу всех летучих мышей-эхолокаторов, разведя их с неспособными к эхолокации собратьями и, естественно, с дельфинами. Третье дерево объединит вообще всех животных эхолокаторов - и летучих мышей, и дельфинов, отделив их от других неэхолокаторов. Какими бы абсурдными ни казались нам два последних дерева, мы можем их анализировать теми же способами, что и те деревья, которые нам кажутся приемлемыми. Более того, в ходе обсчета отдельных последовательностей конкретных генов окажется, что эти нелепые деревья очень даже неплохи. Выявив набор таких генов, можно будет с уверенностью заключить, что в этих сайтах работала конвергентная эволюция. Именно так и рассуждали генетики, взявшись за обсчеты сходства 2326 ортологичных кодирующих генов.

Каждый из ортологичных генов сравнивали с каждым и для каждого оценивали, какая из филогенетических схем ему больше подходит, то есть для какого дерева генетическое сходство окажется бо льшим. Нашлось множество локусов у пяти эхолокаторных видов, для которых больше подходят «абсурдные» филогенетические деревья (824 локуса для второго дерева и 392 для третьего). Иными словами, именно с этими локусами и работала конвергентная эволюция.

Наиболее четко эти признаки проявились в генах, связанных со слухом или глухотой. Например, конвергенция затронула гены, ответственные за формирование улитки , а также те, что кодируют развитие волосковых клеток внутреннего уха. Также четкий статистический сигнал конвергентной эволюции обнаружен и в генах, так или иначе связанных со зрением. Вряд ли это должно удивлять: и дельфины, и летучие мыши приспособлены к низкому освещению. Поэтому и молекулярные, и регуляторные системы зрительного восприятия подстраивались соответственно. При этом функции многих генов с четким конвергентным сигналом остаются неизвестными.

Важной частью работы явилась проверка действия отбора у «конвергентных» генов: была ли конвергенция нейтральной или сформировалась в результате движущего отбора. Этот вопрос решался классическим способом - путем сравнения числа синонимичных и несинонимичных замен (см. Темп нуклеотидных замен). Выяснилось, что число несинонимичных замен превышало число синонимичных; следовательно, в случае эхолокации мы имеем дело не с нейтральным дрейфом, а с движущим отбором, поддерживающим формирование адаптивных признаков.

Данное исследование важно отметить по двум причинам. Во-первых, прочтение полных геномов стало рутинным и, по-видимому, недорогим предприятием. О том, что авторы данной работы прочли и расшифровали геномы четырех видов летучих мышей, используя аппаратуру и новейшие технологии компании Illumina, сообщается вскользь в методической части работы. Авторы прекрасно понимали, что прошло время восторгов по поводу самой возможности прочтения геномных последовательнстей и даже высокой точности их расшифровки. Настало время результатов, которые в перспективе маячили за этими восторгами.

Вторая причина относится больше к биологической методологии, а именно к методикам филогении. Век господства морфологической систематики сменился эпохой молекулярной филогенетики. Если раньше родословные деревья реконструировались на основе морфологического сходства и различия и/или на основе морфологических гомологий, то теперь принято ориентироваться на количество сходства между аминокислотными или нуклеотидными последовательностями. Выбор в пользу молекулярной филогенетики был сделан не в последнюю очередь из-за трудностей различения конвергенций и общего происхождения.

В молекулярной филогенетике внешнее конвергентное сходство, как считалось, не имеет большого значения, так как генетические изменения для достижения одного и того же морфологического результата всегда разные. Поэтому молекулярная филогенетика могла не сильно беспокоиться, что вместо родства выявится экологическая общность.

Но, как сейчас выясняется, это не так. Будь наш генетик не слишком удачлив и возьми он для построения своего родословного древа эхолокации те самые 824 сходных локуса или, того хуже, 390 локусов, сходных для нашего третьего дерева, то получил бы абсурдные филогенезы. И имел бы полное право отстаивать их, ссылаясь на хороший и надежный статистический сигнал! Примерно так же, как если бы морфолог отстаивал общность происхождения дельфинов и летучих мышей, апеллируя к удивительной эхолокации. А это как раз то, от чего пытались уйти молекулярные филогенетики, но только хуже, потому что спорить со статистикой не каждый решится. Так что эта работа лишний раз показывает, что у каждого метода есть свои ограничения и свой диапазон применимости. Молекулярной филогенетике еще предстоит его определить.

Источник: Joe Parker, Georgia Tsagkogeorga, James A. Cotton, Yuan Liu, Paolo Provero, Elia Stupka, Stephen J. Rossiter. Genome-wide signatures of convergent evolution in echolocating mammals // Nature . 502. P. 228–231. Doi:10.1038/nature12511.

Елена Наймарк
«Элементы»

Елена Наймарк

Биологи расшифровали генетическую базу, на которой строятся электрические органы рыб. Электрический орган - это очень сложное устройство, но оно, тем не менее, появлялось в ходе эволюции параллельно несколько раз, превращая мышцы в биобатареи. Удивительно, но наборы генов, которые участвовали в этом эволюционном фокусе, оказались сходными во всех изученных группах рыб.

Елена Наймарк

Новое исследование становления эусоциальности у пчел построено на сравнении генов, работающих по-разному в двух пчелиных кастах. Выяснилось, что гены, которые экспрессируются больше у рабочей касты, прошли сильный положительный отбор. Показатели интенсивности отбора среди активных генов рабочей касты оказались выше, чем у активных генов королев. Это означает, что для родственного отбора важны как размножающиеся особи, так и те, которые сами не размножаются, а лишь способствуют выживанию сестер и братьев, причем бездетные особи важны для отбора даже больше. Гипотеза родственного отбора, таким образом, получила еще одно мощное подтверждение.

Александр Марков, Елена Наймарк

Что такое польза? Как случайная мутация превращает аутсайдеров в процветающих победителей? Что важнее для эволюции - война или сотрудничество? Книга рассказывает о новейших исследованиях молекулярных генетиков и находках палеонтологов, которые дают ответы на эти и многие другие вопросы о видоизменениях в природе. Тысячи открытий, совершенных со времен Дарвина, подтверждают догадки родоначальников теории эволюции; новые данные ничуть не разрушают основы эволюционной теории, а напротив, лишь укрепляют их.

На примере сравнения геномных последовательностей дельфинов и летучих мышей - млекопитающих, способных к эхолокации, - европейские ученые выяснили генетические пути конвергентной эволюции. Конвергенция, то есть возникновение сходных признаков у неродственных организмов, считалась результатом эволюции разных наборов генов: слишком уж ничтожной кажется вероятность появления сходных мутаций в сходных генах. Но, как выяснилось, эхолокация - сложный приспособительный признак - у дельфинов и летучих мышей возникла как раз за счет сходных мутаций в сходных генах. Это меняет наши представления о генетической сущности конвергенции, а также показывает, что к результатам применения молекулярных методов для филогенетических реконструкций следует относиться отсторожно.

Предположим, мы построим разные филогенетические деревья (см. схемы на рис. 2 и 3), основываясь на разных гипотезах о происхождении эхолокации. Одно дерево будет отражать общее молекулярное сходство - это принятый подход. Другое заставит соединиться в одну монофилетическую кладу всех летучих мышей-эхолокаторов, разведя их с неспособными к эхолокации собратьями и, естественно, с дельфинами. Третье дерево объединит вообще всех животных эхолокаторов - и летучих мышей, и дельфинов, отделив их от других неэхолокаторов. Какими бы абсурдными ни казались нам два последних дерева, мы можем их анализировать теми же способами, что и те деревья, которые нам кажутся приемлемыми. Более того, в ходе обсчета отдельных последовательностей конкретных генов окажется, что эти нелепые деревья очень даже неплохи. Выявив набор таких генов, можно будет с уверенностью заключить, что в этих сайтах работала конвергентная эволюция. Именно так и рассуждали генетики, взявшись за обсчеты сходства 2326 ортологичных кодирующих генов.

Каждый из ортологичных генов сравнивали с каждым и для каждого оценивали, какая из филогенетических схем ему больше подходит, то есть для какого дерева генетическое сходство окажется бо льшим. Нашлось множество локусов у пяти эхолокаторных видов, для которых больше подходят «абсурдные» филогенетические деревья (824 локуса для второго дерева и 392 для третьего). Иными словами, именно с этими локусами и работала конвергентная эволюция.

Наиболее четко эти признаки проявились в генах, связанных со слухом или глухотой. Например, конвергенция затронула гены, ответственные за формирование улитки , а также те, что кодируют развитие волосковых клеток внутреннего уха. Также четкий статистический сигнал конвергентной эволюции обнаружен и в генах, так или иначе связанных со зрением. Вряд ли это должно удивлять: и дельфины, и летучие мыши приспособлены к низкому освещению. Поэтому и молекулярные, и регуляторные системы зрительного восприятия подстраивались соответственно. При этом функции многих генов с четким конвергентным сигналом остаются неизвестными.

Важной частью работы явилась проверка действия отбора у «конвергентных» генов: была ли конвергенция нейтральной или сформировалась в результате движущего отбора. Этот вопрос решался классическим способом - путем сравнения числа синонимичных и несинонимичных замен (см. Темп нуклеотидных замен). Выяснилось, что число несинонимичных замен превышало число синонимичных; следовательно, в случае эхолокации мы имеем дело не с нейтральным дрейфом, а с движущим отбором, поддерживающим формирование адаптивных признаков.

Данное исследование важно отметить по двум причинам. Во-первых, прочтение полных геномов стало рутинным и, по-видимому, недорогим предприятием. О том, что авторы данной работы прочли и расшифровали геномы четырех видов летучих мышей, используя аппаратуру и новейшие технологии компании Illumina, сообщается вскользь в методической части работы. Авторы прекрасно понимали, что прошло время восторгов по поводу самой возможности прочтения геномных последовательнстей и даже высокой точности их расшифровки. Настало время результатов, которые в перспективе маячили за этими восторгами.

Вторая причина относится больше к биологической методологии, а именно к методикам филогении. Век господства морфологической систематики сменился эпохой молекулярной филогенетики. Если раньше родословные деревья реконструировались на основе морфологического сходства и различия и/или на основе морфологических гомологий, то теперь принято ориентироваться на количество сходства между аминокислотными или нуклеотидными последовательностями. Выбор в пользу молекулярной филогенетики был сделан не в последнюю очередь из-за трудностей различения конвергенций и общего происхождения.

В молекулярной филогенетике внешнее конвергентное сходство, как считалось, не имеет большого значения, так как генетические изменения для достижения одного и того же морфологического результата всегда разные. Поэтому молекулярная филогенетика могла не сильно беспокоиться, что вместо родства выявится экологическая общность.

Но, как сейчас выясняется, это не так. Будь наш генетик не слишком удачлив и возьми он для построения своего родословного древа эхолокации те самые 824 сходных локуса или, того хуже, 390 локусов, сходных для нашего третьего дерева, то получил бы абсурдные филогенезы. И имел бы полное право отстаивать их, ссылаясь на хороший и надежный статистический сигнал! Примерно так же, как если бы морфолог отстаивал общность происхождения дельфинов и летучих мышей, апеллируя к удивительной эхолокации. А это как раз то, от чего пытались уйти молекулярные филогенетики, но только хуже, потому что спорить со статистикой не каждый решится. Так что эта работа лишний раз показывает, что у каждого метода есть свои ограничения и свой диапазон применимости. Молекулярной филогенетике еще предстоит его определить.

Биология. Общая биология. 11 класс. Базовый уровень Сивоглазов Владислав Иванович

11. Видообразование как результат эволюции

Вспомните!

Что такое вид?

Какие виды древних растений и животных вам известны?

Какую роль играет изоляция в процессе эволюции?

Видообразование – это процесс возникновения новых видов. В настоящее время на земном шаре обитает несколько миллионов разнообразных видов, а за всё время существования Земли, как считают учёные, их было в 50–100 раз больше. Как же возникало всё это гигантское многообразие?

Способы видообразования. Большой вклад в решение проблем видообразования внёс известный американский зоолог и эволюционист Эрнст Майр. Он выделил три основных способа видообразования (рис. 34).

Первый способ – преобразование одного вида в другой (А в В). При этом общее число видов не изменяется, потому что постепенно на смену одному виду приходит другой, новый вид.

Второй способ основан на гибридизации двух видов, в результате чего образуется третий, новый вид (межвидовое образование). Как правило, при этом исходные виды не исчезают, поэтому общее число видов увеличивается (+1). Примером такого видообразования может служить возникновение культурной сливы (2n = 48) в результате гибридизации тёрна (2n = 32) и алычи (2n = 16).

Рис. 34. Три основных способа видообразования

Третий способ, который Майр назвал истинным видообразованием, связан с расхождением (дивергенцией) признаков. Этот способ был подробно изучен и описан Ч. Дарвином. Если исходный и вновь образующийся виды остаются жизнеспособными, число видов увеличивается. Именно таким способом образовалось большинство видов.

Пути видообразования. Если особи, принадлежащие к разным популяциям внутри одного вида, скрещиваются и образуют плодовитое потомство, вид является единым целым. Поток генов между внутривидовыми популяциями формирует единый видовой генофонд. Для образования нового вида необходимо, чтобы между популяциями возникла изоляция. В результате обмен генами между изолированными популяциями прекращается, накапливаются межпопуляционные различия, что в дальнейшем может привести к превращению таких популяций в самостоятельные генетические системы, сначала виды, а затем и более крупные таксоны (рис. 35).

В зависимости от изолирующего механизма, можно выделить два основных пути видообразования: географическое и экологическое.

Рис. 35. Возникновение изоляции между популяциями может привести к образованию новых видов

Географическое видообразование . При пространственной изоляции популяций происходит географическое видообразование. Если некая популяция мигрировала за пределы ареала исходного вида, утратила связь с остальными видовыми популяциями и попала в иные условия, накопление адаптаций к этим новым условиям обитания может привести к формированию нового вида.

Также географическое видообразование может происходить при разделении исходного целостного ареала родительского вида на несколько изолированных самостоятельных ареалов. Такая изоляция возникает в результате глобальных геологических процессов: дрейфа континентов, горообразования, образования водных преград и т. д. Классическим примером такого видообразования являются вьюрки, которых Дарвин изучал на различных Галапагосских островах.

Примером видообразования путём фрагментации (от лат. fragmentum – обломок, кусок) ареала материнского вида служит возникновение разных видов ландыша (рис. 36). Несколько миллионов лет назад исходный предковый вид ландыша был широко распространён в лесах Евразии, однако в связи с оледенением его ареал распался на несколько независимых территорий. Ландыш сохранился лишь на территориях, которые ледник не затронул: на юге Дальнего Востока, в Закавказье и на юге Европы. В дальнейшем эти три изолированные популяции развивались самостоятельно, что привело к образованию нескольких новых видов, отличающихся размером и окраской листьев и венчиков.

Рис. 36. Видообразование путём фрагментации ареала материнского вида. Образование разных видов ландыша

Видообразование протекает очень медленно, в течение сотен тысяч и миллионов лет в результате смены сотен тысяч поколений. Если мы проследим процесс последовательного отделения фрагментов суши от единого древнего континента, то сможем выявить чёткую корреляцию. Острова и континенты, имеющие более длительную историю самостоятельного существования, гораздо сильнее отличаются по флоре и фауне.

Экологическое видообразование. В пределах ареала исходного вида осуществляется экологическое видообразование. Оно может происходить несколькими способами. Один из них – быстрое возникновение новых видов путём кратного увеличения числа хромосом (полиплоидизация ). Например, у исходного вида табака 12 хромосом, но известны формы с 24, 48, 72 хромосомами.

Другой способ основан на экологической изоляции видов. В этом случае изолирующими барьерами служат различия в условиях обитания, в результате чего образуются экологические подвиды, предпочитающие те или иные экологические ниши. В дальнейшем такие подвиды могут дать начало новым самостоятельным видам (§ 5, разные виды дубов, растущие на разных почвах).

Подобный способ видообразования встречается и у животных. Например, у яблонной пестрокрылки существуют две экологические группы, которые предпочитают кормиться и размножаться на двух разных видах растений – боярышнике и яблоне. Как выяснилось, распознавание и предпочтение хозяина контролируется одним геном. Следовательно, мутация, возникшая в этом гене, может положить начало формированию экологических рас, затем подвидов и в дальнейшем видов. Доказательством того, что видообразование завершено, является возникновение репродуктивной изоляции (невозможности скрещивания) даже при исчезновении изолирующих барьеров.

Образовавшийся новый вид в дальнейшем вступает в сложные межвидовые взаимоотношения, которые и определяют его последующую судьбу: процветание, гибель или распад на новые виды.

Вопросы для повторения и задания

1. Сравните три основных способа видообразования.

2. Охарактеризуйте механизмы основных путей видообразования.

3. Какую роль играет изоляция в процессе видообразования?

4. Приведите примеры географического и экологического видообразования.

5. Каково значение пространственной изоляции для образования новых видов?

Подумайте! Выполните!

Объясните, почему в природе чаще встречаются гибриды разных видов растений, чем разных видов животных.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Узнайте больше

Видообразование в пределах ареала исходного вида. В настоящее время многие учёные разделяют видообразование, происходящее в пределах ареала исходного вида, на два варианта. Видообразование, основанное на экологической изоляции видов, при котором ведущим оказывается изменение предпочтений и активности самих особей, называют симпатрическим видообразованием. Другим вариантом является парапатрическое видообразование, которое происходит путём полиплоидизации или других генетических изменений. В этом случае новые формы возникают в течение одного поколения, т. е. сразу возникает генетическая изоляция. Для того чтобы доказать свою конкурентоспособность, особи с изменённым генетическим аппаратом должны выдержать жёсткую конкуренцию с другими особями, хорошо приспособленными к условиям жизни. Поэтому этот тип видообразования имеет ограниченное значение. Исключением являются случаи возникновения у полиплоидных форм растений, быстро распространяющихся за счёт вегетативного размножения.

Типы эволюционных изменений. Основными типами эволюционных изменений являются дивергенция, конвергенция, параллелизм и филетическая эволюция.

Дивергенция. Дивергенция (от лат. divergantia – расхождение) – это наиболее распространённый тип эволюционного процесса. Понятие дивергенции ввёл Ч. Дарвин, понимая под ним расхождение признаков в процессе эволюции. При этом происходит образование двух или более таксонов, происходящих от общего предка. Такое расхождение признаков и групп происходит в том случае, если меняются условия обитания дочерней группы. Например, освоить наземную среду древним позвоночным животным помогло появление пятипалой конечности рычажного типа. Однако в зависимости от образа жизни и типа местообитания конечности разных групп позвоночных претерпели существенные изменения и выполняют сейчас разные функции (см. рис. 6). Такие органы, имеющие общее происхождение и выполняющие разные или сходные функции, называют гомологичными органами (см. также § 13).

Конвергенция. Конвергенция – это тип эволюционного изменения, в результате которого сходные признаки возникают у организмов, неродственных друг другу, т. е. имеющих различное происхождение. Чаще всего конвергенция возникает при заселении разными видами организмов сходных типов местообитаний (рис. 37). Таким образом, конвергентное сходство является результатом приспособлений к одинаковым условиям внешней среды. Похожи жабры рыбы и жабры рака, выполняющие дыхательные функции. Однако жабры рыбы развиваются на перегородках между жаберными щелями, пронизывающими глотку, а жабры рака – это нитевидные выросты конечностей груди. Крылья бабочек и летучих мышей, глаза человека и осьминога, роющие конечности кротов и медведок (рис. 38) – все эти органы формируются из разных эмбриональных зачатков. Органы, выполняющие сходные функции, но имеющие разное происхождение, называют аналогичными (см. также § 13).

Рис. 37. Кактус астрофитум звёздчатый из Техаса (справа) и молочай Euphorbia obesa из Южной Африки (слева). Два вида живут в сходных природных условиях и приобрели сходные формы за счёт конвергентной эволюции. При этом они относятся не только к разным семействам, но и к разным порядкам. Несмотря на благоприятные условия, кактусы практически полностью отсутствуют в Африке

Параллелизм. Параллелизм – это тип эволюционных изменений, результатом которого является образование сходных признаков у родственных форм. Например, китообразные и ластоногие независимо друг от друга перешли к обитанию в водной среде и приобрели соответствующие приспособления – ласты. Известное общее сходство имеют млекопитающие тропического пояса, обитающие на разных континентах, в близких климатических условиях (рис. 39).

Рис. 38. Аналогичные органы

Рис. 39. Параллелизм в строении тела млекопитающих населяющих дождевые леса Африки и Южной Америки: панголин (слева) и гигантский броненосец (справа)

Филетическая эволюция. Филетическая эволюция – это такой тип эволюционных преобразований, при которых предковые таксоны постепенно преобразуются в новые (дочерние) без образования боковых ветвей. При этом образуется непрерывный ряд таксонов, в котором каждый является потомком предыдущего и предком последующего.