Изменения в популяциях и приспособленность организмов

К разделу биологии "Происхождение жизни"

Популяции

Группы особей одного вида, населяющие территории, разделенные естественными преградами (реками, горами, пустынями), являются относительно самостоятельными, поскольку скрещивание между ними затруднено. Такие группы называют популяциями. Вид, таким образом, состоит из популяций, каждая из которых занимает часть ареала вида. За многие поколения в генофондах популяций накапливаются те аллели исходных популяций, которые обеспечивают наибольшую приспособленность к местам обитания. Вследствие особенностей в исходном генном составе и обитания в разных природных условиях генофонды изолированных популяций отличаются частотой встречаемости различных аллелей, поэтому один и тот же признак в разных популяциях может проявляться по-разному. Так, северные популяции млекопитающих имеют более густой мех, а южные — более темный. В этом параграфе мы рассмотрим реально наблюдаемые изменения в популяциях, а также некоторые правдоподобные гипотезы о формировании сходных видов.

Согласно Священному Писанию, живые организмы, как и сама планета, созданы Творцом. Однако их природа мобильна. Чтобы понять, какие основные группы сотворил Господь, а какие изменения в организмах могли произойти впоследствии, нам необходимо выяснить возможную степень изменчивости живых существ. Подтверждают ли реально наблюдаемые изменения гипотезу эволюции (лат. evolutio развертывание) — исторического саморазвития материи? Ученые различают микро- и макроэволюцию. Под микроэволюцией понимается развитие популяций в ряду последовательных поколений вплоть до образования новых видов, гипотеза макроэволюции предполагает последовательное появление всех видов на планете друг из друга посредством саморазвития.

Рассмотрим два основных типа изоляции и обусловленные ими изменения.

Географическая изоляция. Особи пространственно изолированных популяций могут развиваться различными путями. Существа разных популяций могут перестать скрещиваться по причине различий в сроках брачных периодов, в инстинктах сооружения гнезд и нор, в поведении в период спаривания. У особей может измениться брачная окраска (рыбы, птицы), брачные песни (птицы, земноводные, насекомые) или брачные танцы (птицы, рыбы, членистоногие). Растения разных популяций могут иметь различные периоды цветения, скорости прорастания пыльцы, разные взаимоотношения с опыляющими насекомыми. Процесс расхождения признаков в популяциях носит название дивергенции.

Популяции лиственницы сибирской заселили огромную территорию от Урала до Байкала. В зонах ареала с наиболее суровыми климатическими условиями обитает вид лиственницы даурской. На Дальнем Севере произрастает вид мака с быстрым развитием коротких цветоносов и ранним цветением, не характерный для умеренных широт. Ученые предполагают, что эти виды развились от исходного, хотя, конечно же, этого никто не наблюдал, а проверить реальность подобных микроэволюционных изменений в большинстве случаев не представляется возможным.
Растение прострел имеет в Европе обширный непрерывный ареал. У западной формы прострела листья тонкие, цветки поникшие. Восточная форма, обитающая в засушливых условиях, имеет более широкие листья и стоячие цветки, по которым вода стекает к корню. Между западным и восточным прострелом существует непрерывный ряд промежуточных форм, имеющих выраженный приспособительный характер.

Вид синица большая представлен тремя подвидами, обитающими в трех группах ареалов — евроазиатской, южноазиатской и восточноазиатской. Южноазиатские синицы в южной и восточной зонах контакта скрещиваются с двумя другими подвидами. Восточноазиатские и евроазиатские, обитая совместно в долинах Амура, не скрещиваются. Ученые предполагают, что подвиды синиц сформировались с наступлением четвертичного оледенения.

С оледенением связано, по мнению ученых, и возникновение родственных видов ландыша. Единый ареал вида, возможно, был разорван ледником на несколько изолированных частей. Ландыш, переживший оледенение, вновь широко распространился по всей лесной зоне, образовав в Европе новый более крупный вид с широким венчиком, а на Дальнем Востоке — вид с красными черешками и интенсивным восковым налетом на листьях.

В средней полосе произрастает около 20 видов лютика. Они занимают различные места обитания — луга, леса, берега рек и озер и т.д. Ученые предполагают, что вследствие изоляции лютики обособились сначала в подвиды, а затем — в виды.

На Галапагосских островах обитает 10 видов птичек-вьюрков. Каждый вид имеет свои особенности. Например, большой земляной вьюрок питается семенами растений и имеет толстый массивный клюв, а дятловый вьюрок длинным прямым клювом достает из-под коры насекомых. По мнению Чарльза Дарвина, английского ученого, впервые подробно изучившего галапагосских вьюрков, предковые особи этих видов, в далеком прошлом залетев на острова, развивались изолированно.

Формирование новых видов, связанное с географической изоляцией, эволюционисты называют аллопатрическим (греч. allos иной  patris родина) видообразованием.

Экологическая изоляция. Другая причина, приводящая к дивергенции видов, — различие экологических ниш.

Вид окунь обыкновенный в крупных озерах образует две популяции. Одни окуни живут в прибрежной зоне, питаются мелкими животными и растут медленно, другие обитают на большей глубине, питаются рыбой и икрой, растут быстро. Популяции форели нерестятся в устьях различных горных речек и ручьев, поэтому спаривание между ними сильно затруднено, и развитие происходит изолированно. Некоторые лососевые рыбы мечут икру через год. В одно и то же нерестилище попеременно приходят на нерест разные популяции: одна в четные годы, другая в нечетные.

Виды летучих мышей различаются способом питания: одни — хищные, а другие плодоядные. Некоторые виды пираньи с мощными челюстями и острыми зубами питаются исключительно растениями. Панда похожа на бурого медведя, но питается в основном бамбуком. Лишь изредка панды поедают других животных. Среди видов крокодила одни охотятся на животных, другие питаются только рыбой, а некоторые ископаемые виды были растительноядными.

Пять видов синиц сформировались, как предполагают ученые, вследствие различной пищевой специализации. Синица хохлатая питается семенами хвойных деревьев, лазоревка добывает мелких насекомых из расщелин древесной коры, синица большая ловит крупных насекомых в городских садах и парках, а гаичка и московка — в лесах.

Близкие виды обыкновенных европейских бабочек-белянок — капустница, репница и брюквенница — питаются на личиночной стадии различной пищей. Гусеницы капустницы и репницы поедают только культурные виды крестоцветных, а брюквенницы — дикие. Вид черный дрозд в настоящее время существует в двух формах. Одни дрозды селятся вблизи жилья человека, а другие — в глухих лесах. Эти два подвида внешне неразличимы.

По мнению ученых, некоторые виды растений в поймах крупных рек образовали виды, дающие семена до или после разлива. Виды, считающиеся исходными, растут на незаливаемых местах и опыляются, как правило, во время разлива.

Образование новых видов в пределах прежнего ареала эволюционисты называют симпатрическим (греч.sym вместе patris родина) видообразованием. Предполагают, что симпатрическое видообразование может быть вызвано не только внешними условиями, но и перестройками хромосомных наборов. В результате в одном ареале возникают генетически изолированные популяции. В роде хризантем все виды имеют число хромосом кратное 9: 18, 27, 36... 90, в роде картофеля — кратное 12: 24, 48, 72. Культурная слива (48 хромосом в диплоидном наборе) является гибридом терна (16 хромосом) и алычи (8 хромосом) с последующим удвоением набора. По мнению эволюционистов, возникновение новых видов у дрозофилы было связано с перестройками хромосом.

Предположение о симпатрическом видообразовании основано на том, что и возможные исходные виды, и дочерние формы морфологически очень близки.

Справедливо заключить, что вариации признаков, наблюдаемые учеными, а также относительно правдоподобные гипотезы видообразования ограничены пределами групп очень сходных существ.

Принято считать, что главное биологическое значение подобных изменений в популяциях состоит в обеспечении жизнеспособности организмов в условиях внешней среды при наиболее полном их использовании. Заложенная Творцом способность организмов к изменениям позволяет существам расселяться по всей планете и заполнять самые различные экологические ниши в соответствии с Его Промыслом, конечно же, не всегда направленным лишь на обеспечение жизнеспособности. Поэтому использование термина "эволюция" в значении саморазвития применительно к изменениям в популяциях не вполне правомерно.

Закон Харди-Вайнберга. В многочисленной популяции при свободном скрещивании, отсутствии мутаций, миграции и отбора особей по фенотипу условиями внешней среды соблюдается постоянное соотношение между доминантными и рецессивными аллелями (соответственно, между гомо- и гетерозиготами), называемое законом Харди-Вайнберга. Он базируется на закономерностях, открытых Менделем и справедлив лишь для популяций, находящихся в равновесии.

Если ген в популяции представлен двумя аллелями — доминантным А и рецессивным а, частота встречаемости А — р, тогда встречаемость аллеля а будет q = 1 — р (в процентах q = 100% — р). В гаметах будет р аллелей А и q аллелей а: рА+qа. Исследуем разнообразие признаков в потомстве:

(рА+qа) Х (рА+qа) = ррАА + рqАа + qраА + qqаа

Таким образом, в аналитическом виде закон Харди-Вайн-берга примет вид:

(рА+qа)2 = р2АА + 2рqАа + q2аа

Пользуясь законом Харди-Вайнберга, можно узнать, какой процент особей имеет рецессивный ген по какому-нибудь наследственному заболеванию. Пусть встречаемость заболевания q2 = 0,01 (1 %), тогда q = 0,1, а р = 0,9. Встречаемость рецессивных носителей — 2рq = 0,18, то есть 18% особей.

В реальных популяциях отклонения от равновесия, а следовательно, и от закона Харди-Вайнберга, могут быть весьма существенными. Так, при заселении группой особей новых территорий возникшая популяция по генотипу будет сильно отличаться от исходной. Какие-то малораспространенные в исходной популяции гены могут оказаться в изобилии, других, широко распространенных в прежней популяции, может оказаться мало. В результате соотношение между встречаемостью гомо- и гетерозиготных особей изменится, и в популяции начнется так называемый дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей в результате скрещивания.

При утрате части генофонда вследствие дрейфа генов увеличивается однородность популяции, возрастает ее гомозиготность. В малочисленной популяции эскимосов Гренландии (около 300 человек) на момент исследования почти все люди имели одну и ту же группу крови — были гомозиготны по соответствующему аллелю.

К дрейфу генов приводят и колебания численности — популяционные волны — со случайным изменением генофонда популяции вследствие пожаров, наводнений, засухи, сильных морозов. Популяционные волны размножения хищников находятся в тесной взаимосвязи с колебаниями численности белок, зайцев, мышей и пр. У насекомых и однолетних растений наблюдаются сезонные популяционные волны.

Вопросы для повторения

1. Что называют микроэволюцией и макроэволюцией? Каков диапазон реально наблюдаемых учеными изменений в популяциях?
2. Опишите изменения в популяциях при различных типах изоляции.
3. Сформулируйте закон Харди-Вайнберга. Когда он выполняется?
4. Что такое волны численности?
5. Что такое дрейф генов, при каких условиях он происходит? Связан ли дрейф с популяционными волнами численности?

 

Страница 2 - 2 из 2
Начало | Пред. | 1 2 | След. | Конец | Все
© Все права защищены http://www.portal-slovo.ru