Доказательства эволюции.

Научные факты, подтверждающие эволюционное развитие жизни на Земле.

Цитологические доказательства – все организмы построены из клеток, которые имеют общее строение и форму.

Сравнительно – анатомические доказательства:

- единство планов строения в пределах типов;

- рудименты– наличие у организмов остатков имевшихся ранее органов Пример: у человека это аппендикс – остаток слепой кишки, копчик – остаток хвоста, волосяной покров тела и др.

- атавизмы – внезапное появление у некоторых особей органов их предков. Пример: у человека – хвост, волосяной покров тела и др.

- наличие гомологических органов;

Гомологичные органы – органы, имеющие общее происхождения, одни и те же эмбриональные зачатки и сходство строения, но выполняющих разные функции. Пример: передняя конечность лошади и плавники кита; листья берёзы и колючки кактуса и т.д.

- аналогичные органы;

Аналогичные органы – органы, выполняющие сходные функции, внешне похожи, но имеют разное происхождение. Пример: крыло бабочки и птицы, роющие конечности крота и медведки, жабры рака и рыбы и т.д.

- конвергентная эволюция.

Конвергенция (схождение признаков) – процесс приобретения сходного строения в результате развития организмов в одинаковой среде.

Пример: при обитание в воде, рыба, ископаемая рептилия – ихтиозавр и млекопитающее – кит приобрели обтекаемую форму тела и плавники.

Биохимические доказательства – единое химическое строение организмов.

Установлена универсальность генетического кода – единого для всего органического мира Земли; универсальность биохимических принципов метаболизма; выявлено родство организмов различных таксонов по ДНК хромосом (ДНК человека имеет одинаковые гены с ДНК макаки – 66%, быка – 28%, крысы – 17 %), по белкам крови (у человека и человекообразных обезьян гемоглобин, белки, определяющие группу крови и резус-фактор идентичны).

Эмбриологические – сходство ранних стадий развития зародыша.

Закон зародышевого сходства (К.М. Бэр) – на ранних этапах эмбрионального развития зародыши разных видов в пределах типа сходны между собой. Пример: в эмбриональном периоде позвоночные последовательно проходят стадии оплодотворенного яйца, дробления, бластулы, гаструлы, трехслойного зародыша, закладки хорды, нервной трубки, пищеварительной трубки и др.

Биогенетический закон (Ф. Мюлер, Э. Геккель) – зародыш в процессе индивидуального развития (онтогенеза) кратко повторяет историю развития вида (филогенез). Пример: у зародышей млекопитающих и рыб закладываются жаберные дуги, на основе которых у рыб развиваются жабры, а у млекопитающих – хрящи гортани и трахеи.

Палеонтологические – добывание и изучение останков растений и животных, населяющих Землю в различные периоды ее истории. Обнаружены переходные формы между типами и классами.

Пример: стегоцефалов считают переходной формой от кистеперовых рыб к амфибиям; археоптерикс – между рептилиями и птицами; лиценопс – между рептилиями и млекопитающими; псилофиты (риниофиты) – между водорослями и наземными растениями.

На основе ископаемых форм построены палеонтологические ряды. Пример: филогенетический ряд лошади, хоботных и др.

Биогеографические – исследование закономерностей географического распространения живых форм на Земле.

По сходству растительного и животного мира в биосфере выделены биогеографические области (голарктическая, индо-малайская, эфиопская, нео-тропическая, австралийская).

Особенности флоры и фауны каждой области тесно связаны с геологической историей и климатическими условиями. Пример: флора и фауна Австралии, водоемов типа озера Байкал.

Микроэволюция.

Микроэволюция – эволюционные процессы, протекающие внутри вида и ведущие к образованию новых видов – начальный этап эволюции.

Вид– совокупность популяций особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к сходным условиям жизни и занимающих в природе определённую область распространения – ареал.

Развитие взглядов на понятие « биологический вид» (основные тезисы):

Виды сотворены и неизменны. ( К. Линей).

Виды не существуют реально, любая изменчивость в природе представляет собой видообразование. (Ж. Сент-Илэр).

Виды реально существуют, но не устойчивы, динамичны; вид существует определённое время, затем либо вымирают, либо изменяются (Ч. Дарвин).

Все живые постепенно изменяются, виды не существуют реально; понятие видов придуман человеком для своего удобства (Ж. Ламарк).

Критерии вида (признаки, согласно которым организм относится к тому, или иному виду; не абсолютны, используются в совокупности).

Морфологический – сходство внешнего и внутреннего строения; не абсолютнен по многим причинам: имеются виды – двойники, внешне одинаковые, но никогда не скрещивающиеся (Пример: 6 видов малярийных комаров анофелес, ранее считавшихся одним видом). Имеются политипичные виды – с несколькими различающимися фенотипами (Пример: все разнообразные природы голубей является одним видом).

Многие виды имеют ярко выраженный половой диморфизм – отличие самцов от самок, из-за чего их ошибочно относят к разным видам (К. Линей описал самца и самку утки кряквы, как разные виды).

Генетический – видовая специфичностьь хромосомного набора, сходства нуклеотидного состава ДНК.

Вид генетически закрытая система, его генофонд защищен от притока новых генов; механизм защиты репродуктивная изоляция (несовпадения сроков и места размножения; строгий ритуал поведения при спаривании; разница в строении полового аппарата; невозможность проникновения «чужих» сперматозоидов в яйцеклетку; нежизнеспособность или стерильность межвидовых грибов).

Физиологический – сходство процессов жизнедеятельности (данный критерий можно объединить с морфологическим) .

Биохимический – сходство белкового состава базируюется на уникальной нуклеотидной последовательности ДНК.

Критерий не абсолютен, т.к. иногда разные виды имеют очень большую степень сходства. Пример: человек и шимпанзе имеют 98% общих белков, но по другим критериям относятся к разными видами).

Географический – определённый ареал занимаемый видом.

Есть виды космополиты (бактерии и др.), обитающие повсеместно и есть виды с разорванными ареалами – аллопатрические виды. Группировки особей внутри ареалов аллопатрических видов называют популяциями.

Экологический – сходство особей вида в потребностях и образе жизни, но внутри популяции могут быть группы (экологические расы), различающиеся по питанию, времени активности, срокам размножения и т.д.

Цитогенетический – сходство числа и строения хромосом, примерами его не абсолютности являются человек и шимпанзе.

Виды – сложная система, состоящая из мелких группировок особей – подвидов, популяций, экологических рас и других таксонов, приспособленных к разным условиям среды.

Популяция – совокупность особей данного вида, занимающая определённый ареал внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой (панмиксия) и частично изолированных от других популяций.

Экологические расы – группа внутри одной популяции, различающиеся по питанию в разных местах, разной пищей, по времени активности, срокам размножения и т.д.

Пример: в озере Севан обитают несколько экологических рас форели, различных по местам обитания (на дне, на поверхности) по срокам размножения (весна или осень).

Особи из разных популяций сохраняют способность периодически скрещиваться друг с другом, что обеспечивает единство генофонда вида и обогащение потомства новыми аллелями.

Особи вида не могут скрещиваются с особями другого вида и давать плодовитое потомство, потому генофонд видов является защищённым и стабильным.

Популяция является элементарной структурной единицей эволюции.

Термин «популяция» ввёл в 1904 г. датский генетик В. Иогансен.

Для каждого популяции характерна определённая генетическая структура, соотношение определеных генов и аллелей. Совокупность генов всех особей популяции, называется генофондом.

Свойства генофонда:

- Разнообразие (генетическая гетерогенность). Одновременное наличие в генофондах разнообразных генотипов и аллельных вариантов генов, что обеспечивается: мутационным процессом, перекомбинации генов в процессах скрещивания, потоком генов из других популяций.

- Генофонды – неповторимы, уникальны.

- В каждой популяции имеется определённое соотношение частот встречаемости разных аллелей и генотипов (закон Харди-Вайнберга).

- Генетическое единство – общность генофондов популяций для всех составляющих их особей, обеспечивается свободным скрещиванием и механизмами наследования согласно законам Менделя.

Единство генофондов имеет важных следствия:

-Любые возникшие мутации имеют шанс распространится на всю популяцию.

-благодаря единству генофонда, популяции являются элементной единицей эволюции – они реагируют на изменение окружающей среды, как единое целое – направленным изменениям генофонда.

Под изменение генофондов понимают изменение часто встречающихся в них отдельных, аллельных вариантов генов и образованных им генотипов.

Причины, способные изменить генофонд популяции, внешние и внутренние факторы, изменяющие её генетическую структуру, называется элементарным фактором эволюции. Длительное и направленное изменение генофонда получило название элементарного эволюционного процесса.

Пример: «Индустриальный меланизм» – распространение тёмной окраски (определяемой меланином) у нескольких видов бабочек в Англии.

До середины 19 века в популяции этих бабочек преобладали особи со светлой окраской, хорошо маскирующей их на стволах деревьев, покрытых серым лишайником. Число бабочек с тёмной окраской (определяемой мутантным доминантным вариантом гена) было небольшим, поскольку они были заметны на стволах и их быстро склёвывали птицы.

Но с середины 19 века, с началом быстрого развития и широкого применения каменного угля воздух загрязнился. В результате лишайники погибли, обнажая чёрные стволы на которые малозаметны тёмно-коричневые бабочки.

Дальнейшие, более глубокие исследования показали, что различия тёмных и светлых бабочек не сводится только к их окраске, они отличались предпочтением и разным фонам (меланисты предпочитают садится на тёмную фон, а светлые – на светлый).

Генофонд складывается из всего разнообразия генов и аллелей, которые имеются в популяции, размножающейся половым путём.

Состав генофонда изменяется из поколения в поколение. Новые сочетания генов образуют уникальные генотипы, которые в своем физическом выражении, т.е. в форме фенотипов, подвергаются давлению со стороны факторов среды, что ведёт к непрерывному отбору.

Популяция генофонд, которой непрерывно изменяется из поколения в поколение, претерпевает эволюционное изменение.

Частоты аллелей.

Любой физический признак организма, например окраска шерсти у мышей, определяется одним или несколькими генами.

Каждый ген может существовать в нескольких разных формах, которые называются аллелями.Число организмов в данной популяции, несущих определённый аллель, определяли частоту данного аллели.

Пример: у человека частота данного аллеля, определяющего нормальную пигментацию кожи, волос, глаз = 99%. Рецессивный аллель отсутствие пигментации – альбинизм, встречается с частотой в 1%.

Это значит, что из общего числа аллелей, контролирующих синтез этого пигмента, 1% не способен обеспечивать его, а 99% делают это.

Пример:

P – Частота доминантного,

Q – Частота рецессивных аллелей.

В примере с пигментацией кожи у человека p=0,99, а Q=0,01.

P+Q=1

0,99+0,01=1

Пример: частота рецессивного аллели = 25% или 0,25. Тогда поскольку P+Q=1

P+0,25=1

P=0,75

Таким образом, частота доминантного аллели равна 0,75 или 75%.