Как се различават видовете? Основните закони на еволюцията. Дивергенция, конвергенция, паралелизъм Пример за конвергентна еволюция са акулата и делфинът
Еволюционната форма на групи от живи организми се разделя на дивергенция, конвергенция и паралелизъм.
1. Дивергенция- разминаване на признаците в рамките на вида, което води до образуването на нови групи индивиди. Колкото повече живите организми се различават по структура и начин на съществуване, толкова повече те се разминават в по-разнообразни пространства. Обикновено една зона или място се заема от животни с еднаква нужда от качество и доставка на храна. След определено време, когато запасите от храна свършат, животните са принудени да сменят местообитанието си и да се преместят на нови места. Ако животни с различни нужди от условия на околната среда живеят на една и съща територия, тогава конкуренцията между тях отслабва. Така Чарлз Дарвин установи, че в природата на площ от 1 m2 се срещат до 20 вида растения, принадлежащи към 18 рода и 8 семейства. В процеса на дивергенция клоните на дърво с няколко форми се отклоняват от зараждащата се популация, така да се каже. Например, можем да назовем седем вида елени, които са се образували в резултат на дивергенция: петнист елен, марал, северен елен, лос, сърна, елен лопатар, мускус (фиг. 37).
Ориз. 37. Разнообразието от видове елени, възникнали в резултат на дивергенция: 1 - петнист елен; 2 - елен; 3 - сърна; 4 - северен елен; 5 - лос; 6" - сърна; 7 - мускусен елен
Под влияние на естествения подбор, в безкрайна поредица от поколения, едни форми оцеляват, други измират. Процесите на изчезване и дивергенция са тясно свързани. Най-различните форми имат по-голям потенциал да оставят плодородно потомство и да оцелеят в процеса на естествен подбор, тъй като те се конкурират по-малко помежду си от междинните, които постепенно изтъняват и измират.
В резултат на дивергенцията популацията на един вид се разделя на подвидове. Подвидът, формиран под въздействието на естествения подбор, се превръща във вид въз основа на признаци на наследствени промени.
2. Конвергенция- придобиване на подобни характеристики в различни, несвързани групи. Например акулите (клас риби), ихтиозаврите (клас влечуги) и делфините (клас бозайници) имат подобни форми на тялото. Това се дължи на факта, че те имат едно и също местообитание (вода) и условия на живот. Хамелеонът и катерещата се агама, принадлежащи към различни подразреди, са много сходни на външен вид. Сходството на различните систематични групи се дължи на живота в сходно местообитание. Организмите, които живеят във въздуха, имат крила. Крилата на птица и прилеп са модифицирани предни крайници, а крилата на пеперуда са израстъци на тялото. Феноменът на конвергенцията е широко разпространен в животинския свят.
3. Паралелизъм(Гръцки parallelos - „идвам наблизо“) - еволюционното развитие на генетично близки групи, което се състои в тяхното независимо придобиване на подобни структурни характеристики въз основа на характеристики, наследени от общи предци. Паралелизмът е широко разпространен сред различни групи организми в процеса на тяхното историческо развитие (филогенеза).
Например адаптацията към водния начин на живот в еволюцията на перконогите се развива в три посоки. Китоподобните и перконогите (моржове, уши и истински тюлени), в резултат на прехода към воден начин на живот, независимо един от друг, развиха адаптация към водата - плавници. Трансформацията на предните крила в много групи крилати насекоми в надкрилия, развитието на характеристиките на земноводните при рибите с перки, появата на характеристики на бозайници при гущерите с диви зъби и др. Сходството в паралелизма показва единството на произхода на организмите и наличието на подобни условия на съществуване.
Еволюцията е необратим процес.Във всеки организъм, адаптиран към нови условия, промененият орган изчезва. След като се върна в предишното си местообитание, изчезналият орган не се възстановява. Дори Чарлз Дарвин пише за необратимостта на еволюцията: „Дори ако местообитанието се повтори напълно, видът никога не може да се върне към предишното си състояние.“ Например делфините и китовете никога не са ставали риби. По време на прехода на сухоземните животни към водната среда крайниците се променят конвергентно - докато конвергенцията е свързана само с промяна на външната структура на органите.
Във вътрешната структура на перките на делфин и кит са запазени признаци на крайник с пет пръста на бозайници. Тъй като мутацията води до обновяване на генофонда на популацията, тя никога не повтаря генофонда на предишното поколение. Така че, ако на някакъв етап влечугите са възникнали от примитивни земноводни, тогава влечугите не могат отново да породят земноводни.
Стъблото на вечнозеления храст, месарска метла, има дебели, лъскави листа. Всъщност това са модифицирани клонове. Истинските люспести листа са разположени в централната част на тези модифицирани стъбла. В началото на пролетта от пазвите на люспите се появяват цветове, от които впоследствие се развиват плодове.
Листата на метлата изчезнаха в древни времена, в процеса на адаптиране към сушата. След това, когато се върнаха във водната среда, вместо листа, те започнаха да имат клони, подобни на листа.
Хетерогенност на еволюцията.В продължение на няколкостотин милиона години те съществуват на Земята непроменени. саблеопашка, риба с лобови перки, хатерия.Наричат ги „живи вкаменелости“. Някои растения и животни обаче се променят бързо. Например във Филипините и Австралия се появиха няколко нови рода гризачи за 800 хиляди години. За около 20 милиона години на Байкал се появиха 240 вида раци, принадлежащи към 34 нови рода. Скоростта на еволюцията не се определя от астрономическото време. Появата на нов вид се определя от необходимия брой поколения и годност.
Скоростта на еволюция намалява и се забавя при същите стабилни условия на околната среда (дълбоки океани, пещерни води). На островите, където има малко хищници, естественият подбор протича много бавно. Напротив, там, където има интензивен подбор, еволюцията също протича по-бързо. Например през 30-те години на ХХ век. Използвано е токсично лекарство (DDT) срещу вредители. Няколко години по-късно се появяват форми, устойчиви на лекарството, които бързо се разпространяват по целия свят. Широкото използване на антибиотици - пеницилин, стрептомицин, грамицидин - през 40-50-те години на 20 век. доведе до появата на резистентни форми на микроорганизми.
Разминаване. Конвергенция. Паралелизъм. Необратим процес. "Живи вкаменелости".
1. Еволюционни форми на групи от живи организми: дивергенция, конвергенция, паралелизъм.
2. Еволюцията е необратим процес, т.е. изчезнал вид или орган никога не може да се върне в предишното си състояние.
3. Темпото на еволюцията се променя.
1. Обяснете процеса на дивергенция с пример.
2.Опишете конвергенцията, илюстрирайте я с пример.
1. Обяснете необратимостта на еволюцията, като използвате примери за растения.
2. Каква е причината за изчезването на някои форми, придобити по време на дивергенцията?
1. Докажете разнородността на еволюцията с пример.
2. Използвайки диаграма или таблица, анализирайте дивергенцията, конвергенцията и паралелизма.
В биологията дивергенцията е разминаването на определени характеристики в рамките на един вид. В резултат на този процес се формират нови групи от индивиди.
Характеристики на дивергенцията
В зависимост от това колко различни са различните живи организми по структура и начин на съществуване, ще има разминаване в различни пространства; този процес се нарича дивергенция (това е в биологията). Примери за това явление могат да бъдат дадени за почти всички видове животни.
Примери
Най-често животни, които имат сходна нужда от храна и нейното качество, се опитват да заемат едно място или определена територия. И така, какво е дивергенция в биологията? Дефиницията на това явление позволява придобиването на подобни характеристики от несвързани, различни групи.
След определен период от време запасите от храна се изчерпват, животните трябва да сменят местообитанието си и да търсят нови територии за заселване. В случай, че животни с различни нужди от условия на околната среда са разположени на едно и също място, има минимална конкуренция между тях.
Дарвин установи, че на площ от един квадратен метър в природата могат да бъдат намерени до двадесет вида растения, които принадлежат към 8 семейства и 18 рода. Какво е хубавото на разминаването? В биологията това е процесът на разклоняване на популацията.
Например, в резултат на подобен процес се появиха седем различни вида елени. Това са сърна, мускус, марал, петнист елен, лос, елен лопатар и северен елен.
Последици от процеса
Дивергенцията в биологията е процес, който е тясно свързан с естествения подбор. Има постепенно изчезване на едни видове, оцеляване на други. Формите, които се различават възможно най-много по отношение на характеристиките, имат максимална способност да оцелеят при естествения подбор и да оставят висококачествено потомство. Този пример може да потвърди, че дивергенцията в биологията е важен феномен. Конкуренцията между междинните индивиди е значително по-висока, така че те намаляват с времето и след това изчезват напълно.
Стойност на отклонение
И така, какво е разминаване? Биологията го разглежда като възможност за подразделяне на един вид на няколко подвида. Подобна форма на тялото имат например делфините, които са разред бозайници, ихтиозаврите, които принадлежат към класа на влечугите, и акулите, които са разред риби. Причината е, че всички те съществуват в една и съща среда и имат сходни условия на съществуване.
Външни прилики са идентифицирани в катерещата агама и хамелеона. Учените обясняват причините за сходството на различните систематични групи с подобни местообитания. Например, организмите, които живеят във въздуха, имат крила. В пеперудата те са представени под формата на израстъци на тялото. За прилеп и птица крилата са модифицирани предни крайници, т.е. се наблюдава разминаване; това се обсъжда подробно в биологията (примери, характеристики) в училищния курс.
Паралелизъм
В превод от гръцки това означава „ходене наблизо“. Това еволюционно развитие се приема за близки групи. Състои се в тяхното независимо придобиване на сходни характеристики на външната структура въз основа на характеристики, които са наследени от общи предци. Паралелизмът е често срещан сред различни групи живи организми по време на тяхната филогенеза (историческо развитие).
Например, имаше три посоки в развитието на адаптацията в еволюцията на перконоги към водна среда. Перконоги и китоподобни (тюлени, моржове), тъй като се адаптираха към живота във водния елемент, независимо придобиха плавници. При някои видове крилати насекоми предните крила са се превърнали в елитри. Рибите с лобови перки развиват характеристики на земноводните, а сходствата с бозайниците се появяват при гущерите с диви зъби. В паралелизма сходството е потвърждение за единството на произхода на организмите и наличието на подобни условия на съществуване.
Характеристики на еволюцията
Дивергенцията и конвергенцията в биологията са необратими процеси. Веднага след като тялото се адаптира към новата среда и условията на съществуване, органът, който е претърпял промяна, изчезва.
Дори при връщане към първоначалните условия на живот не се наблюдава възстановяване на изгубения орган. В своите научни трудове Дарвин многократно казва, че дори при идеално повторение на местообитанието, видът няма възможност да възстанови първоначалното си състояние; това е дивергенция и конвергенция в биологията. Примери за такива преходи могат да бъдат дадени за делфините и китовете.
Вътрешната структура на перката им запазва характеристиките на типичен крайник на сухоземен бозайник. Поради мутациите, генофондът на цялата популация непрекъснато се актуализира; няма повторение на генофонда от предишното поколение.
Значението на мутациите
Например китовете и делфините не се превърнаха в риби. В процеса на прехода им от сухоземни към водни обитатели се наблюдава само сближаване на крайниците.
Като се има предвид, че мутациите причиняват актуализации на генофонда на определена популация, отбелязваме, че тя не се повтаря. Ако на определен етап от еволюцията влечугите са се развили от примитивни земноводни, те вече няма да могат да раждат земноводни.
Стъблото на месарската метла е с дебели и лъскави листа. Те са модифицирани клонове. В центъра на такива модификации са истински люспести листа. През пролетта от пазвите на такива люспи се появяват цветя, които, докато растат, се превръщат в плодове.
Заключение
Еволюцията е разнороден процес. В продължение на милиони години рибите с перки, саблеопашката и хатерията са останали непроменени на нашата планета. Биолозите ги наричат „живи вкаменелости“. Има и организми, които претърпяват множество промени. Еволюцията не се влияе от астрономическите часовници. Появата на нов вид е свързана с определен брой поколения, както и тяхната адаптивност към новите условия на живот.
Еволюцията намалява и се забавя при стабилни условия на околната среда. В условията на интензивна селекция се наблюдава ускоряване на този процес.
Например в началото на миналия век лекарството ДДТ се използва за борба с вредителите. Няколко години по-късно се появяват форми, които имат повишена резистентност към този агент. След разработването на антибиотиците се появиха микроорганизми, устойчиви на тях.
И така, дивергенцията винаги е свързана с адаптирането на организмите към екологичните и географските условия на съществуване. Това е резултат от действието на естествения подбор.
Конвергентната еволюция е независимото развитие на подобни органи или способности в организми, които не са биологично пряко свързани един с друг. Пример са очите на главоногите и бозайниците, които са се развили паралелно. Както и способността за летене при някои насекоми, птици, прилепи и костни риби. Честотата, с която се откриват признаци на конвергентна еволюция в живите организми на Земята, подкрепя хипотезата, че някои основни анатомични структури и физиологични механизми може да са идентични сред другите форми на живот във Вселената.
Физика и еволюция
Една от причините за конвергенцията е, че определени форми на тялото са най-добрите биологични решения на основни проблеми във физиката. За да се движите бързо и ефективно под вода, имате нужда от елегантно тяло с широка, мускулеста опашка или други придатъци, които да поддържат движението напред. Не е изненадващо, че китовете приличат на риба по външния си вид. Те, подобно на рибите, имат опростена форма. Те имат мощна опашка, чифт подобни на плавници предни перки, а в някои случаи дори гръбна перка по гърба.
Преди сто и петдесет милиона години друго подобно на риба създание плуваше в океаните на Земята. Въпреки че е изчезнал преди 70 милиона години, фосилизираните кости са възвърнали външния му вид. Оцелелите скелети не дават основание да се съмняваме, че съществото е влечуго. Поради забележителната си прилика с рибата, тя е наречена ихтиозавър или риба гущер (на гръцки icthys –риба, саурос -гущер).
Паралелно еволюиралите животни може да изглеждат еднакви, но е лесно да се докаже, че те са напълно различни същества с много различни предци. Приликата във външния вид абсолютно не е свързана с тяхната близка връзка.
Други примери за конвергенция
Изолирани на австралийския континент, торбестите бозайници успяха да процъфтяват в продължение на 150 милиона години. В повечето други части на света те изчезнаха, защото конкуренцията от страна на плацентарните бозайници се оказа твърде голяма.
Австралия има добри условия за еволюция и много различни торбести животни са се появили тук, за да запълнят своите ниши. Приликите във външния вид между различни торбести и плацентарни бозайници ни предоставят поразителни примери за сходство. Австралия има свой вълк – тасманийският дявол; имат свои собствени "котки" ( Дасюрус) и "мишки" ( Dasycercus). Има "мравояди" и "лениви". Летящият фалангер (Petaurus breviceps) е сравним с летящите катерици. А вомбатът (Vombatidae) е с обикновени прасета. Австралия дори има своя собствена торбеста къртица!
Разбира се, торбестите и плацентните са бозайници, които имат общ произход в не много далечното минало. Конвергентната еволюция обаче може да създаде прилики между напълно несвързани същества. Насекомите и птиците на дървото са невероятно далеч един от друг. Но на пръв поглед е трудно да се опише разликата между птица и гигантски молец. Те не се различават много по размер и двете не зависят от наличието на нектар в цветовете. И те са сходни по способността си да се реят.
Друг страхотен пример е приликата между клюна на патица (птица) и клюна на птицечовка (бозайник). И двете същества получават храна чрез пресяване на мръсотия. За да изпълнят тази функция, те имат широка, сплескана муцуна. Това придава на главите им подобен вид.
Конвергенция в растенията
Конвергенцията не се ограничава до животинското царство. Растенията, изложени на подобни влияния на околната среда, също могат да си приличат помежду си във формите, които са развили в продължение на милиони години еволюция. Стотици дървесни видове съставляват трите големи тропически гори в света. Често обаче е трудно да се определи към коя конкретна гора принадлежи определена проба. Всички дървета растат там на големи височини, нямат клони в долните си стволове, имат еднакви листа и еднаква кора.
В американските пустини характерните растения са кактусите. Стъблата им са резервоари; те са покрити със защитни бодли и нямат листа. Много подобни на кактусите по всички тези характеристики са Euphorbia (euphorbia), растение, произхождащо от Африка. Но въпреки външния си вид, подобен на кактус, той не е тясно свързан с кактусите.
Данните от систематиката, палеонтологията, сравнителната анатомия и други биологични дисциплини позволяват да се реконструира с голяма точност хода на еволюционния процес на надвидово ниво. Сред формите на еволюция на групи от живи организми можем да разграничим: дивергенция, конвергенция и паралелизъм.
Разминаване
Появата на нови форми винаги е свързана с адаптирането към местните географски и екологични условия на съществуване. По този начин класът на бозайниците се състои от множество разреди, чиито представители се различават по вида на храната, характеристиките на местообитанията, т.е. условията на живот (насекомоядни, хироптери, хищници, парнокопитни, китоподобни и др.). Всеки от тези разреди включва подразреди и семейства, които от своя страна се характеризират не само със специфични морфологични характеристики, но и с екологични характеристики (бягащи, скачащи, катерещи, ровещи, плуващи форми). В рамките на всяко семейство видовете и родовете се различават по начин на живот, хранителни продукти и т.н. Както посочи Дарвин, дивергенцията е в основата на целия еволюционен процес. Дивергенцията от всякакъв мащаб е резултат от действието на естествения подбор под формата на групов подбор (видове, родове, семейства и т.н. се запазват или елиминират). Груповият подбор също се основава на индивидуален подбор в рамките на популация. Изчезването на даден вид възниква поради смъртта на отделни индивиди.
Уникалността на морфологичните характеристики на организмите, придобита в процеса на дивергенция, има определена единна основа под формата на генофонд от сродни форми. Крайниците на всички бозайници са много различни, но имат единен структурен план и представляват крайник с пет пръста. Следователно органите, които отговарят един на друг по устройство и имат общ произход, независимо от функцията, която изпълняват, се наричат хомоложни. Пример за хомоложни органи в растенията са мустаците на грахово зърно, бодлите на кактус - всичко това са модифицирани листа.
При еднакви условия на съществуване животните, принадлежащи към различни систематични групи, могат да придобият подобна структура. Такова сходство на структурата възниква при сходство на функциите и е ограничено само до органи, пряко свързани със същите фактори на околната среда. Външно хамелеоните и агамите, катерещи се по клоните на дърветата, са много сходни, въпреки че принадлежат към различни подразреди (фиг. 1).
Фигура 1. Катереща се агама. Външната прилика с хамелеона се дължи на подобно местообитание.
При гръбначните животни конвергентни сходства се откриват в крайниците на морските влечуги и бозайниците (фиг. 2). Конвергенцията на характеристиките засяга главно само онези органи, които са пряко свързани с подобни условия на околната среда.
Фигура 2. Конвергенция. Сходство на формата на тялото и перките при несвързани бързо плуващи животни: акули (A), ихтиозавър (B), делфини (C, D).
Конвергенция се наблюдава и при групи от животни, които са далеч едно от друго в систематично отношение. Организмите, които живеят във въздуха, имат крила (фиг. 3). Но крилете на птица и прилеп са модифицирани крайници, а крилете на пеперуда са израстъци на стената на тялото.
Фигура 3. Конвергенция. Развитие на адаптации за реене във въздуха при гръбначни животни: А – летяща риба, Б – летяща жаба, В – летяща агама, Г – летяща катерица.
Органи, които изпълняват подобни функции, но имат коренно различна структура и произход, се наричат аналогични.
Паралелизъм
Паралелизмът е форма на конвергентно развитие, характерна за генетично сходни групи организми. Например сред бозайниците китоподобните и перконогите, независимо един от друг, преминаха към живот във водна среда и придобиха подобни устройства за движение в тази среда - плавници. Несвързаните бозайници от тропическата зона, живеещи на различни континенти при сходни климатични условия, имат известно общо сходство (фиг. 4).
Фигура 4. Конвергентно сходство на структурата между несвързани бозайници в тропическите гори на Африка (вляво) и Южна Америка: A - малък хипопотам, B - капибара, C - африкански елен, G - пака, E - малка антилопа, E - агути, G - сив дуйкер, Z - мазама, I - панголин, K - гигантски броненосец.
Дивергенцията на видовете се осъществява чрез селекция в различни посоки и действието на механизми, които затрудняват кръстосването между носители с различни специализации.
Един от най-простите сценарии на дивергенция е поляризацията на характеристиките. Във всяка популация има известно разнообразие по размер, цвят, структура на органи, поведение и други характеристики. Когато възникнат условия в рамките на една популация (симпатично видообразуване) или в две изолирани една от друга популации (алопатрично видообразуване), при които носителите на противоположни варианти на черта (например най-големият и най-малкият, или най-тъмният и най-светлият) са с предимство, носителите на тези признаци се размножават по-успешно от средния представител на популацията. Постепенно се формират две специализирани форми, различаващи се една от друга.
Тъй като кръстосването между тези форми може да доведе до осредняване на стойността на признака и загуба на развита специализация, селекцията насърчава развитието на механизми, които възпрепятстват кръстосването и водят до репродуктивна изолация на получения вид.
Дивергенцията (от средновековния латински divergo - отклонявам се) е разминаването на характеристики и свойства в първоначално близки групи организми в хода на еволюцията, резултат от живот в различни условия и нееднакво насочен естествен или изкуствен подбор.
Разминаването между близките еволюционни линии, ако се случва постепенно и продължава дълго време, преминава през няколко етапа във времето. Общата популация на предците поражда две или повече локални раси, географски раси, полувидове, биологични видове и групи от видове, които последователно се заменят един друг.
Разминаването може да достигне най-високи нива – от род до клас и тип.
Популационните единици и таксономичните категории представляват различни етапи в процеса на еволюционна дивергенция. Висшите таксономични категории са продукти на макроеволюцията.
Разминаването на ниво раси и видове се проявява в три основни направления.
Преходът от по-ниски към по-високи нива на разклонено филогенетично дърво е придружен от:
1) увеличаване на диференциацията на генотипа;
2) нарастваща морфологична, физиологична и поведенческа диференциация;
3) по-здрава изолация.
Увеличаването на генетичната диференциация с нарастващи нива на дивергенция е илюстрирано с примера на групата Drosophila willistoni.
Голям брой популации, принадлежащи към 14 таксона, са изследвани в 36 ензимни локуса. Приликите или разликите между популациите бяха изразени с помощта на индекса на генетично сходство (I). Получените данни бяха групирани в зависимост от нивото на разминаване и за всяко ниво беше определен средният индекс на сходство (I). Генетичното сходство намалява при три от четири стъпаловидни увеличения на нивото на дивергенция.
Алопатрично видообразуване.
Нека да разгледаме някои примери за алопатрично видообразуване. От 1200 вида риби, живеещи на изток и запад от Панамския провлак, които са се образували в геологично по-ново време, само 6% са общи за фауната на двата океана - Тихия и Атлантическия, докато повечето видове са географски изолирани, отдавна разделени форми. Подобна картина се наблюдава тук по отношение на животни от други класове - мекотели, морски таралежи, червеи, ракообразни и др.
Добър пример за екологична специализация във връзка с пространственото разделение е т. нар. „пръстеновиден” вид. Ареалите на сребристата чайка (Larus agentatus) и черноклюната чайка (L. fuscus) се припокриват в Западна Европа.
И двата вида са ясно разграничени един от друг и не се кръстосват. Въпреки това, ако проследите техните географски раси на запад (Гренландия, Лабрадор, Канада, Аляска) и на изток (Северна Европа, Северозападен и Североизточен Сибир), ще се разкрие, че последните образуват непрекъснат пръстен около Северния ледовит океан.
В този случай кръстосването между индивиди от съседни географски раси става свободно. Н. В. Тимофеев-Ресовски предполага, че първоначалното заселване на чайките на запад и изток е започнало от някаква междинна зона, например от Източен Сибир.
Това беше придружено от нарастваща специализация на географските раси, така че когато пръстенът се затвори в Западна Европа, сродните форми (L. argentatus, L. fuscus) „не се разпознаха“ и се оказаха различни видове.
Екологична специализация в рамките на даден вид може също да възникне в съседни райони без значително географско отстраняване на различни форми, като същевременно се поддържа възможността за обмен на генетичен материал между съседни популации.
Показателно в това отношение е изобилието от ендемични форми в големи затворени водоеми. По този начин езерото Байкал е дом на повече от 300 вида ракообразни, принадлежащи към семейство Gammaridae, повечето от които не се срещат никъде другаде. Появата на тези ендемити най-вероятно се дължи на екологична изолация и различия в посоката на селекция в локално изолирани популации.
По този начин едни и същи растителни видове имат пролетни и зимни форми, както и ефемерни видове, които цъфтят през пролетта, или къснозрели видове, които цъфтят само през есента. Във всички случаи вътрешновидовата дивергенция, свързана с екологичната специализация, допринася за адаптирането на популациите към специфични условия на живот и осигурява най-пълното използване на териториалните, хранителните и други ресурси на местообитанието.
Различията в морфо-физиологичните характеристики на географските или екологичните раси се основават на различията в генетичната структура на съставните им популации.
Основните форми на репродуктивна изолация се изразяват в промяна в характера на чифтосването и селективността на оплождането, в намаляване на плодовитостта на хибридните индивиди и намаляване на жизнеспособността на хибридите.
Промяната в естеството на селективността на чифтосване (поведенческа изолация) обикновено предшества при появата си при животните появата на други форми на репродуктивна изолация.
Това се дължи на факта, че сексуалното поведение на индивидите е сложен, силно видово специфичен, фино координиран комплекс от наследствено контролирани (безусловни) реакции. Пример за това са брачните игри на много видове риби, птици и бозайници. Целият този комплекс от реакции осигурява, от една страна, синхронизирането на половите цикли на мъжките и женските, а от друга, предотвратяването на междувидовите кръстосвания, т.е.
Що се отнася до други механизми на репродуктивна изолация - намаляване на плодовитостта и жизнеспособността на хибридите, тяхната поява, като правило, отразява резултата от дълбоки генетични различия, когато различните форми достигат ранга на независими видове.
Симпатрично видообразуване
При животните и растенията съществуват редица механизми, които могат да осигурят вътревидова дивергенция. Вече наследствено обусловеният фенотипен полиморфизъм на популациите и разнообразието от условия на живот съдържат предпоставки за симпатричното образуване на нови форми.
При животните такива фактори са: хромозомни пренареждания, гени за стерилност и цитоплазмена изолация. Пример за последното е следното явление, установено при комари (Culex pipiens). При кръстосване на две форми от Южна (Og) и Северна (Na) Германия люпимостта в реципрочни комбинации е както следва: 9 NaX o Og - 87%, 9 OgX cG Na - 0,17%.
Всички хибриди от последното кръстосване се оказаха женски и съдържаха само майчиния геном, т.е. те се развиха партеногенетично. Следователно Ha сперматозоидите стимулират само развитието на Og яйца. С помощта на серия от обратни кръстосвания (HaxOg) xOg и по-нататък до 50 поколения, всичките три двойки хромозоми на формата Ha бяха практически заменени с хромозоми на формата Og: Резултатът неизменно съответстваше на кръстосването на HaXOg.
От това беше направен изводът, че несъвместимостта при кръстосването на OgxHa се причинява не от ядрени гени, а от цитоплазмата. Оказа се, че цитоплазмата на Ha формата определя неспособността на спермата на тази форма да оплоди яйцеклетката на Og формата. Цитоплазмената изолация би могла да се използва за контролиране на насекоми, пренасящи болести, чрез освобождаване на специфичен тип мъжки в дивата природа.
образование
Конвергенция и дивергенция в биологията. Същността и примерите за явления
Според теорията на еволюцията всички живи същества на Земята са се развили от най-прости форми към по-сложни. Но ако всичко се движи по една права линия, откъде идва такова разнообразие от видове и популации? Дивергенцията и конвергенцията могат да обяснят този феномен. В биологията тези понятия обозначават характеристиките и моделите на развитие на видовете.
Характеристики на еволюционната теория
Основната теория за развитието на живота на нашата планета, която науката поддържа, е теорията за еволюцията.
Първите му разпоредби и закони са формулирани през 17 век. Това предполага дългосрочен естествен процес на промени в живите организми на качествено ново ниво.
Теорията предполага развитието на организмите от най-простите до най-сложните форми, което е придружено от генетични мутации, адаптации, изчезване и образуване на видове.
Съвременната теория се основава на предположенията на Чарлз Дарвин за естествения подбор и данните от популационната генетика за мутации, генетичен дрейф и промени в честотата на алелите.
Еволюцията предполага, че живите организми имат общ корен, от който е започнало тяхното развитие.
В този случай не е необходимо предположението за един или двойка предшественици. Учените твърдят, че може да е имало повече организми-предшественици, но всички те са принадлежали към сродни групи.
Основните закони, по които протича еволюцията, са конвергенция и дивергенция.
В биологията примери и характеристики на тези процеси са описани от Чарлз Дарвин. Ще ви разкажем повече за това какви са те по-долу.
Дивергенция в биологията
От латински терминът се превежда като "разминаване" и може да се използва не само по отношение на живата природа.
Разминаването в биологията означава появата на различия в характеристиките между организмите. В основата си това е многопосочна изменчивост, която възниква в резултат на адаптацията на живите същества към различни условия.
Проявява се в промени в части от тялото или някои органи и придобиването им на частично нови функции и възможности. Различията в биологията са често срещани.
Появява се в резултат на естествения подбор, тоест борбата за съществуване. Придобиването на черти намалява конкуренцията - всяка нова популация може да заеме собствена екологична ниша, без да засяга други индивиди.
Появява се и в резултат на изолация.
Разминаване може да възникне на ниво вид, род, семейство и разред. С негова помощ, например, класът бозайници е разделен на гризачи, месоядни, хоботни, китоподобни, примати и други разреди. Те от своя страна се разделят на по-малки групи, които се различават по външна и вътрешна структура.
Видео по темата
Различия в биологията: примери
Дивергенцията води до появата на организми с различни структури, които принадлежат към една и съща систематична група.
Въпреки това, те все още имат обща основа; модифицираните части на тялото изпълняват същите функции. Например ушите си остават уши, само че при някои са станали по-издължени, при други закръглени, крилата на някои птици са къси, а на други дълги.
Ярък пример е появата на крайниците при бозайниците.
Те се различават при различните видове в зависимост от техния начин на живот и местообитание. Така котките имат меки подложки на лапите си, а приматите имат дълги и подвижни пръсти за хващане на клони, морският лъв има развити плавници, а кравите имат копита. Можете да разберете какво е разминаването в биологията, като използвате примера на бяла пелерина. Пеперудите от това семейство се хранят с различни храни на етапа на гъсеница: някои ядат зеле, други ядат ряпа, трети ядат цвекло и т.н.
При растенията разминаването на характерите се проявява във формата на листата. В кактусите те се превърнаха в шипове, в берберисите се развиха игли. Разминаването може да се проследи и на нивото на кореновата система. Някои растения имат издънки, при картофите това са грудки, при цвеклото и морковите те са се превърнали в кореноплодни.
Конвергенция
Ако дивергенцията е характерна за сродни организми, тогава конвергенцията, напротив, се наблюдава в отдалечени групи.
Проявява се в сходството на характеристиките в систематично различни организми. Подобно на дивергенцията, тя се появява в резултат на естествен подбор, но в този случай е насочена еднакво в различни видове, разреди и т.н.
Животни или растения, които принадлежат към напълно различни класове, придобиват органи, които са идентични по структура и функция. Това се дължи на общ хабитат или подобен начин на живот.
Но тяхното сходство не се простира до цялото тяло; конвергенцията засяга само онези органи, които са необходими за адаптиране към определени условия.
Така животните, които се движат във въздуха, имат крила.
Но някои може да са насекоми, докато други може да са гръбначни. Организмите, които живеят във вода, имат опростена форма на тялото, въпреки че не е задължително да са свързани помежду си.
Примери за конвергенция
Формата на тялото на делфините, китовете и рибите е типична конвергенция. Поради външното им сходство с акулите, китовете и делфините първоначално са класифицирани като риби. По-късно се доказва, че те са бозайници, тъй като дишат с бели дробове, раждат се чрез живородене и имат редица други характеристики.
Примери за конвергенция включват крила при прилепи, птици и насекоми.
Наличието на тези органи е свързано с начина на живот на животните, които се движат с полет. В същото време външният вид и структурата на крилата им са значително различни.
Друг пример е наличието на хриле в рибите и черупчестите.
Как се различават видовете?
Понякога конвергенцията се проявява в отсъствието на каквито и да е органи. Така някои вулканични острови са обитавани от безкрили пеперуди, мухи и други насекоми.
Коментари
Подобни материали
образование
Какво е дивергенция в биологията?
Примери за разминаване
Дивергенция в биологията - какво е това? В някои случаи популациите, живеещи в екологично различни периферни среди, могат да проявяват генетични различия от останалата част от населението, особено когато...
образование
Какво е възпроизвеждане в биологията? Определение и примери за размножаване в природата
Размножаването е понятие в биологията, което се свързва с процеси като оплождане, делене и директно размножаване, размножаване на себеподобни.
Това понятие се използва и в живописта, но...
образование
Какво е симбиоза в биологията? Определение и примери за симбиоза
Какво е симбиоза в биологията? Това е вид негласно споразумение между два или повече индивида, принадлежащи към напълно различни видове. Такова сътрудничество може да приеме формата на мутуализъм, коменсализъм и пара...
образование
Правилото на Марковников V.
Б. Същност и примери
При химичните реакции могат да се добавят различни частици на мястото на разрушаване на двойната връзка в алкените и тройната връзка в алкините. Какви закони следва този процес? Изследва поведението на асиметрични хомолози...
образование
Паралелизъм в биологията: примери и характеристики
Има три форми на еволюция.
Дивергенцията се основава на сходството на хомоложните органи, конвергенцията се основава на подобни органи. Третата форма на еволюция е паралелизъм В биологията това е процес, в който...
образование
Колония в биологията - какво е това, характеристики и примери за колонии
В естествени условия живите организми могат да съществуват по различни начини. Например, ако отделни индивиди живеят заедно и се облагодетелстват взаимно, тогава говорим за колония.
В биологията това е специална форма на съжителство. Ра...
автомобили
Каква е разликата между антифриз и антифриз и каква е същността на тези понятия?
Всяка съвременна кола е оборудвана с охладителна система, която съдържа течност като антифриз. В някои случаи, вместо него, автомобилните ентусиасти наливат антифриз в разширителния резервоар.
По същество функцията...
Бизнес
Разходен подход към оценката на бизнеса: описание, същност и примери
На практика се анализира работата на всяка фирма. В този случай може да се използва печеливш, базиран на разходите, сравнителен подход за бизнес оценка. Необходимостта от анализ възниква в различни ситуации. Ра...
дом и семейство
Диагностични карти в предучилищни образователни институции съгласно Федералния държавен образователен стандарт: примери и характеристики
След модернизацията на предучилищното образование бяха въведени диагностични карти в предучилищните образователни институции съгласно Федералния държавен образователен стандарт.
Те се поддържат от учителя за всяко дете от постъпването му в детската градина до завършването му.
дом и семейство
Картотека на игрите на открито в средната група: характеристики и примери
Игрите на открито в детската градина са неразделна част от обучението.
Децата трябва не само да сглобяват конструктори или да играят с кукли, но и да се движат. Не всеки учител обаче знае какви игри могат да се играят с децата...
Досега разгледахме процесите, които определят появата, наследяването и поддържането на различията в популацията.
Сега нека се спрем на процесите, водещи до появата на междупопулационни различия и появата в рамките на един вид на нови форми, раси, подвидове, т.е.
д. разгледайте началните етапи на процеса на видообразуване.
Процесът на видообразуване, свързан с пространственото разделяне на популациите, се нарича алопатрично видообразуване, докато появата на нови форми без пространствено разделяне се нарича симпатично видообразуване.
Някои изследователи смятат, че алопатричното видообразуване е основният начин за образуване на нови видове.
Резултатите от изследването на екологичните и географските връзки между близките видове в повечето случаи несъмнено показват тяхното първоначално пространствено разделение.
Нека да разгледаме някои примери за алопатрично видообразуване. От 1200 вида риби на изток и запад от Панамския провлак, които са се образували в геологично най-ново време, само 6% са общи за фауната на двата океана - Атлантическия и Тихия, докато много други видове са викарни, т.е.
т.е. географски разделени и отдавна отклонени форми.
Дивергенция на видовете в еволюцията
Подобна картина се наблюдава тук по отношение на животни от други класове - мекотели, морски таралежи, червеи, ракообразни и др.
Б. К. Шишкин описва 3 географски раси (подвида) на горската тиква (Anthriscus silvestris) - европейска, кавказка и сибирска, всяка от които има свой адаптивен комплекс от морфо-екологични характеристики. Друго растение от нашата флора - лумбагото (Anemone pulsatilla) заема непрекъснат ареал в цяла Европа от запад на изток, но растенията на запад се характеризират със силно разчленени листа и увиснали цветя, а растенията на изток се характеризират със слабо разчленени листа и изправени цветя.
Според гл.
Дарвин, географската ширина на ареала пряко допринася за процеса на видообразуване. Географските раси или подвидове в някои случаи могат да се считат за нови видове по сила, но за реализирането на тези потенции и придобиването на видов ранг по подвидове е необходимо тяхното по-нататъшно разминаване, което в крайна сметка води до не-кръстосване, репродуктивна изолация и появата на различни адаптивни механизми.
Географските раси винаги се намират в различни условия, което определя тяхната по-голяма или по-малка екологична специализация.
Следователно те могат едновременно да се разглеждат като екологични раси. Добър пример за екологична специализация във връзка с пространственото разделение е т. нар. „пръстеновиден” вид. Ареалите на сребристата чайка (Larus argentatus) и черноклюната чайка (L. fuscus) се припокриват в Западна Европа. И двата вида са ясно различими един от друг и не се кръстосват.
Ако обаче проследите техните географски раси на запад (Гренландия, Лабрадор, Канада, Аляска) и на изток (Северна Европа, Северозападен и Североизточен Сибир), ще се разкрие, че последните образуват непрекъснат циркумполярен пръстен около Северния ледовит океан .
В този случай кръстосването между индивиди от съседни географски раси става свободно. Н. В. Тимофеев-Ресовски предполага, че първоначалното заселване на чайките на запад и изток е започнало от някаква междинна зона, например от Източен Сибир. Това беше придружено от нарастваща специализация на географските раси, така че когато пръстенът се затвори в Западна Европа, сродните форми (L.
argentatus и L. fuscus) „не се разпознаха“ и се оказаха различни видове.
Географско разпространение на чайките
Екологичната специализация в рамките на даден вид може да се осъществи и в съседни райони без значително географско отстраняване на различни форми, като същевременно се запази възможността за обмен на генетичен материал между индивиди от съседни популации.
Дарвин също описва ярък пример за хранителната специализация на чинки от рода Geospiza, живеещи на Галапагоските острови и различни по размер и форма на клюна. Показателно в това отношение е и изобилието от ендемични форми в големи затворени водоеми. И така, в езерото. Байкал е дом на повече от 300 вида ракообразни, принадлежащи към семейство Gammaridae, повечето от които не се срещат никъде другаде.
В езерото Nyasa откри 174 ендемични вида риби от семейство Cichlidae и в ез. Tanganaika - около 80 ендемични вида риби от семейство Chromidae. Появата на всички тези ендемити най-вероятно се дължи на екологична изолация и различия в посоката на селекция в локално изолирани популации.
Екологичната специализация очевидно определя формирането на екотипове в растенията, ограничени до определени екологични ниши и характеризиращи се с наследствено фиксиран набор от морфо-физиологични характеристики.
L. S. Berg идентифицира 5 форми на пъстърва (Salmo ischchan) от езерото. Севан, които се различават значително по отношение на времето за хвърляне на хайвера и някои други биологични характеристики. Той също така установи „пролетни“ и „зимни“ видове риби от семействата на сьомга, есетра и шаран, хвърлящи хайвер съответно през пролетта или есента.
Същите растителни видове имат пролетни и зимни форми, както и ефемерни сортове, които цъфтят през пролетта, и къснозрели видове, които цъфтят само през есента. И във всички случаи появата на вътрешноспецифична дивергенция, свързана с екологичната специализация, допринася за адаптирането на популациите към специфични условия на живот и осигурява най-пълното използване на териториалните, хранителните и други ресурси на местообитанието.
Различията в морфофизиологичните характеристики на географските или екологичните раси се основават на различията в генетичната структура на съставните им популации.
Ако такова разминаване стигне достатъчно далеч, това води до развитието на механизми за репродуктивна изолация, които могат в една или друга степен да ограничат възможността за кръстосване на индивиди, принадлежащи към различни раси.
Основните форми на репродуктивна изолация се изразяват:
- в промяна на естеството на селективността на чифтосване,
- в промяна на естеството на селективността на торене,
- при намаляване на плодовитостта на хибридни индивиди,
- за намаляване на жизнеспособността на хибридите.
Промяната в естеството на селективността на чифтосване (поведенческа изолация) често предшества при появата си при животните появата на други форми на репродуктивна изолация.
Това се дължи на факта, че сексуалното поведение на индивидите от противоположния пол е сложен, силно видово специфичен, фино координиран комплекс от наследствено контролирани (безусловни) реакции. Пример за това са брачните игри на много видове риби, птици и бозайници, придружени от показване на ярко брачно оперение. Целият този комплекс от реакции осигурява, от една страна, синхронизирането на половите цикли на мъжките и женските, а от друга, предотвратяването на междувидовите кръстосвания, т.е.
д. осигуряване на репродуктивна изолация.
Наличието на селективност на оплождането при животни се оценява въз основа на експерименти, при които се сравнява способността за оплождане на сперматозоиди от мъжки от различни линии или породи при кръстосване с женски от различни генотипове; при растенията наличието на селективност на оплождането се разкрива от конкурентоспособността на поленовите тръби при опрашване със смес от полени.
Що се отнася до другите два механизма на репродуктивна изолация - намаляване на плодовитостта и жизнеспособността на хибридите, тяхната поява, като правило, отразява резултата от дълбоки генетични различия, когато различните форми достигат ранга на независими видове.
Пространственото разделяне на популациите не е необходимо за симпатично видообразуване.
При животните и растенията съществуват редица механизми, които могат да осигурят вътревидова дивергенция. Вече в наследствено обусловения фенотипен полиморфизъм на популациите, който се основава на разнообразието от условия на живот, има предпоставки за симпатичното образуване на нови форми. Това се доказва от съществуването в едни и същи географски райони и местообитания на подобни видове пеперуди, листни въшки и др., всеки от които е строг монофаг, т.е.
При растенията значими генетични фактори на симпатричното видообразуване могат да бъдат полиплоидия, мутации, които определят несъвместимостта на геномите и цитоплазмата.
При животните такива фактори са хетерогаметичен пол, гени за стерилност и дори цитоплазмена изолация. Пример за последното е следното явление, установено от G. Laven върху комарите (Culex pipiens complex), които са широко разпространени в Европа, Азия и Северна Америка.
При кръстосването на две лесно кръстосани форми от Южна (Og) и Северна Германия (Ha) някои комбинации от хибриди почти не се появиха, тъй като оплодените яйца се развиха само до някакъв ембрионален стадий и след това умряха.
Всички хибриди от последното кръстосване (0,17%) се оказаха женски и съдържаха само майчиния геном, т.е. те се развиха партеногенетично.
Сперматозоидите (Na) само стимулират развитието. Използвайки серия от обратни кръстосвания [(Ha X Og) X Og] X Og и по-нататък, беше извършено практическо заместване на всичките три двойки хромозоми на Ha формата с хромозоми на Og формата.
Бяха проведени повече от 50 поколения от тези обратни кръстосвания, резултатите неизменно съответстваха на кръстосването на X Og. От това се заключава, че способността да се причинява несъвместимост при кръстосване на og X Ha се дължи не на ядрените гени, а на цитоплазмата.
Оказа се, че цитоплазмата на hfa формата определя неспособността на спермата на тази форма да оплоди яйцеклетките на Og формата.
Да предположим сега, че в популацията на формата Qg в резултат на мутация се е появил индивид, подобен на формата Ha. Ако този индивид се окаже мъжки, тогава той може да оплоди само Og женски, но няма да се произведе потомство. Ако мутациите се носят от женска, тогава, оплодена от мъжки Og, тя ще даде женски и мъжки, но последните ще проявят свойствата на Na.
Получената малка група от индивиди от тип Ha допълнително ще се увеличи както поради възпроизвеждане в себе си, така и поради оплождането на Na женски от Og мъжки. В същото време, поради кръстосването на Og X Ha, размерът на популацията на Og ще намалее, т.е. една генетична структура ще бъде заменена с друга (Og до Ha).
Цитоплазмената изолация може да служи не само като механизъм за симпатрично видообразуване, но вероятно и като метод за борба с насекоми, които пренасят болести, чрез освобождаване на определен тип мъжки в природата.
В процеса на симпатично видообразуване, онтогенетичните механизми на адаптация и индивидуалният опит могат да бъдат важни в голяма група животни, въз основа на развитието по време на живота на различни условни рефлекси, които след това могат да бъдат предадени на потомството, използвайки механизма на сигнална наследственост.
Добре известни са фактите за гнездене на консерватизъм при птиците, при които едни и същи индивиди всеки път се връщат, за да се размножават на едни и същи места. Във всички подобни случаи животните избират само определени комбинации от фактори на околната среда въз основа на сигнали, което може да доведе до постоянно разчленяване и изолиране на преди това обединена популация.
Развитието на сексуални условни рефлекси при птиците също е в състояние да осигури почти пълна селективност при чифтосването на мъжки с женски, с един или друг цвят на оперението.
По този начин може да се извърши насочено образуване на репродуктивна изолация поради индивидуални мутантни черти.
Всички горепосочени факти показват, че симпатричното видообразуване е реален начин за формиране на нови видове, който по отношение на мащаба на своето действие в природата не само не отстъпва на алопатричното видообразуване, но, очевидно, за животните като организми със способността да се движат и активно се адаптират към сряда е основният.
Но каквато и да е истинската връзка между алопатричното и симпатричното видообразуване, трябва да се има предвид, че решаващата роля във вътрешновидовата дивергенция и в появата на изолиращи механизми остава на действието на селекцията и генетичните механизми, които водят и насочват процесите на микроеволюция.
И така, генетично-популационният подход в комбинация с методите на цитогенетиката, екологията, физиологията и математическата генетика позволиха да се разкрият някои съществени аспекти на процеса на микроеволюция.
От това ясно следва, че факторите на еволюцията - изменчивост, наследственост и селекция не могат да се разглеждат като независими процеси.
Те са тясно свързани и взаимозависими. Чрез селекция е възможно да се създадат линии от организми с по-голяма или по-малка наследствена променливост. Силата на естествения и изкуствения подбор е неограничена.
Чрез излагане на организми на мутагени (температура, химикали и т.н.) в продължение на поредица от поколения и селекция за устойчивост към тях е възможно да се създадат линии, които ще имат различни мутабилности под въздействието на даден мутаген.
Изглежда, че има пряка връзка между факторите на подбор и наследствената променливост: ако условията на околната среда се променят рязко, тогава видът има възможност да се адаптира към тях или чрез използване на съществуващия мутационен резерв, или чрез увеличаване на честотата на нови мутации.
Въпреки че взаимодействието на еволюционните фактори изглежда очевидно, специфичните механизми на тази връзка са много слабо разбрани.
Тези въпроси са обект на незаменими и бързи изследвания, тъй като тяхното решение е необходимо не само за познаването на еволюцията, но и за създаването на нови форми с помощта на селекционни методи.
Ако намерите грешка, моля, изберете част от текста и натиснете Ctrl+Enter.
Във връзка с