Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов эволюционная теория получила дальнейшее развитие. Большой вклад в популяционную генетику внес русский ученый С.С. Четвериков. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а также на колебания частоты генов в популяциях в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления - ключ к пониманию процессов эволюции.
Действительно, мутационный процесс - постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определенной частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 10 тыс. - 1 млн. гамет несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе. Так как одновременно мутируют многие гены, то 10-15 % гамет несут те или иные мутантные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выщепляться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.
Вернемся к примеру с бабочкой березовой пяденицей. Казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивному аллелю (аа), обитающих в лесу с темными стволами берез, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать темноокрашенные бабочки, 202 гомозиготные по доминантному аллелю (АД). Но на протяжении длительного времени в закопченных березовых лесах Южной Англии постоянно встречаются светлые бабочки березовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантному аллелю, плохо усваивают листья берез, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.
Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказывается вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот. Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведенных примеров можно указать на следующий. Мутация, обусловливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.
Таким образом, мутационный процесс - источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
Вопросы для повторения и задания
Какие попупяционно-генетические закономерности выявил русский биолог С.С. Четвериков?
Какова частота мутирования одного определенного гена в естественны» условиях существования особей?
В чем причина гетерозиготности природных популяций?
В чем заключается эволюционная роль мутаций?
Еще по теме Глава 16.МИКРОЭВОЛЮЦИЯ. 141. ЭВОЛЮЦИОННАЯ РОЛЬ МУТАЦИЙ:
- ПРОГРАММА ЭВОЛЮЦИОННОГО РАЗВИТИЯ Вселенский Разум имеет программу эволюционного развития, которая заложена в нашем разуме на уровне подсознания.
Мутацией называют стойкие изменения в генотипе, которые происходят из-за влияния внешних и внутренних факторов. Родоначальником термина является Гуго де Фриз — голландский ботаник и генетик. Процесс, когда появляются мутации, именуется мутагенезом. В сегодняшней статье мы затронем тему мутирования и поговорим о том, какова роль мутации в процессе эволюции.
Причины явления
Характеризуется двумя качествами — спонтанностью и индуцированностью. Появление характеризуется самопроизвольностью и встречается на любой стадии развития организма. Что касается окружающей среды, то она должна быть естественной.
Индуцированный вид мутации является наследственным изменением генома, которое происходит вследствие воздействия различных мутагенов. Организмы помещаются либо в искусственно созданные (экспериментальные), либо в неблагоприятные окружающие условия.
Живые клетки воспринимают мутагенез как естественный для них процесс. К основным процессам, ответственным за мутацию, относят: репликацию и нарушенность восстановления ДНК, транскрипционный процесс и генетическую рекомбинацию.
Мутагенез и его модели
В объяснении и понимании природы и механизмов появления мутаций помогают специальные научные подходы. Полимеразные изменения основываются на теории о прямой и единственной зависимости мутаций с ошибками ДНК-полимера. В татумерных моделях мутагенеза, предложенных двумя известными биологами, впервые была затронута мысль о том, что основной пласт мутаций заключается в возможности ДНК-оснований располагаться в разных татумерных формах.
Ранняя классификация мутаций
Генетиком Меллером была создана классификация мутаций, основанная на видах изменения функционирования генов. Как результат появились следующий виды:
- Аморфный. Во время мутирования ген теряет практически все свои функции. Примером мутации могут служить изменения у дрозофилы.
- Гипоморфный. Изменившиеся аллели продолжают действовать по тому же сценарию, что и дикие. Синтезирование белкового продукта проводится в меньшем количестве.
- Антиморфный. Изменение мутантного признака. Примерами мутации стали некоторые зерна кукурузы - окрашиваются в а не в пурпурный.
- Неоморфный.
Поздняя классификация мутаций
В современных научных справочниках есть упоминание о формальной классификации, которая отталкивается от изменений, проходящих в различных структурах. Исходя из этого разделения, выделяются следующие мутации:
- Геномные.
- Хромосомные.
- Генные.
С геномными мутациями связаны изменения хромосом, общее количество которых не соотносится с галоидным набором.
Хромосомным мутациям приписывают перестройку отдельных хромосом в большом количестве. Генетический материал в таком случае теряет какую-то часть или, наоборот, удваивает ее.
Что касается генной мутации, то она лишь незначительно изменяет ДНК-структуру гена, в отличие от других видов, однако ее возникновение случается гораздо чаще.
Внутри генного вида выделяется еще один подвид, именуемый точечной мутацией. В ней одно азотистое основание заменяется на другое.
Бывает и такое, что вредность мутаций постепенно заменяется на полезность. Толчком для таких изменений становятся постоянно меняющиеся условия существования организмов. Так какую роль играют мутации?
Возьмем в пример естественный отбор — известный эволюционный процесс, во многом зависящий от изменчивости. Рассмотрим эволюционную роль мутации на примере мутантов-меланистов (особей с темной окраской), которые были обнаружены английскими учеными 14 века при изучении березовых пядениц. Помимо бабочек, окрашенных в типично светлые цвета, были найдены и другие особи, чей окрас был гораздо темнее. Причиной такого сильного отличия стал мутировавший ген.
Дело в том, что обычным местом обитания для таких бабочек являются деревья, на стволах которых обильно растет лишайник. Царившая в ранние годы промышленная революция вместе с сильным загрязнением атмосферных слоев привели к гибели лишайников. На когда-то светлых стволах появилась копоть, которая мешала естественной маскировке Все это привело к тому, что особи, чьим место обитания были промышленные районы, изменили цвет своего морфа со светлого на темный. Такая эволюционная роль мутации помогла выжить многим бабочкам, в то время как их не очень удачные светлые сородичи стали жертвами нападений хищных птиц.
Подобные изменения происходят у самых разнообразных видов по всему миру. Появление таких полезных признаков, являющихся основой эволюционной роли мутации, приводит к тому, что естественный отбор дает начало новым подвидам и видам среди живых организмов. Мутирование происходит постоянно, потому что это естественная способность наших генов.
Еще больше информации о мутации вы найдете в учебниках по биологии и специальной научной литературе.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Ключевые понятия Ген Гомозигота Гетерозигота Популяция Генофонд Мутация Микроэволюция Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Изменчивость ненаследственная модификационная наследственная комбинативная мутационная Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Мутация – наследственное изменение, передаваемое из поколения в поколение Мутационная теория: Возникают внезапно, мутировать может любая часть генома; Чаще рецессивные, чем доминантные; Вредные, нейтральные, полезные для организма; Передаются из поколения в поколение; Могут проходить под влиянием как внешних, так и внутренних воздействий. Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Ген – участок ДНК, содержащий наследственную информацию об одном признаке. Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Гомозиготный набор хромосом – набор хромосом с одинаковыми генами Гетерозиготный набор хромосом – набор хромосом с разными гомологичными генами. Гомологичные хромосомы – парные, подобные хромосомы Доминантный признак – сильный, подавляющий Рецессивный признак – слабый, подавляемый Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Светлоокрашенные – аа Темноокрашенные -АА Аа Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Ненаправленное, случайное изменение частоты генов, т.е. генетической структуры Генофонд – совокупность всех генов популяции Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Изоляция тоже приводит к изменениям частоты генов в популяции Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Таким образом, изменения частоты встречаемости генов, вызванные факторами внешней среды, служат основой возникновения различий между популяциями и в дельнейшем обуславливают преобразование их в новые виды. Изменения популяций в ходе естественного отбора, ведущие к видообразованию - микроэволюция Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
Домашнее задание Параграф 11, стр. 55-58, ответить на вопросы, 1 вопрос письменно. Творческое задание – стихотворение о эволюции Автор - учитель биологии А.П. Кущенко
ВНИМАНИЕ!!! ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЕРЕРАБОТАН, ДОПОЛНЕН И ВКЛЮЧЕН В КНИГУ «Творение или эволюция? Сколько лет Земле?». ДЛЯ ЧТЕНИЯ ПЕРЕЙДИТЕ НА СТРАНИЦУ -->
Зная об отсутствии доказательной базы и доводах против межвидовой эволюции, неодарвинисты выдвинули новую теорию – «Естественный отбор плюс мутация». То есть, источником эволюционных изменений, по их мнению, являются случайные мутации, в результате которых нежизнеспособные индивиды уничтожаются механизмом естественного отбора, а удачные живут и прогрессируют дальше. И таким образом происходит эволюция. Однако и эта теория абсолютно неверна. Потому что мутация, как и естественный отбор не способствует межвидовой эволюции.
Мутация – это разрушение уже существующего ДНК, которое может быть вызвано радиацией или иным воздействием извне. Мутации изменяют месторасположение нуклеотидов, составляющих молекулу ДНК, порождая негативные последствия. Нет ни одного доказанного случая, когда мутация сыграла положительную роль, улучшив какой-либо организм. Она может стать лишь причиной аномальных явлений, к примеру, роста ноги со спины или уха из живота. Всегда любой мутант теряет что-то необходимое для дельнейшей полноценной жизни и развития. В результате мутации к молекуле ДНК не может прибавиться новая информация. Таким образом, мутации не в состоянии привнести ничего нового в генетическое содержание клетки, а значит, даже по сути не могут породить «вертикальную» эволюцию. То есть мутация не сделает новый род – из осы бабочку. Даже под контролем в лаборатории невозможно с помощью мутации создать новое, лучшее творение. Шестьдесят лет генетики всего мира меняли гены мух для доказательства теории эволюции. Но до сих пор не выведен новый вид и даже ни одна более жизнеспособная особь. Мухи, которых подвергли мутациям, либо тотчас умерли, либо были изувечены, либо же стали бесплодными.
РОЛЬ МУТАЦИИ В ЭВОЛЮЦИИ. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР
Радиоуглеродный метод ошибается
Магнитное поле Земли ослабевает
«Проткнутые» слои
Эрозия почв на начальном уровне
Возраст Луны меньше 10000 лет
Прирост населения соответствует Библейскому возрасту земли
Луна недалеко от Земли
Ледовые кольца показывают не годы
Коралловый риф рос меньше 5000 лет
Динозавры надежные свидетели
Все люди произошли от одной пары
Цивилизациям и письменности менее 5000 лет
Слои Земли не имеют собственной датировки. Геологические слои. Геохронологическая шкала
Отсутствие научных доказательств. Кент Ховинд
1. Допишите предложение.
Приоритет в исследовании генетических процессов в популяции принадлежит выдающемуся русскому ученому С. С. Четвертикову .
2. Ответьте, в чем заключается эволюционная роль мутаций.
Мутационный процесс - источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
3. Наблюдения за природными популяциями показывают, что большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Дайте объяснение этого феномена.
Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, то есть в их клетках парные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Чаще всего такие организмы лучше приспособлены к среде, чем гомозиготные.
4. Объясните причину (причины) различий в генетической структуре популяций одного вида.
Генетические различия между популяциями существуют потому, что часто они обитают в отличающихся условиях обитания. Направленное изменение частоты генов обусловлено действием естественного отбора. Кроме того, даже если популяции расположены близко друг от друга, в популяциях происходят процессы, приводящие к ненаправленному, случайному изменению частоты генов, то есть генетической структуры.
5. Приведите определение генофонда популяции (вида).
Генофонд популяции — это совокупность всех генов популяции.
6. Напишите, что такое резерв наследственной изменчивости и каково его биологическое значение.
Резерв наследственной изменчивости - это мутационный процесс.
Его биологическое значение - мутации создают основу для генетического разнообразия популяций, что в дальнейшем может образовать новые виды. То есть мутации могут привести к видообразованию.
7. Раскройте смысл утверждения: «Некоторые вредные мутации имеют положительное эволюционное значение». Приведите пример.
В некоторых необычных условиях мутации помогают выжить и дают преимущество перед другими особями. Например, у некоторых видов насекомых наблюдается мутация, при которой не развиваются крылья. В обычных условиях это приносит вред, но на островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, отсутствие крыльев позволяет насекомым нормально существовать.
8. Выберите из нижеприведённых вариантов правильный ответ на вопрос и подчеркните его.
Какой (какие) из нижеперечисленных факторов является (являются) фактором-поставщиком (факторами-поставщиками) генетической неоднородности популяции?
Ответ: изоляция , мутационный процесс, естественный отбор , волны численности, миграция.
9. Закончите предложение.
Эволюционным фактором, усиливающим и закрепляющим генетические различия между популяциями, является изоляция .