Элементарные факторы эволюции. Если популяция будет испытывать сильное и длительное воздействие со стороны каких - либо факторов среды, то неизбежно произойдет изменение генетического состава популяции. В этом случае можно говорить об элементарном эволюционном явлении - длительном направленном изменении генофонда популяции (микроэволюционном процессе). Изменения генотипического состава популяций происходят под действием множества событий, которые тем или иным путем в состоянии преобразовывать популяции. Тем не менее возможно выделить основные элементарные факторы эволюции: мутационный процесс, дрейф генов, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.
Мутационный процесс – фактор поставщик элементарного эволюционного материала – мутаций. Значение мутаций: 1. Мутации – генетические адаптации. 2. Мутации и их рекомбинации первично определяют изменение генотипического состава популяции, т. е. возникновение элементарного эволюционного явления. Без наследственной изменчивости эволюция невозможна. С эволюционной точки зрения в зависимости от влияние на жизнеспособность и на плодовитость морфологические мутации можно разделить на: 1. Летальные, ведущие к гибели зародыша, плода, отсутствие или недоразвитие жизненно важных органов у животных и человека. 2. Полулетальные резко понижают жизнеспособность: особи, как правило, не доживают до репродуктивного периода, быстро погибая из-за плохо совместимого с жизнью наследственного дефекта.
3. Стерильные существенно не снижают жизнеспособность, но резко уменьшают фертильность мутантов. 4. Нейтральные. Естественный отбор сохраняет те мутации, которые не затрагивают важные в функциональном отношении участки генов. Накопление в популяции нейтральных мутаций формирует генетическую гетерогенность генофонда, рекомбинации этих генов представляют эволюционный материал. 5. Усиливающие или благоприятные мутации. В тех случаях, когда какая-либо функция организма определяется только одним локусом, естественный отбор не допускает сохранения мутаций, которые изменили бы основные свойства этого локуса. Такой локус будет неизменен пока на Земле существует жизнь. С другой стороны, если бы все допустимые мутации были бы нейтральными эволюция была бы невозможна. В природе часто естественный отбор благоприятствует сохранению мутантных аллелей, потому, что гетерозиготные осо 6 и обладают повышенной жизнеспособностью.
Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования. Генетический груз непрерывно пополняемый мутационным процессом это цена, которую платит популяция сегодня за возможность сохранения в измененных условиях завтра. Механизмы снижающие генотипическую изменчивость: 1. На уровне клеток генетическая стабильность поддерживается двуцепочечными молекулами ДНК, механизмами их репарации и вырожденностью генетического кода 2. На уровне организма генетическая стабильность поддерживается механизмом митоза и мейоза и распределением генов в геноме по группе сцепления. 3. На уровне популяции ограничение изменчивости связано с тем, что панмиксия никогда не бывает полной. 4. Гибель части особей в процессе борьбы за существование. Значительная часть вновь возникших мутаций биологически "хуже" исходной нормы.
Мутации в человеческих популяциях. Мутационный процесс играет большую роль в патологии человека и характеризуется следующими показателями: 1. 10% болезней человека определяются патологическими генами либо генами, обуславливающими предрасположенность к наследственным болезням. 2. Около 1% новорожденных заболевают вследствие генных мутаций, из которых часть вновь возникшие. 3. Частота мутирования различных локусов в геноме человека, так же как и других видов, неодинакова. Известен локализованный в Х-хромосоме ген, вызывающий врожденные уродства, который мутирует с частотой 1 х10 -4 на гамету на поколение. Большинство же генов мутирует с частотой 1 х 10 -5, -10 -6 на геном на поколение. 4. Некоторые формы соматических мутаций могут приводить к злокачественным опухолям.
5. Помимо этого, один из 150 новорожденных может нести хромосомную или геномную мутацию. Эти мутации в большинстве случаев возникают в половых клетках родителей. 6. 50% ранних абортов обусловлены хромосомными мутациями. Это связано с тем, что 1 из 10 гамет человека является носителем структурных мутаций. В соматических клетках человека частота хромосомных аберраций достигает 0, 1 -1%. 7. Возраст родителей играет важную роль в увеличении частоты анэуплоидий (особенно возраст матерей), а возможно, и генных мутаций (возраст отцов). 6. По чувствительности к мутагенным факторам человеческие популяции неоднородны. Существует небольшая по численности группа людей с генетически обусловленными дефектами репарации ДНК, радиочувствительность генетического аппарата клеток которых повышена в 5 -10 раз по сравнению с контрольной популяцией. Это связано с нарушениями репарации ДНК.
Дрейф генов. Популяционные волны. Дрейф генов - процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции (С. Райт ). Популяционные волны - периодические и непериодические колебания численности особей. Значение популяционных волн: 1. Как только численность популяции падает до малого количества вступают в силу дрейф генов - потеря некоторых аллелей за счет случайных процессов в малочисленных популяциях. Часть мутаций случайно исчезает из популяций, а не которые могут резко повысить свою частоту в последующих поколениях (эффект бутылочного горла). 2. Колебание давления естественного отбора (снижение при нарастании численности и повышение при падении) сопровождается интенсивным воздействием факторов среды на редкие мутации.
3. При резком возрастании численности особей расширяются ареалы популяций и некоторые популяции сливаются и идет обмен аллелями между особями разных популяций. На гребне волны жизни, некоторые популяции расселяются за пределы прежнего ареала вида, затем на спаде волны часть популяций оказывается изолированной в нетипичных условиях. (эффект основателя). В человеческих популяциях, слабо зависимых от биогеоценотических процессов, колебание численности наблюдалось до недавнего времени. Это эпидемии различных инфекций с высоким летальным исходом. Научно технический прогресс и социальные адаптации ослабили действие этого фактора на человека, однако в отдельных регионах и в специфических надиндивидуальных общностях случайные процессы могут влиять на частоты аллелей по многим локусам.
Изоляция. Обусловлена возникновением разнообразных факторов препятствующих свободному скрещиванию. Размножение идет преимущественно в пределах изолята, прекращается обмен генетической информации с другими группами. Это способствует закреплению начальной стадии изменения генофонда обособившейся группы, становлению ее как самостоятельной генетической системы. Изоляция ведет к увеличению и закреплению различий между популяциями. 1. Пространственная изоляция связана с территориальногеографическими (водные преграды, горные хребты, места непригодные для жизни и др. ) и экологическими (расселение по разным экологическим нишам) факторами разобщения популяций.
2. Биологическая изоляция определяется различием индивидуумов внутри вида. Биологическую изоляцию обеспечивают две группы механизмов: а. устраняющих скрещивание (докопуляционные) и б. изоляция при скрещивании (после копуляционные). Первый механизм предотвращает потерю гамет, вторые связаны с потерей гамет и зигот в процессе эволюции. Изоляция в человеческой популяциях в процессе эволюции привела к политипии вида. В течение длительного периода времени популяция людей состояла из небольших по численности групп. Некоторые из них могли выпасть из генного обмена и превратиться в изоляты. В популяциях человека выбор брачного партнера может быть не случаен. На современном этапе большинство барьеров разрушается. Урбанистические группы характеризуются миграцией, в результате которой происходит постепенная замена исходного генофонда.
Скачать презентацию Элементарные факторы эволюции Если популяция будет испытывать сильное
206 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ.ppt