Popolazioni. Riassunto: Variabilità delle popolazioni naturali

Domanda 1. Qual è la variabilità degli organismi?

La variabilità è la proprietà degli organismi di acquisire nuove caratteristiche che li distinguono da altri organismi della stessa specie. La variabilità influenza tutte le proprietà degli organismi: caratteristiche strutturali, colorazione, fisiologia, caratteristiche comportamentali, ecc.

Domanda 2. Quali tipi di variabilità conosci?

Esistono due forme principali di variabilità: non ereditaria ed ereditaria (genetica).

Domanda 3. Qual è la variabilità ereditaria di una popolazione? Perché il patrimonio genetico di una popolazione cambia nel tempo?

Variabilità ereditaria della popolazione - proprietà più importante di questo sistema sopraorganismo, che sta nel fatto che la popolazione nel suo insieme è capace di acquisire caratteristiche che la distinguono dalle altre popolazioni della stessa specie.

Il pool genetico è la somma di tutti i genotipi rappresentati nella popolazione. È l'indicatore più importante della composizione genetica dell'intera popolazione. Il patrimonio genetico di una popolazione cambia nel tempo a causa della variabilità dei genotipi e come risultato della selezione naturale.

Domanda 4. Quali fatti possono servire come prova della natura adattiva dei cambiamenti nel pool genetico?

Un esempio che dimostra la natura adattiva dei cambiamenti nel patrimonio genetico di una popolazione è il cosiddetto meccanismo industriale della falena della betulla.

Il colore delle ali di questa farfalla imita il colore della corteccia delle betulle, su cui queste farfalle crepuscolari trascorrono le ore diurne.

Nelle popolazioni che vivono nelle aree industriali, nel tempo, hanno cominciato a predominare le farfalle scure, precedentemente estremamente rare, mentre quelle bianche, al contrario, sono diventate rare. Nei pool genetici di queste popolazioni è cambiata la frequenza degli alleli che determinano la corrispondente colorazione protettiva.

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Popolazione populus (lat.) - popolo, popolazione. Si tratta di un insieme di individui di età diverse della stessa specie, che si scambiano informazioni genetiche, uniti da condizioni di esistenza comuni necessarie per mantenere i numeri per lungo tempo.

Popolazioneè un insieme di individui della stessa specie che occupano un determinato spazio biotopico per un gran numero di generazioni. Qui vivono, interagiscono, si riproducono e scambiano costantemente materia ed energia tra loro e l'ambiente inanimato circostante.

La popolazione non va identificata con il concetto di “area della specie”, perché la popolazione di una specie è un concetto locale, locale, e l'areale di una specie è vasto concetto geografico, che indica la distribuzione di una specie all'interno di un ampio zona naturale, continente o globo.

Le peculiarità emergono nella popolazione demografico relazioni determinate dal numero e dalla densità degli individui, cioè con molti individui che vivono insieme. Questo livello di sistemi biologici, così come i tipi di interazioni intrapopolazione, diretti e feedback La deecologia studia le popolazioni con il loro ambiente.

Le popolazioni in natura non vivono isolate. Nessuna popolazione potrebbe sopravvivere. A questo proposito, le popolazioni di alcune specie interagiscono costantemente con popolazioni di altre specie, formando comunità. Il fattore più importante Inoltre, il fatto è che gli individui di alcune popolazioni sono cibo per individui di altre popolazioni. Quelli. una popolazione dipende da un'altra come fonte energia vitale. Qualsiasi disturbo in qualsiasi collegamento causa disturbi in altri collegamenti della catena biologica.

COSÌ, popolazione – Si tratta di un insieme di individui di età diversa della stessa specie, che si scambiano informazioni genetiche, accomunati dalle condizioni di esistenza necessarie per mantenere i numeri per lungo tempo, occupando un certo spazio per un tempo più o meno lungo e riproducendosi su un vasto numero di generazioni per incrocio libero.

Lo studio della dimensione della popolazione e dei suoi fattori determinanti consente di valutare quest'ultima e, in alcuni casi, di garantirne la regolazione biologica. Può essere valutato quantitativamente dal numero di individui per unità di area della sua distribuzione (area). Questo è il modo in cui vengono solitamente valutate le popolazioni animali, compresi gli animali commerciali. Un altro parametro è la densità di popolazione, che, a seconda degli obiettivi, è determinata dal numero di individui o dalla biomassa, o dalla sua energia per unità di superficie.

Densità di popolazione, essendo la caratteristica più importante, non fornisce un quadro completo del benessere della popolazione, delle dinamiche e delle tendenze del suo sviluppo. Questi dati possono essere ottenuti dalle dinamiche e dalle tendenze delle dimensioni della popolazione nel processo di studio della fertilità, della mortalità e della struttura dell'età.

Struttura per età delle popolazioni. Per studiare le strutture per età, vengono utilizzate tecniche grafiche, ad esempio le piramidi dell'età della popolazione, ampiamente utilizzate negli studi demografici e presentate nella figura.

La struttura per età delle popolazioni dipende dall'intensità della riproduzione, che varia tra diversi tipi. In condizioni favorevoli, le popolazioni contengono tutto fasce d'età. Nelle popolazioni in rapida crescita prevalgono gli individui giovani. Come durata più lunga la vita degli organismi, tanto più complessa composizione per età popolazioni.

Variabilità delle popolazioni. L'essenza del processo evolutivo è cambiare la struttura genetica di una specie. A seconda della scala dei cambiamenti nella struttura genetica, si distinguono i processi microevolutivi e macroevolutivi. Il processo microevolutivo avviene livello di popolazione e macroevolutivo - a livello di differenze interspecifiche e a livelli tassonomici più elevati. I principali fattori di evoluzione: variabilità, ereditarietà e selezione naturale. Il processo di evoluzione consiste in due fasi: la prima è la variabilità, a seguito della quale la popolazione viene riempita con molti nuovi genotipi; la seconda è la selezione naturale.

La variabilità della popolazione si manifesta sotto forma di differenze fenotipiche tra individui. Tutte le manifestazioni fenotipiche di un genotipo nell'intervallo di condizioni in cui un organismo può esistere sono chiamate intervallo di reazione o norma di reazione del genotipo ai cambiamenti delle condizioni ambientali. Genotipi con un'ampia velocità di reazione sono in grado di svilupparsi in un'ampia gamma di condizioni mutevoli ambiente. La variabilità delle popolazioni può essere genetica e modificazione (adattamento).

Con la variabilità genetica sotto l'influenza di mutazioni o ricombinazione di materiale genetico, si verificano cambiamenti ereditari nel genotipo, modificando la norma della sua reazione alle condizioni ambientali.

Modifica la variabilità è di natura adattiva (adattiva). Si verifica all'interno del normale intervallo di reazione del genotipo della popolazione e si manifesta fenotipicamente solo durante il periodo del fattore che influenza. In questo caso, il genotipo non cambia. Come risultato della selezione naturale, avviene l’eliminazione selettiva dei genotipi meno adattati alle condizioni ambientali e la preservazione di quelli più adattati.

Selezione naturale influenza la direzione della variabilità della popolazione, aumentandone la fitness. Le principali fonti di variabilità genetica sono le mutazioni, la deriva genetica (casualità), lo scambio di materiale genetico tra popolazioni e la ricombinazione di materiale genetico. I cambiamenti multidirezionali nel genotipo sotto l'influenza di fattori mutageni, che portano a un cambiamento nella velocità di reazione del genotipo, sono chiamati mutazioni.

Il materiale genetico di una popolazione naturale è caratterizzato da un elevato grado di eterogeneità. Dalle popolazioni naturali è possibile isolare mutazioni morfologiche, fisiologiche, biochimiche e in generale eventuali mutazioni genetiche, cromosomiche, genomiche. Grazie all'eterogeneità genetica, una popolazione acquisisce la capacità necessaria per adattarsi a un ambiente in costante cambiamento. Come risultato delle mutazioni compaiono varie opzioni gene: i suoi alleli.

La velocità del processo di mutazione è misurata in unità di tempo biologico - durata media vita di una generazione, tempo di generazione. La frequenza delle mutazioni genetiche per generazione per gene varia tra 104 e 107. La durata della vita di una generazione di una determinata specie non influisce sulla frequenza delle mutazioni.

Le capacità adattative dei genotipi con alleli diversi in una popolazione vengono valutate come risultato della selezione naturale. In una popolazione, la selezione avviene di generazione in generazione finché le condizioni ambientali sono favorevoli per l’allele selettivamente prezioso e per il genotipo contenente questo allele. La selezione naturale ci consente di valutare l'idoneità relativa di un genotipo alle condizioni ambientali. I tratti che causano l'idoneità, se ereditati, si accumulano di generazione in generazione, mentre la composizione genetica della popolazione cambia gradualmente: si osserva la sua deriva genetica. Tali cambiamenti graduali nella struttura genetica di una popolazione costituiscono il contenuto dell'evoluzione volta a massimizzare la forma fisica complessiva della popolazione forza motrice Questo processo è la selezione naturale.

Forniture per la ricombinazione genetica materiale aggiuntivo per la selezione, accelerando il processo di evoluzione. Il tasso di evoluzione è proporzionale alla variazione genetica all’interno di una popolazione. Lo scambio orizzontale di materiale genetico garantisce il trasferimento simultaneo di un numero limitato di geni ed è più efficace tra organismi strettamente imparentati. In base alla direzione dell'azione si distingue tra selezione stabilizzante, diretta e dirompente (dirompente). L'effetto della selezione sui fenotipi che variano in base a qualsiasi tratto metrico è mostrato in Fig. 1.6.

Selezione stabilizzante. Nelle popolazioni, come risultato della selezione naturale, quei genotipi che portano alla formazione di fenotipi più adatti alle condizioni ambientali esterne vengono preservati per tutta la vita. Se le condizioni ambientali non cambiano nel corso di diverse generazioni, i genotipi ben adattati vengono preservati di generazione in generazione, mentre quelli meno adattati scompaiono. Ciò porta alla stabilizzazione della variabilità genetica, le frequenze alleliche nella maggior parte dei geni si avvicinano ai valori di equilibrio: la popolazione raggiunge il suo picco. La selezione stabilizzante mira a preservare gli individui le cui caratteristiche quantitative sono vicine o uguali al loro valore medio; Forme corrispondenti ai valori estremi del tratto, in quanto meno adatti condizioni esistenti l’ambiente vengono rimossi dalla popolazione.

Selezione direzionale. Appare quando la popolazione si trova in nuove condizioni di esistenza. Allo stesso tempo, è possibile che permangano varianti corrispondenti a valori metrici estremi del tratto e poco adattate alle condizioni preesistenti. Ciò porta ad un cambiamento nell'ottimo fenotipico della popolazione, uno spostamento del valore medio del tratto per la popolazione verso il suo valore medio per il gruppo selezionato di genotipi. Un cambiamento così diretto nella struttura ereditaria della popolazione rappresenta uno stadio separato della microevoluzione. La selezione direzionale è la base del metodo di coltura di arricchimento utilizzato per ottenere microrganismi con specificità proprietà fisiologiche, aumentando l'adattamento delle popolazioni alle condizioni ambientali e anche la base per l'autoselezione dei ceppi, che sono tratti selettivi, comunità e biocenosi adattate a determinate condizioni.

Selezione dirompente. Può verificarsi se i cambiamenti nelle condizioni di vita favoriscono la selezione di forme di più di un ottimo fenotipico, cioè di genotipi diversi. Di conseguenza, la selezione dirompente può portare al polimorfismo della popolazione, alla formazione delle sue varie forme o all’isolamento di forme adattate localmente.

Nel processo di speciazione, oltre alla selezione naturale, sono coinvolti processi come l'isolamento e la fluttuazione delle dimensioni della popolazione (onde di popolazione).

Isolamento- l'esistenza di barriere che impediscono lo spostamento delle popolazioni vicine. Con l'isolamento territoriale-meccanico (o geografico), le popolazioni sono separate da varie barriere spazio-geografiche. Con l'isolamento biologico, ci sono differenze tra i genotipi degli individui che riducono il grado di spostamento dei genotipi delle popolazioni vicine. L'isolamento avviene come risultato della competizione tra popolazioni per risorse scarse o di antagonismo diretto, che include reazioni comportamentali negli animali superiori e meccanismi di isolamento chimico nelle piante, nei microrganismi e negli animali inferiori (produzione di antibiotici, sostanze allopatiche, ecc.).

Processo di mutazione e le ondate di popolazione forniscono materiale per l'evoluzione; l'isolamento preserva e rafforza le differenze emerse; la selezione naturale (l'unico fattore guida), che aumenta la fitness integrale di una popolazione, ne determina l'adattamento. L'interazione di tutti questi fattori influenza la direzione e il tasso di evoluzione della popolazione.

I cambiamenti evolutivi si verificano principalmente a livello di specie. Selezione per di più livelli elevati la biosfera è coevoluzione, quelli. selezione interconnessa di specie dipendenti l'una dall'altra, selezione di gruppo o selezione a livello di comunità, che preserva i tratti favorevoli per un gruppo di organismi nel suo insieme, anche se sono sfavorevoli per specifici portatori di questi tratti all'interno del gruppo.

La variabilità genetica delle popolazioni è costituita da due componenti interrelate:

1) variabilità genetica accumulata e mantenuta nella popolazione (polimorfismo genetico);

2) mutazioni che si verificano costantemente (l'effettivo processo di mutazione, caratterizzato dallo spettro di mutazioni e dal tasso di mutazione), che nel corso dell'evoluzione generano e arricchiscono il polimorfismo genetico.

Di norma, la valutazione del processo di mutazione richiede più lavoro e richiede operazioni speciali

studi e approcci sperimentali. Inoltre, lo spettro e le frequenze degli alleli in una popolazione non descrivono completamente la variabilità genetica di questa popolazione, ma sono solo il materiale di partenza per la sua formazione, che viene ricombinata e moltiplicata in modo complesso nei processi di riproduzione e sviluppo cellulare di un organismo multicellulare, nonché nei processi di dinamica delle popolazioni (quella che di solito viene chiamata microevoluzione).

La variabilità genetica è determinata:

1) espressione genica variabile in base alle condizioni ambientali e ai fattori epigenetici;

2) variabilità combinatoria;

3) tutti i tipi di ricombinazione;

4) deriva genetica, flusso genico di interpopolazione e possibile trasferimento genico orizzontale.

Tuttavia, i processi di formazione della variabilità genetica sono lungi dall'essere esauriti da questo.

Variabilità delle popolazioni naturali

L'evoluzione è un cambiamento ereditario nelle proprietà degli organismi viventi nel corso di una serie di generazioni.

Charles Darwin credeva ereditario variabilità degli individui, lotta per l’esistenza e selezione naturale le principali forze motrici (fattori) del processo evolutivo . Attualmente, la ricerca nel campo della biologia evoluzionistica ha confermato la validità di questa affermazione e ha individuato una serie di altri fattori in gioco ruolo importante nel processo di evoluzione.

La popolazione è l’unità elementare dell’evoluzione. La moderna biologia evoluzionistica considera la popolazione come l’unità elementare dell’evoluzione. Una popolazione è una comunità di individui della stessa specie che la abita determinato territorio e legati tra loro da legami familiari.

È noto che l'evoluzione è un cambiamento ereditario nelle proprietà e nelle caratteristiche degli organismi viventi nel corso di una serie di generazioni . Ciò significa che gli individui non possono evolversi. Ogni individuo si sviluppa sulla base del genotipo ereditato dai suoi genitori. Il genotipo determina le caratteristiche del suo sviluppo, il suo rapporto con l'ambiente esterno, compresa la possibilità di modifiche adattative in risposta al cambiamento condizioni esterne. Ma non importa quanto un individuo cambi, il suo genotipo rimane invariato. Così, l'unità elementare dell'evoluzione è non un individuo, ma popolazione. L’insieme dei genotipi di tutti gli individui di una popolazione è chiamato pool genetico. Durante l'evoluzione, l'insieme dei genotipi nel pool genetico delle popolazioni cambia. Alcuni genotipi si stanno diffondendo, mentre altri stanno diventando rari e gradualmente stanno scomparendo.

L'efficienza della riproduzione e della distribuzione in una popolazione di ciascun genotipo specifico dipende da quanto il fenotipo dell'individuo creato sulla sua base corrisponde alle condizioni che esistono nel tempo e nel luogo in cui vive questo individuo. Se un individuo sopravvive per riprodursi e produce discendenti, trasmette loro, in tutto o in parte, il genotipo che gli ha permesso di farlo, e nella generazione successiva ci sono più portatori di questo genotipo “di successo”. Possiamo dire che il suo genotipo è distribuito nel pool genetico della popolazione. Se un individuo muore prima della riproduzione o non lascia discendenti, insieme alla sua morte viene interrotta la diffusione del suo genotipo. Nella prossima generazione ci saranno relativamente meno portatori di questo genotipo, che non è adatto alle condizioni in cui vive la popolazione.

Le condizioni di vita cambiano non solo nel tempo, ma anche nello spazio. Ogni specie occupa un territorio specifico, chiamato areale. A volte l'areale della specie è limitato a una piccola isola, a volte copre interi continenti. Le condizioni di vita degli individui provenienti da diverse parti della gamma di specie diffuse variano notevolmente. I genotipi che sono benefici, ad esempio, nel nord dell’areale, possono essere dannosi nel sud. Ciò che è buono in valle è cattivo in montagna e viceversa. In ciascuna popolazione vengono selezionati quei genotipi che garantiscono il miglior adattamento dei loro portatori alle condizioni locali. La frequenza dei genotipi che garantiscono la sopravvivenza nelle valli aumenta nelle popolazioni delle valli e diminuisce nelle popolazioni delle montagne. Si formano differenze genetiche tra le popolazioni. Tuttavia tra popolazioni della stessa specie avviene un costante scambio di individui e, di conseguenza, di programmi genetici. Migrazioni animali, il trasferimento di polline di piante, spore di funghi e microrganismi porta a un costante mescolamento della composizione genetica delle popolazioni, a una diminuzione delle differenze tra le popolazioni e ad un aumento della diversità all'interno delle popolazioni.

I genotipi stessi non rimangono costanti. Anche i loro singoli elementi, i geni, cambiano nel tempo. Mutazioni diverse in geni diversi si verificano in individui diversi, modificando così i genotipi dei discendenti di questi individui. Tutti gli organismi con riproduzione sessuale trasmettono i loro genotipi ai loro discendenti non completamente, ma parzialmente: ogni discendente riceve metà dei geni dalla madre e metà dal padre e risulta essere portatore di una combinazione unica di alleli ricevuti dai genitori . Ogni individuo ha un genotipo unico, che viene trasmesso solo parzialmente (o non viene trasmesso affatto) ai suoi discendenti.

Quindi possiamo descrivere il processo di evoluzione come un cambiamento nelle frequenze dei diversi alleli nelle popolazioni. Naturalmente questa sarà una descrizione dell'evoluzione incompleta e molto semplificata, ma questo approccio ci consentirà di immaginare più chiaramente quali fattori e in che misura determinano il processo evolutivo.

Una popolazione assorbe la variabilità come una spugna. La variabilità intraspecifica degli organismi viventi ha sempre attirato l'attenzione dei ricercatori, sebbene l'atteggiamento nei suoi confronti sia cambiato nel tempo. Per molto tempo era considerato qualcosa di insignificante, che oscurava il vero aspetto della specie. I naturalisti consideravano la variabilità un fastidio che ostacolava il processo di classificazione. Charles Darwin fu uno dei primi a capire che la variabilità intraspecifica è la fonte dei cambiamenti evolutivi e il suo studio è la chiave per comprendere il processo di evoluzione. È iniziato uno studio dettagliato di questo fenomeno.

Il contributo più importante allo studio della variabilità delle popolazioni naturali di piante e animali è stato dato dai rappresentanti della genetica domestica N.I Vavilov, A.S Serebrovsky, S.S. Chetverikov, F.G. Dobrzhansky e altri. Hanno raccolto materiale enorme da popolazioni locali di diverse specie e hanno condotto un'analisi genetica dettagliata della variabilità genetica esplicita e nascosta

Si è scoperto che una parte significativa della diversità intraspecifica osservata in natura in termini di tratti qualitativi e quantitativi è dovuta alla presenza nelle popolazioni di molti alleli diversi che controllano questi tratti. Ma comunque maggior parte la diversità genetica si è rivelata nascosta all'osservazione diretta.

S.S. Chetverikov è stato il primo a vedere questa parte nascosta. Nel 1926 pubblicò la famosa opera “Su alcuni punti del processo evolutivo dal punto di vista della genetica moderna”. Gli storici della scienza considerano questo breve articolo la pietra angolare della teoria sintetica dell'evoluzione. In questo lavoro fu il primo a stimare e mostrare quanto sia grande la variabilità genetica nascosta delle popolazioni naturali. Possiede lo slogan: “Una popolazione assorbe la variabilità come una spugna”. Questa è un'immagine molto accurata. Proprio come una spugna assorbe l'acqua, così la popolazione assorbe molte mutazioni nascoste, comprese quelle letali, pur rimanendo esteriormente uniforme e abbastanza vitale. I diversi individui di una popolazione appaiono molto simili tra loro. In effetti, differiscono in modo molto significativo nei genotipi. Molti di loro sono eterozigoti per mutazioni recessive e non differiscono nel fenotipo dagli omozigoti per gli alleli normali. Esistono altri meccanismi per nascondere e mascherare la variabilità genetica, come ad esempio epistasi, incompleto penetranza e altri. La presenza di tali meccanismi ha reso l’analisi della variazione genetica nascosta nelle popolazioni naturali un compito molto difficile. Per identificarlo è stato necessario isolare gli individui dalle popolazioni, eseguire incroci speciali e analizzare dettagliatamente la discendenza.

Con lo sviluppo di metodi di citologia, biochimica e biologia molecolare sono emersi nuovi approcci all'analisi della variabilità genetica. I risultati di questi approcci mostrano che il serbatoio della variazione genetica è molto più ricco di quanto si pensasse in precedenza.

L'analisi dei cromosomi di molte specie di piante e animali ha dimostrato che sotto la somiglianza esterna degli individui e delle popolazioni all'interno di una specie, a volte si nasconde una fantastica diversità di cariotipi, causata da inversioni, delezioni, duplicazioni e traslocazioni. Nelle popolazioni di alcune specie di Drosophila e di zanzare sono stati trovati etero e omozigoti per diverse inversioni. Le specie differivano l'una dall'altra sia nell'insieme che nella frequenza con cui si verificano questi riarrangiamenti cromosomici. In quasi tutte le popolazioni di topi domestici sono stati trovati portatori di duplicazioni multiple di un determinato gene. Il toporagno comune ha più di 60 razze cromosomiche, popolazioni che differiscono l'una dall'altra per i cariotipi. Questa diversità è dovuta al consolidamento di traslocazioni specifiche in ciascuna razza.

L'analisi della sequenza degli aminoacidi nelle proteine ​​​​ha dimostrato che molte proteine ​​​​negli organismi viventi sono rappresentate non da una, ma da diverse forme, che differiscono l'una dall'altra per la sostituzione dei singoli amminoacidi. Una diversità significativa di queste forme è stata riscontrata nella maggior parte delle popolazioni di tutte le specie animali e vegetali studiate. Pertanto, nelle popolazioni umane, sono stati scoperti diversi alleli di geni che codificano per molecole di emoglobina e molti alleli diversi di geni che controllano la sintesi degli enzimi.

Ma il quadro più drammatico dell’enorme variabilità genetica deriva dall’analisi diretta delle sequenze nucleotidiche del DNA. Si è scoperto che quasi tutti i geni sono rappresentati nella popolazione non in una, ma in due o più forme, che differiscono l'una dall'altra per sostituzione di almeno un nucleotide.

Tutti questi dati mostrano che tutte le popolazioni di animali e piante hanno accumulato gigantesche riserve di variabilità genetica nel corso della loro esistenza. Il rifornimento di queste riserve avviene costantemente a causa di processi di mutazione e ricombinazione. Queste riserve creano il potenziale per l'evoluzione, la possibilità di diversi cambiamenti, adattamenti all'ambiente in costante e imprevedibile cambiamento in cui tutti gli organismi viventi vivono e cambiano con esso.

Domanda 1. Nomina i principali fattori dell'evoluzione.
Secondo la teoria sintetica dell'evoluzione, il fenomeno evolutivo elementare da cui ha inizio la speciazione è un cambiamento nella composizione genetica (costituzione genetica, o pool genetico) di una popolazione. Eventi e processi che aiutano a superare l'inerzia genetica delle popolazioni e portano a cambiamenti nei loro pool genetici sono chiamati fattori euloluconici elementari. I principali fattori (forze) dell’evoluzione sono:
1) Fattori provocando il cambiamento nel pool genetico della popolazione. Questi includono la variabilità ereditaria, che fornisce nuovo materiale genetico alla popolazione, e le ondate di popolazione, l’isolamento, che formano differenze tra i pool genetici di diverse popolazioni
2) Un fattore che consente a una popolazione di svilupparsi in modo indipendente rispetto ad altre popolazioni o divide la popolazione originaria in due o più nuove popolazioni. Questo fattore è l'isolamento.
3) Un fattore che dirige il processo evolutivo e garantisce il consolidamento nella popolazione determinati adattamenti e cambiamenti negli organismi. La selezione naturale funge da tale fattore.

Domanda 2. Quale fattore garantisce l'emergere di nuovo materiale genetico in una popolazione?
Il fattore che garantisce l'emergere di materiale genetico fondamentalmente nuovo è la variabilità mutazionale.
In condizioni di esistenza favorevoli, piccole differenze tra individui della stessa specie non sono molto evidenti e non svolgono un ruolo significativo. Tuttavia, in condizioni sfavorevoli, anche piccoli cambiamenti ereditari possono essere decisivi e determinare quali individui della popolazione moriranno e quali sopravvivranno. La variabilità ereditaria fornisce materiale per il processo evolutivo.
Le mutazioni si verificano con una certa frequenza in tutti gli organismi che abitano il nostro pianeta. La posizione della mutazione (gene e cromosoma) è casuale, quindi le mutazioni possono influenzare qualsiasi caratteristica e proprietà di un individuo, comprese quelle che influenzano la vitalità, la riproduzione e il comportamento. Nel corso delle generazioni si conserva la stragrande maggioranza delle mutazioni, a cominciare da quelle sorte negli antenati più antichi. Di conseguenza, l’insieme delle mutazioni in due popolazioni della stessa specie risulta essere molto simile. D'altra parte saranno presenti anche varie mutazioni. Il loro numero è un indicatore di quanto tempo fa le due popolazioni si sono isolate l'una dall'altra.
Pertanto, il processo di mutazione è una fonte di riserva di variabilità ereditaria delle popolazioni. Supportare alto grado diversità genetica popolazioni, crea le basi per l’azione della selezione naturale.

Domanda 3. La selezione agirà sui portatori di mutazioni recessive?
Di norma, i portatori di mutazioni recessive (organismi eterozigoti) non differiscono notevolmente nelle proprietà dagli organismi omozigoti dominanti. Inoltre, nello stato eterozigote, molte mutazioni aumentano la vitalità degli individui. Pertanto, la selezione di solito non agisce su tali individui. Dopo un certo tempo, la popolazione potrebbe accumularsi abbastanza gran numero alleli recessivi, cioè la percentuale di organismi eterozigoti aumenterà. Ciò porterà ad un aumento della probabilità del loro incontro e, di conseguenza, alla nascita (nel 25% dei casi) di omozigoti recessivi. Va inoltre tenuto presente che in natura le mutazioni si verificano in combinazione tra loro. Alcune combinazioni dovute all'interazione dei geni possono essere positive per un individuo, aumentandone la vitalità. È qui che la selezione naturale può iniziare ad agire.

Domanda 4. Fornisci un esempio che illustri il cambiamento nel significato di una mutazione quando cambiano le condizioni ambientali.
Mutazioni dannose in alcune condizioni possono aumentare la vitalità di un individuo in altre condizioni ambientali. Le mutazioni dannose in alcune condizioni possono aumentare la vitalità. individui in altre condizioni ambientali. Ad esempio, gli individui mutanti di insetti senza ali o con ali poco sviluppate hanno un vantaggio sulle isole oceaniche e sui passi di montagna dove soffia il vento. forti venti. Per ragioni simili si è verificata la formazione di specie oggi sterminate dall'uomo, come il dodo e l'alca impenne.
Un esempio è una mutazione negli insetti che fornisce resistenza a un pesticida. Nel tempo, questa mutazione sarà neutrale e la sua presenza nella popolazione sarà bassa. Ma dopo che questo pesticida inizierà ad essere utilizzato per controllare gli insetti, la mutazione diventerà utile, poiché garantirà la sopravvivenza degli individui in condizioni mutate. Grazie all'azione della selezione, la proporzione di questa mutazione nel pool genetico della popolazione aumenterà notevolmente: più veloce, più severa sarà la selezione, cioè maggiore sarà la percentuale di individui che muoiono in ogni generazione a causa dell'azione del pesticida. È chiaro che tali eventi si manifesteranno in maniera molto più evidente se sarà dominante la mutazione della resistenza al pesticida.

Domanda 5. Il processo di mutazione è in grado di esercitare un'influenza direttrice sul processo di evoluzione e perché?
Il processo di mutazione è un fenomeno casuale e non specifico. Le mutazioni avvengono in modo indiretto, non hanno alcun significato adattativo, cioè causano un'incertezza variabilità ereditaria(secondo Charles Darwin). Con uguale probabilità, le mutazioni possono portare a cambiamenti in qualsiasi sistema di organi. Pertanto, il processo di mutazione di per sé non è in grado di esercitare un effetto direttivo sul corso dell'evoluzione.

Domanda 6. Cos'è la deriva genetica?
Deriva geneticaè un processo di cambiamento casuale e non direzionale delle frequenze alleliche in una popolazione. Si osserva quando una popolazione attraversa uno stato di bassi numeri (il cosiddetto effetto “collo di bottiglia”, che si verifica a seguito di epidemie, disastri naturali). Come risultato della deriva genetica casuale, popolazioni geneticamente omogenee che vivono in condizioni simili possono gradualmente perdere la loro somiglianza originaria. La deriva genetica è uno dei fattori che contribuiscono al cambiamento della popolazione.

Domanda 7. Quale fattore porta alla cessazione dello scambio di informazioni genetiche tra le popolazioni? Qual è il suo significato evolutivo?
La cessazione dello scambio di informazioni genetiche è facilitata dall'isolamento: la restrizione o la cessazione degli incroci di individui appartenenti a popolazioni diverse. L’isolamento può essere spaziale o ambientale.
L'isolamento geografico consiste nella separazione spaziale delle popolazioni dovuta alle caratteristiche del paesaggio all'interno dell'areale della specie: la presenza barriere d'acqua per gli organismi “terrestri”, aree terrestri per le specie acquatiche, alternando zone elevate e pianeggianti. È favorito da uno stile di vita sedentario o immobile (nelle piante).
L'isolamento ecologico si verifica se gli individui sono separati da barriere ambientali all'interno dello stesso paesaggio, ad esempio la probabilità di incontrare abitanti delle parti superficiali e profonde di un bacino durante la stagione riproduttiva è molto bassa. L'isolamento ecologico a lungo termine contribuisce alla divergenza delle popolazioni fino alla formazione di nuove specie. Pertanto, si presume che i nematodi umani e quelli del maiale, che sono morfologicamente simili, provengano da un antenato comune. La loro divergenza, secondo un'ipotesi, sarebbe stata facilitata dal divieto del consumo umano di carne suina, diffuso per motivi religiosi a lungo a un gran numero di persone. L'isolamento ecologico esiste a causa delle sfumature del rituale di corteggiamento, della colorazione, degli odori e del "canto" di femmine e maschi di diverse popolazioni. Pertanto, le sottospecie di cardellini - dalla testa grigia e dalla testa nera - hanno segni pronunciati sulla testa. Le cornacchie grigie delle popolazioni della Crimea e dell'Ucraina settentrionale, esteriormente indistinguibili, si distinguono per il loro gracidio. Nell'isolamento fisiologico, le differenze nella struttura degli organi riproduttivi o semplicemente le differenze nelle dimensioni corporee costituiscono un ostacolo all'attraversamento. Nelle piante questa forma di isolamento è causata dall'adattamento del fiore a un particolare tipo di impollinatore.
L'isolamento nel processo di speciazione interagisce con altri fattori evolutivi elementari. Migliora le differenze genotipiche create dal processo di mutazione e dalla combinatoria genetica. I gruppi intraspecifici che sorgono a causa dell'isolamento differiscono nella composizione genetica e subiscono una pressione selettiva ineguale. Il significato evolutivo dell'isolamento risiede nel fatto che esso consolida e accresce le differenze genetiche tra le popolazioni e crea i presupposti per l'ulteriore trasformazione di queste popolazioni in specie separate.

La variazione in biologia è il verificarsi di differenze individuali tra individui della stessa specie. Grazie alla variabilità, la popolazione diventa eterogenea e la specie ha maggiori possibilità di adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali.

In una scienza come la biologia, ereditarietà e variabilità vanno di pari passo. Esistono due tipi di variabilità:

• Non ereditario (modificazione, fenotipico).
• Ereditario (mutazionale, genotipico).

Variabilità non ereditaria

La variabilità modificante in biologia è la capacità di un singolo organismo vivente (fenotipo) di adattarsi ai fattori ambiente esterno all'interno del suo genotipo. Grazie a questa proprietà, gli individui si adattano ai cambiamenti climatici e ad altre condizioni di vita. è alla base dei processi di adattamento che si verificano in qualsiasi organismo. Pertanto, negli animali consanguinei, con condizioni abitative migliorate, la produttività aumenta: produzione di latte, produzione di uova, ecc. E gli animali portati a zone montuose, crescono corti e con un sottopelo ben sviluppato. I cambiamenti nei fattori ambientali causano variabilità. Esempi di questo processo possono essere facilmente trovati in vita quotidiana: di conseguenza la pelle umana diventa scura sotto l'influenza dei raggi ultravioletti attività fisica si sviluppano i muscoli, le piante coltivate in zone d'ombra e alla luce hanno forme diverse le foglie e le lepri cambiano colore del mantello in inverno e in estate.

Le seguenti proprietà sono caratteristiche della variabilità non ereditaria:

• natura di gruppo dei cambiamenti;
• non ereditato dalla prole;
• cambiamento in un tratto all'interno di un genotipo;
• il rapporto tra il grado di cambiamento e l'intensità dell'influenza del fattore esterno.

Variabilità ereditaria

La variazione ereditaria o genotipica in biologia è il processo mediante il quale cambia il genoma di un organismo. Grazie ad esso, l'individuo acquisisce caratteristiche precedentemente insolite per la sua specie. Secondo Darwin la variazione genotipica è il principale motore dell’evoluzione. Si distinguono i seguenti tipi di variabilità ereditaria:

• mutazionale;
• combinatorio.

Si verifica a seguito dello scambio genetico durante la riproduzione sessuale. Allo stesso tempo, le caratteristiche dei genitori si combinano in modo diverso nel corso delle generazioni, aumentando la diversità degli organismi nella popolazione. La variabilità combinatoria obbedisce alle regole mendeliane di ereditarietà.

Un esempio di tale variabilità è la consanguineità e l'outbreeding (incrocio strettamente correlato e non correlato). Quando le caratteristiche di un singolo produttore vogliono consolidarsi in una razza animale, si ricorre alla consanguineità. In questo modo la progenie diventa più uniforme e rafforza le qualità del capostipite della linea. La consanguineità porta alla manifestazione di geni recessivi e può portare alla degenerazione della linea. Per aumentare la vitalità della prole, viene utilizzato l'outbreeding: incrocio non correlato. Allo stesso tempo, aumenta l'eterozigosi della prole e aumenta la diversità all'interno della popolazione e, di conseguenza, aumenta la resistenza degli individui agli effetti negativi dei fattori ambientali.

Le mutazioni, a loro volta, si dividono in:

• genomico;
• cromosomico;
• genetico;
• citoplasmatico.

I cambiamenti che interessano le cellule germinali vengono ereditati. Le mutazioni possono essere trasmesse alla prole se l'individuo si riproduce modo vegetativo(piante, funghi). Le mutazioni possono essere benefiche, neutre o dannose.

Mutazioni genomiche

La variazione in biologia attraverso mutazioni genomiche può essere di due tipi:

• La poliploidia è una mutazione comune nelle piante. È causato da un aumento multiplo del numero totale di cromosomi nel nucleo e si forma nel processo di interruzione della loro divergenza rispetto ai poli della cellula durante la divisione. Gli ibridi poliploidi sono ampiamente utilizzati in agricoltura- nella produzione agricola ci sono più di 500 poliploidi (cipolle, grano saraceno, barbabietole da zucchero, ravanelli, menta, uva e altri).
• L'aneuploidia è un aumento o una diminuzione del numero di cromosomi nelle singole coppie. Questo tipo di mutazione è caratterizzato da una bassa vitalità dell'individuo. Una mutazione diffusa negli esseri umani, una nella ventunesima coppia, causa la sindrome di Down.

Mutazioni cromosomiche

La variabilità in biologia appare quando cambia la struttura dei cromosomi stessi: perdita di una sezione terminale, ripetizione di un insieme di geni, rotazione di un frammento separato, trasferimento di un segmento cromosomico in un altro luogo o su un altro cromosoma. Tali mutazioni si verificano spesso sotto l'influenza di radiazioni e inquinamento chimico ambiente.

Mutazioni genetiche

Una parte significativa di tali mutazioni non si manifesta esternamente, poiché è un tratto recessivo. Le mutazioni genetiche sono causate da cambiamenti nella sequenza dei nucleotidi - i singoli geni - e portano alla comparsa di molecole proteiche con nuove proprietà.

Le mutazioni genetiche negli esseri umani causano la manifestazione di alcuni malattie ereditarie- anemia falciforme, emofilia.

Mutazioni citoplasmatiche

Le mutazioni citoplasmatiche sono associate a cambiamenti nelle strutture del citoplasma cellulare contenente molecole di DNA. Questi sono mitocondri e plastidi. Tali mutazioni vengono trasmesse attraverso la linea materna, poiché lo zigote riceve tutto il citoplasma dall'ovulo materno. Un esempio di mutazione citoplasmatica che causa variazioni nella biologia è la pennatezza nelle piante, causata da cambiamenti nei cloroplasti.

Tutte le mutazioni hanno le seguenti proprietà:

• Appaiono all'improvviso.
• Trasmesso per eredità.
• Non hanno alcuna direzione. Sia un'area minore che un segno vitale possono subire una mutazione.
• Si verificano negli individui, cioè sono individuali.
• Le mutazioni possono essere recessive o dominanti nella loro manifestazione.
• La stessa mutazione può essere ripetuta.

Ogni mutazione è causata da determinati motivi. Nella maggior parte dei casi, non è possibile determinarlo con precisione. In condizioni sperimentali, per ottenere mutazioni, viene utilizzato un fattore diretto di influenza ambientale: esposizione alle radiazioni e simili.