Условия осуществления видообразования При видообразовании действуют естественный отбор, приспосабливающий популяции к условиям среды их обитания, и репродуктивная изоляция, изменяющая генофонды популяций и обеспечивающая благодаря этому обособлению расхождение видов, или дивергенцию.
Разнообразие видов, существующее в природе, огромно, их общая численность составляет несколько миллионов. Со времен возникновения жизни на Земле количество существовавших когда-либо видов, как полагают специалисты, вероятно, в раз больше.
Пути видообразования Первый преобразование существующих видов (филетическое видообразование). Второй путь связан со слиянием двух существующих видов А и В и образованием нового вида С (гибридогенное происхождение) Третий путь обусловлен дивергенцией (разделением) одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов. Именно по этому пути шла в основном эволюция.
Каждый вид – это замкнутая генетическая система. Представители разных видов не скрещиваются, а если и скрещиваются, то либо не дают потомства, либо это потомство бесплодно. Следовательно, дивергентному видообразованию должно предшествовать возникновение изолированных популяций внутри предкового вида.
Формы внутривидовой изоляции Пространственная изоляция возникает между популяциями, далеко стоящими других от друга или разделенными географическими барьерами. Экологическая изоляция - форма биологической изоляции основывается на разнообразии организмов по экологии их размножения и предпочтительному местообитанию.
Длительная внутривидовая изоляция приводит к тому, что каждая популяция эволюционирует независимо. Это ведет к генетическим различиям. Популяции становятся все менее похожими друг на друга по ряду морфологических, физиологических и поведенческих признаков, что ведет к возникновению биологических механизмов изоляции и к видообразованию.
Аллопатрическое (географическое) видообразование Видообразование на разных территориях обусловлено географической (пространственной) изоляцией. Причиной такой изоляции могут быть большие реки для сухопутных животных, горы для равнинных и тому подобные препятствия, затрудняющие миграцию животных или разнос семян растений. Большие расстояния, разделяющие популяции, имеют такое же значение.
Вызывается разделением ареала вида на несколько изолированных частей. При этом на каждую такую часть отбор может действовать по-разному, а эффекты дрейфа генов и мутационного процесса будут явно отличаться. Тогда со временем в изолированных частях будут накапливаться новые генотипы и фенотипы. Особи в разных частях ранее единого ареала могут изменить свою экологическую нишу. При таких исторических процессах степень расхождения групп может достигнуть видового уровня.
Например: Ландыш майский - распространен на Европейской территории России Ландыш, произрастающий в Приморском крае и на Дальнем Востоке (у него более жесткие, покрытые восковым налетом листья и красноватые черешки.) Ландыш закавказский (Convallaria transcaucasica) обитает в лесах Кавказа
КУМЖА Проходная рыба семейства лососей. Длина до 1 м, весит до 13 кг; каспийский лосось до 51 кг. Обитает в прибрежных водах морей Европы, в том числе в Черном, Каспийском, Балтийском и Аральском морях. На нерест идет в реки. Ценный объект промысла и разведения. Пресноводные формы кумжи форели.
Регулярное скашивание травы в середине лета привело к образованию двух экологических рас большого погремка этого растения, различающиеся по срокам цветения: у весенней расы цветы желтые, у осенней - оранжевые. Созревание семян у третьей формы погремка приурочено к срокам жатвы. Большой погремок
У ивового листоеда существует две экологические расы - "ивовая" и "березовая". Жуки и личинки ивовой расы способны питаться только листьями ив, березовая раса может питаться как на березе, так и на иве.
Отдаленная гибридизация В природе может возникать также отдаленная гибридизация между видами с последующим удвоением хромосом в геноме. Например, по берегам реки Алдан растет небольшая популяция растения рябинокизильника, берущего начало от межвидового гибрида рябины и кизильника. Рябинокизильник - вид, полученный от межвидового скрещивания Узколокальный эндемик Якутии.
План – конспект урока
«Видообразование – результат действия факторов эволюции»
Цель: Раскрыть механизмы процесса видообразования, сущность географического и экологического видообразования
Задачи: Образовательная: познакомить с понятием «видообразование».
Развивающая: развитие теоретического мышления, умений устанавливать причинно-следственные связи.
Воспитательная : экологическое воспитание.
Тип урока: изучение нового материала
Оборудование: презентация «Процессы видообразования», компьютер, интерактивная доска.
Ход урока:
I. Организационный момент.
II. Актуализация опорных знаний
Вопросы к классу
Назовите основные положения теории Дарвина
Что является единицей эволюции? Почему?
К чему могут привести эволюционные процессы в популяциях?
Что такое вид? Какими критериями он характеризуется?
Почему репродуктивный критерий считается наиболее важным?
III. Подготовка к восприятию нового материала
Ребята, мы с вами сегодня продолжаем рассматривать эволюционное учение с точки зрения современных концепций и сравнивать это учение с Дарвинизмом.
IV. Объявление темы и постановка цели:
Что такое видообразование, его типы и причины разнообразия видов в природе. Продолжим развивать умение сравнивать ранее изученный материал с новым, и делать выводы на основе сравнения.
(В ходе мини-лекции вы тезисно будите записывать материал в тетрадь.)
Нас с вами окружает огромное разнообразие организмов. Много видов птиц, рыб, растений и т.д. Как оно возникло? Что лежит в основе видообразования?
Видообразование - это сложный эволюционный процесс, возникновения нового вида при определенных условиях.
Большой вклад в изучение этого процесса внес Эрнест Майр , американский ученный эволюционист.
Изучение нового материала.
А теперь рассмотрим типы видообразования. Различают видообразование аллопатрическое, или географическое, которое происходит, как правило, постепенно и медленно, и симпатрическое, которое протекает в разном темпе, но чаще скачкообразно.
При аллопатрическом видообразовании новые виды возникают вследствие разделения ареала популяций родительского вида реками, морями, горами, пустынями и др. изменениями ландшафта. В результате изоляции между ними прерывается обмен генами. Возникновение генетических различий постепенно приводит к неспособности особей из разобщённых популяций к скрещиванию, что в дальнейшем становится причиной образования новых видов.
Так возникли родственные виды ландыша. Исходный вид несколько миллионов лет назад (в третичном периоде) был широко распространён в лиственных лесах Евразии. С наступлением ледников в четвертичном периоде единый ареал вида был разорван на несколько частей, иландыш сохранился лишь на территориях, избежавших оледенения (Дальний Восток, Закавказье, Южная Европа). После отступления ледника ландыш, сохранившийся на юге Европы, вновь распространился по лиственным и частично смешанным лесам, образовав новый вид, более крупный, с широким венчиком. На Дальнем Востоке, отделённом от Европы огромными пространствами тайги, возник другой вид – с красными черешками и восковым налётом на листьях.
По той же причине в Евразии произошёл разрыв огромного ареала вороны, когда одни популяции в Западной и Центральной Европе и Северо-Восточной Азии образовали форму с чёрной окраской (возможно, раньше она была общей для всех популяций), а у птиц, обитающих на юге Центральной Европы, на Кавказе и в Прикаспии, чёрный цвет встречается только на голове, крыльях и хвосте, всё остальное оперение серое. Однако, в отличие от популяций ландыша, у ворон сохранялась возможность контактов и обмена генами между «чёрными» и «серыми» популяциями, что приводило к появлению гибридных особей, дававших плодовитое потомство. Поэтому популяции ворон лишь разделились по окраске, а разделения на два чётких биологических вида не произошло.
Симпатрическое видообразование возможно в 3 случаях: при увеличении числа хромосом (как правило, кратном числу хромосом исходной формы); путём гибридизации с последующим удвоением числа хромосом (в этом случае новый вид хорошо отличим от родительских форм); вследствие хромосомных перестроек (мутаций ). Увеличение хромосомного набора и гибридизация дают, как правило, быстрый эффект у растений, т. к. приводят к нескрещиваемости исходного и возникшего вида. Гибридизация и хромосомные перестройки, приводящие к изоляции особей внутри первоначально единого вида, свойственны как растениям, так и животным.
Для симпатрического видообразования характерно появление новых видов, всегда (кроме гибридогенного возникновения вида) близких морфологически к исходному виду.
Интересным примером возникновения репродуктивной изоляции может служить погремок большой, который на не скашиваемом лугу цветёт и плодоносит всё лето. Но если в течение многих лет из года в год на лугу косить траву, многие растения в популяции не будут доживать до образования семян. В результате отбора, который в этом случае бессознательно осуществляется человеком, сохраняются и оставляют семена только те растения, которые либо цвели до начала покоса, либо после. Так возникли популяции погремка, растущие на одном лугу, но изолированные по срокам цветения. Лишённые возможности скрещиваться, они образовали раннецветущую и поздне-цветущую формы, которые в дальнейшем могут привести к возникновению отдельных видов.
Часто аллопатрическая и симпатрическая формы видообразования действуют вместе, сменяя и дополняя друг друга, поэтому чётко определить границы каждой из них трудно. Однако во всех случаях для возникновения нового вида необходима какая-либо форма изоляции в течение определённого времени, пока естественный отбор не «разведёт» популяции окончательно.
Процесс видообразования впервые был научно обоснован Ч. Дарвином (1859) в труде «Происхождение видов путём естественного отбора»
Закрепление изученного материала.
Пользуясь учебником, с. 68 – 69 заполнить в тетради таблицу «Способы видообразования»
| Название способов | Примеры образования новых видов |
|
| Новые формы организмов возникают как результат разрыва ареала и пространственной изоляции. | Расширение ареала большой синицы привело к образованию трех подвидов; из одного родоначального вида лютиков образовалось 20 видов. |
|
| Экологическое видообразование |
Вопрос для обсуждения: Сходство и различия способов видообразования .
Сходство: Их основа - движущие силы эволюции. Различие:
Географическое видообразование связано с расширением ареала вида и возникновением изолированных популяций.
Экологическое видообразование связано с разными экологическими условиями , что также ведет к биологической изоляции.
Домашнее задание. § 25, с. 68 – 69, вопросы 1- 2 устно.
Из этого урока вы сможете узнать о микроэволюции - тех изменениях популяций живых организмов, которые можно наблюдать на протяжении небольших промежутков времени. Одним из результатов микроэволюции является видообразование - появление новых видов живых организмов. Процесс видообразования может происходить разными путями. Из урока вы узнаете о симпатрическом и аллопатрическом видообразовании, а также о том, как близкие виды взаимодействуют друг с другом в природе.
Домашнее задание
- Что такое видообразование? Как связаны понятия «видообразование» и «микроэволюция»?
- Как видообразование связано с изоляцией популяций?
- Какие формы видообразования разлтчают в связи с разными видами изоляции?
- Какими путями может происходить видообразование? Приведите примеры образования биологических видов каждым из этих путей.
- Что общего в видообразовании и селекционной работе?
- Какими путями происходило образование вида Человек разумный?
- ВикипедиЯ ( ).
- Вся биология ().
Цели:
- Закрепить знания учащихся об эволюционных процессах, происходящих в популяциях, познакомить с современными представлениями о видообразовании.
- Дать понятия о путях, скорости и типах видообразования.
- Развивать умения на основе сравнения раннее изученного материала с новым, самостоятельно делать выводы.
- Воспитывать интерес к изучаемому предмету, умение связать теоретический материал с практикой жизни.
Оборудование:
- таблицы “Видообразование”, “Полиплоидия”, мультимедийная установка, диск с рисунками, схемами, портретами;
- тесты, карточки с вопросами.
Методика проведения урока
I. Организационный момент.
II. Проверка знаний
Работа с тестами по вариантам (Приложение 1).
Работа с карточками (3-4 ученика, остальные дополняют) (Приложение 2).
III. Подготовка к восприятию
Ребята, мы с вами сегодня продолжаем рассматривать эволюционное учение с точки зрения современных концепций и сравнивать это учение с Дарвинизмом.
- Что является единицей эволюции? Почему?
- К чему могут привести эволюционные процессы в популяциях?
- Какие виды изоляции вам известны?
IV. Объявление темы и постановка цели
Сегодня на уроке мы продолжим знакомиться с современными эволюционистами, узнаем, что такое видообразование, его пути, типы и скорость. Продолжим развивать умение сравнивать ранее изученный материал с новым, и делать выводы на основе сравнения и узнаем, что такое микроэволюция и каковы ее результаты.
(В ходе мини-лекции вы тезисно будите записывать материал в тетрадь.)
Нас с вами окружает огромное разнообразие организмов. Много видов птиц, рыб, растений и т.д. Как оно возникло? Что лежит в основе видообразования?
Видообразование - это сложный эволюционный процесс, возникновения нового вида при определенных условиях.
Большой вклад в изучение этого процесса внес Эрнест Майр , американский ученный эволюционист который в 1964 году в книге “Популяция, виды, эволюция” выделил три основных пути видообразования:
(На экране показывается схема путей видообразования)
Филетический – из вида А образуется В
Этот путь не предполагает изменения числа видов и с ним мы познакомимся более подробно при изучении макроэволюции. А->В
2. Гибридогенное – А+В->С или А + В-> (А+В)+С
иногда даже с уменьшением числа видов. Этот путь видообразования мы рассмотрим сегодня на уроке позже.
3. Дивергентное (истинный) - А->А+В Это самый распространенный, самый древний. Именно этот путь и описывал Дарвин. Он и приводит к многообразию, т.к. способствует увеличению числа видов.
А теперь рассмотрим типы видообразования.
(На экране схема географического видообразования).
1. Аллопатрическое – основано на (allos – разный, patria – родина) географической изоляции, возникновение географических преград (хребты, проливы, каналы, города, поля, сады) приводят к появлению изолятов – географически изолированных популяций. Единый генофонд популяции разрывается на части из-за географической изоляции. Прерыв потока генов между изолятами с одной стороны и действия естественного отбора с другой приводят постепенно к репродуктивной изоляции, а значит к образованию нового вида. Таким образом, возникли разнообразные виды вьюрков на Галапагосских островах, описанные Дарвиным. Заяц-беляк распространенный почти по всей территории нашей страны, в тех областях, где зима не снежная возник заяц-русак, а в горных районах заяц-толян. Некоторые виды синиц возникли в результате географической изоляции.
(На экране рисунки вьюрков, карта распространения зайцев).
2. Симпатрическое – возникает, если дивергенция идет на одной территории. Она связана с различными условиями, иногда с пищевой специализацией. Например, 5 видов лютиков, обитающих на Европейской территории, возникли из одного исходного вида в связи с изменениями условий. В озере Байкал в течение 10 млн. лет возникло множество эндемических видов рыб и беспозвоночных: бокоплавов - 250 видов, из одного предкового. Синицы - по пищевой специализации.
(На экране рисунки синиц, лютиков, бокоплавов).
Таким образом, давайте сделаем вывод: на чем основывается видообразование? (Учащиеся на основе знаний прошлой темы делают вывод.)
ФИЗМИНУТКА.
А теперь разберемся со скоростью видообразования. Что по этому поводу утверждал Дарвин? (ответы учащихся по повторению) Да, видообразование часто идет очень медленно, но изучая формы естественного отбора, мы узнали, что иногда отбор может действовать очень быстро и это привело к внезапному видообразованию.(на экране схема)
Самостоятельная работа с учебником стр. 220 (учитель проверяет тесты)
Повторение материала по генетике.
Итак, каким образом может возникнуть новый вид?
Путем полиплоидии или отдаленной гибридизации.
(сообщения учащихся о полиплоидии).
Таким образом, возникли новые культурные сорта, но и в дикой природе эти процессы идут (шиповник, слива домашняя).
Как вы думаете в настоящее время, какое видообразование преобладает?
(ответы учащихся)
Подумайте, с чем связанно внезапное видообразование? (ответы, их корректировка: с загрязнением окружающей среды, воды, почвы, воздуха, радиации, хим. веществ, озоновых дыр и т.д. особенно ядохимикатов которые приводят к появлению новых видов вредных насекомых: комаров, моли, бабочек, колорадского жука и т.д.; затрагивается и тема птичьего гриппа.)
Вывод: (подвести, что бы ученики сделали самостоятельно.)
Что такое микроэволюция? – (это развитие внутри вида).
А что же является результатом микроэволюции?
1) Многообразие видов.
2) Приспособленность организмов к определенной среде обитания
Такие результаты и приводят к многообразию живой природы. Без видообразования немыслимо разнообразие и прогресс в природе.
V. Закрепление знаний. (Вопросы по повторению)
Теория эволюции на современном этапе исследования обогатилась данными ряда наук.
1. Какой вклад в развитие эволюционной теории внесла генетика?
2. А какой – молекулярная биология?
3. Тест для закрепления (Приложение 3) (На экране вопросы задания В 5, В6).
VI. Задание на дом: § 60, повторить §52.
VII. Итог урока
(Выставление оценок)
ВИДООБРАЗОВАНИЕ, процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. Основа видообразования – наследственная изменчивость организмов, движущий его фактор – естественный отбор и окончательно-репродуктивная изоляция. Различают видообразование аллопатрическое, или географическое, которое происходит, как правило, постепенно и медленно, и симпатрическое, которое протекает в разном темпе, но чаще скачкообразно.
При аллопатрическом видообразовании новые виды возникают вследствие разделения ареала популяций родительского вида реками, морями, горами, пустынями и др. изменениями ландшафта. В результате изоляции между ними прерывается обмен генами. Возникновение генетических различий постепенно приводит к неспособности особей из разобщённых популяций к скрещиванию, что в дальнейшем становится причиной образования новых видов. Так возникли родственные виды ландыша. Исходный вид несколько миллионов лет назад (в третичном периоде) был широко распространён в лиственных лесах Евразии. С наступлением ледников в четвертичном периоде единый ареал вида был разорван на несколько частей, и ландыш сохранился лишь на территориях, избежавших оледенения (Дальний Восток, Закавказье, Южная Европа). После отступления ледника ландыш, сохранившийся на юге Европы, вновь распространился по лиственным и частично смешанным лесам, образовав новый вид, более крупный, с широким венчиком. На Дальнем Востоке, отделённом от Европы огромными пространствами тайги, возник другой вид – с красными черешками и восковым налётом на листьях. По той же причине в Евразии произошёл разрыв огромного ареала вороны, когда одни популяции в Западной и Центральной Европе и Северо-Восточной Азии образовали форму с чёрной окраской (возможно, раньше она была общей для всех популяций), а у птиц, обитающих на юге Центральной Европы, на Кавказе и в Прикаспии, чёрный цвет встречается только на голове, крыльях и хвосте, всё остальное оперение серое. Однако, в отличие от популяций ландыша, у ворон сохранялась возможность контактов и обмена генами между «чёрными» и «серыми» популяциями, что приводило к появлению гибридных особей, дававших плодовитое потомство. Поэтому популяции ворон лишь разделились по окраске, а разделения на два чётких биологических вида не произошло.
Симпатрическое видообразование возможно в 3 случаях: при увеличении числа хромосом (как правило, кратном числу хромосом исходной формы); путём гибридизации с последующим удвоением числа хромосом (в этом случае новый вид хорошо отличим от родительских форм); вследствие хромосомных перестроек (мутаций). Увеличение хромосомного набора (см. Полиплоидия) и гибридизация дают, как правило, быстрый эффект у растений, т. к. приводят к нескрещиваемости исходного и возникшего вида. Гибридизация и хромосомные перестройки, приводящие к изоляции особей внутри первоначально единого вида, свойственны как растениям, так и животным. Для симпатрического видообразования характерно появление новых видов, всегда (кроме гибридогенного возникновения вида) близких морфологически к исходному виду.
Интересным примером возникновения репродуктивной изоляции может служить погремок большой, который на нескашиваемом лугу цветёт и плодоносит всё лето. Но если в течение многих лет из года в год на лугу косить траву, многие растения в популяции не будут доживать до образования семян. В результате отбора, который в этом случае бессознательно осуществляется человеком, сохраняются и оставляют семена только те растения, которые либо цвели до начала покоса, либо после. Так возникли популяции погремка, растущие на одном лугу, но изолированные по срокам цветения. Лишённые возможности скрещиваться, они образовали раннецветущую и поздне-цветущую формы, которые в дальнейшем могут привести к возникновению отдельных видов.
Часто аллопатрическая и симпатрическая формы видообразования действуют вместе, сменяя и дополняя друг друга, поэтому чётко определить границы каждой из них трудно. Однако во всех случаях для возникновения нового вида необходима какая-либо форма изоляции в течение определённого времени, пока естественный отбор не «разведёт» популяции окончательно.
Процесс видообразования впервые был научно обоснован Ч. Дарвином (1859) в труде «Происхождение видов путём естественного отбора
Основные результаты эволюции по Ч.Дарвину
Главным результатом эволюции является совершенствование приспособленности организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками.
Дарвин приводит множество доказательств повышения приспособленности организмов к условиям среды, обусловленной естественным отбором. Это, например, широкое распространение среди животных покровительственной окраски, делающей их менее заметными в местах обитания: ночные бабочки имеют окраску тела, соответствующую поверхности, на которой они проводят день; самки открыто гнездящихся птиц (глухарь, тетерев, рябчик) имеют окраску оперения, почти не отличимую от окружающего фона; на Крайнем Севере многие животные окрашены в белый цвет (куропатки, медведи) и т. д. Многие животные, имеющие специальные защитные приспособления от поедания их другими животными, имеют, кроме того, предупреждающую окраску (например, ядовитые или несъедобные виды). У некоторых животных распространена угрожающая окраска в виде ярких отпугивающих пятен (например, у хомяка брюшко имеет яркую окраску). Многие животные, не имеющие специальных средств защиты, по форме тела и окраске подражают защищенным (мимикрия). У многих из них имеются иглы, колючки, хитиновый покров, панцирь, раковина, чешуя и т. п. У животных большую роль в качестве приспособлений играют различного рода инстинкты (инстинкт заботы о потомстве, инстинкты, связанные с добыванием пищи, и т. д.). Среди растений широко распространены самые разнообразные приспособления к перекрестному опылению, рассеиванию плодов и семян. Все эти приспособления могли появиться лишь в результате естественного отбора, обеспечивая существование вида в определенных условиях.
Вместе с тем Дарвин отмечает, что приспособленность организмов к среде обитания (их целесообразность), наряду с совершенством, носит относительный характер. Это означает, что при изменении условий полезные признаки могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, у водных растений, поглощающих воду и растворенные в ней вещества всей поверхностью тела, слабо развита корневая система, но хорошо развиты поверхность побега и воздухоносная ткань - аэренхима, образованная системой межклетников, пронизывающих все тело растения. Это увеличивает поверхность соприкосновения с окружающей средой, обеспечивая лучший газообмен, и позволяет растениям полнее использовать свет и поглощать углекислый газ. Но при пересыхании водоема такие растения очень быстро погибнут. Все их приспособительные признаки, обеспечивающие их процветание в водной среде, оказываются бесполезными вне ее.
Другой важный результат эволюции - нарастание многообразия видов естественных групп, т. е. систематическая диф-ференцировка видов. Общее нарастание многообразия органических форм весьма усложняет те взаимоотношения, которые возникают между организмами в природе. Поэтому в ходе исторического развития наибольшее преимущество получают, как правило, высокоорганизованные формы, в результате чего осуществляется поступательное развитие органического мира на Земле от низших форм к высшим. Вместе с тем, констатируя факт прогрессивной эволюции, Дарвин не отрицает морфофи-зиологического регресса (т. е. эволюции форм, приспособление которых к условиям среды идет через упрощение организации), а также такого направления эволюции, которое не вызывает ни усложнения, ни упрощения организации живых форм. Сочетание различных направлений эволюции приводит к одновременному существованию форм, различающихся по уровню организации.
