Закономерности протекания эволюции. Микроэволюция – образование видов живого

Микроэволюция – эволюционный процесс, протекающий внутри вида, ведущий  к возникновению нового вида.

Сущность микроэволюционных преобразований составляет изменение генетической структуры популяций. В результате действия элементарных эволюционных факторов появляются новые аллели, а в результате действия отбора формируются новые  адаптации. При этом происходит замещение  одного аллеля другим аллелем, одного изотопа белка (фермента) другим изотопом.

Популяции являются открытыми генетическими  системами. Поэтому на микроэволюционном  уровне происходит латеральный перенос  генов – обмен генетической информацией  между популяциями. Это означает, что адаптивный признак, возникший  в одной популяции, может перейти  в другую популяцию. Следовательно, микроэволюцию можно рассматривать  как эволюцию открытых генетических систем, способных обмениваться генетическим материалом.

В идеальных популяциях действует  закон Харди-Вайнберга – закон  генетического равновесия, по которому соотношение частот встречаемости  доминантного и рецессивного генов  остаётся неизменным из поколения в  поколение.

Идеальная популяция отвечает следующим  требованиям:

• неограниченно большая величина популяции;
• свободное скрещивание особей - панмиксия;
• отсутствие мутационного процесса и отбора;
• отсутствие миграции особей – изоляция популяции.

Однако в реальных популяциях условия  идеальной популяции не выполняются. С.С. Четвериков установил, что мутационный  процесс в популяциях идёт постоянно, но мутации в основном рецессивны и скрыты в гетерозиготах. При внешней фенотипической однородности наблюдается генотипическая неоднородность популяции. С.С. Четвериков сделал вывод о насыщенности мутациями природных популяций, что является скрытым резервом наследственной изменчивости и приводит к нарушению генетического равновесия.

Случайное ненаправленное изменение  частот аллелей в популяции получило название дрейфа генов. Ещё в 1931 году С. Райтом была предложена концепция  случайного дрейфа генов, которая говорит  об абсолютно случайном формировании генофонда дема как малой выборки  из генофонда всей популяции. Изначально дрейф генов оказался тем самым  аргументом, которого очень долго  не хватало для того, чтобы объяснить  происхождение неадаптивных различий между таксонами. Поэтому идея дрейфа сразу стала близка широкому кругу  биологов. Дж. Хаксли назвал дрейф «эффектом  Райта» и считал его «наиболее  важным из недавних таксономических  открытий». Джордж Симпсон (1948) основал  на дрейфе свою гипотезу квантовой  эволюции, согласно которой популяция  не может самостоятельно выйти из зоны притяжения адаптивного пика. Поэтому, чтобы попасть в неустойчивое промежуточное состояние, необходимо случайное, независящее от отбора генетическое событие — дрейф генов.

В природных условиях наблюдается  периодическое колебание численности  особей, что связано с сезонными  явлениями, климатическими изменениями, стихийными бедствиями. Колебание численности особей в популяции называется популяционными волнами. Их впервые обнаружил С.С. Четвериков. Популяционные волны – одна из причин дрейфа генов, который вызывает следующие явления:

• возрастание генетической однородности (гомозиготности) популяции;
• концентрация редких аллелей;
• сохранение аллелей, снижающих жизнеспособность особей;
• изменение генофонда в разных популяциях.

Все эти изменения ведут к  эволюционным преобразованиям генетической структуры популяции, а в дальнейшем и к изменению вида.

Всякое развитие начинается с изменения  прежнего состояния объекта, поэтому  в основе процесса микроэволюции  лежит изменчивость. Изменчивость генофонда  популяции может происходить  в результате мутаций, их комбинаций (волны жизни), дрейфа генов, а также  переноса генетической информации из других популяций (поток генов).

 Важную роль играет модификационная  изменчивость, которая обеспечивает  существование особей данного  вида в изменяющихся условиях  среды и дает возможность мутациям  накопиться в популяциях.

Изменение генетической структуры  популяций происходит под влиянием факторов среды. Поэтому предпосылки  эволюции получили название генетико-экологических  факторов. В каждом новом поколении  популяции появляется большее число  потомков, чем было родительских особей. В силу одинаковых потребностей в  средствах существования (пища, свет, влага, территория и т.п.) и в связи  с ограниченностью средств существования  для удовлетворения этих потребностей между особями возникает борьба за существование, которая ведет  к естественному отбору.

2.2. Способы видообразования

Важным фактором эволюции является изоляция, которая приводит к расхождению  признаков одного вида и предотвращает  скрещивание особей. Изоляция может  быть географической и экологической, отсюда выделяют два способа видообразования: географическое, или аллопатическое, и экологическое, или симпатическое.

Географическое видообразование - процесс формирования и обособления географических рас, когда популяции, дающие им начало, разделены механическими преградами для скрещивания. Этот процесс идет очень медленно. Географическое видообразование связанно с расширением ареала исходного вида или с расчленением ареала на изолированные части физическими преградами (горы, реки, изменения климата). При расширении ареала вида его популяции встречаются с новыми почвенно-климатическими условиями, а также с новыми сообществами животных, растений и микроорганизмов. В популяции постоянно возникают наследственные изменения, происходит борьба за существование, действует естественный отбор. Все это со временем приводит к изменению генного состава популяций. В дальнейшем эволюция популяции может привести к возникновению нового вида.

Например, лиственница сибирская  далеко продвинулась на восток; ее популяции  заселили территорию от Урала до Байкала, и оказалась в различных условиях. У особей популяции постоянно  возникали мутации, в результате скрещивания появлялись новые комбинации генов; благодаря этим процессам  популяция становилась неоднородной. В процессе борьбы за существование  и в результате действия естественного  отбора выживали и оставляли потомство  особи с полезными в конкурентных условиях обитания изменениями.

Действия этих факторов на протяжении длительного времени способствовало появлению более резких различий между популяциями и в конечном итоге возникновению биологической  изоляции – нескрещиваемости особей разных популяций одного вида.

В результате в более суровых  условиях под действием движущих сил эволюции сформировался новый  вид – лиственница наурская. В  условиях Крайнего Севера подобным образом  образовался особый вид мака с  небольшими, сильно опущенными листьями, быстрым развитием коротких цветоносов и ранним цветением.

Еще пример: у лесного ландыша  сначала был сплошной ареал, но с  оледенением он распался на изолированные  части; на этих территориях сформировались самостоятельные популяции, признаваемые некоторыми учеными за молодые виды.

Повсеместно распространенный в Европе прострел занимает непрерывный ареал  с запада на восток. У западной формы  листья тонко рассечены и разбросаны, цветы поникшие, благодаря чему при  обилии дождей на западе вода разбрызгивается  и не застаивается, а пыльца не смывается. Восточная форма в засушливых условиях характерна более грубо  расчлененными, стоячими листьями и  стоячими цветками, по которым вода стекает к корням. Опытами доказано, что листья восточной формы испаряют воду значительно меньше, чем листья западной. Все эти отличия прострела  на западе Европы от прострела на востоке  носят приспособительный характер. Между западной и восточной формами  прострела существует непрерывный  ряд переходных форм. В средней  полосе нашей страны произрастает белее  двадцати видов лютика. Все они  произошли от одного вида. Потомки  его заселили различные места  обитания – степи, леса, поля – и  благодаря изоляции обособились  друг от друга сначала в подвиды, потом в виды.

Вид синица большая представляет сложный  комплекс популяций и подвидов, находящихся  на разных ступенях изоляции. Ареалы трех подвидов синицы большой – евроазиатского, южно-азиатского и восточноазиатского – образуют кольцо вокруг Центрально-Азиатского нагорья – кольцевой ареал.

Подвиды занимают хорошо очерченные ареалы, но в зонах контакта южно-азиатские  синицы скрещиваются с двумя другими  подвидами. Восточноазиатские и  евроазиатские, обитая совместно в  долинах верхнего Амура, не скрещиваются. Обособление ареалов синиц и  образование их подвидов связано  с наступлением ледника. В озере  Байкал живут многие виды и роды плоских ресничных червей, ракообразных и рыб, больше нигде не встречающихся, так как озеро отделено от других водных бассейнов горными хребтами уже около двадцати миллионов  лет.

Экологическое видообразование - способ видообразования, при котором новые формы занимают разные экологические ниши в пределах одного ареала. Экологическое видообразование происходит в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, но условия обитания у них оказываются различными. Под влиянием движущих сил эволюции изменяется их генный состав. Через множество поколений эти изменения могут зайти так далеко, что особи разных популяций одного вида не будут скрещиваться между собой, возникает биологическая изоляция, что характерно, как правило, для разных видов. Экологическое видообразование наблюдается в пределах ареала материнского вида.

Например, один вид традесканции сформировался  на солнечных скалистых вершинах, а другой – в тенистых лесах. В  пойме нижней Волги образовались виды житняка, костра, щетинника (мышея), которые дают семена до разлива реки или после него. Этим они обособлены от исходных видов, растущих на незаливаемых местах и осеменяющихся по преимуществу во время разлива.

Естественным отбором, связанным  с хозяйственной деятельностью  человека, созданы подвиды, изолированные  по срокам цветения. Некоторые ученые считают их видами.

Симпатически происходит видообразование  у некоторых насекомоопыляемых  растений, на основе специализации  насекомых- опылителей цветка какой-либо группы внутри данного вида. Избирательная  специализация насекомых-опылителей приводит к половой изоляции данной группы растений от находящихся рядом  растений, давших начало этой изменившейся группе.

Образование симпатических групп  возможно и на основе случайно отдаленной гибридизации, если получающиеся гибриды  оказываются плодовитыми, то, как  правило, они не скрещиваются с родительскими  формами (например, из-за изменения  числа хромосом).

Примером такого рода видообразования  может служить рябинокизильник, являющийся гибридом рябины и кизильником. Пять видов синиц образовались в  связи с пищевой специализацией: синица большая питается крупными насекомыми в садах, парках; лазоревка добывает мелких насекомых в щелях коры, в почках; хохлатая синица питается семенами хвойных деревьев; гаичка и московка питаются преимущественно насекомыми в лесах разных типов. Популяции севанской форели различаются по срокам нереста, местам и глубине нерестилищ (озеро, река). Видообразование продолжается и в настоящее время. Вид черный дрозд в настоящее время распадается на две группы, еще не различимые внешне. Одна из них обитает в глухих лесах, другая держится близ жилья человека. Это можно считать началом образования двух подвидов.

Географическое и экологическое  видообразование идёт по схеме: обособление  популяции → накопление мутаций → изоляция → дивергенция признаков → образование подвида → репродуктивная изоляция → образование вида.

Популяции и подвиды иногда не различимы. На разных этапах микроэволюции один способ сменяет другой или они  действуют совместно. Географическая изоляция может в дальнейшем присовокупить  действия экологической, поэтому трудно установить границы каждого способа  видообразования. Образованием нового вида завершается микроэволюция.

Заключение

Решающий вклад  в становление эволюционной концепции  в биологии сделан Ч. Дарвином. Из множества  явлений живой природы он сумел  выделить три принципиальных фактора  эволюционного развития живого, объединяемых краткой формулой: изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Эволюция, будь то эволюция Вселенной, геологическая эволюция или эволюция живой природы, есть процесс длительных, постепенных, медленных  изменений, которые, в конечном счете, приводят к изменениям коренным, качественным, завершающимся возникновением новых  материальных систем, структур, форм и  видов. Именно такой смысл придается  понятию эволюции в теории Дарвина  и появившихся после нее гипотезах  и теориях.

Эволюция - единый процесс. Но в СТЭ различают два ее уровня: микроэволюцию (на популяционно-видовом  уровне) и макроэволюцию (на надвидовом уровне). Микроэволюция происходит за относительно недолгое время на ограниченных территориях. Она протекает  в популяциях и завершается видообразованием. В макроэволюции же проявляются  самые общие закономерности и  направление исторического развития как всей совокупности живого, так  и отдельных надвидовых групп. Эволюция - единый процесс. Но в СТЭ различают два ее уровня: микроэволюцию (на популяционно-видовом уровне) и макроэволюцию (на надвидовом уровне). Микроэволюция происходит за относительно недолгое время на ограниченных территориях. Она протекает в популяциях и завершается видообразованием. В макроэволюции же проявляются самые общие закономерности и направление исторического развития как всей совокупности живого, так и отдельных надвидовых групп. Микроэволюционные изменения доступны непосредственному наблюдению.

К макроэволюционным  закономерностям относятся следующие.

Прогрессивная направленность эволюции в целом, которая проявляется  в появлении организмов со все  более высоким уровнем организации  и большей способностью приспосабливаться. В ходе эволюции образовались организмы разного уровня сложности - от простейших одноклеточных до млекопитающих. Все эти уровни (не путать с видами) представлены в живом мире и продолжают эволюционировать. Высший уровень сложности связан с появлением и эволюцией мыслящего живого существа - человека.