Что такое генофонд популяции 11 класс
Популяция. Генетический состав популяций
Урок 3. Общая биология 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Популяция. Генетический состав популяций»
Вид — это исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определённым условиям жизни и занимают определённую область — ареал.
В природе совокупность особей вида, группируются в популяции. Популяции населяют какие-то отдельные небольшие участки ареала.
Популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Термин «популяция» был введён в 1903 году датским биологом Вильгельмом Иогансеном в работе «О наследовании в популяциях и чистых линиях».
Вильгельм Людвиг Иогансен
Численность популяций, да и количество особей в популяциях из-за изменения каких-либо факторов, например климатических, может меняться. Но сами популяции как таковые все равно сохраняются.
Конечно, природа не стабильна и внутри популяций могут возникать мелкие группировки, в которые объединяются особи со сходным поведением или на основе родственных связей. Такие группировки известны нам как стайки рыб или воробьёв прайды львов. Напомним, что прайды ― это семейные группы львов. В которые входят один или нескольких взрослых самцов (обычно не более 3-х), нескольких половозрелых самок и их детёнышей (львят обоих полов). Численность прайда может достигать до 30−40 животных. В прайдах всегда доминируют львы — альфа-самцы.
Но, как ни странно, охотой занимаются только самки. Молодые самцы по достижении половой зрелости изгоняются из прайда. Живя отдельно, они крепнут, взрослеют, а затем создают свои прайды.
В отличие от популяции, группы не способны устойчиво поддерживать сами себя. Они могут смешиваться с другими или распадаться под влиянием каких-либо факторов.
Популяция же занимает ту часть ареала, в которой отсутствуют изоляционные барьеры.
Каждая популяция приспосабливалась (адаптировалась) к среде своего обитания. Характерные черты этого приспособления передаются из поколения в поколение.
Взаимоотношения организмов в популяциях
Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями.
Часто особи одной популяции конкурируют друг с другом за те или иные виды ресурсов. Например, самка гиены рожает от 1 до 3 детенышей. Если оба детеныша самки, то они начинают сражение за доминирование, используя зубы. Эта конкуренция ведет к гибели почти 25% всех гиен на их первом месяце жизни. В результате оставшийся в живых детёныш получает больше различных ресурсов и созревает быстрее.
Особи одной популяции могут поедать друг друга. Например, речной окунь в отсутствии корма питается собственной молодью.
Также особи одного вида могут группироваться и вместе обороняться от хищника.
Таким образом, можно сказать что внутренние взаимоотношения в популяциях парой очень сложны и противоречивы.
В природе действует естественный отбор. Ослабленные организмы погибают. Это улучшает качественный состав популяции (в том числе качество наследственного материала, которым располагает популяция). Естественный отбор повышает способность популяции к выживанию в меняющихся условиях среды.
Сильные организмы занимают место погибших, размножаются и дают начало новому поколению.
В пределах каждой популяции организмов, размножающихся половым путём, идёт постоянный обмен генетическим материалом. А вот скрещивание особей из разных популяций происходит гораздо реже, поэтому генетический обмен между разными популяциями ограничен.
Существование в форме популяции повышает внутреннее разнообразие вида, его устойчивость к местным изменениям условий жизни, позволяет ему закрепляться в новых для себя условиях.
Генетический состав популяции
Научные генетические открытия и теории Дарвина привели к рождению особого направления исследований — популяционной генетики.
Популяционная генетика позволяет объяснить процессы изменения генетического состава популяций, возникновения новых свойств организмов и их закрепление под воздействием естественного отбора.
Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.
Генофонд — это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
Как уже отмечалось, природные популяции в разных частях ареала вида обычно более или менее различны.
Почему популяции одного вида могут отличаться? Дело в том, что чаще всего скрещивание между особями одного вида происходит в пределах одной популяции, которая находится на определённой территории.
В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.
Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.
Поэтому можно сказать, что мутационный процесс — это постоянный источник наследственной изменчивости.
В популяции, состоящей из нескольких миллионов особей, в каждом поколении может возникать по несколько мутаций практически каждого гена, который имеется в этой популяции.
Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций, которые передаются по наследству и впоследствии проявляются у потомства.
Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание ещё русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков, который установил, что значительная часть изменчивости генофонда скрыта от глаз, так как подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и не проявляются внешне.
Рецессивные мутации как бы «впитываются видом в гетерозиготном состоянии», ведь большинство организмов гетерозиготно по многим генам.
Вспомним, что гетерозиготность ─ это присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена или различаются по взаиморасположению генов.
Ген, который способен подавлять действие другого гена в онтогенезе, называется доминантным.
Ген, который оказывается подавленным и не может проявить себя в фенотипе, называется рецессивным.
Обычно доминантный ген обозначается прописной буквой ─ А-большое, рецессивный ген (а-малое). Рецессивный ген проявляется в фенотипе только в тех случаях, когда он находится в паре с аналогичным геном (а-малое, а-малое), т.е. когда оба аллельных гена являются рецессивными.
Если один аллельный ген является доминантным, а второй рецессивным (А-большое, а-малое, то в фенотипе проявляются только признаки, свойственные доминантному гену (А-большое).
Рецессивные мутации можно выявить в экспериментах со скрещиванием близкородственных особей.
При таком скрещивании некоторые рецессивные аллели, находившиеся в гетерозиготном и потому скрытом состоянии, перейдут в гомозиготное состояние и смогут проявиться.
Таким образом, благодаря мутациям популяции могут изменяться.
Изменчивость популяции — это важный фактор эволюции. Она повышает внутреннее разнообразие вида. Позволяет закрепиться виду в новых местах обитания.
Генетическую изменчивость можно увидеть в ходе искусственного отбора. Когда из популяции выбирают тех особей, у которых какие-либо ценные в хозяйственном отношении признаки выражены наиболее сильно, и скрещивают этих особей между собой.
В фенотипе первого поколения в результате такого скрещивания проявляются необходимые наилучшие выбранные признаки.
Например, у моркови и свёклы ценятся только сладкие корнеплоды, у картофеля — крупные клубни, у мака ― нераскрывающиеся коробочки.
Следовательно, в популяциях возможна генетическая изменчивость буквально по каждому признаку данного организма.
Ещё Сергей Сергеевич Четвериков показал, что большинство вновь возникших мутаций оказываются вредными и, как правило, снижают жизнеспособность особей.
Они сохраняются в популяциях лишь благодаря отбору в пользу гетерозигот.
Однако мутации, вредные в одних условиях, могут повысить жизнеспособность в других условиях.
Так, мутация, вызывающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на островах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущества перед особями с нормально развитыми крыльями.
Поскольку всякая популяция обычно хорошо приспособлена к своей среде обитания, крупные изменения обычно снижают эту приспособленность.
В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.
Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.
Таким образом, благодаря приспособлениям к новым условиям среды, популяции адаптируются.
Например, к изменению климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества.
С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.
Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.
Таким образом, мутационный процесс создаёт материал для эволюционных преобразований, формируя резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора и микроэволюции.
Что такое генофонд популяции 11 класс
Подробное решение параграф 7 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
Стр. 39. Вспомните.
1. Почему в природе биологические виды существуют в форме популяций?
Существование биологических видов требует соответствующих условий и необходимых для поддержания жизни ресурсов. В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы – популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.
2. Какие свойства могут характеризовать популяцию как группу организмов?
Популяцию как группу организмов характеризует такой показатель, как обилие. Мерой обилия служит общая численность организмов в популяции. Поскольку измерение общей численности сопряжено с большими трудностям, то в экологии используется такой показатель как плотность популяции. Плотность популяции – это численность или биомасса особей, которая приходится на единицу площади или объема жизненного пространства. Мерой обилия могут служить показатели, отнесенные к единице времени, например, количество птиц на пролете в час, количество рыбы, выловленной за сутки и т.д. Такие относительные показатели называются индексами численности.
Демографическими показателями популяции служат рождаемость и смертность. Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности в результате процесса размножения. Смертность отражает процессы снижения численности популяции и выражается числом особей, погибших за определенный период времени.
Смертность и рождаемость оказывают существенное влияние на численность популяции, и, помимо биологических особенностей вида, определяются действием многих внешних факторов, как абиотических, так и биотических. При одних и тех же показателях рождаемости, чем выше смертность, тем ниже численность популяции, и наоборот.
Возрастной и половой состав популяции зависят от продолжительности жизни особей, времени достижения половозрелости, способов и интенсивности размножения, смертности, скорости смены поколений и т.д. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они влияют на процессы рождаемости и смертности. Возрастной состав популяции позволяет оценить ее способность к самоподдержанию численности и устойчивости к внешним воздействиям. Чем шире возрастной спектр популяции, тем устойчивее ее воспроизводство. Популяция, включающая в себя множество возрастных групп, менее подвержена действию факторов, определяющих успешность размножения.Анализ возрастной структуры популяции позволяет прогнозировать численность популяции на несколько лет вперед, что особенно важно для оценки промысла рыбы, развития охотничьих хозяйств, в ряде зоологических исследований. В соответствии с генетическими закономерностями соотношение полов в популяциях составляет 1:1, однако в связи с разной выживаемостью особей на разных этапах онтогенеза это соотношение может меняться. Особые случаи представляют популяции партеногенетических видов, например, коловраток, дафний, тлей и т.д. На определенных стадиях жизненного цикла их популяции представлены только самками. У животных – гермафродитов половая структура популяций не определяется.
Под регуляцией численности понимают способность популяции к самовоспроизводству, то есть восстановлению числа особей до оптимальной величины, которая определяется условиями местообитания организмов. Эту способность обеспечивают определенные механизмы, которые начинают действовать, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Механизмы, регулирующие плотность популяции, могут быть поведенческими, демографическими, физиологическими.
У ряда млекопитающих в условиях перенаселения происходят резкие изменения физиологического состояния. Затрагивая нейроэндокринную систему, они сказываются на поведении животных, снижая их устойчивость к заболеваниям, поражению паразитами и сопротивляемость к различным видам стрессовых воздействий. При возрастании плотности популяций у многих животных и растений наблюдается повышение показателей смертности и снижение показателей рождаемости.
Стр. 42. Вопросы для повторения задания.
1. Сформулируйте, какими качествами должна обладать элементарная единица эволюции.
Элементарная единица эволюции должна:
1. выступать во времени и пространстве как некое единство;
2. быть способной формировать резерв наследственной изменчивости и наследственно изменяться во времени;
3. реально существовать в определенных природных условиях в течение долгого времени, соизмеримого со сроками видообразования.
Таким требованиям удовлетворяет популяция, которая и является элементарной единицей эволюции.
2. Что такое генофонд популяции? Сравните понятия «генотип», «геном», «генофонд».
Генофонд популяции – это совокупность генотипов всех входящих в ее состав особей. При постоянных внешних условиях генофонд популяции остается практически неизменным относительно некоего среднего уровня. Увеличить разнообразие генофонда способны мутационные процессы, а также миграция особей из других популяций, где могут существовать иные аллели генов, характерных для данного вида.
Генотип – совокупность генов данного организма, которая, в отличие от понятий генома и генофонда, характеризует особь, а не вид (ещё отличием генотипа от генома является включение в понятие «геном» некодирующих последовательностей, не входящих в понятие «генотип»). Вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма.
Геном – совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов.
Генофонд – понятие из популяционной генетики, описывающее совокупность всех генных вариаций (аллелей) определённой популяции. Популяция располагает всеми своими аллелями для оптимального приспособления к окружающей среде. Можно также говорить о едином генофонде вида, так как между разными популяциями вида происходит обмен генами.
3. Кто поставляет материал для эволюции?
Материалом для эволюции являются генетически различные особи, т. е. материал для эволюции поставляет наследственная (мутационная и комбинативная) изменчивость.
4. Что является элементарным эволюционным явлением?
Элементарное эволюционное явление – это направленное изменение генофонда популяции, приводящее к изменению признаков организмов. Для того чтобы элементарное эволюционное явление произошло, необходима некая смена внешних условий, которая повлекла бы за собой естественный отбор организмов по фенотипу.
5. Назовите условия, необходимые для осуществления эволюции. Докажите, что отсутствие хотя бы одного из этих условий станет препятствием для осуществления эволюции.
Для осуществления эволюции необходимо, чтобы на популяцию воздействовали три типа факторов.
1. Факторы, вызывающие изменения в генофонде популяции. К ним относятся наследственная изменчивость, поставляющая в популяцию новый генетический материал, и популяционные волны, формирующие различия между генофондами различных популяций.
2. Фактор, позволяющий популяции развиваться самостоятельно относительно других популяций либо разделяющий исходную популяцию на две или более новых. Таким фактором является изоляция.
3. Фактор, направляющий эволюционный процесс и обеспечивающий закрепление в популяции определенных адаптации и изменений организмов. Таким фактором служит естественный отбор.
Подумайте и выполните.
1. Будет ли происходить отбор в однородной популяции, например в популяции особей, вегетативно размножившихся от одного растения? Докажите свою точку зрения.
Нет, естественный отбор происходить не будет, так как естественный отбор подразумевает, что особи имеют различные признаки, которые понижают или повышают шансы каждой отдельной особи выжить. Если популяция однородная, значит, все особи имеют одинаковые признаки, значит, все имеют одинаковые шансы выжить.
2. Объясните, почему ненаследственная изменчивость не способна поставлять в популяцию новый эволюционный материал.
Ненаследственная изменчивость не будет закреплена в ДНК гамет, то есть не сможет передаться потомству.
Изменение генофонда популяций
Урок 4. Общая биология 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Изменение генофонда популяций»
Вспомним что, популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.
Что значит частота аллеля? Рассмотрим очень маленькую популяции. Пусть в ней будет только два человека. С карими глазами и его генотип по этому признаку будет Вb (бэ-большое, бэ-малое). Где В (Бэ-большое) отвечает за карий цвет глаз, а b (бэ-малое) за голубой. Второй человек с голубыми глазами с генотипом bb (бэ-малое, бэ-малое), то есть (рецессивная гомозигота). Вот аллель голубых глаз, какова его частота? В этой популяции есть ровно четыре аллеля ― это 100 %. Частота аллеля b (бэ-малое) составляет 75%, а частота аллеля карих глаз 25%. Частота аллеля относится к частоте генотипов, хромосоме каждой из особей в популяции. Частота аллеля не является частотой фенотипов.
Итак, частотой аллеля называют отношение количества изучаемых аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции.
Генетическое равновесие в популяциях
Генетическое равновесие популяции или постоянство частот встречаемости различных аллелей — это сбалансированное состояние генофонда популяций, которое стабильно и практически не меняется. То есть когда частота аллей различных генов в популяции постоянна.
Генетическое равновесие в популяции наблюдается при относительном постоянстве условий среды и высокой численности популяции.
Однако генетическое равновесие часто нарушается из-за различных факторов.
В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.
Каждый аллель из тех, что мы наблюдаем в популяциях, когда-то возник в результате мутации.
Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, происходит нарушение генетического равновесия, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.
В поколении закрепляются только те мутации, которые способствуют выживанию вида. Тогда как организм с неблагоприятными мутациями погибает и не даёт потомство. Следовательно, такая мутация в популяции закрепляться не будет.
Рассмотрим причины нарушения генетического равновесия
В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.
Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества. С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.
Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.
Особи, которые не имеют каких-то необходимых свойств для выживания «полезные» гены, не выдерживают конкуренции и погибают.
Так по прошествии какого-то времени, в результате естественного отбора происходит исчезновение одних признаков и эволюция других, а вместе с этим изменение генофонда популяции. То есть действие естественного отбора приводит к направленным изменениям генофонда популяции — повышению частот «полезных» генов.
Однако изменение генофонда может быть и ненаправленным, то есть случайным.
Какие факторы влияют на такое изменение? Давайте разберёмся.
Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить, например, из-за миграции организмов.
Миграция ─ это перемещение части популяции в новое место обитания.
Например, если небольшая часть животных или растений поселяется на новом месте, то генофонд вновь образованной популяции будет естественно меньше генофонда родительской популяции.
И если редкие гены, которые ранее не проявлялись в родительской популяции, находятся в генотипах мигрировавшей популяции, то теперь они могут быстро распространяться (вследствие полового размножения) среди особей новой популяции.
И наоборот ранее широко распространённые гены, которые были у многих особей родительской популяции, но отсутствуют у особей мигрировавшей популяции, не проявляются.
Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить и в случаях, когда популяция разделяется на две неравные части естественными или искусственными барьерами.
Например, построенная бобрами плотина может разделить обитавшую в реке популяцию рыб на две части. Генофонд малой популяции, который берет начало от малого количества особей, может, опять же в силу случайных причин, отличаться от генофонда исходной по составу. Он будет нести в себе только те генотипы, которые случайно подобрались среди малого числа основателей новой популяции. Редкие аллели могут оказаться обычными в новой популяции, возникшей в результате её обособления от исходной популяции.
Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить также из-за различных природных катастроф.
Например, после пожара в лесу остаются выжившими лишь немногие организмы.
В таких популяциях состав генофонда будет сформирован из случайно подобранных генотипов.
Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определит генетическую структуру всей популяции в период её расцвета.
При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других — резко повысится.
Набор генов, оставшихся у живых особей, может несколько отличаться от того, который существовал в популяции до катастрофы.
Резкие колебания численности популяций, чем бы они ни были вызваны, изменяют частоту аллелей в генофонде популяций.
Чем меньше численность популяции, тем выше вероятность потери редких генов, тем большее влияние оказывают на состав генофонда случайные факторы.
Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам.
Эти колебания изменяют частоту генов в популяциях, возникающих на смену друг другу.
Примером являются некоторые насекомые; только малое их количество выживает после зимы. Эта малая доля даёт начало новой летней популяции, её генофонд часто отличается от генофонда популяции, существовавшей год назад.
Таким образом, действие случайных факторов обедняет и изменяет генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием. Явление изменения состава генофонда, под действием случайных факторов называется дрейфом генов. В результате дрейфа генов может сложиться жизнеспособная популяция со своеобразным генофондом, во многом случайным, поскольку отбор в данном случае не играл ведущей роли.
По мере увеличения численности особей вновь восстановится действие естественного отбора, который будет распространяться уже на новый генофонд, приводя к его направленным изменениям.
Совокупность всех этих процессов может привести к обособлению нового вида.
Итак, мы рассмотрели с вами факторы, которые влияют на случайное изменение генофонда ― ненаправленное.
И сказали, что направленное изменение генофонда происходит благодаря естественному отбору.
Естественный отбор — это основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.
Естественный отбор приводит к последовательному возрастанию частот одних генов (полезных в данных условиях) и к снижению других.
Вследствие естественного отбора в генофонде популяций закрепляются полезные гены, т. е. благоприятствующие выживанию особей в данных условиях среды.
Их доля возрастает, и общий состав генофонда меняется.
Изменения генофонда под действием естественного отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, то есть особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге — к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.