Rola mutacji w ewolucji rozprzestrzeniania się mutacji. Rola mutacji w ewolucji

Temat: Biologia

Temat: „Ewolucyjne znaczenie mutacji”

Cel lekcji: stworzyć warunki do opanowania koncepcji mutacji, rozważyć ewolucyjną rolę mutacji.

Cele lekcji:

Edukacyjny: wychowanie patriotyczne na przykładzie krajowych naukowców, którzy badali proces mutacji;

Rozwojowy: kształtowanie umiejętności i zdolności do samodzielnej pracy, kładąc podwaliny pod badania genetyki;

Edukacyjny: rozważyć istotę procesu mutacji, określić jego rolę w ewolucji.

Typ lekcji: W połączeniu.

Sposób realizacji: rozmowa, wyjaśnienia, praca samodzielna, praca w grupie.

Postęp lekcji:

Moment organizacyjny . Pozdrowienia. Przygotowanie publiczności do pracy. Sprawdzanie dostępności studentów.

Sprawdzanie wiedzy uczniów i wyznaczanie celów .

Nauczyciel: Teraz wykonamy zadanie testowe, za pomocą którego dowiemy się, czego będziemy się uczyć na dzisiejszej lekcji. (uczniowie zaczynają zdawać egzamin). Załącznik 1.

Nauczyciel wraz z uczniami, za pomocą poprawnie wypełnionego testu, przekazuje temat lekcji i jej cel.

Prezentacja nowego materiału.

Nauczyciel: Zapisz temat lekcji.

Pamiętajmy, że ewolucja dzieli się na dwa typy:

Ewolucja

Mikroewolucja Makroewolucja

Zdefiniuj pojęcie mikroewolucji? (specjacja).

Nauczyciel przeprowadza ankietę frontalną, aby nakłonić uczniów do samodzielnego studiowania tego tematu:

Jednostką dziedziczności jest...?

Gdzie znajduje się chromosom?

Korzystając z rysunku z prezentacji i rozumowania wspólnie z nauczycielem, uczniowie samodzielnie formułują definicję terminu gen. (Gen to odcinek cząsteczki DNA zawierający informację dziedziczną.)

Nauczyciel:żywy organizm i każda jego komórka są zawsze narażone na różnorodne wpływy środowiska. Ekspozycja na środowisko zewnętrzne może powodować zaburzenia w procesie podziału komórek i „błędy” w kopiowaniu genów i chromosomów. Jak myślisz, do czego prowadzą te „błędy”? (Mutacje)

Mutacja to zmiana w dziedzicznym aparacie komórki, wpływająca na całe komórki lub ich części.

Nauczyciel: Pytanie do klasy: Jaka jest rola mutacji w procesie ewolucyjnym? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przyjrzymy się procesowi mutacji bardziej szczegółowo. Jakie są rodzaje mutacji?

Korzystne mutacje: mutacje prowadzące do zwiększonej odporności organizmu (odporność karaluchów na pestycydy). Szkodliwe mutacje: głuchota, ślepota barw. Mutacje neutralne: mutacje nie wpływają na żywotność organizmu (kolor oczu, grupa krwi).

Mutacja jako czynnik ewolucji.

Nauczyciel: Nasz domowy naukowiec S.S. badał naturalne mutacje. Czetwerikow. Większość mutacji jest szkodliwa, ale rzadkie korzystne mutacje są materiałem wyjściowym ewolucji.

Pojawiające się mutacje recesywne stają się heterozygotyczne i są niewidoczne. Ale każdy gatunek (populacja), podobnie jak gąbka, jest nasycony tymi mutacjami. Zatem istnieje ukryta zmienność. Ponieważ różnorodność genetyczna jest wynikiem ewolucji, mutacje są niezbędne dla postępu ewolucyjnego.

Procesy zmieniające strukturę genetyczną populacji.

Wiadomo, że w różnych populacjach tego samego gatunku częstość występowania zmutowanych genów nie jest taka sama:

Klęski żywiołowe;

Migracje;

„Fale liczb”;

Izolacja.

Uczniowie muszą podzielić się na grupy i zaplanować rozmowę z klasą na temat wybranego procesu zmieniającego strukturę genetyczną populacji.

Podsumowanie (refleksja)

Dziś w klasie I...

Najbardziej użyteczną i interesującą rzeczą dla mnie było...

Napotkałem trudności z...

Nauczyciel: Jak oceniasz dzisiejszą pracę na zajęciach?

Utrwalenie poznanego materiału (zakończenie lekcji):

Jaką rolę odgrywają mutacje w procesie ewolucji?

Praca domowa. Wypełnij tabelę (załącznik 3) i odpowiedz na pytania ze strony 58.

Załącznik 1.

Test na temat: „Gatunek jest jednostką ewolucyjną. Jego kryteria i struktura”

Które z poniższych stwierdzeń jest najbardziej poprawne:

2) Który z poniższych organizmów nie może ewoluować?

U) samica pszczoły.

I) populacja pszczół.

T) Stado gołębi.

3) Kryterium charakteryzującym pewien obszar zajmowany przez gatunek w przyrodzie jest...
K) Kryterium ekologiczne
B) Kryterium morfologiczne
T). Kryterium geograficzne
D) Kryterium fizjologiczne

4) Zbiór populacji bliskich geograficznie i ekologicznie, zdolnych do krzyżowania się i mających wspólne cechy morfofizjologiczne, to...
A) Zobacz
N) Indywidualny
B) Ludność
Ř) Klasa

5) Stopień mobilności osobników wyraża się odległością, na jaką zwierzę może się poruszać - odległość tę nazywa się ...
C) Promień indywidualnej działalności
G) Migracja
D) Izolacja
I) Nie ma poprawnej odpowiedzi

6) W przypadku gatunków żyjących w Bajkale zasięg ogranicza się do tego jeziora – jest to przykład… kryterium
K) Ekologiczne
T) Morfologiczne
I) Geograficzne
D) Fizjologiczne

7). Kryterium gatunku, które obejmuje zespół czynników środowiskowych składających się na bezpośrednie siedlisko gatunku, to… kryterium
I) Ekologiczne
U) Geograficzne
I) Morfologiczne
D) Nie ma poprawnej odpowiedzi

Przez wszystkie stulecia ludzkość próbowała znaleźć odpowiedzi na pytania: Jak powstała ta kolosalna różnorodność? Dlaczego każdy gatunek jest optymalnie dostosowany do warunków siedliskowych? Czym niektóre gatunki różnią się od innych? Dlaczego niektóre gatunki rozwijają się, podczas gdy inne wymierają i znikają z powierzchni Ziemi?

1. Elementarna jednostka ewolucji Populacja 2. Elementarny materiał ewolucyjny Mutacje - zróżnicowanie genotypowe w populacjach 3. Elementarne zjawisko ewolucyjne Długoterminowa i ukierunkowana zmiana w puli genowej 4. Elementarne czynniki ewolucyjne Zmienność dziedziczna, walka o byt, dobór naturalny - czynnik kierujący 5. Elementarny przedmiot selekcji Wyodrębnij osobnika o określonym fenotypie

SS. Populacje Chetverika, niczym gąbka, absorbują mutacje recesywne, pozostając jednocześnie fenotypowo jednorodne. Istnienie tak otwartej rezerwy zmienności dziedzicznej stwarza szansę na ewolucyjne przekształcenia populacji pod wpływem doboru naturalnego. Badał naturalne mutacje i zmiany dziedzicznych właściwości organizmu. Wniósł znaczący wkład w rozwój genetyki populacyjnej.

Proces mutacji jest stale działającym źródłem dziedzicznej zmienności. Geny mutują z określoną częstotliwością. Podczas rozmnażania płciowego mutacje mogą rozprzestrzeniać się szeroko w populacjach. Większość organizmów jest heterozygotyczna pod względem wielu genów, to znaczy w ich komórkach homologiczne chromosomy niosą różne formy tego samego genu. Organizmy heterozygotyczne są lepiej przystosowane niż organizmy homozygotyczne.

Proces mutacji jest źródłem rezerwy dziedzicznej zmienności populacji. Utrzymując wysoki stopień różnorodności genetycznej w populacjach, zapewnia podstawę do działania doboru naturalnego. W różnych populacjach tego samego gatunku częstość występowania zmutowanych genów nie jest taka sama. Nie ma populacji o dokładnie takiej samej częstotliwości występowania cech zmutowanych. Różnice te mogą wynikać z faktu, że populacje żyją w różnych warunkach środowiskowych. Ukierunkowane zmiany w częstotliwości genów w populacjach wynikają z działania doboru naturalnego.

Fale życia - wahania liczby osobników w populacji. Termin ten wprowadził rosyjski biolog S. S. Czetwerikow w 1915 roku. Takie wahania liczb mogą mieć charakter sezonowy lub niesezonowy i powtarzać się w różnych odstępach czasu; Zwykle są one dłuższe, im dłuższy jest cykl rozwojowy organizmów. Następnie termin ten zastąpiono pojęciem fal populacyjnych (jeden z 4 elementarnych czynników ewolucyjnych: proces mutacji, fale populacyjne, izolacja i dobór naturalny). Główne znaczenie sprowadza się do przypadkowych zmian w koncentracji różnych mutacji występujących w populacjach, a także do osłabienia presji selekcyjnej w miarę wzrostu liczby osobników w populacji i jej nasilenia, gdy liczba osobników maleje. Termin ten czasami odnosi się do etapów rozwoju flory i fauny, w przybliżeniu odpowiadających zmianom cykli geologicznych.

Czynniki ewolucyjne to czynniki powodujące ewolucję populacji. „Fale życia” i „dryf genetyczny” z reguły towarzyszą procesowi ewolucyjnemu każdej populacji, jeśli mówimy o procesie długim (okresie czasu). Jednak historyczny rozwój świata organicznego jest teoretycznie możliwy bez nich, czyli jedynie w oparciu o zmienność, dziedziczność, walkę o byt i dobór naturalny.

Czy wszystkie przyczyny powodujące śmierć organizmów można uznać za dobór naturalny? Dobór naturalny nie jest jedyną przyczyną śmierci organizmów. Śmierć zwierzęcia może być skutkiem zdarzenia losowego (pożar lasu, powódź lub inna klęska żywiołowa nie pozostawiająca szans na przeżycie).

Czynniki ewolucyjne Kierowanie procesem ewolucyjnym Niekierowanie procesem ewolucyjnym Dobór naturalny (na tle walki o byt) - Zmienność dziedziczna. — Dryf genetyczny. - Fale życia. -- Izolacja. Działa w populacji, zmieniając jej pulę genową. Możliwy skutek: pojawienie się nowych populacji, podgatunków, gatunków (specjacja).

Zespół procesów ewolucyjnych zachodzących w populacjach gatunku i prowadzących do zmian w pulach genowych tych populacji oraz powstawania nowych podgatunków i gatunków nazywa się mikroewolucją. Ewolucja na poziomie jednostek systematycznych ponad gatunkiem, która zachodzi na przestrzeni milionów lat i jest niedostępna do bezpośrednich badań, nazywa się makroewolucją. Te dwa procesy stanowią jeden.

Dzięki badaniu procesów genetycznych w populacjach organizmów żywych teoria ewolucji otrzymała nowy impuls i dalszy rozwój. Rosyjski naukowiec S. Chetverikov wniósł ogromny wkład w genetykę populacyjną. Zwrócił uwagę na nasycenie populacji naturalnych mutacjami recesywnymi, a także wahania w częstości występowania genów w populacjach w zależności od działania czynników środowiskowych i uzasadnił stanowisko, że te dwa zjawiska są kluczem do zrozumienia procesów ewolucji .

Rzeczywiście, proces mutacji jest stale działającym źródłem dziedzicznej zmienności. Geny mutują z określoną częstotliwością. Szacuje się, że średnio jedna gameta na 10 tysięcy - 1 milion gamet niesie ze sobą nowo powstającą mutację w określonym locus. Ponieważ wiele gamet mutuje w tym samym czasie, 10-15% gamet jest nosicielami jednego lub drugiego allelu mutacji. Dlatego naturalne populacje są nasycone szeroką gamą mutacji. Ze względu na zmienność kombinacyjną mutacje mogą rozprzestrzeniać się szeroko w populacjach. Większość organizmów jest heterozygotyczna pod względem wielu genów. Można przypuszczać, że w wyniku rozmnażania płciowego organizmy homozygotyczne będą stale izolowane wśród potomstwa, a odsetek heterozygot powinien systematycznie spadać. Jednak tak się nie dzieje. Faktem jest, że w przeważającej większości przypadków organizmy heterozygotyczne są lepiej przystosowane niż organizmy homozygotyczne.

Na przykładzie motyla ćmy brzozowej wydawałoby się, że jasne motyle, homozygotyczne pod względem allelu recesywnego (aa), żyjące w lesie z ciemnymi pniami brzozowymi, powinny zostać szybko zniszczone przez wrogów i jedyną formą w tych warunkach życia powinny być motylami ciemnego koloru, homozygotycznymi pod względem allelu dominującego (AA). Ale przez długi czas jasne motyle ćmy brzozowej stale można było znaleźć w zadymionych lasach brzozowych na południu Anglii. Okazało się, że gąsienice homozygotyczne pod względem allelu dominującego słabo trawią liście brzozy pokryte sadzą i sadzą, natomiast gąsienice heterozygotyczne rosną znacznie lepiej na tym pokarmie. W konsekwencji większa elastyczność biochemiczna organizmów heterozygotycznych prowadzi do ich lepszego przeżycia, a selekcja działa na korzyść heterozygot.

Tak więc, choć większość mutacji w danych specyficznych warunkach jest szkodliwa i w stanie homozygotycznym, mutacje z reguły zmniejszają żywotność osobników, to jednak utrwalają się w populacjach na skutek selekcji na korzyść heterozygot.

Aby zrozumieć przemiany ewolucyjne, należy pamiętać, że mutacje, które są szkodliwe w niektórych warunkach, mogą zwiększać żywotność w innych warunkach środowiskowych. Oprócz powyższych przykładów można wskazać następujące. Mutacja powodująca niedorozwój lub całkowity brak skrzydeł u owadów jest z pewnością szkodliwa w normalnych warunkach, a osobniki bezskrzydłe szybko zastępowane są przez normalne. Ale w przestrzeniach oceanicznych i przełęczach górskich, gdzie wieją silne wiatry, takie owady mają przewagę nad osobnikami o normalnie rozwiniętych skrzydłach.

Zatem proces mutacji jest źródłem rezerwy dziedzicznej zmienności populacji. Utrzymując wysoki stopień różnorodności genetycznej w populacjach, zapewnia podstawę do działania doboru naturalnego.

Procesy genetyczne w populacjach

W różnych populacjach tego samego gatunku częstość występowania mutacji genów nie jest taka sama. Praktycznie nie ma dwóch populacji o idealnej częstotliwości występowania cech mutacyjnych. Różnice te mogą wynikać z faktu, że populacje żyją w różnych warunkach środowiskowych. Ukierunkowane zmiany w częstotliwości genów w populacjach wynikają z działania doboru naturalnego. Jednak blisko położone, sąsiednie populacje mogą różnić się od siebie tak samo znacząco, jak populacje położone daleko. Wyjaśnia to fakt, że w populacjach szereg procesów prowadzi do nieukierunkowanych losowych zmian w częstotliwości genów, czyli inaczej mówiąc, w ich strukturze genetycznej.

Na przykład podczas migracji zwierząt lub roślin niewielka część pierwotnej populacji pojawia się w nowym siedlisku. Pula genów nowo utworzonej populacji jest nieuchronnie mniejsza niż pula genów populacji rodzicielskiej, a częstotliwość występowania w niej genów będzie znacznie różnić się od częstotliwości występowania genów w populacji pierwotnej. Geny, wcześniej rzadkie, szybko rozprzestrzeniają się wśród nowej populacji w wyniku rozmnażania płciowego. Jednocześnie powszechne geny mogą być nieobecne, jeśli nie występują w genotypie założycieli nowej populacji.

Inny przykład. Klęski żywiołowe - pożary lasów lub stepów, powodzie itp. – powodują masową, nieuniknioną śmierć organizmów żywych, zwłaszcza form osiadłych: roślin, grzybów, mięczaków, płazów itp. Osoby, które uniknęły śmierci, pozostają przy życiu dzięki czystemu przypadkowi. W populacji, która przeżyła katastrofę, następuje spadek liczebności. W tym przypadku częstość alleli będzie inna niż w populacji pierwotnej. Po spadku liczebności rozpoczyna się masowa reprodukcja, którą inicjuje pozostała, niewielka grupa. Skład genetyczny tej grupy determinuje strukturę genetyczną całej populacji w okresie jej świetności. W takim przypadku niektóre mutacje mogą całkowicie zniknąć, podczas gdy stężenie innych może przypadkowo gwałtownie wzrosnąć.

W biocenozie często obserwuje się okresowe wahania liczebności populacji, związane z relacjami drapieżnik-ofiara. Zwiększone rozmnażanie ofiar drapieżników w oparciu o zwiększenie zasobów pożywienia prowadzi z kolei do zwiększonego rozmnażania drapieżników. Wzrost liczebności drapieżników powoduje masową zagładę ich ofiar. Brak zasobów pożywienia powoduje zmniejszenie liczebności drapieżników i przywrócenie liczebności populacji ofiar. Te wahania liczb nazywane są falami populacyjnymi. Zmieniają częstość występowania genów w populacjach, co stanowi ich znaczenie ewolucyjne.

Zmiany w częstotliwości genów w populacjach spowodowane są także ograniczoną wymianą genów między nimi w wyniku izolacji przestrzennej. Rzeki stanowią barierę dla gatunków lądowych, góry i wzniesienia izolują populacje nizinne. Każda izolowana populacja ma specyficzne cechy związane z warunkami życia. Ważną konsekwencją izolacji jest chów wsobny – chów wsobny. Dzięki chowie wsobnemu allele recesywne rozprzestrzeniające się w populacji pojawiają się w stanie homozygotycznym, co zmniejsza żywotność organizmów. W populacjach ludzkich izolaty o wysokim stopniu chowu wsobnego występują na obszarach górskich i na wyspach. Izolacja niektórych grup ludności ze względów kastowych, religijnych, rasowych i innych pozostaje nadal istotna.

Ewolucyjne znaczenie różnych form izolacji polega na tym, że utrwala ona i wzmacnia różnice genetyczne między populacjami, a także na tym, że oddzielone części populacji lub gatunku podlegają nierównej presji selekcyjnej.

Zatem zmiany w częstotliwości genów spowodowane pewnymi czynnikami środowiskowymi stanowią podstawę pojawienia się różnic między populacjami, a następnie determinują ich transformację w nowe gatunki. Dlatego zmiany w populacjach podczas doboru naturalnego nazywane są mikroewolucją.

Pytania bezpieczeństwa

1. Praca S. Czetwerikowa z zakresu genetyki populacyjnej.

2. Ewolucyjna rola mutacji.

3. Proces mutacji jest źródłem rezerwy dziedzicznej zmienności populacji.

4. Zmiany częstości występowania genów w populacji.

5. Czym jest mikroewolucja?

Ewolucyjna rola mutacji

Mutacja

mutageny

Genotyp

allel (allel homozygota heterozygota(Ach).

Ewolucyjna rola mutacji

Organizm i każda jego komórka są stale narażone na różnorodne wpływy środowiska, które mogą powodować zaburzenia w procesie podziału komórek oraz „błędy” w kopiowaniu genów i chromosomów, tj. mutacja.

Mutacja- zmiana w aparacie dziedzicznym komórki, wpływająca na całe chromosomy lub ich części.

Badanie naturalnych mutacji przeprowadzili krajowy naukowiec S.S. Chetverikov i holenderski botanik De Vries.

Mutacja jest procesem ciągłym, losowym, ale nie bez przyczyny!

Wpływy powodujące mutacje nazywane są mutageny. Głównymi mutagenami są: wszelkiego rodzaju promieniowanie, chemikalia, wirusy, bakterie, nadmierna wysoka lub niska temperatura itp.

Mutacje są: szkodliwe, neutralne i szkodliwe. Ta sama mutacja może zmienić swoje znaczenie w zmieniających się warunkach. Większość mutacji jest szkodliwa, ale rzadkie korzystne mutacje są materiałem wyjściowym ewolucji.

Wszystkie organizmy w swoim naturalnym stanie charakteryzują się swobodnym krzyżowaniem - aparatem stabilizującym genotypy w populacji. ( Genotyp - zespół genów organizmu).

Gen to odcinek cząsteczki DNA zawierający informację dziedziczną. Gen ma dwa allel (allel – specyficzny stan genu): gen dominujący – A, gen recesywny – a. Kiedy dwie komórki łączą się, powstaje zygota; jeśli ma dwa identyczne allele genu, nazywa się to homozygota(AA, aa), jeśli różne allele – heterozygota(Ach).

Pojawiające się mutacje recesywne stają się heterozygotyczne i są niewidoczne. Ale każdy gatunek (populacja), podobnie jak gąbka, jest nasycony takimi mutacjami. W ten sposób pojawia się ukryta zmienność.

Częstotliwość mutacji 10 -4, 10 -8.

Każdy organizm ma dużą liczbę genów, dlatego prawdopodobieństwo wystąpienia mutacji jest większe, liczba osobników w populacji jest duża. Można zatem powiedzieć, że mutacja jest zjawiskiem powszechnym.

Ponieważ różnorodność genetyczna jest wynikiem ewolucji, mutacja jest konieczna w procesie ewolucyjnym.

Częstotliwość mutacji zależy od: klęsk żywiołowych (niektóre mutacje zanikają, a koncentracja innych wzrasta); migracja (zmiany częstotliwości genów - różni się od oryginału); „fale liczb”, izolacja.

Zmiana kierunków doboru naturalnego zgodnie z nowymi warunkami walki o byt

Selekcja jednostek, dziedziczenie. zmiany, które pozwalają im na rozwój nowych terytoriów lub siedlisk

Specjacja geograficzna

Specjacja ekologiczna

Osiedlenie się na nowym terytorium

Rozwój nowych nisz ekologicznych w obrębie starego zasięgu

Izolacja geograficzna pomiędzy populacjami

Pojawienie się podgatunków

Izolacja biologiczna

Pojawienie się nowych gatunków

Selekcja w nowych warunkach środowiskowych

Selekcja w nowych warunkach środowiskowych

Izolacja biologiczna

Pojawienie się podgatunków

Pojawienie się nowych gatunków

Kolejność zdarzeń podczas specjacji

Zmiana siedliska lub pozycji gatunku (populacji) w nim

Nasilenie walki o byt między jednostkami