Роль мутаций в эволюции распространение мутаций. Роль мутации в эволюции

Предмет: Биология

Тема: «Эволюционное значение мутаций»

Цель урока : создать условия для усвоения понятия мутация, рассмотреть эволюционную роль мутаций.

Задачи урока:

Воспитательная: патриотическое воспитание на примере отечественных ученых, изучивших мутационный процесс;

Развивающая: формирование умений и навыков самостоятельной работы, заложить основы для изучения генетики;

Образовательная : рассмотреть суть мутационного процесса, выявить его роль в эволюции.

Тип урока : Комбинированный.

Метод проведения : беседа, объяснение, самостоятельная работа групповая работа.

Ход урока:

Организационный момент . Приветствие. Подготовка аудитории к работе. Проверка наличии учащихся.

Проверка знаний учащихся и целепологание .

Учитель: сейчас мы выполним тестовое задание, с помощью которого мы узнаем что мы будем изучать на сегодняшнем уроке. (учащиеся приступают к выполнению теста). Приложение 1.

Учитель вместе с учащимися, с помощью правильно выполненного теста, сообщают тему урока и цель урока.

Изложение нового материала.

Учитель: Записываем тему урока.

Вспомним, эволюция делится на два вида:

Эволюция

Микроэволюция Макроэволюция

Дайте определение понятия микроэволюция? (видообразование).

Учитель проводит фронтальный опрос чтобы направить учащихся на самостоятельное изучение данной темы:

Единицей наследственности, является …?

Где находится хромосома?

С помощью рисунка на презентации и рассуждений вместе с учителем, учащиеся сами формулируют определение термину ген. (Ген – это участок молекулы ДНК, содержащая наследственную информацию).

Учитель: живой организм и каждая его клетка всегда подвергаются различным воздействиям окружающей среды. Воздействие внешней среды могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом. Как вы думаете, к чему приводят такие «ошибки»? (Мутациям)

Мутация – изменения наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые клетки или их части.

Учитель: Вопрос классу: Какова роль мутаций в эволюционном процессе? Для ответа на этот вопрос мы рассмотрим более подробно мутационный процесс. Какими бывают мутации?

Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам). Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови).

Мутация как фактор эволюции.

Учитель: Изучением природных мутаций занимался наш отечественный ученый С.С. Четвериков. Большинство мутаций вредны, но редковозникающие полезные мутации являются исходным материалом для эволюции.

Возникающие рецессивные мутации уходят в гетерозиготное состояние и незаметны. Но каждый вид (популяция), как губка, насыщается этими мутациями. Таким образом, имеет место скрытая изменчивость. Поскольку генетическое разнообразие является результатом эволюции, то мутация необходима для эволюционного прогресса.

Процессы, изменяющие генетическую структуру популяции.

Известно, что в разных популяциях одного вида частота мутантных генов неодинакова:

Природные катастрофы;

Миграции;

«Волны численности»;

Изоляция.

Учащимся нужно разделиться на группы и составит план выступления перед классом на тему выбранного процесса, изменяющую генетическую структуру популяции.

Подведение итогов (рефлекция)

Сегодня на уроке я...

Самым полезным интересным для меня было...

Я встретился с трудностью при...

Учитель: На какую оценку вы оцениваете сегодняшнюю работу в классе?

Закрепление изученного материала (вывод по уроку):

Какую роль играют мутации в процессе эволюции?

Домашнее задание. Заполнить таблицу (приложение 3) и ответить на вопросы стр. 58.

Приложение 1.

Тест на тему: «Вид – эволюционная единица. Его критерии и структура»

Какое из утверждений наиболее правильно:

2) Кто из перечисленных организмов не может эволюционировать?

У) самка пчелы.

И) популяция пчел.

Т) Стая голубей.

3) Критерий, характеризующий определённый ареал, занимаемый видом в природе, - это…
Л) Экологический критерий
Б) Морфологический критерий
Т). Географический критерий
Г) Физиологический критерий

4) Совокупность географически и экологически близких популяций, способных скрещиваться между собой, обладающих общими морфо-физиологическими признаками, - это…
А) Вид
Н) Особь
В) Популяция
Ш) Класс

5) Степень подвижности особей выражается расстоянием, на которое может перемещаться животное, - это расстояние называется…
Ц) Радиусом индивидуальной активности
Ж) Миграцией
Д) Изоляцией
И) Верного ответа нет

6) Для видов обитающих в Байкале, ареал ограничивается этим озером, - это пример … критерия
К) Экологического
Т) Морфологического
И) Географического
Г) Физиологического

7) .Критений вида, включающий в себя совокупность факторов внешней среды, составляющих непосредственную среду обитания вида, - это … критерий
Я) Экологический
У) Географический
И) Морфологический
Г) Верного ответа нет

Во все века человечество пыталось найти ответы на вопросы: Каким образом сформировалось это колоссальное разнообразие? Почему каждый вид оптимально приспособлен к условиям своего обитания? Чем отличаются одни виды от других? Почему одни виды процветают, а другие вымирают и исчезают с лица Земли?

1. Элементарная единица эволюции Популяция 2. Элементарный эволюционный материал Мутации – генотипическое разнообразие в популяциях 3. Элементарное эволюционное явление Длительное и направленное изменение генофонда 4.Элементарные эволюционные факторы Наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор – направляющий фактор 5. Элементарный объект отбора Отдельная особь с определенным фенотипом

С.С. Четвериков Популяции подобно губке, впитывают рецессивные мутации, оставаясь при этом фенотипически однородными. Существование такого открытого резерва наследственной изменчивости создает возможность для эволюционных преобразований популяции под воздействием естественного отбора. Занимался изучением природных мутаций, изменений наследственных свойств организма. Внес значительный вклад в развитие популяционной генетики.

Мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определенной частотой. В процессе полового размножения мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, то есть в его клетках гомологичные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.

Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора. В разных популяциях одного вида частота мутантных генов неодинакова. Нет популяций с совершенно одинаковой частотой встречаемости мутантных признаков. Эти различия могут быть обусловлены тем, что популяции обитают в неодинаковых условиях внешней среды. Направленное изменение частоты генов в популяциях обусловлено действием естественного отбора.

Волны жизни колебания численности особей в популяции. Термин введён русским биологом С. С. Четвериковым в 1915 году. Подобные колебания численности могут быть сезонными или несезонными, повторяющимися через различные промежутки времени; обычно они тем длиннее, чем продолжительнее цикл развития организмов. Впоследствии термин был заменён понятием популяционные волны (один из 4 элементарных эволюционных факторов мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор). Основное значение сводится к случайным изменениям концентраций различных мутаций, содержащихся в популяциях, а также к ослаблению давления отбора при увеличении и его усилению при уменьшении численности особей в популяции. Под термином иногда подразумевают этапы развития растительного и животного мира, примерно соответствующие смене геологических циклов.

Эволюционные факторы – факторы вызывающие эволюцию популяций. «Волны жизни» и «дрейф генов», как правило, сопровождают эволюционный процесс каждой популяции, если речь идет о длительном процессе (периоде времени). Однако, историческое развитие органического мира теоретически возможно и без них, то есть только на основе изменчивости, наследственности, борьбы за существование и естественного отбора.

Можно ли считать все причины, вызывающие гибель организмов, естественным отбором? Естественный отбор не является единственной причиной гибели организмов. Смерть животного может быть следствием случайного события (лесного пожара, наводнения или другого стихийного бедствия, которое не оставляет шансов на выживание).

Эволюционные факторы Направляющие эволюционный процесс Ненаправляющие эволюционный процесс Естественный отбор (на фоне борьбы за существование) -Наследственная изменчивость. -- Дрейф генов. -- Волны жизни. -- Изоляция. Действует в популяции, изменяя ее генофонд Возможный результат: возникновение новых популяций, подвидов, видов (видообразование)

Совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях вида и приводящих к изменению генофондов этих популяций и образованию новых подвидов, видов, называется микроэволюцией. Эволюция на уровне систематических единиц выше вида, протекающая миллионы лет и недоступная непосредственному изучению, называется макроэволюцией. Эти два процесса едины. Домашнее задание: Стр Привести примеры ароморфозов, идиоадаптаций и дегенераций. Повторить определения вид, популяция, эволюция, макроэволюция, микроэволюция.

Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов, эволюционная теория получила новый толчок и дальнейшее развитие. Велик вклад в популяционную генетику русского учёного С. Четверикова. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а так же на колебания частоты генов в популяциях, в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления – ключ к пониманию процессов эволюции.

Действительно, мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определённой частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 10 тыс. – 1 млн. гамет несёт вновь возникшую мутацию в определённом локусе. Так как одновременно мутируют многие гаметы, то 10-15% гамет несут те или иные мутационные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости, мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выделяться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.

В примере с бабочкой, березовой пяденицей, казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивному аллелю (аа), обитающих в лесу с тёмными стволами берёз, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантному аллелю (АА). Но на протяжении длительного времени в закопчённых берёзовых лесах Юга Англии постоянно встречаются светлые бабочки берёзовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантному аллелю, плохо усваивают листья берёз, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.

Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказываются вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот.

Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведённых примеров можно указать на следующий. Мутация, обуславливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических просторах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.

Таким образом, мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора.

Генетические процессы в популяциях

В разных популяциях одного вида, частота мутационных генов неодинакова. Практически нет двух популяций с совершенной частотой встречаемости мутационных признаков. Эти различия могут быть обусловлены тем, что популяции обитают в неодинаковых условиях внешней среды. Направленное изменение частоты генов в популяциях обусловлено действием естественного отбора. Но и близко расположенные, соседние популяции могут отличаться друг от друга столь же значительно, как и далеко расположенные. Это объясняется тем, что в популяциях ряд процессов приводит к ненаправленному случайному изменению частоты генов, или, другими словами, их генетической структуры.

Например, при миграции животных или растений, на новом месте обитания появляется незначительная часть исходной популяции. Генофонд вновь образованной популяции неизбежно меньше генофонда родительской популяции, и частота генов в ней будет значительно отличаться от частоты генов исходной популяции. Гены, до того редко встречающиеся, вследствие полового размножения быстро распространяются среди новой популяции. В то же время широко распространённые гены могут отсутствовать, если их не было в генотипе основателей новой популяции.

Другой пример. Природные катастрофы – лесные или степные пожары, наводнения и т.п. – вызывают массовую, неизбежную гибель живых организмов, особенно малоподвижных форм: растений, грибов, моллюсков, земноводных и т.д. Особи, избежавшие гибели, остаются в живых благодаря чистой случайности. В популяции, пережившей катастрофу, происходит понижение численности. При этом частоты аллелей будут иными, чем в исходной популяции. Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт оставшаяся, немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определяет генетическую структуру всей популяции в период её расцвета. При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других может случайно резко повыситься.

В биоценозе часто наблюдаются периодические колебания численности популяций, связанные со взаимоотношениями типа «хищник – жертва». Усиленное размножение объектов охоты хищников на основе увеличения кормовых ресурсов приводит, в свою очередь, к усиленному размножению хищников. Увеличение же численности хищников вызывает массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов обуславливает сокращение численности хищников и восстановление размеров популяций жертв. Эти колебания численности называются волнами численности. Они изменяют частоту генов в популяциях, в чём и состоит их эволюционное значение.

К изменениям частоты генов в популяциях приводит так же ограничение обмена генами между ними, вследствие пространственной изоляции. Реки служат преградой для сухопутных видов, горы и возвышения изолируют равнинные популяции. Каждая из изолированных популяций обладает специфическими особенностями, связанными с условиями жизни. Важное следствие изоляции – близкородственное скрещивание – инбридинг. Благодаря инбридингу рецессивные аллели, распространяясь в популяции, проявляются в гомозиготном состоянии, что снижает жизнеспособность организмов. В человеческих популяциях, изоляты, с высокой степенью инбридинга встречаются в горных районах и на островах. Сохранила ещё значение изоляция отдельных групп населения по кастовым, религиозным, расовым и другим причинам.

Эволюционное значение различных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями, а так же в том, что разделённые части популяции или вида подвергаются неодинаковому давлению отбора.

Таким образом, изменения частоты генов, вызванные теми или иными факторами внешней среды, служат основой возникновения различий между популяциями и в дальнейшем обусловливают преобразование их в новые виды. Поэтому изменения популяций в ходе естественного отбора называют микроэволюцией.

Контрольные вопросы

1. Работа С. Четверикова в области популяционной генетики.

2. Эволюционная роль мутаций.

3. Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций.

4. Изменения частоты генов в популяции.

5. Что такое микроэволюция?

Эволюционная роль мутаций

Мутация

мутагенами

Генотип

аллеля (аллель гомозигота гетерозигота (Аа).

Эволюционная роль мутаций

Организм и каждая его клетка непрерывно подвергается различным воздействиям среды, которые могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом, т.е. мутацию.

Мутация – изменение наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые хромосомы или их части.

Изучением природных мутаций занимался отечественный ученый С.С.Четвериков и голландский ботаник Де Фриз.

Мутация – непрерывный, случайны процесс, но не беспричинный!

Воздействия, которые вызывают мутации называются мутагенами . Основными мутагенами являются: все виды излучений, химические вещества, вирусы, бактерии, чрезмерная высокая или низкая температура т др.

Мутации бывают: вредные, нейтральные и вредные. Одна и та же мутация может поменять свое значение при изменившихся условиях. Большинство мутаций вредны, но редко возникающие полезные мутации являются исходным материалом для эволюции.

Для всех организмов в естественном состоянии характерно свободное скрещивание – стабилизирующий аппарат генотипов в популяции. (Генотип – совокупность генов организма).

Ген – участок молекулы ДНК, содержащий наследственную информацию. Ген имеет два аллеля (аллель – конкретное состояние гена): доминантный ген – А, рецессивный ген – а. При слиянии двух клеток образуется зигота, если она имеет два одинаковых аллеля гена, то она называется гомозигота (АА, аа), если разные аллелли – гетерозигота (Аа).

Возникающие рецессивные мутации уходят в гетерозиготное состояние и незаметны. Но каждый вид (популяция), как губка, насыщается такими мутациями. Таким образом имеет место скрытая изменчивость.

Частота мутаций 10 -4 , 10 -8 .

У каждого организма количество генов велико, следовательно вероятность встречаемости мутации больше, количество особей в популяции велико. Таким образом, можно говорить о том, что мутация – обычное явление.

Поскольку генетическое разнообразие является результатов эволюции, то мутация необходима для эволюционного процесса.

Частота мутаций зависит от: природных катастроф (одни мутации исчезают, а концентрация других повышается); миграции (изменяется частота генов-отличается от исходной); «волн численности», изоляции.

Изменение направлений естественного отбора соответственно новым условиям борьбы за существование

Отбор особей, наслед. изменения которых позволяют им осваивать новые территории или местообитание

Географическое видообразование

Экологическое видообразование

Расселение на новой территории

Освоение новых экологических ниш в пределах старого ареала

Географическое изоляция между популяциями

Возникновение подвидов

Биологическая изоляция

Возникновение новых видов

Отбор в новых условиях среды

Отбор в новых условиях среды

Биологическая изоляция

Возникновение подвидов

Возникновение новых видов

Последовательность событий при видообразовании

Изменение среды обитания или положения вида (популяции) в ней

Обострение борьбы за существование между особями