§ 52 Еволюційні процеси в популяціях

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Поміркуй, які зміни можуть з’явитися у фенотипах і генотипах в популяції міських ящірок порівняно з лісовими. Уклади план гіпотетичного експерименту для виявлення того, який вид мінливості — спадкова чи неспадкова — є визначальним у їх формуванні.

У популяції міських ящірок порівняно з лісовими можуть з’явитися такі фенотипові зміни, як темніше або світліше забарвлення шкіри для маскування на бетоні та асфальті, подовження кінцівок або збільшення чіпкості пальців для пересування вертикальними стінами, а також зниження лякливості щодо людей. На рівні генотипів відбуваються зміни частот алелів генів, які відповідають за синтез пігментів шкіри, розвиток скелета кінцівок та стресостійкість.

План гіпотетичного експерименту («Спільний сад»):

1. Відбір новонароджених особин або яєць ящірок з двох популяцій: міської та лісової.
2. Вирощування обох груп ящірок від народження в абсолютно однакових лабораторних умовах (температура, освітлення, раціон харчування, субстрат).
3. Вимірювання та аналіз фенотипових ознак (довжина кінцівок, будова лусочок, забарвлення) у дорослих ящірок обох груп.
4. Формулювання висновку: якщо відмінності між міськими та лісовими ящірками зберігаються за однакових умов вирощування, визначальною є спадкова мінливість; якщо ж фенотипи ящірок стають однаковими, визначальною є неспадкова (модифікаційна) мінливість.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Популяція наземних черевоногих молюсків, що мають два варіанти забарвлення — смугасте і однорідне, — опановує нову територію (мал. 52.1). Ці молюски часто стають здобиччю птахів, які розбивають мушлі і споживають м’які частини тіла. Результати дослідження кількості ушкоджених мушель і живих молюсків відображено у таблиці. Спираючись на результати дослідження та враховуючи високу плодючість молюсків, спрогнозуй, яким буде співвідношення молюсків зі смугастими та однорідними мушлями через кілька років.

Аналіз даних таблиці свідчить, що птахи знищують більший відсоток смугастих молюсків (близько 64,8%), ніж молюсків з однорідною мушлею (близько 55,6%). Це означає, що молюски з однорідним забарвленням краще замасковані на даній території і мають виживаність 44,4% проти 35,2% у смугастих. Через кілька років під дією природного добору та завдяки високій плодючості частка молюсків з однорідними мушлями у популяції суттєво зросте, а частка смугастих молюсків зменшиться.

2. За зміни умов певний алель може надавати організмам перевагу у виживанні і розмноженні. Змоделюй ситуації: у популяції внаслідок мутації чи міграції з’являється носій такого: а) домінантного алеля; б) рецесивного алеля. У якому з двох випадків алель зможе швидше поширитися у популяції? Зберігатися в популяції в прихованому стані? Змоделюй ці процеси в e-ДОДАТКУ за інтерактивною симуляцією (завдання 52.1).

Швидше у популяції пошириться домінантний алель, оскільки він одразу проявляється у фенотипі як у гомозиготних, так і у гетерозиготних особин, завдяки чому природний добір відразу забезпечує перевагу носіям цього алеля.
Зберігатися у популяції в прихованому стані буде рецесивний алель, тому що у гетерозиготних організмів він пригнічується домінантним алелем і не проявляється у фенотипі, залишаючись «непомітним» для природного добору.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Доведи, що популяція, а не особина, є одиницею еволюції.

Окрема особина не може бути одиницею еволюції, оскільки її генотип залишається незмінним протягом усього життя, а сама вона лише народжується, розвивається та гине. Популяція ж складається з багатьох особин, має спільний генофонд і існує протягом багатьох поколінь. Саме в популяції відбуваються мікроеволюційні процеси: виникають мутації, здійснюється природний добір та змінюються частоти алелів й генотипів, що призводить до формування нових пристосувань та видів.

2. Які чинники можуть впливати на зміну частот алелів у популяції?

На зміну частот алелів у популяції впливають такі чинники:

• Мутаційний процес, що постачає новий генетичний матеріал.
• Природний добір, який спрямовано збільшує частку корисних алелів і вилучає шкідливі.
• Міграції особин (потік генів між популяціями).
• Дрейф генів (випадкові неспрямовані зміни частот алелів у малих популяціях).
• Невипадкове схрещування особин.

3. Поясни, чому дрейф генів більше проявляється у малих популяціях, ніж у великих.

Дрейф генів більше проявляється у малих популяціях через підвищений вплив випадкових чинників на обмежену кількість особин. У малочисельній популяції випадкова загибель або розмноження лише кількох організмів суттєво змінює співвідношення алелів. Це може призвести до швидкої втрати одного алеля або повного закріплення іншого незалежно від того, чи є цей алель корисним для виживання. У великих популяціях чисельність особин згладжує подібні випадкові відхилення, тому частоти алелів залишаються значно стабільнішими.

4. Як міграції можуть впливати на еволюцію в межах популяції та виду?

Міграції особин між популяціями спричиняють потік генів, який збагачує генофонд популяції новими алелями або змінює частоту наявних. Внаслідок цього зменшуються генетичні відмінності між окремими популяціями одного виду, що запобігає їхньому швидкому розходженню. На рівні виду міграція підтримує цілісність видового генофонду та забезпечує поширення адаптативних мутацій.

5. Виконай практичну роботу «Дослідження мікроеволюційних процесів у скелястих мишей» в e-ДОДАТКУ (завдання 52.3).

Практична робота: Дослідження мікроеволюційних процесів у скелястих мишей

Мета: дослідити дію спрямованого природного добору на частоту забарвлення хутра в популяції кишенькових скелястих мишей після зміни середовища існування.

Спостереження та аналіз:
Початково популяція скелястих мишей мала світле забарвлення хутра, яке добре маскувало їх на світлому піщаному ґрунті. Внаслідок виверження вулкана частина території вкрилася темною лавою. Через випадкові мутації в популяції виникли особини з темним забарвленням хутра. На темному лавовому субстраті хижі птахи легше помічали й полювали на світлих мишей, тоді як темні миші були краще замасковані, частіше виживали та залишали нащадків.

Висновок:
Зміна умов довкілля змінила напрям природного добору. Особини з темним забарвленням отримали перевагу у виживанні на темній лаві, що призвело до збільшення частоти алеля темного забарвлення в генофонді популяції. Це приклад оборотного мікроеволюційного процесу під дією природного добору.

6. Переглянь в e-ДОДАТКУ відео (завдання 52.4) і дізнайся про відмінності міських і лісових ящірок.

Міські та лісові ящірки відрізняються фенотиповими ознаками та поведінкою внаслідок пристосування до різних умов середовища. Міські ящірки мають довші кінцівки та більшу кількість мікроскопічних лусочок на пальцях лап, що допомагає їм утримуватися на гладких штучних поверхнях, таких як бетон, цегла та скло. Крім того, міські популяції виявляють вищу термотолерантність через більший нагрів міського середовища, а також демонструють меншу боязкість до людей під час пошуку їжі порівняно з лісовими особинами.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Елементарною одиницею еволюції є саме популяція, а не окремий організм, оскільки окрема особина протягом життя не змінює свій генотип.
• Природний добір є спрямованим чинником еволюції і діє виключно на фенотип організму.
• Мікроеволюційні зміни частоти алелів можуть бути оборотними, що підтверджується змінами забарвлення березових п’ядунів під час промислової революції та після зменшення викидів.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я побачив зв’язок між змінами середовища існування та тим, як швидко природний добір змінює зовнішні ознаки популяції для маскування від хижаків.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку було складно зрозуміти різницю між природним добором і дрейфом генів, але розгляд малюнка «шийки пляшки» та прикладів зі скелястими мишами допоміг усвідомити, що дрейф є випадковим процесом у малих популяціях, а добір — спрямованим.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допомагають зрозуміти, чому шкідники швидко пристосовуються до засобів захисту рослин або чому бактерії стають стійкими до антибіотиків при недотриманні схеми лікування.