§ 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 міських ящірок зазвичай з’являються довші кінцівки і більша кількість чіпких лусочок на пальцях для лазіння по бетону і склу, темніше забарвлення для терморегуляції на асфальті та знижена лякливість. У генотипах змінюються частоти алелів, які відповідають за розвиток скелета, пігментацію і роботу нервової системи.

План гіпотетичного експерименту:

1. Зібрати відкладені яйця ящірок із двох різних популяцій — міської та лісової.
2. Виростити потомство від моменту вилуплення в абсолютно однакових лабораторних умовах (однакова температура, корм, субстрат і освітлення).
3. Виміряти довжину кінцівок, форму лусочок і протестувати поведінку в дорослих особин.
4. Якщо виявлені ознаки залишаться різними в обох груп за однакових умов середовища, то діє спадкова мінливість. Якщо ж ознаки вирівняються і стануть однаковими, то ці зміни були викликані неспадковою (модифікаційною) мінливістю.

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.

Птахи розбивають значно більшу частку смугастих молюсків (близько 65%), тоді як серед молюсків з однорідною мушлею гине менше особин (близько 56%). Однорідне забарвлення краще маскує равликів на цій території, тому їхня виживаність вища. Завдяки високій плодючості і природному добору через кілька років частка равликів з однорідними мушлями суттєво зросте, а частка смугастих 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).

Домінантний алель пошириться швидше, тому що він одразу проявляється у фенотипі як у гомозигот, так і в гетерозигот, тож природний добір відразу дає перевагу його носіям.

Рецесивний алель довше зберігається в прихованому стані, адже в гетерозиготних особин він маскується домінантним алелем, не виявляється у фенотипі і залишається непомітним для природного добору.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

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

Окрема особина не здатна еволюціонувати, оскільки її генотип залишається незмінним від народження до смерті. Популяція ж існує в часі крізь зміну поколінь і володіє спільним генофондом. Саме на рівні популяції відбуваються мутації, природний добір, дрейф генів і змінюються частоти алелів, що веде до появи нових пристосувань.

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

На зміну частот алелів впливають такі чинники:

• Мутації, які утворюють нові алелі і постачають матеріал для змін.
• Природний добір, що підтримує адаптивні ознаки і відсіває шкідливі.
• Міграції особин і потік генів між сусідніми популяціями.
• Дрейф генів через випадкові події та ефект шийки пляшки.
• Невипадкове схрещування особин.

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

У малій популяції кожна особина становить значну частку генофонду, тому випадкова загибель або успіх навіть кількох тварин різко змінює частоти алелів. Через це випадковий алель може швидко стати переважаючим або повністю зникнути. У великих популяціях такі випадковості згладжуються загальною високою чисельністю особин.

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

Міграції приносять у популяцію нові алелі або змінюють співвідношення наявних. Вони перемішують гени між різними оселищами і зменшують генетичні відмінності між ними, що підтримує генетичну цілісність усього виду і розносить корисні пристосування.

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: простежити дію природного добору на забарвлення хутра скелястих мишей після виверження вулканічної лави.

Хід роботи та спостереження:
Початково скелясті миші мали світле забарвлення і гарно маскувалися на світлому ґрунті. Після розливу темної лави випадкові мутації створили форму з темним хутром. Хижі птахи частіше виловлювали світлих мишей на чорній лаві, тоді як темні особини залишалися непомітними, виживали і залишали численне потомство.

Висновок:
Зміна умов довкілля спрямувала природний добір на користь темного забарвлення, що спричинило зростання частоти відповідного алеля в генофонді популяції.

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

Міські ящірки відрізняються від лісових довжиною пальців і більшою кількістю чіпких лусочок, що дає змогу вільно рухатися гладкими вертикальними стінами та склом. Також міські особини витримують більшу спеку через нагрівання будівель і демонструють спокійнішу реакцію на присутність людей під час пошуку їжі.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

Виконай завдання (див. с. 9).

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

• Популяція є елементарною одиницею еволюції, бо окрема особина не змінює власний генотип упродовж життя.
• Природний добір оцінює фенотип організму, а рецесивні алелі в гетерозигот залишаються для нього невидимими.
• Зміни генофонду є оборотними, про що свідчить коливання чисельності темних і світлих метеликів березового п’ядуна в Англії.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я побачив зв’язок між кольором субстрату під ногами тварин та швидкістю, з якою хижаки спрямовують природний добір на зміну забарвлення всієї популяції.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спершу було нелегко розмежувати спрямовану дію природного добору та випадковий дрейф генів, проте схема «шийки пляшки» допомогла зрозуміти різницю між ними.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання пояснюють, чому мікроорганізми та бур’яни з часом пристосовуються до ліків і гербіцидів, якщо люди порушують правила їхнього застосування.