Mechanizmy ewolucji. Powstawanie gatunku. - JKK.edu.pljkk.edu.pl/kadowska/sl/mechanizmy_ewolucji.pdf · zapłodnienia: 1 –nieprzeżywanie zygot -zamieranie zarodków, ... kilka

Mechanizmy ewolucji.Mechanizmy ewolucji.

Powstawanie gatunku.

1. Gatunek jako pula genowa – prawo Hardyego – Weinberga.

2. Dobór naturalny.

3. Dryf genetyczny (efekt założyciela, efekt wąskiego gardła).

4. Mechanizmy specjacji.

5. Prawidłowości ewolucji.

6. Mikroewolucja i makroewolucja.

Prawo Hardyego – Weinberga

Im mniejsza jest rozmnażająca się populacja, tym większe jest prawdopodobieństwo, że

zmieni się frekwencja alleli.

W takiej populacji frekwencja alleli i genotypów nie zmienia się z pokolenia na

pokolenie. Populacja w stanie równowagi nie ewoluuje.

Prawo Hardy’ego–Weinberga mówi, że jeśli

w bardzo dużej populacji organizmów

diploidalnych, rozmnażających się płciowo, o

pełnej losowości kojarzeń, nie ma migracji,

nie zachodzą mutacje i nie działa dobór

naturalny, to częstości alleli i genotypów nie

ulegają zmianom z pokolenia na pokolenie i

pozostają w proporcji wyrażonej

rozwinięciem odpowiedniego wielomianu

kwadratowego; dla locus o dwu allelach A i a,

których częstości są, odpowiednio, p i q (p +

q=1), częstość genotypów można obliczyć z

dwumianu (p + q)2: częstość AA wynosi p2,

częstość Aa 2pq, a częstość aa q2;

Dobór naturalny jako podstawowy mechanizm ewolucji.

Siłą sprawczą doboru naturalnego są zmiany środowiska (zmiany klimatyczne,

kataklizmy), konkurencja międzygatunkowa (drapieżnik – ofiara),

wewnątrzgatunkowa (o pokarm, partnera).

Każdy osobnik dowolnego gatunku jest genetyczną indywidualnością.

Zmienność osobnicza jest wynikiem zmienności rekombinacyjnej i mutacji.

W danych warunkach przeżywają te osobniki, których genotypy to umożliwiają.W danych warunkach przeżywają te osobniki, których genotypy to umożliwiają.

Dobór naturalny działający na populację osobników danego gatunku niezależnie od jej

zagęszczenia jest nazywany – doborem twardym (np.: eliminacja wynikającą z

wrażliwości na czynniki środowiska, śmierć z powodu wad genetycznych).

Dobór zależny od zagęszczenia to dobór miękki – ujawnia się w warunkach dużej

konkurencji wewnątrzgatunkowej (niedobór pożywienia).

Dobór rozrywający

Dobór stabilizujący

Rozmieszczenie niedokrwistości sierpowatej (linie poziome) wobec rozmieszczenia

malarii (obszary zacienione). To porównanie wskazuje, że odporność na malarię

osobników heterozygotycznych posłużyła zrównoważeniu szkodliwych skutków

niedokrwistości sierpowatej.

Dobór kierunkowy

Formą doboru naturalnego jest dobór płciowy – jest wynikiem wewnątrzgatunkowej

konkurencji o partnera. Konsekwencją dobory płciowego jest dymorfizm płciowy.

Dobór krewniaczy – polega na zmniejszeniu szansy przekazania swoich genów

własnemu potomstwu poprzez altruistyczne zachowania w stosunku do osobników

spokrewnionych.

Dobór działa nie na poszczególne osobniki , lecz na geny, których są one nosicielami,

można wytłumaczyć zachowania altruistyczne (nie przynoszą bezpośrednich korzyści

danemu osobnikowi), ale zwiększają szansę rozprzestrzeniania się genów osobników

blisko spokrewnionych, np.: ochrona potomstwa przez rodziców.

W małych populacjach zmiany częstości alleli są wynikiem dryfu genetycznego, który

polega na przypadkowej i nieprzewidywalnej eliminacji niektórych alleli.

Przyczyny dryfu genetycznego to m.in.: losowa śmiertelność osobników populacji,

brak możliwości znalezienia partnera do rozrodu.

Dryf genetyczny może się ujawnić w formie efektu założyciela czy efektu wąskiego

gardła.

Efekt wąskiego gardła

U podłoża efektu wąskiego gardła leży

kataklizm, katastrofa (np. choroba, susza,

powódź itp.).

Po katastrofie liczebność populacji zmniejsza

się, a zatem zmienia się pula genowa

populacji (osobniki, które przetrwały populacji (osobniki, które przetrwały

kataklizm nie mają wszystkich genów

tworzących pulę genową całej populacji).

Wąskie gardło powoduje zmniejszenie

różnorodności genetycznej oraz zmianę

frekwencji alleli.

Efekt założyciela

Efekt założyciela jest wynikiem dryfu genetycznego, pojawiający się, gdy populacja

powstaje z niewielu osobników założycieli (np. kolonizujących nowe, niezasiedlone, a

izolowane od innych populacji obszary), których zmienność genetyczna jest jedynie

fragmentem zmienności gatunku, co powoduje utratę zmienności genetycznej w

porównaniu z populacją macierzystą.

Dobór sztuczny – zachodzi, kiedy człowiek a nie czynniki środowiskowe

decydują, które genotypy przejdą do kolejnych pokoleń.

Przykład doboru sztucznego.

POWSTAWANIE GATUNKU

Specjacja jest to proces powstawania nowego gatunku. Gatunek dysponuje

wspólną pula genową. Warunkiem zajścia specjacji jest izolacja rozrodcza i

genetyczna.

bariery prezygotyczne – uniemożliwiają zapłodnienie:

1 – izolacja przestrzenna (geograficzna i siedliskowa) - rozmnażają się w różnych siedliskach,

np.: zięby Darwina, sarna polna i leśna,

2 – izolacja czasowa (sezonowa, fenologiczna) - czas rozrodu przypada na inny okres,

3 – izolacja behawioralna (etologiczna) - różne zachowania godowe,3 – izolacja behawioralna (etologiczna) - różne zachowania godowe,

4 – izolacja mechaniczna - odmienna budowa narządów rozrodczych),

5 – izolacja gametyczna - chemiczna niezgodność gamet spokrewnionych gatunków).

bariery postzygotyczne – zapobiegają przepływom genów, gdy dojdzie do

zapłodnienia:

1 – nieprzeżywanie zygot - zamieranie zarodków,

2 – sterylność mieszańców

3 – upośledzenie potomstwa mieszańców

Izolacja behawioralna u altanników – różne

gatunki mają odmienne wzory lotów co

zapobiega kojarzeniom międzygatunkowym.

Samiec –altannika lśniącego w celu

przywabienia samicy buduje gniazdo z

patyków (białe kwiaty i niebieskie przedmioty

to ozdoby).

Izolacja mechaniczna u szałwii czarnej i białej

odmienna budowa kwiatów powoduje, że są

zapylane przez rożne owady z tego powodu

nie mogą się ze sobą krzyżować.

Izolacja czasowa u żaby leśnej i lamparciej – żaba leśna ma gody wczesną

wiosną (zanim lód zniknie całkowicie z powierzchni zbiorników), a lamparcia

kilka tygodni później. W przyrodzie nie krzyżują się one ze sobą

Rodzaje specjacji.

Rodzaje specjacji ze względu na stosunki przestrzenne:

Allopatryczan – różne ojczyzny.

Sympatryczna – spowodowana, np.: działaniem dobory naturalnego.

Tempo zachodzenia procesu:

Stopniowa – stopniowe gromadzenie drobnych zmian w puli genowej.

Skokowa (nagła) – na skutek kumulacji drobnych zmian, np.: w wyniku dryfu Skokowa (nagła) – na skutek kumulacji drobnych zmian, np.: w wyniku dryfu

genetycznego

Liczba powstałych gatunków:

Radiacyjna (właściwa, przystosowawcza) – 2 lub > gatunków.

Filetyczna – cały gatunek ulega przekształceniu w nowy.

Specjacja allopatryczna – wiewiórka z płaskowyżu Kaibab, o białym ogonie i szarym

brzuchu występuje na północ od Wielkiego Kanionu. Wiewiórka Aberta o szarym

ogonie i białym brzuchu występuje na południe od Wielkiego Kanionu.

Radiacja adaptacyjna u hawajskich srebrnomieczy.

a) rośnie na popiołach wulkanicznych, przystosowana do niewielkich opadów i

wysokiego poziomu promieniowania ultrafioletowego,

b) rośnie tylko na stokach kanionu Waimea na wyspie Kauai,

c) występuje na wilgotnych siedliskach na wyspach archipelagu Hawajów.

Specjacja

Radiacja adaptacyjna – gatunek wyjściowy różnicuje się na wiele nowych form,

przystosowanych do odrębnych nisz ekologicznych.

Zmienność klinalna (adaptacyjna) u krwawnika - nasiona, zebrane w oddalonych

populacjach w górach Sierra Newada w Kalifornii i Newadzie wysiane w identycznych

warunkach (uprawiane przez kilka pokoleń) – krwawnik zachował wysokość pędów

charakterystycznych dla miejsc skąd zebrano nasiona.

Selekcja rozdzielająca (odmiana selekcji kierunkowej) – samice (rząd górny) motyla

Papilio dardanus naśladuje gatunek (rząd dolny) motyli niejadalnych.

Zmienność genetyczna europejskiego ślimaka lądowego Cepaea nemoralis. Zmienność

ubarwienia muszli zależna od pory roku i siedliska, w którym ten ślimak żyje, ma

wartość przystosowawczą.

Zmienność genetyczna warunkuje ewolucję. Jest źródłem różnorodności podlegającej

doborowi naturalnemu (selekcja naturalna).

Tytanoteria, wymarła grupa ssak polegający na wzroście rozmiarów ciała. Powiększenie

się rogów jest przykładem wzrostu allometrycznego obrazuje kierunek ewolucji.

Wzrost allometryczny człowieka.

W miarę rozwoju człowieka jego

tułów, ręce i nogi rosną szybciej

niż głowa.

Prawidłowości ewolucji.

1 – tempo ewolucji – czas zachodzenia zmian ,

2 – wymieranie szczepów – powstawanie, ewolucja i wymieranie gatunków,

3 – wielokierunkowość – np. radiacje adaptacyjne,

4 – nieodwracalność – utracone cechy pierwotne nie ulegają odtworzeniu w tej samej

formie,

5 – postępowy charakter – doskonalenie się przystosowań organizmów.5 – postępowy charakter – doskonalenie się przystosowań organizmów.

Mikroewolucja – zachodzi w obrębie gatunku na poziomie populacji i polega na

odwracalnej zmianie (melanizm przemysłowy)

Makroewolucja – zachodzi na wyższych poziomach niż gatunek, powstają nowe

rodzaje, rzędy. Efekt tych zmian jest nieodwracalny.

Tempo zmian ewolucyjnych

Punktualizm – długie okresy ewolucyjnego zastoju przerywane krótkimi epizodami szybkiej ewolucji.

Gradualizm – ewolucja następuje powoli i stopniowo.

Zadanie dla ucznia (1).

Schemat przedstawia mechanizmy dryfu genetycznego. Omów na czym polegają.

Zadanie dla ucznia (2).

A B C

Nazwij rodzaje i przyczynę doboru naturalnego na schemacie: A,B,C.

Zadanie dla ucznia (3).

1. Czym różni się dobór sztuczny od naturalnego?

2. Czym jest ewolucja równoległa?

3. Jak jest różnica pomiędzy mimikrą, a mimetyzmem?

Zadanie dla ucznia (4).

Tolerancja trawy Agrostis stolonifera na miedź.

Niebieskie słupki przedstawiają średni wzrost

korzenia. Tolerancja na miedź jest

uwarunkowana poligenami.

1. Jaki rodzaj selekcji przedstawiają zamieszczone

na rycinie wykresy?na rycinie wykresy?

2. Który wykres przedstawia grupę kontrolną?