7.Возникновение и вымирание видов в природе. Мутации.
Одно из основных правил экологии: экосистема тем устойчивее к разрушающим воздействиям, чем большее число видов и жизненных форм растений и животных ее составляют. В условиях ограниченности жизненных ресурсов и потенциально безграничной способности живых организмов к размножению возникает борьба за существование. Взаимодействие наследственности и изменчивости создает у живых организмов огромное разнообразие свойств и приспособлений, которые отсеиваются естественным отбором, возникающим как следствие борьбы за существование.
Формирование нового вида – длительный процесс отбора случайно возникающих комбинаций признаков. Он завершается возникновением надежной изоляции нового вида от вида-предшественника или его вытеснением.
Причиной появления новых видов является наличие периодов резкой интенсификации эволюционных процессов, обусловленных активизацией геологических процессов, идущих в земной коре: усиления вулканической деятельности, изменения форм материков и системы океанских течений, смещения положения земной оси, сдвига климатических зон, появления ледников или пустынь на месте лесов и т.д.
В результате малоспециализированные «примитивные» виды, освободившись от конкуренции более приспособленных специализированных видов, начинают давать новые формы, способные пережить период нестабильных условий жизни, создавая новые типы экосистем. Поэтому именно по сменам наиболее характерных форм жизни и называются в геохронологии эры – архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская, кайнозойская.
Непосредственная причина вымирания вида в естественных условиях – снижение его численности ниже критического уровня, который зависит от структуры популяций вида и определяется законами популяционной генетики. Критическим называют тот уровень численности, ниже которого вероятность близкородственного скрещивания становится достаточно большой. Это ведет к уменьшению генетического разнообразия вида (резерва наследственной изменчивости). Следствием такого снижения численности становится повышение доли потомков, имеющих врожденные нарушения, которые повышают смертность в новых поколениях, снижают приспособительные возможности и плодовитость остающихся в живых. В результате численность необратимо падает и через небольшое число поколений вид полностью исчезает (например, гепард).
Однако, снижение численности – в той же мере непосредственная причина вымирания вида, в какой остановка сердца - непосредственная причина гибели особи.
Истинная причина вымирания – это те условия, которые приводят численность вида на критический уровень. То есть работают не только биологические механизмы эволюции, но и процессы геологической эволюции земной коры и географической среды. Эти механизмы достаточно универсальны, но в зависимости от условий, в которых они протекают, могут давать различные результаты.
В основе изменчивости лежит мутационный процесс. Мутации – это изменения в структуре ДНК, которые вызываются воздействиями, энергия которых сравнима с энергией ковалентных связей, удерживающих мономеры (нуклеотиды) на своем месте в полимерной молекуле ДНК.
Мутагенные факторы – радиация, рентгеновское и жесткое УФ излучения, космические лучи, тепловой шум, некоторые химические вещества. Мутации имеют принципиально случайный характер.
Кроме генных мутаций, изменяющих молекулу ДНК, возможны мутации геномные (хромосомные), результатом которых становится изменение числа хромосом или их размера и формы за счет перераспределения генетического материала.
Генные мутации приводят к изменению свойств и признаков особи и вида. Геномные мутации приводят к возникновению генетической изоляции между близкими видами в результате их расхождения и независимого накопления разных геномных мутаций (виды-двойники: некоторые мышевидные грызуны и два вида оленей). Виды-двойники неотличимы друг от друга по внешним признакам (набору структурных генов), но имеют разные по числу и форме наборы хромосом. Это обеспечивает их видовую самостоятельность, не скрещиваемость и является следствием длительной изоляции популяций некогда единого вида.
Активизация мутагенного процесса (например, облучение территории, на которой живет популяция, достигшая критической численности) может только ускорить ее гибель, так как большая часть мутаций вредна, а вероятность проникновения одиночной мутации в резерв наследственной изменчивости является величиной меньшей, чем одна сто миллиардная и несопоставима с критической численностью.
Мутационный процесс идет непрерывно, но его интенсивность относительно невелика и непостоянна. В процессе эволюции выработались многочисленные механизмы защиты и «ремонта» молекул ДНК, повышающие их стабильность. Тем не менее, в каждом поколении любого вида растений и животных появляется некоторое количество мутаций. У микроорганизмов и водорослей, имеющих одинарный, гаплоидный, набор хромосом, каждая мутация проявляется как признак и немедленно подвергается действию естественного отбора, абсолютное большинство мутаций оказывается вредными и их носители погибают.
У организмов имеющих половое размножение и контактирующих с внешней средой преимущественно в диплоидной фазе жизненного цикла, когда каждая клетка имеет двойной набор хромосом, любой ген может быть представлен у отдельной особи двумя вариантами или аллелями.
Аллель – это любой из возможных в популяции вариантов структурного состояния гена, часто выражающийся в изменении одного из признаков.
Аллели могут быть двух типов:
- Доминантный – способный преимущественно выражаться в соответствующем признаке.
- Рецессивный - способный не проявляться в признаке в присутствии доминантного аллеля.
Если оба аллеля одинаковы, то организм называют гомозиготным по данному гену, если нет, то гетерозиготным (закон Менделя). Набор генетических свойств организма называется генотипом, а весь комплекс проявившихся у конкретного организма признаков - фенотипом.
Особенностью рецессивных аллелей является то, что, оставаясь в генотипе в скрытом состоянии, они не подвергаются действию естественного отбора и могут сохраняться не только в нескольких поколениях одного вида, но и передаваться с некоторой частотой всем видам, которые в процессе длительной эволюции формируются из вида-основателя.
Запас рецессивных аллелей является мобилизационным резервом наследственной изменчивости (Гершензон С.М., 1940 г.). Он тем беднее, чем меньше численность популяции.
