4.4_Движущие силы (факторы) эволюции_теория, практика

Движущие силы эволюции это факторы, которые нарушают генетическое равновесие популяции, позволяя видам существовать и адаптироваться к изменяющейся среде.

Движущие силы по Ч. Дарвину

1. Наследственная изменчивость :

• определенная или групповая - современное название модификационная
• неопределенная или индивидуальная - современное название мутационная
• относительная - современное название коррелятивная

2. Борьба за существование (внутривидовая, межвидовая, борьба с неблагоприятными условиями)

3. Естественный отбор (главный направляющий фактор, результат борьбы) - выживают наиболее приспособленные

Движущие силы по СТЭ (Современная синтетическая теория)

Список факторов расширен. И борьба за существование — это не фактор, а скорее предпосылка для естественного отбора. Если бы ресурсов было бесконечно много, все бы выживали, и отбор бы не шел. Поэтому борьба «создает условия» для отбора. В ходе борьбы погибают менее приспособленные.

Факторы делят на направляющие и ненаправляющие.

Генофонд — это совокупность всех генов (или всех аллелей генов), имеющихся у особей данной популяции.

Ненаправляющие ( случайные) - происходят и меняют частоту генов случайно и не зависят от приспособленности, могут быть вредными)

1. Мутационный процесс — случайные ошибки в ДНК, появление скачкообразных изменений в генотипе - мутаций . Является материалом для эволюции.

Альбинизм — это мутация гена, ответственного за выработку пигмента меланина. Поскольку пигмента нет нигде, радужка глаза прозрачная, и через неё видны кровеносные сосуды. Поэтому у настоящих альбиносов глаза всегда красные.

Ген альбинизма обычно рецессивный - он может скрыто передаваться через поколения, не проявляясь внешне, создавая резерв наследственной изменчивости.

Ценность признака (белой шерсти) зависит от того, где живет кролик.

В лесу или степи белый кролик — легкая мишень для лис и ястребов. Здесь мутация вредна, и такие особи быстро погибают, не успев передать гены. В этом случае эволюция «отбраковывает» признак.

В условиях вечных снегов: если климат резко изменится и местность покроется снегом, альбинос внезапно получит преимущество. Он станет невидимым для хищников, выживет и даст потомство. Со временем популяция может стать полностью белой.

Не путайте белую окраску и альбинизм. Заяц -беляк это не альбинос.

У зайца беляка его белизна — это физиологическая реакция, отточенная миллионами лет эволюции. Механизм: Работа генов здесь регулируется фотопериодизмом (длиной светового дня). Когда день сокращается, сетчатка глаза передает сигнал в мозг, гипофиз перестраивает гормональный фон, и новая шерсть растет без пигмента. Цикличность: Это временный эффект. Летом тот же заяц станет серым или бурым, чтобы сливаться с землей и травой. Глаза: У таких животных глаза обычно карие или черные, так как синтез пигмента в организме не нарушен, он просто «выключается» для шерсти на время. Эволюционная роль: Это приспособленностъ, сменна шерсти два раза в год помогает выжить.

2.Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний признаков у потомства (комбинаций). Благодаря комбинативной изменчивости, которую обеспечивает кроссинговер, независимое расхождение хромосом, случайное слияние гамет, в популяции практически нет двух одинаковых особей, каждая особь уникальна.

У папы-льва густая грива, а у мамы-львицы — высокая скорость бега. У их львенка за счет кроссинговера и случайного слияния гамет появились оба признака сразу. Новых генов нет, но их новые сочетания (комбинации) создают уникальных особей, которые могут быть успешнее родителей.

В саванне львенок с гривой (защита в драках) и скоростью (успешная охота) оказывается успешнее родителей.

Запоминаем что мутационный процесс и комбинативная изменчивость дают мутации и комбинации, которые являются МАТЕРИАЛОМ ДЛЯ ЭВОЛЮЦИИ.

3. Популяционные волны («волны жизни») — резкие колебания численности (термин «волны жизни» ввел С. С. Четвериков в 1905 году — это имя часто всплывает в вопросах про историю эволюционного учения). Случайно меняют генофонд.

В «урожайный» год мышей стало в 100 раз больше. Пришла суровая зима, и 99% погибло. Выжившие особи (случайная горстка) станут основой новой популяции. При этом редкие гены могут либо исчезнуть совсем, либо, наоборот, стать массовыми просто потому, что их носителю «повезло» не замерзнуть.

Картинка про популяционные волны в ЕГЭ — это почти всегда график «зубчатого» вида, который показывает колебания численности особей во времени. Самый популярный пример — классический график взаимодействия «хищник–жертва» (например, зайцы и рыси)

Две кривые: Одна (жертва — зайцы) всегда выше и её пики наступают чуть раньше. Вторая (хищник — рыси) пониже, и её пики следуют за пиками жертв с небольшой задержкой. Цикличность: График похож на морские волны: подъем (благоприятные условия, много еды) → спад (голод, болезни, хищники).

4. Дрейф генов — случайное изменение частоты встречаемости аллелей в малых популяциях (эффект основателя, эффект бутылочного горлышка).

🌪️Важно отличать:

• Эффект основателя — это когда группа уходит на новую территорию (добровольное отделение). В эти маленькие группы особи попадают случайно ((шторм, миграция, случайный уход группы). Маленькая группа начинает новую популяцию. Их случайный набор генов станет основой для всех потомков.

1. Исходная ситуация (Материнская популяция) В центре вверху показана большая материнская популяция с равным соотношением аллелей: частота аллеля черного цвета (50%). Генофонд сбалансирован и разнообразен. 2. Процесс (Расселение/Изоляция) От материнской популяции отделяются небольшие группы особей (по 3–4 «основателя»). Эти группы отделяются случайно. В одну группу попало больше «черных» особей, в другую — больше «оранжевых», в третью — поровну. 3. Результат (Дочерние популяции) В результате размножения малых групп-основателей формируются новые популяции, генофонд которых резко отличается от материнского: Левая ветвь: Случайно зафиксировалось больше «черных» аллелей, частота выросла до 0,75. Центральная ветвь: Случайно зафиксировалось больше «оранжевых» аллелей, частота черного упала до 0,25. Правая ветвь: Случайно сохранилось исходное соотношение 0,50. Схема показывает, что в малых популяциях дрейф генов приводит к случайному и ненаправленному изменению частот аллелей. Это ведет к обеднению генофонда дочерних популяций по сравнению с материнской и к потере генетического разнообразия.

"Эффект основателя " - община амишей в Пенсильвании (США)

В XVIII веке около 200 переселенцев из Германии основали в Америке закрытую религиозную общину. Они жили изолированно и вступали в браки только внутри своей группы.

Случайность: Среди этих 200 основателей была супружеская пара (Сэмюэл Кинг и его жена), которая чисто случайно была носителем редкого рецессивного аллеля синдрома Эллиса-ван-Кревельда (комплекс нарушений - шестипалость, карликовость, порок сердца и аномалии зубов). При этом синдроме лишний палец растет на руках и ногах со стороны мизинца.

Эффект: В большой популяции Германии этот ген встречался крайне редко и почти не проявлялся. Но в маленькой группе «основателей» его концентрация оказалась в десятки раз выше, чем в среднем по миру.

Результат: Сегодня в этой общине аномально часто рождаются люди с полидактилией (лишними пальцами на руках) и карликовостью

• Эффект бутылочного горлышка — это когда группа погибает от внешнего фактора (шторм, землетрясение, пожар и т.д.). Наступил человек на муравейник и раздавил 10 муравьев. Среди них были единственные носители гена «загнутых усиков». Ген исчез не потому, что был вредным, а по воле случая. В маленьких группах случай решает больше, чем отбор.

Эффект бутылочного горлышка - сокращение генофонда популяции после периода сокращения численности - были черные и серые, остались только серые. Т.е. сначала все были в одной бутылке, потом мы ее перевернули и кто успел в горлышко пройти (выжить) тот и выжил. Новая популяция со временем становится большой, но генетически бедна - все серые.

"Бутылочное горлышко" гепардов

Примерно 10–12 тысяч лет назад гепарды прошли через резкое сокращение численности. Из огромной популяции выжило всего несколько особей. Это привело к следующим последствиям, которые мы наблюдаем сегодня:

1. Фиксации как вредных, так и полезных аллелей

Из-за того, что выживших особей было мало, многие варианты генов просто исчезли (были «выброшены» из генофонда). Случайно зафиксировались только те аллели, которые были у тех немногих выживших, независимо от того, были они полезными или нет. Сегодня все гепарды мира генетически почти как близнецы. У них практически 100% приживаемость кожных трансплантатов от любой особи к любой другой — иммунитет просто не видит разницы.

2. Близкородственное скрещивание (инбридинг): повышается риск проявления вредных рецессивных мутаций в гомозиготном состоянии.

У современных гепардов наблюдается высокая смертность детенышей и серьезные нарушения в строении половых клеток (сперматозоидов), что снижает их плодовитость.

3. Снижение адаптивных возможностей (риск вымирания) - при резком изменении среды (новая болезнь, климат) у популяции может не оказаться нужных аллелей для выживания.

Из-за генетического однообразия (отсутствия нужных аллелей) гепарды крайне уязвимы. Если в популяцию попадет вирус кошачьего гриппа или другое инфекционное заболевание, оно может убить сразу всех гепардов. У них нет «генетического резерва» — нет особей, которые случайно оказались бы устойчивы к этому вирусу, так как их генофонд не содержит нужного разнообразия аллелей.

Вопрос в формате ЕГЭ: Объясните, почему резкое сокращение численности популяции гепарда повышает риск её вымирания в будущем.

Ответ в формате ЕГЭ:

1. Снижение генетического разнообразия: При резком сокращении численности происходит дрейф генов — случайное изменение частот аллелей, что ведет к обеднению генофонда популяции.
2. Гомозиготность: В малой популяции неизбежно происходит близкородственное скрещивание (инбридинг), что приводит к переходу вредных рецессивных мутаций в гомозиготное состояние и их проявлению в фенотипе (снижение жизнеспособности, плодовитости).
3. Потеря адаптивного потенциала: Из-за генетической однородности популяция теряет резерв наследственной изменчивости.
4. Риск вымирания: При изменении условий среды (климат, новая болезнь) в обедненном генофонде может не оказаться аллелей, обеспечивающих выживание в новых условиях, что приведет к гибели всей популяции.

5. Изоляция — наличие преград для свободного скрещивания особей, закрепляет различия между группами.

Река изменила русло и разделила популяцию нелетающих жуков на две части. Жуки с левого берега больше не могут обмениваться генами с жуками с правого. Теперь в каждой группе накопятся свои мутации, и через тысячи лет они станут разными видами. Изоляция — это «забор», который позволяет накопиться различиям.

6. Миграции - перемещение особей с одной территории на другую. Происходит обмен аллелями между популяциями одного вида. Миграции или поток генов могут быть:

Иммиграция (прибытие): приносит в популяцию новые или редкие аллели, увеличивая её генетическое разнообразие.

Эмиграция (уход): может приводить к потере определенных аллелей, особенно в малых группах

Пример 🐻‍❄️Обычно белые и бурые медведи живут в разных экосистемах: одни — во льдах Арктики, другие — в лесах. Они не встречаются, их генофонды изолированы. Но из-за глобального потепления льды тают, и белые медведи вынуждены мигрировать южнее, на побережье, а бурые — заходить дальше на север. Медведи встречаются и скрещиваются. Появляются гибриды — «пизли» (pizzly — polar + grizzly). В результате гены бурого медведя (например, отвечающие за переваривание лесных ягод или форму черепа) «втекают» в генофонд белых медведей. Миграция приносит белым медведям гены, которые могут помочь им выжить в меняющемся климате, когда льдов совсем не останется.

Пизли плодовиты. Это значит, что они могут передавать гены бурого медведя обратно в популяцию белых и наоборот. У пизли странная внешность — они часто имеют белую шерсть с коричневыми пятнами, горб как у гризли, но длинную шею как у белого медведя.

Последствия миграции между такими видами:

1. Нарушение изоляции: Климатические изменения разрушают географическую изоляцию между видами.
2. Межвидовое скрещивание: Миграция приводит к контакту и гибридизации.
3. Обогащение генофонда: Через гибридов (пизли) происходит поток генов. Белые медведи могут получить от гризли гены, помогающие питаться растительной пищей, что критически важно при таянии льдов.

Б) Направляющий фактор (единственный!):

Естественный отбор — приводит к изменению частот аллелей в популяции в сторону повышения приспособленности организмов к условиям среды. Только он создает адаптации (приспособленность).

В зависимости от того, как меняются условия среды, отбор может действовать по-разному:

Пример движущей формы отбора :

Исходная ситуация (слева): В популяции мышей есть особи разного цвета — и светлые, и темные. Действие фактора (в центре): Появляется хищник (лиса). На темном фоне земли или травы светлые мыши становятся более заметными для хищника. Результат (справа): Лиса чаще съедает светлых мышей. В итоге выживают и оставляют потомство преимущественно темные особи. Постепенно средний размер популяции смещается в сторону темной окраски, так как частота «темных» аллелей растет.

Подведем итоги

☝️Часто в тестах спрашивают: «Что является материалом для эволюции?», а что — «фактором?».

• Материал = мутационный процесс (мутации) и комбинативная изменчивость (комбинации).
• Движущая сила (фактор) = Естественный отбор, Изоляция, Дрейф генов, Популяционные волны, Миграции.

Не путайте

Закрепим еще раз движущие силы эволюции

Кошка поймала самую медленную мышь. (Отбор)

Град побил все цветы на клумбе, кроме одного в углу. (Дрейф генов / Популяционные волны)

Родился котенок с шестью пальцами. (Мутация)

Остров откололся от материка. (Изоляция)

☝️Ситуация: На острове произошло извержение вулкана, и случайно выжила лишь небольшая группа птиц с красными клювами, хотя раньше большинство было с желтыми.

• Какая движущая сила эволюции здесь сработала?
• Является ли этот процесс направленным?

(Ответ для проверки: Дрейф генов / Популяционные волны. Нет, это ненаправленный, случайный процесс).

☝️Условие: В конце XIX века популяция северных морских слонов была истреблена охотниками до 20 особей. После введения запрета на охоту численность восстановилась до 30 000 особей. Однако при генетическом анализе выяснилось, что современные морские слоны практически идентичны по генотипу (крайне низкое генетическое разнообразие).

Вопросы:

1. Как называется данное явление в эволюции?
2. К какому фактору (движущей силе) эволюции оно относится?
3. Какую опасность для выживания вида представляет такое однообразие генофонда в будущем?

✅ ответ:

1. Явление: Эффект «горлышка бутылки» (вариант дрейфа генов).
2. Фактор: Дрейф генов (ненаправленный, случайный фактор эволюции).
3. Опасность: Снижение адаптивных возможностей: при резком изменении среды (новая болезнь, климат) у популяции может не оказаться нужных аллелей для выживания.
   Близкородственное скрещивание (инбридинг): повышается риск проявления вредных рецессивных мутаций в гомозиготном состоянии.

☝️Условие: На заброшенном поле жила популяция мышей. Пришел комбайн и скосил траву, случайно задавив 80% мышей. Среди выживших 20% особей оказались белыми (хотя раньше белых был всего 1%).

1. Какое явление произошло?
2. Будет ли будущая популяция мышей на этом поле более приспособленной к среде?

Ответ :

1. Это дрейф генов (эффект бутылочного горлышка).
2. Нет, приспособленность не вырастет (скорее упадет), так как отбор не шел по полезному признаку, а изменение генофонда произошло случайно.

☝️Рассмотрите рисунки с изображением бабочек берёзовых пядениц. Заполните пустые ячейки таблицы, используя элементы, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий элемент из предложенного списка

https://neofamily.ru/biologiya/task-bank/51782

Решение: А - 6, так как в данном случает типом приспособления является маскировка. Б - 4, так как данный пример иллюстрирует движущую форму естественного отбора, происходит направленное изменение условий внешней среды (постепенное загрязнение среды привело к потемнению стволов деревьев и изменению цвета бабочек, стремящихся быть незаметными на фоне стволов деревьев). В - 1, так как исходным материалом для естественного отбора являются мутации. Ответ: 641 Источник: ФИПИ (реальный ЕГЭ, Рохлов, ЕГКР)

☝️Проанализируйте график «Циклические колебания в популяции зайцев и рысей».

Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных данных.

1. В 1905 г. наблюдался самый высокий пик численности жертвы.
2. Нарастание численности хищников осуществляется медленно.
3. После сокращения численности жертвы и хищника наблюдается дрейф генов.
4. Увеличение численности жертвы связано с увеличением кормовой базы.
5. После начала увеличения численности зайцев в 1920 г. их численность несколько лет оставалась неизменно высокой.

верный ответ 15

☝️Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны описания эволюционных факторов. Запишите цифры, под которыми они указаны.

(1)Становление синтетической теории эволюции началось с созданной в 1926 году С.С. Четвериковым популяционной генетики. (2)Согласно СТЭ, вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц — подвидов и популяций. (3)Мутационный процесс, протекающий в недрах популяций, является поставщиком элементарного эволюционного материала. (4)Случайное ненаправленное изменение частот алле­лей и генотипов в малых популяциях называется дрейфом генов. (5)Этот фактор был открыт независимо отечественными генетиками Н. П. Дубининым и Д. Д. Ромашовым и американским генетиком С. Райтом. (6)Естественный отбор обеспечивает сохранение в популяции определенных генотипов и избирательное их участие в передаче генов следующему поколению.

Решение:
Описания эволюционных факторов имеются в предложениях:
3 - мутационный процесс;
4 - дрейф генов;
6 - естественный отбор.

Неверные ответы: 
1 - история создания СТЭ;
2 - положение СТЭ о структуре вида;
5 - история открытия дрейфа генов, описание самого фактора не приведено.

Ответ: 346

Источник: NeoFamily https://neofamily.ru/biologiya/task-bank?sections=33&themes=147

☝️Рассмотрите рисунок. Определите изображенное явление, фактор эволюции, связанный с данным явлением, и его значение для эволюции. Заполните пустые ячейки таблицы, используя элементы, приведённые в списке.

Решение:
Изображено изменение генетической структуры (частоты различных генотипов) при спаде численности популяции и последующем подъеме численности - эффект бутылочного горлышка. В периоды спада численности возрастает роль дрейфа генов, он может становиться решающим фактором эволюции. Может происходить утеря тех или иных аллелей и резкое обеднение генетического разнообразия популяции.

Ответ: 758

Источник: Саблина О. А.

☝️Морской слон Mirounga angustirostris - это морское млекопитающее из отряда Ластоногие. В настоящее время численность морских слонов составляет более 100 000 особей. При исследовании морских слонов, проводимых после 2000-х годов, оказалось, что даже географически удалённые особи с генетической точки зрения очень близки. Руководствуясь данными, представленными на графике, укажите эволюционный фактор, который позволяет объяснить низкий уровень генетических различий? Ответ поясните. За счёт какого антропогенного воздействия проявился данный фактор? Какие эволюционные факторы будут приводить к постепенному повышению генетических различий между особями одной популяции морского слона?

Элементы ключа:
1) дрейф генов (эффект бутылочного горлышка);
2) современная популяция морских слонов сформировалась из небольшой группы особей
ИЛИ 2) численность морских слонов резко снизилась в период с 1835 по 1950 год;
3) в небольшой группе особей было невысокое генетическое разнообразие
ИЛИ 3) большая часть генетического разнообразия была утеряна
ИЛИ 3) в небольшой группе особей действие случайных факторов (эффективность дрейфа генов) выше;
4) морских слонов интенсивно отлавливали охотники;
5) мутационный процесс;
6) комбинативная изменчивость.

ЕГЭ-2025, основная волна

Источник: ФИПИ (реальный ЕГЭ, Рохлов, ЕГКР) https://neofamily.ru/biologiya/task-bank?sections=33&themes=147