Микроэволюция. Результаты микроэволюции (Видообразование. Приспособленность организмов к среде обитания) - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: способствовать усвоению учащимися знаний о механизме возникновения и формирования приспособлений о механизмах возникновения новых видов под воздействием естественных материальных факторов (наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора); продолжить формировать умения выявлять приспособления к среде обитания у различных биологических объектов; научить учащихся определять способы видообразования и сравнивать их друг с другом.

Оборудование: таблица “Естественный отбор”; коллекции гербариев; фотографии, рисунки, таблицы, иллюстрирующие приспособительные признаки различных живых организмов.

Ход урока

I. Организационный момент

На доске:

В настоящее время нашей планете обитает несколько миллионов видов живых организмов, каждый из которых по-своему уникален.

— Каким образом сформировалось это колоссальное разнообразие? Почему каждый вид оптимально приспособлен к условиям своего обитания? Чем отличаются одни виды от других? Почему одни виды процветают, а другие вымирают и исчезают с лица Земли?

— Во все века человечество пыталось найти ответы на эти и другие подобные им вопросы.

II. Актуализация знаний

Задание № 1

Вспомните термины:

Эволюция —

Популяция —

Вид -

Задание № 2

Изучая естественные науки, вы постоянно сталкиваетесь с понятиями: “элементарная частица”, “элементарная единица строения”, “элементарная структура”. Попробуйте определить, что в эволюционном учении называют: элементарной единицей эволюции, элементарным эволюционным явлением, элементарным эволюционным материалом, элементарными эволюционными факторами, элементарным объектом отбора.

Элементарная единица эволюции	Популяция
Элементарный эволюционный материал	Мутации — генотипическое разнообразие в популяциях
Элементарное эволюционное явление	Длительное и направленное изменение генофонда
Элементарные эволюционные факторы	Наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор — направляющий фактор
	Популяционные волны, дрейф генов, изоляционные
Элементарный объект отбора	Отдельная особь с определенным фенотипом

Учитель ведет фронтальную беседу поясняя при этом записи.

“Популяции подобно губке, впитывают рецессивные мутации, оставаясь при этом фенотипически однородными. Существование такого открытого резерва наследственной изменчивости создает возможность для эволюционных преобразований популяции под воздействием естественного отбора” (С.С. Четвериков).

— Объясните смысл отрывка. Приведите пример, иллюстрирующий наличие скрытого генотипического разнообразия в популяциях.

— Эволюционные факторы — факторы, вызывающие эволюцию популяций. Являются ли “дрейф генов” и “волны жизни” обязательными факторами эволюции каждой конкретной популяции? Аргументируйте свою точку зрения. (“Волны жизни” и “дрейф генов”, как правило, сопровождают эволюционный процесс каждой популяции, если речь идет о длительном процессе (периоде времени). Однако историческое развитие органического мира теоретически возможно и без них, то есть только на основе изменчивости, наследственности, борьбы за существование и естественного отбора.)

— Можно ли считать все причины, вызывающие гибель организмов, естественным отбором? Почему? Приведите необходимые примеры. (Естественный отбор не является единственной причиной гибели организмов. Смерть животного может быть следствием случайного события (лесного пожара, наводнения или другого стихийного бедствия, которое не оставляет никому шансов на выживание).)

— Мы рассмотрели современные представления об основных факторах эволюционного процесса. Составим обобщенную схему, иллюстрирующую совокупность факторов и их роль в процессе эволюции.

Комментарии учителя. Совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях вида и приводящих к изменению генофондов этих популяций и образованию новых подвидов, видов, называется микроэволюцией. В этом современном смысле термин “микроэволюция” введен Н.В. Тимофеевым-Ресовским (1938 г.), хотя ЮЛ. Филипченко ранее (1927 г.) предложил этот термин для принципиального разграничения явлений эволюции мелкого и крупного масштабов.

Эволюция на уровне систематических единиц выше вида, протекающая миллионы лет и недоступная непосредственному изучению, называется макроэволюцией. Термин также был введен Б.А. Филипченко в 1927 г.

Микроэволюция и макроэволюция — эти два процесса едины. Макроэволюция не имеет специфических механизмов и осуществляется только посредством процессов микроэволюции, являясь их интегрированным продолжением. Накапливаясь, микроэволюционные процессы получают внешнее выражение в макроэволюционных процессах. Следовательно, исследуя движущие силы микроэволюции, можно объяснить и макроэволюцию.

— Познакомимся с микроэволюционными процессами.

III. Изучение новой темы

1. Рассказ учителя.

Результаты микроэволюционных процессов

Эволюция имеет три связанных следствия:

1) относительная приспособленность организмов к условиям внешней среды;

2) многообразие видов;

3) постепенное усложнение и повышение организации живых существ.

Наша дальнейшая работа будет направлена на рассмотрение этих результатов.

Дадим определение приспособленности организмов, приведем примеры.

Соответствие строения органов выполняемым функциям всегда обращало на себя внимание человека и побуждало исследователей использовать принципы организации живых существ при создании многих машин и приборов (бионика — одно из направлений биологии и кибернетики, изучающее особенности строения и жизнедеятельности организмов с целью создания более совершенных технических систем и устройств).

(Учащиеся приводят примеры).

Не меньше поражают воображение гармоничные взаимоотношения растений и животных со средой обитания. Каждый вид организмов, таким образом, обладает теми или иными приспособлениями, позволяющими ему существовать в определенных условиях среды.

(Учитель обращает внимание учащихся на фотографии, рисунки, таблицы).

Что такое приспособляемость организмов?

Приспособленность организмов или адаптация (от лат. “adaptation” — приспособление, прилаживание) — совокупность тех особенностей строения, физиологии и поведения, которые обеспечивают для данного вида возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.

Факты, свидетельствующие о приспособленности живых организмов к среде обитания, очень многочисленны, и поэтому невозможно на уроке дать полное их описание. Приведем лишь некоторые яркие примеры приспособленности у животных и растений.

Примеры адаптаций:

1. Покровительственная окраска кузнечика, камбалы, птенцов птиц и т.д.

2. Покровительственная форма тела (маскировка) палочника, гусениц пядениц, листовидок и т.д.

3. Поза покоя при замирании в момент опасности многих насекомых, рыб, птиц.

4. У зебры и тигра темные и светлые полосы на теле совпадают с чередованием тени и света окружающей местности (мало заметны на расстоянии 50—70 м).

5. Яркая предостерегающая окраска хорошо защищенных ядовитых, жалящих форм: клопа-солдатика, божьей коровки, осы, колорадского жука и т.д.

6. Мимикрия (от греч. “mimos” — актер) — внешнее сходство незащищенных животных с защищенными: муха журчалка — оса, некоторые пауки — муравьи, ужи тропические — ядовитые змеи и т.д.

7. Отпугивающее поведение, поза богомола, скунса и т.д.

8. Приспособления у растений к жизни в среде с повышенной сухостью почвы и воздуха: опушенность листа у песчаной акации, превращение листьев в иголки и накопление влаги в стебле у кактусов, редукция листьев.

9. Приспособления у растений к жизни в среде с повышенной влажностью: большая поверхность листьев тропических растений, много устьиц — повышение интенсивности испарения.

10. Приспособления растений к разным способам опыления: ветроопылению, перекрестному опылению при помощи насекомых, птиц, летучих мышей.

11. Приспособления растений к ловле насекомых: растения- хищники (нигентес, венерика мухоловка, росянка и т.д.).

Эти и многие другие примеры говорят о приспособительном характере эволюции. Каковы же причины возникновения различных приспособлений?

Впервые материалистическое объяснение происхождения приспособленности дал Ч. Дарвин. Из самого дарвиновского учения о естественном отборе, как процессе выживания и размножения наиболее приспособленных форм, следует, что именно отбор — основная причина возникновения разнообразных приспособлений живых организмов к среде обитания.

Покажем это на примере формирования острых колючек у ежа, как приспособления для защиты от большинства хищников. Напомню, что колючки — это видоизменения волосяного покрова.

Допустим, что у предков современных ежей это приспособление не было развито. Непрерывный процесс возникновения новых мутаций; перекомбинации генов при скрещивании волны жизни, обеспечили генетическую гетерогенность популяции (способствовали генотипическому разнообразию). Поэтому предки современных ежей отличались друг от друга рядом наследственных признаков: одни обладали волосяным покровом, другие же — более грубым, как щетина.

Межвидовая борьба за существование, усиливающаяся в связи с появлением большого количества хищников, способствовала выживанию особей, обладающих более грубым волосяным покровом (далеким предкам ежа могло бы помочь выжить даже незначительное огрубление волос). В процессе естественного отбора именно эти животные оставляли плодовитое потомство и численность их в популяции возрастала. Животные нового поколения также несли разнообразные мутации, среди которых могли быть и такие, которые усиливали проявление отобранного ранее признака.

Обладатели этих признаков вновь имели больше шансов выжить и оставить потомство. Постепенно в течение миллионов поколений, оставались в живых только те особи, которые случайно оказались

обладателями все более и более развитых колючек. Именно им удалось оставить потомство и передать ему свои наследственные особенности.

По этому же пути возникновения иголок вместо волос пошли мадагаскарские “щетинистые ежи” — тенреки (также представители отряда насекомоядные млекопитающие).

Изобразим схематически, при участии каких явлений произошли иголки у ежа. Взаимосвязь явлений покажем стрелками, направив их от причин к следствиям.

Ч. Дарвин дал материалистическое объяснение процесса возникновения приспособлений, показал, что приспособления сформировались под влиянием движущих сил эволюции (элементарных факторов эволюции).

Приспособленность организмов к среде выработана в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин и не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления.

Что касается ежей, то иглистый покров, и правда, надежно защищает от хищников, но столь же надежно защищает искодовых клещей от самого ежа.

В лесных угодьях ежи собирают на себя клещей, в том числе энцефалитных, больше, чем любые другие зверьки. Иглистым “панцирем” еж, как щеткой, счесывает голодных клещей, забравшихся на лесные травы. От клещей, впившихся между иголками, еж не может избавиться. За весенний сезон каждый еж кормит на себе десятки тысяч иксодовых клещей.

Таким образом, относительный характер приспособленности противоречит утверждению об абсолютной целесообразности в живой природе (эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка).

Образование вида — результат микроэволюции

Микроэволюционные процессы, протекающие в популяциях, не сводятся только к формированию приспособлений, они могут приводить к образованию новых видов.

Чем характеризуются процессы видообразования? Каковы его основные формы?

2. Работа с учебником.

Организуется работа с текстом учебника (по учебнику А.А. Каменского, §7.7; по учебнику И.Н. Пономаревой, §40).

1) Прочтите параграф “Видообразование”.

2) Составьте схему, на которой отобразите последовательность событий при географическом видообразовании (используйте основу схемы).

Географическое видообразование

1. Возникновение географической изоляции между популяциями вида.

2. Мутации, комбинативная изменчивость и отбор особей в каждой популяции соответственно новым условиям.

3. Возникновение биологической (репродуктивной) изоляции, различий в генотипах, утрата способности скрещиваться с другими популяциями исходного вида и давать плодовитое потомство.

3) Ответьте на вопросы:

а) Чем постепенное видообразование отличается от внезапного?

б) Во всех ли случаях увеличение численности особей данного вида приведет к повышению интенсивности видообразования?

в) Всегда ли расширение ареала будет сопровождаться повышением интенсивности видообразования?

(б)Повышение численности особей данного вида не приведет к повышению интенсивности видообразования, если нет возможности растерять ареал и заняты все экологические ниши; в) Если в процессе расширения ареала особи вида будут попадать только в условия, аналогичные исходным, то интенсивность видообразования скорее всего не повысится. Однако такое наблюдается нечасто.)

г) Известны два вида зайцев — заяц-беляк и заяц-русак. Объясните возможный процесс эволюции этих двух видов от предка.

Заяц-беляк обитает преимущественно в лесных и тундровых районах. Летний мех от светлого серого до темного буровато-серого. Зимой меняет мех на чисто-белый. Лапка широкая, позволяющая бегать по глубокому рыхлому снегу.

Заяц-русак — степное животное, предпочитает открытые равнины или степные опушки и поляны. Летний мех от светло-желтого до палево-бурого. Зимой не белеет, либо немного светлеют бока и хвост. Лапки уже и короче, чем у зайца-беляка, это дает возможность ему быстро бегать по мелкому и твердому снегу. В местах налегания ареалов они сохраняют свою специфику.

Предполагают, что эти два вида в далеком прошлом имели общего предка — серого зайца со средней лапкой, не меняющего окраску меха и обитающего в теплых районах Западной Европы.

д) Два вида клестов трудно различимы — это клест-еловик и клест-сосновик. Первый населяет еловые и смешанные леса. Клюв тонкий, удобный для добывания семян из еловых шишек. Второй населяет сухие, высокоствольные сосновые леса, но встречается в елово-сосновых лесах, сосняках на болотах. Клюв толстый, массивный, позволяет легко добыть семена из сосновых шишек.

Как вы думаете, какая изоляция способствовала их видообразованию от исходной формы? (В связи с расширением ареала особи одного исходного вида, либо в связи с усилившейся конкуренцией при совмещении мест обитания происходит расхождение популяции по разным местам обитания.)

IV. Формирование выводов

Домашнее задание

По учебнику И.Н. Пономаревой, §40, записи в тетради, термины, вопросы после параграфа;

По учебнику А.А. Каменского, §7.7, записи в тетради, термины, вопросы после параграфа.