Искусственный отбор - альфа и омега селекции - ЭВОЛЮЦИЯ - РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС

Постановка проблемы урока

Скептик: Теория эволюции - красивая научная модель. Но проверить её опытным путём невозможно, ведь эту работу придётся завершать потомкам через миллионы лет.

Биолог: Есть пример искусственной эволюции домашних животных, основанной на тех же принципах.

• Какие аргументы высказывает скептик? Каков главный аргумент биолога? Что вы узнаете из параграфа? (Сравните с авторским вариантом на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Как возникают новые приспособления? Какова роль в этом естественного отбора? (§ 39)

• Что такое гибрид и гибридизация? (§31)

• Как можно увеличить изменчивость живых организмов? (§ 36)

• Можно ли увеличивать частоту возникновения мутаций? (§ 36)

• Что такое полимерия? (§ 35)

Решение проблемы

Человек проводит отбор в своих интересах

40.1. Дикая капуста и сорта культурной капусты.

40.2. Петухи дикой банкирской курицы и породы домашних кур.

40.3. Обыкновенный карась и породы.

40.4. Тур - дикий предок пород крупного золотых рыбок рогатого скота.

Человек при разведении оставляет для размножения лишь наиболее ценные для него фенотипы: продуктивные, быстроногие, выносливые, красивые, чудные и т.п. Дарвин, беседуя с лучшим заводчиком английских борзых, спрашивал, как ему удалось добиться столь разительных успехов. Ответ был таков: “Размножаю немногих и избавляюсь от нежелательных форм”.

Итак, искусственный отбор среди растений и животных, введённых в хозяйственный обиход, человек осуществляет в своих интересах.

В теории Дарвина - Уоллеса важнейшую роль играет приспособленность. Неприспособленные формы имеют меньше шансов на выживание. В случае искусственного отбора есть почти буквальная аналогия: человек сохраняет и размножает фенотипы, приспособленные к его хозяйственным или эстетическим потребностям. Иными словами, эти фенотипы приспособлены к главному фактору их среды — человеку.

Интересный пример подобного приспособления - способность собаки приносить дичь охотнику. Любая собака обучается приносить предметы хозяину после некоторой дрессировки, но пойнтеры в этом отношении превосходят всех прочих. В результате искусственного отбора у них закрепился врождённый, не требующий обучения инстинкт приносить дичь хозяину (рис. 40.5).

40.5. Пойнтер приносит убитую дичь.

Современный сознательный, или методический, искусственный отбор заметно отличается от естественного отбора в природных условиях. Селекционер ставит перед собой цель вывести новый сорт или породу с вполне определёнными качествами. Он сам контролирует подбор пар для производства следующего поколения. Проводя жёсткий отбор лишь по интересующим его признакам, он за короткое время добивается гипертрофированного развития этих признаков в ущерб всем остальным. Тем самым разрушается естественная приспособленность организма. Все заботы по уходу за ним человеку приходится брать на себя.

Однако многие культурные сорта и породы были выведены человеком на заре истории стихийно, неосознанно. При этом хозяин не ставил перед собой такой задачи, а просто выбраковывал менее ценные, с его точки зрения, особи, так что они реже доживали до размножения. В результате такого бессознательного отбора возникли, например, местные сорта растений и породы скота с повышенной устойчивостью к региональным особенностям климата и скудной пище. Такие примеры искусственного отбора по всем признакам весьма близки к отбору в природных условиях.

В России продуктом такого бессознательного отбора являются доставшиеся нам от предков замечательные породы охотничьих лаек (рис. 40.6). Охотник предъявляет к ним весьма жёсткие и разнообразные требования. Собака, например, должна не просто найти в лесу белку, но и удерживать её на отдельно стоящем дереве, лаем подавая сигнал хозяину. Пока охотник идёт по лыжне, собака должна исследовать лес по сторонам от него, но не удаляться так, что не слышно её лая. Закрученный хвост и белое пятно под ним делают собаку более заметной, что тоже важно на охоте. Оказывается, наследование закрученного хвоста сцеплено с добродушным отношением к человеку. Поэтому охотничья собака лояльна не только к хозяину, но и к его семье и соседям.

40.6. Западносибирская лайка.

Главная опасность, угрожающая местным породам, не утратившим свою природную приспособленность, - несоблюдение мер по сохранению их чистоты. Одна дворняжка, завезённая в деревню охотников, может уничтожить плоды сотни поколений стихийной селекции.

Селекция как наука

Селекция — это наука о создании сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Искусственный отбор — всегда главный “скульптор” при их выведении. Сорт растений, порода животных и штамм микроорганизмов — это созданная человеком в результате селекции искусственная популяция организмов, устойчиво обладающая заданными наследственными свойствами.

Примеры фенотипических признаков, по которым ведётся селекция

Признаки	Примеры
Холодостойкость	Яблоня, виноград
Размеры	Картофель, капуста
Повышение продуктивности	Молоко, яйца, шерсть
Раннее созревание	Зерновые (два урожая за сезон)
Продолжительность плодоношения	Земляника
Вкусовые качества	Яблоки, виноград
Облегчение уборки урожая	Горох
Длительность хранения	Фасоль и горох для замораживания
Повышенная пищевая ценность	Соя и другие бобы (содержание белка)
Устойчивость к болезням	Пшеница (устойчивая к ржавчине)

Изменчивость - материал для селекции

Необходимым условием искусственного отбора служит исходная изменчивость признаков у особей, из числа которых производится выбор интересующих человека фенотипов. Существует множество методов селекции, специально направленных на повышение изменчивости: межсортовая и отдалённая гибридизация, искусственные способы повышения частоты мутаций с помощью радиации, выведение полиплоидов (рис. 40.7-40.10).

40.7. Межсортовая гибридизация ячменя создаёт разнообразие фенотипов - материал для искусственного отбора.

40.8. С помощью радиации селекционеры увеличивают частоту мутаций и повышают изменчивость.

40.9. С помощью межвидовой гибридизации селекционеры создали гибрид пшеницы с рожью - тритикале, многие линии которого отличаются повышенной морозостойкостью, скороспелостью, хорошей и прочной соломой, устойчивой к полеганию.

40.10. С помощью колхицина - вещества, задерживающего мейоз, - селекционеры создают полиплоидные сорта растений, обладающие повышенной продуктивностью.

Главное препятствие отдалённой гибридизации - нарушение конъюгации хромосом у гибрида первого поколения в мейозе. (Попробуйте объяснить, почему межвидовые гибриды F₁ часто бывают жизнеспособными, ноbоказываются бесплодными.)

Но природу можно “обмануть”. Если у гибрида первого поколения произойдёт удвоение всех хромосом (полиплоидия), то в мейозе каждой хромосоме найдётся гомологичная пара, происходящая от того же родительского вида. В результате преодолевается нескрещиваемость и появляются плодовитые гибриды второго и последующих поколений.

Генная инженерия - новый метод селекции

В последнее время к методам селекции добавилась генная инженерия: направленный перенос отдельных генов между весьма удалёнными в родственном отношении организмами. Это делается с использованием посредника — вируса или бактерии, способных перенести фрагмент ДНК от одного организма к другому (рис. 40.11).

40.11. Страны, выращивающие генно- модифицированные растения.

Этот метод помогает лечить сахарный диабет — тяжёлую болезнь, вызванную недостатком инсулина — гормона, участвующего в регуляции содержания сахара в крови. Диабет может быть, как врождённым (наследственным), так и приобретённым. Жизнь диабетика зависит от постоянного наличия у него препарата, содержащего инсулин. Благодаря генной инженерии промышленное производство инсулина “поручено” кишечной палочке, что гораздо дешевле, чем получение инсулина, выделяемого домашними млекопитающими.

Вы, конечно, знаете, что создано множество генно-модифицированных пород, сортов и штаммов, используемых при изготовлении продуктов. Генная инженерия — молодая технология. Она позволяет быстро и эффективно выводить новые формы, которые объединяют свойства разных видов. Получить их другим путём почти невозможно. Но у таких организмов могут быть неожиданные, пока не известные нам свойства. Например, если реклама обещает нам, что созданный из них продукт не портится — то есть ядовит для бактерий, то возникает вопрос, не ядовит ли этот продукт и для человека.

Следует считать необходимым и законным требование о том, что покупатель должен быть предупреждён об использовании генно-модифицированных организмов при изготовлении пищевых продуктов.

От индивидуальных уклонений - к сорту или породе

Вслед за первой фазой расширения спектра изменчивости следует длительная фаза искусственного отбора, в ходе которой не столько отбираются готовые варианты, сколько комбинируются полезные признаки, исходно представленные у разных особей. Примеры этого уже приводились в начале параграфа.

• Объясните, почему неточно и ненадёжно наследующиеся признаки доставляют селекционеру много хлопот. Легко ли их отобрать и сохранить?

Важный источник затруднений — обратная зависимость между многими хозяйственно ценными признаками. Например, в селекции крупного рогатого скота можно делать ставку либо на мясо, либо на молоко, в селекции кур — либо на мясо, либо на яйценоскость. Поэтому приходится создавать разные породы мясного, молочного, яйценоского направления по отдельности.

Наконец, последняя фаза селекционной работы, когда желаемые результаты достигнуты, — стабилизация сорта или породы. Это достигается путём массового размножения сорта и тщательной отбраковки уклоняющихся особей в течение ещё нескольких поколений.

• Попытайтесь представить, к каким генетическим результатам приводит такая стабилизация.

Особенности искусственного и естественного отбора

Особенности	Искусственный отбор	Естественный отбор
Исходный материал для отбора	Наследственные изменения	Наследственные изменения
Фактор отбора (кто или что проводит отбор)	Человек (в соответствии с потребностями)	Условия в природной среде обитания
Скорость действия	Высокая (бессознательный отбор) или очень высокая (методический отбор)	Как правило, низкая или очень низкая
Результат действия	Эволюция культурных форм	Эволюция диких форм

Обобщение новых знаний

Ведущую роль в селекции пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов играет искусственный отбор. Другие методы селекции (межсортовая и отдалённая гибридизация, повышение частоты мутаций, выведение полиплоидов) способствуют повышению изменчивости, создавая основу для отбора. Генная инженерия позволяет включать нужные гены в наследственный аппарат другого организма.

Искусственный отбор: методический и бессознательный. Селекция. Порода, сорт, штамм. Генная инженерия

Применение знаний

1. Как человеку удалось создать породы, сорта и штаммы?

2. Сравните бессознательный искусственный отбор с методическим и с естественным отбором.

3. Какие методы использует селекция для увеличения изменчивости?

4. Каких результатов достигла генная инженерия?

5. Какие клубни картофеля рачительный хозяин оставляет для посадки? Объясните смысл его действий, используя слова “искусственный отбор”.

6. Купите ли вы непортящиеся яблоки? Почему?

7. Растения каких сортов и животные каких пород есть у вас дома?

8. Как вы думаете, почему авторы поместили материал о селекции не в раздел генетики, а в раздел эволюции?