Ответить на вопросы по учебнику биологии профильного уровня А.Теремов
Сверь числа и знаки с фото.
Вопросы и задания
- В чём сущность направленности эволюции? Используйте для ответа представления о действии естественного отбора в популяциях.
Глава 3. МАКРОЭВОЛЮЦИЯ 2. Используя знания по генетике, объясните причины необратимости эволюции. Охарактеризуйте правило происхождения новых групп организмов от неспециализированных предков и правило прогрессирующей специализации. Приведите примеры, иллюстрирующие оба эти правила эволюции. 3. Что такое адаптивная радиация? Каковы эволюционные пути и формы её достижения? Приведите примеры адаптивной радиации у организмов. 4. Почему закон А. Н. Северцова можно считать универсальным для всех групп организмов? Проиллюстрируйте этот закон примерами. 5. В чём выражается неравномерность эволюции? Приведите примеры. 6. С чем связано ускорение темпов эволюции в настоящее время? 7. Объясните, почему эволюция никогда не достигает конечного результата, т. е. своего финала. Как называется это правило эволюции?
На фото видны: с. 21 — вопрос 1; с. 106 — вопросы 2–7. Вопроса 8 в кадре нет, поэтому его не добавляю.
Кратко
- Направленность эволюции — не «цель» и не «стремление», а закономерный сдвиг признаков и частот аллелей в популяции под действием естественного отбора в конкретных условиях.
- Необратимость связана с уникальной историей генофонда; новые крупные группы чаще возникают от неспециализированных предков, а глубокая специализация сужает эволюционные возможности.
- Адаптивная радиация — расхождение одного предкового вида на множество форм, занимающих разные ниши; её основа — дивергенция, изоляция и отбор.
- Закон А. Н. Северцова — о чередовании главных направлений эволюции: крупные преобразования (ароморфозы) сменяются частными приспособлениями (идиоадаптациями).
- Неравномерность эволюции — разные темпы у разных групп, признаков и в разные периоды.
- Ускорение темпов сейчас связано прежде всего с антропогенным изменением среды и усилением отбора.
- Эволюция не имеет финала, потому что условия и генофонд меняются, а любая адаптация относительна. Это правило неограниченности эволюции.
Разбор
1. В чём сущность направленности эволюции?
Ответ. Естественный отбор в популяциях неслучайно сохраняет одни наследственные варианты и устраняет другие. Поэтому в популяции из поколения в поколение меняются частоты аллелей и признаки — возникает приспособленность к данным условиям. Это и есть направленность.
Почему это не «цель». Эволюция не планирует и не стремится к заранее заданному результату. Мутации и рекомбинации создают разные варианты, а отбор «подхватывает» те, что выгодны здесь и сейчас. При изменении среды направление отбора может измениться.
Пример. При загрязнении стволов берёз тёмные бабочки-пяденицы меньше заметны и чаще выживают; частота тёмной формы растёт. Если среда снова изменится, отбор может пойти в другую сторону.
2. Необратимость эволюции и два правила
Почему эволюция необратима с точки зрения генетики. Генофонд — это историческая система. За время эволюции накапливаются мутации, часть аллелей теряется, часть закрепляется, перестраиваются взаимодействия генов и ход развития. Обратные мутации редки и не восстанавливают весь прежний комплекс генов. Даже если условия станут похожими, отбор будет действовать на уже изменённый генофонд. Поэтому полностью вернуться к предковому состоянию группа не может. Это закономерность, известная как закон необратимости эволюции (закон Долло).
При этом сходные признаки могут возникать независимо — это конвергенция. Но внешнее сходство не означает возврата к тому же генофонду.
Правило происхождения новых групп от неспециализированных предков. Крупные новые группы чаще появляются от относительно пластичных, неспециализированных форм. Узкий специалист уже «привязан» к своей нише и хуже осваивает новую. Пример: млекопитающие — от мелких неспециализированных зверозубых рептилий; первые наземные позвоночные — от древних лопастепёрых рыб.
Правило прогрессирующей специализации. Попав в определённую нишу, группа может всё сильнее к ней приспосабливаться. Это повышает выживаемость в стабильных условиях, но снижает пластичность. Пример: лошади — от многопалых лесных предков к однопалой конечности и зубам, приспособленным к жёсткой пище на открытых пространствах. При резкой смене условий такая специализация может стать ловушкой.
3. Адаптивная радиация
Ответ. Адаптивная радиация — это расхождение одного предкового вида или группы на множество видов и форм, которые занимают разные экологические ниши. Она связана с дивергентным отбором: в разных условиях выгодными оказываются разные варианты.
Пути и формы. Основной путь — дивергенция и накопление идиоадаптаций — частных приспособлений без выхода на новый уровень организации. Формы видообразования — аллопатрическое, связанное с географической изоляцией, и симпатрическое, связанное с экологической дифференциацией внутри одной территории.
Примеры. Дарвиновы вьюрки с разными клювами; цихлиды африканских озёр; сумчатые Австралии; гавайские цветочницы.
4. Закон А. Н. Северцова
Речь о законе чередования главных направлений эволюции: периоды крупных преобразований — ароморфозов, открывающих новую адаптивную зону, — сменяются периодами идиоадаптаций и дивергентного разнообразия. Затем возможности старой организации исчерпываются, и может понадобиться новый ароморфоз. У части групп возможно и упрощение — общая дегенерация.
Почему его считают универсальным. Он описывает общую логику макроэволюции у самых разных групп, потому что в основе лежит единый механизм — отбор. Конкретные сроки и формы у растений, животных и микроорганизмов разные, но смена фаз «крупное преобразование → частные приспособления» прослеживается широко.
Примеры. Земноводные: лёгкие и конечности как крупные преобразования, затем разнообразие способов передвижения и размножения. Покрытосеменные: цветок и плод, затем разнообразие опылителей и способов распространения семян. Млекопитающие: теплокровность и вскармливание молоком, затем адаптивная радиация в разные среды.
5. Неравномерность эволюции
Неравномерность проявляется в том, что разные группы, признаки и этапы эволюционируют с разной скоростью. Одни группы долго остаются относительно неизменными, другие быстро дивергируют. Разные органы тоже меняются неодинаково — это называют мозаичной эволюцией.
Примеры. «Живые ископаемые» — латимерия, гинкго, мечехвосты — меняются медленно. Цихлиды в озёрах дают быструю радиацию. Бактерии быстро приобретают устойчивость к антибиотикам. Ароморфозы происходят редко, а идиоадаптации — чаще.
6. С чем связано ускорение темпов эволюции сейчас?
Прежде всего — с деятельностью человека: изменением местообитаний, загрязнением, применением пестицидов и антибиотиков, изменением климата, переселением видов. Человек создаёт новые ниши и очень сильные факторы отбора.
Особенно быстро это заметно у организмов с коротким поколением — бактерий, насекомых, сорняков. Примеры: устойчивость бактерий к антибиотикам, насекомых к инсектицидам, сорняков к гербицидам; изменение размеров рыб при интенсивном промысле. Это в первую очередь ускорение микроэволюции; макроэволюционные последствия не проявляются мгновенно.
7. Почему эволюция не достигает финала?
Потому что не существует «окончательно приспособленного» организма. Среда и связи между видами постоянно меняются: конкуренты, хищники, паразиты, климат. Любая адаптация относительна и часто имеет ограничения. Кроме того, мутации и рекомбинации продолжают давать новый материал, а отбор — новые направления.
Поэтому эволюция принципиально не имеет конечного результата. Это правило неограниченности эволюции.
Как проверить себя
- В ответах об эволюции не должно быть формулировок «эволюция стремится» или «природа решила». Направление создаёт отбор в популяции.
- Необратимость не означает, что сходные формы не могут появиться снова: это будет конвергенция, а не возврат к прежнему генофонду.
- Для каждого правила должен быть пример, показывающий связь признака со средой и ограничения специализации.
Обсуждение
2 сообщенияОтветить на вопросы по учебнику биологии профильного уровня А.Теремов
Вот ответы на вопросы 1–8 по главе «Макроэволюция» (с. 105–106).
1. В чём сущность направленности эволюции? Сущность в том, что эволюция — не хаотичное накопление случайных изменений, а закономерное изменение генофонда популяций в определённую сторону, которое обеспечивает естественный отбор. В каждой популяции есть наследственная изменчивость; в борьбе за существование выживают и оставляют потомство особи с признаками, полезными в данных условиях; их аллели накапливаются, и признак закрепляется. Пока условия среды относительно стабильны, отбор из поколения в поколение действует в одном направлении. При этом направленность не означает «цель»: при смене условий отбор меняет направление. Примеры: промышленный меланизм у берёзовой пяденицы; редукция глаз у пещерных рыб. Направляющий фактор — отбор, а не сама мутационная изменчивость.
2. Причины необратимости эволюции с точки зрения генетики. Генофонд популяции — целостная исторически сложившаяся система взаимодействующих генов; признак определяется обычно не одним геном, а их комплексом. Мутации случайны, и вероятность повторения той же серии мутаций и их комбинаций в прежнем порядке ничтожно мала. После того как отбор перестроил генофонд, вернуть его к исходному состоянию практически невозможно: даже если условия вернутся, генетический материал будет уже другим. Поэтому возникают новые приспособления, а не копия предковых форм. Пример: киты и ихтиозавры вторично перешли к водному образу жизни, но не стали рыбами; пещерные животные, утратив глаза, не восстанавливают их в прежнем виде.
3. Два правила эволюции.
- Правило происхождения новых групп от неспециализированных предков: крупные новые таксоны — классы, отряды — возникают от относительно неспециализированных, пластичных предков с широкими возможностями. Узкоспециализированные формы, приспособленные к одной среде, дать начало крупной новой группе обычно не могут. Примеры: земноводные — от кистепёрых рыб; млекопитающие — от древних зверозубых рептилий; птицы — от архозавров; цветковые растения — от древних голосеменных.
- Правило прогрессирующей специализации: группа, вставшая на путь узкого приспособления к определённой среде, постепенно углубляет специализацию; её организация становится односторонней, эволюционная пластичность снижается. В стабильных условиях это даёт процветание, но при резкой смене условий такие группы вымирают или становятся реликтами. Примеры: паразитические формы с редукцией органов, пещерные рыбы, крокодилы, гаттерия, сумчатые Австралии, пингвины.
Вывод: новую крупную группу даёт неспециализированный предок, а специализация — путь к расцвету в узкой нише и одновременно к уязвимости.
4. Что такое адаптивная радиация? Это быстрая дивергенция одной группы организмов в разные экологические ниши с образованием множества видов и надвидовых таксонов. Она достигается через дивергенцию на основе идиоадаптаций — частных приспособлений. Часто радиация начинается после освоения новой среды (острова, озёра), после вымирания конкурентов или после ароморфоза, открывшего новую адаптивную зону. Примеры: вьюрки Дарвина на Галапагосских островах; цихлиды африканских озёр; сумчатые Австралии; млекопитающие после вымирания динозавров; гавайские цветочницы.
5. Почему закон А. Н. Северцова считают универсальным? Речь о законе прогрессирующей специализации: группа, приспосабливаясь к узким условиям, неизбежно идёт по пути всё более глубокой специализации; её приспособления становятся односторонними, а способность к крупным эволюционным перестройкам падает. Закон универсален, потому что вытекает из общего механизма отбора: любая адаптация к конкретной среде сужает возможности существования в других условиях. Это свойство всех групп — животных, растений, грибов, микроорганизмов. Примеры: паразиты с утратой пищеварительной системы и органов чувств; пещерные рыбы с редукцией глаз и пигментации; коала, питающаяся только эвкалиптом; пингвины с крыльями-ластами; крокодилы как специализированные водно-наземные хищники.
6. В чём выражается неравномерность эволюции? В том, что разные группы организмов, разные признаки и разные периоды эволюционируют с неодинаковой скоростью: есть длительные периоды стабильности и короткие периоды быстрых изменений. Причины — разные темпы размножения, численность популяций, интенсивность отбора, стабильность среды, скорость мутирования. Примеры: «живые ископаемые» — латимерия, гаттерия, гинкго, мечехвосты — почти не изменились за сотни миллионов лет; напротив, после мел-палеогенового вымирания млекопитающие быстро освоили разные ниши; цихлиды африканских озёр образовали десятки видов за короткий срок; устойчивость бактерий к антибиотикам возникает за годы. Неравномерность проявляется и в разных органах: одни меняются быстро, другие долго сохраняются.
7. С чем связано ускорение темпов эволюции в настоящее время? Прежде всего с деятельностью человека: разрушением и изменением местообитаний, загрязнением, изменением климата, интродукцией видов, искусственным отбором, массовым применением антибиотиков и пестицидов. Это усиливает движущий отбор, создаёт новые экологические ниши, дробит популяции и повышает мутагенную нагрузку. Примеры: быстрая устойчивость бактерий к антибиотикам и насекомых к пестицидам; промышленный меланизм; формирование синантропных видов; быстрая эволюция вирусов. Человек стал мощным фактором эволюции.
8. Почему эволюция не имеет финала? Потому что среда непрерывно меняется, в том числе под влиянием самих организмов; любая адаптация относительна и действует лишь в определённых условиях; естественный отбор продолжает работать, и «конечного совершенного вида» не существует. Ресурсы ограничены, поэтому возникают эволюционные компромиссы: специализация повышает приспособленность в одной нише, но снижает пластичность. Это правило называется правилом неограниченности эволюции: эволюция принципиально не завершается, у неё нет финала. Пример: даже процветавшие группы при изменениях среды вымирали, а после кризисов эволюция продолжалась в новых направлениях.
Общий стержень всех этих правил один: эволюция — результат естественного отбора в меняющейся среде, поэтому она направлена, необратима, неравномерна и бесконечна.
