Что такое генетический состав
Популяция. Генетический состав популяций
Урок 3. Общая биология 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Популяция. Генетический состав популяций»
Вид — это исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определённым условиям жизни и занимают определённую область — ареал.
В природе совокупность особей вида, группируются в популяции. Популяции населяют какие-то отдельные небольшие участки ареала.
Популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Термин «популяция» был введён в 1903 году датским биологом Вильгельмом Иогансеном в работе «О наследовании в популяциях и чистых линиях».
Вильгельм Людвиг Иогансен
Численность популяций, да и количество особей в популяциях из-за изменения каких-либо факторов, например климатических, может меняться. Но сами популяции как таковые все равно сохраняются.
Конечно, природа не стабильна и внутри популяций могут возникать мелкие группировки, в которые объединяются особи со сходным поведением или на основе родственных связей. Такие группировки известны нам как стайки рыб или воробьёв прайды львов. Напомним, что прайды ― это семейные группы львов. В которые входят один или нескольких взрослых самцов (обычно не более 3-х), нескольких половозрелых самок и их детёнышей (львят обоих полов). Численность прайда может достигать до 30−40 животных. В прайдах всегда доминируют львы — альфа-самцы.
Но, как ни странно, охотой занимаются только самки. Молодые самцы по достижении половой зрелости изгоняются из прайда. Живя отдельно, они крепнут, взрослеют, а затем создают свои прайды.
В отличие от популяции, группы не способны устойчиво поддерживать сами себя. Они могут смешиваться с другими или распадаться под влиянием каких-либо факторов.
Популяция же занимает ту часть ареала, в которой отсутствуют изоляционные барьеры.
Каждая популяция приспосабливалась (адаптировалась) к среде своего обитания. Характерные черты этого приспособления передаются из поколения в поколение.
Взаимоотношения организмов в популяциях
Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями.
Часто особи одной популяции конкурируют друг с другом за те или иные виды ресурсов. Например, самка гиены рожает от 1 до 3 детенышей. Если оба детеныша самки, то они начинают сражение за доминирование, используя зубы. Эта конкуренция ведет к гибели почти 25% всех гиен на их первом месяце жизни. В результате оставшийся в живых детёныш получает больше различных ресурсов и созревает быстрее.
Особи одной популяции могут поедать друг друга. Например, речной окунь в отсутствии корма питается собственной молодью.
Также особи одного вида могут группироваться и вместе обороняться от хищника.
Таким образом, можно сказать что внутренние взаимоотношения в популяциях парой очень сложны и противоречивы.
В природе действует естественный отбор. Ослабленные организмы погибают. Это улучшает качественный состав популяции (в том числе качество наследственного материала, которым располагает популяция). Естественный отбор повышает способность популяции к выживанию в меняющихся условиях среды.
Сильные организмы занимают место погибших, размножаются и дают начало новому поколению.
В пределах каждой популяции организмов, размножающихся половым путём, идёт постоянный обмен генетическим материалом. А вот скрещивание особей из разных популяций происходит гораздо реже, поэтому генетический обмен между разными популяциями ограничен.
Существование в форме популяции повышает внутреннее разнообразие вида, его устойчивость к местным изменениям условий жизни, позволяет ему закрепляться в новых для себя условиях.
Генетический состав популяции
Научные генетические открытия и теории Дарвина привели к рождению особого направления исследований — популяционной генетики.
Популяционная генетика позволяет объяснить процессы изменения генетического состава популяций, возникновения новых свойств организмов и их закрепление под воздействием естественного отбора.
Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.
Генофонд — это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
Как уже отмечалось, природные популяции в разных частях ареала вида обычно более или менее различны.
Почему популяции одного вида могут отличаться? Дело в том, что чаще всего скрещивание между особями одного вида происходит в пределах одной популяции, которая находится на определённой территории.
В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.
Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.
Поэтому можно сказать, что мутационный процесс — это постоянный источник наследственной изменчивости.
В популяции, состоящей из нескольких миллионов особей, в каждом поколении может возникать по несколько мутаций практически каждого гена, который имеется в этой популяции.
Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций, которые передаются по наследству и впоследствии проявляются у потомства.
Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание ещё русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков, который установил, что значительная часть изменчивости генофонда скрыта от глаз, так как подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и не проявляются внешне.
Рецессивные мутации как бы «впитываются видом в гетерозиготном состоянии», ведь большинство организмов гетерозиготно по многим генам.
Вспомним, что гетерозиготность ─ это присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена или различаются по взаиморасположению генов.
Ген, который способен подавлять действие другого гена в онтогенезе, называется доминантным.
Ген, который оказывается подавленным и не может проявить себя в фенотипе, называется рецессивным.
Обычно доминантный ген обозначается прописной буквой ─ А-большое, рецессивный ген (а-малое). Рецессивный ген проявляется в фенотипе только в тех случаях, когда он находится в паре с аналогичным геном (а-малое, а-малое), т.е. когда оба аллельных гена являются рецессивными.
Если один аллельный ген является доминантным, а второй рецессивным (А-большое, а-малое, то в фенотипе проявляются только признаки, свойственные доминантному гену (А-большое).
Рецессивные мутации можно выявить в экспериментах со скрещиванием близкородственных особей.
При таком скрещивании некоторые рецессивные аллели, находившиеся в гетерозиготном и потому скрытом состоянии, перейдут в гомозиготное состояние и смогут проявиться.
Таким образом, благодаря мутациям популяции могут изменяться.
Изменчивость популяции — это важный фактор эволюции. Она повышает внутреннее разнообразие вида. Позволяет закрепиться виду в новых местах обитания.
Генетическую изменчивость можно увидеть в ходе искусственного отбора. Когда из популяции выбирают тех особей, у которых какие-либо ценные в хозяйственном отношении признаки выражены наиболее сильно, и скрещивают этих особей между собой.
В фенотипе первого поколения в результате такого скрещивания проявляются необходимые наилучшие выбранные признаки.
Например, у моркови и свёклы ценятся только сладкие корнеплоды, у картофеля — крупные клубни, у мака ― нераскрывающиеся коробочки.
Следовательно, в популяциях возможна генетическая изменчивость буквально по каждому признаку данного организма.
Ещё Сергей Сергеевич Четвериков показал, что большинство вновь возникших мутаций оказываются вредными и, как правило, снижают жизнеспособность особей.
Они сохраняются в популяциях лишь благодаря отбору в пользу гетерозигот.
Однако мутации, вредные в одних условиях, могут повысить жизнеспособность в других условиях.
Так, мутация, вызывающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на островах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущества перед особями с нормально развитыми крыльями.
Поскольку всякая популяция обычно хорошо приспособлена к своей среде обитания, крупные изменения обычно снижают эту приспособленность.
В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.
Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.
Таким образом, благодаря приспособлениям к новым условиям среды, популяции адаптируются.
Например, к изменению климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества.
С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.
Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.
Таким образом, мутационный процесс создаёт материал для эволюционных преобразований, формируя резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора и микроэволюции.
Конспект Генетический состав популяций
Тема: Генетический состав популяций.
Цель: формирование знаний о генофонде популяций и мутационных процессах в них.
Оборудование: таблицы, иллюстрирующие популяционную структуру вида и генетические процессы в популяциях;
Литература: В.В.Пасечник Биология «Общая биология 10-11 кл.», Т.А.Козлова Тематическое и поурочное планирование по биологии «Общая биология 10-11 кл.», В.М.Корсунская, Н.М.Верзилин пособие для учителя «Уроки общей биологии», О.С.Казакова Хрестоматия по общей биологии, Д.И.Трайтак Биология. Справочные материалы, Л.Г.Таршис Словарь – справочник по биологии для школьников.
Ключевые понятия: Генофонд популяции, генетическое равновесие, дрейф генов;
II . Сообщение темы и цели урока
III . Изучение нового материала
II .Сообщение темы и цели урока.
III .Изучение нового материала
Работа с учебником
Работа с учебником
На прошлом уроке мы рассмотрели с вами вид и его критерии, убедились в том, что вид состоит из популяций. Сегодня мы более подробно рассмотрим популяции на генетическом уровне.
Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Генетический состав популяций»
Как вы уже знаете: популяции – это естественная совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определённую часть ареала.
Во времена Дарвина науки генетики не существовало. Она начала развиваться в начале XX в. Стало известно, что носителями наследственной изменчивости являются гены. Наука, изучающая генетические основы популяции называется популяционная генетика.
Популяционная генетика – это наука, изучающая генетические основы популяции.
Каждая особь обладает своим генотипом, т.е.
Генотип – это совокупность всех генов одного организма.
Гены передаются от поколения к поколению не изменяясь. Каждая популяция характеризуется также определённым генофондом.
Генофонд – это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
Необходимыми предпосылками эволюционного процесса являются возникновения элементарных изменений аппарата наследственности – мутаций, их распространение и закрепление в генофондах популяций организмов. Направленные изменения генофонда в популяции пол воздействием различных факторов представляют собой эволюционные изменения.
Т.о. генофонд не является постоянным, т.к. в природе постоянно идут мутационные процессы под действием условий среды.
Мутационный процесс – это постоянный источник наследственной изменчивости.
В популяции, состоящей из нескольких миллионов особей, в каждом поколении может возникать по нескольку мутаций буквально каждого имеющегося в этой популяции гена. Благодаря комбинативной изменчивости мутации распространяются в популяции.
Передача генетического материала от родителей потомству должна происходить очень точно, иначе виды сохраниться не могут. Однако, иногда, происходят количественные и качественные ДНК и дочерние клетки получают искажённый, по сравнению с родительскими, набор генов. Такие ошибки в наследственном материале передаются следующему поколению и называются мутациями.
Организм, получивший в результате мутации новое свойство, называют мутантом.
Мутационная теория была разработана в 1901 г. голландским учёным цитологом Гуго де Фризом.
Мутации имеют ряд свойств:
1) Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.
2) Мутации чаще бывают рецессивными и реже доминантными.
3) Мутации передаются из поколения в поколение.
4) Мутации происходят достаточно редко.
5) Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.
1.Генные или точечные: связаны с заменой, попаданием или добавлением нуклеотидов в молекуле ДНК блокируют синтез фермента гибель организма.
2.Хромосомные: возникают при утрате, удвоении, перевёртывании на 180° или перемещении отдельных участков хромосом.
3.Гетероплоидия: мутации, связанные с избытком или недостатком хромосом в одной гомологичной паре
у человека появление лишней хромосомы в 21 паре вызывает синдром Дауна (слабоумие).
4.Цитоплазматические: связаны с изменением органоидов цитоплазмы, содержащих ДНК появление пёстролистности у растений связано с изменением ДНК хлоропластов.
5.Полиплоидия: кратное увеличение числа хромосом
большие размеры клеток, листьев, плодов, цветков, семян.
6.Соматические: распространяются на ту часть тела, которая развивалась из изменённой клетки в селекции получен сорт яблони Антоновки шестисотграммовой.
Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков (1880-1959)
Откройте стр.201-202 и ответьте на 2 вопрос в конце параграфа.
-Что Четвериков говорил о мутациях, возникших в гомозиготном состоянии? Приведите пример.
(мутации в гомозиготном состоянии снижают жизнеспособность особей. Однако мутации, вредные в одних условиях, могут повысить жизнеспособность в других условиях. Н-р: мутация, вызывающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, проживающих в разных климатических условиях).
Именно в этом кроется способность популяции адаптироваться, т.е. приспосабливаться к новым факторам – изменениям климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.
Адаптация – это приспособление организма к меняющимся условиям среды.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам (колорадский жук).
Т.о. мутационный процесс создаёт материал для эволюционных преобразований, формируя резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Он создаёт основу для действия естественного отбора и микроэволюции.
Обладая специфическим генофондом, находящемся под контролем естественного отбора, популяции играют важнейшую роль в эволюционных преобразованиях вида. Все процессы, ведущие к изменениям вида, начинаются на уровне видовых популяций и являются направленными процессами преобразований популяционного генофонда.
Генофонд популяций сбалансирован, в нём устанавливается генетическое равновесие, или постоянство частот встречаемости различных аллелей.
Но иногда наблюдаются нарушения этого равновесия.
Причины нарушения генетического равновесия
Направленные – повышение частот «полезных генов». Происходят вследствие естественного отбора. Изменение генофонда под действием этого отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге – к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.
Ненаправленные – могут происходить вследствие разных причин.
Найти и выписать себе в тетрадь причины.
Причины: 1) Миграции 2) Естественный и искусственный барьер 3) Природные катастрофы
Т.о. действие случайных факторов обедняет и изменяет генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием. Это явление называют дрейфом генов.
Дрейф генов – это случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции.
Это явление впервые обнаружили российские генетики Н.П.Дубинин и Д.Д.Ромашов, а также зарубежные учёные С.Райт и Р.Фишер.
С.Райт экспериментально доказал, что в маленьких популяциях частота мутантного аллеля меняется быстро и случайным образом. Его опыт был прост: в пробирки с кормом он посадил по две самки и два самца мух дрозофил, гетерозиготных по гену А (генотип их Аа). В этих искусственно созданных популяциях концентрация нормального (А) и мутантного (а) аллелей составила 50%. Через несколько поколений оказалось, что в некоторых популяциях все особи стали гомозиготными по мутантному аллелю (а), в других популяциях он был вовсе утрачен, и, наконец, часть популяций содержала как нормальный, так и мутантный аллель. Важно подчеркнуть, что, несмотря на снижение жизнеспособности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному отбору, в некоторых популяциях мутантный аллель полностью вытеснил нормальный. Это и есть результат случайного процесса – дрейфа генов.
Т.о. мы рассмотрели основные изменения генофонда популяций.
1)Что изучает популяционная генетика ?
(Популяционная генетика – это наука, изучающая генетические основы популяции.)
(Генотип – это совокупность всех генов одного организма.)
( Генофонд – это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.)
4)Чем является мутационный процесс ?
( Мутационный процесс – это постоянный источник наследственной изменчивости.)
5)Понятия мутации, мутанта ?
Организм, получивший в результате мутации новое свойство, называют мутантом.)
6)Перечислите свойства мутаций ?
(1) Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.
2) Мутации чаще бывают рецессивными и реже доминантными.
3) Мутации передаются из поколения в поколение.
4) Мутации происходят достаточно редко)
7)Какие виды мутаций существуют ?
( Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.)
( Адаптация – это приспособление организма к меняющимся условиям среды.)
9)Назовите причины нарушения генетического равновесия?
10)Что такое дрейф генов?
( Дрейф генов – это случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции.)
— Итак, мы более подробно рассмотрели популяции.
1)В состав чего входят популяции?
( популяция является частью вида)
2)Дать определение вида?
( Биологический вид – это совокупность особей, обладающих внутренним и внешним сходством, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определённым условиям жизни, занимающих в природе определённый ареал.)
3)Перечислите критерии вида с их краткой характеристикой.
( Морфологический, Генетический, Физиологический, Биохимический, Экологический, Этологический, Географический, Исторический)
( популяции – это естественная совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определённую часть ареала.)
Т.о. сегодня на уроке мы познакомились с генетическим составом популяций, а также выяснили изменения генофонда популяций.
Виды и популяции
Видом называют совокупность особей, которых объединяет сходство морфологических, физиологических и биохимических особенностей, общее происхождение, способные скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающие определенный ареал.
Напомню, что название всех живых существ состоит из двух слов, так как во всем мире принята биноминальная номенклатура, созданная Карлом Линнеем.
Критерии вида
Особи объединяются в один вид на основании сходства по ряду критериев, однако замечу, что ни один из этих критериев не является абсолютным. Только в совокупности данные критерии позволяют объективно сделать вывод о том, к какому виду относится организм.
Данный критерий свидетельствует о сходстве процессов жизнедеятельности среди особей одного вида. К такому критерию можно отнести, к примеру, продолжительность беременности, периоды миграции и спячки у особей.
Белки и нуклеиновые кислоты у особей одного вида являются видоспецифичными. Это связано с уникальной последовательностью генов в ДНК.
Особи одного вида сходны по строению и числу хромосом. Этот критерий также не абсолютный, у разных видов число хромосом может быть одинаково: в клетках гориллы, картошки и ужовника по 48 хромосом. Однако различия здесь очевидны 🙂
Этот критерий акцентирует внимание на сходстве в поведении животных одного вида. Однако нельзя забывать, что разные виды могут проявлять схожее поведение.
Распространение вида на определенном ареале (территории).
Популяция (лат. populatio — население)
Именно на уровне популяции происходят элементарные эволюционные процессы, которыми так активно занимался советский генетик-эволюционист С.С. Четвериков. Он выдвинул предположение о накоплении мутаций в пределах популяции и подчеркнул особое значение естественного отбора, изоляции в появлении новых видов.
Вся совокупность генов у особей, составляющих популяцию, называется генофонд и представляет собой механизм обмена и передачи генетического материала. У отдельных особей возникают мутации, которые накапливаются в генофонде, и могут привести к появлению новых признаков (возможно полезных, а возможно и не очень).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.