Материал для естественного отбора эволюционная роль мутаций. Эволюционная роль мутаций. В настоящее время на нашей планете обитает несколько миллионов видов живых организмов, каждый из которых по-своему уникален. Генетические характеристики популяций: вну

11 класс. Биология (ПРОФ)

Тема урока: «Материал для естественного отбора. Мутации. Эволюционная роль мутаций».

Цель урока: Сформировать понятие «мутация»; рассмотреть виды мутации и выявить эволюционную роль мутаций.

Ход урока

Организационный момент

Актуализация знаний

Беседа о виде и его критериях.

Изучение нового материала

Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают при действии УФ, радиации… передаются по наследству, служат материалом для Е.О.

Генные мутации (точечные, трансгенации) – изменение строение одного гена в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена.

ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА А -ТТТ- ЦАГ

ААГ-АЦА- ТТ Т - ААА- ГТЦ - замена пары А-Т на Ц-Г

ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА Ц ---- А -ТТТ- ЦАГ

ААГ-АЦА- ТТ Г ---- Т - ААА- ГТЦ -вставка пары Ц-Г

ДНК: ТТЦ- ТГТ- АА _ -ТТТ- ЦАГ

ААГ-АЦА- ТТ _ - ААА- ГТЦ - выпадение пары А-Т

Транзиции – одно пуриновое основание в паре нуклеотидов заменяется на другое, а пиримидиное на другое пиримидиновое. А(пурин)Т(пиримидин) на Г(пурин)Ц(пирим)

Трансверсии – пуриновое основание заменяется на пиримидиновое, а пиримидиновое на пуриновое. АТ на ЦГ

Причины – нарушения при репликации, репарации, рекомбинации. Вызывают наследственные заболевания связанные с обменом веществ.

Хромосомные мутации (перествройки или аберрации) – внутрихромосомные изменения или межхромосомные обмены.

Внутрихромосомные перествройки – структурные изменения в пределах одной хромосомы.

Делеция (нехватка) – потеря участка хромосомы.

ABCDEFGH-----ABCEFGH

Дефишенси – нехватка концевого участка хромосомы.

ABCDEFGH-----ABCDEFG

Дупликация – повторение какого либо участка 9тандема) хромосомы.

Прямая тандемия ABCBCDE

Обращённая тандемия ABCCBDE

Концевая дупликация ABABCDE

Мультипликация ABCDCDCDCDEFGH

Инверсии – поворот участка хромосомы на 180.

ABCDEFGH---ABCFEDGH

Межхромосомные перестройки – одно или двустороннее перемещение участков с одной хромосомы на другую, а также взаимодействие негомологичных хромосом.

Транслокации – обмен фрагментами м/у негомологичными хромосомами.

AB CDE / FGH MNO CDE / FGH

MNO PQ / R AB PQ / R

Транспозиции – перемещение участка в пределах одной хромосомы.

ABCDE / FGH ------ ABE / FDCGH

Причины – разрывы хромосом или хроматид и воссоединение их в новых сочетаниях.

Геномные мутации – Изменения количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.

Полиплоидия – кратные изменения. У животных не вствречаются, у растений приводят к увеличению размера.

Анеуплоидия – изменения на 1-2 хромосомы. (синдром Ш-Е 44х; Дауна – 21, Патау-13, Эдвардс-18)

Мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости . Благодаря этому популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости мутации могут широко распространиться в популяциях.

Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, так как они лучше приспособлены чем гомозиготы.

ПРИМЕР: Светлоокрашенные бабочки берёзовой пяденицы (аа), обитающие в лесу с тёмно окрашенными стволами деревьев быстро должны быть уничтожены врагами, так как заметны. И единственной формой обитания должны стать темноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели (АА). Но очень долго встречались светлые бабочки (аа). Оказывается гусеницы (АА) плохо усваивают листья берёз покрытых гарью, а гусеницы (Аа) растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, болшая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.

Мутации вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях.

ПРИМЕР: мутация, обуславливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно вредна в обычных условиях., и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормальными крыльями. Так не сдуваются потоками воздуха.

Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяции. Высокая степень генетического разнообразия популяций – основа для действия Е.О.

Причины многообразия фенотипических проявлений.

Изменение регуляторных генов, приводящих к изменению времени и места включения в работу генов. Активация генов на более ранних этапах онтогенеза, вызывает и усиливает плейотропный эффект гена и, следовательно, большее число его проявлений. (Плейотропия – один ген влияет на несколько фенотипических признаков (рыжий цвет волос обуславливает более светлую кожу и веснушки; белые голубоглазые коты имеют склонность к глухоте; У овса окраска чешуйки и длина семени регулируются одним геном).

У более высокоорганизованных групп живых организмов в большей степени изменяется сам процесс реализации наследственной информации.

Закрепление

Освещение основных вопросов по данной теме. (стр. 40 учебника)

Рефлексия

Мутацией называют стойкие изменения в генотипе, которые происходят из-за влияния внешних и внутренних факторов. Родоначальником термина является Гуго де Фриз — голландский ботаник и генетик. Процесс, когда появляются мутации, именуется мутагенезом. В сегодняшней статье мы затронем тему мутирования и поговорим о том, какова роль мутации в процессе эволюции.

Причины явления

Характеризуется двумя качествами — спонтанностью и индуцированностью. Появление характеризуется самопроизвольностью и встречается на любой стадии развития организма. Что касается окружающей среды, то она должна быть естественной.

Индуцированный вид мутации является наследственным изменением генома, которое происходит вследствие воздействия различных мутагенов. Организмы помещаются либо в искусственно созданные (экспериментальные), либо в неблагоприятные окружающие условия.

Живые клетки воспринимают мутагенез как естественный для них процесс. К основным процессам, ответственным за мутацию, относят: репликацию и нарушенность восстановления ДНК, транскрипционный процесс и генетическую рекомбинацию.

Мутагенез и его модели

В объяснении и понимании природы и механизмов появления мутаций помогают специальные научные подходы. Полимеразные изменения основываются на теории о прямой и единственной зависимости мутаций с ошибками ДНК-полимера. В татумерных моделях мутагенеза, предложенных двумя известными биологами, впервые была затронута мысль о том, что основной пласт мутаций заключается в возможности ДНК-оснований располагаться в разных татумерных формах.

Ранняя классификация мутаций

Генетиком Меллером была создана классификация мутаций, основанная на видах изменения функционирования генов. Как результат появились следующий виды:

1. Аморфный. Во время мутирования ген теряет практически все свои функции. Примером мутации могут служить изменения у дрозофилы.
2. Гипоморфный. Изменившиеся аллели продолжают действовать по тому же сценарию, что и дикие. Синтезирование белкового продукта проводится в меньшем количестве.
3. Антиморфный. Изменение мутантного признака. Примерами мутации стали некоторые зерна кукурузы - окрашиваются в а не в пурпурный.
4. Неоморфный.

Поздняя классификация мутаций

В современных научных справочниках есть упоминание о формальной классификации, которая отталкивается от изменений, проходящих в различных структурах. Исходя из этого разделения, выделяются следующие мутации:

1. Геномные.
2. Хромосомные.
3. Генные.

С геномными мутациями связаны изменения хромосом, общее количество которых не соотносится с галоидным набором.

Хромосомным мутациям приписывают перестройку отдельных хромосом в большом количестве. Генетический материал в таком случае теряет какую-то часть или, наоборот, удваивает ее.

Что касается генной мутации, то она лишь незначительно изменяет ДНК-структуру гена, в отличие от других видов, однако ее возникновение случается гораздо чаще.

Внутри генного вида выделяется еще один подвид, именуемый точечной мутацией. В ней одно азотистое основание заменяется на другое.

Бывает и такое, что вредность мутаций постепенно заменяется на полезность. Толчком для таких изменений становятся постоянно меняющиеся условия существования организмов. Так какую роль играют мутации?

Возьмем в пример естественный отбор — известный эволюционный процесс, во многом зависящий от изменчивости. Рассмотрим эволюционную роль мутации на примере мутантов-меланистов (особей с темной окраской), которые были обнаружены английскими учеными 14 века при изучении березовых пядениц. Помимо бабочек, окрашенных в типично светлые цвета, были найдены и другие особи, чей окрас был гораздо темнее. Причиной такого сильного отличия стал мутировавший ген.

Дело в том, что обычным местом обитания для таких бабочек являются деревья, на стволах которых обильно растет лишайник. Царившая в ранние годы промышленная революция вместе с сильным загрязнением атмосферных слоев привели к гибели лишайников. На когда-то светлых стволах появилась копоть, которая мешала естественной маскировке Все это привело к тому, что особи, чьим место обитания были промышленные районы, изменили цвет своего морфа со светлого на темный. Такая эволюционная роль мутации помогла выжить многим бабочкам, в то время как их не очень удачные светлые сородичи стали жертвами нападений хищных птиц.

Подобные изменения происходят у самых разнообразных видов по всему миру. Появление таких полезных признаков, являющихся основой эволюционной роли мутации, приводит к тому, что естественный отбор дает начало новым подвидам и видам среди живых организмов. Мутирование происходит постоянно, потому что это естественная способность наших генов.

Еще больше информации о мутации вы найдете в учебниках по биологии и специальной научной литературе.

Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов, эволюционная теория получила новый толчок и дальнейшее развитие. Велик вклад в популяционную генетику русского учёного С. Четверикова. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а так же на колебания частоты генов в популяциях, в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления – ключ к пониманию процессов эволюции.

Действительно, мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определённой частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 10 тыс. – 1 млн. гамет несёт вновь возникшую мутацию в определённом локусе. Так как одновременно мутируют многие гаметы, то 10-15% гамет несут те или иные мутационные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости, мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выделяться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.

В примере с бабочкой, березовой пяденицей, казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивному аллелю (аа), обитающих в лесу с тёмными стволами берёз, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантному аллелю (АА). Но на протяжении длительного времени в закопчённых берёзовых лесах Юга Англии постоянно встречаются светлые бабочки берёзовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантному аллелю, плохо усваивают листья берёз, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.

Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказываются вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот.

Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведённых примеров можно указать на следующий. Мутация, обуславливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических просторах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.

Таким образом, мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора.

Генетические процессы в популяциях

В разных популяциях одного вида, частота мутационных генов неодинакова. Практически нет двух популяций с совершенной частотой встречаемости мутационных признаков. Эти различия могут быть обусловлены тем, что популяции обитают в неодинаковых условиях внешней среды. Направленное изменение частоты генов в популяциях обусловлено действием естественного отбора. Но и близко расположенные, соседние популяции могут отличаться друг от друга столь же значительно, как и далеко расположенные. Это объясняется тем, что в популяциях ряд процессов приводит к ненаправленному случайному изменению частоты генов, или, другими словами, их генетической структуры.

Например, при миграции животных или растений, на новом месте обитания появляется незначительная часть исходной популяции. Генофонд вновь образованной популяции неизбежно меньше генофонда родительской популяции, и частота генов в ней будет значительно отличаться от частоты генов исходной популяции. Гены, до того редко встречающиеся, вследствие полового размножения быстро распространяются среди новой популяции. В то же время широко распространённые гены могут отсутствовать, если их не было в генотипе основателей новой популяции.

Другой пример. Природные катастрофы – лесные или степные пожары, наводнения и т.п. – вызывают массовую, неизбежную гибель живых организмов, особенно малоподвижных форм: растений, грибов, моллюсков, земноводных и т.д. Особи, избежавшие гибели, остаются в живых благодаря чистой случайности. В популяции, пережившей катастрофу, происходит понижение численности. При этом частоты аллелей будут иными, чем в исходной популяции. Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт оставшаяся, немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определяет генетическую структуру всей популяции в период её расцвета. При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других может случайно резко повыситься.

В биоценозе часто наблюдаются периодические колебания численности популяций, связанные со взаимоотношениями типа «хищник – жертва». Усиленное размножение объектов охоты хищников на основе увеличения кормовых ресурсов приводит, в свою очередь, к усиленному размножению хищников. Увеличение же численности хищников вызывает массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов обуславливает сокращение численности хищников и восстановление размеров популяций жертв. Эти колебания численности называются волнами численности. Они изменяют частоту генов в популяциях, в чём и состоит их эволюционное значение.

К изменениям частоты генов в популяциях приводит так же ограничение обмена генами между ними, вследствие пространственной изоляции. Реки служат преградой для сухопутных видов, горы и возвышения изолируют равнинные популяции. Каждая из изолированных популяций обладает специфическими особенностями, связанными с условиями жизни. Важное следствие изоляции – близкородственное скрещивание – инбридинг. Благодаря инбридингу рецессивные аллели, распространяясь в популяции, проявляются в гомозиготном состоянии, что снижает жизнеспособность организмов. В человеческих популяциях, изоляты, с высокой степенью инбридинга встречаются в горных районах и на островах. Сохранила ещё значение изоляция отдельных групп населения по кастовым, религиозным, расовым и другим причинам.

Эволюционное значение различных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями, а так же в том, что разделённые части популяции или вида подвергаются неодинаковому давлению отбора.

Таким образом, изменения частоты генов, вызванные теми или иными факторами внешней среды, служат основой возникновения различий между популяциями и в дальнейшем обусловливают преобразование их в новые виды. Поэтому изменения популяций в ходе естественного отбора называют микроэволюцией.

Контрольные вопросы

1. Работа С. Четверикова в области популяционной генетики.

2. Эволюционная роль мутаций.

3. Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций.

4. Изменения частоты генов в популяции.

5. Что такое микроэволюция?

ВНИМАНИЕ!!! ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ ПЕРЕРАБОТАН, ДОПОЛНЕН И ВКЛЮЧЕН В КНИГУ «Творение или эволюция? Сколько лет Земле?». ДЛЯ ЧТЕНИЯ ПЕРЕЙДИТЕ НА СТРАНИЦУ -->

Зная об отсутствии доказательной базы и доводах против межвидовой эволюции, неодарвинисты выдвинули новую теорию – «Естественный отбор плюс мутация». То есть, источником эволюционных изменений, по их мнению, являются случайные мутации, в результате которых нежизнеспособные индивиды уничтожаются механизмом естественного отбора, а удачные живут и прогрессируют дальше. И таким образом происходит эволюция. Однако и эта теория абсолютно неверна. Потому что мутация, как и естественный отбор не способствует межвидовой эволюции.

Мутация – это разрушение уже существующего ДНК, которое может быть вызвано радиацией или иным воздействием извне. Мутации изменяют месторасположение нуклеотидов, составляющих молекулу ДНК, порождая негативные последствия. Нет ни одного доказанного случая, когда мутация сыграла положительную роль, улучшив какой-либо организм. Она может стать лишь причиной аномальных явлений, к примеру, роста ноги со спины или уха из живота. Всегда любой мутант теряет что-то необходимое для дельнейшей полноценной жизни и развития. В результате мутации к молекуле ДНК не может прибавиться новая информация. Таким образом, мутации не в состоянии привнести ничего нового в генетическое содержание клетки, а значит, даже по сути не могут породить «вертикальную» эволюцию. То есть мутация не сделает новый род – из осы бабочку. Даже под контролем в лаборатории невозможно с помощью мутации создать новое, лучшее творение. Шестьдесят лет генетики всего мира меняли гены мух для доказательства теории эволюции. Но до сих пор не выведен новый вид и даже ни одна более жизнеспособная особь. Мухи, которых подвергли мутациям, либо тотчас умерли, либо были изувечены, либо же стали бесплодными.

РОЛЬ МУТАЦИИ В ЭВОЛЮЦИИ. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР

Радиоуглеродный метод ошибается

Магнитное поле Земли ослабевает

«Проткнутые» слои

Эрозия почв на начальном уровне

Возраст Луны меньше 10000 лет

Прирост населения соответствует Библейскому возрасту земли

Луна недалеко от Земли

Ледовые кольца показывают не годы

Коралловый риф рос меньше 5000 лет

Динозавры надежные свидетели

Все люди произошли от одной пары

Цивилизациям и письменности менее 5000 лет

Слои Земли не имеют собственной датировки. Геологические слои. Геохронологическая шкала

Отсутствие научных доказательств. Кент Ховинд

Из этого урока вы узнаете о том, как мутации связаны с эволюционным процессом. Вспомните или узнаете, что такое мутации. Каково их значение? Как онкологические заболевания связаны с эволюцией? В данном уроке вы познакомитесь с двумя видами наследственной изменчивости (комбинативной и мутационной) и рассмотрите мутации как постоянный источник наследственной изменчивости. Вы узнаете о вероятности возникновения мутаций, их последствиях для организмов, а также путях распространения мутаций в популяции. Будут рассмотрены принципы поддержания генетического разнообразия видов благодаря гетерозиготным особям.

Тема: Эволюционное учение

Урок: Эволюционная роль мутаций

Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость - это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).

Список литературы

1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.

2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.

3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.

4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.