Kapitola 4. Kritéria pro lidské pohlaví Tradice dominance mužů nad ženami mimo domov, stanovená starověkou řeckou kulturou (především mluvíme o společenském životě a politice), významně ovlivnila vývoj vědeckých představ o

Kapitola 9 Rytíř a krásná dáma: Kritéria pro mužskou a ženskou přitažlivost Fyzická přitažlivost: Model vícenásobné zdatnosti Empirické důkazy naznačují, že přírodní výběr může ovlivnit sociální vnímání

Strana 30. Pamatujte

1. Jaké znáte úrovně organizace živé přírody?

Molekulární (Například molekuly tuku). Buněčný (erytrocyt – červená krvinka). Tkáň již není jedna buňka, ale skupina buněk podobných strukturou, původem a vykonávajících stejné funkce. (Například u zvířat je nervová, epiteliální, tuková, krev a lymfa a u rostlin vodivá, krycí, mechanická a výchovná). Orgán (Orgán je několik vzájemně propojených tkání). Například: srdce, játra, ledviny. Organismus (například člověk, pes, kočka). Druh (druh Homo Sapiens). Populace (jeden druh na jednom území částečně nebo zcela izolovaný od ostatních takových populací). Biocenotické. Někdy se říká, že existuje také úroveň biosféry, ale na ní se nacházejí všechny živé organismy planety a inertní věci (atmosféra, hydrosféra a litosféra).

2. Co je to druh?

Druh je soubor jedinců, kteří mají podobnou strukturu, jsou schopni se křížit a mají společné stanoviště (oblast rozšíření).

3. Jaké další systematické kategorie znáte?

Overkingdom

Království

Podříše

Typ/oddělení

Četa/rozkaz

Rodina

Strana 33. Otázky pro testování a úkoly

1. Definujte pojem „druh“.

Druh - soubor jedinců podobných strukturou a funkční organizací (biochemická, cytologická, histologická, anatomická a fyziologická kritéria), majících stejný původ (evoluční kritérium), stejný karyotyp (cytogenetické kritérium), podobné chování (etologické kritérium), volně vzájemně se kříží (reprodukční kritérium) a produkují plodné potomstvo, obývající určité stanoviště (geografické kritérium) a charakterizované určitými vztahy s jinými organismy a faktory prostředí (ekologické kritérium).

2. Vysvětlete, jaké biologické mechanismy brání výměně genů mezi druhy.

Jednou z důležitých vlastností druhu je jeho reprodukční izolace, tzn. přítomnost mechanismů, které zabraňují křížení s jedinci jiných druhů a v důsledku toho brání toku genů zvenčí, je dosaženo ochrany genofondu před přílivem genů z jiných, včetně blízce příbuzných druhů, v různých způsoby. Lze identifikovat následující mechanismy, které brání výměně genů mezi druhy:

1. rozdíly v načasování reprodukce mezi zástupci různých druhů;

2. rozdíly v místech preferovaných pro reprodukci;

3. nesoulad mezi standardy specifického sexuálního chování;

4. nesoulad mezi enzymy akrozomu (přední část hlavičky spermie) a chemickou strukturou vaječné membrány;

5. nesoulad ve stavbě pohlavních orgánů u zástupců různých druhů;

6. neživotaschopnost nebo sterilita mezidruhových hybridů.

V důsledku toho je druh skutečně existující, geneticky nedělitelná jednotka organického světa.

3. Co je příčinou neplodnosti mezidruhových kříženců? Vysvětlete tento jev pomocí svých znalostí o mechanismu meiózy.

Načasování reprodukce u blízce příbuzných druhů se nemusí shodovat. Pokud je načasování stejné, pak se preferovaná místa rozmnožování neshodují. Například samice jednoho druhu žab se rozmnožují podél břehů řek a jiného druhu - v kalužích. Náhodná inseminace vajíček samcem jiného druhu je vyloučena. Mnoho druhů zvířat má přísné rituály páření. Pokud má jeden z potenciálních partnerů rituál chování, který se odchyluje od toho specifického, k páření nedojde. Pokud dojde k páření, spermie samce jiného druhu nebudou moci proniknout do vajíčka a vajíčka nebudou oplodněna. Ale někdy při mezidruhovém křížení dochází k oplodnění. V tomto případě mají výslední hybridi buď sníženou životaschopnost, nebo jsou neplodní a neprodukují potomky. Známým příkladem je mezek, kříženec koně a osla. Přestože je mula plně životaschopná, je neplodná kvůli poruchám meiózy: nehomologní chromozomy se nekonjugují a nevytvářejí se bivalenty. Chromozomy se nerozdělují do různých buněk. V důsledku toho se netvoří pohlavní buňky a tělo nemůže opustit potomstvo. Uvedené mechanismy, které brání výměně genů mezi druhy, mají nestejnou účinnost, ale v kombinaci v přirozených podmínkách vytvářejí mezi druhy téměř neprostupnou genetickou izolaci.

4. Jaká kritéria používají vědci k charakterizaci druhu? Jaká kritéria považujete za nejdůležitější při určování druhu?

Charakteristiky a vlastnosti charakteristické pro daný druh se nazývají druhová kritéria. Existují morfologické (podobnost struktury), genetické (stejná sada chromozomů), fyziologické (podobnost fyziologických procesů), biochemické (podobnost biochemických procesů), geografické (oblast druhu) a ekologické (podobnost životních podmínek) kritérií. Žádné z kritérií nelze považovat za absolutní, to znamená, že pro charakterizaci druhu je třeba vzít v úvahu celý soubor kritérií. Takže například podobná struktura nemusí být znakem jednoho druhu, protože v přírodě existují morfologicky nerozlišitelné druhy - dvojníci (hraboš obecný a hraboš východoevropský; v prvním případě je sada chromozomů 46 a ve druhém - 54). Důležitou vlastností druhu je, že druh je uzavřený genetický systém, to znamená, že nedochází k výměně genů mezi genofondy dvou druhů. Tento jev je založen na rozdílech v sadě chromozomů (tj. genetické kritérium), neshodách v načasování reprodukce (tj. environmentálním kritériu), rozdílech ve struktuře pohlavních orgánů (morfologické kritérium), rozdílech v páření (fyziologické kritérium) a další faktory. Genetická struktura druhu se mění pod vlivem evolučních faktorů, takže druh je heterogenní.

5. Jaké je rozšíření druhu?

Rozsah druhu je oblast rozšíření druhu. Velikost rozsahů se může u různých druhů značně lišit. Například borovice lesní roste téměř na celém území Ruska a sněženka je charakteristická pouze pro severní Kavkaz.

Druhy, které zabírají velká území a vyskytují se všude, se nazývají kosmopolité a ty, které žijí pouze v malých specifických oblastech, se nazývají endemity. Jsou to endemické druhy, které nejvíce přispívají k rozmanitosti života na naší planetě. A také potřebují tu nejpečlivější ochranu – vzhledem k jejich malému počtu, přísné vázanosti na určité životní podmínky, určitou potravu atp.

6. Charakterizujte druh Kočka domácí podle hlavních kritérií.

Morfologické kritérium: savec je malé velikosti, má čtyři nohy a ocas, je pokrytý srstí, má vyvinuté tesáky a zatažitelné drápy.

Genetický - karyotyp kočky je reprezentován 19 páry chromozomů, z toho 18 párů jsou somatické chromozomy a jeden pár jsou pohlavní chromozomy.

Fyziologický: preferuje večerní a noční životní styl, číhá (spíše než honí) kořist a v případě potřeby vydává charakteristické mňoukání a vrnění. Biochemické: chemické složení polymerů je pro teplokrevné savce standardní. Ekologický: je dravec, loví drobné hlodavce a ptactvo.

Geograficky: druh je kosmopolitní, žije téměř všude a je připoután k lidskému obydlí.

7. Definujte pojem „populace“.

Vlivem nestejných podmínek prostředí se jedinci stejného druhu v areálu rozpadají na menší celky - populace. Ve skutečnosti existuje druh přesně ve formě populací. Populace - základní struktura druhu - je soubor volně se křížících jedinců daného druhu, žijících po dlouhou dobu v určité oblasti rozšíření druhu. V rámci populace je frekvence křížení mezi jednotlivci mnohem vyšší než mezi populacemi. Druhy jsou součtem populací; V rámci populace dochází k přirozenému výběru a za určitých podmínek mohou vzniknout nejprve poddruhy a poté nové druhy.

Přemýšlejte a udělejte to.

1. Proč lze jeden druh odlišit od druhého pouze kombinací různých kritérií? Která kritéria jsou podle vás nejdůležitější?

Protože existují druhy dvojčat, které jsou podobné v morfologických kritériích, a druhy, které jsou podobné v karyotypu.

2. Znáte příklady, kdy se formulace „druh jako geneticky uzavřený systém“ ukázala jako nesprávná?

Karpečenkovy pokusy. Ředkvička a zelí ošetřené kolchicinem s polyploidními sadami chromozomů dokázaly dát vzniknout novému druhu. Triticale. Kříženci zvířat (mezek, hinny, zebroid, liger). Transdukce (přenos genů bakteriofágem z jednoho typu bakterií na druhý). Všechny úspěchy genetického inženýrství.

5. Poskytněte důkazy o tom, že druhy objektivně existují v přírodě.

Pro zařazení nového druhu do seznamů fauny určitého regionu nebo fauny světa existují tzv. faunální komise složené z kvalifikovaných odborníků, kteří rozhodují o tom či onom. Členové komise zvažují nezvratné důkazy o přítomnosti určitého druhu na daném území. Takovým důkazem jsou obvykle složité materiály z biologických, environmentálních nebo genetických (molekulárních) studií. Je-li popsán nový druh, jeho jméno a systematický stav jsou později schváleny Mezinárodním výborem pro biologickou nomenklaturu.

Každý druh je integrovaný genetický systém, který podléhá přirozenému výběru po nespočet generací.

V důsledku toho druhy zaujímají ve svém prostředí specifickou ekologickou niku. Protože hybridizace mezi druhy narušuje tento systém, musely se v evoluční historii druhů vyvinout izolační mechanismy, aby se zabránilo hybridizaci a udržely se přestávky mezi druhy. Termín „izolační mechanismy“ se týká těch vlastností populací druhů, které poskytují reprodukční izolaci.

Izolační mechanismy- to jsou biologické vlastnosti jedinců, které brání křížení sympatrických populací. V tomto případě je vyloučena vnější (geografická) izolace, protože ani vzdálenost, ani fyzické bariéry nejsou izolačními mechanismy. Populace stejného druhu mohou být dočasně odděleny, ale to nevylučuje možnost křížení a zanechání plodného potomstva. V každém případě se na působení izolačních mechanismů podílejí genetické a fyziologické faktory, které se však svou povahou dělí do dvou kategorií: prekopulační mechanismy A postpopulační mechanismy. Hlavní rozdíl mezi těmito kategoriemi izolačních mechanismů je v tom, že v případě prekopulačních mechanismů nedochází ke křížení, protože je zabráněno ještě před kopulací. Přírodní výběr na tyto mechanismy působí velmi efektivně. V případě postkopulačních mechanismů je křížení možné, ale jeho výsledek je negativní: odumírají gamety nebo zygoty, hybridi mají sníženou životaschopnost nebo sterilitu. Tyto mechanismy také podléhají působení přírodního výběru, který však není přímý, ale nepřímý.

Prekopulační izolační mechanismy zahrnují biotopickou, sezónní a mechanickou izolaci, ale nejmocnějším faktorem omezujícím náhodné páření jsou etologické nebo behaviorální bariéry.

Biotopická izolace nastává, když sympatrické populace okupují různá stanoviště, a proto se nesetkají. V tomto případě může být rozdělení biotopů nevýznamné, ale přesto účinné. Protože mezi biotopy nemusí být jasné hranice, není tento typ izolace pro mobilní zvířata příliš účinný.

Kontaktu mezi jedinci různých druhů mohou také bránit rozdíly v období rozmnožování. Možná i z tohoto důvodu nedochází k hybridizaci u dvou velmi blízkých a sympatických druhů listových brouků – Oulema melanopus a O. duftschmidi.

Mechanická izolace sympatrických druhů stejného rodu se často vysvětluje nemožností úspěšného páření kvůli nekompatibilitě kopulačního aparátu. Mezi morfologickými charakteristikami druhu, jak již bylo uvedeno, hraje zvláštní roli struktura genitálií. Pro zvířata, jako je hmyz nebo plicní měkkýši, vytváří nekompatibilita kopulačního aparátu vážné mechanické překážky. Totéž platí pro struktury exoskeletu listových brouků, které pomáhají fixovat polohu samce na těle samice při kopulaci a jsou druhovými charakteristikami. Přitom relativita tohoto typu izolace byla prokázána u řady dalších zvířat. Má se za to, že struktura kopulačního aparátu je velmi složitá a je vedlejším produktem pleiotropního působení mnoha genů u daného druhu.

Nejdůležitější skupinou izolačních mechanismů u zvířat jsou etologické faktory. To jsou bariéry způsobené nesrovnalostmi v chování těchto dvou druhů. Etologická izolace založené na vytváření a vnímání různých druhů podnětů manželskými partnery. Etologické signály vyměňované mezi samci a samicemi připravenými k páření jsou velmi rozmanité: zvukové signály (zpěv ptačích samců, cvrlikání kobylky, kobylky a cikády), pozice partnerů při námluvách, světelné signály světlušek na souši a hlavonožců v moři, atd. n. Etologické izolační mechanismy jsou klasifikovány podle toho, které smyslové orgány jsou v každém konkrétním případě použity. Jedná se o vizuální, zvukové a chemické podněty, často působící v kombinaci.

Vizuální podněty zahrnují rysy barvy, vzoru a tvaru, které jsou vnímány orgány zraku a jsou dobrými druhovými rozdíly. Charakteristické pózy a podobné demonstrativní chování samců při námluvách vnímají pouze samice stejného druhu a nevyvolávají reakci u samic jiného druhu. Samice také reagují svými vlastními podněty, jak je patrné z reakce samců.

Zvukové signály produkované mnoha zvířaty jsou přesné a specifické, díky čemuž jsou účinnější než vizuální podněty. Týká se to především ptáků, ale, jak bylo zjištěno poměrně nedávno, také žab, ropuch, cikád zpěvných a ortoptera. Odborníci často snadno rozlišují blízce příbuzné druhy ptáků podle jejich zpěvu, i když je barva jejich opeření velmi podobná. U ortoptera má každý druh jedinečnou „píseň“, která je pro něj jedinečná, což umožňuje rozlišit dokonce i dvojčata. Nyní je možné zaznamenávat různé zvuky jako spektra, přesně je popsat a kvantifikovat.

Chemické dráždivé látky často slouží jako izolační mechanismy. Dělí se na kontaktní a vzdálené, které působí na dálku a jsou vnímány čichovými orgány. Jedná se především o feromony - sexuální atraktanty, specifické látky vylučované samicemi a přitahující samce. Druhově specifické sexuální atraktanty jsou přítomny v mnoha mořských bezobratlých s vnějším oplodněním. Sexuální feromony byly nejúplněji studovány u hmyzu, působí jako vzdálené stimuly a jsou vnímány čichovými receptory umístěnými na tykadlech. Podráždění těchto receptorů způsobuje specifické reflexní akce, které zajišťují sblížení pohlaví a páření. Někdy feromony uvolňují i ​​samci (např. u štírů), ale feromony zpravidla uvolňují samice a přitahují samce. Chemická povaha feromonů může být různá. Například pohlavní feromon bource morušového - bombykol - patří k nenasyceným alkoholům, ostatní feromony k esterům nebo aldehydům. V každém případě tyto látky působí pouze na jedince vlastního druhu. Všechny uvedené prekopulační mechanismy jsou zaměřeny na rozpoznání druhů a zabránění mezidruhové hybridizaci.

Postkopulační izolační mechanismy jsou překážky jiného druhu. Mluví se o nich, když se páří partneři, ale neprodukují potomky, nebo se tito potomci vyznačují sníženou životaschopností. Takové izolační mechanismy zahrnují smrt gamet nebo zygot, pokud dojde k oplození, stejně jako neživotaschopnost nebo sterilitu hybridů. Smrt spermií může nastat, když nejsou schopny proniknout membránami vajíčka cizího druhu. Další možností je imunologická reakce v reprodukčním traktu samice, která zabije spermie dříve, než se dostanou k vajíčkům. Pokud dojde k oplodnění hybridního vajíčka, vývoj probíhá abnormálně a končí jeho smrtí. Pokud k mezidruhové hybridizaci dojde za přirozených podmínek, pak hybridy nezanechávají potomstvo. To je vysvětleno skutečností, že se ukázalo, že jsou méně přizpůsobeni dostupným ekologickým nikům než jedinci rodičovského druhu, jinými slovy, jejich méněcennost snižuje šance hybridů zanechat potomstvo.

Závěrem je třeba zdůraznit, že obecně platí, že izolace mezi dvěma sympatrickými druhy závisí na souboru izolačních faktorů působících jako postupná řada bariér. Při překonání jedné bariéry (například biotopické) mohou být jedinci dvou druhů odděleni etologickou bariérou, a pokud je tato bariéra překonána, partneři nemusí být schopni zplodit normální potomstvo.

Pokud najdete chybu, zvýrazněte část textu a klikněte Ctrl+Enter.

>> Izolační mechanismy

1. Jaký je důvod rozdílu mezi organismy objevenými Charlesem Darwinem na Galapágách a blízce příbuznými formami na pevnině?
2. Jaké přírodní faktory některé izolují populace organismy z jiných populací stejného druhu?

Darwin zjistil, že rozdíly mezi populacemi stejného druhu se projevují v podobě adaptace na různé životní podmínky. Ve světle moderních poznatků to znamená, že u jedinců v populacích se vyvinou určité geneticky fixní vlastnosti, které je od sebe odlišují a zajišťují nejlepší adaptaci organismů na podmínky konkrétní oblasti. Zde je příklad. Populace atlantického sledě v různých oceánských oblastech násobit v různých obdobích roku. Nezbytnou podmínkou přežití juvenilních sleďů je shoda v načasování líhnutí larev z vajíček a vývoj drobného fytoplanktonu – jejich hlavní potravy. V závislosti na zeměpisné šířce oblasti nastává vrcholný rozvoj fytoplanktonu na jaře, v létě, na podzim nebo v zimě.

Podle toho se rozlišují jarní, letní, podzimní a zimní tření sledi, jejichž populace žijí odděleně, mají nepatrné vnější rozdíly, ale patří ke stejnému druhu a mohou se křížit a produkovat plodné potomstvo.

Mohou rozdíly mezi populacemi vést k jejich reprodukční izolaci, ke ztrátě schopnosti jedinců z různých populací se mezi sebou volně křížit?

Populace žijící na různých ostrovech jsou od sebe izolované a jejich jedinci se prakticky nemísí. Je zřejmé, že v podmínkách takové čistě geografické izolace se postupně hromadí rozdíly ve struktuře nebo chování, což může v konečném důsledku vést ke vzniku nových druhů zvířat nebo rostlin.

Jak jedinci různých populací ztrácejí schopnost křížit se a vyměňovat si geny s jinými jedinci stejného druhu? Je to způsobeno pouze geografickým oddělením nebo existují jiné mechanismy? Odpovědi na tyto otázky poskytují klíč k pochopení mechanismů speciace.

Bylo zjištěno, že fyzikální faktory prostředí stanoviště a biologické vlastnosti organismů mohou vést k omezení výměny genů. K tomu dochází v důsledku aktivace různých typů izolačních mechanismů

Podívejme se na některé příklady.

Havajské ostrovy jsou domovem dvou druhů ovocných mušek, které jsou vzhledově velmi podobné. Oba druhy žijí na stejných místech, živí se mízou téže dřeviny. V tomto případě se jeden druh živí mízou stékající po kmenech a větvích v horních patrech stromu, zatímco druhý se živí kalužemi mízy na lesní půdě, kvůli jejich prostorovému oddělení nikdy nedochází. Tento příklad ukazuje, že genetické rozdíly mezi populacemi mohou vznikat z různých ekologických specializací.

Zajímavý příklad behaviorální izolace demonstrují různé druhy světlušek. Každý z druhů žijících společně se vyznačuje určitou světelnou dráhou a typy vyzařovaných světelných signálů. Dráhy mohou být klikaté, přímé nebo ve tvaru smyčky a světelné pulzace mohou být krátké nebo dlouhé ve formě stabilních odrazů (obr. 76). Při páření se jedinci navzájem vybírají, přísně se zaměřují na typ světelného signálu. Tento příklad ukazuje, že izolaci mezi populacemi lze upevnit vytvořením určitých typů chování – rozvojem reflexních reakcí pouze na signály toho či onoho typu.

Pyl některých rostlinných druhů, jako jsou orchideje, přenášejí pouze určité druhy zvířat, jejichž instinktivní chování zajišťuje, že k výměně genů dojde pouze mezi jedinci jejich vlastního druhu.

U zvířat s vnějším oplodněním fungují izolační mechanismy na molekulární úrovni. U hvězdic a některých druhů měkkýšů role izolačních faktorů hrát rozdíly ve struktuře speciálních proteinových molekul, které spojují spermie a vajíčka Tyto molekuly, které jsou na povrchu vajíček, reagují pouze na spermie „jejich“ druhů, což vylučuje možnost fúze reprodukčních produktů různých druhů. U zvířat s vnitřním oplodněním hrají tuto roli rozdíly ve stavbě pohlavních orgánů.

Konečně u mnoha zvířat začíná období rozmnožování za přesně definovaných kombinací vnějších faktorů (například teploty a světla). Tyto faktory na ně působí jako signály k zahájení páření. Různé druhy reagují na stejné faktory odlišně, a proto se jejich doby rozmnožování neshodují.

Izolační mechanismy brání vývoji organismu ze zygoty vzniklé v důsledku fúze gamet samce a samice různých druhů. Takto vzniklí kříženci většinou rychle hynou nebo zůstávají neplodní. Například mezek - kříženec koně a osla - je sterilní, nemůže produkovat potomstvo, protože meióza je s jeho sadou chromozomů nemožná. Kříženci zajíce bílého a zajíce hnědého, kuny a sobola jsou sterilní.

Reprodukční izolace. Izolační mechanismy.

1. Co jsou to izolační mechanismy? Jaký je význam izolačních mechanismů?
2. Jaké znáte typy izolačních mechanismů? Uveďte příklady.
3. Proč jsou kříženci různých druhů organismů sterilní?

Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biologie 9. tř.
Odeslali čtenáři z webu