Цели урока:
- Углубление знаний о естественном отборе в свете современной концепции эволюции.
- Формирование знаний о разных формах естественного отбора и условиях проявления этих форм.
Задачи урока:
- сформировать понятия о различных формах естественного отбора,
- выяснить какое биологическое значение имеют разные формы отбора для существования видов в природе,
- научится определять формы естественного отбора.
Оборудование: самодельные таблицы «Филогенетический ряд лошади», «Живые ископаемые», «Графики отображающие разные формы отбора», таблички с терминами: движущий отбор, стабилизирующий отбор, дизруптивный отбор, половой отбор.
На каждую парту: Распечатка статьи, бланк- отчета (таблица), тест по определению разных форм естественного отбора.
Ход урока
Организационный момент.
Вводная часть.
Учитель. На предыдущих уроках мы познакомились с главными движущими силами эволюции. Вспомните, что является главными движущими силами эволюции по Ч. Дарвину? (Наследственная изменчивость, борьба за существования, естественный отбор).
Что является результатом эволюционного процесса? (Появляются новые более приспособленные виды живых организмов).
Одним из доказательств этого может служить филогенетический ряд лошади.
На доске открывается таблица «Филогенетический ряд лошади» и дается пояснение к нему. (Рисунок1).
Затем открывается таблица «Живые ископаемые» (Рисунок 2) На ней изображены кистеперая рыба латимерия, гаттерия и древнее голосеменное растение гинкго.
Учитель. Как можно объяснить факт существования многие миллионы лет знаменитой кистеперой рыбы латимерии, которая появилась на Земле в Девонский период, гаттерии, жившей еще в Триасовый период, дерево гинкго Пермского периода? На них не действуют силы эволюции?
Учащиеся начинают выдвигать свои предположения, возникает противоречие. Чтобы разрешить проблему, учитель предлагает познакомиться с трудами И.И.Шмальгаузена, С.С. Четверикова и других ученых. Именно благодаря открытиям этих ученых можно объяснить возникшие противоречия.
Итак, наша с вами задача сегодня на уроке , работая с текстом учебника
и дополнительной литературой, познакомиться с разными формами естественного отбора, выяснить при каких условиях внешней среды они действуют, каковы результаты этих форм отбора.
На доске открывается та часть, где записаны тема урока и основные вопросы урока.
Изучение нового материала.
Учащимся предлагается познакомиться с текстом учебника и статьей «Формы естественного отбора в популяции» (учебное пособие [1]). На работу отводится 25 минут.
После прочтения текста они составляют отчет в виде таблицы.
Форма отбора |
Условия среды обитания |
Результат |
| Движущая форма естественного отбора | ||
| Стабилизирующая форма естественного отбора | ||
| Дизруптивная форма естественного отбора | ||
| Половой отбор |
Закрепление знаний.
- Обсуждение разных форм отбора с использованием материала таблицы.
- Работа с графическим изображением различных
форм отбора.
А) Определить, какая форма естественного отбора изображена на графике.
Б) Дать краткую характеристику данной форме естественного отбора. - Работа с таблицей по определению форм естественного отбора.
Примеры |
Форма естественного отбора |
| 1. Исчезновение глаз у крота | |
| 2. Устойчивость (неизменность) размеров и форм цветка у насекомоопыляемых растений. | |
| 3. Изменение вредителей под воздействием ядохимикатов. | |
| 4. Кистеперая рыба латимерия. | |
| 5. У большинства зайцев в популяции средний размер ушей. | |
| 6. Насекомые, попавшие на океанический остров, стали бескрылыми. | |
| 7. Редукция (исчезновение) листьев у растений – паразитов. | |
| 8. На острове Средиземного моря в конце третичного периода попали слоны. В условиях ограниченных ресурсов островных лесов преимущество имели особи с небольшими размерами, слоны нормальных размеров гибли. Так возникли карликовые слоны. | |
| 9. Существование в Африке в долине реки Семилики древовидных папоротников. |
Вывод по уроку.
В конце урока возвращаюсь к таблицам «Филогенетический ряд лошади» и «Живые ископаемые» , прошу ответить на вопрос, поставленный в начале урока. Как можно объяснить, что некоторые виды живых организмов эволюционируют и дают начало новым видам, а другие сохраняют свою стабильность на протяжении многих миллионов лет и не изменяются?
(Это можно объяснить тем, что при разных условиях внешней среды, естественный отбор идет по- разному: эволюция лошади- это пример движущей формы естественного отбора, существование на Земле латимерии, гаттерии, дерева гинкго- это пример стабилизирующей формы естественного отбора.)
Движущая и стабилизирующая формы естественного отбора являются в природе основными, но, кроме этого, в природе, при определенных условиях может происходить дизруптивный, а также половой отбор.
ФОРМЫ ЕСТЕВСТВЕННОГО ОТБОРА В ПОПУЛЯЦИИ.
Интенсивность давления отбора – его количественная характеристика, направление естественного отбора определяет качественное его влияние на эволюцию. В зависимости от направления выделяют разные формы естественного отбора.
Генетической основной любой формы естественного отбора является наследственная изменчивость, а причиной – влияние условий среды. Мутанты, бывшие прежде менее приспособленными по сравнению с нормальным генотипом, при благоприятном для них изменении условий среды получают преимущество и постепенно вытесняют прежнюю норму. Результатом длительного действия отбора является преобразование популяционного генофонда, замена одних, количественно преобладающих, генотипов другими.
Движущая форма естественного отбора. Движущий отбор был описан еще Ч. Дарвином. Само название «движущий» говорит о том, что такой отбор выступает в качестве творческой силы эволюции. При движущей форме отбора происходит отсев мутаций с одним значением среднего признака, которые заменяются мутациями с другим средним значением признака. Эта форма отбора выявляется легче других. В итоге действия движущей формы отбора, например, возникает увеличение размеров потомков по сравнению с предками (в эволюционном ряду лошадиных от имевшего размеры с лисицу ископаемого фенакодуса до современных осла, зебры, лошади). Другие формы могут уменьшаться в размерах. Так, на остров Средиземного моря попали в конце третичного периода слоны. В условиях ограниченных ресурсов островных лесов преимущество имели особи с небольшими размерами. Мутации карликовости подхватывались движущей формой отбора, а исходные аллели, определявшие нормальный для слонов размер, отсеивались вследствие гибели крупных особей. В результате на островах Средиземноморья возникли карликовые слоны ростом до полутора метров (они были истреблены первыми охотниками, заселившими эти острова). Ч. Дарвин объяснял происхождение многих бескрылых насекомых, живущих на океанических островах, действием движущего отбора.
Классическим примером действия движущего отбора в природе служит так называемый индустриальный меланизм. В районах, не подвергавшихся индустриализации, у бабочки березовый пяденицы белая окраска соответствует светлой березовой коре. Среди светлых бабочек на стволах берез встречались и темные, но они были хорошо заметны и склевывались птицами. Развитие промышленности привело к загрязнению воздуха, и белые березы покрылись слоем копоти. Теперь на темных стволах птицы гораздо легче замечали не темных, а типичных светлых бабочек. Постепенно в загрязненных районах частота встречаемости темных (мутантных) особей резко возросла и они стали преобладающим, хотя еще сравнительно недавно встречались исключительно редко.
Убедительный пример движущего отбора – выработка у микроорганизмов, насекомых, мышевидных грызунов устойчивости к антибиотикам и ядохимикатам. Многочисленными исследованиями установлено, что воздействие на микроорганизмы различными антибиотиками обусловливает за относительно короткий срок устойчивости к дозам, во много раз превышающим исходную. Это объясняется тем, что антибиотики выступают в качестве фактора отбора, способствующего выживанию устойчивых к нему мутантных форм. Благодаря быстрому размножению микроорганизмов мутантные особи увеличиваются в числе и образуют новые популяции, невосприимчивые к действию антибиотиков. Увеличение дозы или применение более сильных препаратов вновь создает условия для действия движущего отбора, в результате которого образуются все более и более устойчивые популяции микроорганизмов. Вот почему в медицине неуклонно идет поиск новых форм антибиотиков, к которым еще не приобрели устойчивости патогенные микробы.
В странах с передовой сельскохозяйственной культурой все чаще отказываются от химических средств защиты растений от вредителей (насекомых, грибков). Поскольку через ограниченное число поколений движущим отбором фиксируются у вредителей мутации устойчивости к химическим веществам. Вместо химической обработки признано целесообразным через 10-12 лет заменять старый сорт новым, которого еще «не нашли» вредители.
Стабилизирующий отбор. Известно, что реликтовое растение гинкго и потомок первоящера гаттерия, а также кистеперая рыба – латимерия существуют почти без изменения миллионы лет. Как объяснить такую стабильность видов, если в природе постоянно совершается мутационный период? Ответ на этот вопрос дает учение о стабилизирующем отборе, разработанное крупнейшим эволюционистом И.И. Шмальгаузеном.
Стабилизирующий отбор наблюдается в том случае, если условия внешней среды длительное время остаются достаточно постоянными. В относительно неземной среде преимуществом обладают типичные, хорошо приспособленные к ней особи со средним выражением признака, а отличающиеся от них мутанты погибают. Известно много примеров стабилизирующего отбора. Так, после снегопада и ильных ветров в Северной Америке было найдено 136 оглушенных, полуживых домовых воробьев, 72 из них выжили, а 64 погибли. Погибшие птицы имели или очень длинные, или очень короткие крылья. Особи со средними, «нормальными», крыльями оказались более выносливыми.
В результате действия стабилизирующей формы отбора мутации с широкой нормой реакции замещаются мутациями с тем же значением средней, но более узкой нормой реакции.
Стабилизирующий отбор ведет к большой фенотипической однородной популяцией. Если он действует длительное время, то создается впечатление, что популяция или вид не изменяются. Однако эта неизменность кажущаяся и касается лишь внешнего облика популяции, генофонд же ее продолжает изменяться на основе появления мутации с тем же значением средней, но с более узкой нормой реакции.
Стабилизирующая форма отбора характерна и для человека. Известно, что нарушения по самым мелким 21-22-й парам хромосом ведут к тягчайшему наследственному заболеванию – синдрому Дауна. Если возникнут отклонения в числе и форме более крупных хромосом, это приведет к гибели оплодотворенных яйцеклеток. Самопроизвольные (спонтанные) аборты часто вызваны гибелью эмбрионов с ненормальностями в хромосомах средних размеров.
Таким образом, стабилизирующая форма отбора в течение сотен тысяч и миллионов поколений оберегает виды от существенных изменений, от разрушающего влияния мутационного процесса, выбраковывая мутантные формы. Без стабилизирующего отбора не было бы устойчивости (стабильности) в живой природе.
Стабилизирующий и движущий отборы взаимосвязаны и представляют две стороны одного процесса. Популяции постоянно вынуждены приспосабливаться к изменениям условий среды. Движущий отбор будет сохранять генотипы, которые наиболее соответствует изменениям среды. Когда условия среды стабилизируются, отбор приведет к созданию хорошо приспособленной к ней формы. С этого момента в действие вступает стабилизирующий отбор, который будет поддерживать типичные, преобладающие генотипы и устранять от размножения уклоняющейся от средней нормы мутантные формы.
Дестабилизирующий отбор. Стабилизирующий отбор сужает норму реакции. Однако в природе нередки случаи, когда экологическая ниша вида со временем может оказаться более широкой. В этом случае селективное преимущество получают особи и популяции с более широкой нормой реакции, сохраняющие вместе с тем тоже среднее значение признака. В итоге идет процесс, обратный стабилизирующему отбор: преимущество получают мутации с более широкой нормой реакции. Так, популяции озерных лягушек, живущие в прудах с разнородной освещенностью, с чередованием участков, заросших ряской, тростником, рогозом, с «окнами» открытой воды, характеризуются широким диапазоном изменчивости окраски (итог дестабилизирующего отбора. Наоборот, в водоемах с однородной освещенностью и окраской (пруды, сплошь заросшие ряской, или открытые пруды) диапазон изменчивости окраски лягушек узок (итог действия стабилизирующего отбора). Таким образом, дестабилизирующая форма отбора ведет к расширению нормы реакции.
Разрывающий (дизруптивный) отбор. Для многих популяций характерен полиморфизм – существование двух или нескольких форм по тому или иному признаку. Полиморфизм нельзя объяснить только возникновением новых мутаций. Причины его могут быть разными. В частности, он может быть обусловлен повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот. В других случаях полиморфизм может быть результатом действия особой формы отбора, получившей название разрывающего или дизруптивного. Эта форма отбора осуществляется в тех случаях, когда две или более генетически различные формы обладают преимуществом в разных условиях, например в разные сезоны года. Хорошо изучен случай с преимущественным выживанием в зимний сезон «красных», а в летний «черных» форм двухточечной божьей коровки. Дизруптивный отбор благоприятствует более чем одному фенотипу и направлен против средних промежуточных форм. Он как бы разрывает популяцию по данному признаку на несколько групп, встречающихся на одной территории, и может при участии изоляции привести к разделению популяции на две и более.
Литература:
- Воронцов Н. Н., Сухорукова Л. Н. Эволюция органического мира: Факультатив. курс.: Учебное пособие для 9-11 кл.-М.: Просвещение, 1991.-223 с.
- Захаров В. Б. Общая биологи: Учебник для 10-141 кл. – 2-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 1999. – 624 с.: ил.
- Яблоков А. В. Мир эволюции: Научно-популярная литература.- М.: Детская литература., 1985.-127с.