Вопросы и упражнения

1. Дайте определение макроэволюции. Обсудите, что общего в процессах микро- и макроэволюции и что их различает.
Ответ:
Макроэволюция - это область эволюционной биологии, которая изучает долгосрочные изменения в популяциях и видовых линиях, включая процессы, приводящие к возникновению новых видов, исчезновению видов и масштабным изменениям в организациях жизни на планете.

Общее между микро- и макроэволюцией заключается в том, что оба уровня эволюции основаны на одних и тех же механизмах, таких как естественный отбор, мутации, генетическая вариация и генетический поток. Они оба изучают изменения в генетической структуре популяций и видов со временем.

Однако различие между ними заключается в масштабе и временных рамках процессов. Микроэволюция фокусируется на изменениях внутри популяций и видов на коротких временных масштабах, как правило, в пределах нескольких поколений. Это может быть изменение частот генов, адаптация к окружающей среде и другие мелкие изменения.

С другой стороны, макроэволюция касается долгосрочных изменений на уровне видов и выше, которые происходят на протяжении миллионов лет. Это включает в себя процессы формирования новых видов (видообразование), исчезновение видов (вымирание) и масштабные изменения в анатомии, физиологии и экологии организмов.

Таким образом, микроэволюция и макроэволюция имеют общую основу в эволюционных механизмах, но различаются по масштабу и временным рамкам процессов, которые они изучают.

 

2. К каким эволюционным последствиям приводит увеличение числа генов?
Ответ:
Увеличение числа генов может привести к следующим эволюционным последствиям:

1. Увеличение функциональной разнообразности: Большее количество генов предоставляет организмам больше возможностей для развития различных функций и структур. Это может привести к появлению новых форм и функций, которые могут быть приспособлены к разным условиям среды.

2. Увеличение сложности регуляции: Большее число генов требует более сложной системы регуляции и взаимодействия между ними. Это может привести к развитию более сложных механизмов генной экспрессии и более точной регуляции процессов развития и функционирования организма.

3. Увеличение генетической вариабельности: Большее число генов способствует увеличению генетической вариабельности в популяции. Это может способствовать адаптации организмов к изменяющейся среде и повысить их выживаемость.

4. Появление новых генетических мутаций: С увеличением числа генов увеличивается вероятность появления новых генетических мутаций. Некоторые из этих мутаций могут быть выгодными и способствовать эволюционному прогрессу, в то время как другие могут быть негативными и привести к нежизнеспособности или ухудшению выживаемости.

5. Усложнение генетических взаимодействий: Увеличение числа генов может привести к усложнению генетических взаимодействий и зависимостей между ними. Это может создать более сложные сети генов и увеличить сложность взаимодействия генов при определении фенотипических черт.

В целом, увеличение числа генов может иметь разнообразные эволюционные последствия, которые могут повлиять на разнообразие организмов, их адаптацию к среде и сложность генетических механизмов.

 

3. Какие эволюционные процессы вызывают дивергенцию? Приведите примеры дивергенции на молекулярном и морфологическом уровнях.
Ответ:
Дивергенцию вызывают следующие эволюционные процессы: естественный отбор, генетический дрейф и генетический поток.

Примеры дивергенции на молекулярном уровне:

- Изменение последовательности генов: Нуклеотидные замены в генах могут привести к различиям в структуре белков или в регуляции генов, что в свою очередь может влиять на функции организмов. Например, изменения в генах, контролирующих развитие конечностей, могут привести к различиям в форме и функции конечностей у разных видов млекопитающих.

- Дупликация генов: Возникновение дупликаций генов может приводить к возникновению новых генетических материалов, которые могут дивергировать и приобретать новые функции. Например, дупликация гена, ответственного за развитие рецепторов обоняния, может привести к появлению новых групп рецепторов с разными специфичностями в разных видов.

Примеры дивергенции на морфологическом уровне:

- Изменение формы и структуры органов: Разные экологические условия могут требовать различных адаптаций у разных видов. Например, длинный и изогнутый клюв у колибри адаптирован для питания нектаром, в то время как короткий и острый клюв ястреба позволяет ему схватывать добычу.

- Различия в окраске и рисунке: Окраска и рисунок у животных могут служить сигналами для привлечения партнеров, маскировки или отпугивания хищников. В разных средах и под влиянием разных факторов отбора могут развиваться различные окраски и рисунки у разных видов.

Таким образом, дивергенция на молекулярном уровне может быть обусловлена изменениями в генах и их регуляции, а на морфологическом уровне проявляется в разнообразии формы, структуры и внешнего вида организмов.

 

4. О чём может свидетельствовать конвергентное сходство ряда органических форм? Приведите примеры конвергенции на молекулярном и морфологическом уровнях.
Ответ:
Конвергентное сходство ряда органических форм может свидетельствовать о независимом эволюционном приобретении сходных адаптаций у неродственных таксонов, в ответ на сходные селекционные давления. Когда разные виды или группы организмов, не имеющие близкого родства, развивают сходные признаки или структуры, это указывает на схожие экологические требования или функциональные потребности в сходных условиях среды.

Примеры конвергенции на молекулярном уровне:

- Гены и белки: Конвергенция на молекулярном уровне может проявляться через сходство генов или белков. Например, гены, ответственные за синтез определенных белков, могут показывать сходные последовательности или функциональные домены у неродственных организмов, которые развили сходные адаптации. Например, гены, связанные с фотосинтезом у разных групп организмов (например, растений и некоторых бактерий), могут показывать сходство в структуре и функции.

Примеры конвергенции на морфологическом уровне:

- Строение органов: Конвергенция на морфологическом уровне может проявляться через сходство в строении органов. Например, у разных видов млекопитающих и птиц наблюдается сходство в структуре конечностей, таких как крылья птиц и ласты китов. Несмотря на разное происхождение этих органов, они имеют сходную форму и функцию, обеспечивая полет и плавание.

- Окраска и рисунок: Сходство в окраске и рисунке у разных видов может указывать на конвергентное сходство, особенно когда они обитают в схожих средах и подвергаются схожим давлениям отбора. Например, у разных видов бабочек или рыб может наблюдаться сходство в окраске, чтобы обеспечить маскировку или сигнализировать о ядовитости.

Конвергентное сходство органических форм подчеркивает важность селекционных давлений и экологических факторов в формировании и адаптации организмов. Оно также демонстрирует, как разные группы организмов могут эволюционировать независимо, но все же развивать сходные решения для схожих экологических задач.

 

5. Обсудите роль отбора и мутаций в возникновении параллелизмов. Приведите примеры параллелизма.
Ответ:
Отбор и мутации играют ключевую роль в возникновении параллелизмов, то есть сходства в признаках у разных организмов, которые не являются близкими родственниками.

Роль отбора в возникновении параллелизмов: Естественный отбор выбирает наиболее приспособленные организмы для выживания и размножения в конкретной среде. Когда разные группы организмов сталкиваются с аналогичными селективными давлениями, они могут развивать сходные адаптации. Например, разные виды животных, обитающих в пустынных условиях, могут развивать способность сохранять воду или иметь светлую окраску для теплорегуляции. Это объясняется схожими селективными давлениями, которые формируют сходные признаки у разных организмов.

Роль мутаций в возникновении параллелизмов: Мутации представляют собой случайные изменения в генетической информации организмов. Они могут возникать независимо в разных группах организмов и приводить к появлению сходных признаков. Например, мутации в генах, отвечающих за формирование крыльев у насекомых и птиц, могут привести к развитию сходных структур, позволяющих осуществлять полет. Эти мутации возникают независимо в разных группах, но приводят к сходным адаптациям.

Примеры параллелизма:

1. Камуфляж: Разные виды животных могут развивать сходные окраски или рисунки, которые помогают им сливаться с окружающей средой и маскироваться от хищников. Например, белые окраски у полярных животных, таких как белый медведь и северный олень, позволяют им стать незаметными на снежных пейзажах. Это является параллелизмом, так как разные виды развивают сходные адаптации к схожим селективным давлениям.

2. Развитие крыльев у разных групп животных: Разные виды животных, такие как насекомые, птицы и летучие мыши, развивают сходные структуры крыльев, которые позволяют им летать. Несмотря на то, что эти организмы не имеют близкого родства, они развили аналогичные адаптации для полета, благодаря независимым мутациям в генах, отвечающих за развитие крыльев.

3. Развитие шипов и колючек у растений: Разные виды растений, которые обитают в условиях, где животные активно пасутся или имеется угроза со стороны травоядных животных, могут развивать шипы, колючки или другие защитные структуры. Например, кактусы и опунции развивают колючки для защиты от обламывания или поедания животными. Эти сходные адаптации возникают в разных группах растений под воздействием сходных селективных давлений.

Таким образом, отбор и мутации взаимодействуют, способствуя возникновению параллелизмов, при которых независимые линии эволюции развивают сходные адаптации под действием схожих селективных давлений.

 

6. Обсудите природу и механизмы возникновения хвостовых плавников у китов и тюленей. В ходе какого процесса возникло функциональное сходство между ними — конвергенции или параллелизма?
Ответ:
Функциональное сходство хвостовых плавников у китов и тюленей возникло в результате конвергенции.

Киты и тюлени не имеют близкого родства и принадлежат к разным таксономическим группам. Однако оба они обитают в водной среде и развили хвостовые плавники для передвижения и маневрирования. Это сходство в функции хвостовых плавников возникло независимо друг от друга под воздействием схожих селективных давлений окружающей среды.

Конвергенция - это процесс, при котором неродственные организмы развивают сходные адаптации под воздействием схожих селективных давлений окружающей среды. В данном случае, киты и тюлени сталкиваются с аналогичными селективными давлениями, связанными с передвижением и маневрированием в водной среде. В результате этих селективных давлений у обоих видов развились сходные хвостовые плавники, позволяющие им эффективно плавать и маневрировать.