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A força motriz da evolução: que formas de seleção natural existem. Seleção natural

Nesta lição, você aprenderá o que é um look natural, quais são seus tipos. Como a seleção natural afeta as populações de organismos vivos? Quais são as semelhanças e diferenças entre seleção natural e artificial? O que exatamente é selecionado no processo de seleção natural e como esse processo ocorre? Você se familiarizará com a seleção estabilizadora, móvel e dilacerada (disruptiva), descobrirá a natureza da seleção sexual descoberta por Ch. Darwin. Talvez esta lição o ajude em sua luta pessoal pela existência. Você aprenderá como a seleção natural afeta o homem moderno.

Tópico: Doutrina Evolucionista

Lição: Tipos de seleção natural

1. Seleção natural e seus tipos

Seleção naturalé a principal força motriz da evolução.

A noção de seleção natural se aprofundou muito graças a ideias modernas genética e os trabalhos dos cientistas domésticos I. I. Shmalgauzen e S. S. Chetverikov (Fig. 1), bem como de muitos de seus colegas estrangeiros.

De acordo com as idéias modernas sobre a seleção natural, três formas dela podem ser distinguidas.

2. Seleção de direção

A primeira forma de seleção natural é a seleção de motivos. Ocorre quando as condições ambientais mudam e leva a uma mudança no valor médio da manifestação de uma característica em uma população sob a influência de fatores ambientais (Fig. 2). O novo recurso ou seu valor deve ser mais adequado às condições alteradas do que os antigos.

Arroz. 2. Esquema da influência da seleção motriz no valor da representação de uma característica em uma população

Por exemplo, quando o clima fica mais frio, selecionam-se indivíduos com pelagens mais quentes.

Um exemplo clássico de seleção de motivo é a evolução da cor na mariposa da bétula. A cor das asas desta borboleta imita a cor das árvores cobertas de casca cinzenta. A poluição atmosférica associada às emissões de fábricas e fábricas levou ao escurecimento dos troncos das árvores. Borboletas claras em um fundo escuro tornaram-se facilmente visíveis para os pássaros. A partir de meados do século XVII, formas escuras mutantes de borboletas começaram a aparecer nas populações de mariposas de bétula. A frequência desse alelo aumentou rapidamente e, no final do século 19, algumas populações urbanas da mariposa da bétula consistiam quase inteiramente em formas escuras. Enquanto nas populações rurais, onde o nível de poluição era menor, as formas de luz ainda dominavam.

Uma mudança em uma característica pode ocorrer tanto na direção de seu fortalecimento quanto na direção de enfraquecimento, até uma redução completa. Assim, por exemplo, houve um desaparecimento dos órgãos visuais em toupeiras e outros animais escavadores, ou uma redução das asas em pássaros e insetos que não voam (ver Fig. 3).

Arroz. 3. Exemplos de exposição prolongada à seleção de motivo: falta de olhos em uma toupeira (à esquerda) e de asas em um avestruz (à direita)

3. Seleção disruptiva

O segundo tipo de seleção é a seleção disruptiva (rasga). Nesse caso, indivíduos com diversas variantes extremas da característica deixam descendentes, e indivíduos com valor médio da característica são eliminados (Fig. 4).

Arroz. 4. Esquema da influência da seleção disruptiva (rasgo) na representação de uma característica entre os indivíduos de uma população

Darwin acreditava que a seleção disruptiva leva à divergência, ou seja, à divergência de caracteres, e serve para manter o polimorfismo da população. No curso da seleção disruptiva, duas formas de borboletas emergiram de um ancestral amarelo claro comum: branco e amarelo. Cores diferentes levam a um aquecimento diferente das asas. É conveniente para as borboletas brancas voar ao meio-dia e para as borboletas amarelas pela manhã. É inconveniente para as borboletas amarelas claras voar tanto durante o dia quanto pela manhã, então a seleção age apenas contra o valor médio da característica.

4. Seleção estabilizadora

A terceira forma de seleção natural é a seleção estabilizadora. Opera em condições constantes ambiente externo, selecionando indivíduos com desvios significativos da característica (Fig. 5).

Arroz. 5. Esquema de seleção estabilizadora

Visa manter e consolidar o valor médio do atributo. Por exemplo, as flores das plantas que são polinizadas por insetos são muito conservadoras, ou seja, sua forma raramente muda. Isso se deve ao fato de que os insetos polinizadores não conseguem penetrar na corola de uma flor muito profunda ou muito estreita (ver vídeo).

Portanto, os genes que levam a tais mudanças na estrutura das flores não são transmitidos e são forçados a sair do pool genético.

Graças à seleção estabilizadora, o chamado. fósseis vivos.

6. Fósseis vivos

Até hoje, algumas espécies de seres vivos sobreviveram inalteradas, milhões de anos atrás, as antigas representantes típicos flora e fauna de uma época passada.

Por exemplo, os caranguejos-ferradura (ver Fig. 6), antigos artrópodes que viveram meio bilhão de anos atrás, existem hoje com sucesso graças à seleção estabilizadora. Esta espécie tem quase o dobro da idade dos dinossauros extintos.

O peixe celacanto celacanto, cujos ancestrais foram difundidos na era paleozóica, mostra claramente como poderia ocorrer a transformação das barbatanas dos peixes nas patas dos futuros anfíbios.

A seleção estabilizadora interrompeu a evolução posterior de seus membros devido à transição desses peixes para a vida nas profundezas do oceano (veja o vídeo).

5. Seleção sexual

Existe outro conceito seleção sexual. Não tem nada a ver com a classificação acima, e representa a luta de machos ou fêmeas pela oportunidade de deixar descendência. Ou seja, este é um exemplo de luta intraespecífica pela existência.

Na maioria das vezes, um indivíduo simplesmente escolhe o parceiro mais poderoso e viável para si. A competição sexual leva ao surgimento de mecanismos comportamentais complexos: canto, comportamento demonstrativo, namoro (ver vídeo). Muitas vezes, surgem brigas entre machos, que podem terminar em ferimentos ou morte dos participantes.

Os gritos característicos do gato à noite geralmente acompanham exatamente essas lutas de machos concorrentes.

A seleção sexual promove dimorfismo sexual, ou seja, diferenças em estrutura externa machos e fêmeas. Você pode se lembrar de como galos e galinhas, patos e marrecos, veados machos e fêmeas e morsas diferem (veja o vídeo).

Como resultado da seleção sexual, os indivíduos mais fortes, viáveis e saudáveis deixam descendentes. O restante é removido da reprodução e seus genes desaparecem do pool genético da população.

Trabalho de casa:

1. O que é seleção natural? Por que isso está acontecendo?

2. Qual é a diferença entre seleção natural e artificial?

3. Qual é a diferença entre seleção de direção e seleção de estabilização?

4. O que é seleção lacrimal?

5. Para onde é direcionada a seleção natural?

6. O que é seleção sexual?

7. Que tipos de seleção natural operam nas populações humanas?

8. Dê exemplos de influência tipos diferentes seleção natural em populações de seres vivos. É possível observar a ação da seleção natural na natureza?

9. Quais experimentos podem confirmar ou refutar a existência da seleção natural?

1. Laboratório de Física de Proteínas.

2. Chega. com.

3. Afonin-59-bio. pessoas. ru.

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A seleção natural é a força motriz por trás da evolução. Mecanismo de seleção. Formas de seleção em populações (I.I. Shmalgauzen).

Seleção natural- o processo pelo qual o número de indivíduos com aptidão máxima (as características mais favoráveis) aumenta na população, enquanto o número de indivíduos com características desfavoráveis diminui. À luz da moderna teoria sintética da evolução, a seleção natural é considerada a principal razão para o desenvolvimento de adaptações, especiação e origem de táxons supraespecíficos. A seleção natural é a única causa conhecida das adaptações, mas não a única causa da evolução. As causas não adaptativas incluem deriva genética, fluxo gênico e mutações.

O termo "seleção natural" foi popularizado por Charles Darwin, comparando esse processo com a seleção artificial, cuja forma moderna é a seleção. A ideia de comparar seleção artificial e natural é que na natureza também sejam selecionados os organismos mais “bem-sucedidos”, “melhores”, mas no papel de um “avaliador” da utilidade das propriedades em este caso não é uma pessoa, mas o ambiente. Além disso, o material para seleção natural e artificial são pequenas mudanças hereditárias que se acumulam de geração em geração.

Mecanismo de seleção natural

No processo de seleção natural, são fixadas mutações que aumentam a aptidão dos organismos. A seleção natural é muitas vezes referida como um mecanismo "auto-evidente" porque decorre de tal fatos simples, Como:

Os organismos produzem mais descendentes do que podem sobreviver;

Na população desses organismos, existe variabilidade hereditária;

Organismos com diferentes características genéticas têm diferentes taxas de sobrevivência e capacidade de reprodução.

Tais condições criam competição entre os organismos para sobrevivência e reprodução e são as condições mínimas necessárias para a evolução através da seleção natural. Assim, organismos com características herdadas que lhes dão uma vantagem competitiva são mais propensos a transmiti-las a seus descendentes do que organismos com características herdadas que não o fazem.

O conceito central do conceito de seleção natural é a aptidão dos organismos. A aptidão é definida como a capacidade de um organismo sobreviver e se reproduzir, o que determina o tamanho de sua contribuição genética para a próxima geração. No entanto, o principal na determinação da aptidão não é o número total de descendentes, mas o número de descendentes com um determinado genótipo (aptidão relativa). Por exemplo, se a descendência de um organismo de reprodução rápida e bem-sucedida for fraca e não se reproduzir bem, a contribuição genética e, consequentemente, a aptidão desse organismo serão baixas.

Se algum alelo aumentar a aptidão de um organismo mais do que outros alelos desse gene, então, a cada geração, a parcela desse alelo na população aumentará. Ou seja, a seleção ocorre a favor desse alelo. E vice-versa, para alelos menos benéficos ou prejudiciais, sua participação nas populações diminuirá, ou seja, a seleção atuará contra esses alelos. É importante notar que a influência de certos alelos na aptidão de um organismo não é constante - quando as condições ambientais mudam, os alelos nocivos ou neutros podem se tornar benéficos e os benéficos podem se tornar prejudiciais.

A seleção natural para características que podem variar em algum intervalo de valores (como o tamanho de um organismo) pode ser dividida em três tipos:

Seleção dirigida- mudanças no valor médio da característica ao longo do tempo, por exemplo, um aumento no tamanho do corpo;

Seleção disruptiva- seleção para os valores extremos da característica e contra os valores médios, por exemplo, tamanhos corporais grandes e pequenos;

Seleção estabilizadora- seleção contra extremo valores característicos, o que leva a uma diminuição na variância do recurso.

Um caso especial de seleção natural é seleção sexual, cujo substrato é qualquer característica que aumenta o sucesso do acasalamento, aumentando a atratividade do indivíduo para parceiros potenciais. Traços que evoluíram através da seleção sexual são particularmente evidentes nos machos de certas espécies animais. Características como chifres grandes e coloração brilhante, por um lado, podem atrair predadores e reduzir a taxa de sobrevivência dos machos e, por outro lado, isso é compensado pelo sucesso reprodutivo de machos com características pronunciadas semelhantes.

A seleção pode operar em vários níveis de organização, como genes, células, organismos individuais, grupos de organismos e espécies. Além disso, a seleção pode atuar simultaneamente em diferentes níveis. A seleção em níveis acima do indivíduo, como a seleção de grupo, pode levar à cooperação.

Formas de seleção natural

Existem diferentes classificações de formas de seleção. Uma classificação baseada na natureza da influência das formas de seleção na variabilidade de uma característica em uma população é amplamente utilizada.

seleção de direção- uma forma de seleção natural que opera sob dirigido mudando as condições ambientais. Descrito por Darwin e Wallace. Nesse caso, indivíduos com características que se desviam em certa direção do valor médio recebem vantagens. Ao mesmo tempo, outras variações da característica (seus desvios na direção oposta ao valor médio) estão sujeitas à seleção negativa. Como resultado, na população de geração em geração, há uma mudança no valor médio da característica em uma determinada direção. Ao mesmo tempo, a pressão da seleção motriz deve corresponder às capacidades adaptativas da população e à taxa de mudanças mutacionais (caso contrário, a pressão ambiental pode levar à extinção).

Um exemplo clássico de seleção de motivo é a evolução da cor na mariposa da bétula. A cor das asas desta borboleta imita a cor da casca das árvores cobertas de liquens, nas quais passa o dia. Obviamente, essa coloração protetora foi formada ao longo de muitas gerações de evolução anterior. Porém, com o início da revolução industrial na Inglaterra, esse aparelho começou a perder sua importância. A poluição atmosférica levou à morte em massa de liquens e ao escurecimento dos troncos das árvores. Borboletas claras em um fundo escuro tornaram-se facilmente visíveis para os pássaros. Desde meados do século 19, formas escuras mutantes (melanísticas) de borboletas começaram a aparecer em populações de mariposas de bétula. Sua frequência aumentou rapidamente. No final do século XIX, algumas populações urbanas da mariposa eram quase inteiramente compostas por formas escuras, enquanto as formas claras ainda predominavam nas populações rurais. Este fenômeno tem sido chamado melanismo industrial. Os cientistas descobriram que em áreas poluídas, os pássaros são mais propensos a comer formas claras e em áreas limpas - escuras. A imposição de restrições à poluição atmosférica na década de 1950 fez com que a seleção natural mudasse de direção novamente e a frequência de formas escuras nas populações urbanas começasse a diminuir. Eles são quase tão raros hoje quanto eram antes da Revolução Industrial.

A seleção de direção é realizada quando o ambiente muda ou se adapta a novas condições com a expansão do alcance. Ele preserva as mudanças hereditárias em uma determinada direção, alterando a taxa de reação de acordo. Por exemplo, durante o desenvolvimento do solo como habitat para vários grupos não relacionados de animais, os membros se transformaram em buracos.

Seleção estabilizadora- uma forma de seleção natural, na qual sua ação é dirigida contra indivíduos com desvios extremos da norma média, em favor de indivíduos com severidade média do traço. O conceito de seleção estabilizadora foi introduzido na ciência e analisado por I. I. Shmalgauzen.

Muitos exemplos da ação de estabilização da seleção na natureza foram descritos. Por exemplo, à primeira vista parece que os indivíduos com fecundidade máxima deveriam dar a maior contribuição para o pool genético da próxima geração. No entanto, observações de populações naturais de aves e mamíferos mostram que este não é o caso. Quanto mais filhotes ou filhotes no ninho, mais difícil é alimentá-los, menores e mais fracos cada um deles. Como resultado, indivíduos com fecundidade média acabam sendo os mais adaptados.

Seleção em favor de médias foi encontrada para uma variedade de características. Nos mamíferos, os recém-nascidos com peso muito baixo e muito alto têm maior probabilidade de morrer ao nascer ou nas primeiras semanas de vida do que os recém-nascidos com peso médio. A contabilização do tamanho das asas dos pardais que morreram após uma tempestade nos anos 50 perto de Leningrado mostrou que a maioria deles tinha asas muito pequenas ou muito grandes. E, neste caso, os indivíduos médios acabaram sendo os mais adaptados.

Mais amplamente exemplo famoso tal polimorfismo é a anemia falciforme. Esta doença sanguínea grave ocorre em pessoas homozigotas para um alelo mutante da hemoglobina ( Hb S) e leva à sua morte em tenra idade. Na maioria das populações humanas, a frequência desse alelo é muito baixa e aproximadamente igual à frequência de sua ocorrência devido a mutações. No entanto, é bastante comum em áreas do mundo onde a malária é comum. Descobriu-se que os heterozigotos para Hb S têm maior resistência à malária do que os homozigotos para o alelo normal. Devido a isso, a heterozigose para esse alelo letal no homozigoto é criada e mantida de forma estável em populações que habitam áreas de malária.

A seleção estabilizadora é um mecanismo para o acúmulo de variabilidade em populações naturais. O notável cientista I. I. Shmalgauzen foi o primeiro a prestar atenção a esse recurso de seleção estabilizadora. Ele mostrou que, mesmo em condições estáveis de existência, nem a seleção natural nem a evolução cessam. Mesmo permanecendo fenotipicamente inalterada, a população não para de evoluir. Sua composição genética está mudando constantemente. A seleção estabilizadora cria tais sistemas genéticos que fornecem a formação de fenótipos ótimos semelhantes com base em uma ampla variedade de genótipos. Mecanismos genéticos como dominância, epistasia, ação complementar dos genes, penetrância incompleta e outros meios de ocultar a variação genética devem sua existência à seleção estabilizadora.

Assim, a seleção estabilizadora, afastando os desvios da norma, forma ativamente mecanismos genéticos que garantem o desenvolvimento estável dos organismos e a formação de fenótipos ideais com base em vários genótipos. Ele garante o funcionamento estável dos organismos em uma ampla gama de flutuações em condições externas familiares às espécies.

Seleção disruptiva (rasgando)- uma forma de seleção natural, na qual as condições favorecem duas ou mais variantes extremas (direções) de variabilidade, mas não favorecem o estado intermediário e médio da característica. Como resultado, várias novas formas podem surgir a partir de uma inicial. Darwin descreveu a operação da seleção disruptiva, acreditando que ela está por trás da divergência, embora não pudesse fornecer evidências de sua existência na natureza. A seleção disruptiva contribui para o surgimento e manutenção do polimorfismo populacional e, em alguns casos, pode causar especiação.

Uma das possíveis situações na natureza em que a seleção disruptiva entra em jogo é quando uma população polimórfica ocupa um habitat heterogêneo. Ao mesmo tempo, diferentes formas se adaptam a diferentes nichos ou subnichos ecológicos.

A formação de raças sazonais em algumas ervas daninhas é explicada pela ação da seleção disruptiva. Foi demonstrado que o tempo de floração e amadurecimento das sementes em uma das espécies dessas plantas - chocalho - se estendeu por quase todo o verão, e a maioria das plantas floresce e frutifica no meio do verão. Porém, nos prados de feno, as plantas que têm tempo de florescer e produzir sementes antes do corte, e as que produzem sementes no final do verão, após o corte, recebem vantagens. Como resultado, duas raças de chocalho são formadas - floração precoce e tardia.

A seleção disruptiva foi realizada artificialmente em experimentos com Drosophila. A seleção foi realizada de acordo com o número de cerdas, deixando apenas indivíduos com pequeno e grande número de cerdas. Como resultado, por volta da 30ª geração, as duas linhagens divergiram fortemente, apesar do fato de que as moscas continuaram a cruzar entre si, trocando genes. Em vários outros experimentos (com plantas), o cruzamento intensivo impediu a ação efetiva da seleção disruptiva.

Duas hipóteses sobre os mecanismos de seleção sexual são comuns.

De acordo com a hipótese dos “bons genes”, a fêmea “raciocina” da seguinte forma: “Se este macho, apesar de sua plumagem brilhante e cauda longa, de alguma forma conseguiu não morrer nas garras de um predador e sobreviver até a puberdade, então, portanto, ele tem bons genes que o permitem fazer isso. Assim, ele deve ser escolhido como pai de seus filhos: ele passará a eles seus bons genes. Ao escolher machos brilhantes, as fêmeas escolhem bons genes para seus descendentes.

De acordo com a hipótese dos “filhos atraentes”, a lógica da seleção feminina é um pouco diferente. Se os machos brilhantes, por qualquer motivo, são atraentes para as fêmeas, então vale a pena escolher um pai brilhante para seus futuros filhos, porque seus filhos herdarão os genes de cores brilhantes e serão atraentes para as fêmeas em próxima geração. Assim, há um positivo Opinião, o que leva ao fato de que, de geração em geração, o brilho da plumagem dos machos é cada vez mais aprimorado. O processo vai aumentando até atingir o limite de viabilidade.

Ao escolher os machos, as fêmeas não são nem mais nem menos lógicas do que em todos os outros comportamentos. Quando um animal sente sede, não raciocina que deva beber água para restabelecer o equilíbrio água-sal no corpo - ele vai ao bebedouro porque sente sede. Da mesma forma, as fêmeas, escolhendo machos brilhantes, seguem seus instintos - elas gostam de caudas brilhantes. Todos aqueles que instintivamente provocaram um comportamento diferente, todos eles não deixaram descendência. Assim, discutimos não a lógica das fêmeas, mas a lógica da luta pela existência e da seleção natural - um processo cego e automático que, agindo constantemente de geração em geração, formou toda aquela incrível variedade de formas, cores e instintos que conhecemos. observar no mundo da vida selvagem. .

seleção positiva e negativa

Existem duas formas de seleção natural: Positivo E Corte (negativo) seleção.

A seleção positiva aumenta o número de indivíduos na população que possuem características úteis que aumentam a viabilidade da espécie como um todo.

A seleção de corte elimina da população a grande maioria dos indivíduos que carregam características que reduzem drasticamente a viabilidade sob determinadas condições ambientais. Com a ajuda da seleção de corte, os alelos fortemente prejudiciais são removidos da população. Além disso, indivíduos com rearranjos cromossômicos e um conjunto de cromossomos que perturbam drasticamente o funcionamento normal do aparato genético podem ser submetidos à seleção de corte.

O papel da seleção natural na evolução

Charles Darwin considerou a seleção natural como a principal força motriz da evolução; na moderna teoria sintética da evolução, é também o principal regulador do desenvolvimento e adaptação das populações, o mecanismo para o surgimento de espécies e táxons supraespecíficos, embora o acúmulo em final do século XIX- no início do século 20, as informações sobre genética, em particular a descoberta da natureza discreta da herança de características fenotípicas, levaram alguns pesquisadores a negar a importância da seleção natural e, alternativamente, propuseram conceitos baseados na avaliação da mutação do genótipo fator extremamente importante. Os autores de tais teorias postularam não uma natureza gradual, mas muito rápida (ao longo de várias gerações) da evolução (o mutacionismo de Hugo de Vries, o saltacionismo de Richard Goldschmitt e outros conceitos menos conhecidos). A descoberta de correlações bem conhecidas entre os traços de espécies relacionadas (a lei da série homológica) por N. I. Vavilov levou alguns pesquisadores a formular as próximas hipóteses “antidarwinianas” sobre a evolução, como nomogênese, batmogênese, autogênese, ontogênese e outros. Nas décadas de 1920 e 1940, na biologia evolutiva, aqueles que rejeitaram a ideia de evolução por seleção natural de Darwin (às vezes chamadas de teorias "selecionistas" que enfatizavam a seleção natural) reviveram o interesse por essa teoria devido à revisão do darwinismo clássico à luz de teorias relativamente jovem ciência da genética. A resultante teoria sintética da evolução, muitas vezes referida incorretamente como neodarwinismo, baseia-se, entre outras coisas, na análise quantitativa das frequências alélicas nas populações à medida que mudam sob a influência da seleção natural. Existem debates onde pessoas com uma abordagem radical, como argumento contra a teoria sintética da evolução e o papel da seleção natural, argumentam que "as descobertas das últimas décadas em vários campos do conhecimento científico - desde biologia molecular com sua teoria de mutações neutrasMotoo Kimura E paleontologia com sua teoria do equilíbrio pontuado Stephen Jay Gould E Niles Eldredge (em que visualizar entendida como uma fase relativamente estática do processo evolutivo) até matemática com a teoria delabifurcações E transições de fase- atesta a insuficiência da teoria sintética clássica da evolução para uma descrição adequada de todos os aspectos da evolução biológica". A discussão sobre o papel de vários fatores na evolução começou há mais de 30 anos e continua até hoje, e às vezes é dito que "a biologia evolutiva (significando a teoria da evolução, é claro) chegou à necessidade de seu próximo, terceira síntese".

seleção de direção

Um exemplo da ação da seleção de motivos é o "melanismo industrial" em insetos. O "melanismo industrial" é um aumento acentuado na proporção de indivíduos melanísticos (de cor escura) nas populações de insetos (por exemplo, borboletas) que vivem em áreas industriais. Devido ao impacto industrial, os troncos das árvores escureceram significativamente e os líquenes claros também morreram, o que tornou as borboletas claras mais visíveis para os pássaros e as escuras piores. No século 20, em várias áreas, a proporção de borboletas de cor escura em algumas populações bem estudadas da mariposa da bétula na Inglaterra atingiu 95%, enquanto pela primeira vez uma borboleta escura ( Morfa carbonaria) foi capturado em 1848.

Seleção estabilizadora

Seleção disruptiva

Um exemplo de seleção disruptiva é a formação de duas raças em um grande chocalho em prados de feno. Em condições normais, os períodos de floração e amadurecimento das sementes desta planta cobrem todo o verão. Mas nos prados de feno, as sementes são produzidas principalmente pelas plantas que têm tempo de florescer e amadurecer antes do período de corte ou florescer no final do verão, após o corte. Como resultado, duas raças de chocalho são formadas - floração precoce e tardia.

seleção sexual

seleção sexual Esta é a seleção natural para o sucesso na reprodução. A sobrevivência dos organismos é um componente importante, mas não o único, da seleção natural. Outro componente importante é a atratividade para membros do sexo oposto. Darwin chamou esse fenômeno de seleção sexual. “Essa forma de seleção é determinada não pela luta pela existência nas relações dos seres orgânicos entre si ou com condições externas, mas pela rivalidade entre indivíduos do mesmo sexo, geralmente machos, pela posse de indivíduos do outro sexo. " Traços que reduzem a viabilidade de seus portadores podem surgir e se espalhar se as vantagens que eles fornecem no sucesso reprodutivo forem significativamente maiores do que suas desvantagens para a sobrevivência. Duas hipóteses principais sobre os mecanismos de seleção sexual foram propostas. De acordo com a hipótese dos “bons genes”, a fêmea “raciocina” da seguinte forma: “Se este macho, apesar de sua plumagem brilhante e cauda longa, de alguma forma conseguiu não morrer nas garras de um predador e sobreviver até a puberdade, então, portanto, ele tem bons genes que o permitem fazer isso. Assim, ele deve ser escolhido como pai de seus filhos: ele passará a eles seus bons genes. Ao escolher machos brilhantes, as fêmeas escolhem bons genes para seus descendentes. De acordo com a hipótese dos “filhos atraentes”, a lógica da seleção feminina é um pouco diferente. Se os machos brilhantes, por qualquer motivo, são atraentes para as fêmeas, então vale a pena escolher um pai brilhante para seus futuros filhos, porque seus filhos herdarão os genes de cores brilhantes e serão atraentes para as fêmeas na próxima geração. Assim, ocorre um feedback positivo, o que leva ao fato de que de geração em geração o brilho da plumagem dos machos é cada vez mais aprimorado. O processo vai aumentando até atingir o limite de viabilidade. Ao escolher os machos, as fêmeas não são nem mais nem menos lógicas do que em todos os outros comportamentos. Quando um animal sente sede, não raciocina que deva beber água para restabelecer o equilíbrio água-sal no corpo - ele vai ao bebedouro porque sente sede. Da mesma forma, as fêmeas, escolhendo machos brilhantes, seguem seus instintos - elas gostam de caudas brilhantes. Todos aqueles que instintivamente provocaram um comportamento diferente, todos eles não deixaram descendência. Assim, discutimos não a lógica das fêmeas, mas a lógica da luta pela existência e da seleção natural - um processo cego e automático que, agindo constantemente de geração em geração, formou toda aquela incrível variedade de formas, cores e instintos que conhecemos. observar no mundo da vida selvagem. .

38. Adaptação fisiológica: o conceito de como surge e o que lhe está subjacente.

adaptação biológica(do lat. adaptação- adaptação) - a adaptação do corpo às condições de existência. “[A vida] é uma adaptação constante ... às condições de existência”, disse o notável fisiologista russo I. M. Imanalieva. - Um organismo sem um ambiente externo que suporte sua existência é impossível; portanto, a definição científica de um organismo deve incluir também o ambiente que o influencia. "Ao mesmo tempo:" ... Cada organismo é uma combinação dinâmica de estabilidade e variabilidade, na qual a variabilidade serve às suas reações adaptativas e, conseqüentemente, ao proteção de suas constantes hereditariamente fixadas ". O organismo, mesmo em períodos de tempo extremamente curtos, é mutável devido à dinâmica de seus estados funcionais e com a variabilidade homeotética de suas “constantes homeostáticas” (K. Waddington, 1964, 1970). conhecimento moderno sobre os mecanismos e a essência do processo de adaptação: “... Uma pessoa é ... um sistema ..., como qualquer outro na natureza, obedecendo às leis que são inevitáveis e comuns a toda a natureza ...” (IP Pavlov , 1951).

Atualmente, existem diversas formas de seleção natural, sendo as principais a estabilizadora, a movente ou direcionada e a disruptiva.

Seleção estabilizadora contribui para a manutenção de um traço médio previamente estabelecido na população. Ocorre nos casos em que as características fenotípicas combinam de forma ideal com as condições ambientais e a competição entre os indivíduos é relativamente fraca. Tal seleção opera em todas as populações, enquanto os indivíduos com desvios extremos de caráter são destruídos.

Em qualquer população, devido à sua heterogeneidade genética, nascem indivíduos com graus variados de expressão de uma ou outra característica. Essa variedade de indivíduos para qualquer característica é fornecida por fatores genéticos e ambientais que afetam as populações ao longo de muitas gerações. Se contarmos o número de indivíduos com esta ou aquela expressão desta característica, verifica-se que a maioria se aproximará de um determinado valor médio, a norma média.

A seleção estabilizadora leva à destruição de desvios extremos e, por assim dizer, estabiliza a norma média da gravidade da característica, levando a um estreitamento da norma de reação (Fig. 4.1). É observado em condições ambientais, que muito tempo permanece constante. Em um ambiente relativamente inalterado, indivíduos típicos com expressão média de uma característica, bem adaptados a ela, levam vantagem e os mutantes que diferem deles morrem. Podemos dar o seguinte exemplo de seleção estabilizadora. Em 1898, o ornitólogo americano G. Bypas, após ventos fortes e a queda de neve encontrou 136 pardais atordoados e semimortos. Durante o aquecimento, 72 deles sobreviveram, 64 morreram. Descobriu-se que os pardais mortos tinham asas muito longas ou muito curtas.

Arroz. 4.1 . Esquema de ação de estabilizar (a), dirigir (b) e perturbar (c) a seleção natural (de acordo com N.V. Timofeev-Resovsky et al., 1977), F- gerações. As variantes eliminadas estão sombreadas nas curvas populacionais. O tamanho do arco durante a seleção dentro de um filho corresponde à norma da reação.

seleção de direção reside no fato de que, com uma mudança lenta nas condições ambientais em uma nova direção, a norma média está mudando constantemente em uma direção ou outra. Em outras palavras, durante a seleção de condução, as mutações com um valor de característica são eliminadas, que são substituídas por mutações com um valor médio de característica diferente. A seleção propulsiva, portanto, leva à mudança evolutiva ao exercer tal pressão sobre uma população que favorece um aumento na frequência de novos alelos nela (ver Fig. 4.1). Depois que a nova norma média da expressão do traço (fenótipo médio) entra em correspondência ideal com as novas condições ambientais, a seleção estabilizadora entra em ação.

Um exemplo clássico de mudança evolutiva de acordo com o tipo de seleção do motivo é o aparecimento de borboletas de cor escura sob a influência da poluição química da atmosfera (melanismo industrial). Nos últimos 100 anos, mais de 80 espécies de borboletas desenvolveram formas de cor escura... Anteriormente, por exemplo, a mariposa da bétula tinha uma cor creme claro com pontos pretos. Em meados do século XIX. na Inglaterra, foram encontrados exemplares de cor escura dessa borboleta, que no final do século representavam 98%. A forma melânica é resultado de mutações aleatórias e tem grande vantagem em áreas industriais em relação às de cor clara. Borboletas de cores claras eram invisíveis em troncos de bétula cobertos de líquenes. Com o intenso desenvolvimento da indústria, o dióxido de enxofre produzido pela queima do carvão causou a morte de liquens em áreas industriais e, como resultado, a casca escura das árvores foi exposta, que ficou ainda mais escura devido à fuligem que a cobria. Sobre um fundo escuro, mariposas de cores claras foram bicadas por tordos e tordos, enquanto formas melânicas sobreviveram e se reproduziram com sucesso, menos perceptíveis contra um fundo escuro.

Seleção disruptiva (rasgando) realizada nos casos em que dois ou mais genes geneticamente várias formas têm vantagem em diferentes condições, por exemplo, em diferentes estações do ano. A seleção disruptiva favorece mais de um fenótipo e é direcionada contra formas intermediárias. Ele meio que divide a população de acordo com uma determinada característica em vários grupos encontrados no mesmo território e, com a participação do isolamento, pode levar à divisão da população em dois ou mais (ver Fig. 4.1).

Um modelo de seleção disruptiva pode ser a situação do surgimento de raças anãs de peixes predadores em um corpo d’água com pouca alimentação. Freqüentemente, os juvenis do ano não têm comida suficiente na forma de alevinos. Neste caso, os indivíduos de crescimento mais rápido, que por muito pouco tempo atingem tamanhos que lhes permitem comer seus companheiros. Por outro lado, os estrabismo com atraso máximo na taxa de crescimento estarão em uma posição vantajosa, pois seu pequeno tamanho permite que eles se alimentem de pequenos crustáceos planctônicos por muito tempo. Tal situação, por meio da seleção estabilizadora, pode levar ao surgimento de duas raças de peixes.

Fonte : NO. Lemeza L.V. Kamlyuk N.D. Lisov "Manual de biologia para candidatos a universidades"

A evolução é uma história de vencedores, e a seleção natural é um juiz imparcial que decide quem vive e quem morre. Exemplos de seleção natural estão por toda parte: toda a variedade de seres vivos em nosso planeta é produto desse processo, e o homem não é exceção. No entanto, pode-se argumentar sobre uma pessoa, porque há muito ela está acostumada a intervir de forma empresarial naquelas áreas que costumavam ser os segredos sagrados da natureza.

Como funciona a seleção natural

Esse mecanismo à prova de falhas é o processo fundamental da evolução. Sua ação garante o crescimento da população o número de indivíduos que possuem um conjunto de características mais favoráveis que garantem a máxima adaptabilidade às condições de vida em ambiente, e ao mesmo tempo - uma diminuição no número de indivíduos menos adaptados.

A ciência deve o próprio termo "seleção natural" a Charles Darwin, que comparou esse processo com a seleção artificial, ou seja, a seleção. A diferença entre essas duas espécies está apenas em quem atua como juiz na escolha de certas propriedades dos organismos - uma pessoa ou um habitat. Quanto ao “material de trabalho”, em ambos os casos são pequenas mutações hereditárias que se acumulam ou, inversamente, são erradicadas na próxima geração.

A teoria desenvolvida por Darwin foi incrivelmente ousada, revolucionária e até escandalosa para a época. Mas agora a seleção natural não causa em mundo científico dúvida, além disso, é chamado de mecanismo "auto-evidente", pois sua existência decorre logicamente de três fatos indiscutíveis:

Os organismos vivos obviamente produzem mais descendentes do que podem sobreviver e se reproduzir;
Todos os organismos são suscetíveis variabilidade hereditária;
Organismos vivos dotados de diferentes características genéticas sobrevivem e se reproduzem com sucesso desigual.

Tudo isso causa uma competição acirrada entre todos os organismos vivos, o que impulsiona a evolução. O processo evolutivo na natureza, via de regra, prossegue lentamente, podendo-se distinguir nele as seguintes etapas:

Princípios de classificação da seleção natural

De acordo com a direção da ação, os tipos positivos e negativos (corte) de seleção natural são diferenciados.

Positivo

A sua ação visa a consolidação e desenvolvimento de traços úteis e contribui para o aumento populacional do número de indivíduos com esses traços. Assim, dentro de espécies específicas, a seleção positiva funciona para aumentar sua viabilidade e, na escala de toda a biosfera, para complicar gradualmente a estrutura dos organismos vivos, o que é bem ilustrado por toda a história do processo evolutivo. Por exemplo, a transformação das brânquias que levou milhões de anos em algumas espécies de peixes antigos, no ouvido médio dos anfíbios, acompanhava o processo de “pouso” de organismos vivos em condições de fortes vazantes e vazantes.

Negativo

Em contraste com a seleção positiva, a seleção de corte expulsa da população aqueles indivíduos que carregam características prejudiciais que podem reduzir significativamente a viabilidade das espécies nas condições ambientais existentes. Esse mecanismo atua como um filtro que não permite a passagem dos alelos mais prejudiciais e não permite seu desenvolvimento posterior.

Por exemplo, quando, com o desenvolvimento do polegar na mão, os ancestrais do Homo sapiens aprenderam a dobrar o pincel em punho e usá-lo em lutas uns contra os outros, indivíduos com crânios frágeis começaram a morrer de ferimentos na cabeça (como evidenciado por achados arqueológicos), cedendo espaço vital para indivíduos com crânios mais fortes.

Uma classificação muito comum, com base na natureza da influência da seleção na variabilidade de uma característica em uma população:

em movimento;
estabilização;
desestabilizador;
perturbador (lacrimejamento);
sexual.

Movendo

A forma motriz da seleção natural elimina as mutações com um valor médio da característica, substituindo-as por mutações com outro valor médio da mesma característica. Como resultado, por exemplo, pode-se rastrear o aumento do tamanho dos animais de geração em geração - isso aconteceu com os mamíferos que ganharam domínio terrestre após a morte dos dinossauros, incluindo os ancestrais humanos. Outras formas de vida, ao contrário, diminuíram significativamente de tamanho. Assim, as libélulas antigas em condições de alto teor de oxigênio na atmosfera eram gigantescas em comparação com os tamanhos modernos. O mesmo vale para outros insetos..

estabilizando

Ao contrário do motorista, tende a preservar os recursos existentes e se manifesta em casos de preservação a longo prazo das condições ambientais. Exemplos são espécies que chegaram até nós desde a antiguidade quase inalteradas: crocodilos, muitos tipos de água-viva, sequóias gigantes. Há também espécies que existem, praticamente inalteradas, há milhões de anos: esta é a planta de ginkgo mais antiga, descendente direta dos primeiros lagartos da hatteria, o celacanto (um peixe de nadadeiras em escova, que muitos cientistas consideram um “elo intermediário ” entre peixes e anfíbios).

A seleção estabilizadora e motriz atuam em conjunto e são dois lados do mesmo processo. O motor se esforça para manter as mutações que são mais benéficas na mudança das condições ambientais, e quando essas condições se estabilizarem, o processo terminará com a criação a melhor maneira forma adaptada. Aqui vem a vez de estabilizar a seleção- preserva esses genótipos testados pelo tempo e não permite a multiplicação de formas mutantes que se desviam da norma geral. Há um estreitamento da norma de reação.

desestabilizador

Muitas vezes acontece que o nicho ecológico ocupado por uma espécie se expande. Nesses casos, uma taxa de reação mais ampla seria benéfica para a sobrevivência dessa espécie. Sob condições de um ambiente heterogêneo, ocorre um processo oposto à seleção estabilizadora: características com maior taxa de reação ganham vantagem. Por exemplo, a iluminação heterogênea de um reservatório causa grande variabilidade na cor dos sapos que nele vivem, e em reservatórios que não diferem em uma variedade de manchas de cores, todos os sapos são aproximadamente da mesma cor, o que contribui para sua camuflagem ( o resultado da seleção estabilizadora).

Disruptivo (lacrimejamento)

Existem muitas populações que são polimórficas - coexistência dentro de uma espécie de duas ou mesmo várias formas em qualquer base. Este fenômeno pode ser causado por vários motivos, tanto de origem natural quanto antrópica. Por exemplo, secas desfavoráveis para cogumelos, caindo em pleno verão, determinou o desenvolvimento de suas espécies primaveris e outonais, e a fenação, ocorrendo também nesta época em outras áreas, levou ao fato de que dentro de alguns tipos de gramíneas, as sementes amadurecem precocemente em alguns indivíduos, e tardiamente em outros, antes e depois da ceifa.

Sexual

Destacando-se nessa série de processos logicamente fundamentados está a seleção sexual. Sua essência reside no fato de que representantes da mesma espécie (geralmente machos) competem entre si na luta pelo direito de procriar. . No entanto, muitas vezes desenvolvem os mesmos sintomas. que afetam adversamente sua viabilidade. Um exemplo clássico é o pavão com sua luxuosa cauda, que não tem utilidade prática, além disso, torna-se visível aos predadores e pode atrapalhar o movimento. Sua única função é atrair uma fêmea, e desempenha essa função com sucesso. Existem duas hipóteses explicando o mecanismo de seleção feminina:

A hipótese dos "bons genes" - a fêmea escolhe um pai para a futura prole, com base em sua capacidade de sobreviver mesmo com características sexuais secundárias tão difíceis;
A hipótese do filho atraente - Uma fêmea tende a produzir descendentes masculinos bem-sucedidos que retêm os genes do pai.

A seleção sexual é de grande importância para a evolução, pois o principal objetivo dos indivíduos de qualquer espécie não é sobreviver, mas deixar descendentes. Muitas espécies de insetos ou peixes morrem assim que cumprem essa missão - sem isso não haveria vida no planeta.

A considerada ferramenta da evolução pode ser caracterizada como um processo interminável de movimento em direção a um ideal inatingível, pois o meio ambiente quase sempre está um ou dois passos à frente de seus habitantes: o que foi conquistado ontem está mudando hoje para se tornar obsoleto amanhã.

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