Биология: путь к пониманию жизни – от клеточных механизмов до эволюции видов. Цикл: учебники и учебные пособия по биологии, сельскому хозяйству, зоологии, анатомии и агрономии

– Изоляция: Отделение части популяции от основной массы, что способствует накоплению генетических различий и возможному видообразованию.

– Спецификация: Процесс приобретения видом уникальных черт, делающих его отличным от других видов.

– Геном: Весь генетический материал организма, содержащий всю информацию, необходимую для его функционирования и развития.

– Мутация: Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК, которое может привести к изменению белка или функции гена.

– Редукция: Утрата органом или структурой своих функций и уменьшение размеров в процессе эволюции.

– Атавизм: Появление у современного организма признаков, характерных для его далеких предков.

– Мозаичная эволюция: Неодновременное изменение различных частей организма в процессе эволюции.

– Хроматин: Комплекс ДНК и белков, составляющий структуру хромосом.

– Кодоминантность: Ситуация, когда оба аллеля гена выражаются одинаково в фенотипе.

– Цис-транс тест: Экспериментальный метод, используемый для определения, какие мутации ответственны за наблюдаемые фенотипические эффекты.

– Плейотропия: Явление, при котором одна мутация влияет на множество признаков.

– Неодарвинизм: Современная версия теории Дарвина, объединяющая идеи естественного отбора с достижениями генетики.

– Ортоселекция: Отбор, направленный на сохранение определенного направления изменений в популяции.

– Протерогенез: Гипотеза, согласно которой жизнь возникла путем постепенного усложнения органических молекул.

– Таксон: Любая группа организмов, имеющая общие признаки и рассматриваемая как отдельная единица в классификации живых существ.

– Эволюционное дерево: Графическое представление филогении, показывающее родственные отношения между видами.

– Относительная приспособленность: Степень успеха вида

Процесс видообразования можно рассматривать как последовательность стадий и этапов, связанных с изменениями в генетическом составе популяций и их взаимодействии с окружающей средой. Он включает различные механизмы, такие как естественный отбор, генетический дрейф, мутации и другие факторы, влияющие на эволюцию видов. Рассмотрим основные стадии и этапы этого процесса.

Основные стадии видообразования

– Начальная стадия: Изолирование популяций

– Географическая изоляция: Популяция разделяется на две или более части физическими барьерами, например, горами, реками, океанами. Каждая часть начинает развиваться отдельно.

– Экологическая изоляция: Даже если популяции находятся в одной географической зоне, они могут быть отделены друг от друга особенностями экологии, такими как предпочтение разных типов пищи или мест обитания.

– Стадия накопления генетических различий

– Генетический дрейф: Случайные изменения в частоте аллелей в небольших популяциях могут приводить к значительным различиям между группами.

– Мутации: Случайные изменения в генах создают новое генетическое разнообразие, которое может быть полезно в новых условиях.

– Естественный отбор: Особи с наиболее подходящими для данных условий признаками имеют больше шансов выжить и оставить потомство, что ведет к закреплению этих признаков в популяции.

– Формирование репродуктивной изоляции

– Предзиготическая изоляция: Механизмы, предотвращающие образование зиготы (оплодотворения), например, различия во времени размножения, различия в поведении при спаривании, неспособность к оплодотворению.

– Постзиготическая изоляция: Механизмы, действующие после образования зиготы, такие как снижение жизнеспособности или плодовитости гибридов.

– Закрепление новых признаков и завершение видообразования

– Специализация: Новые виды становятся все более специализированными под конкретные условия среды, что усиливает их отличия от исходного вида.

– Устойчивость к обратным скрещиваниям: Новые виды приобретают устойчивость к скрещиванию с представителями исходного вида, что предотвращает смешивание генофондов.

Этапы видообразования

– Образование новых популяций

– Начальное разделение популяции на отдельные группы, каждая из которых начинает свою собственную эволюционную линию.

– Накопление генетических различий

– Генетический дрейф, мутации и естественный отбор начинают формировать уникальные генетические профили каждой популяции.

– Появление первых признаков репродуктивной изоляции

– Первые механизмы, препятствующие скрещиванию между разными популяциями, начинают проявляться.

– Усиление репродуктивной изоляции

– Репродуктивные барьеры становятся все более прочными, что уменьшает вероятность скрещиваний между популяциями.

– Завершение видообразования

– Новые виды окончательно формируются, становясь полностью независимыми от исходного вида и способными существовать в своем уникальном экологическом пространстве.

Структура и система видообразования

Структурно процесс видообразования можно представить как сложную систему взаимодействия между популяцией, ее генетическими ресурсами и окружающей средой. Важную роль играют следующие компоненты:

– Генофонд популяции: Общий запас генов, доступный для передачи следующим поколениям. Генофонд определяет потенциальные возможности популяции адаптироваться к новым условиям.

– Факторы внешней среды: Климатические условия, наличие ресурсов, конкуренция с другими видами и другие внешние воздействия оказывают значительное влияние на направление эволюции.

– Механизмы эволюции: Естественный отбор, генетический дрейф, мутации и другие механизмы способствуют накоплению и закреплению полезных изменений в популяции.

– Барьеры для скрещивания: Физические, экологические и генетические барьеры, которые препятствуют обмену генами между популяциями, усиливают различия между ними.

Типы видообразования

– Аллопатрическое видообразование

– Происходит, когда популяция разделяется на две или более части физическим барьером. Каждая часть развивается независимо, накапливая генетические различия.

– Симпатрическое видообразование

– Происходит внутри одной и той же географической зоны без физического разделения. Обычно связано с адаптацией к разным экологическим нишам или изменением поведения при размножении.

– Парапатрическое видообразование

– Промежуточный тип между аллопатрией и симпатрией, где популяции частично перекрываются, но существуют значительные физические или экологические барьеры.

– Перипатрическое видообразование

– Подвид аллопатрии, при котором новая популяция образуется на периферии ареала основного вида и затем развивается самостоятельно.

Вывод

Процесс видообразования представляет собой сложный и многоступенчатый механизм, включающий в себя взаимодействие множества факторов: генетическую изменчивость, естественную среду обитания, механизмы эволюции и барьеры для скрещивания. Понимание этих процессов помогает нам лучше осознать природу биологического разнообразия и его значение для сохранения жизни на Земле.

Упражнение №13. Тест по теме «4.3. Видообразование»

Лёгкие вопросы (по 1 баллу):

– 1. Что такое видообразование?

а) Процесс исчезновения видов.

б) Процесс образования новых видов в результате эволюции.

в) Процесс формирования экосистем.

г) Процесс изменения морфологии животных.

– 2. Как называется процесс, при котором виды становятся неспособными к скрещиванию между собой?

а) Мутация.

б) Репродуктивная изоляция.

в) Адаптация.

г) Генетический дрейф.

– 3. Как называется вид, который сформировался в результате географической изоляции одной популяции?

а) Вид, возникший в результате конвергентной эволюции.

б) Географический вид.

в) Экологический вид.

г) Половой вид.

Средние вопросы (по 2 балла):

– 4. Какие два основных механизма видообразования существуют?

а) Географическое и экологическое.

б) Механизм мутаций и естественного отбора.

в) Аллопатрическое и симпатрическое.

г) Мутации и репродуктивная изоляция.

– 5. Что такое аллопатрическое видообразование?

а) Видообразование, происходящее в пределах одной географической области.

б) Видообразование, происходящее из-за изоляции на разных территориях.

в) Видообразование, происходящее без изменений в генетическом коде.

г) Видообразование, вызванное климатическими изменениями.

– 6. Какие виды изоляции могут способствовать видообразованию?

а) Репродуктивная изоляция, изоляция по времени и пространству.

б) Поведенческая изоляция, генетическая изоляция.

в) Репродуктивная изоляция, экологическая изоляция.

г) Простейшая изоляция, пространственная изоляция.

Сложные вопросы (по 3 балла):

– 7. Как экосистема может повлиять на процесс видообразования?

а) Экосистема не влияет на видообразование.

б) Экосистема влияет на формирование новых видов через изменение климатических условий.

в) Экосистема может создавать препятствия для видообразования, если она стабильна.

г) Экосистема может оказывать влияние через изменения в ресурсах и нишах.

– 8. Какая из следующих ситуаций является примером симпатрического видообразования?

а) В результате разделения территории, две группы особей становятся разными видами.

б) В популяции происходят генетические изменения, ведущие к образованию нового вида без географической изоляции.

в) Популяции разных видов конкурируют за общие ресурсы.

г) Новая популяция образуется после полного исчезновения исходного вида.

– 9. Какие типы мутаций могут сыграть роль в видообразовании?

а) Мутации в половых клетках, которые приводят к появлению новых видов.

б) Мутации в соматических клетках.

в) Мутации в структуре ДНК, которые приводят к образованию новых видов на уровне популяции.

г) Мутации в одном гене, которые не оказывают влияния на вид.

Очень сложные вопросы (по 5 баллов):

– 10. Какое влияние на видообразование может оказать «генетический дрейф»?

а) Генетический дрейф увеличивает генетическое разнообразие популяций.

б) Генетический дрейф способствует появлению новых видов через случайные изменения в частоте аллелей.

в) Генетический дрейф приводит к уменьшению численности популяции.

г) Генетический дрейф не имеет отношения к видообразованию.

– 11. Что такое изоляция по времени, и как она может способствовать видообразованию?

а) Изоляция по времени возникает, когда два вида активны в разное время суток, что предотвращает их скрещивание.

б) Изоляция по времени возникает только в результате климатических изменений.

в) Изоляция по времени предотвращает обмен генетической информацией между популяциями, что может привести к видообразованию.

г) Изоляция по времени всегда приводит к исчезновению одного из видов.

– 12. Каково значение полового отбора в процессе видообразования?

а) Половой отбор помогает усилить конкуренцию между видами.

б) Половой отбор способствует репродуктивной изоляции, если признаки, предпочтительные для выбора партнера, становятся различными у разных популяций.

в) Половой отбор не имеет отношения к видообразованию.

г) Половой отбор способствует только адаптации видов к внешним условиям.

Ответы:

– 1. б

– 2. б

– 3. б

– 4. в

– 5. б

– 6. а

– 7. б

– 8. б

– 9. в

– 10 б

– 11. в

– 12. б

Задачи:

Популяция дрозофил изменилась так, что некоторые особи начали размножаться только в ночь, а другие – только днем. Какой вид изоляции может быть причиной видообразования в этом случае?

В одном из лесов произошла географическая изоляция популяции медведей, и одна группа оказалась на одной части горы, а другая – на другой. С чем связано видообразование в данном случае?

У двух видов животных наблюдается несовпадение в поведении во время брачного периода, что приводит к невозможности их скрещивания. Как называется этот процесс, и как он может способствовать видообразованию?

Этот тест охватывает различные аспекты видообразования, от простых понятий до более сложных биологических механизмов.

Контрольная работа по Главе 4. Эволюционная теория

Вариант 1: Тестовые задания для слабых учащихся

1. История развития эволюционной теории:

1.1. Кто является автором теории естественного отбора?

– A) Грегор Мендель

– B) Чарльз Дарвин

– C) Луи Пастёр

– D) Альфред Уоллес

1.2. В каком году была опубликована книга Дарвина «Происхождение видов»?

– A) 1831

– B) 1859

– C) 1871

– D) 1901

2. Механизмы естественного отбора:

2.1. Какой из следующих факторов не является механизмом естественного отбора?

– A) Генетическая изменчивость

– B) Изоляция

– C) Поиск пищи

– D) Конкуренция

2.2. Что такое адаптация?

– A) Процесс исчезновения видов

– B) Приспособление организмов к меняющимся условиям окружающей среды

– C) Изменение генетического материала

– D) Процесс размножения

3. Видообразование:

3.1. Что понимается под видообразованием?

– A) Процесс, в результате которого один вид превращается в другой

– B) Процесс, при котором происходит сокращение численности вида

– C) Процесс, в результате которого один вид вымирает

– D) Процесс миграции организмов

3.2. Какой вид изоляции наиболее вероятно приводит к образованию новых видов?

– A) Географическая изоляция

– B) Экологическая изоляция

– C) Темпоральная изоляция

– D) Все вышеперечисленные

Вариант 2: Тестовые задания для средних учащихся

1. История развития эволюционной теории:

1.1. Какое значение имеет концепция «естественного отбора» в эволюционной теории?

– A) Объясняет, как виды вымерли

– B) Определяет, как виды адаптируются к среде обитания

– C) Описывает лишь поведение животных

– D) Указывает на неизменность видов

1.2. Кто предложил концепцию полового отбора?

– A) Чарльз Дарвин

– B) Грегор Мендель

– C) Конрад Лоренц

– D) К. К. Пирсон

2. Механизмы естественного отбора:

2.1. Что не является следствием естественного отбора?

– A) Изменение частоты аллелей в популяции

– B) Появление новых видов

– C) Меньшая приспособленность к окружающей среде

– D) Эволюция адаптаций

2.2. Какую роль играет генетическая изменчивость в процессе естественного отбора?

– A) Увеличивает вероятность вымирания видов

– B) Обеспечивает разнообразие признаков, необходимых для адаптации

– C) Уменьшает шансы на выживание

– D) Заменяет существующие виды

3. Видообразование:

3.1. Какое из следующих явлений инициирует процесс видообразования?

– A) Популяционная динамика

– B) Генетический дрейф

– C) Избирательное размножение

– D) Все вышеперечисленные

3.2. Какой процесс является результатом эколого-географической изоляции?

– A) Половой отбор

– B) Микроэволюция

– C) Макроэволюция

– D) Смешанное размножение

Вариант 3: Тестовые задания для сильных учащихся

1. История развития эволюционной теории:

1.1. Какую роль играли идеи Ламарка в формировании взглядов на эволюцию?

– A) Он отвергал эволюцию

– B) Он предложил механизм, который впоследствии был опровергнут

– C) Он прямо противоречил Дарвину

– D) Он был сторонником стационарности видов

1.2. Какое значение имело открытие ископаемых для науки о эволюции?

– A) Подтверждение неизменности видов

– B) Открытие факта существования вымерших видов

– C) Объяснение механизмов естественного отбора

– D) Все вышеперечисленное

2. Механизмы естественного отбора:

2.1. Какова роль «фенотипической пластичности» в эволюции видов?

– A) Она способствует быстрому изменению генетического кода

– B) Позволяет видам адаптироваться к быстро меняющимся условиям

– C) Является необратимым процессом

– D) Увеличивает риск вымирания

2.2. Какой из перечисленных механизмов наиболее эффективно преодолевает генетический дрейф?

– A) Естественный отбор

– B) Изоляция

– C) Мутация

– D) Дивергенция

3. Видообразование:

3.1. Какую роль играют вспомогательные механизмы, такие как половой отбор, в процессе видообразования?

– A) Они препятствуют образованию новых видов

– B) Дают дополнительный стиль приспособления к окружающей среде

– C) Пугали более слабые особи

– D) Увеличивают вероятность мутаций

3.2. Роль симпатрического видообразования заключается в:

– A) Эволюции изоляции между популяциями

– B) Образовании новых видов внутри одной географической области

– C) Спонтанных мутациях

– D) Изменении экосистемы

Контрольные вопросы для самопроверки знаний:

– Опишите основные этапы формирования теории естественного отбора.

– Какова важность генетической изменчивости для выживания видов?

– Укажите основные механизмы видообразования и дайте их краткое описание.

– Приведите примеры адаптаций, возникающих в результате естественного отбора.

Эти варианты контрольной работы могут помочь учащимся закрепить знания по теме «Эволюционная теория» в зависимости от их уровня подготовки.

Итоговая самостоятельная работа по части II. Биологические процессы и механизмы

Вариант 1: Тестовые задания для слабых учащихся

Раздел 1: Фотосинтез

– Какой процесс происходит в хлоропластах растений?

– a) Дыхание

– b) Фотосинтез

– c) Гликолиз

– d) Запасание углеводов

– Какой пигмент отвечает за фотосинтез?

– a) Ксантофилл

– b) Каротин

– c) Хлорофилл

– d) Антоциан

– Почему фотосинтез важен для жизни на Земле?

– a) Он производит кислород.

– b) Он улучшает качество почвы.

– c) Он нагревает атмосферу.

– d) Он создает минералы.

Раздел 2: Эволюционная теория

– Кто является основоположником теории естественного отбора?

– a) Грегор Мендель

– b) Чарльз Дарвин

– c) Луи Пастер

– d) Альфред Уоллес

– Что означает термин «видообразование»?

– a) Процесс размножения

– b) Процесс формирования новых видов

– c) Разнообразие существующих видов

– d) Изменение структуры генов

Контрольные вопросы:

– Объясните, что такое фотосинтез и его значение для экосистемы.

– Каковы основные этапы естественного отбора?

Вариант 2: Тестовые задания для средних учащихся

Раздел 1: Фотосинтез

– Укажите, где в растении происходит фотосинтез.

– Запишите уравнение фотосинтеза (исходные вещества и продукты).

– Какую роль играют свет и хлорофилл в процессе фотосинтеза?

Раздел 2: Эволюционная теория

– Опишите основные положения теории естественного отбора.

– Приведите пример видообразования и объясните его механизм.

– Как эволюция способствует выживанию видов в изменяющейся среде?

Контрольные вопросы:

– Объясните, как фотосинтез влияет на углеродный цикл.

– Какое значение для науки имела работа Чарльза Дарвина?

Вариант 3: Тестовые задания для сильных учащихся

Раздел 1: Фотосинтез

– Объясните роль различных фотосинтетических пигментов и их взаимодействие в процессе фотосинтеза.

– Проанализируйте, как изменение факторов окружающей среды (температура, интенсивность света) влияет на скорость фотосинтеза.

– Сравните фотосинтез у растений и цианобактерий. Чем они отличаются?

Раздел 2: Эволюционная теория

– Обсудите давление естественного отбора на популяции в условиях изменения среды обитания.

– Как генетическая изменчивость способствует процессу видообразования?

– Приведите примеры и проанализируйте случаи симпатрического и аллопатрического видообразования.

Контрольные вопросы:

– Как фотосинтез влияет на глобальное потепление и изменение климата?

– Как развивались представления об эволюции от древности до современности?

Задачи по биологии и биологическим исследованиям:

– Рассчитайте, сколько кислорода будет произведено растением в результате фотосинтеза при определенных условиях (например, 6 молекул CO2 и 6 молекул H2O при наличии света).

– Изучите влияние различных факторов (таких как pH, температура, интенсивность освещения) на скорость фотосинтеза и представьте полученные данные в форме графика.

Эти тестовые задания помогут учащимся на всех уровнях лучше усвоить материал и подготовиться к экзаменам.

Часть III. Физиология и биохимия

Глава 5. Физиология

Параграф 5.1: Общие принципы функционирования организма

Физиология – это наука о функциях живых организмов и их отдельных частей (органов, тканей, клеток). Она изучает механизмы, с помощью которых организмы поддерживают свою жизнедеятельность, реагируют на изменения внешней среды и взаимодействуют друг с другом. Чтобы понять общие принципы работы организма, необходимо рассмотреть основные процессы, происходящие внутри него, а также взаимодействие различных систем органов.

Гомеостаз

Одним из ключевых принципов физиологии является гомеостаз – способность организма поддерживать стабильность внутренней среды при изменениях внешних условий. Это включает поддержание постоянного уровня температуры тела, pH крови, концентрации глюкозы и других важных веществ. Гомеостаз достигается за счет сложных регуляторных механизмов, которые включают нервную систему и эндокринную систему.

Нервная система

Нервная система отвечает за координацию действий всех органов и систем организма. Она состоит из центральной нервной системы (головной мозг и спинной мозг) и периферической нервной системы (нервы, идущие от ЦНС к органам и тканям).

– Рефлекс: Рефлексы – это автоматические реакции организма на внешние стимулы. Они контролируются нервной системой и могут быть как простыми (например, коленный рефлекс), так и сложными (например, реакция на боль).

– Центральная нервная система (ЦНС) обрабатывает информацию, поступающую от рецепторов, и отправляет сигналы к эффекторам (мышцам, железам и другим органам). Головной мозг контролирует высшие функции, такие как мышление, память и эмоции, тогда как спинной мозг передает сигналы между головным мозгом и остальными частями тела.

– Периферическая нервная система (ПНС) делится на соматическую и вегетативную части:

– Соматическая нервная система контролирует произвольные движения мышц скелета.

– Вегетативная нервная система регулирует работу внутренних органов и поддерживает гомеостаз. Она подразделяется на симпатическую и парасимпатическую системы, которые действуют противоположно друг другу для поддержания баланса в организме.

Эндокринная система

Эндокринная система состоит из желез, выделяющих гормоны непосредственно в кровь. Гормоны – это химические вещества, которые передают сигналы от одной клетки к другой и регулируют различные функции организма, включая рост, развитие, метаболизм и репродуктивные функции.

– Гормоны: Основные железы эндокринной системы включают гипофиз, щитовидную железу, надпочечники и половые железы. Например, гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой, регулирует уровень сахара в крови, а адреналин, секретируемый надпочечниками, помогает организму реагировать на стресс.

– Регуляция гормонов: Работа эндокринной системы тесно связана с нервной системой через гипоталамус и гипофиз, которые координируют выработку многих гормонов.