Популяционные волны (волны жизни)

Слайд 2. Популяционные волны (волны жизни)

Периодическое чередование подъемов и спадов численности  популяций называется популяционными волнами, или волнами жизни. Волны  жизни могут быть сезонными и несезонными. Сезонные изменения численности популяций часто обусловлены генетически. Несезонные волны жизни обусловлены непосредственным воздействием на популяцию различных абиотических и биотических факторов среды (температура, влажность, влияние хищников, засуха, наводнение и т.д.). Следует помнить, что волны жизни ставят под угрозу выживание малочисленных популяций.

 

Слайд 3. Волны жизни – один из элементарных эволюционных факторов.

С возрастанием численности популяции увеличивается  и число мутантов. После спада  численности сохранившаяся часть  популяции по генетическому составу будет значительно отличаться от ранее многочисленной популяции, так как часть мутаций совершенно случайно исчезнет вместе с несущими их особями, а некоторые мутации, также случайно, резко повысят свою концентрацию.

Колебания численности некоторых млекопитающих А – горностай (Mustella nivalis): 1 – северные популяции, 2 – 3 – южные районы, Б – заяц-беляк (Lepus timidis): хищники (2 – рысь, 3 – волк, 4 – лисица) в центральных районах европейской части СССР В – обыкновенная белка (Sciuris vulgaris) (сплошная линия) и величина урожая семян ели (Picea excelsa) в Костромской области Г - землеройки рода Sorex и максимальная высота паводков в разные годы в той же области

 

Слайд 4. Классификация популяционных волн

1.  Периодические  колебания численности короткоживущих организмов характерны для большинства насекомых, однолетних растений, большинства грибов и микроорганизмов. В основном эти изменения вызваны сезонным колебанием численности.

2.  Непериодические  колебания численности, зависящие  от сложного сочетания разных факторов. В первую очередь они зависят от благоприятных для данного вида (популяции) отношений в пищевых цепочках: уменьшение хищников, увеличение кормовых ресурсов. Обычно такие колебания затрагивают несколько видов и животных, и растений в биогеоценозах, что может привести к коренным перестройкам всего биогеоценоза.

3. Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными катастрофами (в результате засухи или пожаров). Влияние популяционных волн особенное заметно в популяциях очень малой величины (обычно при численности размножающихся особей не более 500). Именно в этих условиях популяционные волны могут как бы подставлять под действие естественного отбора редкие мутации или устранять уже довольно обычные варианты.

4.  Вспышки численности видов в новых районах, где отсутствуют их естественные враги.

 

 

Слайд 5. Мутации

Мутации – возникающие  естественно или вызываемые искусственно изменения наследственных свойств  организма в результате перестроек и нарушений в генетическом материале организма — хромосомах и генах. Мутация – основа наследственной изменчивости в живой природе. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

 

Слайд 6. Мутагены

Мутагены – факторы внешней среды, увеличивающие вероятность мутаций и приводящие к наследственным изменениям.

Экзогенные  мутагены. К ним относятся многочисленные факторы внешней среды;

Эндогенные  мутагены (образуются в процессе жизнедеятельности организма)

Физические  мутагены - ионизирующее излучение;- радиоактивные элементы;

- чрезмерно  высокая или низкая температура.

Химические  мутагены: - сильные окислители или восстановители; - пестициды;

- некоторые  пищевые добавки - продукты переработки  нефти; 

Биологические мутагены:- вирусы (например, кори, краснухи, гриппа)

 

Слайд 7. Свойства мутаций

Внезапны, случайны, не направлены, наследственны, индивидуальны, редки

 

Слайд 8. Мутации на уровне (схема)

В классификации, основанной на размерах сегментов генома, подвергающихся преобразованиям, мутации  разделяют на  геномные,  хромосомные и  генные.

При геномных мутациях у  организма-мутанта происходит внезапное  изменение числа хромосом, кратное  целому геному. Если через 2n обозначить число хромосом в исходном диплоидном геноме, то в результате геномной мутации, называемой  полиплоидизацией , происходит образование полиплоидных организмов, геном которых представлен 4n, 6n и т.д. хромосомами. Различают  аллополиплоидию, в результате которой происходит объединение при гибридизации целых неродственных геномов, и  аутополиплоидию, для которой характерно адекватное увеличение числа хромосом собственного генома, кратное 2n.

При хромосомных мутациях происходят как изменение числа  отдельных хромосом в геноме (анеуплоидия), так и крупные перестройки  структуры отдельных хромосом. Последние  получили название  хромосомных аберраций. В этом случае наблюдаются потеря (делеции) или удвоение части (дупликации) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсии), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую ( транслокации ) (крайний случай - объединение целых хромосом).

 Генные мутации  встречаются наиболее часто. В  результате генных мутаций происходят  замены, делеции и вставки одного  или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. Если под действием мутации изменяется один нуклеотид, говорят о  точковых мутациях. Точковые мутации с заменой оснований разделяют на два класса:  транзиции (замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин) и трансверсии (замена пурина на пиримидин или наоборот). Из-за вырожденности генетического кода могут быть три генетических последствия точковых мутаций: сохранение смысла кодона (синонимическая замена нуклеотида), изменение смысла кодона, приводящее к замене аминокислоты в соответствующем месте полипептидной цепи (миссенс-мутация) или образование бессмысленного кодона с преждевременной терминацией (нонсенс-мутация). В генетическом коде имеются три бессмысленных кодона:  амбер - UAG ,  охр - UAA и опал - UGA . В соответствии с этим получают название и мутации, приводящие к образованию бессмысленных триплетов (например амбер-мутация). Первичную мутацию иногда называют  прямой мутацией, а мутацию, восстанавливающую исходную структуру гена, -  обратной мутацией, или реверсией. По месту возникновения  мутации генеративные (происходят в половых клетках, проявляются только в потомстве) соматические (происходят в  клетках тела, не наследуются). По характеру проявления мутации доминантные А (проявляются  в потомстве) и рецессивные  а (проявляются  в потомстве редко)

По характеру  действия мутации условно делят  на морфологические, физиологические  и биохимические.

 Морфологические  мутации связаны с видимым  изменением в строении органов или тканей. К ним относится, например, альбинизм, бесшерстность.

 Физиологические  мутации вызывают изменения физиологических  процессов. Большинство из них  изменяет жизнеспособность особей.

 Биохимические  мутации качественно или количественно  изменяют синтез определенных химических веществ в организме. Благодаря им изменяется обмен веществ и, как следствие, его химический состав и потребности в тех или иных веществах. К такому типу относятся мутации, вызывающие непереносимость каких-либо веществ, как, например, повышенная чувствительность собак некоторых пород к ионам меди или непереносимость белков пшеницы.

 По адаптивному  значению мутации условно можно  разделить на полезные, нейтральные  и вредные (летальные и полулетальные). Между этими группами наблюдаются переходные формы, кроме того, например, нейтральные мутации при определенных изменениях внешней среды могут стать полезными или вредными.

 

Слайд 9. Внутрихромосомные мутации (рисунок)

Слайд 10. Хромосомные  мутации (схема)

Слайд 12. Синдром кошачьего крика

 Для больных характерен ряд отклонений от нормы: нарушение функций сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, недоразвитие гортани (с характерным криком, напоминающим кошачье мяуканье), общее отставание развития, умственная отсталость, лунообразное лицо с широко расставленными глазами. Синдром встречается у 1 новорожденного из 50000.

 

Слайд 16. По характеру появления Мутации

По причинам возникновения  различают спонтанные и индуцированные мутации.  Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без видимых причин. Эти мутации иногда рассматривают как ошибки трех Р: процессов репликации, репарации и рекомбинации ДНК. Это означает, что процесс возникновения новых мутаций находится под генетическим контролем организма. Например, известны мутации, которые повышают или понижают частоту других мутаций;

Индуцированные мутации  возникают под действием мутагенов.

 

Слайд 17. Мутации растений

Слайд 18. Разновидность мутаций у растений.

Разновидность мутаций у растений – почковые мутации, появляющиеся в клетках точки роста стебля. Раньше эти мутации называли спортами. Из такого спорта, обнаруженного у сорта яблони Антоновка могилевская белая, И.В. Мичурин получил известный сорт Антоновка шестисотграммовая. Многие лучшие американские сорта яблони также были созданы использованием почковых мутаций. Целый ряд ценных сортов картофеля также происходит из спонтанно возникших форм с мутациями. В сельском хозяйстве нашей страны усиленно применяется селекция для вывода новых сортов растений. Благодаря ей удалось в десятки раз, по сравнению с 1917 годом повысить урожайность многих видов растений. Растения, выведенные нашими селекционерами успешно выращиваются не только в России, но и за ее пределами.

 

Слайд 19. Мутации человека

Слайд 20. Болезни при мутации

Генная болезнь - фенилкетонурия, которая связанна с нарушением аминокислотного обмена. Эта болезнь встречается в различных популяциях. В норме аминокислота фенилаланин (незаменимая аминокислота) с помощью фермента фенилаланингидроксилазы превращается в аминокислоту тирозин, которая в свою очередь под действием фермента тирозиназы может превращаться в пигмент меланин. При нарушении активности этих ферментов развиваются наследственные заболевания человека фенилкетонурия и альбинизм.

Синдром Дауна (трисомия по хромосоме 21) — одна из форм геномной патологии, при которой чаще всего кариотип представлен 47 хромосомами вместо нормальных 46, поскольку хромосомы 21-й пары, вместо нормальных двух, представлены тремя копиями. Существует ещё две формы данного синдрома: транслокация хромосомы 21 на другие хромосомы (чаще на 15, реже на 14, ещё реже на 21, 22 и Y-хромосому) — 4 % случаев, и мозаичный вариант синдрома — 5 %.

 

Слайд 22. Мутации в популяциях

В Зимбабве, вдали  от цивилизации затеряно племя Вадома, которое иначе называют народом страуса. Последнее название – не просто поэтическая метафора: каждый четвертый представитель племени имеет генетическое нарушение эктродактилия, которое также известно, как «синдром когтя омара». Впрочем, если отойти от всех научных терминов, это означает, что у больного срастаются пальцы на руках или ногах.

 

Слайд 23. Мутации животных

Ла  Перм - новая порода, основанная на мутации, обнаруженной в Далласе (Орегон) основателем породы Л.Коел (Koehl) в 1982 году. После установления доминантного характера наследования вьющейся шерсти, в 1987 году первые кошки были представлены экспертам. Кошки этой породы появились в результате естественной мутации обычных американских короткошерстных кошек. Качество шерсти у них обусловлено генетическими изменениями ее структуры. Впервые жесткошерстные кошки появились в середине 60-х годов.

Бельгийская голубая. Вес взрослого быка достигает 1250 кг. Развитые мускулы являются отличительной чертой данной породы. Часто эту породу называют коровой с "двойными" мышцами. Животное имеет малую склонность к образованию жира.  В ДНК бельгийской голубой находится ген, которые подавляет производство белка, который отвечает за угнетение роста мышц после достижения какой-то точки. Поэтому рост мышц практически не прекращается.

 

Слайд 26. Вывод:

Мутации сами по cебе не имеют адаптивного значения, а большинство их, поскольку они  нарушают нормальное развитие, вредны. Немногие полезные мутации и их комбинации подхватываются отбором и включаются в перестройку вида, породы, сорта. Этим определяется их важное эволюционное значение. В результате распространения мутаций и их комбинаций в популяциях и повышения их концентрации (насыщенности) они дифференцируют вид, приобретают значение диагностического, таксономического признака, включаются в сферу действия естественного отбора, который усиливает генетические различия между особями и их группами "выводит" такие изменения на эволюционную арену. Мутации могут быть как вредными, так и полезными. Все современные формы жизни существующие на Земле образовались в результате мутаций и закрепились в ходе естественного отбора.