Пример с индустриальным механизмом подтверждает что окраска бабочек
Что такое индустриальный меланизм?
Индустриальный меланизм – это термин, описывающий, как некоторые животные меняют цвет в ответ на изменения окружающей среды, вызванные загрязнением. Этот термин был придуман сразу после промышленной революции, когда уголь использовался на заводах в таких городах, как Лондон и Нью-Йорк. Индустриальный меланизм был открыт в 1900 году генетиком Уильямом Бейтсоном, и различные естествоиспытатели наблюдали это явление с течением времени. Хотя причина индустриального меланизма не была очевидна сразу, исследователи обнаружили, что это была эволюционная реакция на изменение окружающей среды.
Почему индустриальный меланизм возникает
Многие животные, например хамелеоны, меняют цвет в зависимости от окружающей среды. Те, кто демонстрирует индустриальный меланизм, живут в высокоразвитых промышленных районах, и эти изменения цвета маскируют животных, чтобы они не были замечены хищниками. Этот феномен объясняется теорией Дарвина о «выживании наиболее приспособленных»; животные, наиболее близкие к цвету их фона и, следовательно, лучше замаскированные, способны выжить достаточно долго, чтобы воспроизвести потомство. В результате они передают свою способность изменять цвет своему потомству, чтобы они тоже могли выжить.
В закопченном городе мотыльки и бабочки темного цвета живут лучше, чем их более светлые собратья. Конечно, если промышленные отходы очищаются, и окружающая среда становится светлее, животные с более темным окрасом становятся более заметными и уязвимыми для нападения. Те, кто светлее, в этом сценарии смогут выжить дольше и передать свои более светлые гены своему потомству.
Хотя это объяснение имеет смысл для некоторых примеров индустриального меланизма, некоторые животные, такие как змеи и жуки, не кажутся лучше замаскированными в результате изменения пигментации; у этих видов есть другие причины изменения цвета.
Примеры индустриального меланизма
Примеров индустриального меланизма немало. Самый известный и самый распространенный – это бабочки, обитающие в промышленных городах.
Берёзовая пяденица
Берёзовая пяденица (Biston betularia) замаскированная на коре дуба. Henrik_L / Getty Images
Берёзовая пяденица распространена практически по всей Европе. Первоначально это были светлые бабочки, живущие на светлых лишайниках, покрывающих деревья. Их светлый цвет эффективно маскировал их от хищников.
Во время промышленной революции угольные электростанции выделяли как диоксид серы, так и сажу. Диоксид серы уничтожил большую часть лишайников, а сажа затемнила светлые деревья и камни. Светлые берёзовые пяденицы ярко выделялись на потемневшем фоне и стали легкой мишенью для птиц. Между тем бабочки темного цвета жили дольше и размножались; фактически, более темные берёзовые пяденицы были на 30% более приспособленными по сравнению со светлой пяденицей. К 1895 году более 90% пядениц были темного цвета. (1, 2)
Со временем новые законы об охране окружающей среды Великобритании и США радикально снизили выбросы сажи и диоксида серы. Почти все берёзовые пяденицы в Пенсильвании и Мичигане были темными в 1959 году, но к 2001 году только 6% были темными. Они отреагировали на более чистый воздух, более светлые поверхности и более здоровые светлые лишайники. (3)
Морские змеи
Полосатая морская змея. Джеймс Р. Д. Скотт / Getty Images
Морские змеи с черепаховой головой (Emydocephalus annulatus) обитают в южной части Тихого океана, где они изначально носили полосы светлого и темного цвета. Однако некоторые популяции этих змей почти черные. Исследователи были заинтригованы различиями в окраске и работали вместе, чтобы лучше понять, почему и как произошли изменения. (4)
Исследователи собрали сотни морских змей на промышленных и непромышленных объектах Новой Зеландии и Австралии. Они также собрали отслоившиеся змеиные шкуры. После тестирования они обнаружили, что:
В отличие от берёзовой пяденицы, морские змеи не получают никаких адаптивных преимуществ в результате изменения окраски. Так почему же происходит это изменение? Более темные змеи чаще сбрасывают кожу – это может означать, что они чаще избавляются от загрязняющих веществ. Эта гипотеза проверена, но еще не доказана.
Двухточечная коровка
Черная божья коровка с двумя пятнами на ивовом листе. Яна Бойко / Getty Images
Двухточечные коровки были двух цветов: красные с черными пятнами и черные с красными пятнами. Однако со временем исследователи обнаружили, что большинство из них имеют красный цвет с черными пятнами. Это кажется адаптивным преимуществом; красных жуков легче увидеть, и они выглядят менее аппетитно для хищников из-за своего цвета, что снижает вероятность того, что они будут съедены. (5)
В отличие от берёзовой пяденицы и морских змей, двухточечные коровки, похоже, не реагируют напрямую на промышленное загрязнение. В районе исследования (в Норвегии) наблюдается постоянное потепление, и исследователи считают, что божьи коровки, скорее всего, реагируют на изменение климата. (5)
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
Рис. 1. Восхитительные узоры на крыльях бабочек складываются из отдельных чешуек, различающихся по цвету, форме и строению. Окраска одних чешуек определяется пигментами, других — тонкослойной интерференцией. Каждая чешуйка одноцветна и образуется единственной клеткой. Фото Linden Gledhill с сайта notcot.com
Промышленный меланизм березовой пяденицы давно вошел в учебники как яркий пример эволюции в действии. Однако до сих пор не была известна природа мутации, породившей черную (меланистическую) форму березовой пяденицы, распространившуюся в индустриальных районах в связи с потемнением стволов деревьев. Британские генетики показали, что появление темных бабочек было связано со встраиванием транспозона в ген cortex, регулирующий деление клеток. Одновременно другая группа исследователей обнаружила, что варианты (аллели) этого гена коррелируют с различными элементами орнамента у самых разных бабочек. Судя по всему, ген cortex был привлечен к раскрашиванию крыльев еще на заре эволюции бабочек. Каким образом регулятор клеточных делений управляет окраской крыльев, пока неясно.
Черная форма carbonaria березовой пяденицы Biston betularia впервые была зарегистрирована в Манчестере в 1848 году. В дальнейшем она стала быстро распространяться. Во время промышленной революции в Англии из-за загрязнения воздуха резко сократилось количество лишайников на стволах деревьев. Поэтому бабочки исходной, светлой формы (typica), незаметные на фоне светлых лишайников, стали бросаться в глаза на темной голой коре. Избирательное выедание птицами светлых бабочек привело к тому, что частота встречаемости формы carbonaria в промышленных районах Англии выросла от 0 до 99%. Но триумф черных бабочек был недолгим: в 1960–1970-е годы борьба с загрязнением воздуха стала приносить ощутимые плоды, и лишайники постепенно вернулись на стволы деревьев. Частота встречаемости формы carbonaria начала снижаться и к настоящему времени упала до 5%. Аналогичные процессы на фоне индустриализации происходили с несколькими десятками видов бабочек в разных странах.
Промышленный меланизм березовой пяденицы давно вошел в учебники как типичный пример адаптивных изменений под действием отбора в изменившихся условиях среды. Пожалуй, это вообще самый известный пример наблюдаемой эволюции. При этом, как ни странно, до сих пор не была идентифицирована конкретная мутация, от которой у бабочек почернели крылья. Лишь недавно удалось, комбинируя классические методы генетики (то есть скрещивания и анализ расщепления признаков у потомства) и современные методы секвенирования и анализа нуклеотидных последовательностей, выявить участок генома длиной менее 400 кб (килобаз, тысяч пар оснований), в котором находится искомая мутация. Этот участок включает 13 белок-кодирующих генов и два гена микро-РНК. Удалось также показать, что распространившаяся в популяциях березовой пяденицы доминантная мутация carbonaria возникла единожды и совсем недавно (A. E. van’t Hof et al., 2011. Industrial melanism in British peppered moths has a singular and recent mutational origin). Разумеется, это не значит, что другие мутации, приводящие к меланизму, никогда не возникали. Это значит лишь, что данный конкретный случай промышленного меланизма у данного вида бабочек был связан с распространением только одной такой мутации, возникшей недавно.
Британские генетики, получившие этот результат, не остановились на достигнутом. В своей новой статье, опубликованной в последнем выпуске журнала Nature, они сообщили об успешной расшифровке молекулярной природы мутации carbonaria. Для этого пришлось тщательно отсеквенировать упомянутый участок генома у 110 черных и 283 светлых особей Biston betularia.
Оказалось, что полиморфизмы (различия нуклеотидной последовательности), коррелирующие с окраской крыльев, концентрируются только в одном из 13 генов, а именно в гене cortex. В пределах этого гена таких полиморфизмов оказалось довольно много, но только один из них встречается исключительно у черных бабочек (у 105 особей из 110) и не был встречен ни у одной светлой особи. Очевидно, именно этот полиморфизм и является искомой мутацией carbonaria, а все остальные полиморфизмы, чаще встречающиеся у черных бабочек, чем у светлых, распространились вместе с ним за счет сцепленного наследования (генетического автостопа, см. Genetic hitchhiking).
Природа мутации carbonaria оказалась весьма интересной: это не что иное, как крупный (21 925 нуклеотидов) мобильный элемент (транспозон), встроившийся в первый интрон гена cortex (рис. 2). Таким образом, получено еще одно наглядное подтверждение способности транспозонов производить полезные наследственные изменения (разумеется, полезность и вредность мутаций зависят от условий, и мутация carbonaria была полезна лишь в условиях сильного промышленного загрязнения).
Рис. 2. Структура гена cortex у черной и светлой форм березовой пяденицы (вверху) и фрагмент этого гена, в который у черных бабочек встроен транспозон (внизу). Пронумерованные вертикальные штрихи (1A, 1B, 2–9) обозначают экзоны. Черные вертикальные линии на фоне горизонтальной серой полосы показывают расположение полиморфизмов, коррелирующих с черной окраской. Сам транспозон состоит из участка длиной 9 кб (тысяч пар оснований), повторенного 2,3 раза (RU — repeat unit). Характерная «роспись», по которой можно безошибочно распознать ДНК-транспозон класса II, перемещающийся методом «cut-and-paste», — это обращенные концевые повторы (TGTAAC. GTTACA, выделены красным), являющиеся неотъемлемой функциональной частью транспозона, и прямые повторы (CCTC. CCTC), которые образуются как побочный результат встраивания транспозона в хозяйский геном. Рисунок из обсуждаемой статьи A. E. van’t Hof et al. в Nature
Авторы показали, что встраивание транспозона привело к усилению экспрессии гена cortex на той стадии развития личинки, когда происходит наиболее интенсивный рост зачатков крыльев. Ген имеет две альтернативные точки начала транскрипции (1A и 1B на рис. 2), поэтому на его основе синтезируется два варианта (изоформы) белка. Как выяснилось, встроенный транспозон усиливает экспрессию только одной из двух изоформ, более массовой (1B).
Анализ распределения полиморфизмов в окрестностях ключевой мутации подтвердил, что мутация carbonaria возникла недавно (скорее всего, в первой половине XIX века) и быстро распространилась под действием отбора. Хотя эпоха грязного воздуха, давшая преимущество черным бабочкам, длилась недолго, их короткий триумф оставил в их геномах характерные следы (см. Selective sweep). Чем ближе к месту встройки транспозона, тем чаще в пределах гена cortex у черных бабочек встречаются строго определенные полиморфизмы — те самые, которые имелись у счастливой первой обладательницы мутации carbonaria и затем распространились за счет генетического автостопа.
Что касается тех пяти черных бабочек, у которых нет транспозона в интроне гена cortex, то это, судя по всему, носители альтернативных аллелей того же гена, которые обычно обеспечивают вариант окраски insularia, промежуточный между typica и carbonaria. Ранее уже было известно, что аллели insularia изредка порождают очень темные фенотипы, практически неотличимые от carbonaria.
В том же выпуске Nature опубликована статья другого, более многочисленного международного исследовательского коллектива, в которой показана ведущая роль гена cortex в эволюции окраски крыльев у ряда других бабочек (рис. 3). Основное внимание в этом исследовании было уделено тропическим бабочкам рода Heliconius, у которых широко распространена мимикрия, а окраска крыльев крайне разнообразна (см. Зафиксирован начальный этап видообразования у тропических бабочек, «Элементы», 09.11.2009).
Рис. 3. Один и тот же участок генома обеспечивает вариации окраски у разных бабочек. Справа — схема хромосомы, на которой разными цветами обозначены гомологичные участки, а серым выделен фрагмент, содержащий ген cortex, изменения которого влияют на окраску крыльев. У Heliconius erato данный локус контролирует наличие или отсутствие желтой полосы на задних крыльях, у H. melpomene — желтые полосы на обеих парах крыльев, у H. numata — черные, желтые и оранжевые элементы узора, обеспечивающие сходство с бабочками рода Melinaea (пример мимикрии). Рисунок из обсуждаемой статьи N. J. Nadeau et al. в Nature
Оказалось, что у разных видов Heliconius самые разнообразные элементы орнамента крыльев — черные, желтые, оранжевые пятна и полосы — коррелируют с полиморфизмами в гене cortex (рис. 3). Как правило, ключевые полиморфизмы находятся в некодирующих областях гена, в том числе в интронах. Это значит, что эволюционные изменения орнамента крыльев были связаны с изменениями регуляции гена cortex, а не структуры кодируемого им белка. По-видимому, в некоторых случаях полиморфизмы, связанные с окраской крыльев, влияют на альтернативный сплайсинг, которому подвергается cortex, и меняют уровень экспрессии и соотношение изоформ в зачатках крыльев.
Ген cortex не относится к числу генов, которые можно было заподозрить в причастности к раскраске крыльев. Он входит в семейство генов, регулирующих деление клеток. Гены этого семейства активируют комплекс стимуляции анафазы, что способствует разделению сестринских хромосом во время клеточного деления. У дрозофилы ген cortex задействован в регуляции мейоза в яичниках самки и не имеет никакого отношения к окраске крыльев. Авторы второй статьи проверили, что будет, если ген cortex бабочки Heliconius melpomene заставить работать в зачатках крыльев дрозофилы — и это не привело ни к какому видимому эффекту.
Судя по всему, ген cortex, изначально не связанный с окраской, был привлечен к работе над орнаментом крыльев около 100 млн лет назад, на заре эволюции бабочек, и с тех пор неоднократно подвергался интенсивному отбору в разных эволюционных линиях.
Таким образом, генетические основы эволюции узоров на крыльях бабочек постепенно проясняются. Мы уже знаем, что в формировании узоров задействованы сигнальные белки и регуляторы транскрипции, которые обычно (у других животных, да и у тех же бабочек) выполняют совершенно другие функции. Увлекательный рассказ об этих исследованиях читатель найдет в главе 8 книги Шона Кэрролла «Бесконечное число самых прекрасных форм». Например, за красные пятна на крыльях Heliconius отвечает ген optix, важнейший регулятор развития глаз (см. Найден ген, отвечающий за эволюцию окраски у бабочек, «Элементы», 31.08.2011). В центре будущих ярких круглых пятен (глазков), например, у бабочек Bicyclus (см.: Самцы и самки меняются ролями при смене погоды, «Элементы», 27.12.2012), экспрессируется ген distal-less (dll), участвующий в закладке конечностей — да и вообще любых отростков тела — у самых разных животных. Что общего между глазом насекомого и красным пятном на крыле? Разве что красный пигмент, но эта связь скорее всего случайна. Что общего между глазком на крыле и ногой? Здесь связь может оказаться более существенной: и то, и другое в ходе развития возникает сначала как некий кружочек, «нарисованный» в определенном месте развивающегося организма экспрессией сигнального белка, который производится в центре кружка.
Ген cortex отличается от найденных ранее генов орнаментации крыльев бабочек тем, что он кодирует не транскрипционный фактор и не сигнальный белок, выделяемый клетками наружу для межклеточного общения. Транскрипционные факторы и сигнальные белки легко приобретают новые функции: это профессиональные переключатели и регуляторы работы генов, которым всё равно, какие гены регулировать. Но cortex — специфический регулятор клеточных делений, который у дрозофилы обслуживает процесс созревания яйцеклеток. Его вовлеченность в раскрашивание крыльев бабочек приоткрывает какие-то новые грани в эволюционной биологии развития. Каким образом cortex влияет на окраску крыльев, неясно. Однако нужно иметь в виду, что узор на крыльях бабочек сложен из чешуек, каждая из которых формируется из единственной клетки (рис. 1). Динамика процессов деления и миграции клеток, которым суждено стать чешуйками того или иного цвета, на стадии поздней личинки и куколки, очевидно, влияет на итоговый орнамент, но конкретные механизмы этого влияния еще предстоит выяснить.
Источники:
1) Arjen E. van’t Hof, Pascal Campagne, Daniel J. Rigden, Carl J. Yung, Jessica Lingley, Michael A. Quail, Neil Hall, Alistair C. Darby, Ilik J. Saccheri. The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element // Nature. 2016. V. 534. P. 102–105.
2) Nicola J. Nadeau, Carolina Pardo-Diaz, Annabel Whibley, Megan A. Supple, Suzanne V. Saenko, Richard W. R. Wallbank, Grace C. Wu, Luana Maroja, Laura Ferguson, Joseph J. Hanly, Heather Hines, Camilo Salazar, Richard M. Merrill, Andrea J. Dowling, Richard H. ffrench-Constant, Violaine Llaurens, Mathieu Joron, W. Owen McMillan, Chris D. Jiggins. The gene cortex controls mimicry and crypsis in butterflies and moths // Nature. 2016. V. 534. P. 106–110.
Индустриальный меланизм
История проблемы
Теория эволюции, предложенная Дарвиным постоянно испытывает отсутствие явных доказательств. Для поддержки теории в 1950-ых годах биолог Кетлуэлл представил данные, относительно окраски берёзовых пядениц в Великобритании.
С началом промышленной революции на фабриках и при отоплении домов в английских городах стали в больших количествах сжигать уголь, и окружающая местность покрывалась слоем сажи, которая делала тёмными стволы деревьев и убивала лишайники, на фоне которых крапчатая разновидность пяденицы была незаметна. Это изменение окружающей среды сделало бабочек с крапчатым окрасом уязвимыми перед птицами, которые легко различали их на тёмном фоне. Чёрная разновидность получила преимущество и стала доминирующей. В 1956 году был принят закон, контролирующий загрязнение воздуха. С этого времени ситуация вновь поменялась и преобладающей стала крапчатая разновидность.
Тот же путь прошли приблизительно 10% из 700 бабочек, обитающих в Великобритании.
Этот пример неправомерно попал в школьные учебники как доказательство наблюдаемой в природе макроэволюции, несмотря на то, что окраска бабочек возникла не благодаря генетическим изменениям, а являлась вариацией изначально заложенных генов.
ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ МЕЛАНИЗМ
Теория эволюции, предложенная Чарлзом Дарвином, испытывала недостаток доказательств. Он не мог привести пример эволюционного изменения, имевшего места в настоящий момент, но за время его жизни действительно произошел процесс, приведший к значительным изменениям одного вида. Это был так называемый «индустриальный меланизм» (изменение цвета бабочек). Впервые его механизм был продемонстрирован на примере березовой пяденицы (Biston betularia). Точные данные относительно изменений в популяциях этого вида представил в 1950 годах биолог Кетлуэлл. Его исследования продемонстрировали ход эволюции на примере изменения формы одного вида в результате естественного отбора.
Существуют три разновидности окраски пяденицы березовой. Типичная форма — крапчатая, с черными пятнышками, которые иногда образуют черные линии. Другая, называемая «карбонария», — черная или меланическая форма с повышенным содержанием меланина, пигмента черного цвета. Третья форма, переходная — крапчатая с белыми пятнами, которую еще иногда называют «инсулярия». До эпохи индустриальной революции меланическая разновидность была очень редкой формой мутации. Затем, когда города и окружающая их местность начали покрываться слоем сажи от сжигаемого угля, который применяли на фабриках и при отоплении домов, меланическая форма стала более распространенной, и в некоторых местах крапчатая разновидность просто исчезла. Сажа не только делала темными стволы деревьев, но и убивала лишайники, на фоне которых крапчатая разновидность была незаметной. В таких условиях типичная разновидность хорошо смотрелась на фоне темных деревьев, и ее легко распознавали хищники. Черная разновидность получила преимущество; она смогла выжить и дать потомство.
Этот феномен коснулся 10 % из приблизительно 700 видов больших бабочек Британии и привел к увеличению соотношения темных разновидностей в популяциях. Во всех случаях бабочки днем отдыхали на коре деревьев или на темных предметах. Однако не следует полагать, что таким образом образовался новый вид, так как светлая и темная разновидности могли скрещиваться и давать потомство. Тем не менее этот феномен доказал, что признаки животных могут изменяться под действием естественного отбора, вызванного изменениями среды. В 1956 году был принят закон о контроле над загрязнением воздуха и были образованы «бездымные зоны». С тех пор ситуация изменилась в противоположную сторону, и светлая разновидность стала вновь более распространенной.
См. также статью «Естественный отбор».
Урок по биологии в 9 классе на тему «Направления эволюции»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Выбранный для просмотра документ 1 вариант.docx
«Эволюционная роль мутаций»,
«Формы естественного отбора»
1. Минимальной эволюционной единицей является:
2. Эволюционные преобразования организмов происходят на основе:
в) стремления к совершенству
3. У какой из мышей больше шансов увеличить численность своих потомков?
а) у той, которая рождает 15 детенышей, выживает из них 11, размножаются 3
б) у той, которая рождает 6 детенышей, выживает из них 5, размножаются 2
в) у той, которая рождает 8 детенышей, выживает из них 5, размножаются 4
4. Пример с индустриальным меланизмом подтверждает, что:
а) окраска бабочек зависит только от окружающей среды
б) в индустриальных районах действует движущая форма отбора
в) в индустриальных районах действует стабилизирующая форма отбора
5. Какой из организмов будет эволюционировать медленнее других?
б) гомозиготный по нескольким признакам горох
в) гетерозиготный по всем признакам овес
6. На какие мутации давление движущего отбора будет сильнее?
а) на мутации, ведущие к небольшому увеличению средней массы потомства млекопитающих
б) на мутации, вызывающие увеличение количества хлорофилла в листьях тенелюбивых деревьев
в) на мутации, ведущие к увеличению сроков беременности и выхаживания потомства
7. Какой тип изоляции в большей мере способствует сохранению генетической структуры вида?
8. Эволюционный процесс, протекающий внутри вида и приводящий к его разделению на два или несколько видов:
в) элементарное эволюционное явление
г) надвидовая эволюция
9. Эволюционный фактор, действие которого имеет направленный характер:
б) мутационный процесс
в) естественный отбор
г) популяционные волны
Соотн-е рождаемости и смертности в популяциях
Состояние надвидовых таксонов.
понятен / не понятен
интересным / не интересным
Выбранный для просмотра документ 2 вариант.docx
«Эволюционная роль мутаций»,
«Формы естественного отбора»
1. С каким типом изоляции связаны различные сроки нереста у рыб одного вида, но принадлежащих к разным популяциям?
а) с географической
б) с репродуктивной
2. Какой из факторов может быстро привести к тому, что редкий, случайный генотип, имеющийся в популяции, может подвергнуться отбору и стать преобладающим генотипом?
а) частые колебания численности
б) обособленность одной популяции от других
в) симбиотические отношения между разными видами
3. Примером действия движущей формы естественного отбора является:
а) гибель длиннокрылых и короткокрылых птиц во время бурь
б) исчезновение белых бабочек в индустриальных районах
в) сходство в строении глаза млекопитающих
4. Если все члены популяции имеют одинаковые гены, то это может обеспечить эволюционный успех:
а) в изменяющихся условиях среды
б) в постоянных условиях среды
в) в любых условиях среды
5. Какой из организмов будет эволюционировать быстрее других?
а) гаплоидный одуванчик
б) гомозиготный по многим признакам горох
в) гетерозиготный по всем признакам овес
6. На какие мутации у млекопитающих давление стабилизирующего отбора будет сильнее?
а) на мутации, ведущие к небольшому увеличению средней массы потомства
б) на мутации, вызывающие увеличение количества грудного молока
в) на мутации, ведущие к увеличению сроков беременности и выхаживания потомства
7. При сравнении действия движущей и стабилизирующей форм отбора можно прийти к заключению, что:
а) давление движущего отбора направлено на сохранение признаков, выходящих своими значениями (длиной, массой) за средние нормы
б) стабилизирующий отбор действует в постоянных условиях среды
в) стабилизирующая и движущая формы отбора всегда направлены на сохранение более сложных организмов
8. Эволюционный процесс, протекающий внутри вида и приводящий к его разделению на два или несколько видов:
в) элементарное эволюционное явление
г) надвидовая эволюция
9. Эволюционный фактор, действие которого имеет направленный характер:
б) мутационный процесс
в) естественный отбор
г) популяционные волны
Соотн-е рождаемости и смертности в популяциях
Состояние надвидовых таксонов.
понятен / не понятен
интересным / не интересным
Выбранный для просмотра документ KONSPEKT___OTKR_TOGO__UROKA__PO__BIOLOGII.docx
МОУ «Ивановская СОШ»
КОНСПЕКТ УРОКА ПО БИОЛОГИИ
ТЕМА УРОКА: ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ
Урок подготовила: Дубова Ольга Ивановна,
25 октября 2017 год
— знать определения понятий (ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация);
— знать критерии биологического прогресса и регресса;
— знать пути достижения прогресса;
— знать соотношение путей эволюции.
— продолжать работу по формированию умения выделять главное в изученном материале, сравнивать, анализировать и обобщать изучаемый материал.
— воспитывать ответственное отношение к окружающей природе;
— воспитывать чувство гордости за отечественную науку;
— раздаточный материал для проверки домашнего задания и закрепления изученного материала, презентация по теме «Основные направления эволюции».
ТИП УРОКА: изучение нового материала.
ВИДЫ РАБОТЫ НА УРОКЕ :
— индивидуальная, фронтальная, групповая.
1 .Организационный момент.
2.Проверка домашнего задания.
А) (Тесты для индивидуальной работы прилагаются). (Ответы по слайду презентации)(Приложение №1)
Белый медведь обитает в арктическом и субарктическом поясах, у него белая шерсть, питается он рыбой и морскими млекопитающими. Бурый медведь распространён в лесах умеренного пояса, у него бурая шерсть, он всеяден, на зиму впадает в спячку. Какие критерии вида использованы при описании медведей?
Два культурных растения – ячмень и рожь имеют одинаковое число хромосом (44), но не скрещиваются, отличаются по внешнему виду и химическому составу (хлеб из ячменной муки не пекут).
К одному или разным видам следует отнести рожь и ячмень? Какими критериями вида при этом нужно руководствоваться? (Генетический)
Между близкородственными видами наблюдается чёткое разделение экологических ниш. Например, некоторые виды малиновки в хвойных лесах, на первый взгляд, занимают одну нишу, но одни из них кормятся на внешних, а другие на внутренних ветвях деревьев. Какой критерий в данном случае является основополагающим? (Экологический)
3.Сообщение темы и целей урока.
ДЕВИЗОМ НАШЕГО УРОКА Я ВЫБРАЛА СЛОВА ЖАНА РОСТАНА «НИЧТО В БИОЛОГИИ НЕ ИМЕЕТ СМЫСЛА, КРОМЕ КАК В СВЕТЕ ЭВОЛЮЦИИ»
А что же такое эволюция? (Высказывания обучающихся).
Верно, эволюция-это процесс исторического развития живой природы на основе наследственности, изменчивости и естественного отбора.
Благодаря эволюционному процессу на Земле появилось огромное разнообразие живых организмов. Все они приобретали специальные приспособления к условиям среды, то есть эволюционировали.
СЕГОДНЯ НА УРОКЕ ВЫ УЗНАЕТЕ, КАКИМ ЖЕ ОБРАЗОМ ПРОИСХОДИЛА ЭВОЛЮЦИЯ.
ТЕМА НАШЕГО УРОКА: СЛАЙД №1.
4.ОБЪЯСНЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА. СЛАЙД №2.
б). Что же такое биологический регресс? СЛАЙД №3. Это ни что, иное, как уменьшение приспособляемости организмов к окружающей среде. В чем оно проявляется?
Уменьшение интенсивности видообразования.
Какие же факторы способствуют биологическому регрессу?
ЭТО АБИОТИЧЕСКИЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ.
— Назовите абиотические факторы? СЛАЙД №4.
Перед вами животные, исчезнувшие в результате воздействия абиотических факторов. СЛАЙД №5.
— Что такое антропогенные факторы?
Перед вами результат деятельности человека. Этих и ещё много других животных нет, и уже никогда не будет на нашей Земле. Ведь вымирание вида означает, что утрачены гены, которыми мог бы воспользоваться человек для восстановления вида или его селекции. (слайд 6)
С каждым годом на планете Земля под угрозой исчезновения оказываются все новые виды животных и растений. Посмотрите , (СЛАЙД №7) только от нас зависит, увидят ли ваши потомки эти замечательные экземпляры.
Для охраны исчезающих видов в мире создана КРАСНАЯ КНИГА. Такая книга есть и в России. (СЛАЙД №8).
— Теперь давайте поговорим о хорошем.
Увеличение численности ареала
Высокая интенсивность водообразования
— Каким же образом осуществляется биологический прогресс?
Идея о возможных путях достижения БП была разработана крупным российским ученым-эволюционистом Алексеем Николаевичем Северцовым. (СЛАЙД №10) Сообщение о Северцове.
Б). Северцов считал, что эволюция осуществляется тремя путями. Запись схемы в тетрадь. (слайд 11)
В) работа в группах (по учебнику).
— Охарактеризуйте каждое направление. Приведите примеры. Что возникает вследствие каждого направления? Каждая группа освещает направления, остальные по ходу заполняют таблицу. (приложение 2)
1. Ароморфоз – усложнение строения и функций организмов, ведущее к повышению организации и жизнеспособности организмов в новых условиях обитания (Повышение уровня адаптивной среды).
Другими словами, благодаря ароморфозам организмы получают большие преимущества в борьбе за существование и получают возможность осваивать новые прежде недоступные источники питания и новые местообитания. Все эти изменения, не будучи частными приспособлениями к конкретным условиям среды, повышают интенсивность жизнедеятельности, уменьшают зависимость от условий существования.
Общая черта ароморфозов заключается в том, что они сохраняются в поколениях и ведут к возникновению новых систематических групп – типов, классов и отделов живых организмов.
ПРИМЕРЫ НЕКОТОРЫХ АРОМОРФОЗОВ (СЛАЙД №12).
2. Следующий путь БП: идиоадаптация – частные приспособления к определённым условиям среды, полезные в борьбе за существование, но не меняющие уровня организации организма ( адаптивная среда остаётся прежней).
ИДИОАДАПТАЦИИ следуют за ароморфозами. После того, как организмы освоят новую среду обитания, начинается приспособление отдельных популяций к данной среде.
ИДИОАДАПТАЦИИ ведут к узкой специализации группы, что при быстром изменении условий среды может привести к вымиранию.
В результате идиоадаптаций возникают мелкие систематические группы: виды, роды, семейства.
ПРИМЕРЫ ИДИОАДАПТАЦИЙ (СЛАЙД №13)
3. Третий путь БП: общая дегенерация – упрощение организации организмов ( утрата ряда систем и органов) в результате приспособления к более простым условиям жизни (упрощение адаптивной среды).
Несмотря на упрощение организма, дегенерация ведет к процветанию вида.
ПРИМЕРЫ ДЕГЕНЕРАЦИЙ (СЛАЙД №14)
Бычий цепень, например, утратив пищеварительную систему и органы чувств, приобрёл присоски, крючки и сильноразвитую половую систему. Бычий цепень за свою жизнь (18-20 лет) производит около 11 млрд яиц.
Г ) Мы рассмотрели основные направления и пути эволюции. Назовите их.
Д) Каково же соотношение этих направлений эволюции? Соотношение и чередование этих процессов Северцов изобразил в виде схемы. СЛАЙД №15.
Для того чтобы лучше понять смысл каждого направления и пути эволюции, на уроке мы рассмотрели их по отдельности. НА САМОМ ЖЕ ДЕЛЕ В ПРИРОДЕ ЭТИ ПРОЦЕССЫ ИДУТ НЕПРЕРЫВНО И ОДНОВРЕМЕННО, СОЧЕТАЯСЬ МЕЖДУ СОБОЙ, И СМЕНЯЯ ДРУГ ДРУГА. Из всех рассмотренных путей достижения БП наиболее редки ароморфозы. Их можно рассматривать как переломные пункты развития жизни. Обычно ароморфозы задают и определяют новые направления и этапы в развитии живого мира. За каждым ароморфозом следует множество идиоадаптаций, которые помогают организмам более полно использовать все имеющиеся ресурсы и места обитания. Некоторые организмы, попав в постоянную, сравнительно однородную среду, следуют по пути общей дегенерации. По истечении некоторого времени весь этот процесс может многократно повторяться, увеличивая многообразие форм организмов и их групп.
5. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА
А ТЕПЕРЬ, ЧТОБЫ ПРОВЕРИТЬ, КАК ВЫ УСВОИЛИ НОВЫЙ МАТЕРИАЛ, Я ПРЕДЛАГАЮ ВАМ ЗАПОЛНИТЬ ТАБЛИЦЫ. (слайд 16)
Таксон высшего ранга включает в себя небольшое число таксонов низшего ранга: род включает мало видов, семейство – один – два рода и т.д.
Б) О каком направлении эволюции идёт речь? Блиц-опрос.
8 отсутствие кровеносной системы у цепней- (дегенерация)
В) Работа по таблице (разнести примеры направлений эволюции) (Слайд17)
Защитная зеленая окраска насекомых, отсутствие органов чувств у паразитических червей, различная форма клюва у птиц, формирование легких у земноводных, появление теплокровности, приспособление к полету, приспособления некоторых рыб к придонному образу жизни, исчезновение листьев у повилики, появление фотосинтеза, образование цветка у покрытосеменных, отсутствие у раффлезии корней, стеблей, листьев, возникновение разных ротовых аппаратов у насекомых, отсутствие у пещерных рыб-глаз.
Основные направления эволюции:
Г) Подготовка к ОГЭ (слайд 18-28)
Согласно спецификации КИМов для проведения выпускного экзамена по биологии в 9 классе, тема «Учение об эволюции органического мира» определена в заданиях части А (А24), части В (В1, В2). (Приложение 2)