Содержание

Урок 3. вид. критерии вида. популяции - Биология - 11 класс

Биология, 11 класс

Урок 3. «Вид. Критерии вида. Популяции»

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

- Какие различия существуют в понимании термина «вид» К. Линнеем и Ж.Б. Ламарком?

- Что называется видом, популяцией и чем отличаются эти понятия?

- Какие критерии позволяют с точностью отнести тот или иной организм к определённому виду?

- Почему основные критерии вида имеют относительный характер?

  • О чём свидетельствует:

а)существование видов-двойников?

б) приспособленность вида к условиям обитания?

Глоссарий по теме:

Вид (лат. species – род, порода, вид) — основная структурная единица биологической систематики живых организмов (животных, растений и микроорганизмов). Таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию для получения в ряду поколений плодовитого потомства, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды;

Критерии вида – это эволюционно устойчивые таксономические (диагностические) признаки, которые характерны для одного вида, но отсутствуют у других видов;

Популяция (от лат.  populatio — население) — это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп. 

Структура популяции — это определенная организация, формирующаяся, с одной стороны, на основе биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяции не стабильна. Различают пространственную (территориальную), возрастную, половую, генетическую, поведенческую и другие виды структуры популяции.

Микроэволюция – распространение в популяции малых изменений в частотах аллелей на протяжении нескольких поколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне: мутации, естественный отбор, искусственный отбор, перенос генов и дрейф генов. Эти изменения приводят к дивергенции популяций внутри вида, и, в конечном итоге, к видообразованию.

Макроэволюция - это процесс формирования крупных систематических единиц: из видов — новых родов, из родов — новых семейств и т.  д. В основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственность, изменчивость, естественный отбор и репродуктивная изоляция. Так же, как и микроэволюция, макроэволюция имеет дивергентный характер. 

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Биология. Общая биология 10–11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / под редакцией академика Д.К. Беляева и профессора Г.М. Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В. Саблина.– М.: Просвещение, 2018.: с 142 – 148.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В конце XVII века английский ботаник Джон Рей впервые предложил отличать разные виды по внешнему и внутреннему строению и способности скрещивания между собой.

В XVIII веке шведский натуралист Карл Линней предложил считать вид неизменным и постоянным, не связанным с другими видами родством и изначально целесообразным.

Сто лет спустя Ж.-Б. Ламарк пришел к представлению об искусственности вида, построив систему классификации на основе постепенного и всеобщего изменения видов и превращения их в другие виды.

Ч. Дарвин считал термин «вид» совершенно произвольным, придуманным ради удобства для обозначения группы особей, схожих между собой.

Реальность существования видов доказывается системой критериев, которые позволяют чётко выделить виды и отличить их друг от друга:

Морфологический критерий подразумевает внешнее сходство особей, относящихся к одному виду. Но иногда особи одного вида очень сильно отличаются или наоборот, есть так называемые виды-двойники, которые генетически изолированы и не скрещиваются. Следовательно, для определения видовой принадлежности одного морфологического критерия недостаточно.

Генетический критерий определяет генетическую изоляцию вида от других – невозможность скрещивания между особями разных видов из-за отличий хромосомного набора (число и строение хромосом). Но иногда и этот критерий подводит, так как плодовитое потомство может появляться при скрещивании особей, относящихся к разным видам.

В основе физиологического критерия лежит сходство всех физиологических процессов у особей одного вида (питание, дыхание, выделение), особенно важны отличия в физиологии размножения (строение полового аппарата, сроки размножения).

Биохимический критерий основан на сравнении в первую очередь ДНК и белков, где с большой вероятностью можно определить, насколько близкими родственниками являются те или иные виды.

Географический критерий определяет обитание каждого вида в пределах определенной территории (ареала).

Экологический критерий предполагает приспособленность каждого вида к определенным условиям существования и заниманием им определенной экологической ниши.

Определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основании совокупности всех или большинства критериев.

Наименьшей эволюционной единицей считается популяция, в которой главным объединяющим фактором является возможность свободного скрещивания между особями. Мутационный процесс, происходящий под контролем естественного отбора, приводит к постепенному изменению генофонда внутри популяции. Синтетическая теория эволюции в эволюционном процессе выделяет два этапа: 1)

микроэволюция, которая протекает на уровне популяции в сравнительно небольшие промежутки времени и заканчивается образованием нового вида; 2) макроэволюция, в результате которой образуются надвидовые систематические единицы (роды, семейства, отряды, классы, типы). В отличие от микроэволюции макроэволюция протекает длительное время и обычно на больших территориях.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Выберите один ответ.

Группа особей, способных свободно скрещиваться и проживающих на одной территории, − это:

Варианты ответов

1) вид; 3) экосистема;

2) популяция; 4) экологическая ниша.

Ответ: 2) популяция;

Пояснение: популяция – это группа особей, проживающих на одной территории и способных свободно скрещиваться между собой.

2. Рассмотрите предложенную схему классификации мутаций. Допишите пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

Ответ: генные.

Пояснение: Мутации по «масштабу действия» делятся на геномные (изменение числа хромосом в клетке), хромосомные (изменение структуры хромосомы) и генные (перестройки отдельных генов, связанные с изменением в структуре молекулы ДНК).

1. Популяции как элементы экосистемы

Популяция — это совокупность организмов одного вида, способная к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других популяций того же вида.

В состав популяции входят особи одного вида. Они живут вместе на определённой территории и постоянно взаимодействуют между собой. 

Пример:

популяцию образуют все ели в хвойном лесу или все особи окуня обыкновенного, обитающего в небольшом озере.

Популяции — основные элементы экологических систем, представляющих совокупность совместно обитающих организмов разных видов и условий их существования.

Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями: они совместно участвуют в размножении; конкурируют за пищу, территорию или полового партнёра;  могут вместе защищаться от врагов, но могут и поедать друг друга.

  

Взаимоотношения между особями в популяциях отличаются сложностью и противоречивостью. Изменение некоторых экологических факторов может привести к разным, часто противоположным, реакциям отдельных организмов и популяции в целом. Так, если в популяции некоторые особи оказываются жертвами хищников, то это может повысить выживаемость популяции и улучшить её качественные показатели. Добычей хищников чаще всего становятся ослабленные или больные особи. Их изъятие препятствует распространению болезней, которые могут стать губительными и для всей популяции.

  

Здесь мы сталкиваемся с одним очень важным правилом, применимым к сложным биологическим объектам, состоящим из многих элементов, связанных друг с другом различными взаимоотношениями:

о состоянии биологической системы (будь то популяция, сообщество или экосистема) не всегда можно судить по состоянию её отдельных элементов.

    

Популяции разных видов постоянно взаимодействуют между и образуют целостные системы более высокого уровня организации —  биотические сообщества.

 

В этих сообществах популяции разных видов составляют единое целое.  Каждое биотическое сообщество существует и  развивается по своим законам.

  

Именно благодаря функционированию популяций создаются условия, способствующие поддержанию жизни на нашей планете. Занимая то или иное пространство, строя убежища, перемещаясь, используя те или иные виды пищи, популяции каждого вида определённым образом воздействует на окружающую природу. От популяций зависит круговорот веществ, энергетический обмен между живой и неживой природой. Совместная деятельность популяций определяет многие важные свойства биотических сообществ и экологических систем.

Урок биологии в 11 классе "Популяция-единица эволюции"

Тема. Популяция- структурная единица вида, единица эволюции. 18.10.18 г. Класс 11.

Тип урока – комбинированный урок.

Цель урока: создать условия для осмысления процессов, происходящих в популяции как единице эволюционных преобразований; выявления причинно-следственных связей, выявления причин и определения последствий.

- сформировать знания о популяциях; изучить их свойства, структуру, демографические показатели;

- обобщить знания о процессах, происходящих в популяции как единице эволюционных преобразований;

-активизировать познавательную деятельность учащихся;

-развивать умение подбирать аргументы, строить доказательства, логическую цепочку рассуждений, ведущую к формулированию умозаключений;

-развитие навыков смыслового чтения и работы с учебным и источниковым текстом

-формировать информационную культуру.

-сформировать бережное отношение к окружающей среде;

1. словесные – рассказ, объяснение.

2. наглядные – демонстрация презентации, слайд шоу.

3. проблемные – постановка проблемных вопросов

Тип урока: комплексное применение знаний и умений.

-Обучающиеся должны называть параметры популяции как единицы эволюции;

-Уметь характеризовать процессы, протекающие в популяции;

-Делать выводы о популяции как единице эволюции.

учебник Сивоглазов В.И. Общая биология .Базовый уровень.11кл / В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т..Захарова. – М.: Дрофа, 2018.

Ход урока

Деятельность обучающегося

I.Организационный этап.

II. Актуализация знаний

Цель: повторение основных понятий и закономерностей

Учитель приветствует, организует и настраивает учащихся на активную работу на уроке.

Проверка домашнего задания по теме «Вид. Критерии вида»

1.Задание «Вспомни термины и понятия»

Эволюция

Борьба за существование

Естественный отбор

Вид

2.Опишите систематическое положение вида на примере кошки

3.Объясните с позиции Дарвинизма и СТЭ

Задание 15  ЕГЭ

Какие факторы являются движущими силами эволюции? 

1) модификационная изменчивость

2) мутационный процесс

3) естественный отбор

4) приспособленность организмов к среде обитания

5) популяционные волны

6) абиотические факторы среды

.

 

Тест«Вид. Критерии и структура»

Верно ли утверждение?

1.Вид — это группа особей, проживающих на одной территории и взаимодействующих друг с другом.

2. Вид состоит из совокупности популяций.

3. Сохранению генофонда вида способствуют морфологические особенности особей, сезонная изоляция, поведенческая изоляция.

4. Группа особей одного вида, проживающих на одной территории, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, образует популяцию.

5. Среди всех критериев вида самый достоверный — морфологический критерий.

6. Генетический критерий вида — это характерный для каждого вида набор хромосом.

7. Единицей вида является отдельная особь, относящаяся к данному виду.

8. Группа особей, сходных по морфологическому, генетическому, эколого-географическому критериям, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, называется видом.

Называют системат. положение

Царство – животные
Тип – хордовые
Класс- млекопитающие
Отряд – хищные
Семейство – кошачьи       
Род – кошки 
Вид – лесной кот

Подвид-кошка

Пояснение.

Движущие силы эволюции: мутационный процесс, естественный отбор, популяционные волны.

 

Ответ: 235

Примечание.

Движущие силы эволюции по Дарвину: наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. В синтетической теории эволюции к факторам эволюции относятся: популяционные волны (численность популяций), поток генов и дрейф генов (случайные колебания частот генов в малых популяциях), изоляция.

 Выполняют в тетрадях Сл 10-11

Сл 12

Взаимопроверка

Ответы:

1

1

3

4

5

6

7

8

-

+

+

+

-

+

-

+

Сл 1-3

Сл 4

Сл 5

Сл 6-7

Сл 8-9

II.

Целеполагание

Цель: Мотивация учебной деятельности и обозначение круга вопросов для изучения на уроке

В 2015 году в Беляевском районе открылся первый в России центр реинтродукции лошади Пржевальского. Специально для размещения этих лошадей в Оренбуржье в Беляевском и Акбулакском районах на территории бывшего военного полигона был оборудован заповедник «Оренбургский».В  Оренбургскую область из Франции прилетели 6 особей редкого вида . Лошадь Пржевальского является одним из вымирающих видов, всего в мире их насчитывается около 2 000 особей.

В заповеднике обитает лишь небольшая популяция этого вида животных. 

Как вы считаете, есть ли угроза существования популяции этого вида в заповеднике?

Какие популяции наиболее стабильны?

Сформулируйте тему урока -

«Популяция- структурная единица вида, единица эволюции».

Цель урока: изучить процессы, происходящие в популяции

Участие в разговоре

Предполагаемый ответ? Очевидно, нет.

Формулируют сами тему.

Формулируют цель урока

Сл 13

Сл 14

III.Изучение и первичное закрепление нового материала

Цель №1: Рассмотреть характеристику популяции

Население любого вида распределено в пространстве неравномерно.

Для эволюции важна судьба особей, которые длительно и устойчиво сохраняются на протяжении жизни многих поколений. Такие группы особей одного вида, длительно существующие в определенной части его ареала, называются популяциями.

Популяция –  (populatio – народ, население) это совокупность особей одного вида, обладающих генофондом и занимающих определенную территорию, существующая относительно изолирована от других популяций. Этот термин ввел В. Иогансен в 1903 году.

Генофонд – это совокупность всех генов всех особей данной популяции.

Работаем с текстом учебника, преобразуем в таблицу.

  1. Находим ответы на поставленные вопросы, делаем выводы

Поясняем схему

Характеристика популяции

Характеристика популяций

Ареал численность возрастной, половой состав

Записывают определение

Работа с материалом слайдов

Преобразуют материал в схему. Сл 15-25

Работают в группах

Делают выводы

Сл 15

Физкультминутка

IY.Закрепление

Цель:

организация интеллектуально-преобразовательной деятельности

Задание №1:Задание1

Стабильна ли популяция лошадей?

Задание 2.Почему популяцию считают единицей эволюции?

Выполняем лабораторную работу

Лабораторная работа № 2. «Выявление изменчивости у особей одного вида».

Цель:

- сформировать понятие «изменчивость организмов» и отработать выявление признаков на практике;

- выработать умение наблюдать готовые объекты;

- установить сравнительные выводы.

Оборудование: раздаточный материал, демонстрирующий изменчивость организмов (гербарные растения 3-4 видов по 2-3 экземпляра каждого вида, наборы семян, плодов, листьев), лупа, измерительная линейка.

Ход работы:

  1. Сравните 2-3 растения одного вида. Найдите признаки сходства в их строении (зафиксируйте это в их тетрадь). Объясните причины сходства.

  2. Выясните признаки различия (зафиксируйте их). Объясните, какими свойствами организмов обуславливаются различия особей одного вида.

  3. Какие различия обусловлены наследственной изменчивостью, какие – ненаследственной изменчивостью?

  4. Объясните причины возникновения различий между особями одного вида.

  5. Сформируйте вывод по лабораторной работе.

Делают вывод, исходя из полученной информации

Вывод: Чем шире возрастной состав, тем стабильнее популяция

ПОПУЛЯЦИЯ нестабильна.

Учебник стр39-40

Работают с текстом учебника, подводят итог по тексту.

Сл 26

Рефлексия

Приём : Чемодан, мясорубка, корзина

Сл 27

Домашнее задание

1.С карандашом просмотреть текст параграфа, отметить (-) материал, который сегодня на уроке не просматривался

2. Найти и решить 5 заданий из банка ЕГЭ по теме

3.Привести примеры популяций в нашей местности

4.Задание ЕГЭ 26 

Укажите не менее четырех возможных последствий, если в экосистеме луга снизится численность насекомых-опылителей.

Сл 28

Динамика популяции

В природе совокупность особей вида, группируются в популяции. Популяции населяют какие-то отдельные небольшие участки ареала.

Популяцияэто группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.

Популяция обладает «биологическими особенностями», которые она разделяет со всеми составляющими её организмами, ― растёт, подразделяется на более мелкие подгруппы, изменяется вместе с изменением условий жизни.

Одновременно она обладает «групповыми особенностями», которые служат уникальными характеристиками группы и присущи только группе особей в целом.

Например, такие демографические показатели, как численность организмов, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, нельзя применить к отдельным организмам, они могут характеризовать только популяцию в целом.

Важно знать, как изменяются те или иные популяции, для того чтобы можно было прогнозировать эти изменения и регулировать их.

Например, при заготовках древесины очень важно знать скорость восстановления леса, чтобы правильно планировать интенсивность рубок.

Но для начала необходимо изучить саму популяцию. То есть изучить характер изменения основных демографических показателей.

Самый важный показатель популяции это ее численность?

Численность популяции и количество особей в ней может меняться из-за изменения каких-либо факторов, например климатических. Но сами популяции как таковые все равно сохраняются.

Для определения численности популяции применяются различные методы. Если речь идёт о крупных и хорошо заметных организмах, применяется аэрофотосъёмка. В других случаях применяется метод мечения. Животных ловят, метят и отпускают обратно в природу. Через некоторое время производят новый отлов и по доле меченных животных определяют численность популяции.

По результатам строятся графики и определяется динамика численности популяции или колебания численности.

На графике показана динамика численности популяции сайгака, которая занимает площадь около 10 тыс. кв. км на территории Калмыкии.

На графике видно, что динамика численности имела циклический характер: за ростом следовала депрессия.

Пик численности был зафиксирован в середине 50-х годов, затем в конце 70-х численность вновь увеличилась. Начавшийся в конце XX века очередной подъем остановился, после чего популяция резко деградировала.

С численностью популяции неразрывно связана ее плотность.

Плотность популяции ― это численность особей, приходящаяся на единицу площади или объёма (на 1 м2, на 1 га, в 1 мм2 и т.д.).

Не следует путать понятия «численность» и «плотность».

Например, 100 деревьев могут расти на площади 1 га — это невысокая плотность. И 100 деревьев могут расти на площади 0,5 га — это вдвое большая плотность.

Численность популяции бука на всей ее территории составляет 1,5 тыс. деревьев при плотности 150 деревьев на 1 га.

Плотность определяет насыщенность территории представителями данного вида. Особенно важно знать, увеличивается или уменьшается плотность, определяющая направление развития популяции, от чего зависит ее существование.

С увеличением численности плотность популяции возрастает. При расширении свободной территории для расселения плотность может снижаться.

Такое явление в природе наблюдается часто, каждое живое существо пытается выжить и улучшить условия своего существования, а каждый вид — расширить свой ареал.

Для определения плотности необходимо знать пространственное распределение особей популяции. Оно может быть случайным, равномерным и пятнистым.

Изменение плотности популяции растений происходит за счёт рождаемости и смертности.

А изменение плотности популяции животных происходит за счёт рождаемости, смертности и миграции. 

Рождаемость также является важным показателем динамики популяции.

Рождаемость ― это скорость прироста численности, число особей, родившихся за некоторый промежуток времени. Данный промежуток времени у разных популяций разный.

Например, для популяции бактерий единицей времени может быть несколько часов, для планктонных водорослей ― сутки, для насекомых ― недели или месяцы, для крупных млекопитающих ― годы.

Скорость возрастания популяции при сложившихся условиях жизни называется экологической рождаемостью.  

Однако, экологическая рождаемость не постоянна и изменяется в зависимости от физических условий среды и состава популяции.

Смертность также влияет на развитие популяции.

Смертность ― это скорость сокращения численности в результате гибели особей за определённое время.

Иногда гибель отдельных организмов может улучшить качественный состав популяции, повысить ее выживаемость. Например, больная косуля становится жертвой волка. В данном случае изъятие больной особи препятствует распространению болезней, которые могли быть губительны для всей популяции.

Если рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти.

Динамику смертности популяции в зависимости от возраста отображают на кривых выживания.

Существуют три основных типа этих кривых:

I. Сильно выпуклая кривая характерна для видов, у которых смертность резко повышается лишь к концу жизни, а до этого она остаётся низкой. Такой тип кривой характерен для многих видов крупных животных, а также и для человека.

II. Волнообразная кривая характерна для таких видов, у которых смертность мало изменяется с возрастом и остаётся более или менее одинаковой в течение всей жизни данной группы. Такой тип кривой можно построить, изучая динамику смертности птиц, мышей, кроликов и других организмов.

III. Сильно вогнутая кривая получается, если смертность очень высока на ранних стадиях жизни. Хорошей иллюстрацией этого типа служат рыбы, устрицы или другие двустворчатые моллюски.

Ещё один немаловажный показатель популяции ― это возрастной состав популяции.

Возрастная структура подразделяется на три основные группы: предрепродуктивную (до размножения), репродуктивную (в период размножения) и пострепродуктивную (после размножения).

В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи. В популяциях, находящихся в неподвижном состоянии, возрастное распределение относительно равномерное. А в популяциях, численность которых снижается, содержится большая доля старых особей.

Таким образом, зная все характеристики популяции, мы можем прогнозировать ее изменения и регулировать их.

Динамика популяции.

Динамика популяции ― это изменения основных демографических показателей популяции во времени ― численно

сти, биомассы, популяционной структуры (возрастного состава) ― под влиянием действующих на них факторов.

Важным процессом динамики популяций является рост численности (или просто рост популяции), который происходит при освоении организмами новых мест обитания или после перенесённой катастрофы.

Выделяют 3 типа динамики популяции.

1.      Для стабильного типа динамики характерна незначительная изменчивость численности. Период колебания численности в среднем составляет 10–20 лет. Стабильный тип динамики характерен для крупных млекопитающих. Например, для слонов.

2.      Лабильный тип (изменчивый). Он характерен для менее крупных животных. Например, для крупных грызунов, которые в отличие от слонов, имеют отличаются меньшую продолжительность жизни. И амплитуда их колебаний укладывается в 5–11 лет. И численность исходя из графика, меняется достаточно значительно.

3.      Эфемерный (взрывной) тип динамики характерен для недолго живущих видов (2–3 года) ― насекомых и мелких грызунов. Данный тип динамики нестабилен. Колоссальные изменения численности могут происходить в течении одного сезона.

Численность популяций в силу различных причин постоянно меняется… происходит колебание численности.

Иногда колебания происходят регулярно, и их можно назвать циклами. Изучать их трудно, для этого требуется длительное время, так как данные о диких организмах часто приходится собирать в течение нескольких лет.

Циклические колебания численности характерны для многих мышевидных грызунов (мышей полёвок, леммингов) и их хищников (полярной совы, песцов).

Примеры значительных колебаний численности демонстрируют некоторые виды северных млекопитающих. Классическим примером 9-10-летних колебаний служит изменение численности зайца-беляка и рыси в Канаде, причём пики численности зайца на год или более предшествуют пикам численности рыси.

Периодические изменения численности популяций — «популяционные волны» — одна из важных характеристик популяции как элементарной эволюционной единицы.

Важное эволюционное значение популяционных волн состоит в том, что они приводят к резкому колебанию концентраций разных генотипов в популяции, что очень важно для естественного отбора.

Часто популяции при помощи механизма обратных связей способны сами регулировать свою численность с тем, чтобы она не превысила предел, за которым может наступить катастрофа. Так, гусеницы некоторых бабочек массово гибнут, если выходят из яиц до окончания холодов (когда они погибают от переохлаждения) либо через длительное время после распускания листьев (тогда они погибают от голода). Если гусеницы появляются вовремя, то популяции грозит перенаселение.

В это время так же на уменьшение численности влияют хищники или паразиты, которые начнут их уничтожать. В данном случае действие регулирующего фактора зависит от плотности популяции.

Плотность популяции, как и численность, очень изменчива. Разным группам организмов свойственны разные уровни и пределы изменений плотности. Например, плотность популяции зяблика в лесу на 1 га может достигать нескольких десятков, а плотность популяции дождевых червей несколько десятков и сотен тысяч особей также на 1 га. В популяции зяблика невозможна плотность даже в несколько сотен птиц на гектар, как и не может существовать популяция дождевых червей при плотности в несколько десятков особей на 1 га.

По уровню плотности популяции можно судить о состоянии и перспективах ее развития. При плотности, близкой к верхнему пределу, в популяции возникает угроза перенаселения, падает рождаемость, возрастает смертность и эмиграция, чем создаются предпосылки для падения численности.

При плотности близкой к нижнему пределу затрудняется контакт разнополых особей, возникает угроза вымирания или длительной депрессии. А повышение рождаемости и усиление иммиграции особей из соседних популяций могут привести к возрастанию плотности.

Плотность популяции увеличивается до тех пор, пока не начинают действовать факторы, ограничивающие рост численности популяции. Ограничение может быть связано с полным использованием потребляемых популяцией ресурсов или с иными видами ограничений. В конце концов достигается биологическое равновесие, которое и сохраняется. Значительные колебания плотности и численности популяций сопровождаются физиологическими и генетическими изменениями составляющих их особей.

Генетический состав популяции (11 класс) – Документ 1 – УчМет

На прошлом уроке мы рассмотрели с вами вид и его критерии, убедились в том, что вид состоит из популяций. Сегодня мы более подробно рассмотрим популяции на генетическом уровне.

Откройте тетради, запишите число и тему урока: «Генетический состав популяций»

Как вы уже знаете: популяции – это естественная совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определённую часть ареала.

Во времена Дарвина науки генетики не существовало. Она начала развиваться в начале XX в. Стало известно, что носителями наследственной изменчивости являются гены. Наука, изучающая генетические основы популяции называется популяционная генетика.

Популяционная генетика – это наука, изучающая генетические основы популяции.

Каждая особь обладает своим генотипом, т.е.

Генотип – это совокупность всех генов одного организма.

Гены передаются от поколения к поколению не изменяясь. Каждая популяция характеризуется также определённым генофондом.

Генофонд – это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.

Необходимыми предпосылками эволюционного процесса являются возникновения элементарных изменений аппарата наследственности – мутаций, их распространение и закрепление в генофондах популяций организмов. Направленные изменения генофонда в популяции пол воздействием различных факторов представляют собой эволюционные изменения.

Т.о. генофонд не является постоянным, т.к. в природе постоянно идут мутационные процессы под действием условий среды.

Мутационный процесс – это постоянный источник наследственной изменчивости.

В популяции, состоящей из нескольких миллионов особей, в каждом поколении может возникать по нескольку мутаций буквально каждого имеющегося в этой популяции гена. Благодаря комбинативной изменчивости мутации распространяются в популяции.

Передача генетического материала от родителей потомству должна происходить очень точно, иначе виды сохраниться не могут. Однако, иногда, происходят количественные и качественные ДНК и дочерние клетки получают искажённый, по сравнению с родительскими, набор генов. Такие ошибки в наследственном материале передаются следующему поколению и называются мутациями.

Мутации (от. лат mutation - перемена) – это стойкие наследуемые изменения генетического материала.

Организм, получивший в результате мутации новое свойство, называют мутантом.

Мутационная теория была разработана в 1901 г. голландским учёным цитологом Гуго де Фризом.

Мутации имеют ряд свойств:

1) Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.

2) Мутации чаще бывают рецессивными и реже доминантными.

3) Мутации передаются из поколения в поколение.

4) Мутации происходят достаточно редко.

5) Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.

Мутации

1.Генные или точечные: связаны с заменой, попаданием или добавлением нуклеотидов в молекуле ДНК блокируют синтез фермента гибель организма.

2.Хромосомные: возникают при утрате, удвоении, перевёртывании на 180° или перемещении отдельных участков хромосом.

3.Гетероплоидия: мутации, связанные с избытком или недостатком хромосом в одной гомологичной паре

у человека появление лишней хромосомы в 21 паре вызывает синдром Дауна (слабоумие).

4.Цитоплазматические: связаны с изменением органоидов цитоплазмы, содержащих ДНК появление пёстролистности у растений связано с изменением ДНК хлоропластов.

5.Полиплоидия: кратное увеличение числа хромосом

большие размеры клеток, листьев, плодов, цветков, семян.

6.Соматические: распространяются на ту часть тела, которая развивалась из изменённой клетки в селекции получен сорт яблони Антоновки шестисотграммовой.

Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков (1880-1959)

Откройте стр. 201-202 и ответьте на 2 вопрос в конце параграфа.

-Что Четвериков говорил о мутациях, возникших в гомозиготном состоянии? Приведите пример.

(мутации в гомозиготном состоянии снижают жизнеспособность особей. Однако мутации, вредные в одних условиях, могут повысить жизнеспособность в других условиях. Н-р: мутация, вызывающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, проживающих в разных климатических условиях).

Именно в этом кроется способность популяции адаптироваться, т.е. приспосабливаться к новым факторам – изменениям климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.

Адаптация – это приспособление организма к меняющимся условиям среды.

Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам (колорадский жук).

Т.о. мутационный процесс создаёт материал для эволюционных преобразований, формируя резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Он создаёт основу для действия естественного отбора и микроэволюции.

Обладая специфическим генофондом, находящемся под контролем естественного отбора, популяции играют важнейшую роль в эволюционных преобразованиях вида. Все процессы, ведущие к изменениям вида, начинаются на уровне видовых популяций и являются направленными процессами преобразований популяционного генофонда.

Генофонд популяций сбалансирован, в нём устанавливается генетическое равновесие, или постоянство частот встречаемости различных аллелей.

Но иногда наблюдаются нарушения этого равновесия.

Причины нарушения генетического равновесия

Направленные Ненаправленные

(случайные)

Направленные – повышение частот «полезных генов». Происходят вследствие естественного отбора. Изменение генофонда под действием этого отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге – к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.

Ненаправленные – могут происходить вследствие разных причин.

Найти и выписать себе в тетрадь причины.

Причины: 1) Миграции 2) Естественный и искусственный барьер 3) Природные катастрофы

Т.о. действие случайных факторов обедняет и изменяет генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием. Это явление называют дрейфом генов.

Дрейф генов – это случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции.

Это явление впервые обнаружили российские генетики Н.П.Дубинин и Д.Д.Ромашов, а также зарубежные учёные С.Райт и Р.Фишер.

С.Райт экспериментально доказал, что в маленьких популяциях частота мутантного аллеля меняется быстро и случайным образом. Его опыт был прост: в пробирки с кормом он посадил по две самки и два самца мух дрозофил, гетерозиготных по гену А (генотип их Аа). В этих искусственно созданных популяциях концентрация нормального (А) и мутантного (а) аллелей составила 50%. Через несколько поколений оказалось, что в некоторых популяциях все особи стали гомозиготными по мутантному аллелю (а), в других популяциях он был вовсе утрачен, и, наконец, часть популяций содержала как нормальный, так и мутантный аллель. Важно подчеркнуть, что, несмотря на снижение жизнеспособности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному отбору, в некоторых популяциях мутантный аллель полностью вытеснил нормальный. Это и есть результат случайного процесса – дрейфа генов.

Т.о. мы рассмотрели основные изменения генофонда популяций.

1)Что изучает популяционная генетика?

(Популяционная генетика – это наука, изучающая генетические основы популяции. )

2)Что такое генотип?

(Генотип – это совокупность всех генов одного организма.)

3)Что такое генофонд?

( Генофонд – это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.)

4)Чем является мутационный процесс?

(Мутационный процесс – это постоянный источник наследственной изменчивости.)

5)Понятия мутации, мутанта?

( Мутации (от. лат mutation - перемена) – это стойкие наследуемые изменения генетического материала.

Организм, получивший в результате мутации новое свойство, называют мутантом.)

6)Перечислите свойства мутаций?

(1) Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.

2) Мутации чаще бывают рецессивными и реже доминантными.

3) Мутации передаются из поколения в поколение.

4) Мутации происходят достаточно редко)

7)Какие виды мутаций существуют?

(Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.)

8)Что такое адаптация?

(Адаптация – это приспособление организма к меняющимся условиям среды.)

9)Назовите причины нарушения генетического равновесия?

(Направленные, ненаправленные)

10)Что такое дрейф генов?

(Дрейф генов – это случайное ненаправленное изменение частот аллелей в популяции.)

-Итак, мы более подробно рассмотрели популяции.

1)В состав чего входят популяции?

(популяция является частью вида)

2)Дать определение вида?

(Биологический вид – это совокупность особей, обладающих внутренним и внешним сходством, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определённым условиям жизни, занимающих в природе определённый ареал. )

3)Перечислите критерии вида с их краткой характеристикой.

(Морфологический, Генетический, Физиологический, Биохимический, Экологический, Этологический, Географический, Исторический)

4)Что такое популяция?

(популяции – это естественная совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, занимающих определённую часть ареала.)

§55 §56

Т.о. сегодня на уроке мы познакомились с генетическим составом популяций, а также выяснили изменения генофонда популяций.

Тест Популяции с ответами (11 класс) по теме биологии

Сложность: эксперт.Последний раз тест пройден более 24 часов назад.

  1. Вопрос 1 из 10

    Подавляющее большинство видов живых организмов состоит из отдельных:

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы и еще 80% ответили правильно
    • 80% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Следующий вопросОтветить
  2. Вопрос 2 из 10

    Совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, относительно изолированная от других таких же совокупностей, называются:

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы и еще 55% ответили правильно
    • 55% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  3. Вопрос 3 из 10

    В природных условиях популяции одного вида не смешиваются друг с другом. Этому препятствуют:

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 61% участников
    • 39% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  4. Вопрос 4 из 10

    Различают…структуру популяции

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 60% участников
    • 40% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  5. Вопрос 5 из 10

    Элементарной эволюционной единицей является:

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 62% участников
    • 38% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  6. Вопрос 6 из 10

    Пеночки – теньковки и пеночки – веснички, обитающие в одном лесу, составляют:

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 71% участников
    • 29% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  7. Вопрос 7 из 10

    Эволюционное значение популяций — …

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 64% участников
    • 36% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  8. Вопрос 8 из 10

    Признак популяции — …

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 51% участников
    • 49% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  9. Вопрос 9 из 10

    Таксономическая единица ниже популяции — …

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 71% участников
    • 29% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить
  10. Вопрос 10 из 10

    Укажите тип адаптации, когда один из предковых органов теряет свою функцию…

    • Правильный ответ
    • Неправильный ответ
    • Вы ответили лучше 54% участников
    • 46% ответили правильно на этот вопрос

    В вопросе ошибка?

    Ответить

Доска почёта

Чтобы попасть сюда - пройдите тест.

ТОП-3 тестакоторые проходят вместе с этим

Тест «Популяции» с ответами рассчитан на учеников старшей школы, которые хотят проверить или закрепить свои знания по теме. Если в первый раз не получилось ответить без подсказок, нужно еще раз изучить раздел и попробовать пройти тест заново. Тестовые задания проверяют знание понятийного аппарата раздела (особь, вид, класс), классификаций и развития популяций организмов. Задания содержат несколько вариантов ответов, лишь один из которых правильный, что соответствуют формату государственного экзамена.

Тест по теме «Популяция» (11 класс) – прекрасный инструмент для самооценивания и подготовки занятиям по общей биологии.

Рейтинг теста

Средняя оценка: 3.5. Всего получено оценок: 837.

А какую оценку получите вы? Чтобы узнать - пройдите тест.

Биология 11 класс "Динамика популяции" (1)

Основные экологические характеристики популяции. Динамика популяции

На примере отдельной особи невозможно изучить все характеристики вида, поэтому с этой целью рассматривают популяции видов. В экологии под популяцией понимают совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом, способна к самовоспроизводству, обитающая относительно обособленно от других популяций, с представителями которых потенциально возможно скрещивание.

(запись в тетрадь)

«Популяция - совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом, способна к самовоспроизводству, обитающая относительно обособленно от других популяций, с представителями которых потенциально возможно скрещивание»

Популяции рассматриваются как основные составляющие каждой экосистемы, благодаря функционированию которых создаются условия, способствующие поддержанию жизни. Биотические сообщества включают в себя множество популяций разных видов, каждая из которых выполняет в этом сообществе свои функции, чем обеспечивается гармоничное существование сообщества как единой взаимосвязанной системы.

Изучение характеристик популяций, называемых демографическими показателями, крайне важно для понимания функционирования сложных экологических систем. С помощью демографических показателей можно предугадать изменения в популяции и даже в целой экосистеме.

(запись в тетрадь)

«Демографические показатели:

  • плотность расселения,

  • общая численность особей,

  • скорость роста,

  • продолжительность жизни,

  • рождаемость,

  • смертность»

Обилие популяции отражается в численности особей популяции или в ее общей биомассе. Однако на практике особенно в отношении животных удобнее использовать в качестве показателя обилия плотность.

(запись в тетрадь)

«Плотность популяции - число особей, или их биомасса, которая приходятся на единицу площади или объема жизненного пространства»

Например, 300 кг рыбы на 1 га поверхности водоема, 400 деревьев на 1 га леса. Значение плотности важно при изучении динамики популяций, так как это дает представление об изменении численности во времени.

«Рождаемость число новых особей, включая яйца и семена, которые родились, вылупились или были отложены в популяции за конкретный промежуток времени»

Рождаемостью определяется способность особей популяции к увеличению численности посредством размножения.

Рождаемость


максимальная экологическая

абсолютная физиологическая

Абсолютная рождаемость – это теоретический показатель, который соответствует максимуму скорости появления новых особей в идеальных условиях при отсутствии действия внешних факторов, которые сдерживают процесс размножения. Максимальная рождаемость определяется физиологической плодовитостью самок, т.е. количеством потомства, которое они могут произвести одновременно. Экологическая рождаемость – это реальное количество приведенного потомства. По этой рождаемости судят о скорости возрастания численности популяции под действием фактически сложившихся условий.

Под действием экологических факторов рождаемость постоянно варьирует. У видов, которые не заботятся о потомстве, отмечается высокая физиологическая и низкая экологическая рождаемость. Это характерно для большинства рыб и земноводных, которые выметывают в толщу воды тысячи и миллионы икринок, а выходят из них всего лишь десятки или даже единицы особей. Чем более ярко выражена забота о потомстве, тем более близки значения абсолютной и экологической рождаемости.

«Животные, которые не заботятся о потомстве»


«Животные, которые проявляют заботу о потомстве»


Со временем группа особей в популяции, родившаяся в один период, постепенно отмирает. Скорость отмирания характеризуется таким показателем как смертность. По смертности определяют численность популяции, а также продолжительность жизни ее особей: чем меньше смертность, тем больше средняя продолжительность жизни, и наоборот.

(запись в тетрадь)

«Смертность – количество особей погибших за определенный период времени»

Возрастная структура популяции отражается в соотношении различных возрастных групп особей в популяции, которое называют возрастным распределением популяции.Возрастная структура напрямую зависит от смертности и рождаемости в популяции. Со временем возрастная структура популяции может значительно изменятся, однако в этом случае срабатывают механизмы, которые возвращают популяцию, к свойственному для нее, распределению особей различных возрастных групп. Чем больше разных возрастных групп содержится в популяции, тем меньше она подвержена факторам, от которых зависит размножение в конкретном году. Анализ возрастной структуры популяций имеет широкое практическое значение, так как это позволяет прогнозировать ловлю рыбы, охоту на животных, вырубку деревьев.

(запись в тетрадь)

«Возрастная структура популяции - соотношение различных возрастных групп особей в популяции»

Популяция не является статичной системой, в ней постоянно происходят изменения, т.е. она является системой динамичной. (запись в тетрадь) Динамика популяции – это процессы изменения основных биологических показателей во времени. В основном динамика зависит от смертности, рождаемости и возрастной структуры популяции. Стоит отметить, что динамика не отражается изменением только одного из показателей.

Рост численности популяции является значимым процессом динамики, который четко прослеживается, например, при освоении новых местообитаний. В зависимости от возрастной структуры характер роста может быть быстрым, что соответствует популяциям с простой возрастной структурой, или плавным, соответствующим популяциям сложной возрастной структуры. В обоих случаях рост популяции длится до тех пор, пока не начнут действовать факторы, сдерживающие этот рост. В итоге популяция приходит к состоянию равновесия, которое может поддерживаться неопределенно долгое время.

В состоянии равновесия происходят некоторые колебания численности в одну или другую сторону. Эти изменения численности зачастую связаны с цикличными изменениями условий жизни. В этом случае у популяций наблюдаются правильные циклические колебания численности. Классическим примером таких колебаний являются периодические вспышки численности саранчи.


Кроме внешних факторов, влияющих на численность популяции, существуют некие внутренние, которые заключаются во внутренних регуляторах самих организмов. Это проявляется в том, что, например, при высокой численности некоторые животные начинают погибать от непонятных причин, или же при малой численности половое созревание особей может наступать быстрее, чем обычно.

«Факторы влияющие на численность популяции:

  • не зависящие от плотности популяции;

  • зависящие от плотности популяции (регуляторные или управляющие плотностью)»

Регуляторные механизмы не обязательно нормализируют численность популяции, иногда они приводят к циклическим колебаниям и в стабильных условиях жизни.

Задание: составить опорный конспект по данной теме.

Ответить на вопросы:

1. В одном озере живут окуни, ерши, караси, щуки, плотва. В соседнем изолированном от первого водоеме обитают окуни, щуки, судаки, лещи, плотва. Сколько видов и сколько популяций населяют оба водоема?

2. В чем состоит практическое значение изучения популяций? Приведите примеры.

3.Какую роль в изменении плотности популяции играют абиотические и биотические факторы? Расскажите об известных вам сезонных изменениях численности популяций животных и растений.

Одиннадцатый класс (класс 11) Сообщества, группы населения и экосистемы Вопросы для тестов и рабочих листов

Вы можете создавать печатные тесты и рабочие листы из этих 11 класс Сообщества, популяции и экосистемы вопроса! Выберите один или несколько вопросов, установив флажки над каждым вопросом. Затем нажмите кнопку добавить выбранные вопросы к тесту перед переходом на другую страницу.

Выбрать все вопросы Какой сценарий лучше всего иллюстрирует концепцию несущей способности?
  1. Экспоненциальный рост популяции плодовой мухи продолжает увеличиваться и в конечном итоге удвоится через десять дней.
  2. Экспоненциальный рост муравьев резко возрастает, когда их виды-конкуренты вынуждены перемещаться из-за потери среды обитания.
  3. Логистический рост популяции жирафов продолжает снижаться из-за увеличения количества хищников.
  4. Логистический рост популяции кроликов стабилизировался, потому что популяция достигла максимальной численности, которую может поддерживать этот район.
Какой список уровней организации в экосистеме в правильном порядке?
  1. население, сообщество, экосистема, индивидуум
  2. сообщество, популяция, экосистема, индивидуум
  3. индивидуум, сообщество, популяция, экосистема
  4. индивидуум, популяция, сообщество, экосистема
Что такое население?
  1. общее количество определенного вида на территории
  2. все биотические и абиотические факторы в районе
  3. все виды в районе
  4. группа из нескольких экосистем
Что такое распространение видов?
  1. количество людей в локации
  2. где в экосистеме находятся особи
  3. промежутки между людьми в экосистемах
  4. количество местообитаний на одной территории
Что такое изобилие?
  1. количество людей в локации
  2. где в экосистеме находятся особи
  3. промежутки между людьми в экосистемах
  4. количество местообитаний на одной территории

населения экология | Определение, характеристики, значение и примеры

Экология населения , изучение процессов, влияющих на распределение и численность популяций животных и растений.

гну обыкновенная

Стадо гну обыкновенного ( Connochaetes taurinus ) мигрирует через пыльную саванну в Африке. Это животное является ключевым видом (то есть видом, оказывающим непропорционально большое влияние на его биологическое сообщество) на равнинах и в экосистемах саванн с акацией от юго-востока Африки до центральной Кении.

© Урядников Сергей / Shutterstock.com

Популяция - это подмножество особей одного вида, которые занимают определенную географическую территорию и у видов, размножающихся половым путем, скрещиваются между собой.Географические границы популяции легко установить для одних видов, но сложнее для других. Например, растения или животные, населяющие острова, имеют географический ареал, определяемый периметром острова. Напротив, некоторые виды рассеяны по огромным просторам, и границы местных популяций определить труднее. Существует континуум от закрытых популяций, которые географически изолированы от других популяций того же вида и не имеют обмена с ними, до открытых популяций, которые демонстрируют разную степень связанности.

Генетическая изменчивость в пределах местных популяций

У видов, размножающихся половым путем, каждая местная популяция содержит определенную комбинацию генов. В результате вид - это совокупность популяций, которые генетически отличаются друг от друга в большей или меньшей степени. Эти генетические различия проявляются в различиях между популяциями по морфологии, физиологии, поведению и жизненному циклу; другими словами, генетические характеристики (генотип) влияют на выраженные или наблюдаемые характеристики (фенотип).Естественный отбор изначально действует на фенотипическом уровне отдельного организма, отдавая предпочтение или дискриминируя индивидов на основе их выраженных характеристик. Генофонд (общая совокупность генов в популяции в определенное время) подвергается воздействию, поскольку организмы с фенотипами, совместимыми с окружающей средой, с большей вероятностью выживут в течение более длительных периодов времени, в течение которых они могут воспроизводиться чаще и передавать больше их гены.

Степень генетической изменчивости внутри местных популяций сильно различается, и большая часть дисциплины природоохранной биологии связана с поддержанием генетического разнообразия внутри популяций растений и животных и между ними.Некоторые небольшие изолированные популяции бесполых видов часто имеют небольшие генетические вариации среди индивидуумов, тогда как большие половые популяции часто имеют большие вариации. За это разнообразие ответственны два основных фактора: способ воспроизводства и размер популяции.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Влияние способа воспроизводства: половой и бесполый

В сексуальных популяциях гены рекомбинируются в каждом поколении, что может привести к появлению новых генотипов.Потомство у большинства половых видов наследует половину генов от матери, а половину - от отца, и поэтому их генетический состав отличается от родителей или любого другого человека в популяции. У видов, размножающихся как половым, так и бесполым путем, мутации являются единственным наиболее важным источником генетической изменчивости. Новые благоприятные мутации, которые первоначально появляются у отдельных особей, могут со временем рекомбинироваться многими способами в пределах половой популяции.

Напротив, потомство бесполого человека генетически идентично своему родителю.Единственный источник новых комбинаций генов в бесполых популяциях - это мутации. Бесполые популяции накапливают генетические вариации только с той скоростью, с которой их гены мутируют. Благоприятные мутации, возникающие у разных бесполых индивидуумов, не имеют возможности рекомбинировать и в конечном итоге появляться вместе у какого-либо одного индивидуума, как это происходит в сексуальных популяциях.

Влияние размера популяции

В течение длительных периодов времени генетическая изменчивость легче поддерживается в больших популяциях, чем в маленьких популяциях.Из-за эффектов случайного генетического дрейфа генетическая черта может быть потеряна у небольшой популяции относительно быстро ( см. биосфера: процессы эволюции). Например, у многих популяций есть две или более формы гена, которые называются аллелями. В зависимости от того, какой аллель унаследовал индивид, будет получен определенный фенотип. Если популяции останутся небольшими в течение многих поколений, они могут случайно потерять все, кроме одной формы каждого гена.

Эта потеря аллелей происходит из-за ошибки выборки.Во время спаривания люди обмениваются генами. Представьте себе, что изначально половина населения имеет одну форму определенного гена, а другая половина населения имеет другую форму гена. Случайно в небольшой популяции обмен генами может привести к тому, что все люди следующего поколения будут иметь один и тот же аллель. Единственный способ для этой популяции снова содержать вариацию этого гена - это мутация гена или иммиграция особей из другой популяции ( см. эволюция: генетическая изменчивость в популяциях).

Сведение к минимуму потери генетической изменчивости в небольших популяциях - одна из основных проблем, стоящих перед биологами-экологами. Среда постоянно меняется, и естественный отбор постоянно сортирует генетические вариации, обнаруживаемые в каждой популяции, отдавая предпочтение тем особям с фенотипами, которые лучше всего подходят для текущей среды. Таким образом, естественный отбор постоянно работает над уменьшением генетической изменчивости внутри популяций, но популяции рискуют исчезнуть без генетической изменчивости, которая позволяет популяциям эволюционно реагировать на изменения в физической среде, заболеваниях, хищниках и конкурентах.

Бесплатные карточки по биологии по биологии 11 7-8-9

Вопрос Ответ
Адаптация Структура, поведение или физиологический процесс, который помогает организму выживать и воспроизводиться в конкретной среде
Адаптивное излучение Диверсификация общего предкового вида на множество по-разному адаптированных видов
аллопатрическое видообразование видообразование, при котором популяция разделена на две или более изолированные группы географическим барьером; также называется географическим видообразованием
Аналогичная структура Структуры организмов, которые не имеют общего эволюционного происхождения, но выполняют аналогичные функции
Искусственный отбор селективное давление, оказываемое людьми на популяции с целью улучшения или модификации особенно желаемых черты
Биогеография изучение прошлого и настоящего географического распределения популяций видов
Биотехнология Использование технологий и организмов для производства полезных продуктов
Эффект узкого места изменения в распределении генов, которые в результате быстрого уменьшения численности популяции
Катастрофизм идея о том, что катастрофы, такие как наводнения, болезни и засухи, периодически уничтожают виды, живущие в определенном регионе, что позволяет видам из соседних регионов снова пополняться. конец области
Конвергентная эволюция Модель эволюции, в которой возникают сходные черты, потому что разные виды независимо адаптировались к сходным условиям окружающей среды
Происхождение с модификацией Теория Дарвина о том, что естественный отбор не демонстрирует прогресса, но просто является результатом способности вида выживать в местных условиях в определенное время
Направленный отбор естественный отбор, который отдает предпочтение фенотипам в одном крайнем положении по сравнению с другим, что приводит к смещению кривой распределения фенотипов в сторону этого крайнего значения
Разрушающий (диверсифицирующий) отбор естественный отбор, благоприятствующий крайним значениям ряда фенотипов, а не промежуточным фенотипам; этот тип отбора может привести к устранению промежуточных фенотипов
Дивергентная эволюция Модель эволюции, в которой виды, которые когда-то были похожи на предковые виды, расходятся или становятся все более самостоятельными
Экологическая ниша экологическая роль и физическое распределение вида в окружающей среде
Эмбриология изучение ранних, предродовых стадий развития организма
Эволюция процесс генетических изменений в популяции с течением времени
Вымерший описывает вид, который полностью исчез с Земли
Пригодность способность организма производить жизнеспособное потомство, способное дожить до следующего поколения
Летопись окаменелостей останки и следы Прошлая жизнь, которая находится в s эдиментарная порода; он раскрывает историю жизни на Земле и виды организмов, которые были живы в прошлом
Эффект основателя изменение генофонда, которое происходит, когда несколько человек создают новую изолированную популяцию
Поток генов чистое перемещение аллелей из одной популяции в другую из-за миграции людей
Genetic Drift изменение частот аллелей из-за случайных событий в племенной популяции
Gradualism модель эволюция, которая рассматривает эволюционные изменения как медленные и устойчивые, до и после расхождения
Гомологическая структура структуры, которые имеют похожие структурные элементы и происхождение, но могут иметь другую функцию
Наследование приобретенных характеристик характеристики, приобретенные в течение жизни организма, могут быть переданы на свое потомство
Мимикрия структурная адаптация, при которой безвредный вид напоминает вредный вид по окраске или структуре
Монокультура сельскохозяйственная практика посадки больших площадей однородных разновидностей одного и того же вида.
Мутация постоянное изменение генетического материала организма; единственный источник новых генетических вариаций
Естественный отбор Процесс, посредством которого характеристики популяции меняются на протяжении многих поколений, когда организмы с наследственными признаками выживают и воспроизводятся, передавая свои признаки потомству
Неслучайное спаривание спаривания между особями на основе выбора партнера для определенного фенотипа или из-за инбридинга
Палеонтология Изучение древней жизни через исследование окаменелостей
Постзиготический изолирующий механизм барьер, предотвращающий гибридные зиготы превращаются в жизнеспособных плодородных особей; также называется барьером после оплодотворения
Презиготический изолирующий механизм барьер, который либо препятствует спариванию между видами, либо препятствует оплодотворению яиц, если особи разных видов пытаются спариваться; также называется барьером перед оплодотворением
Прерывистое равновесие Модель эволюции, которая рассматривает эволюционную историю как длительные периоды застоя или равновесия, прерываемые периодами дивергенции
Избирательное преимущество генетическое преимущество, которое повышает шансы организма на выживание, обычно в изменяющейся окружающей среде
Селективное давление Условия окружающей среды, которые выбирают определенные характеристики особей и отбирают другие характеристики
Половой отбор естественный отбор для спаривания в целом , о конкуренции между самцами и выборе, сделанном самками
Видообразование формирование новых видов из существующих
Стабилизирующий отбор естественный отбор, который благоприятствует промежуточным фенотипам и действует против экстремальных разновидностей iants
Выживание наиболее приспособленных идея о том, что наиболее приспособленные организмы оставляют наибольшее количество потомков, поэтому эти организмы побеждают в борьбе за выживание; фраза, придуманная Джоном Спенсером
Симпатрическое видообразование видообразование, при котором популяции в пределах одних и тех же географических областей расходятся и становятся репродуктивно изолированными
Теория В науке теория - это набор принципов, которые объясняют и предсказывают явления.Все теории в науке основаны на огромном количестве наблюдаемых данных
Теория эволюции путем естественного отбора теория, объясняющая, как жизнь изменялась и продолжает меняться на протяжении истории Земли
Переходные ископаемые a окаменелость, которая показывает промежуточные связи между группами организмов и имеет общие характеристики для двух теперь отдельных групп
Униформитаризм Теория Чарльза Лайелла (основанная на теории Хаттона) о том, что в прошлом геологические процессы протекали с той же скоростью, что и сегодня
Вариация различия между людьми, которые могут быть структурными, функциональными или физиологическими
Рудиментарная структура структура, которая является сокращенной версией структуры, которая была функциональной у предков организма

Популяционная экология | Биология для майоров II

Обсудить масштабы и изучение популяционной экологии

Представьте, что вы плывете по реке на небольшой моторной лодке днем ​​в выходные дни; вода гладкая, и вы наслаждаетесь теплым солнцем и прохладным бризом, как вдруг вас ударил 20-фунтовый толстолобик по голове.Сейчас это представляет опасность для многих рек и систем каналов в Иллинойсе и Миссури из-за присутствия азиатского карпа.

Рис. 1. Азиатский карп выпрыгивает из воды во время электролова. Азиатский карп на врезке был выловлен в реке Литтл Калумет в штате Иллинойс в мае 2010 года с использованием ротенона, токсина, часто используемого в качестве инсектицида, с целью узнать больше о популяции этого вида. (основное изображение кредита: изменение работы Геологической службы США; вкладка кредита: изменение работы лейтенантаДэвид Френч, USCG)

Эта рыба - на самом деле группа видов, включая серебристого, черного, злакового и крупноголового карпа - разводилась и употреблялась в пищу в Китае более 1000 лет. Это один из важнейших пищевых ресурсов аквакультуры во всем мире. В Соединенных Штатах, однако, азиатский карп считается опасным инвазивным видом, который нарушает структуру и состав сообщества до такой степени, что угрожает местным видам.

Цели обучения

  • Опишите, как экологи измеряют размер и плотность населения
  • Определение методов, используемых для изучения изменений численности населения во времени
  • Опишите, как естественный отбор влияет на модели жизненного цикла.
  • Объясните характеристики и различия между экспоненциальными и логистическими моделями роста
  • Сравните и сопоставьте регулирование роста, зависящее от плотности, и регулирование роста, не зависящее от плотности
  • Сравните и сопоставьте K -выбранные и r -выбранные виды
  • Обсудите, как человечество изменилось с течением времени

Демография населения

Популяции - это динамические сущности.Популяции состоят из всех видов, обитающих на определенной территории, а численность популяций колеблется в зависимости от ряда факторов: сезонных и ежегодных изменений окружающей среды, стихийных бедствий, таких как лесные пожары и извержения вулканов, а также конкуренции за ресурсы между видами и внутри них. Статистическое исследование динамики популяции, демография, использует ряд математических инструментов для изучения того, как популяции реагируют на изменения в их биотической и абиотической среде. Многие из этих инструментов изначально были разработаны для изучения популяций людей.Например, таблицы дожития, в которых подробно описывается ожидаемая продолжительность жизни отдельных лиц в составе населения, изначально были разработаны компаниями по страхованию жизни для определения страховых ставок. Фактически, хотя термин «демография» обычно используется при обсуждении людей, с помощью этого подхода можно изучать все живые популяции.

Размер и плотность населения

Изучение любой популяции обычно начинается с определения того, сколько существует особей определенного вида и насколько тесно они связаны друг с другом.В пределах конкретной среды обитания популяция может быть охарактеризована ее размером популяции ( N ), общим числом особей и ее плотностью популяции, числом особей в пределах определенной области или объема. Размер и плотность населения - две основные характеристики, используемые для описания и понимания популяций. Например, популяции с большим количеством особей могут быть более стабильными, чем небольшие популяции, на основании их генетической изменчивости и, следовательно, их способности адаптироваться к окружающей среде.С другой стороны, представителю популяции с низкой плотностью населения (более рассредоточенной по среде обитания) может быть труднее найти партнера для воспроизводства по сравнению с популяцией с более высокой плотностью. Как показано на Рисунке 2 ниже, более мелкие организмы, как правило, более плотно распределены, чем более крупные организмы.

Рис. 2. Австралийские млекопитающие демонстрируют типичную обратную зависимость между плотностью популяции и размером тела.

Практический вопрос

Как видно из этого графика, плотность населения обычно уменьшается с увеличением размера тела.Как вы думаете, почему это так?

Покажи ответ

Более мелким животным требуется меньше еды и других ресурсов, поэтому окружающая среда может поддерживать их большее количество.

Методы исследования населения

Рис. 3. Ученый использует квадраты для измерения размера и плотности населения. (кредит: NPS Sonoran Desert Network)

Самый точный способ определить размер популяции - просто подсчитать всех особей в среде обитания. Однако этот метод часто неосуществим с логистической или экономической точки зрения, особенно при изучении крупных местообитаний.Таким образом, ученые обычно изучают популяции, отбирая репрезентативную часть каждой среды обитания и используя эти данные, чтобы делать выводы о среде обитания в целом. Для выборки популяций с целью определения их размера и плотности могут использоваться различные методы. Для неподвижных организмов, таких как растения, или для очень маленьких и медленно движущихся организмов можно использовать квадраты. Квадрат - это способ обозначить квадратные области в пределах среды обитания, либо путем разметки участка палками и веревкой, либо с помощью деревянного, пластикового или металлического квадрата, помещенного на землю.После установки квадратов исследователи подсчитывают количество особей, находящихся в пределах их границ. Множественные пробы квадратов выполняются по всей среде обитания в нескольких случайных местах. Все эти данные затем можно использовать для оценки размера и плотности популяции во всей среде обитания. Количество и размер выборок квадратов зависит от типа исследуемых организмов и других факторов, включая плотность организма. Например, при взятии проб нарциссов можно использовать квадрат размером 1 м 2 , тогда как для гигантских секвой, которые больше и живут намного дальше друг от друга, можно использовать квадраты большего размера в 100 м 2 .Это гарантирует, что будет подсчитано достаточное количество особей вида, чтобы получить точную выборку, которая коррелирует с местом обитания, включая районы, в которых образцы не были взяты.

Для мобильных организмов, таких как млекопитающие, птицы или рыбы, часто используется метод, называемый меткой и повторной поимкой. Этот метод включает в себя пометку отловленных животных каким-либо образом (например, бирки, ленты, краски или другие отметки на теле), а затем выпуск их обратно в окружающую среду, чтобы они могли смешаться с остальной популяцией; позже собирается новая выборка, включая некоторых особей, которые помечены (повторно отловлены), и некоторых особей, которые не отмечены.

Рис. 4. Метка и повторная поимка используются для измерения размера популяции мобильных животных, таких как (а) снежный баран, (б) калифорнийский кондор и (в) лосось. (кредит а: модификация работы Нила Герберта, NPS; кредит b: модификация работы Тихоокеанского юго-западного региона USFWS; кредит c: модификация работы Ингрид Тайлар)

Используя соотношение отмеченных и немаркированных особей, ученые определяют, сколько особей находится в выборке. Исходя из этого, вычисления используются для оценки общей численности населения.Этот метод предполагает, что чем больше популяция, тем ниже процент помеченных организмов, которые будут отловлены повторно, поскольку они смешались с большим количеством немаркированных особей. Например, если отловлено, помечено и выпущено в лес 80 оленей, а затем отловлено 100 оленей и 20 из них уже помечены, мы можем определить размер популяции ( N ), используя следующее уравнение:

[латекс] \ displaystyle \ frac {\ text {число, отмеченное первым уловом} \ times \ text {общее количество второго улова}} {\ text {число, отмеченное вторым уловом}} = N [/ latex]

В нашем примере численность популяции оценивается в 400:

.

[латекс] \ displaystyle \ frac {80 \ times {100}} {20} = 400 [/ латекс]

Таким образом, в исходной популяции насчитывается около 400 особей.

Есть некоторые ограничения для метода метки и повторной поимки. Некоторые животные из первого улова могут научиться избегать поимки во втором раунде, таким образом завышая оценки популяции. В качестве альтернативы, животные могут быть предпочтительно повторно пойманы (особенно если предлагается еда), что приведет к недооценке численности популяции. Кроме того, некоторые виды могут пострадать из-за техники маркировки, что снижает их выживаемость. Был разработан целый ряд других методов, включая электронное слежение за животными, помеченными радиопередатчиками, и использование данных коммерческого рыболовства и операций по отлову в ловушку для оценки размера и состояния здоровья популяций и сообществ.

Распространение видов

Помимо измерения простой плотности, дополнительную информацию о популяции можно получить, посмотрев на распределение особей. Модели дисперсии видов (или модели распределения) показывают пространственные отношения между членами популяции в среде обитания в определенный момент времени. Другими словами, они показывают, живут ли представители вида близко друг к другу или далеко друг от друга, и какие закономерности проявляются, когда они находятся на некотором расстоянии друг от друга.

Индивидуумы в популяции могут быть более или менее равномерно распределены друг от друга, рассредоточены случайным образом без предсказуемой структуры или сгруппированы в группы. Они известны как равномерная, случайная и слипшаяся дисперсия соответственно. Равномерная дисперсия наблюдается у растений, которые выделяют вещества, подавляющие рост ближайших особей (например, высвобождение токсичных химикатов шалфеем Salvia leucophylla, явление, называемое аллелопатией), и у животных, таких как пингвин, которые занимают определенную территорию.Пример случайного распространения происходит с одуванчиком и другими растениями, у которых есть разносимые ветром семена, которые прорастают везде, где они упадут в благоприятной окружающей среде. Слипшуюся дисперсию можно увидеть у растений, которые бросают семена прямо на землю, таких как дубы или животных, которые живут группами (косяки рыб или стада слонов). Сгруппированные дисперсии также могут быть функцией неоднородности среды обитания. Таким образом, рассредоточение особей в популяции дает больше информации о том, как они взаимодействуют друг с другом, чем простое измерение плотности.Подобно тому, как виды с более низкой плотностью могут иметь больше трудностей с поиском партнера, у одиночных видов со случайным распределением могут возникнуть аналогичные трудности по сравнению с социальными видами, собранными вместе в группы.

Рис. 5. Виды могут иметь равномерное, случайное или групповое распределение. Территориальные птицы, такие как пингвины, обычно имеют равномерное распределение. Такие растения, как одуванчики с рассеянными ветром семенами, как правило, расположены беспорядочно. Животные, такие как слоны, которые путешествуют группами, демонстрируют групповое распределение.(кредит a: модификация работы Бена Табби; кредит b: модификация работы Rosendahl; кредит c: модификация работы Ребекки Вуд)

Демография

Хотя размер и плотность населения описывают популяцию в определенный момент времени, ученые должны использовать демографию для изучения динамики популяции. Демография - это статистическое исследование изменений населения во времени: рождаемости, смертности и продолжительности жизни. На каждую из этих мер, особенно на уровень рождаемости, могут влиять описанные выше характеристики населения.Например, большой размер популяции приводит к более высокому уровню рождаемости, потому что присутствует больше потенциально репродуктивных особей. Напротив, большая численность населения может также привести к более высокому уровню смертности из-за конкуренции, болезней и накопления отходов. Точно так же более высокая плотность населения или сгруппированная модель расселения приводит к большему количеству потенциальных репродуктивных контактов между людьми, что может увеличить рождаемость. Наконец, смещенное к женщинам соотношение полов (соотношение мужчин и женщин) или возрастная структура (доля членов населения в определенных возрастных диапазонах), состоящая из многих лиц репродуктивного возраста, может повысить уровень рождаемости.

Кроме того, демографические характеристики населения могут влиять на то, как население растет или сокращается с течением времени. Если показатели рождаемости и смертности равны, численность населения остается стабильной. Однако численность населения увеличится, если уровень рождаемости превысит уровень смертности; численность населения будет уменьшаться, если рождаемость будет ниже смертности. Продолжительность жизни - еще один важный фактор; Продолжительность пребывания людей в популяции влияет на местные ресурсы, воспроизводство и общее состояние здоровья населения.Эти демографические характеристики часто отображаются в виде таблицы дожития.

Таблицы долговечности

Таблицы дожития предоставляют важную информацию об истории жизни организма. Таблицы дожития делят население на возрастные группы и часто по полу, и показывают, сколько, вероятно, проживет член этой группы. Они созданы на основе актуарных таблиц, используемых страховой отраслью для оценки продолжительности жизни человека. Таблицы дожития могут включать вероятность смерти людей до следующего дня рождения (т.е., их уровень смертности (), процент выживших людей, умирающих в определенном возрастном интервале, и их ожидаемая продолжительность жизни в каждом интервале. Пример таблицы дожития показан в таблице 1 по результатам исследования горных баранов Далла, вида, обитающего на северо-западе Северной Америки. Обратите внимание, что население разделено на возрастные интервалы (столбец A). Уровень смертности (на 1000 человек), показанный в столбце D, основан на делении числа людей, умерших в течение возрастного интервала (столбец B) на количество людей, выживших в начале интервала (столбец C), умноженном на 1000. .

[латекс] \ displaystyle \ text {коэффициент смертности} = \ frac {\ text {количество умерших людей}} {\ text {количество выживших людей}} \ times {N} [/ latex]

Например, в возрасте от трех до четырех лет умирают 12 особей из 776, оставшихся от первоначальной 1000 овец. Затем это число умножается на 1000, чтобы получить коэффициент смертности на тысячу.

[латекс] \ displaystyle \ text {коэффициент смертности} = \ frac {12} {776} \ times {1000} \ приблизительно {15.5} [/ latex]

Как видно из данных об уровне смертности (столбец D), высокий уровень смертности имел место в возрасте от 6 до 12 месяцев, а затем увеличился еще больше от 8 до 12 лет, после чего оставалось мало выживших.Данные показывают, что если бы овца в этой популяции дожила до одного года, можно было ожидать, что она проживет в среднем еще 7,7 лет, как показано цифрами ожидаемой продолжительности жизни в столбце E.

Таблица 1. Таблица продолжительности жизни горных баранов Далла
Возрастной интервал (лет) Число умерших в возрастном интервале из 1000 рожденных Число доживших до начала возрастного интервала из 1000 рожденных Смертность на 1000 живущих в начале возрастного интервала Ожидаемая продолжительность жизни или средняя продолжительность жизни, оставшаяся до тех, кто достигнет возрастного интервала
0–0.5 54 1000 54,0 7,06
0,5–1 145 946 153,3
1-2 12 801 15,0 7,7
2–3 13 789 16,5 6,8
3–4 12 776 15,5 5,9
4–5 30 764 39.3 5,0
5–6 46 734 62,7 4,2
6–7 48 688 69,8 3,4
7–8 69 640 107,8 2,6
8–9 132 571 231,2 1,9
9–10 187 439 426.0 1,3
10–11 156 252 619,0 0,9
11–12 90 96 937,5 0,6
12–13 3 6 500,0 1,2
13–14 3 3 1000 0,7

Кривые выживаемости

Рисунок 6.Кривые выживаемости показывают распределение людей в популяции по возрасту. У людей и большинства млекопитающих есть кривая выживаемости типа I, потому что смерть в основном наступает в пожилом возрасте. Птицы имеют кривую выживаемости типа II, поскольку вероятность смерти в любом возрасте одинакова. У деревьев есть кривая выживаемости типа III, потому что очень немногие выживают в молодые годы, но после определенного возраста у людей гораздо больше шансов выжить.

Другой инструмент, используемый популяционными экологами, - это кривая выживаемости , которая представляет собой график зависимости числа выживших особей в каждом возрастном интервале от времени (обычно с данными, собранными из таблицы выживаемости).Эти кривые позволяют сравнивать истории жизни разных популяций. Люди и большинство приматов демонстрируют кривую выживаемости типа I, потому что высокий процент потомства доживает до своего раннего и среднего возраста - смерть происходит преимущественно у пожилых людей. Эти типы видов обычно имеют небольшое количество потомков за один раз, и они уделяют большое внимание родительской заботе, чтобы обеспечить их выживание. Птицы являются примером кривой выживаемости среднего или второго типа, поскольку птицы умирают более или менее одинаково в каждом возрастном интервале.Эти организмы также могут иметь относительно небольшое количество потомства и обеспечивать значительную родительскую заботу. Деревья, морские беспозвоночные и большинство рыб демонстрируют кривую выживаемости типа III, потому что очень немногие из этих организмов выживают в молодые годы; однако те, кто доживет до преклонного возраста, с большей вероятностью выживут в течение относительно длительного периода времени. У организмов этой категории обычно очень большое количество потомков, но когда они рождаются, родительская забота оказывается незначительной. Таким образом, это потомство «само по себе» и уязвимо для хищников, но их огромное количество гарантирует выживание достаточного количества особей для сохранения вида.

Истории жизни и естественный отбор

История жизни вида описывает серию событий на протяжении его жизни, например, как ресурсы распределяются для роста, поддержания и воспроизводства. Черты жизненного цикла влияют на жизненный цикл организма. История жизни вида генетически детерминирована и сформирована окружающей средой и естественным отбором.

Образцы жизненного цикла и энергетические бюджеты

Энергия требуется всем живым организмам для их роста, поддержания и воспроизводства; в то же время энергия часто является основным ограничивающим фактором в определении выживания организма.Растения, например, получают энергию от солнца посредством фотосинтеза, но должны расходовать эту энергию для роста, поддержания здоровья и производства богатых энергией семян для производства следующего поколения. Животные несут дополнительное бремя использования части своих энергетических резервов для получения пищи. Кроме того, некоторым животным приходится тратить энергию на заботу о своем потомстве. Таким образом, у всех видов есть энергетический бюджет : они должны сбалансировать потребление энергии с использованием энергии для обмена веществ, воспроизводства, родительской заботы и хранения энергии (например, медведи накапливают жир для зимней спячки).

Родительская забота и плодовитость

Плодовитость - это потенциальная репродуктивная способность особи в популяции. Другими словами, плодовитость описывает, сколько потомства можно было бы произвести в идеале, если бы у особи было как можно больше потомков, повторяя репродуктивный цикл как можно скорее после рождения потомства. У животных плодовитость обратно пропорциональна степени родительской заботы об отдельном потомстве. Виды, такие как многие морские беспозвоночные, производящие много потомства, обычно почти не заботятся о потомстве (в любом случае у них не было бы энергии или возможностей для этого).Большая часть их энергетического бюджета уходит на производство крошечного потомства. Животные с этой стратегией часто становятся самодостаточными в очень раннем возрасте. Это связано с тем, что эти организмы жертвуют энергией, чтобы максимизировать свою эволюционную приспособленность. Поскольку их энергия используется для производства потомства, а не для родительской заботы, логично, что это потомство имеет некоторую способность перемещаться в своей среде и находить пищу и, возможно, убежище. Даже с этими способностями, их небольшой размер делает их чрезвычайно уязвимыми для хищников, поэтому производство большого количества потомства позволяет их достаточному количеству выжить, чтобы поддерживать вид.

Виды животных, у которых мало потомства во время репродуктивного периода, обычно проявляют большую родительскую заботу, тратя большую часть своего энергетического бюджета на эту деятельность, иногда в ущерб собственному здоровью. Так обстоит дело со многими млекопитающими, такими как люди, кенгуру и панды. Потомки этих видов относительно беспомощны при рождении и нуждаются в развитии, прежде чем они достигнут самодостаточности.

Растения с низкой плодовитостью дают мало богатых энергией семян (таких как кокосы и каштаны), у каждого из которых есть хорошие шансы прорасти в новый организм; растения с высокой плодовитостью обычно имеют много мелких семян с низким энергопотреблением (например, орхидей), которые имеют относительно низкие шансы на выживание.Хотя может показаться, что кокосы и каштаны имеют больше шансов на выживание, энергетический обмен орхидеи также очень эффективен. Это вопрос того, где используется энергия, для большого количества семян или для меньшего количества семян с большей энергией.

Раннее и позднее воспроизведение

Время воспроизводства в истории жизни также влияет на выживание видов. У организмов, которые размножаются в раннем возрасте, больше шансов произвести потомство, но обычно это происходит за счет их роста и поддержания здоровья.И наоборот, организмы, которые начинают размножаться в более позднем возрасте, часто имеют большую плодовитость или лучше способны обеспечивать родительскую заботу, но они рискуют не дожить до репродуктивного возраста. Примеры этого можно увидеть на рыбах. Маленькие рыбки, такие как гуппи, используют свою энергию для быстрого размножения, но никогда не достигают размера, который мог бы защитить их от некоторых хищников. Более крупные рыбы, такие как синежабра или акула, используют свою энергию для достижения большого размера, но делают это с риском того, что они умрут, прежде чем смогут воспроизвести или, по крайней мере, воспроизвести свой максимум.Эти различные энергетические стратегии и компромиссы являются ключом к пониманию эволюции каждого вида, поскольку он максимизирует свою приспособленность и заполняет свою нишу. Что касается энергетического бюджета, некоторые виды «взорвали все» и тратят большую часть своих энергетических резервов на воспроизводство раньше, чем они умрут. Другие виды откладывают размножение, чтобы стать более сильными и опытными особями и убедиться, что они достаточно сильны, чтобы обеспечить родительскую заботу в случае необходимости.

Одно или несколько репродуктивных событий

Некоторые особенности жизненного цикла, такие как плодовитость, время размножения и родительская забота, могут быть сгруппированы вместе в общие стратегии, которые используются несколькими видами. Semelparity происходит, когда вид воспроизводится только один раз в течение своей жизни, а затем умирает. Такие виды используют большую часть своего бюджета ресурсов во время одного репродуктивного события, жертвуя своим здоровьем до такой степени, что они не выживают. Примерами семелпарита являются бамбук, который один раз зацветает, а затем умирает, и чавычи (рис. 7а), которые используют большую часть своих энергетических запасов для миграции из океана в свои пресноводные места гнездования, где они воспроизводятся и затем умирают. Ученые выдвинули альтернативные объяснения эволюционного преимущества пост-репродуктивной смерти чавычи: запрограммированное самоубийство, вызванное массовым выбросом кортикостероидных гормонов, предположительно для того, чтобы родители могли стать пищей для потомства, или простое истощение, вызванное энергетическими потребностями воспроизводства. ; они все еще обсуждаются.

Iteroparity описывает виды, которые многократно воспроизводятся в течение своей жизни. Некоторые животные могут спариваться только один раз в год, но переживают несколько брачных сезонов. Вилорогая антилопа является примером животного, которое входит в сезонный цикл течки («течка»): физиологическое состояние, вызванное гормонами, подготавливающее тело к успешному спариванию (рис. 7b). Самки этих видов спариваются только во время фазы течки цикла. Иная картина наблюдается у приматов, включая людей и шимпанзе, которые могут попытаться воспроизвести потомство в любое время репродуктивного возраста, даже несмотря на то, что их менструальный цикл делает беременность вероятной только несколько дней в месяц во время овуляции (рис. 7c).

Рис. 7. (a) Чавычи спариваются один раз и умирают. (B) вилорогие антилопы спариваются в определенное время года в течение репродуктивной жизни. Приматы, такие как люди и (c) шимпанзе, могут спариваться в любой день, независимо от овуляции. (кредит a: модификация работы Роджера Табора, USFWS; кредит b: модификация работы Марка Гоке, USDA; кредит c: модификация работы «Shiny Things» / Flickr)

Энергетические бюджеты, репродуктивные затраты и половой отбор у

Drosophila

В исследовании того, как животные распределяют свои энергетические ресурсы для роста, поддержания и воспроизводства, использовались различные экспериментальные модели животных.Часть этой работы была проделана с использованием обыкновенной плодовой мухи Drosophila melanogaster . Исследования показали, что не только продолжительность жизни самцов плодовых мух зависит от воспроизводства, но и у плодовых мушек, которые уже спаривались несколько раз, остается ограниченное количество сперматозоидов для воспроизводства. Плодовые мушки максимально увеличивают свои последние шансы на размножение, выбирая оптимальных партнеров.

В исследовании 1981 г. самцов плодовых мух помещали в вольеры с девственными или осемененными самками.Самцы, которые спаривались с девственными самками, имели более короткую продолжительность жизни, чем те, которые контактировали с таким же количеством осемененных самок, с которыми они не могли спариваться. Этот эффект имел место независимо от того, насколько крупными (с учетом возраста) были самцы. Таким образом, самцы, которые не спаривались, жили дольше, что давало им больше возможностей найти себе пару в будущем.

Более поздние исследования, проведенные в 2006 году, показывают, как самцы выбирают самку, с которой они будут спариваться, и как на это влияют предыдущие спаривания (Таблица 2).Самцам было разрешено выбирать между более мелкими и крупными самками. Результаты показали, что более крупные самки обладают большей плодовитостью, давая в два раза больше потомства за одно спаривание, чем более мелкие самки. Самцы, которые ранее спаривались и, следовательно, имели меньшее количество сперматозоидов, были названы «истощенными в ресурсах», в то время как самцы, которые не спаривались, были названы «неистощенными в ресурсах». Исследование показало, что, хотя самцы, не истощившие ресурсы, преимущественно спаривались с более крупными самками, этот выбор партнеров был более выражен у самцов, истощенных в ресурсах.Таким образом, самцы с истощенными запасами спермы, которые были ограничены по количеству спариваний, прежде чем они пополнили свой запас спермы, выбирали более крупных и плодородных самок, тем самым увеличивая свои шансы на потомство. Это исследование было одним из первых, показавших, что физиологическое состояние самца влияет на его брачное поведение таким образом, что явно максимизирует использование ограниченных репродуктивных ресурсов.

Таблица 2
Отношение крупных / мелких самок к спариванию
Без истощения сперматозоидов 8 ± 5
Истощение сперматозоидов 15 ± 5

Самцы плодовых мух, которые ранее спаривались (без сперматозоидов), выбирали более крупных и плодовитых самок чаще, чем те, которые не спаривались (без спермия).Это изменение поведения вызывает повышение эффективности ограниченного репродуктивного ресурса: спермы.

Эти исследования демонстрируют два способа, в которых энергетический бюджет является фактором воспроизводства. Во-первых, энергия, затрачиваемая на спаривание, может сократить продолжительность жизни животных, но к этому времени они уже воспроизводятся, поэтому в контексте естественного отбора эта ранняя смерть не имеет большого эволюционного значения. Во-вторых, когда ресурсы, такие как сперма (и энергия, необходимая для ее пополнения), недостаточны, поведение организма может измениться, чтобы дать ему наилучший шанс передать свои гены следующему поколению.Эти изменения в поведении, столь важные для эволюции, изучаются в дисциплине, известной как поведенческая биология или этология, на стыке популяционной биологии и психологии.

РЕЗЮМЕ: ИСТОРИЯ ЖИЗНИ И ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЫБОРКА

Все виды развили образ жизни, называемый стратегией жизненного цикла, в которой они распределяют энергию для роста, поддержания и воспроизводства. Эти модели развиваются в результате естественного отбора; они позволяют видам адаптироваться к окружающей среде, чтобы получить ресурсы, необходимые для успешного воспроизводства.Между плодовитостью и родительской заботой существует обратная зависимость. Виды могут размножаться в раннем возрасте, чтобы обеспечить дожитие до репродуктивного возраста, или воспроизводиться в более позднем возрасте, чтобы стать крупнее и здоровее и лучше обеспечивать родительскую заботу. Вид может воспроизводиться один раз (семеларность) или много раз (итеропарность) в течение своей жизни.

Экологические ограничения роста населения

Хотя истории жизни описывают то, как многие характеристики населения (например, их возрастная структура) в общих чертах меняются с течением времени, популяционные экологи используют различные методы для математического моделирования динамики популяции.Эти более точные модели затем можно использовать для точного описания изменений, происходящих в популяции, и более точного прогнозирования будущих изменений. Некоторые модели, которые были приняты на протяжении десятилетий, в настоящее время модифицируются или даже отказываются от них из-за отсутствия у них предсказательной способности, и ученые стремятся создать новые эффективные модели.

Экспоненциальный рост

Чарльз Дарвин в своей теории естественного отбора находился под сильным влиянием английского священнослужителя Томаса Мальтуса. Мальтус опубликовал книгу в 1798 году, в которой утверждалось, что население с неограниченными природными ресурсами растет очень быстро, а затем рост населения уменьшается по мере истощения ресурсов.Эта ускоряющаяся модель увеличения численности населения называется экспоненциальным ростом .

Лучший пример экспоненциального роста наблюдается у бактерий. Бактерии - это прокариоты, которые размножаются прокариотическим делением. Для многих видов бактерий это деление занимает около часа. Если 1000 бактерий поместить в большую колбу с неограниченным запасом питательных веществ (чтобы питательные вещества не истощились), через час происходит один раунд деления, и каждый организм делится, в результате чего образуется 2000 организмов - увеличение на 1000.Через час каждый из 2000 организмов удвоится, произведя 4000, то есть на 2000 организмов больше. По истечении третьего часа в колбе должно быть 8000 бактерий, то есть на 4000 организмов больше. Важная концепция экспоненциального роста состоит в том, что темп роста населения - количество организмов, добавляемых в каждое репродуктивное поколение - ускоряется; то есть он увеличивается со все большей и большей скоростью. После 1 дня и 24 таких циклов население увеличилось бы с 1000 до более чем 16 миллиардов.Когда размер популяции N наносится на график во времени, получается J-образная кривая роста (Рисунок 8).

Рис. 8. Когда ресурсы неограничены, население демонстрирует экспоненциальный рост, в результате чего получается J-образная кривая. Когда ресурсы ограничены, население демонстрирует логистический рост. При логистическом росте рост населения уменьшается по мере того, как ресурсы становятся дефицитными, и выравнивается, когда достигается несущая способность окружающей среды, что приводит к S-образной кривой.

Пример с бактериями не является репрезентативным для реального мира, где ресурсы ограничены. Кроме того, некоторые бактерии погибнут во время эксперимента и, следовательно, не будут воспроизводиться, что снизит скорость роста. Следовательно, при расчете скорости роста популяции коэффициент смертности ( D ) (количество организмов, которые умирают в течение определенного интервала времени) вычитается из коэффициента рождаемости ( B ) (количество организмов, которые родился в этот промежуток времени).Это показано в следующей формуле:

[латекс] \ displaystyle \ frac {\ Delta {N} \ left (\ text {изменение числа} \ right)} {\ Delta {T} \ left (\ text {изменение во времени} \ right)} = B \ left (\ text {рождаемость} \ right) -D \ left (\ text {смертность} \ right) [/ latex]

Уровень рождаемости обычно выражается в расчете на душу населения (для каждого человека). Таким образом, B (рождаемость) = млрд. (коэффициент рождаемости на душу населения « b », умноженный на количество особей « N ») и D (уровень смертности) = dN ( коэффициент смертности на душу населения «d», умноженный на количество человек « N »).Кроме того, экологов интересует население в определенный момент времени, бесконечно малый промежуток времени. По этой причине терминология дифференциального исчисления используется для получения «мгновенной» скорости роста, заменяя изменение , числа и времени, конкретным мгновенным измерением числа и времени.

[латекс] \ frac {dN} {dT} = bN = dN = \ left (b-d \ right) N [/ latex]

Обратите внимание, что « d », связанное с первым термином, относится к производной (так как этот термин используется в расчетах) и отличается от коэффициента смертности, также называемого « d ».Разница между коэффициентами рождаемости и смертности еще больше упрощается путем замены отношения между коэффициентами рождаемости и смертности термином « r » (внутренняя скорость роста):

[латекс] \ frac {dN} {dT} = rN [/ латекс]

Значение « может быть положительным, что означает увеличение численности населения; или отрицательный, что означает уменьшение численности населения; или ноль, если численность населения не меняется, условие, известное как нулевой прирост населения .Дальнейшее уточнение формулы признает, что разные виды обладают присущими им различиями в собственной скорости роста (часто рассматриваемой как потенциал для воспроизводства) даже в идеальных условиях. Очевидно, что бактерия может размножаться быстрее и иметь более высокую внутреннюю скорость роста, чем человек. Максимальная скорость роста для вида - это его биотический потенциал , или r max , что меняет уравнение на:

[латекс] \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} N [/ латекс]

Логистический рост

Экспоненциальный рост возможен только при наличии бесконечных природных ресурсов; в реальном мире дело обстоит иначе.Чарльз Дарвин признал этот факт в своем описании «борьбы за существование», в котором говорится, что люди будут соревноваться (с представителями своего или другого вида) за ограниченные ресурсы. Успешные из них выживут, чтобы передать свои собственные характеристики и черты (которые, как мы теперь знаем, передаются генами) следующему поколению с большей скоростью (естественный отбор). Чтобы смоделировать реальность ограниченных ресурсов, экологи-популяционеры разработали модель логистического роста .

Грузоподъемность
и логистическая модель

В реальном мире с его ограниченными ресурсами экспоненциальный рост не может продолжаться бесконечно. Экспоненциальный рост может происходить в среде, где мало людей и много ресурсов, но когда количество людей становится достаточно большим, ресурсы истощаются, замедляя темпы роста. В конце концов, скорость роста выйдет на плато или стабилизируется (Рисунок 8). Этот размер популяции, который представляет собой максимальный размер популяции, который может поддерживать конкретная среда, называется пропускной способностью или К .

Формула, которую мы используем для расчета логистического роста, добавляет несущую способность как сдерживающую силу в скорости роста. Выражение « K - N » указывает, сколько особей может быть добавлено к популяции на данном этапе, а « K - N », деленное на « K », представляет собой долю от грузоподъемность доступна для дальнейшего роста. Таким образом, модель экспоненциального роста ограничивается этим фактором для генерации уравнения логистического роста:

[латекс] \ displaystyle \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} N \ frac {\ left (KN \ right )} {K} [/ латекс]

Обратите внимание, что когда N очень мало, ( KN ) / K становится близким к K / K или 1, а правая часть уравнения уменьшается до r max N , что означает население растет в геометрической прогрессии и не зависит от пропускной способности.С другой стороны, когда N велико, ( K-N ) / K приближаются к нулю, что означает, что рост населения будет значительно замедлен или даже остановлен. Таким образом, рост населения в больших популяциях сильно замедляется из-за пропускной способности K . Эта модель также учитывает отрицательный прирост населения или сокращение численности населения. Это происходит, когда количество особей в популяции превышает пропускную способность (поскольку значение (K-N) / K отрицательно).

График этого уравнения дает S-образную кривую (рис. 8), и это более реалистичная модель роста населения, чем экспоненциальный рост. S-образная кривая делится на три разных участка. Изначально рост идет экспоненциально, потому что мало людей и достаточно ресурсов. Затем, когда ресурсы начинают ограничиваться, темпы роста снижаются. Наконец, рост стабилизируется в зависимости от емкости окружающей среды, при этом численность популяции со временем меняется незначительно.

Роль внутривидовой конкуренции

Логистическая модель предполагает, что каждый человек в популяции будет иметь равный доступ к ресурсам и, следовательно, равные шансы на выживание. Для растений важными ресурсами являются количество воды, солнечный свет, питательные вещества и пространство для роста, тогда как у животных важные ресурсы включают пищу, воду, укрытие, место для гнездования и самцов.

В реальном мире фенотипические вариации среди людей в популяции означают, что одни люди будут лучше адаптированы к своей среде, чем другие.Возникающая в результате конкуренция между членами популяции одного и того же вида за ресурсы называется внутривидовая конкуренция ( внутри, - = «внутри»; - специфическая = «вид»). Внутривидовая конкуренция за ресурсы может не влиять на популяции, которые значительно ниже их несущей способности - ресурсов много, и все люди могут получить то, что им нужно. Однако по мере увеличения численности населения эта конкуренция усиливается. Кроме того, накопление отходов может снизить пропускную способность окружающей среды.

Примеры логистического роста

Дрожжи, микроскопический гриб, используемый для приготовления хлеба и алкогольных напитков, при выращивании в пробирке демонстрируют классическую S-образную кривую (рис. 9). Его рост стабилизируется, поскольку население истощает питательные вещества, необходимые для его роста. Однако в реальном мире у этой идеализированной кривой есть вариации.

Рис. 9. Дрожжи, выращенные в идеальных условиях в пробирке, демонстрируют классическую S-образную логистическую кривую роста.

Примеры диких популяций включают овец и морских котиков (рис. 10).В обоих примерах размер популяции на короткое время превышает допустимую, а затем падает ниже ее. Это колебание в размере популяции продолжает происходить, поскольку популяция колеблется вокруг своей вместимости. Тем не менее, даже при этом колебании логистическая модель подтверждается.

Рис. 10. Естественная популяция тюленей демонстрирует колебания в реальном мире.

Практический вопрос

Если основной источник пищи тюленей сократится из-за загрязнения или перелова, что из следующего может произойти?

  1. Пропускная способность тюленей уменьшится, как и их популяция.
  2. Пропускная способность тюленей уменьшится, но популяция тюленей останется прежней.
  3. Число смертей тюленей увеличится, но число рождений также увеличится, поэтому численность популяции останется прежней.
  4. Пропускная способность тюленей останется прежней, но популяция тюленей уменьшится.
Показать ответ

Вариант a: Пропускная способность тюленей уменьшится, как и их популяция.

РЕЗЮМЕ: Экологические ограничения роста населения

Население с неограниченными ресурсами растет в геометрической прогрессии с ускоряющейся скоростью роста.Когда ресурсы становятся ограниченными, население движется по кривой логистического роста. Популяция вида выровняется по мере увеличения пропускной способности окружающей среды.

Динамика населения и регулирование

Логистическая модель роста населения, хотя и действительна для многих природных популяций и является полезной моделью, является упрощением динамики населения реального мира. В модели подразумевается, что несущая способность окружающей среды не меняется, а это не так. Пропускная способность меняется ежегодно: например, некоторые лета жаркие и засушливые, а другие холодные и влажные.Во многих регионах пропускная способность зимой намного ниже, чем летом. Кроме того, природные явления, такие как землетрясения, извержения вулканов и пожары, могут изменить окружающую среду и, следовательно, ее пропускную способность. Кроме того, популяции обычно не существуют изолированно. Они участвуют в межвидовой конкуренции : то есть они делят окружающую среду с другими видами, соревнуясь с ними за одни и те же ресурсы. Эти факторы также важны для понимания того, как будет расти конкретная популяция.

Природа регулирует рост населения множеством способов. Они сгруппированы в зависящих от плотности, факторов, в которых плотность населения в данный момент времени влияет на скорость роста и смертность, и независимых от плотности факторов, которые влияют на смертность в популяции независимо от плотности населения. Обратите внимание, что в первом случае влияние фактора на популяцию зависит от плотности популяции в начале болезни. Биологи-заповедники хотят понять оба типа, потому что это помогает им управлять популяциями и предотвращать вымирание или перенаселение.

Регламент, зависящий от плотности

Большинство факторов, зависящих от плотности, являются биологическими по своей природе (биотическими) и включают хищничество, межвидовую и внутривидовую конкуренцию, накопление отходов и болезни, например, вызываемые паразитами. Обычно чем плотнее популяция, тем выше ее смертность. Например, во время внутривидовой и межвидовой конкуренции показатели воспроизводства особей обычно ниже, что снижает темпы роста их популяции. Кроме того, низкая плотность добычи увеличивает смертность его хищника, потому что ему труднее находить источник пищи.

Пример зависимой от плотности регуляции показан на рисунке 11 с результатами исследования гигантского кишечного круглого червя ( Ascaris lumbricoides ), паразита человека и других млекопитающих. Более плотные популяции паразита обладали меньшей плодовитостью: в них было меньше яиц. Одно из возможных объяснений этого состоит в том, что самки будут меньше в более плотных популяциях (из-за ограниченных ресурсов) и что у более мелких самок будет меньше яиц. Эта гипотеза была проверена и опровергнута в исследовании 2009 года, которое показало, что женский вес не имел никакого влияния.Фактическая причина зависимости плодовитости от плотности у этого организма до сих пор неясна и требует дальнейшего изучения.

Рис. 11. У этой популяции круглых червей плодовитость (количество яиц) уменьшается с увеличением плотности популяции.

Регулирование, не зависящее от плотности, и взаимодействие с факторами, зависящими от плотности

Многие факторы, обычно физические или химические по своей природе (абиотические), влияют на смертность населения независимо от его плотности, включая погоду, стихийные бедствия и загрязнение.Отдельный олень может погибнуть в лесном пожаре независимо от того, сколько оленей находится в этом районе. Его шансы на выживание одинаковы независимо от того, высокая или низкая плотность населения. То же самое и в холодную зимнюю погоду.

В реальных жизненных ситуациях регулирование численности населения очень сложно, и могут взаимодействовать зависящие от плотности и независимые факторы. Плотная популяция, которая сокращается независимо от плотности каким-либо фактором (факторами) окружающей среды, сможет восстанавливаться иначе, чем редкая популяция.Например, популяция оленей, пострадавших от суровой зимы, восстановится быстрее, если останется больше оленей для воспроизводства.

Почему вымер шерстистый мамонт?

Легко заблудиться в обсуждении динозавров и теорий о том, почему они вымерли 65 миллионов лет назад. Было ли это из-за падения метеора на Землю у побережья современной Мексики или из-за какого-то длительного погодного цикла, который еще не изучен? Одна из гипотез, которая никогда не будет выдвинута, заключается в том, что люди имеют к этому какое-то отношение.65 миллионов лет назад млекопитающие были маленькими, незначительными лесными созданиями, а людей не существовало.

Рис. 12. Три фотографии включают: (а) фреску 1916 года с изображением стада мамонтов из Американского музея естественной истории, (б) единственную чучелу мамонта в мире из Зоологического музея, расположенного в Санкт-Петербурге, Россия, и (c) месячный мамонтенок по имени Люба, обнаруженный в Сибири в 2007 году. (Фото а: модификация работы Чарльза Р. Найта; кредит b: модификация работы «Танапон» / Flickr; кредит c : модификация работы Мэтта Хоури)

Шерстистые мамонты, однако, начали вымирать около 10 000 лет назад, когда они делили Землю с людьми, которые анатомически ничем не отличались от современных людей.Мамонты выжили в изолированных островных популяциях еще в 1700 году до нашей эры. Мы много знаем об этих животных по трупам, найденным вмерзшим во льдах Сибири и других регионов севера. Ученые секвенировали не менее 50 процентов его генома и полагают, что мамонты на 98-99 процентов идентичны современным слонам.

Принято считать, что изменение климата и охота на людей привели к их исчезновению. Исследование 2008 года показало, что изменение климата сократило ареал обитания мамонта с 3 000 000 квадратных миль 42 000 лет назад до 310 000 квадратных миль 6 000 лет назад.Также хорошо известно, что люди охотились на этих животных. Исследование 2012 года показало, что ни один единственный фактор не был ответственен исключительно за исчезновение этих великолепных существ. Помимо охоты на людей, изменения климата и сокращения среды обитания, эти ученые продемонстрировали, что еще одним важным фактором исчезновения мамонтов была миграция людей через Берингов пролив в Северную Америку во время последнего ледникового периода 20 000 лет назад.

Кроме того, исследование 2017 года указывает на то, что геном шерстистого мамонта начал накапливать избыточные дефекты, поскольку численность популяции сократилась до 300 особей, живущих на изолированном острове. Точная роль, которую мог сыграть этот геномный «обвал», неизвестна, но это произошло просто до исчезновения этого вида.

Поддержание стабильной популяции было и остается очень сложным, и результат зависит от множества взаимодействующих факторов. Важно помнить, что люди - тоже часть природы. Когда-то мы способствовали упадку вида, используя только примитивные охотничьи технологии.

Современные теории истории жизни

Теория отбора r, и K , хотя и принималась на протяжении десятилетий и использовалась для многих новаторских исследований, теперь была пересмотрена, и многие популяционные биологи отказались от нее или изменили ее.За прошедшие годы несколько исследований попытались подтвердить теорию, но эти попытки в значительной степени потерпели неудачу. Было идентифицировано много видов, которые не соответствовали предсказаниям теории. Кроме того, теория игнорировала возрастную смертность населения, которая, как теперь известно ученым, очень важна. Были разработаны новые демографические модели эволюции жизненного цикла, которые включают многие экологические концепции, включенные в теорию отбора r и K , а также возрастную структуру населения и факторы смертности.

Истории жизни K-отобранных и r-отобранных видов

Хотя репродуктивные стратегии играют ключевую роль в истории жизни, они не учитывают такие важные факторы, как ограниченные ресурсы и конкуренция. Регулирование роста популяции с помощью этих факторов может быть использовано для введения классической концепции в популяционной биологии, согласно которой K -отобранных видов по сравнению с r -отобранными видами.

Ранние теории об истории жизни

Ко второй половине двадцатого века концепция K- и r-отобранных видов широко и успешно использовалась для изучения популяций.Эта концепция относится не только к репродуктивным стратегиям, но и к среде обитания и поведению вида, особенно к тому, как они получают ресурсы и заботятся о своем потомстве. Он также включает факторы продолжительности жизни и выживаемости. Для этого анализа популяционные биологи сгруппировали виды в две большие категории - K, - отобранные и r - отобранные, - хотя на самом деле они представляют собой два конца одного континуума.

K - отобранные виды - это виды, отобранные в стабильной, предсказуемой среде.Популяции отобранных видов K имеют тенденцию существовать близко к их продуктивности (отсюда и термин K -selected), где высока внутривидовая конкуренция. Эти виды имеют немногочисленное, крупное потомство, длительный период беременности и часто оказывают долгосрочную помощь своему потомству (Таблица 3). Будучи более крупными при рождении, потомство относительно беспомощно и незрело при рождении. К тому времени, когда они достигнут совершеннолетия, они должны развить навыки, необходимые для борьбы за природные ресурсы. Что касается растений, ученые думают о родительской заботе в более широком смысле: сколько времени требуется для развития плода или как долго он остается на растении, являются определяющими факторами, определяющими время до следующего репродуктивного события.Примерами видов, выбранных из K , являются приматы (включая людей), слоны и растения, такие как дубы (рис. 13).

Рис. 13. Слоны считаются отобранными К видами, поскольку они живут долго, поздно созревают и обеспечивают долгосрочную родительскую заботу лишь немногим потомкам. Дубы дают много потомства, которое не получает родительской заботы, но считается K-отобранными видами на основании долголетия и позднего созревания.

Дубы растут очень медленно, и в среднем требуется 20 лет, чтобы дать первые семена, известные как желуди.Отдельное дерево может произвести до 50 000 желудей, но скорость прорастания низкая, так как многие из них гниют или поедаются такими животными, как белки. В некоторые годы дубы могут давать исключительно большое количество желудей, и эти годы могут иметь двух- или трехлетний цикл в зависимости от породы дуба ( r -выбор).

По мере того, как дубы вырастают до больших размеров, и за много лет до того, как они начнут давать желуди, они тратят значительную часть своего энергетического бюджета на рост и уход.Высота и размер дерева позволяют ему доминировать над другими растениями в борьбе за солнечный свет, основной энергетический ресурс дуба. Кроме того, когда дуб действительно размножается, он дает большие, богатые энергией семена, которые используют свой запас энергии, чтобы быстро укорениться ( K - выбор).

Напротив, r -выбранные виды имеют большое количество мелких потомков (отсюда их обозначение r ). Эта стратегия часто используется в непредсказуемых или меняющихся условиях.Животные, отобранные по типу или , не обеспечивают долгосрочную родительскую заботу, а потомство является относительно зрелым и самодостаточным при рождении. Примерами отобранных видов r являются морские беспозвоночные, такие как медузы, и растения, такие как одуванчик (рис. 14). У одуванчиков есть мелкие семена, которые разносятся ветром на большие расстояния. Многие семена производятся одновременно, чтобы гарантировать, что хотя бы некоторые из них попадут в благоприятную среду. Семена, высаженные в неблагоприятных условиях, имеют мало шансов на выживание, поскольку их семена имеют низкое содержание энергии.Обратите внимание, что выживание не обязательно зависит от энергии, хранящейся в самом семени.

Рис. 14. Одуванчики и медузы считаются r-отобранными видами, поскольку они рано созревают, имеют короткую продолжительность жизни и дают много потомства, не получающего родительской заботы.

Таблица 3. Характеристики K -выбранных и r -выбранных видов
Характеристики K -выбранных видов Характеристики r - отобранные виды
Зрелые поздние Раннее созревание
Большая долговечность Меньшая долговечность
Усиление родительской заботы Снижение родительской заботы
Повышенная конкуренция Пониженная конкуренция
Меньше потомков Еще потомство
Более крупное потомство Меньшее потомство

Рост населения

Концепции динамики популяции животных могут быть применены к росту человеческой популяции.Люди не уникальны в своей способности изменять окружающую среду. Например, бобровые плотины изменяют речную среду, в которой они построены. Однако люди обладают способностью изменять среду обитания, чтобы увеличить ее пропускную способность, иногда в ущерб другим видам (например, путем искусственного отбора сельскохозяйственных культур с более высоким урожаем). Человеческое население Земли растет быстрыми темпами, до такой степени, что некоторые беспокоятся о способности окружающей среды Земли поддерживать это население, поскольку долгосрочный экспоненциальный рост несет в себе потенциальные риски голода, болезней и крупномасштабной смерти.

Хотя люди увеличили пропускную способность окружающей среды, технологии, используемые для достижения этой трансформации, вызвали беспрецедентные изменения в окружающей среде Земли, изменив экосистемы до такой степени, что некоторые из них могут оказаться в опасности коллапса. Истощение озонового слоя, эрозия из-за кислотных дождей и ущерб от глобального изменения климата вызваны деятельностью человека. Окончательный эффект этих изменений на нашу пропускную способность неизвестен. Как некоторые отмечают, вполне вероятно, что отрицательные последствия увеличения пропускной способности перевешивают положительные - пропускная способность мира для людей может фактически уменьшиться.

Человеческое население мира в настоящее время демонстрирует экспоненциальный рост, несмотря на то, что человеческое воспроизводство намного ниже его биотического потенциала (Рисунок 15). Чтобы реализовать свой биотический потенциал, все самки должны будут беременеть примерно каждые девять месяцев в течение репродуктивного возраста. Кроме того, ресурсы должны быть такими, чтобы окружающая среда поддерживала такой рост. Ни одного из этих двух условий не существует. Несмотря на это, человеческое население продолжает расти в геометрической прогрессии.

Рисунок 15.Рост населения с 1000 г. до н.э. экспоненциальный (синяя линия). Обратите внимание, что в то время как население Азии (желтая линия), где расположено много экономически слаборазвитых стран, растет экспоненциально, население Европы (голубая линия), где большинство стран являются экономически развитыми, растет гораздо медленнее.

Следствием экспоненциального роста населения Земли является время, необходимое для добавления определенного количества людей на Землю, становится короче.На рисунке 16 показано, что в 1930 году потребовалось 123 года, чтобы добавить 1 миллиард человек в 1930 году, но потребовалось всего 24 года, чтобы добавить два миллиарда человек между 1975 и 1999 годами. бесконечно в конечном мире неопределенно. Согласно прогнозам, без новых технологических достижений в ближайшие десятилетия темпы роста человека замедлятся. Однако население все равно будет расти, и угроза перенаселения сохраняется.

Рис. 16. Время между появлением каждого миллиарда людей на Земле со временем уменьшается. (кредит: модификация работы Райана Т. Крагана)

Просмотрите это интерактивное представление о том, как человеческие популяции менялись с течением времени.

Преодоление положения, зависящего от плотности

Люди уникальны в своей способности изменять окружающую среду с сознательной целью увеличения ее пропускной способности. Эта способность является основным фактором, ответственным за рост человеческой популяции, и способом преодоления регуляции роста, зависящей от плотности.Большая часть этой способности связана с человеческим интеллектом, обществом и общением. Люди могут построить укрытие, чтобы защитить себя от непогоды, и развили сельское хозяйство и приручили животных, чтобы увеличить свои запасы пищи. Кроме того, люди используют язык для передачи этой технологии новым поколениям, позволяя им улучшить предыдущие достижения.

Другими факторами роста населения являются миграция и общественное здоровье. Люди произошли в Африке, но с тех пор мигрировали почти на все пригодные для проживания земли на Земле.Общественное здравоохранение, санитария и использование антибиотиков и вакцин снизили способность инфекционных заболеваний ограничивать рост населения. В прошлом такие болезни, как бубонная бляшка четырнадцатого века, убивали от 30 до 60 процентов населения Европы и сокращали общую численность населения мира на целых 100 миллионов человек. Сегодня угроза инфекционных заболеваний, хотя и не исчезла, определенно менее серьезна. По данным Всемирной организации здравоохранения, смертность от инфекционных заболеваний в мире снизилась с 16.4 миллиона в 1993 году до 14,7 миллиона в 1992 году. Для сравнения с некоторыми эпидемиями прошлого, процент погибших в период с 1993 по 2002 год снизился с 0,30 процента мирового населения до 0,24 процента. Таким образом, похоже, что влияние инфекционных заболеваний на рост населения становится менее значительным.

Возрастная структура, рост населения и экономическое развитие

Возрастная структура населения - важный фактор в динамике населения. Возрастная структура - это доля населения в разных возрастных группах. Возрастная структура позволяет лучше прогнозировать рост населения, а также дает возможность связать этот рост с уровнем экономического развития в регионе. Страны с быстрым ростом имеют пирамидальную форму на диаграммах возрастной структуры, демонстрируя преобладание более молодых людей, многие из которых находятся в репродуктивном возрасте или скоро станут им (Рисунок 17). Эта закономерность чаще всего наблюдается в слаборазвитых странах, где люди не доживают до старости из-за неоптимальных условий жизни.Возрастная структура регионов с медленным ростом, включая развитые страны, такие как США, по-прежнему имеет пирамидальную структуру, но с гораздо меньшим количеством людей молодого и репродуктивного возраста и большей долей людей старшего возраста. В других развитых странах, таких как Италия, рост населения нулевой. Возрастная структура этих популяций более коническая, с еще большим процентом лиц среднего и старшего возраста. Фактические темпы роста в разных странах показаны на Рисунке 18, при этом самые высокие темпы, как правило, наблюдаются в менее экономически развитых странах Африки и Азии.

Практический вопрос

Рис. 17. Показаны типичные диаграммы возрастной структуры. Диаграмма быстрого роста сужается до точки, указывая на то, что количество особей быстро уменьшается с возрастом. В модели медленного роста количество особей неуклонно уменьшается с возрастом. Диаграммы стабильной популяции закруглены сверху, показывая, что количество людей в возрастной группе постепенно уменьшается, а затем увеличивается для более старшей части населения.

Диаграммы возрастной структуры быстрорастущих, медленно растущих и стабильных популяций показаны на этапах с 1 по 3.Как вы думаете, какой тип изменения населения представляет стадия 4?

Покажи ответ

Стадия 4 представляет собой сокращающуюся популяцию.

Рисунок 18. Показаны процентные темпы роста населения в разных странах. Обратите внимание, что наибольший рост наблюдается в менее экономически развитых странах Африки и Азии.

Долгосрочные последствия экспоненциального роста населения

Было сделано много мрачных прогнозов относительно численности населения мира, ведущей к серьезному кризису, называемому «демографическим взрывом».В книге 1968 года « Демографическая бомба » биолог доктор Пол Р. Эрлих написал: «Битва за то, чтобы накормить все человечество, окончена. В 1970-х годах сотни миллионов людей умрут от голода, несмотря на все запущенные сейчас программы аварийного восстановления. На столь позднем этапе ничто не может предотвратить существенного увеличения уровня смертности в мире ». Хотя многие критики считают это заявление преувеличением, законы экспоненциального роста населения все еще действуют, и неконтролируемый рост населения не может продолжаться бесконечно.

Усилия по контролю над ростом населения привели к политике «один ребенок» в Китае, которая раньше имела более серьезные последствия, но теперь предусматривает штрафы для городских пар, у которых более одного ребенка. Из-за того, что некоторые пары хотят иметь наследника мужского пола, многие китайские пары по-прежнему имеют более одного ребенка. Сама политика, ее социальные последствия и эффективность ограничения общего прироста населения противоречивы. Несмотря на политику контроля численности населения, человеческое население продолжает расти.В какой-то момент запасы продовольствия могут закончиться из-за последующей необходимости производить все больше и больше еды, чтобы прокормить наше население. По оценкам Организации Объединенных Наций, будущий рост мирового населения может варьироваться от 6 миллиардов (сокращение) до 16 миллиардов человек к 2100 году. Невозможно узнать, замедлится ли рост населения до такой степени, что кризис, описанный д-ром Эрлихом, будет предотвращено.

Еще один результат роста населения - угроза окружающей среде.Многие страны пытались уменьшить влияние человека на изменение климата за счет сокращения выбросов парникового газа двуокиси углерода. Однако эти договоры ратифицированы не всеми странами, и многие слаборазвитые страны, пытающиеся улучшить свое экономическое положение, могут с меньшей вероятностью согласиться с такими положениями, если это приведет к замедлению экономического развития. Кроме того, роль человеческой деятельности в изменении климата стала горячо обсуждаемым социально-политическим вопросом в некоторых развитых странах, включая Соединенные Штаты.Таким образом, мы вступаем в будущее со значительной неуверенностью в своей способности сдерживать рост населения и защищать окружающую среду.

Посетите этот веб-сайт и выберите «Запустить фильм», чтобы увидеть анимацию, в которой обсуждаются глобальные последствия роста населения.

Видеообзор

Человеческое население мира растет экспоненциальными темпами. Люди увеличили пропускную способность мира за счет миграции, сельского хозяйства, медицинских достижений и связи. Возрастная структура населения позволяет прогнозировать рост населения.Неконтролируемый рост населения может иметь тяжелые долгосрочные последствия для окружающей среды.

В этом видео рассказывается, почему и как происходил рост населения за последние сто пятьдесят лет или около того, и как эти особенности связаны с экологией.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этой короткой викторине , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать ее неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.


Что предотвращает видообразование в симпатрической популяции, класс 11, биология CBSE

Подсказка: Симпатрическое видообразование происходит, когда новый вид происходит от только одного вида предковых видов, поскольку оба остаются в одной и той же географической области.Это влечет за собой разделение предкового вида на две или более репродуктивно различных группы, которые не разделены географически. Главная особенность симпатрического видообразования заключается в том, что это может происходить только при физическом контакте двух или более зарождающихся организмов, что потенциально позволяет им скрещиваться и обмениваться генами.

Полный ответ:
Сначала мы поймем определение симпатрического видообразования и то, как оно возникает, затем мы поймем, что мешает ему возникать.Помните, что только когда скрещивание между двумя субпопуляциями прекращается, то есть когда возводится естественный репродуктивный барьер, в игру вступает видообразование.

Но мы знаем, что симпатрическое видообразование происходит, когда новый вид происходит от только одного вида предковых видов, поскольку оба остаются в одной и той же географической области. Для этого требуется разделение видов-предков на две или несколько отдельных репродуктивных групп, которые не разделены географически.
Имейте в виду, что главная особенность симпатрического видообразования заключается в том, что это может происходить только при физическом контакте двух или более зарождающихся организмов, что потенциально позволяет им скрещиваться и обмениваться генами.

Таким образом, скрещивание является основной причиной видообразования, которое предотвращается особенно среди такой популяции, симпатрической популяции.

Примечание: Симпатрические популяции, претерпевающие видообразование, встречаются редко и могут возникать при соблюдении определенных условий:
- Выбор среды обитания: Говорят, что разделение или предпочтение спаривания являются примерами выбора среды обитания, которые в конечном итоге способствуют формированию такие отличные субпопуляции (или демы). Видообразование происходит, когда поток генов среди этих демов полностью прекращается.Это можно наблюдать у самых разных морских животных.
- Мгновенное выделение генов: обычно обнаруживается в растениях из-за нерегулярного мейоза, вызывающего полиплоидию и другие проблемы. Когда хромосома в случайно созданной флоре удваивается, в той же среде обитания появляется новый вид.

Естественный отбор - Биологический онлайн-словарь

Естественный отбор
n., Ænætʃəɹəl // səˈlɛkʃən
Процесс, с помощью которого наследуемые черты увеличивают шансы организма на выживание и воспроизводство Авторы: Джеки Малвин, (CC BY-SA 4.0)

Определение естественного отбора

Что такое естественный отбор в биологии? Естественный отбор определяется как природный процесс, посредством которого живые организмы приспосабливаются и изменяются в ответ на условия окружающей среды. А организмы, которые лучше приспособлены к окружающей среде, как правило, выживают дольше и производят больше потомства.

Различные условия склоняют конкретный организм к приобретению адаптивного признака . Затем эти черты будут переданы следующим поколениям.Со временем эти черты станут более распространенными, поскольку они будут преобладать над другими чертами в популяции.

Естественный отбор (определение биологии): процесс в природе, в котором организмы, обладающие определенными генотипическими характеристиками, которые позволяют им лучше адаптироваться к окружающей среде, имеют тенденцию выживать, воспроизводить, увеличивать количество или частоту и, следовательно, способны передавать увековечивают их основные генотипические качества для последующих поколений.

Согласно Urry et al., (2016) естественный отбор относится к дифференциальной выживаемости и воспроизводству особей. Это жизненно важный механизм эволюции, при котором наследственные черты популяции меняются из поколения в поколение.

Основная идея естественного отбора состоит в том, что особи по своей природе изменчивы, а это означает, что каждый из них в чем-то отличается. Эта вариация существует внутри организмов, и изменения происходят в случайных . Он будет передан следующему потомству.

Естественный отбор происходит, когда некоторые из этих изменений помогают организму выжить и производить больше, чем другие, в результате чего их гены со временем становятся более распространенными в популяции.

Поскольку окружающая среда постоянно меняется, ни один организм не считается идеально подходящим или абсолютно адаптированным к своей среде. Он всегда будет избирательным в отношении определенных организмов, обладающих определенными генетическими комбинациями. Это делает естественный отбор важной движущей силой эволюции.

Объяснение естественного отбора

Давайте попробуем понять принципы, лежащие в основе естественного отбора . Даже если родители были идеально адаптированы к окружающей среде, тем не менее, каким-то образом среда меняется, их потомство имеет тенденцию адаптироваться к меняющейся среде, пытаясь выжить, несмотря на ограниченные ресурсы, и выиграть конкуренцию с другими обитателями.К тому времени наиболее приспособленные организмы будут иметь возможность воспроизводиться. В результате те, кто способен выжить, смогут передать свои черты или гены следующему поколению.

Генетическая изменчивость организма заставляет каждого человека немного отличаться. Эти различия побуждают их к большему воспроизводству, создавая индивидуумов, более приспособленных к успеху. Организм без этих генетических приспособлений не будет продолжать воспроизводство. В результате их линии со временем перестают существовать.

Процесс естественного отбора заставляет популяции со временем адаптироваться к окружающей среде. Особи в популяции наследуют черты, которые помогают им выжить в условиях стресса окружающей среды, такие как присутствие хищников и доступность пищи.

Те люди, которые унаследовали эти черты, будут иметь больше потомства в следующем поколении по сравнению с их сверстниками. Эти полезные черты позволят им более эффективно выживать и размножаться.Ресурсы ограничены по своей природе, поэтому люди с благоприятными чертами чаще встречаются из поколения в поколение.

Естественный отбор описывается как дифференциальное воспроизведение . Некоторые организмы, несущие благоприятные генетические варианты, которые, как правило, увеличивают выживаемость, имеют более высокий репродуктивный успех, чем те, которые несут альтернативные генетические варианты. Отбор происходит в результате различий в выживаемости, успешности спаривания, развитии и плодовитости.

Естественный отбор - это процесс, с помощью которого унаследованные черты повышают шансы организма на выживание и воспроизводство.Полезные черты, как правило, предпочтительнее менее полезных.

История естественного отбора

Теория естественного отбора основана на непосредственном наблюдении британского натуралиста Чарльза Дарвина во время путешествия HMS Beagle, который должен был совершить кругосветное путешествие с 1831 по 1836 год. Он увидел, что один и тот же организм проявляет различия во внешнем виде в разных географических точках. К тому времени он частично предположил, что такие физические изменения были адаптацией организмов к окружающей среде.Но до теории естественного отбора Дарвина существовали и другие эволюционные мысли, заслуживающие объяснения.

Додарвиновские теории

Жан Батист Шевалье де Ламарк (1744-1829) был первым теоретиком эволюции, публично провозгласившим свою идею о процессе, ведущем к биологическим изменениям. Он был одним из сторонников спонтанного зарождения , теории, которая когда-то была популярной, полагая, что живые организмы возникают спонтанно из неживых материалов и постепенно переходят в более сложную форму, постоянно стремясь к совершенству.( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Его имени приписывают теорию. Эта теория, известная как ламаркианство , основывалась на идее Ламарка о том, что эволюция происходила главным образом за счет наследования характеристик по мере того, как организмы приспосабливались к окружающей среде. ( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Он считал, что человеческая раса была конечным продуктом этой целенаправленной эволюции . (Додарвиновская эволюционная теория, 2015)

В книге «Наследование приобретенных персонажей » Ламарк утверждал, что эволюция происходит, когда организм использует часть тела таким образом, что в конечном итоге она изменяется в течение своей жизни.Это изменение может быть унаследовано его потомством.

В качестве примера он объяснил эту теорию на жирафах, которые со временем приобретают длинные шеи. Он считал, что предки жирафов изначально были короткошеими. Поскольку жирафы продолжают вытягивать шеи в поисках листьев для еды, их шеи со временем становились длиннее с каждым поколением. Это изменение формы тела, вероятно, передавалось по наследству.

Жирафы Ламарка

Другой пример - болотные птицы, такие как цапли и белые цапли.Казалось, они развили свои длинные ноги, вытянув их, чтобы они оставались сухими.

Ламарк также считал, что у организмов могут развиваться новые органы, которые изменяют структуру и функции старых.

Эта теория, однако, уже не так популярна, как когда она была дискредитирована более современными эволюционными идеями и исследованиями. Хотя его теория была неверной, он был инструментом в направлении научных открытий к основанию эволюционной биологии .

Джордж Кювье (1769-1832) был французским ученым, дискредитировавшим книгу Ламарка «Наследование приобретенных персонажей ». Тем не менее он все еще верил, что существовала более ранняя форма жизни. Кювье был первым ученым, задокументировавшим исчезновение древних животных. Он был экспертом по динозаврам. Кювье считал, что « видов были фиксированными и не изменились на » (Браун (2007).

Другой додарвиновской школой мысли была Катастрофизм .Его защитниками-натуралистами были Жозеф Фурье и граф де Бюффон. Теория была основана на идее, что катастрофические события изменили Землю. Катастрофы считают, что Земля возникла как горячий шар из расплавленной породы, который со временем остыл. ( Униформитаризм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Эту школу оспаривал Чарльз Лайель (1797–1875), английский юрист и геолог, когда некоторые натуралисты связывали катастрофизм с Библией. ( Униформитаризм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Лайель хотел основать геологию как науку, далекую от богословских аспектов. Таким образом, он обратился к идеям Джеймса Хаттона, которые привели к концепции школы мысли: Униформитаризм .

Лайель утверждал, что на протяжении всего времени Земля претерпевала медленные процессы, а не огромную катастрофу. Эти постепенные процессы, такие как выветривание, осаждение, литификация и т. Д., Преобразовали Землю в том виде, в каком мы ее видим сегодня. Он описал эти природные силы как силу, изменяющую форму поверхности земли.

И Лайель, и Хаттон, однако, рассматривали историю Земли как нечто обширное и беспредметное. Лайель считал, что процессы, изменившие Землю, были единообразными во времени.

С точки зрения истории жизни в этом нет достоинства. Тем не менее эта революционная идея способствовала пониманию Чарльзом Дарвина биологической эволюции в 1830-х годах. Джордж Кювье и Чарльз Лайель категорически отвергли идею биологической эволюции. Кювье не прожил достаточно долго, чтобы узнать о доказательствах эволюции Чарльза Дарвина.Однако Лайель узнал об этом и принял это доказательство в начале 1860-х годов, и он стал другом Чарльза Дарвина. Сегодня наш мир был сформирован случайными катастрофическими событиями. Все эти события, возможно, повлияли на скорость и направление биологической эволюции.

Теория Дарвина

Во время экспедиции Чарльза Дарвина он видел интригующую закономерность в распределении и физических характеристиках организмов. Одним из этих замечательных образцов, которые он заметил, был вид вьюрков на Галапагосских островах.

Эти птицы не были идентичными видами, каждый вид хорошо подходил для своей среды и своей роли. Например, у некоторых птиц, которые едят крупные семена, как правило, большие и жесткие клювы. У других птиц, питавшихся насекомыми, были тонкие и острые клювы. Однако Дарвин не знал, что эти зяблики были родственниками, пока он не представил свой образец орнитологу (биологу птиц).

Постепенно он разработал идею, объясняющую структуру разных зябликов. По его словам, такая картина была возможна, если бы остров Галапагос раньше был заселен птицами с материка.

Зяблики могли медленно адаптироваться к местным условиям в течение длительного периода, что привело к образованию отдельных видов на каждом острове.

С этой идеей Дарвин разработал Теорию эволюции путем естественного отбора . В нем говорится, что виды могут меняться со временем и что новые виды возникают из уже существующих. Следовательно, у видов есть общий предок, который постепенно отошел от первоначального вида и стал новым видом.

Зяблики Дарвина

Прочтите: Дарвин и естественный отбор (учебник)

Эволюция путем естественного отбора - одна из наиболее подтвержденных теорий в истории науки.В этой теории есть два основных момента. Во-первых, все формы жизни на Земле связаны и связаны. Во-вторых, это разнообразие жизни является продуктом изменений в результате естественного отбора, когда одни черты окружающей среды предпочитали другие. Все это теория естественного отбора Чарльза Дарвина.

Evolution относится к процессам и событиям, которые происходят во времени, иллюстрируя постепенное развитие изменений в генетическом составе биологической популяции на протяжении последующих поколений.Двумя основными механизмами, движущими эволюцию, являются естественный отбор и генетический дрейф .

Теория эволюции путем естественного отбора Дарвина влечет за собой следующие фундаментальные идеи:

  • Признаки часто передаются по наследству. Это означает, что организмы унаследовали черты, позволяющие им выживать и воспроизводиться в данных условиях окружающей среды. Когда особь обладает полезными характеристиками, производит больше потомства и передает его следующему поколению.
  • Произведено больше потомства, чем окружающая среда может его поддержать. Таким образом, между населением происходит конкуренция за ограниченные ресурсы. Это соревнование включает нехватку пищевых ресурсов, среды обитания и товарищей. Поскольку полезные черты передаются по наследству, и родители могут передать эти черты своему потомству, эти черты затем становятся более распространенными в популяции.
  • Потомство с унаследованными персонажами позволяет им лучше всего соревноваться за ограниченные ресурсы. Эти особи выживут и будут иметь больше потомства, чем те, у которых меньше вариаций, чтобы конкурировать.Поскольку характеристики наследуются, указанные символы будут представлены в следующем поколении. Благодаря этому население будет меняться в следующем поколении. Дарвин назвал этот процесс спуском с модификацией .

Принципы естественного отбора

Как работает естественный отбор? Вот несколько объяснений, которые могут помочь вам лучше это понять.

Первый , естественный отбор зависит от окружающей среды.Он не способствует лучшему признаку, но отдает предпочтение признакам, которые являются полезными для выживания и воспроизводства в определенной области. Характеристики, полезные в одной среде обитания, могут быть вредными для другой.

Вторая , естественный отбор воздействует на существующие наследственные признаки. Эта наследственная дисперсия служит исходным материалом для естественного отбора. В-третьих, наследственные вариации происходят из случайных изменений или мутаций генов. Случайные мутации генов приводят к появлению новых наследуемых вариантов признаков.

Ниже приведены четыре фундаментальных принципа естественного отбора , которые Чарльз Дарвин первоначально изложил в своей книге Происхождение видов :

Вариация : особи в популяции демонстрируют вариативность в поведении и внешнем виде. Это изменение включает цвет, рост, вес и другие характеристики. Каждый индивидуум с благоприятными вариациями изменит частоту черт в популяции. Однако некоторые организмы демонстрируют большее разнообразие, чем другие, из-за специфических условий окружающей среды.В результате эти популяции приобретают очень четкую характеристику. Как, например, бабочки одного вида с разной окраской крыльев. Бабочки, имеющие цвет, похожий на кору дерева, лучше маскируются, чем бабочки другого цвета. Таким образом, бабочки древесного цвета, вероятно, выживут, будут размножаться и передавать свои гены.

Наследование : Унаследованные черты, полезные для выживания, с большей вероятностью будут переданы последующим поколениям. Чтобы происходил естественный отбор, особь должна обладать наследуемой чертой, на которую сильно влияют условия окружающей среды.Считается, что эти полезные черты отобраны или одобрены естественным отбором. Со временем неудачные характеристики исчезнут, а удачные станут более распространенными. Однако, когда различия достаточно высоки, появится новый вид. Мы смотрим на пример галапагосских вьюрков; варианты клювов «отобраны» естественным отбором. Это изменение черт было унаследовано последующими поколениями и стало более обычным явлением, образуя новый особый вид. Таким образом, в целом, лучше адаптированные организмы могут передавать свои полезные характеристики своему потомству по наследству.

Адаптивное излучение зябликов Дарвина

Высокие темпы роста населения : Популяции производят больше потомства каждый год, чем может поддержать окружающая среда, что ведет к борьбе за ресурсы. Каждое поколение испытывает значительную смертность, поскольку представители населения борются за ограниченность природных ресурсов. Только тогда выжившая особь может передать характеристики следующему поколению. Большинство видов, которые считаются перепроизводящими, например, рыба откладывает миллионы икры за один раз, но выживает лишь небольшая часть из них.Морские черепахи откладывают от 70 до 190 яиц за раз, но обычно выживает только 1 из 100. Хотя перепроизводство похоже на смертный приговор, в этом есть свои преимущества. У рыб и черепах много хищников, поэтому увеличение добычи также увеличивает шансы на выживание. Это помогает улучшить генетическую линию, поддерживая выживание наиболее приспособленных. Выживут те лучшие люди, которые способны адаптироваться к экологическим проблемам. Лучшие гены будут переданы следующему поколению, что сделает вид в целом сильнее.

Репродуктивное преимущество : Означает, что видимые выраженные характеристики организмов могут изменяться с течением времени. Эти преимущества передаются потомству и приносят репродуктивную пользу популяции, имеющей благоприятный признак. Наличие положительных черт означает, что в следующем поколении этих черт будет больше. Например, у павлина великолепный длинный хвост, который привлекает самок и дает им репродуктивное преимущество. Бабочки, которые маскируются под кору дерева, чтобы избежать хищников и способны к размножению, дают им преимущество в выживании.Что касается растений, они увеличивают спектр потенциальных опылителей, давая растениям репродуктивное преимущество. При репродуктивном преимуществе необходимо учитывать такие факторы, как выбор партнера и половой отбор, поэтому репродуктивное преимущество отличается от приспособленности. Родительская забота также является важным фактором, поскольку лучшая забота о потомстве часто дает преимущество в дальнейшей жизни. Однако его количественно определяют по поколениям, поскольку организмы нивелируют влияние изменений в течение одного года или сезона размножения.

Естественный отбор - одна из основных движущих сил эволюции. Естественный отбор выбирает черты, которые будут передаваться с большей частотой от одного поколения к другому, когда они улучшат приспособленность организма к окружающей среде.

Принципы эволюции

Каковы четыре принципа эволюции? Как эти принципы реализуются в естественном отборе? Четыре принципа эволюции Чарльза Дарвина представлены ниже.

Конкуренция : Каждое поколение производит больше людей в данной среде. Однако эти люди конкурируют друг с другом за природные ресурсы. Ресурсы, которые заставляют их выжить и имеют шанс передать свои гены следующему поколению. Более того, конкуренция может быть внутривидовой или межвидовой . Внутривидовая конкуренция происходит между представителями одного и того же вида. Например, две ящерицы одного вида соревнуются за спаривание на одной территории.Такая конкуренция - общий фактор естественного отбора, который приводит к лучшей адаптации организма в популяции. Другой тип - межвидовое соревнование , в котором соревнуются представители двух разных видов. Например, хищники разных видов на одной территории соревнуются за одну и ту же добычу. Этот тип конкуренции может привести к вымиранию других видов. Если этот вид менее адаптирован и получает меньше ресурсов, чем нужно двум разным видам.

Наследственные различия : Генетические или характерные различия могут быть обнаружены внутри отдельных особей в популяции.Эти различия проявляются как в видимых, так и в невидимых чертах, которые могут быть полезными или нет. В таком случае вариация является предпочтительной и существенной, поскольку она обеспечивает более высокий шанс выживания вида. Более того, наследственность - это концепция, которая подразумевает, насколько вариативность данного признака соответствует генетической вариативности. Считается, что он специфичен для одной популяции в той же среде и со временем меняется по мере изменения обстоятельств. Как, например, меланизм перечной мотылька в Англии.Индустриализация приводит к загрязнению воздуха в этом районе, сажа с заводов делает деревья темнее. Мы знаем, что раньше у пяденицы был светлый цвет, который сочетал в себе кору дерева и лишайники. В этом случае темной бабочки стало больше, чем светлой бабочки, поскольку последняя стала уязвимой для хищников.

Выживание наиболее приспособленных : Генетическая изменчивость человека, как правило, хорошо подходит к окружающей среде для выживания и воспроизводства. Под фитнесом понимаются полезные качества - выносливость, сила, скорость, социальные навыки, интеллект и т. Д.которые помогают организмам выжить. Хотя силы, влияющие на выживание, не были одинаковыми для людей, всегда были различия. Эти вариации придавали бы пригодность другим. Мы снова посмотрели на пример с пяденицей перечной; темная моль становится более приспособленной к изменяющейся среде. По мере роста приспособленности темного мотылька он смог выживать и воспроизводить потомство. Хотя количество светлых пядениц уменьшается, физическая форма для них неблагоприятна. Фитнес означает выживание и размножение в определенной среде.

Происхождение с модификацией : Образование нового вида от общего предка в результате репродуктивной изоляции. Существует отклонение генетических характеристик, которые позволяют организмам отчетливо происходить от общего предка. Например, у популяции черепах на острове Галапагос шея длиннее, чем у черепах, обитающих на засушливых низинах. Выбраны длинношеие черепахи, потому что они могут дотянуться до большего количества листьев и получить доступ к лучшей пище. Когда наступает засуха, на островах будет меньше листьев.Те, кто может схватить больше листьев, имеют больше шансов выжить, чем те, кто не смог добраться до листьев. В результате у черепах с длинной шеей больше шансов добиться репродуктивного успеха. К тому времени черта длинной шеи будет передана их потомству. Со временем в популяции будут доступны только длинношеие черепахи. Поскольку черты наследуются, эти черты будут представлены в следующем поколении. Затем это приведет к изменению популяции на протяжении поколений посредством процесса, называемого «происхождение с модификацией».

Галапагосская черепаха

Типы естественного отбора

Какие существуют типы естественного отбора? Давайте узнаем ниже.

Стабилизирующий отбор

Это происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение промежуточным состояниям персонажа , а не крайним вариациям персонажа, чтобы выжить . Как, например, высота растений, маленькое растение получало меньше солнечного света по сравнению с высоким растением. Однако высокие растения уязвимы перед ветром.Учитывая эти два давления, растение будет поддерживать среднюю высоту. Со временем количество мелких и высоких растений уменьшается, а количество средних растений продолжает расти. В этом сценарии растения проходят стабилизирующий отбор. Разнообразие растений уменьшается, поскольку популяция стабилизируется на определенном значении признака - средние растения. Этот тип выбора подталкивает черту к среднему, а не к крайним значениям. Проще говоря, заявлено, что причина стабилизирующего отбора увеличивала репродуктивный успех среднего человека.Эти крайние черты имеют тот или иной недостаток, а значит, сниженное воспроизводство.

Стабилизирующий отбор

Направленный отбор

При направленном отборе это происходит , когда предпочтение отдается одному фенотипу, в результате чего частота смещается в одном направлении . Распределение популяционных признаков изменится в сторону другого крайнего признака. В данном случае классический пример - это пяденица в Англии. До промышленной революции перечная пяденица имела естественный светлый цвет, чтобы гармонировать со светлыми деревьями и лишайниками.Однако, когда загрязнение воздуха промышленными предприятиями делает деревья более темными. Светлые бабочки на затемненных деревьях становятся уязвимыми для хищников. Мотыльки пернатые со временем меняют цвет, становясь темнее, маскируя темные деревья. Число более темных бабочек увеличивается, поскольку у них более высокая выживаемость в местообитаниях, подверженных загрязнению воздуха. Когда среда часто меняется, популяция подвергается направленному отбору. Таким образом, происходит сдвиг популяционной генетической дисперсии в сторону фенотипической дисперсии нового соответствия.Когда характеристика попадает на один конец, а другой фенотипический спектр предпочтительнее других, отбор является направленным.

Диверсифицирующий или разрушительный отбор

Этот тип отбора удаляет человека из центра фенотипического распределения. Это происходит, когда естественный отбор благоприятствует обеим крайним непрерывным вариациям . При таком выборе распределение становится бимодальным. Два крайних варианта станут более распространенными, что в конечном итоге приведет к появлению двух новых различных видов.Как, например, окраска позволяет организму соответствовать или смешивать фон, чтобы предотвратить распознавание хищниками. В случае с устрицами светлые устрицы более скрыты, чем устрицы промежуточного цвета. С другой стороны, темные устрицы сливаются с тенями скал. Следовательно, устрицы промежуточного цвета более уязвимы для употребления в пищу крабами. Устрицы светлого и темного цвета выживут и будут воспроизводиться. Этот тип выбора, который дает больше вариаций, называется полиморфизмом.

Половой отбор

Говорят, что организм, который более способен обеспечивать самок, более приспособлен к окружающей среде. Наличие определенной черты у представителей одного пола может каким-то образом вызвать влечение к противоположному полу. Как, например, у мух Drosophila , некоторые из них имеют желтую окраску тела в результате спонтанной мутации . Напротив, у других нормальная желтовато-серая пигментация. Желтовато-серая окраска самцов мух более предпочтительна, чем самцы желтого цвета.Другой пример - олени (самцы). Рога оленей повышают мастерство в соревнованиях. Таким образом, в состязании силы те, у кого рога лучше, имеют преимущество выиграть и обеспечить себе пару. Таким образом, половой отбор приводит к увеличению размера и агрессивности самцов. Конечная цель полового отбора - размножение, при котором особь должна максимально увеличить способность получить партнера и произвести жизнеспособное потомство. Половой отбор также называют неслучайным дифференциальным воспроизводством в результате различного доступа к половым и репродуктивным родам.Как, например, павлиний хвост, когда половой отбор способствует развитию заметных структур ухаживания, тогда он увеличивает успех спаривания.

Половой отбор - оленьи схватки

Отбор хищник-жертва

Этот тип естественного отбора представляет собой взаимодействие между организмами, при котором хищник захватывает и съедает часть или все тело другого организма - жертву . Хищники и жертвы часто обладают выгодными чертами, возникающими в результате естественного отбора, которые помогают им лучше работать в окружающей среде.Как, например, жертва имеет защитную адаптацию, чтобы убежать от хищников. Эти защиты различаются по природе, могут быть химическими, механическими и поведенческими. Например, многоножка обладает как химической защитой, так и защитой тела. Он производит ядовитое вещество и сворачивается в защитный мяч при угрозе. Многие организмы использовали свою окраску или форму тела, чтобы избежать хищников. Например, хамелеон меняет цвет, чтобы смешать свое окружение. Со временем процесс естественного отбора может изменить организм, сделав его лучшими хищниками и более защитной добычей.В любом случае адаптация меняет всю динамику хищник-жертва. Если организм не может адаптироваться с соответствующей защитой, он может каким-то образом исчезнуть. Отношения хищник-жертва часто образуют «эволюционную гонку вооружений», которая развивается, чтобы противостоять друг другу.

Родственный отбор

Этот тип естественного отбора предполагает альтруистическое поведение. Родственный отбор происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение чертам или характеру, которые приносят пользу родственным членам группы.Например, рабочие пчелы проявляют альтруистическое поведение, тратя всю свою жизнь на работу в улье, но никогда не имеют возможности воспроизводить потомство самостоятельно. Однако все пчелы в ульях - близкие родственники. Признаки рабочих пчел передаются следующему поколению косвенно через матку. Таким образом, матка произвела больше родственных потомков, что привело к более высокой приспособленности рабочей пчелы, хотя она никогда не воспроизводила напрямую. Похоже, что поведение рабочего не будет поддерживаться или поддерживаться естественным отбором.Потому что любой фактор, вызывающий такое поведение, скорее всего, будет исключен из населения. Поскольку дифференциальный репродуктивный успех зависит не от рабочих пчел, а от матки.

Примеры естественного отбора

Какие примеры естественного отбора? Мы узнаем, что естественный отбор - это средство, с помощью которого организмы стремятся лучше адаптироваться к своей среде и, следовательно, становятся более приспособленными в выживании и воспроизводстве. Изменения в окружающей среде со временем повлияют на генетическое разнообразие видов.Организмы могут не выглядеть как их предки, потому что естественный отбор изменил их, чтобы выжить в новой среде. Чтобы было понятнее, давайте рассмотрим несколько примеров естественного отбора.

Мыши с черной и коричневой шерстью

Группа мышей с наследственной вариацией цвета шерсти черно-подпалый жила в районе, где камни черные. Ястребы - хищники, которые могут легко заметить рыжих мышей. По этим особенностям окружающей среды коричневые мыши с большей вероятностью будут съедены, чем черные мыши против черной скалы.Будет удалено большое количество коричневых мышей по сравнению с черными мышами. Таким образом, большая часть черных мышей, которые выживут, означает, что в следующем поколении количество черных мышей будет расти. Цвет меха - это наследственная черта. После нескольких поколений отбора популяция мышей может быть полностью черной. Это изменение наследственных особенностей популяции мышей является примером происхождения с модификацией .

Длиннохвостые и короткохвостые павлины

Переливающееся оперение павлина с хвостовыми перьями 4-5 футов в длину.Эти длинные перья мешают самцам убегать от хищников, но они привлекают больше самок, которые предпочитают длинные и декоративные перья. В результате длиннохвостые павлины спаривались чаще, чем короткохвостые, и давали больше потомства. Затем эта черта будет передана следующему поколению до такой степени, что все самцы павлина будут иметь экстравагантное оперение. Цвет рулевых перьев самцов эволюционировал, и это говорит нам о том, что павлины (самки павлина) предпочитали ярко окрашенное оперение. Важно помнить, что естественного отбора недостаточно для выживания особи, но еще и для воспроизводства.Следовательно, признаки, увеличивающие вероятность воспроизводства, жизненно важны для естественного отбора.

павлин

Белые, черные и коричневые мыши

Как естественный отбор ведет к эволюции? Как отмечалось ранее, естественный отбор - движущая сила эволюции. Обычно его называют , эволюция путем естественного отбора . Давайте посмотрим на популяцию мышей разного цвета шерсти - белого, черного и коричневого. Белые мыши уязвимы для хищников, так как их цвет легко определить.Таким образом, характеристики белого цвета не будут переданы следующему поколению. Однако коричневые и коричневые мыши могут прятаться от хищников, так как они легко маскируются окружающей средой. Это означает, что они смогут передать черты черного / коричневого цвета следующему поколению. В этом случае естественный отбор заставляет мышей эволюционировать в основном черными или коричневыми.

белые, черные, коричневые мыши

Длинношейные и короткошеие жирафы

В среде, где у некоторых жирафов длинная шея, а у других - короткая.Если что-то случится с той средой, в которой вымирают все низинные кустарники. Тогда жирафы с короткой шеей не получат достаточно еды, чтобы выжить. Через несколько поколений в этом районе будут доступны только длинношеие жирафы. В этом сценарии естественный отбор способствует сохранению группы организмов, которые лучше всего подходят к биологическим и физическим изменениям окружающей их среды.

Серые и зеленые древесные лягушки

В лесистой местности серые древесные лягушки и зеленые древесные лягушки имеют общую среду обитания - кору дерева - и экологическую нишу.Змеи и птицы - хищники древесных лягушек. На коре дерева лучше сочетаются серые древесные лягушки, чем зеленые. Таким образом, зеленые древесные лягушки более заметны для хищников и могут быть съедены. Со временем серые древесные лягушки производят больше потомства, которое с меньшей вероятностью будет съедено. В данном случае естественный отбор отдавал предпочтение древесным лягушкам, которые живут в местах обитания, в которых они более замаскированы. Кроме того, существует множество способов, которыми естественный отбор формирует организмы.

Красные и зеленые жуки

Красные и зеленые жуки являются общими в среде обитания.Птицы - хищники в этой местности, которые предпочитают есть красных жуков, чем зеленых. Вскоре количество зеленых жуков увеличивается, а количество красных жуков уменьшается или исчезает в этом районе. В этом случае дифференцированное размножение клопов зависит от пищевых предпочтений хищника. Репродуктивный успех считается важным фактором, определяющим группы, которым благоприятствует процесс естественного отбора.

Пингвины, нелетающие птицы

Пингвины, например, нелетающие птицы, которые не подходят для выживания.Однако вместо того, чтобы летать, пингвины приспособились к тому, чтобы хорошо плавать. Что, в свою очередь, приносит им большую пользу в поиске пищи и спасении от хищников. Поскольку в районе, где обитают пингвины, нет наземных хищников, а источником пищи является вода. Утрата способности летать для них не является недостатком.

плавающий пингвин

Венерина мухоловка

Естественный отбор также происходит у таких растений, как, например, венерина мухоловка. Эти растения плотоядны и растут в районах, где почвам не хватает азота.По своей природе растениям необходим азот - химический элемент, необходимый для выживания. Чтобы мухоловка Венеры могла выжить в такой среде, они ловят насекомых в ловушку, поскольку насекомые содержат азот и становятся альтернативным источником выживания растений в среде с низким содержанием азота.

Венерина мухоловка - с пойманным насекомым

Зеленые и коричневые жуки

Другой пример естественного отбора - зеленые и коричневые жуки, которые живут на земле. Птицы легко заметят зеленых жуков, так как они более заметны на коричневом фоне.Со временем в популяции остаются в основном коричневые жуки, как и зеленые, поедаемые птицами. Когда в местности произойдут изменения, земля будет засыпана травой из-за изменения климата. Затем, коричневых жуков теперь легко заметить птицы. Следовательно, их численность может уменьшиться. Однако количество оставшихся зеленых жуков в конечном итоге увеличится, поскольку они приспособлены к выживанию в новой среде обитания. Следовательно, случайные эффекты происхождения с модификацией превращаются в эволюцию жуков, которая адаптирует свою среду посредством естественного отбора.Затем передаются те черты, которые лучше адаптируются к окружающей среде, в то время как те черты, которые не адаптированы должным образом, не выживают.

Акулы

Акулы проявляют защитную окраску: белый цвет снизу и сине-серый сверху. Эта окраска заставляет их маскироваться в воде, где верх смешивает голубоватую воду от кого-то, смотрящего вниз. Принимая во внимание, что нижняя сторона акулы белого цвета уравновешивает свет, проходящий через воду сверху.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы узнали о естественном отборе.

Ссылки

  • Бушар, Ф. (2004). Пригодность, вероятность и принципы естественного отбора. Британский журнал философии науки, 55 (4), 693–712. https://doi.org/10.1093/bjps/55.4.693
  • Браун, Б. (2007). Эволюция: историческая перспектива (Greenwood Guides to Great Ideas in Science) (иллюстрированное изд.). Гринвуд.
  • Дарвин, К. (2010). О происхождении видов посредством естественного отбора или о сохранении благоприятных рас в борьбе за жизнь. FQ Книги.
  • Дарвин, К., и Докинз, Р. (2003). Происхождение видов и путешествие бигля (иллюстрированное издание). Библиотека обывателя.
  • Деметриус, Л., и Гундлах, В. (2014). Теория направленности и энтропийный принцип естественного отбора. Энтропия, 16 (10), 5428–5522. https://doi.org/10.3390/e16105428
  • Эдвардс, А.W. F. (1974). О принципе максимума Кимуры в генетической теории естественного отбора. Успехи в прикладной теории вероятностей, 6 (01), 10–13. https://doi.org/10.1017/s0001867800039641
  • Hendry, AP, Kinnison, MT, Heino, M., Day, T., Smith, TB, Fitt, G., Bergstrom, CT, Oakeshott, J., Jørgensen , П.С., Залуки, депутат, Гилкрист, Г., Саутертон, С., Сих, А., Штраус, С., Денисон, РФ, и Кэрролл, С.П. (2011). Эволюционные принципы и их практическое применение. Эволюционные приложения, 4 (2), 159–183.https://doi.org/10.1111/j.1752-4571.2010.00165.x
  • Хант, Дж. (1866 г.). О применении принципа естественного отбора к антропологии в ответ на взгляды, отстаиваемые некоторыми учениками Дарвина. Антропологический обзор, 4 (15), 320. https://doi.org/10.2307/3024857
  • Додарвиновская эволюционная теория. (2015). Усадьба.ком. http://scienceprofonline.homestead.com/evolution/pre-darwinian-evolutionary-theory-lamark-cuvier-hutton-lyell.html
  • Униформизм: Чарльз Лайель. (2020). Berkeley.Edu. https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/0_0_0/history_12
  • ‌‌Урри, Л., Каин, М., Вассерман, С., Минорский, П., и Рис, Дж. (2016). Биология Кэмпбелла (Серия биологии Кэмпбелла) (11-е изд.). Пирсон.
  • Почему Ламарк не открыл принцип естественного отбора. (1982). Журнал истории биологии, 15 (3), 443–465. https://doi.org/10.1007/bf00133146
  • Уильямс, Г. К. (1966). Естественный отбор, цена воспроизводства и принцип нехватки.Американский натуралист, 100 (916), 687–690. https://doi.org/10.1086/282461

© BiologyOnline.com. Контент предоставлен и модерируется редакторами BiologyOnline.

Следующий Население

- определение и примеры

Определение населения

Популяция - это количество организмов одного вида, которые одновременно живут в определенной географической области , с возможностью скрещивания .

Для того, чтобы произошло скрещивание, особи должны иметь возможность спариваться с любым другим членом популяции и производить потомков . Однако популяции содержат генетических вариаций внутри себя, и не все люди в равной степени способны выживать и воспроизводиться.

Популяции могут иметь разные масштабы. Местное население может быть ограничено пространственно небольшой территорией, т.е. рыбой в одном пруду. Однако этот район может действовать в региональном, национальном, островном или континентальном масштабе; он может даже составлять весь вид.Если особи местного населения могут перемещаться между другими местными популяциями, это называется метапопуляцией .

Биология популяций - это исследование характеристик популяций и факторов, влияющих на их размер и распространение. Изучаемые характеристики включают моделей миграции, , плотность населения, демографию , (коэффициенты рождаемости и смертности, соотношение полов и возрастное распределение), популяционную генетику , , жизненные черты , и групповую динамику. (взаимодействия внутри и между популяциями). Экология населения - это исследование того, как эти популяции взаимодействуют с окружающей средой.

Большинство популяций нестабильны, их размер меняется со временем (буква «N» часто обозначает количество особей в популяции). Колебания обычно происходят в ответ на изменения абиотических и биотических факторов, которые действуют как ограничивающие факторы против неопределенного экспоненциального роста популяций. Например, при изобилии пищевых ресурсов и благоприятных экологических условиях популяция может расти.И наоборот, когда хищники сильны, популяции могут истощаться.

Характеристики населения могут влиять на то, как на него влияют определенные факторы. Эффекты, которые зависящих от плотности факторов могут оказывать на популяцию, определяются ее размером; например, более крупное и плотное население будет уничтожено более быстро из-за распространения болезни, чем широко рассредоточенное население. Характеристики жизненного цикла, такие как скорость созревания и продолжительность жизни, могут влиять на скорость роста популяции; если особи созреют позже, популяция будет расти медленнее, чем если бы они созревали относительно молодыми.

Из-за генетической изменчивости внутри популяций более крупные обычно более устойчивы к стохастическим изменениям в их среде или демографии. Это потому, что существует более высокая вероятность того, что генетическая мутация в генофонде лучше приспособлена для выживания в новой ситуации. Если произойдет экстремальное событие, при котором большое количество особей в популяции не сможет выжить, оставшиеся особи с предпочтительными генами будут воспроизводиться, тем самым увеличивая частоту этих генов в популяции на генетический дрейф .Это называется узким местом населения .

Эффект узкого места

Хотя люди, пережившие «узкое место», адаптированы к новым условиям, популяция не всегда добивается успеха в долгосрочной перспективе. Генетическое разнообразие в новой популяции невелико и очень медленно увеличивается по мере того, как мутации происходят в каждом последующем поколении. Это означает, что новая популяция очень уязвима к дальнейшим изменениям окружающей среды или доступности ресурсов, а также страдает от последствий инбридинга , таких как болезни и уродства в потомстве.Если узкое место приводит к появлению слишком малого числа особей (ниже минимального жизнеспособного размера популяции (MVP), существует значительный риск исчезновения через несколько поколений.

Узкое место среди населения

Примеры популяций

Африканские слоны

Существует два традиционно признанных вида слонов: африканские слоны ( Loxodonta Africana ) и азиатские слоны ( Elephas maximus ), хотя недавние исследования разделили африканских слонов на два вида: африканские слоны кустарниковые ( Loxodonta africana ). и африканские лесные слоны ( Loxodonta cyclotis ).

Популяции африканских слонов, как полагают, существовали в масштабах всего континента и в начале 1900-х годов насчитывали до 5 миллионов особей. Однако из-за фрагментации среды обитания и браконьерства из-за их клыков численность слонов резко снизилась. В настоящее время считается, что осталось около 400 000 африканских слонов.

Структура группы слонов состоит из семейных единиц примерно из 10 человек, хотя, когда семьи слонов вступают в контакт, они могут объединяться в более крупные группы - так называемые «стада» - до 100 человек.Каждое из этих стад составляет местное население. Однако любой особь каждого вида может воспроизводиться с другим представителем вида, поэтому полная популяция каждого африканского вида включает всех особей на континенте.

Население прудов

В среде обитания может быть много разных популяций; маломасштабный пример - озеро. Озеро может служить средой обитания для птиц, рыб, насекомых, земноводных и млекопитающих, таких как выдры или крысы. Хотя каждый вид получает ресурсы из озера, их популяции, вероятно, будут зависеть от среды обитания по-своему.Для рыбы земля представляет собой непреодолимый барьер для распространения. Без возможности уйти целая популяция форели может существовать исключительно в пределах озера и нигде больше.

Земноводные, такие как жабы, могут нереститься в озере и использовать несколько близлежащих озер в долине для кормления. Однако, поскольку они не могут перебраться через горы, их местное население ограничено внутренней частью долины. Если условия окружающей среды в долине отличаются от других окружающих долин, и жабы изолированы от других популяций того же вида на достаточно долгое время, поведение или морфология жаб может измениться в достаточной степени, чтобы она не могла спариваться с жабами за пределами Долина.Эта изоляция будет стимулировать процесс видообразования и, следовательно, образование новых видов.

Перелетные птицы могут посещать озеро сезонно, чтобы перезимовать; часть года эти птицы составляют местную популяцию. Когда птицы возвращаются со своих мест зимовки, они встречаются с другими популяциями того же вида, чтобы иметь возможность размножаться в большем количестве. Птицы разного возраста и пола обычно мигрируют в разное время или на разное расстояние, поэтому размеры популяции зависят от групповой демографии.

Лосось

Многие виды лососей являются анадромными , что означает, что они рождаются в пресной воде, прежде чем мигрировать в океан, чтобы кормиться и созревать, и возвращаться в пресную воду для размножения.

Лосось, как правило, возвращается в ту же реку, в которой родился, чтобы нереститься сам. Из-за этого сильного желания «вернуться домой» лосось обычно не уходит далеко от своего естественного нерестилища, хотя расстояние распространения во многом зависит от конкретного вида.

Поскольку большинство нерестилищ разделены сушей или глубоководными участками, каждая группа лосося, родившаяся на определенном нерестилище, составляет местную популяцию на этом участке; хотя условия в пределах маршрутов, доступных для распространения на другие участки, не являются невозможными для лосося, они редко перемещаются между участками.

Во время пребывания в море лосось контактирует с лососем из других местных популяций, даже очень отдаленных. Хотя нет никаких препятствий для спаривания между местными популяциями одного и того же вида, тенденция лосося возвращаться в свою родную реку значительно снижает поток генов между ними.Тем не менее, некоторые люди по собственному выбору или по ошибке отклоняются от ожидаемого маршрута, что приводит к некоторому потоку генов между популяциями.

В зависимости от жизненного цикла лосося можно отнести к категории метапопуляций.

  • Сообщество - Группа, состоящая из различных видов, которые взаимодействуют друг с другом напрямую или пассивно в одном месте.
  • Виды - Группа физически похожих особей, способных к воспроизводству с получением плодовитого потомства.
  • Генофонд - Набор генов, присутствующих в популяции или виде.
  • Видообразование - Образование новых, отличных от других видов.

Викторина

1. Какой из следующих сценариев лучше всего подходит для определения совокупности?
A. Пять видов лягушек, обитающих на болоте.
B. Все акулы, плавающие у западного побережья Австралии.
C. Все отдельные горные гориллы, обитающие в густых лесах четырех национальных парков в Африке.
D. Птицы, летучие мыши и обезьяны, обитающие в тропических лесах Эквадора.

Ответ на вопрос № 1

C правильный. Хотя их местное население разделено на четыре национальных парка, охватывающих три страны, все горные гориллы национальных парков в Африке принадлежат к одному виду (Gorilla beringei beringei). Общая популяция горных горилл составляет около 1000 особей. Во всех остальных сценариях участвуют сообщества разных видов.

2. Узкое место среди населения возникает, когда:
A. Число людей в группе становится слишком большим.
B. Событие вызывает значительную гибель людей в популяции.
C. Виды мигрируют прочь от своей коренной популяции.
D. Две популяции сливаются вместе, образуя новую популяцию.

Ответ на вопрос № 2

B правильный. Узкое место среди населения возникает, когда гибнет значительное количество людей.Выжившие особи могут воспроизводиться и воспроизводиться, а могут вымереть.

3. Небольшие группы населения более уязвимы, чем крупные, потому что:
A. Они с большей вероятностью станут жертвами нападения.
B. Они уязвимы для изменений, потому что у них меньший генофонд.
C. Они не могут согреть друг друга.

Ответ на вопрос № 3

B правильный. Более крупные популяции обычно более устойчивы к изменениям окружающей среды, чем мелкие.В большой популяции более вероятно, что некоторые особи будут обладать генетическими мутациями, благоприятными в новых условиях и способными выживать и воспроизводиться.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *