Никто не станет отрицать, что окружающая нас реальность гармонична и совершенна. Не важно, во что или в кого верит человек, но вокруг себя он видит не только красоту и разнообразие, но и стройный порядок, в котором нет места хаосу. Особенно ясно четкая целесообразность проявляется в мире живых существ. Все слабое, уродливое, не способное к воспроизведению здорового потомства отметается действием факторов эволюции, прежде всего, естественным отбором. Не последнюю роль в нем играет и такой биологический процесс, как репродуктивная изоляция.
Эту, а также другие формы защитных механизмов, стоящих на страже генофонда сообществ растений, животных и человека, мы и рассмотрим в данной работе.
Передача наследственных признаков – главное свойство живой материи
Размножение – важнейший процесс, благодаря которому возможно само существование феномена жизни на Земле. Независимо от уровня ее организации, начиная от простейших и заканчивая млекопитающими, оплодотворение (у растений – опыление), приводящее к появлению жизнеспособного, фертильного потомства, происходит только между особями, относящимися к популяции одного и того же биологического вида. Очевидно, что существуют природные изолирующие механизмы, контролирующие копуляцию или опыление.
Конечно же, не исключена и возможность случаев межвидового скрещивания. Они происходят как в естественных условиях, так и проводятся искусственно – человеком, но всегда приводят к появлению либо потомства с ослабленной жизнеспособностью, либо стерильных гибридов. Достаточно вспомнить бесплодных мулов – потомков, полученных от скрещивания осла и кобылы. Как видим, здесь действуют определенные силы, которые можно рассматривать, как некие виды изолирующих механизмов. Определим их подробнее.
Классификация процессов, приводящих к стабильности генофонда популяций
В эволюционном учении, которое является продуктом совместной научной работы таких естествоиспытателей, как Ч. Дарвин, А.Н. Северцов, Г. Спенсер, рассматриваются следующие, широко распространенные явления, способствующие стабильности существования биологических видов: это географическая, репродуктивная и экологическая изоляция. Раздел биологии - популяционная генетика, занята изучением изменений, происходящих в генофонде сообществ живых организмов. Они являются следствием действия таких факторов, как волны жизни и дрейф генов.
Вышеназванная отрасль биологии устанавливает роль защитных факторов, направленных на сохранение консервативности кариотипов особей популяции и предотвращение межпопуляционных скрещиваний. Далее мы выясним, какие же изолирующие механизмы называют экологическими, и каково их значение в поддержании неизменного состава генов в популяции.
Роль условий внешней среды в сохранении генофонда сообществ живых организмов
В результате филогенеза – исторического развития вида, его особи, формируют популяции, обитающие в границах определенной территории, называемой ареалом. Растительные и животные организмы взаимодействуют с факторами внешней среды, а также с сообществами других видов, которые живут на данной территории, то есть занимают определенную экологическую нишу. Чтобы снизить остроту конкуренции между популяциями одного и того же биологического вида, существуют определенные изолирующие механизмы, обеспечивающие, например, расхождение требований обеих групп касательно вида пищи. Так, жук гороховая зерновка формирует два сообщества насекомых: одно питается семенами гороха, другое – фасоли.
В репродуктивный период, вследствие того, что кормовые культуры растут в различных зонах, организмы двух популяций между собой не скрещиваются.
Сроки размножения и их значение в обеспечении генетической стабильности популяции
К факторам, существенно затрудняющим, или даже полностью пресекающим опыление или копуляцию между организмами одной систематической категории, можно отнести изолирующие механизмы, контролирующие сроки репродукции особей. Например, цветение мятлика лугового, произрастающего в устьях рек, коррелятивно связано с временем прекращения весеннего паводка. Растения, живущие непосредственно на берегу, и в период наводнения длительно находящиеся под водой, цветут позже тех особей, которые находились под влиянием паводка краткосрочно, или, вообще не затапливались. По понятным причинам панмиксия (перекрестное опыление) между растениями, живущими в разных местах луга, отсутствует, так как созревание пыльцы у них происходит в разное время. В итоге образуются несколько популяций мятлика лугового, различающихся сроками размножения.
Эволюционная роль изоляции
Популяционная генетика установила тот факт, что невозможность процесса обмена генами между организмами различных рас или сообществ приводит к тому, что в генотипах особей происходят совершенно различные типы мутаций, а также меняется частота встречаемости как доминантных, так и рецессивных аллелей. Это приводит к тому, что генофонды популяций все больше различаются между собой. Такое расхождение будет касаться, прежде всего, форм адаптации к абиотическим факторам среды. От чего же оно зависит?
Комплексное действие различных видов изоляции
В его основе лежат взаимосвязанные между собой экологические и репродуктивные изолирующие механизмы. Биология, в частности, ее раздел – теория эволюции, выявляет их влияние на проявление такого глобального процесса, как дивергенция, то есть расхождение признаков и свойств организмов. Она лежит в основе микроэволюции – процесса, приводящего к образованию сначала подвидов, а затем, и новых биологических видов в природе.
Как возникает географическая изоляция
Как в ботанике, так и в зоологии, ученые уделяют серьезное внимание фактору, снижающему практически к нулю вероятность свободного скрещивания между особями одного вида. Он получил название географической изоляции. Оказалось, что резкое изменение рельефа местности обязательно сопровождается появлением препятствий, приводящих к возникновению у организмов кардинальных различий.
Они касаются, прежде всего, сроков созревания гамет, времени копуляции или опыления. Все названные факторы можно объединить одним термином – репродуктивная изоляция. К каким же последствиям для существования популяции она приводит?
Расхождение признаков
Ученые установили, что популяции организмов, имеющие изначально сходные геномы, с течением времени приобретают все большие дивергентные черты вследствие исчезновения, как единой кормовой базы, так и возможности свободного скрещивания. Непреодолимые физические барьеры в виде разломов материков, поднятия горных хребтов, разливов рек изолируют сообщества особей друг от друга. Именно таким путем развивается живая природа. Примеры, приведенные далее, иллюстрируют географическую изоляцию, как важный механизм видообразования. Так, группы сумчатых млекопитающих Австралии после отделения ее от древнего материка Гондваны, имеют значительные анатомические и физиологические отличия от современных европейских видов животных, возникших после Великого оледенения.
Ч. Дарвин о механизмах видообразования
Всемирно известный создатель теории естественного отбора, английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин, определил движущие силы эволюции, приводящей к появлению новых классов, отрядов и семейств живых организмов. Также в своих трудах ученый описал географические и экологические изолирующие механизмы. Примеры их проявления он почерпнул из наблюдений, проведенных во время своего знаменитого кругосветного путешествия. Дарвин увидел и зарисовал различные виды вьюрков, обитающих на Галапагосских островах. Птицы имели кардинальные различия в форме клюва, размерах туловища, питались различной пищей.
При скрещивании между собой особи полностью потеряли способность к формированию фертильного потомства. Как считал исследователь, большие расстояния между островами и различия их флоры и фауны привели к образованию нескольких подвидов, затем превратившихся в самостоятельные виды. Мы рассмотрели еще одно направление эволюции, приводящее к образованию новых биологических видов, по которому продвигается вся ныне существующая живая природа. Примеры, рассмотренные нами выше, доказывают важную роль пространственных механизмов, предотвращающих вероятность скрещиваний между организмами различных популяций, что в конечном итоге, приводит к появлению новых систематических единиц.
