Сравнительная характеристика искусственного и естественного отборов. Основные характеристики искусственного отбора: этапы, формы и суть понятия

Сравнительная характеристика искусственного и естественного отборов.

1. Естественный отбор - процесс выживания особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и оставление ими потомства - главная движущая сила эволюции. Ненаправленный характер наследственных изменений, их разнообразие, преобладание вредных мутаций и направляющий характер естественного отбора - сохранение особей только с полезными в определенной среде наследственными изменениями.

2. Искусственный отбор - основной метод селекции, которая занимается выведением новых сортов растений и пород животных. Искусственный отбор - сохранение человеком для последующего размножения особей с наследственными изменениями, интересующими селекционера.
31. Разнообразие сортов растений и пород животных - результат селекционной работы ученых. Учение Н. И. Вавилова о центрах происхождения и многообразия культурных растений.

1. Селекция - наука о выведении новых сортов растений и пород животных. Порода (сорт) - искусственно созданная человеком популяция, которая характеризуется наследственными биологическими особенностями, морфологическими и физиологическими признаками, продуктивностью. 2. Ч. Дарвин - основоположник науки селекции, обосновавший значение наследственной изменчивости и искусственного отбора в создании новых сортов и пород.

3. Вклад Н. И. Вавилова в развитие науки селекции, в разработку ее задач. Обоснование Н. И. Вавиловым необходимости использования законов генетики в качестве научных основ селекции. Изучение и создание им коллекции сортового и видового разнообразия растений как исходного материала для селекции.

4. Закон Н. И. Вавилова о гомологических рядах в наследственной изменчивости, его значение для селекции: выявление сходных наследственных изменений у организмов близких видов.

5. Изучение Н. И. Вавиловым видового разнообразия. Богатство генофонда диких видов, превышение генофонда сортов растений и пород животных, необходимость изучения мирового богатства видов для селекции.

6. Учение Н. И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Центры происхождения культурных растений - в основном горные районы, древние очаги земледелия, характеризующиеся многообразием видов, разновидностей, родина сортов растений. Основные центры происхождения культурных растений.

7. Значение селекции - создание большого разнообразия высокопродуктивных сортов растений, полиплоидных форм, пригодных для выращивания в разных климатических условиях, а также пород животных, высокопродуктивных гибридных форм, бройлеров и др.

Естественный и искусственный отбор, их сходство и отличия.

1. Естественный отбор - процесс выживания особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и оставление ими потомства - главная движущая сила эволюции. Ненаправленный характер наследственных изменений, их разнообразие, преобладание вредных мутаций и направляющий характер естественного отбора - сохранение особей только с полезными в определенной среде наследственными изменениями.

2. Искусственный отбор - основной метод селекции, которая занимается выведением новых сортов растений и пород животных. Искусственный отбор - сохранение человеком для последующего размножения особей с наследственными изменениями, интересующими селекционера.

3. Сравнение естественного и искусственного отбора.

4. Роль естественного отбора в создании новых сортов растений и пород животных - повышение их приспособленности к условиям среды.

36. Основные методы селекции животных.

Создание пород домашних животных началось вслед за их приручением и одомашниванием, которое началось 10-12 тыс. лет назад. Содержание в неволе снижает действие стабилизирующей формы естественного отбора. Различные формы искусственного отбора (сначала бессознательный, а затем методический) приводят к созданию всего многообразия пород домашних животных.

В селекции животных, по сравнению с селекцией растений, есть ряд особенностей. Во-первых, для животных характерно в основном половое размножение, поэтому любая порода является сложной гетерозиготной системой. Оценка качеств самцов, которые внешне у них не проявляются (яйценоскость, жирномолочность), оцениваются по потомству и родословной. Во-вторых, у них часто поздняя половозрелость, смена поколений происходит через несколько лет. В-третьих, потомство немногочисленное.

Основными методами селекции животных являются гибридизация и отбор . Различают те же методы скрещивания - близкородственное скрещивание, инбридинг , и неродственное - аутбридинг . Инбридинг, как и у растений, приводит к депрессии . Отбор у животных проводится по экстерьеру (определенным параметрам внешнего строения), т.к. именно он является критерием породы.

1. Внутрипородное разведение: направлено на сохранение и улучшение породы. Практически выражается в отборе лучших производителей, выбраковке особей, не отвечающих требованиям породы. В племенных хозяйствах ведутся племенные книги, отражающие родословную, экстерьер и продуктивность животных за много поколений.

2. Межпородное скрещивание используют для создания новой породы. При этом часто проводят близкородственное скрещивание, родителей скрещивают с потомством, братьев с сестрами, это помогает получить большее число особей, обладающих нужными свойствами. Инбридинг сопровождается жестким постоянным отбором, обычно получают несколько линий, затем производят скрещивание разных линий.

Хорошим примером может служить выведенная академиком М.Ф.Ивановым порода свиней - украинская белая степная. При создании этой породы использовались свиноматки местных украинских свиней с небольшой массой и невысоким качеством мяса и сала, но хорошо приспособленных к местным условиям. Самцами-производителями были хряки белой английской породы. Гибридное потомство вновь было скрещено с английскими хряками, в нескольких поколениях применялся инбридинг, были получены чистые линии, при скрещивании которых получены родоначальники новой породы, которые по качеству мяса и массе не отличались от английской породы, по выносливости - от украинских свиней.

3. Использование эффекта гетерозиса . Часто при межпородном скрещивании в первом поколении проявляется эффект гетерозиса, гетерозисные животные отличаются скороспелостью и повышенной мясной продуктивностью. Например, при скрещивании двух мясных пород кур получают гетерозисных бройлерных кур, при скрещивании беркширской и дюрокджерсейской пород свиней получают скороспелых свиней с большой массой и хорошим качеством мяса и сала.

4. Испытание по потомству проводят для подбора самцов, у которых не проявляются некоторые качества (молочность и жирномолочность быков, яйценоскость петухов). Для этого производителей-самцов скрещивают с несколькими самками, оценивают продуктивность и другие качества дочерей, сравнивая их с материнскими и со среднепородными.

5. Искусственное осеменение используют для получения потомства от лучших самцов производителей, тем более что половые клетки можно хранить при температуре жидкого азота любое время.

6. С помощью гормональной суперовуляции и трансплантации у выдающихся коров можно забирать десятки эмбрионов в год, а затем имплантировать их в других коров, эмбрионы так же хранятся при температуре жидкого азота. Это дает возможность увеличить в несколько раз число потомков от выдающихся производителей.

7. Отдаленная гибридизация , межвидовое скрещивание, известно с древних времен. Чаще всего межвидовые гибриды стерильны, у них нарушается мейоз, что приводит к нарушению гаметогенеза. С глубокой древности человек использует гибрид кобылицы с ослом - мула, который отличается выносливостью и долгожительством. Но иногда гаметогенез у отдаленных гибридов протекает нормально, что позволило получить новые ценные породы животных. Примером являются архаромериносы, которые, как и архары, могут пастись высоко в горах, а, как мериносы, дают хорошую шерсть. Получены плодовитые гибриды от скрещивания местного крупного рогатого скота с яками и зебу. При скрещивании белуги и стерляди получен плодовитый гибрид - бестер, хорька и норки - хонорик, продуктивен гибрид между карпом и карасем.

Таким образом, заслуга Ч. Дарвина состоит в том, что он раскрыл главные движущие силы эволюции:

Результаты эволюции. Главным результатом эволюции является приспособленность организмов к условиям обитания, что влечет за собой совершенствование их организации. Приспособленность – это результат взаимодействия движущих сил эволюции: наследственности, изменчивости и естественного отбора. В результате действия естественного отбора сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Эти признаки обеспечивают хорошую, но не абсолютную приспособленность организмов к тем условиям, в которых они живут. Приспособленность организмов к среде обитания носит относительный характер. Это означает, что при изменении условий полезные признаки могут оказаться бесполезными или даже вредными.

Все приспособления появились в результате естественного отбора, обеспечивая существование вида в определенных условиях:

Широкое распространение среди животных покровительственной окраски , делающей их менее заметными в местах обитания (на Крайнем Севере многие животные окрашены в белый цвет - это куропатки, медведи);

У некоторых животных распространена предупреждающая (угрожающая) окраска в виде ярких отпугивающих пятен (божья коровка, оса);

- мимикрия (подражание) : многие животные, не имеющие специальных средств защиты, по форме тела и окраске подражают защищенным (неядовитые змеи и насекомые внешне похожи на ядовитых);

- маскировка – приспособление, при котором форма тела и окраска животных сливаются с окружающими предметами (гусеницы некоторых бабочек по форме тела и окраске напоминают сучки);

Многие животные, имеющие специальные защитные приспособления от поедания их другими животными, у многих животных имеются иглы, колючки, хитиновый покров, панцирь, раковина, чешуя;

У животных большую роль в качестве приспособлений играют различного рода инстинкты (инстинкт заботы о потомстве, инстинкты, связанные с добыванием пищи и др.);

У растений имеются приспособления к опылению (яркая окраска венчика и наличие нектара у насекомоопыляемых растений), распространению семян и плодов («парашютики» у одуванчика), защите от потери влаги (превращение листьев в колючки у кактуса).

Другой важный результат эволюции - увеличение многообразия видов . В результате борьбы за существование и естественного отбора выживают наиболее приспособленные организмы, возникают новые популяции, подвиды и виды, происходит процесс видообразования. Изоляция – один из важных факторов видообразования, так как препятствует скрещиванию и обмену наследственной информацией между обособленными популяциями.

Изолирующие механизмы – это различные факторы, преграды, барьеры, затрудняющие свободное скрещивание особей, что влечет за собой появление значительных различий в генотипах разных популяций одного вида, приводит к еще большему обособлению популяций.

Изолирующие механизмы

Эволюционные процессы протекают на уровне популяций, из которых складывается биологический вид. Возникновение новых видов происходит разными путями. Изолирующие механизмы играют важную роль в процессе образования видов. Процесс видообразования называется микроэволюцией.

Микроэволюция – процессы, которые протекают внутри вида и приводят к образованию новых внутривидовых группировок: популяций и подвидов.

Видообразование бывает двух видов – географическое и экологическое. Различие между ними состоит в том, какой именно способ изоляции послужил исходным для первоначального расхождения популяций. Сущность процесса видообразования в обоих случаях одинакова.

Географическое видообразование связано с расширением ареала исходного вида или пространственной разобщенностью популяций при расчленении ареала на изолированные части физическими преградами: горами, реками.

Примеры географического видообразования:

Возникновение некоторых видов рыб (Предки рыб обитали в море, в ледниковый период стали осваивать и солоноватые водоемы, а затем и пресные, возникающие при таянии ледников на границах моря и материка. Когда ледник отступил, пресные водоемы оказались изолированными. Некоторые рыбы приспособились к изменившимся условиям, приобрели новые признаки, образовали новые виды);

Возникновение нескольких видов ландыша в результате распадения ареала (Исходный родительский вид имел сплошной ареал и был распространен в широколиственных лесах Евразии. После оледенения единый ареал распался на изолированные части. Сформировавшиеся на этих территориях популяции дали начало нескольким видам);

Возникновение вида лиственницы даурской в результате расширения ареала вида лиственницы сибирской (Лиственница сибирская далеко продвинулась на восток, ее популяции заселили территорию от Урала до Байкала и оказались в различных условиях. В результате более суровых условиях под действием борьбы за существование и естественного отбора сформировался новый вид - лиственница даурская).

Экологическое видообразование происходит в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, но условия обитания у них оказываются различными.

Примеры экологического видообразования:

Один вид традесканции сформировался на солнечных скалистых вершинах, другой – в тенистых лесах;

Пять видов синиц сформировались в связи с пищевой специализацией : синица большая питается крупными насекомыми в садах, парках; лазоревка – мелкими насекомыми, которых добывает в щелях коры; хохлатая синица - семенами хвойных растений; гаичка и московка – насекомыми в лесах разного типа.

Такое видообразование происходит медленно, в результате длительного естественного отбора генотипов, несущих полезные для данных условий признаки.

Полиплоиды – материал для увеличения видового разнообразия. Образование новых видов в результате хромосомных перестроек происходит мгновенно, или скачкообразно. Полиплоидия – явление кратного увеличения набора хромосом в ядрах клеток организмов. Она может возникнуть как самопроизвольно, так и под влиянием человека.

Микроэволюция – процессы, которые протекают внутри вида и приводят к образованию новых внутривидовых группировок – популяций и подвидов. Изучая процесс эволюции, ученые выделяют следующие типы эволюционных изменений: параллелизм, конвергенция, дивергенция .

Дивергенция – расхождение признаков в процессе эволюции, приводящее к образованию новых форм, или таксонов, организмов от общего предка. В результате дивергенции возникают гомологичные органы – органы, имеющие общее происхождение, но выполняющие разные функции: на основе дивергенции одни органы тела преобразуются в другие в связи с выполнением ими новых функций. Пример: конечности наземных позвоночных животных (земноводные, пресмыкающиеся, млекопитающие, птицы) имеют единый план строения и общее происхождение, хотя внешне отличаются друг от друга в связи с приспособлением к разным условиям – результат дивергенции. В основе дивергенции лежит экологическая дифференциация вида (или группы видов) на самостоятельные ветви. Различия между видами одной группы в процессе эволюции, в результате действия отбора, все более и более углубляются. Но при этом сохраняется и определенная общность признаков морфофизиологической организации, что свидетельствует о происхождении данной группы от общего предка. При дивергенции сходство между организмами объясняется общностью их происхождения, а различия - приспособлением к разным условиям среды.

Конвергенция – независимое возникновение сходных признаков у организмов, не родственных друг другу; возникает при заселении разными видами сходных мест обитания. В результате конвергенции возникают аналогичные органы – органы, выполняющие сходные функции, но имеющие разное происхождение. Пример: внешнее сходство крыльев птиц и насекомых (аналогичные органы), мимикрия. При конвергентном развитии сходство между неродственными организмами бывает всегда только внешним, так как эволюционным изменениям в одном направлении подвергаются внешние признаки как результат приспособления к одинаковым условиям среды. Таким образом, конвергенция обусловлена одинаковой средой обитания, в которую попадают неродственные организмы.

Параллелизм (параллельное развитие) – это процесс эволюционного развития генетически близких групп организмов, сформировавшихся в результате дивергенции от общего предка, в сходном направлении в силу того, что они оказались в одинаковых условиях окружающей среды.

Подобно тому как селекционер, отбирая особей с незначительными полезными уклонениями в поколениях, создает породы и сорта, так и естественный отбор ведет к образованию видов в природе. Скорость работы селекционера сравнительно высока, но у естественного отбора есть то, чем селекционер не располагает,- практически неограниченное время действия.

Несмотря на сходство в действии, естественный и искусственный отбор различаются и по результатам. Искусственный отбор часто ведет к накоплению признаков, не приносящих пользу для их обладателя (большинство видов домашних животных и культурных растений не могут существовать поэтому без постоянной поддержки человеком в результате резко пониженной жизнеспособности в природных условиях) (рис. 10.10). Естественный отбор никогда не ведет к закреплению признаков, вредных для вида.

Рис. 10.10. Увеличение выработки антибиотиков в результате искусственного отбора микроорганизмов (по СМ. Гершензону, 1991): 1 - пенициллина в 24 раза; 2 - стрептомицина в 17 раз; 3 - хлортетрациклина в 4 раза; 4 - эритромицина в 4 раза; 5 - альбомицина в 6 раз; 6 - олеандомицина в 10 раз. Микроорганизмы, вырабатывающие такие количества антибиотиков, не могут самостоятельно существовать в природе и их популяции специально поддерживаются в искусственных условиях. Заштрихованные столбики - выработка антибиотиков до отбора

Другое различие между искусственным и естественным отбором заключается в том, что естественный отбор не предопределен, не направлен заранее к какой-то цели, как искусственный. Для естественного отбора направление на каждом из этапов эволюции определяется сложной констелляцией внешних и внутренних условий существования, успехом в борьбе за существование.

В настоящее время, когда антропогенное воздействие на природу достигло широких масштабов, искусственный и естественный отбор порой совместно действуют не только на культурные формы, но и на виды в природе. В Англии, например, вокруг старых заброшенных медных рудников произошел отбор растений на выживание в условиях повышенного содержания в почве солей тяжелых металлов. Именно в результате отбора на отсутствие боязни человека и способности перейти на несколько иной, чем в дикой природе, тип питания в 60-е гг. XX в. возникла колония из 700 семей диких барсуков, живущих ныне на территории Большого Копенгагена. В обоих случаях трудно разделить действие естественного и бессознательного искусственного отбора.

Признание за естественным отбором ведущей роли в эволюции не принижает значения остальных факторов эволюционного процесса. Все элементарные эволюционные факторы взаимосвязаны под контролем отбора, все они воздействуют на элементарный эволюционный материал, изменяя элементарную эволюционную единицу.

Теория естественного отбора была и остается одним из основных теоретических обобщений биологии, она объясняет механизм эволюции. Концепция естественного отбора сохраняет свое фундаментальное значение в биологии, несмотря на непрестанные попытки ее ограничения или даже отрицания (см. гл. 3).

При оценке роли естественного отбора как направляющего фактора эволюции проходили острые дискуссии, продолжающиеся и в наши дни (см. гл. 20). Однако теория естественного отбора до сих пор выдержала все испытания, связанные с анализом все возрастающего фактического материала в разных областях биологии. В то же время, как показано в последующих главах, она не завершена и нуждается в дальнейшем развитии.

Обитающих в природных условиях, присутствует индивидуальная изменчивость , которая может проявляться в трёх видах — полезная, нейтральная и вредная. Обычно организмы с вредной изменчивостью погибают на различных этапах индиви-дуального развития . Нейтральная изменчивость организмов не влияет на их жизнеспособность. Индивиды с полезной изменчивостью выживают благодаря преимуществу во внутривидовой, межвидовой борьбе или в борьбе против неблагоприятных условий окружающей среды.

Движущий отбор

При изменении условий среды выживают те особи вида, у которых проявилась наследственная изменчивость и в связи с этим развились признаки и свойства, соответствующие новым условиям, а те особи, которые не имели такой изменчивости, погибают. Во время своего путешествия Дарвин обнаружил, что на океанических островах, где господствуют сильные ветры, встречается мало длиннокрылых насекомых и много насекомых с рудиментарными крыльями и бескрылых насекомых. Как объясняет Дарвин, насекомые с нормальными крыльями не могли противо-стоять сильным ветрам на этих островах и погибали. А насекомые с рудиментарными крыльями и бескрылые совсем не поднимались в воздух и скрывались в щелях, находя там укрытие. Этот процесс, который сопровождался наследственной изменчивостью и естествен-ным отбором и продолжался в течение многих тысяч лет, привёл к сокращению численности на этих островах длиннокрылых насекомых и к появлению особей с рудиментарными крыльями и бескры-лых насекомых. Естественный отбор, который обеспечивает возникновение и развитие новых признаков и свойств организмов, называется движущим отбором .

Дизруптивный отбор

Дизруптивный отбор — это форма естественного отбора, приводящая к об-разованию ряда полиморфных форм, отличающихся друг от друга в пре-делах одной популяции.