Вопрос 138. Элементарный эволюционо-мутационный процесс - это постоянно идущий процесс мутирования генов, пополняющий генофонд мутациями

Элементарный эволюционо-мутационный процесс - это постоянно идущий процесс мутирования генов, пополняющий генофонд мутациями. Вероятность того, что у данной особи в том или ином локусе возникнет новая мутация очень мала. Но так как генов в генотипе особи много, то общее количество мутировавших генов достигает 25-30 %.

Мутационный процесс - это, в основном, спонтанный процесс возникновения мутаций. По своей природе мутационный процесс - статистический процесс. Это значит, что для каждого аллеля определенного гена можно указать лишь вероятность его перехода в какое-то другое состояние. Мутационный процесс - мощный фактор изменения генотипа и генофонда. Академик О. Г. Газенко приводит такой расчет.

В процессе эволюции от возникновения первой клетки до появления человека произошло 10¹⁸ мутаций. Столько же приблизительно секунд (10 с 18 нулями) длится биологическая эволюция на Земле.

Мутационный процесс изменяет исходные признаки в различных направлениях, осуществляя дарвиновскую "неопределенную изменчивость". Ненаправленность мутационного процесса исключает его направляющее действие на эволюционный процесс. Необходимо иметь в виду, что вероятность сохранения новой мутации, по Р. Фишеру, невелика. Если мутантный аллель имеет 1 % преимущества по сравнению с немутантным, то и в этом случае вероятность его исчезновения к 31 поколению равна 93 %.

Большое влияние на мутационный процесс оказывают мутагены - факторы, которые вызывают устойчивые наследуемые изменения в молекулах ДНК, в хромосомах, в генотипе. Мутагенами могут быть физические агенты (ультрафиолетовое, рентгеновское, космическое излучение, нейтроны, протоны, гамма-частицы, альфачастицы, бета-частицы), химические и биологические агенты. Физические мутагены - ионизирующие факторы. Они вызывают хромосомные перестройки.

Чувствительность разных организмов к ионизирующему излучению различна: для человека 700 рентген - смертельная доза, для бактерий, вирусов таковой есть доза в миллионы рентген. Частота мутаций зависит и от обычных факторов среды. Так, повышение на 10 °С температуры в местообитании вызывает 5-кратное увеличение частоты точечных мутаций.

Популяционные волны - это вспышки численности, периодические или непериодические значительные изменения числа особей в популяции. С. С. Четвериков назвал популяционные волны и 1905 г. "волнами жизни". Например, у клестов максимум численности наблюдается раз в три года. Период колебаний численности у мышевидных грызунов - около 10 лет, у белок - 8-11 лет, бабочки-белянки - 10-12, североамериканского зайца-беляка и рыси на севере Канады - 9-10, саранчи - около 11 лет. Масштабы колебаний численности у популяций разных видов обычно разные. Так, численность майского жука на пике волны увеличивается в миллион раз, сибирского шелкопряда - в 12 млн. раз, зайцев в Канаде - в 10 раз.

Флуктуации численности вызываются самыми различными причинами. И они не всегда одинаковые для разных видов. Периодические колебания численности популяций, имеющих 10-11-летний период, объясняются периодичностью активности Солнца: количество пятен на Солнце меняется с периодом в 11 лет. Как "земное эхо солнечных бурь" (А. А. Чижевский) на Земле меняется погода. В связи с этим изменяется продуктивность фитоценозов - изменяется количество корма для растительноядных животных, происходят изменения по всем цепям питания экосистем.

Вот свидетельство очевидца. "1955 год называли на целине "годом отчаяния"... За все лето, начиная с мая, на землю не упало и капли дождя... С утра раскаленное солнце начинало свою опустошительную работу, медленно плыло в белесом, выцветшем небе, излучая нестерпимый зной. И так неделя за неделей, месяц за месяцем. Мы знали, что жара и суть в этом краю никому не в диковинку, но не знали еще зловещей неумолимости стенного календаря, который раз в 10 лет преподносит особенно жесткие, губительные засухи".

Количество корма есть причина флуктуации у сибирского шелкопряда: он дает вспышку после сухого теплого лета.

Может вызвать вспышку численности и стечение многих обстоятельств. Например, у берегов Флориды наблюдаются "красные приливы". Они непериодичны и для их роявления необходимы такие события: обильные ливни, Смывающие с суши микроэлементы (железо, цинк, кобальт - их концентрация должна совпадать до десятитысячной доли процента), пониженная соленость поды, определенная температура и безветрие у берега. При таких условиях водоросли динофлагелляты начинают интенсивно делиться. Теоретически из одной одноклеточной динофлагелляты в результате 25 последовательных делений могут произойти 33 млн. особей. Вода от них становится красной. Это явление известно людям давно: "И вся вода в реке превратилась в кровь; и рыба в реке вымерла, и река воссмердела, и Египтяне не могли пить воды из реки" (Библия, Книга Исход). Динофлагелляты выделяют в воду смертоносный яд, вызывающий паралич, а затем гибель рыбы и других обитателей моря.

Человек может своей деятельностью вызвать вспышку численности некоторых популяций. Результатом антропического воздействия есть возрастание численности сосущих насекомых (тлей, клопов и др.) после обработки полей инсектицидами, которые уничтожают их врагов.

Благодаря человеку кролики и кактус опунция в Австралии, домовые воробьи и непарный шелкопряд в Северной Америке, колорадский жук и филлоксера в Европе, канадская элодея, американская норка и ондатра в Евразии дали неимоверные вспышки численности после попадания на эти новые для них территории, где не было их врагов.

Резкие непериодические колебания численности могут возникать вследствие природных катастроф. Например, на пожарищах обычны вспышки численности иван-чая и связанного с ним сообщества насекомых. Многолетняя засуха превращает болото в луг и вызывает рост численности членов биоценоза луга.

"Волны жизни" исчезают за счет появления большого количества хищников, паразитов, возникновения эпизоотии, изменения абиотических условий.

Эволюционное значение популяционных волн в том, что они:

• изменяют частоты аллелей (малочисленные на пике волны могут проявиться фенотипически, а на спаде - исчезнуть из генофонда);
• на пике волны изолированные популяции сливаются, растет миграция и панмиксия, растет гетерогенность генофонда;
• популяционные волны изменяют интенсивность природного отбора и его направление.

Классификация популяционных волн. В природе встречается множество популя­ционных волн. Рассмотрим основные.

1.Периодические колебания числен­ности короткоживущих организмов ха­рактерны для большинства насекомых, од­нолетних растений, большинства грибов и микроорганизмов. В наиболее простом виде это сезонные колебания численности.

2. Непериодические колебания чис­ленности, зависящие от сложного сочета­ния разных факторов. В первую очередь они зависят от благоприятных для данного вида (популяции) отношений в пищевых цепях: ослабление пресса хищников для популяций жертв или, например, увеличение кормовых ресурсов для популяций хищников Обычно такие колебания численности касаются не одного-двух, а многих видов животных и рас­тений в биогеоценозах и порой ведут к ко­ренным перестройкам всего биогеоценоза.

3. Вспышки численности видов в но­вых районах, где отсутствуют их естествен­ные враги. Примерами колебаний числен­ности в XIX—XX вв. служат кролики в Ав­стралии, домовые воробьи в Северной Аме­рике, канадская злодея, американская норка и ондатра в Евразии и др. В XVI—XVII вв. вспышки численности испытывали рассе­лявшиеся с мореплавателями по всему миру крысы (Rattus norvegicus). С возникнове­нием городов неимоверно увеличилась чис­ленность домовой мухи (Musca domestica) в связи с распространением помоек и гнию­щих пищевых запасов около поселений че­ловека.

4. Резкие непериодические колебания численности, связанные с природными «катастрофами» (разрушением биогео­ценозов или целых ландшафтов). Несколько засушливых лет могут быть причиной серь­езных изменений в облике больших терри­торий (наступление луговой растительности на болотистые места, увеличение площади сухих лугов, выгорание большого числа тор-фяниковых залежей, сохранявшихся на про­тяжении нескольких тысяч лет как устойчи­вый биотоп, и т. д.). Виды с подвижными особями (крупные млекопитающие, насеко­мые, птицы) или живущими в глубоких сло­ях почвы страдают меньше неподвижных и малоподвижных форм, живущих в лесу и почве. Другие формы гибнут в огромном числе (растения, моллюски, рептилии, ам­фибии и др.). На пожарищах хорошо из­вестны вспышки численности иван-чая (Epilobium angustifolium) и связанного с ним сообщества насекомых.

Масштабы колебаний численности могут быть различными. Близкие, по-види­мому, к максимальным величины колебаний численности в 1 млн раз отмечены в Заура­лье для майских жуков (Ю.И. Новожено-вым) и в 12 млн раз — для сибирского шелкопряда в западносибирских лесных биоценозах (А.С. Исаевым).

Поиск по сайту: