Потеря сорта культурных растений

Сорта культурных растений обычно удается успешно использовать лишь в течение нескольких лет после введения их в практику. С чем это может быть связано?

Прежде всего, отметим, что выведение нового сорта, разработка пригодных для него агротехнических приемов, выяснение вопроса о том, в каких районах целесообразно возделывать этот сорт, — дело десятилетий. Поэтому столь малый «срок службы» сорта — явление отнюдь не положительное, и мечта каждого селекционера — ввести свой сорт в практику на много десятилетий. Что же этому мешает, почему исходно хороший сорт может стать непригодным к использованию?
Создавая новый сорт, заботятся о том, чтобы он был устойчив к болезням и вредителям. Но если это достигается введением в генотип сорта одного-двух генов устойчивости, то рано или поздно находится раса паразита, способного «подобрать к ним ключи». Эта раса довольно быстро распространяется повсюду, где только возделывается данный сорт. Один из способов, предлагаемых для борьбы с этим явлением,— введение в генотип сорта многих генов, каждый из которых несколько повышает устойчивость к паразиту. Выработать «контрприспособления» против каждого из этих генов паразиту будет трудно. Другой способ заключается в том, чтобы повысить и без того достаточно высокую генетическую разнородность сорта, сделав так, чтобы разные растения имели разные гены устойчивости.

Подробнее...

Механизмы изоляции видов

Почему некоторые близкие виды животных, способные давать потомство в неволе, в природе существуют, не смешиваясь?

В ответе на предыдущий вопрос уже упоминались различные прекопулятивные (т. е. действующие до момента спаривания, предотвращающие спаривание между особями разных видов) механизмы генетической изоляции. Какие из этих механизмов, действующих в природе, не могут функционировать в условиях неволи?
Прежде всего это относится к экологической изоляции. Как и в случае, разобранном в предыдущем вопросе, в естественных условиях близкие виды часто обитают в различных биотопах, редко сталкиваясь друг с другом. Другой важный механизм изоляции — временной. В условиях неволи, например, при постоянных в течение всего года температуре и фотопериоде, у животных могут смещаться сроки размножения и представители разных видов могут оказаться готовыми к размножению одновременно.
В условиях неволи часто изменяется поведение животных. При этом могут исказиться, стереться видовые особенности брачного поведения, служащие для поведенческой изоляции. Довольно часто поведенческая изоляция основана на том, что особи каждого из обитающих совместно близких видов выбирают себе партнера для спаривания, сравнивая брачное поведение «своих» и «чужих». В неволе, особенно в случае, если человек специально стремится получить гибриды, такого выбора может просто не быть.

Перенос генов

В результате изменений ландшафтов особи одного вида животных или растений проникают в область распространения других близких видов и дают там гибрид с аборигенами. Каковы могут быть последствия этого?

Очевидно, что этот вопрос касается механизмов межвидовой репродуктивной изоляции. Для ответа на него требуется разобраться в том, что может происходить с популяциями близких видов в случае разрушения географических и/или экологических изолирующих преград.
Последствия такого проникновения (оно называется вторичной интрогрессией) зависят прежде всего от степени дивергенции этих двух видов, а именно от того, насколько жизнеспособны и плодовиты их гибриды. Рассмотрим сначала случай, когда межвидовые гибриды оказываются вполне жизнеспособными и плодовитыми. Такие случаи не редкие. Так называемые гибридные зоны, или зоны интрогрессии, где обитают представители обоих видов и идет интенсивная гибридизация, хорошо известны для серой и черной вороны в Европе, двух видов дятлов в Северной Америке, множества других животных и растений. Очевидно, такие зоны возникли относительно недавно в результате изменений ареалов близких видов, связанных с изменениями природных ландшафтов, вызванными как деятельностью человека, так и естественными причинами. Если межвидовые гибриды одинаково успешно скрещиваются и друг с другом, и с родительскими видами, в зонах интрогрессии будет происходить смешение генофондов двух видов и межвидовые различия будут стираться. Если же гибридные формы по тем или иным причинам скрещиваются друг с другом чаще, чем с родительскими видами, произойдет гиброгенное видообразование. Эта ситуация достаточно часто встречается в мире растений, но и среди животных есть виды, по всей видимости, имеющие гибридное происхождение: некоторые виды лягушек, дрозофил, дафний и др.

Подробнее...

Изменчивость цвета гусениц одного вида бабочек

Гусеницы одного из видов бабочек встречаются на листьях двух видов — ярко-зеленого и сероватого цветов. На зеленых листьях намного чаще встречаются зеленые гусеницы, а на сероватых — серые. Предложите возможные объяснения этого факта и опыты по их проверке.

Можно предложить следующие возможные объяснения:
а) Гусеницы способны к постепенному изменению окраски в соответствии с цветом фона. Это было бы весьма вероятное объяснение, если бы речь шла, например, о ракообразных. Но и у некоторых насекомых описана способность к изменению окраски.
б) Окраска гусениц постепенно меняется в результате питания данным видом листьев и накопления в организме пигмента соответствующего цвета. Такие случаи влияния цвета пищи на окраску известны у насекомых, хотя именно для гусениц, возможно, и не описаны.
Следующие объяснения, в противоположность двум приведенным выше, предполагают, что окраска гусениц генетически детерминирована и не меняется в течение жизни.

Подробнее...

Генетический полиморфизм популяций

Почему в природных популяциях часто одновременно встречаются разные аллели одного и того же гена, как дающие своему носителю наибольшее преимущество в борьбе за существование, так и не несущие таких свойств?

Присутствие более чем одного аллеля некоего гена в популяции называется генетическим полиморфизмом, а такой ген — полиморфным. Как может поддерживаться полиморфизм в популяциях?
Во-первых, довольно часто оказывается, что какого-либо одного аллеля, дающего максимальное адаптивное преимущество, просто не существует. Во многих случаях все одновременно присутствующие в популяции аллели некоего полиморфного гена оказывают одинаковое или почти одинаковое влияние на приспособленность. Такой полиморфизм называется нейтральным. Нейтральные аллели достигают высоких частот в популяции за счет случайных процессов, то есть дрейфа генов.

Подробнее...

Стабилизирующий отбор

Почему даже длительное воздействие стабилизирующего отбора не приводит к полному фенотипическому единообразию особей в популяции?

Во-первых, не всякий фенотипический признак строго определяется генотипом. Поскольку развитие особей может протекать в несколько различных условиях, они могут получать ненаследуемые различия, вызванные внешней средой. Иными словами, существует широкая фенотипическая ненаследственная изменчивость, на которую отбор впрямую действовать не может. Во-вторых, в популяции, особенно достаточно большой, время от времени возникают новые мутации, проявление которых мы можем наблюдать до того, как стабилизирующий отбор успеет изъять их из популяции.

Эволюция человека

Как Вы думаете, продолжается ли в настоящее время эволюция человека? Ответ поясните.

Эволюция — это не только образование новых видов и более прогрессивных форм (макроэволюция). Это еще и изменение частот генов в популяциях под действием разного рода эволюционных факторов: отбора, дрейфа генов, миграций. Возникновения новых видов рода Homo сейчас действительно не наблюдается, так как генетической изоляции между расами и отдельными популяциями нет, а географическая и социальная изоляция стирается в связи с активной миграцией населения и отступлением национальных и расовых предрассудков.

А вот микроэволюция в человеческих популяциях, безусловно, продолжается. Она проявляется в изменении частот аллелей генов, контролирующих как биохимические, так и морфологические признаки. Тому есть довольно много примеров, в том числе классический с серповидно-клеточной анемией. Есть и другие примеры, в которых в качестве фактора отбора выступает какое-либо серьезное заболевание. Так, например, распространение различных аллелей гена, отвечающего за группы крови, сильно зависит от того, была ли распространена в той или иной стране чума, чувствительностью к возбудителю которой различаются обладатели разных групп крови. Поскольку чума перестала быть важным фактором отбора какое-нибудь столетие назад, в эволюционном смысле этот пример вполне можно отнести к «нашему времени». Разумеется, во всех популяциях людей идет отбор и против аллелей, вызывающих наследственные болезни. Подвергаются отбору и другие признаки. Хорошо известно, что за последнее столетие существенно увеличился средний рост людей и довольно заметно снизился средний возраст полового созревания. Этот процесс продолжается и сейчас.

Важную роль в эволюции человека играет неслучайность скрещиваний, поскольку люди сознательно выбирают себе партнеров. Не менее важны эффекты дрейфа, то есть случайного сдвига частот аллелей, особенно в маленьких популяциях, например у небольших изолированных народов. Большую роль играют и миграции. Развитие транспорта и межнациональных контактов привело к распространению в популяциях человека аллелей из других далеких популяций.

Наследственность и изменчивость

Наследственность и изменчивость — свойства организмов, их значение в эволюции органического мира. Ген, генотип, фенотип.

Наследственность — это способность живых организмов передавать свои признаки потомству. Наследственность делает возможной эволюцию, закрепляя имеющиеся у организма признаки в ряду поколений.

Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки. Может быть ненаследственной и наследственной. Наследственная изменчивость поставляет материал для естественного отбора, обогащая генофонд популяций новыми генами.

Ген — это участок молекулы ДНК, составляющей хромосому, который несет информацию о последовательности аминокислот в структуре одного белка. Совокупность генов, свойственных данному организму, называется генотипом.

Фенотип — это совокупность признаков данного организма, т.е. результат действия генов, который может зависеть и от влияния окружающей среды (ненаследственная, модификационная изменчивость).

Интенсивность естественного отбора

Вам нужно оценить интенсивность естественного отбора в конкретной популяции. В каких величинах Вы стали бы ее измерять и какие способы предложили бы для ее оценки? Каковы возможные источники ошибок такой оценки? Какие трудности возможны?

Первое, что приходит в голову,— посмотреть, какая доля особей не доживает до размножения. Кажется, что чем она больше тем интенсивнее отбор. Но в популяции может быть высока смертность, вызванная случайными причинами, от которых особи гибнут независимо от их генотипа. Значит, имеет смысл сравнивать частоту, с которой гибнут особи разных генотипов. Мерой интенсивности отбора может служить разброс вероятности дожить до размножения и оставить потомство у особей различных генотипов. Однако частоту гибели можно определить только для группы особей одного генотипа, а это возможно только для организмов, обладающих вегетативным размножением или партеногенезом. Нелегко бывает и регистрировать количество оставленных каждой особью потомков, особенно когда речь идет о самцах.

В случае, если исследуемые организмы размножаются половым путем и генетически идентичных особей в популяции, следовательно, нет, можно попытаться проследить за отбором по какому-либо одному гену, для которого хорошо различимы гомозиготы по различным аллелям и гетерозиготы. Смертность и успех в размножении нужно будет учитывать отдельно для особей каждого из генотипов по этому гену. Общая интенсивность отбора не может быть, разумеется, меньше интенсивности отбора по какому-то одному гену, так что таким способом мы получим минимальную оценку этой величины.

Чтобы оценить общую интенсивность отбора, можно выяснить различия в выживаемости и репродуктивном успехе у особей, принадлежащих к разным семьям. Хотя генотипы родственников не полностью идентичны, зная степень родства, можно рассчитать долю общих генов у родственных особей. Величина разброса вероятности выжить и оставить потомство у особей, имеющих большое число общих генов, по сравнению с разбросом между особями, у которых общих генов мало, покажет, какая часть из общей смертности зависит от генотипа особи, то есть насколько интенсивен отбор.

Все эти методы требуют длительного наблюдения за отдельными особями в естественных условиях, выявления родственных связей между ними. Это нелегко. Можно попытаться использовать косвенные методы, хотя они и менее надежны. Например, можно проследить за изменением частоты аллелей некоего гена в течение нескольких поколений и по нему сделать вывод об интенсивности отбора по этому гену. Но кроме отбора существуют и другие причины, приводящие к изменению частот аллелей в поколениях, которые не так просто исключить. Это миграции (приток и отток генов), дрейф генов (т. е. изменения частот аллелей в силу случайных причин).

Очень часто нам не известны гены, ответственные за развитие того или иного признака, подвергающегося отбору. Тогда мы можем лишь регистрировать частоту или степень развития этого признака у особей последовательных поколений. Можно было бы предположить, что чем интенсивнее идет отбор, тем быстрее происходят морфологические изменения. Однако это не совсем верно. Для разных признаков (особенно количественных) степень их развития у потомства может в разной мере зависеть от его выраженности у родителей. Иными словами, разные признаки имеют разную наследуемость. Скорость эволюции признака зависит не только от интенсивности отбора, но и от наследуемости признака.