Микроэволюция — эволюционные изменения популяций, которые приводят к образованию новых видов.
Микроэволюция представляет собой эволюционные преобразования, происходящие в пределах популяций в сравнительно короткие промежутки времени (например, изменение частоты генов, гомо- и гетерозигот за несколько поколений).
Элементарные факторы (движущие силы) эволюции
Элементарные факторы эволюции – это такие факторы, воздействие которых изменяет частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции):
наследственная изменчивость, поток генов (миграция), популяционные волны (волны жизни), дрейф генов, изоляция, борьба за существование, естественный отбор.
Все перечисленные выше факторы, кроме естественного отбора, действуют ненаправленно: они нужны, чтобы обеспечить генетическую неоднородность популяций и таким образом создать материал для естественного отбора.
Наследственная изменчивость
Популяционные волны (волны жизни)
Популяционные волны (волны жизни) - периодические колебания численности популяции
Причины популяционных волн:
1. Экологические факторы
Доступность ресурсов: Изменения в доступности пищи, воды, укрытий и других ресурсов могут влиять на численность популяций. Например, изобилие пищи может способствовать росту численности, тогда как её нехватка приведёт к уменьшению.
Климатические условия: Изменения в климате и погоде (например, засухи, наводнения, изменения температуры) могут оказывать сильное влияние на популяции. Стремительные изменения в климате могут привести к гибели особей или снижению их репродуктивных возможностей.
2. Взаимодействия между видами
Хищничество: Увеличение численности хищников может привести к снижению численности жертв, и наоборот, увеличение численности жертв может привести к росту численности хищников. Эти взаимодействия создают волны в численности популяций.
Конкуренция: Конкуренция между особями одного вида или между разными видами за ограниченные ресурсы может вызывать колебания численности. Когда ресурсы истощаются, численность может снижаться.
3. Репродуктивные циклы
Циклы размножения: У многих видов существуют сезонные или многолетние циклы размножения, которые могут вызывать периодические увеличения или уменьшения численности. Например, у некоторых грызунов наблюдаются циклы размножения, связанные с изменениями в климате и доступностью пищи.
4. Патогены и болезни
Эпидемии: Вспышки заболеваний могут вызвать резкое снижение численности популяций. Патогены могут распространяться быстро, особенно в густонаселённых популяциях, что приводит к волнам в численности.
5. Миграция и расселение
Миграция: Перемещение особей между популяциями может вызывать временные изменения в численности. Миграция может быть ответом на изменения в среде обитания или доступности ресурсов.
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов.
Колебания численности организмов в системе "хищник-жертва"
Поток генов
Поток генов - перенос генов между популяциями.
Происходит за счет: миграции, кочевки, перелеты, перенос пыльцы и семян ветром или насекомыми.
В зависимости от скорости потока генов, механизм либо вызывает генетическое разнообразие, либо генерирует генетическую однородность среди популяций.
На верхней схеме поток генов приводит к увеличению полиморфизма, на нижней - к стиранию границ между популяциями.
Горизонтальный перенос генов
Горизонтальный перенос генов - процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком.
Горизонтальный перенос генов может приводить к эволюционным изменениям в организме, так как новые гены могут добавлять новые функции и свойства, а также сделать организмы устойчивыми к антибиотикам и другим факторам среды.
Для простейших форм жизни горизонтальный перенос генов становится важнейшим фактором, определяющим их эволюцию. Вследствие этого границы между видами как генетически обособленными популяциями стираются, и более стабильной эволюционной единицей становится не отдельный вид, а квазивид — набор нескольких линий, генетически взаимодействующих и поддерживающих друг друга.
Ретротранспозоны – подвижные участки генома, которые не находятся в конкретном месте хромосомы, а постоянно путешествуют по ней. Считается, что они произошли от «забытой» когда-то в геноме эукариотов ДНК ретровирусов – внутриклеточных паразитов, использующих для репликации своего генома механизм обратной транскрипции.
Дрейф генов
Дрейф генов - СЛУЧАЙНОЕ ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в МАЛЫХ популяциях.
Факторы, влияющие на дрейф генов:
1. Численность популяции: чем больше численность популяции, тем дрейф генов менее эффективен. В больших популяциях эффективен отбор
2. Мутационное давление: чем выше мутационное давление, чем чаще мутации, тем дрейф генов менее эффективен
3. Поток генов: чем выше поток генов, чем выше обмен мигрантами, тем менее эффективен дрейф генов
4. Селективная ценность данного аллеля: чем выше селективная ценность аллеля, тем дрейф генов менее эффективен
Почему дрейф генов актуален в малых популяциях?
1. В небольших популяциях случайная гибель особей может привести к исчезновению некоторых аллелей и преобладанию других. Это означает, что потеря даже одного индивида будет гораздо заметнее для всей популяции.
2. В малых популяциях генетическое разнообразие может уменьшаться, а генетическая однородность возрастать.
3. Аллели могут утрачивать или закрепляться в популяции независимо от их полезности, что может обеднять генофонд. Поскольку изменения частот происходят случайно, естественный отбор не оказывает влияния.
Изоляция
Изоляция - возникновение барьеров, ограничивающих свободное скрещивание (панмиксию).
Значение изоляции:
Способствование видообразованию: Биологическая изоляция препятствует обмену генами между популяциями, что позволяет им накапливать генетические различия. Со временем эти различия могут привести к появлению новых видов.
Сохранение генетического разнообразия: Изоляция позволяет популяциям адаптироваться к специфическим условиям окружающей среды, сохраняя при этом уникальные генетические комбинации, которые могут быть полезны в изменяющихся условиях.
Предотвращение гибридизации: Изоляционные механизмы помогают предотвратить скрещивание между разными видами, что может привести к образованию нежизнеспособного или стерильного потомства. Это сохраняет генетическую целостность видов.
Адаптация к разным экологическим условиям: Изолированные популяции могут развиваться в разных направлениях в ответ на специфические экологические условия, что способствует диверсификации экосистем и увеличению биологического разнообразия.
Эволюционная дивергенция: Изоляция позволяет популяциям развиваться независимо, что может привести к эволюционной дивергенции и формированию новых адаптаций, стратегий выживания и экологических ниш.
Сохранение редких видов: В некоторых случаях изоляция может помочь в сохранении редких или исчезающих видов, ограничивая их взаимодействие с более доминирующими видами, которые могут их вытеснять.