Критерии и структура вида
Вопрос 1. Дайте определение вида.
По современным представлениям вид — это совокупность особей, обладающих общими морфологическими, физиологическими и биохимическими признаками, занимающих определенный ареал, способных скрещиваться друг с другом и дающих плодовитое потомство. Эти свойства прямо связаны с общностью происхождения всех особей данного вида.
Вопрос 2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.
Обмену генами между видами препятствует репродуктивная изоляция, т. е. невозможность скрещивания с особями другого вида. Существует несколько причин репродуктивной изоляции. Репродуктивная изоляция как фактор видообразования. Этот вид изоляции возникает при невозможности скрещивания особей двух подвидов из-за есоответствия в строении половых органов, различий в поведении, несовместимости генетического материала.
Географическая изоляция. Виды, обитающие на большом расстоянии или разделенные непреодолимой преградой, не способны обмениваться генетической информацией. Свободному скрещиванию новых популяций или подвидов между собой могут мешать разрывы ареала за счет рек, гор, ледников и т.п. Так, например, на основе географических факторов изоляции из одного вида ландышей за несколько миллионов лет возник целый ряд видов.
Сезонная изоляция. Обеспечивается различием сезонов размножение у разных видов. Например, у одного из видов калифорнийской сосны пыльца созревает в феврале, а у другого — в апреле. Поведенческая изоляция. Характерна для высших животных. Например, у многих близких видов водоплавающих птиц брачное поведение имеет свои характерные особенности, что исключает возможность межвидового скрещивания.
В любом случае всякая изоляция приводит к репродуктивному разобщению — то есть к невозможности скрещивания возникающих видов. Можно привести множество примеров возникновения новых подвидов и видов из одного. Так на основе географической изоляции образовалось несколько видов синиц и т.д.
Вопрос 3. В чем причина бесплодия межвидовых гибридов?
Каждый отдельный вид имеет свой собственный кариотип, который отличается числом хромосом, их формой, размерами, строением. Различие кариотипов приводит к нарушению оплодотворения, к смерти зародышей или рождению бесплодного потомства. Стерильность потомства связана с тем, что при отсутствии парных гомологичных хромосом нарушается конъюгация в профазе I мейоза. В результате не образуются биваленты, мейоз нарушается, и развития полноценных гамет у гибридного потомства не происходит.
Вопрос 4. Какие критерии используют ученые для характеристики вида?
Характерные для данного вида признаки и свойства называют критериями вида. Различают морфологический (сходство строения), генетический (одинаковый набор хромосом), физиологический (сходство физиологических процессов), биохимический (сходство биохимических процессов), географический (ареал вида) и экологический (сходство условий существования) критерии. Ни один из критериев нельзя считать абсолютным, то есть для характеристики вида надо учитывать всю совокупность критериев. Так, например, сходное строение может и не быть признаком одного вида, так как в природе существуют морфологически неотличимые виды — двойники (полевка обыкновенная и полевка восточноевропейская; в первом случае набор хромосом равен 46, а во втором — 54). Важной характеристикой вида является то, что вид — это закрытая генетическая система, то есть между генофондами двух видов нет обмена генами. В основе этого явления лежат отличия в наборе хромосом (то есть генетический критерий), несовпадение сроков размножения (то есть экологический критерий), различия в строении половых органов (морфологический критерий), различия в брачном поведении (физиологический критерий) и другие факторы. Генетическая структура вида изменяется под действием эволюционных факторов, поэтому вид неоднороден.
Вопрос 5. Что такое ареал вида?
Ареал вида — это область распространения вида. Размеры ареалов могут сильно варьировать у разных видов. Например, сосна обыкновенная растет почти по всей территории России, а подснежник характерен только для Северного Кавказа.
Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие только на небольших определенных территориях — эндемиками. Именно эндемичные виды вносят наибольший вклад в разнообразие жизни на нашей планете. И они же нуждаются в наиболее тщательной охране — в силу своей малочисленности, жесткой привязанности к определенным условиям обитания, определённой пище и т.д.
Вопрос 6. Охарактеризуйте по основным критериям вид кошка домашняя.
Морфологический критерий: млекопитающее небольшого размера, имеет четыре лапы и хвост, покрыто шерстью, обладает развитыми клыками и втягивающимися когтями.
Генетический критерий — кариотип кошки представлен 19 парами хромосом, из которых 18 пар — соматические хромосомы и одна пара — половые.
Физиологический критерий: предпочитает вечерне-ночной образ жизни, подстерегает (а не преследует) добычу, при необходимости издает характерные мяукающие и мурлыкающие звуки.
Биохимический критерий: химический состав полимеров стандартен для теплокровных млекопитающих.
Экологический критерий: является хищником, охотится на мелких грызунов, птиц.
Географический критерий: вид космополитичен, обитает практически повсеместно и привязан к жилищу человека.
Вопрос 7. Дайте определение понятия «популяция».
В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы — популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.
Популяция — элементарная структура вида — это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями.
Виды — это сумма популяций; внутри популяции происходит естественный отбор, и в определенных условиях могут возникать сначала подвиды, а затем и новые виды.
Почему морфологический критерий вида нельзя считать абсолютным
Многие вопросы теории эволюции в трудах Дарвина и его ближайших последователей раскрыты не были. Их решение стало возможным в ходе дальнейшего развития эволюционного учения – в рамках современной (синтетической) теории эволюции с учетом данных генетики и экологии. Одним из таких вопросов является учение о виде.
Дарвин исходил из определения вида, сформулированного еще К. Линнеем, согласно которому, к одному виду относятся организмы, сходные по строению и дающие плодовитое потомство при скрещивании между собой. В то же время и Ламарк, и тем более Дарвин понимали, что такое определение не абсолютно – существуют исключения из общего правила. В частности, это касается организмов, размножающихся только бесполым путем (бактерии, многие одноклеточные животные, некоторые высшие растения) или самооплодотворением (самоопыляющиеся цветковые растения). Кроме того, иногда разобщенные по области распространения и поэтому не скрещивающиеся в природных условиях группы организмов (виды) в искусственных условиях дают плодовитое потомство.
Например, представители отряда Парнокопытные зубр (обитает в лесах Европы) и бизон (распространен в степях и лесостепях Северной Америки) в зоопарках скрещиваются с образованием плодовитого гибрида зубробизона. Это было использовано при восстановлении поголовья европейских зубров, почти целиком истребленных во время мировых войн.
Зубра и бизона, обладающих большим сходством строения, следовало бы, по Ламарку, отнести к одному виду, хотя очевидно, что эти животные представляют разные виды. Такие ситуации вынуждали многих ученых, например, Ламарка, считать вид условной категорией систематики организмов, отрицать его реальность в природе. Современная эволюционная теория указывает на реальность видов и подходит к их определению комплексно – исходя из нескольких критериев (от греч. критерион – признак, использующийся для оценки или классификации).
Морфологический критерий основан на сходстве особей одного вида по всему набору признаков внешнего и внутреннего строения. Этот критерий является наиболее простым и поэтому исторически наиболее древним. Научное описание любого вида должно содержать характеристику специфичных для него особенностей строения. Однако морфологический критерий не абсолютен по двум обстоятельствам. Во-первых, для каждого вида существует изменчивость наследственных признаков, в частности за счет мутаций, причем в некоторых случаях размах такой изменчивости достаточно велик. Это создает трудности при решении вопроса о принадлежности особей с измененными признаками к их виду.
Такая картина выявляется при сравнении разных пород животных и сортов растений, где особи одного вида, но разных пород (сортов), могут иметь существенные морфологические отличия. Для этого достаточно сравнить, например, сенбернара, бульдога и таксу. Явные морфологические различия имеют и представители одного вида Homo sapiens (Человек разумный), принадлежащие к различным расам (европеоидная, монголоидная и негроидная). Во-вторых, как оказалось, в природе существуют виды–двойники, особи которых практически не отличаются друг от друга по морфологии. Однако, такие виды не скрещиваются между собой или не дают плодовитого потомства. Примером этого являются 2 вида черных крыс и несколько видов малярийных комаров. Благодаря этому морфологический критерий недостаточен для полноценного определения вида.
Биохимический критерий фактически является вариантом морфологического и рассматривает признаки на уровне молекул и реакций между ними. Существенное значение он имеет для определения видовой принадлежности одноклеточных организмов, особенно тех, которые не размножаются половым способом. В этом случае особую важность приобретает биохимический анализ компонентов поверхностного аппарата клетки – наиболее изменчивой субсистемы клетки. Например, бациллы (от лат. бациллум – палочка) сибирской язвы, возбудители особо опасной инфекции сельскохозяйственных животных и человека, имеют в капсуле полипептид, который не встречается у других видов бацилл. Тем не менее, изменчивость подобных молекул может быть настолько большой, что они не могут использоваться в качестве видового критерия.
Репродуктивный (от лат. репродукцио– воссоздание, воспроизведение) критерий основан на том, что особи одного вида при скрещивании между собой дают плодовитое потомство. Этот критерий, как и морфологический, лежит в основе определения вида по Линнею. Именно по этому критерию все современные расы людей считаются морфологическими вариантами одного вида Homo sapiens. Однако и этот критерий не абсолютен.
Известны случаи получения плодовитого потомства при скрещивании представителей разных, хотя и родственных видов. Как правило, такие виды образуются на основе географической изоляции (аллопатрическое видообразование) и эволюционируют по принципу параллелизма. Примером таких видов являются зубр и бизон (см. ранее). Таким образом, и репродуктивный критерий не может служить достаточным для определения видовой принадлежности.
Гомология этих и других хромосом указывает на родственное положение человека и высших обезьян, но различное число хромосом однозначно указывает, что они не относятся к одному виду. Разные виды могут иметь одинаковое число хромосом(в частности, зубр и бизон имеют в соматических клетках по 60 хромосом), однако в большинстве таких случаев гомологичные хромосомы различаются по расположению генов в хромосоме (инверсии). Именно это характерно для шимпанзе, гориллы и орангутанга, имеющих одинаковые наборы хромосом. Различия в генетическом аппарате могут быть и более тонкими (различный характер регуляции отдельных генов).
Тем не менее, даже таких различий часто достаточно для нескрещиваемости видов или образования неплодовитого потомства. По этой причине многие межвидовые гибриды являются стерильными (от лат. стерилис– бесплодный). Так, гибрид лошади и осла, мул, имеет нормальное строение, включая органы размножения. Однако различия в строении хромосом его родителей препятствуют нормальной конъюгации гомологов в мейозе и, как следствие, образованию полноценных гамет. Таким образом, генетический критерий является достаточно эффективным, однако разные виды могут и не отличаться по нему. С современной точки зрения, генетический критерий во многом перекрывается (по механизмам) с репродуктивным критерием.
Географический критерий основан на том, что особи одного вида имеют определенную область географического распространения – ареал (от лат. ареа– площадь, пространство). Этот критерий также не является абсолютным. Представители одного вида могут иметь прерывистый, или мозаичный, ареал – существовать в виде нескольких относительно изолированных популяций или подвидов. Например, видовой ареал зайца-беляка в Европе – это острова Ирландия и Исландия, север Великобритании, Альпы и Северо-запад Европы, включая Россию. С другой стороны, разные, даже близкородственные, виды могут иметь практически одинаковый ареал, что наблюдается для двух видов черных крыс.
Экологический критерийоснован на том, что каждый вид в пределах своего ареала занимает определенную среду обитания или экологическую нишу (от франц. niche– углубление в стене) и приспособлен к существованию в ней. С этой точки зрения, особи одного вида обладают одинаковыми экологическими потребностями – одинаковым характером взаимодействия с представителями других видов и факторами неживой природы. Соответственно, разные виды в пределах одного ареала характеризуются разными экологическими потребностями. Например, это может касаться особенностей питания – использование в пищу разных видов растений (или животных) и мест питания. Такая ситуация была выявлена Дарвином для нескольких видов вьюрков, обитающих совместно на Галапагосских островах (рис. ).
Физиологический критерий основан на том, что особи одного вида характеризуются определенными формами поведения или других физиологических процессов, которые определяют вероятность скрещивания. Разные виды животных, например, могут различаться по ритму суточной активности (дневной или ночной образ жизни), что резко снижает шансы оставления потомков – межвидовых гибридов. Очень важную роль играет поведение при спаривании – брачные ритуалы, специфичные для каждого вида, или видоспецифичные звуковые сигналы (пение птиц, стрекотание кузнечиков и т.п.). Благодаря этому особи разного пола определяют, что брачный партнер принадлежит к “своему” виду. У цветковых растений критерием принадлежности к разным видам могут служить разные сроки цветения, что препятствует межвидовому опылению.
Таким образом, проблема вида не случайна оказалась трудной для ранних эволюционистов. Видно принадлежность близкородственных организмов приходится определять с помощью целого комплекса критериев. Только такой подход позволяет утвердительно ответить на вопрос о реальности существования видов и дать современное определение вида: вид – это исторически сложившаяся совокупность организмов, которые обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и генетических особенностей, дают при скрещивании плодовитое потомство, занимают определенный ареал и приспособлены к определенным условиям обитания в пределах этого ареала.
Вопросы для самоконтроля
Почему морфологический критерий недостаточен для определения вида?
Для каких организмов биохимический критерий имеет особое значение?
По какому критерию современных людей относят к одному виду?
Приведите пример неэффективности географического критерия?
Вид. Критерии вида
Урок 2. Общая биология 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Вид. Критерии вида»
На планете Земля обитает большое разнообразие живых организмов. Рыбы, птицы, насекомые и другие. Все они разные и непохожие друг на друга. Но в этом многообразии есть и строгий порядок. Все живое на Земле существует в форме видов.
Перед вами систематическое положение бурого медведя. Он относиться к царству Животные. Типу Хордовые. Подтипу Позвоночные. Классу Млекопитающие. Отряду Хищные. Семейству Медвежьи. Роду Медведи. Виду Бурый медведь. Вид — это наименьшая систематическая категория.
Особи, принадлежащие к одному виду, в основном не скрещиваются с особями другого вида, характеризуются генетической общностью и единством происхождения.
Вид — это исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают определённую область — ареал.
Биологический вид — это не только систематическая категория. Это элемент живой природы, — обособленный от других видов.
Понятие «вид» впервые было введено в конце 17 в. английским ботаником Джоном Реем, отметившим, что разные виды отличаются по внешнему и внутреннему строению и не скрещиваются между собой.
Большой вклад в дальнейшую разработку понятия «вид» внес шведский учёный Карл Линней.
Согласно его представлениям, виды — это объективно существующие в природе образования, и между разными видами в большей или меньшей степени имеются различия.
Так, например, явно различаются между собой по внешним признакам медведь и волк, в то время как волк и лисица внешне более сходны, так как принадлежат к одному семейству — Волчьи.
Карл Линней предложил бинарную номенклатуру для описания видов живых существ, и заложил основы современной классификации живого мира более 250 лет назад. За это время было открыто и классифицировано огромное число видов животных и растений. И чем больше биологи делали открытий, тем чаще они задумывались о том, сколько всего на Земле живого.
Например, группа учёных из Канады подсчитала, что общее число видов живых существ примерно равно 8,7 миллионам плюс-минус 1,3 миллиона.
По их расчётам, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше — 6,5 млн. Животных на планете всего около 7,8 млн видов, грибов — 611 тыс., растений — 300 тыс.
Число видов постоянно увеличивается, учёные ежегодно находят ранее неизвестные науке. Новые виды занимают свободные экологические ниши.
Для того чтобы точно определить принадлежность какого-либо организма к конкретному виду, используют определённые критерии.
Критерии вида — это признаки, по которым один вид можно отличить от другого. Они позволяют разобраться в близких родственных группах растений и животных.
Сегодня на уроке мы рассмотрим: морфологический критерий, физиологический, географический критерий, экологический, биохимический и генетический.
В основе данного критерия лежит сходство внешнего и внутреннего строения между особями одного вида. Этот критерий самый удобный и поэтому широко используется в систематике.
Морфологическое определение вида
Вот, например, лебедь-шипун, чёрный лебедь, черношейный лебедь. Мы видим их внешние отличия. При скрещивании они не дадут плодовитого потомства, потому что относятся они к разным видам.
Однако, по морфологическому критерию не всегда можно точно определить причастность какого-либо организма к конкретному виду, потому как в природе существует множество исключений.
Трудности в определении видов состоят в том, что особи одного вида, например, самцы и самки могут внешне отличаться. Например, часто самцы и самки насекомых, птиц, да и не только внешне отличаются. Это явление называется половым диморфизмом.
Учёные часто сталкиваются с трудностями определения вида, так как некоторые из особей могут иметь сезонную морфологическую изменчивость. Например, бабочка пестрокрыльница изменчивая имеет различную окраску крыльев при разности температуры.
Весенняя форма имеет гораздо более светлую, жёлто-оранжевую окраску крыльев с темными пятнами на них. Летняя форма отличается от весенней: —они не рыжие, а черные, с белыми либо желтоватыми полосками на крыльях и небольшими оранжевыми пятнами. Местами может встречаться и третье поколение пестрокрыльниц. Они отличаются сочетанием оранжевого и чёрного окраса.
Иногда особи разных видов внешне так схожи что кажется, что они относятся к одному виду. Например, как виды двойники — они очень похожи внешне, но относятся к совершенно разным видам.
Виды-двойники не имеют внешних различий по большинству морфологических признаков, но репродуктивно изолированны. И только детальное изучение их внешнего и внутреннего строения позволяет отнести особей к разным видам.
Например, широко распространенный в Европе и в умеренных широтах Азии вредитель хлебных злаков жук листоед (пьявица красногрудая), считался до последнего времени единым видом. И только детальное изучение органов нескольких жуков, позволило учёным сделать вывод о том, что существует ещё один вид.
Почему же существуют настолько похожие виды? Возможно в процессе видообразования перестройка генотипа не всегда сопровождается изменениями морфологии фенотипа, что затрудняет различие двух видов. Все особенности образа жизни любого организма так или иначе отражаются на его внешности, размерах, окраске. Например, яркое брюхо лягушки желтобрюхой жерлянки отпугивает врагов и одновременно служит ее характерным признаком. Она обитает в большей части Южной и Центральной Европы.
А краснобрюхая жерлянка обитает в Центральной и Восточной Европе до Урала. У этих лягушек различие в окраске обуславливается различиями в местах обитания.
Он заключается в сходстве жизненных процессов, в первую очередь в возможности скрещивания между особями одного вида с образованием плодовитого потомства.
Разные виды в разные сроки достигают половой зрелости. Отличаются сезонными и суточными ритмами жизни и в природе, как правило, не скрещиваются.
Даже такие похожие дикие лошади как тарпан и лошадь Пржевальского при скрещивании плодовитого потомства не дают, потому что принадлежат к разным видам.
Однако опять же есть исключения. Обыкновенная лисица заселяет, хотя и с разной плотностью, все ландшафтно-географические зоны, начиная с тундры и субарктических лесов, включая горные массивы во всех климатических зонах. А степная лисица обитает в степи и лесостепи. Несмотря на внешние отличия, между ним возможно скрещивание.
Физиологический критерий также недостаточен для определения видовой принадлежности особей.
Он основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию, называемую ареалом. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным.
Например, евразийский бобр распространен в Европе и Азии. А канадский бобр — в Северной Америке. Внешне представители двух разных видов очень похожи друг на друга, но евразийский бобр крупнее.
Ареалы многих видов накладываются и перекрываются. В случае совпадения ареалов, причиной изоляции является различие в образе жизни.
Например, виды плодовых мушек дрозофил обитают на одной и той же территории в западной части Северной Америки. Однако скрещивания между ними не происходит, потому что размножаются они в разное время суток.
Также есть виды-космополиты, которые обитают на огромных пространствах суши всех континентов или океана. Поэтому географический критерий, как и другие, не является абсолютным.
Он основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя свойственные ему функции в определённом биогеоценозе.
Так, например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик жгучий — на заболоченных местах, лютик ползучий — по берегам рек.
Ещё один пример. Травяная лягушка. Большую часть жизни она проводит на суше. Икру откладывает в воде, где и развивается её потомство.
А вот лягушка прудовая. Живёт она преимущественно в воде. Здесь происходит не только спаривание, но и вся её жизнь.
Жизненные циклы лягушек складываются из нескольких этапов, время их у разных видов может не совпадать.
Например, прудовая лягушка откладывает икру, когда вода уже нагрелась. А травяная делает это раньше, не дожидаясь тепла. Поэтому и головастики ее выходят раньше.
Каждый вид приспособлен к определённым условиям существования. Ласточка береговушка живёт в норах на песчаных откосах рек.
В сельской местности гнездится другая ласточка, её видовое название — деревенская. В городских условиях обитает третий вид ласточек — городская. Таким образом условия существования вида определяет — экологический критерий.
Так же для определения вида изучается состав и структура определённых белков, нуклеиновых кислот, состав крови и все то, что относится к биохимии. Такой тип определения видов называется биохимическим критерием. Он позволяет различать виды по составу и структуре определенных белков, нуклеиновых кислот и др.
Особи одного вида имеют сходную структуру ДНК, что обусловливает синтез одинаковых белков, отличающихся от белков другого вида. Однако у некоторых бактерий, грибов, высших растений состав ДНК может быть очень близким. Следовательно, есть виды-двойники и по биохимическим признакам.
Он основан на различии видов по кариотипам, то есть числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определённый кариотип.
Например, упомянутые выше виды евразийский бобр и канадский бобр отделены друг от друга не только тысячами километров океанской глади, но и разным хромосомным набором. У евразийцев их 48, а у канадцев 40.
Генетический критерий также не является универсальным. Во-первых, у многих видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций (поли- или анеу-плоидия). Например, ива козья может иметь диплоидное число хромосом (38) или тетра-плоидное (76). Таким образом, критерии вида связаны между собой и определяют качественную особенность вида, но ни один из них не является абсолютным.
Например, два разных вида могут не различаться по внешнему строению и обладать даже одинаковыми хромосомными наборами. Но если они различаются по поведению, то не скрещиваются между собой и, следовательно, обособлены один от другого. Лишь в совокупности перечисленные критерии позволяют с достаточной надёжностью установить принадлежность организма к тому или иному виду.
