Естественный отбор - движущая сила эволюции - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: сформировать у учащихся систему знаний о естественном отборе и его роли в эволюции; сформировать умение сравнивать разные формы естественного отбора друг с другом и правильно определять их по характеристикам; добиться четкого понимания учащимися, что естественный отбор — ведущий фактор эволюции, что только отбор создает новые формы, приспособленные к среде обитания.

Оборудование: таблица “Естественный отбор”, карточки-задания для проверки знаний, раздаточный материал.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка знаний по теме “Борьба за существование”

Фронтальная работа с классом (см. карточки № 1-3 в приложении 2).

Учитель помогает учащимся. Проводит эвристическую беседу.

Дополнительный материал

Косвенная межвидовая борьба тоже сводится к соревнованию и становится особенно напряженной, когда соревнующиеся виды стремятся одновременно использовать одни и те же важные, но ограниченные ресурсы внешней среды. Взаимоотношения таких видов определяются принципом конкурентного исключения, согласно которому два вида не могут сосуществовать бесконечно долго в одной и той же местности, если они имеют одинаковые экологические потребности.

На рисунке а приведены результаты одного из опытов, доказывающих справедливость этого принципа.

В качестве экспериментальных объектов были взяты два близких вида жуков — Tribolium castaneum и Tribolium confusum, являющихся обычными амбарными вредителями. Взрослые жуки, их личинки и куколки содержались в просеянной муке на протяжении многих поколений, и когда два вида объединились вместе, то через несколько лет один из них исчезал из культуры, а второй достигал такой же плотности, какую он имел бы в чистой культуре. Оказалось, что условия опыта определяют, какой из двух видов выйдет победителем в этом соревновании. Температура выше 29 °С благоприятствовала Tribolium castaneum, но при температуре ниже 29 °С обычно побеждал Tribolium confusum (на рисунке приведены результаты, полученные при температуре, благоприятной для первого вида).

В другой серии опытов было установлено, что два вида амбарных жуков могут успешно сосуществовать в одной культуре, если находятся в благоприятной среде и могут разойтись по ее параметрам. В просеянной муке Tribolium confusum поедал куколок жука Oryzaephilus surinamensis и быстро вытеснял его из культуры. Но как показано на рисунке б) оба вида выживали и могли сосуществовать на зернах пшеницы, где куколкам второго вида обеспечивалась необходимая защита.

Дело в том, что мелкие личинки Oryzaephilus surinamensis выедают внутри зерен узкие щели, забираются в них, окукливаются там и становятся недоступными для более крупных личинок жуков Tribolium confusum. Фактически в зерновом субстрате было так много убежищ, что наряду с этими видам и мог существовать и третий вид жуков — Phizopertha dominica.

Подобные опыты дают представление о тех богатых возможностях, которые заключены в сложной природной среде для совместного обитания видов, имеющих сходные экологические потребности.

Таким образом, борьба за существование в любой ее форме приводит к напряженной конкуренции и элиминации особей, семей, колоний и популяций. При конкуренции одни особи оставляют более многочисленное потомство, чем другие. При элиминации часть особей, образующих данную популяцию, вообще исключается из размножения, все равно из-за чего: смертности, неудачной конституции, невозможности спаривания, безуспешных попыток найти партнера по спариванию, отсутствие опылителей для цветковых растений и т.п. Для эволюционного процесса безразлично, погибла ли данная особь до начала размножения или же она дожила до старости, но не оставила потомства. В обоих случаях мы говорим, что произошла элиминация особи.

— Какие особи популяции выживают в результате борьбы за существование? (Выживают более сильные, выносливые.)

— Если в популяции есть сильные и слабые, значит, она неоднородна. Благодаря чему? (Благодаря мутациям и комбинативной изменчивости. Изменения могут затронуть любой признан: цвет, форму, размеры, процессы жизнедеятельности.)

— Следовательно, выживают не только более сильные особи, но и те, у которых в результате изменения признаки более соответствуют среде обитания. Часть особей с неблагоприятными вариациями погибает. Этот процесс Ч. Дарвин назван естественным отбором.

Учитель объявляет тему и задачи урока.

III. Изучение новой темы

1. Изучение нового материала, работа с текстом.

На столах у учащихся тексты из книги Ч. Дарвина “Происхождение видов...” (См. приложение 2).

— Прочитайте текст, ответьте, в чем сущность естественного отбора по Ч. Дарвину?

— Таким образом, по Дарвину, естественный отбор — результат борьбы за существование, он выражается в преимущественном выживании и оставлении потомства наиболее приспособленными особями каждого вида организмов и гибели менее приспособленных.

— Все вышесказанное можно свести в следующую схему, которая в обобщенном виде показывает механизм естественного отбора.

Учитель обращает внимание учащихся на таблицу “Естественный отбор” (См. приложение 1).

2. Рассказ учителя.

Пример с погремком — один из немногих классических случаев, когда действие естественного отбора хорошо изучено, и легче проследить, так как здесь отбор связан с хозяйственной деятельностью человека, хотя и не является искусственным отбором. Например, погремок — сорняк и полупаразит, и человек совершенно не заинтересован производить какой-либо отбор погремка. Тем не менее, хозяйственная деятельность человека в этом случае является важным фактором, влияющим на окружающую природу и вызывающим естественный отбор у погремка.

В процессе приспособления к хозяйственной деятельности человека возникают новые особенности и даже новые подвиды этого растения.

Сроки цветения и созревания семян у погремка сильно варьируют. Одни из них зацветают в середине мая так, что семена созревают в первой половине июня, другие зацветают в конце мая, следовательно, и семена созревают позднее, третьи зацветают в середине июня, четвертые — в конце июня, пятые — только в конце июля.

Таким образом, момент созревания семян у разных экземпляров, произрастающих на одном и том же лугу, варьируется от конца мая до сентября. От того, насколько растянут во времени вегетационный период погремка, зависит количество узлов. Например, поздние погремки, цветущие в конце июля — начале августа, имеют до 25 узлов.

На лугах с одним поздним сенокосом (в середине июля) происходит отбор, формирующий летнюю форму погремка. Погремки, которые не успевают отцвести и образовать зрелые семена до начала сенокоса, скашиваются и не оставляют потомства. Дают потомство только те экземпляры, которые успевают до сенокоса отцвести и посеять зрелые семена. Эти растения передают своему потомству и способность к более раннему цветению.

Если из года в год практикуется один такой поздний сенокос, то постоянно происходит естественный отбор (связанный со скашиванием травы). Поздноцветущие особи уничтожаются в результате покоса, не успев оставить потомство и передать ему способность к более позднему

зацветанию, а раннецветущие особи, наоборот, успевают посеять семена и передать потомству способность к более раннему цветению.

В результате такого отбора, который происходит из года в год, в течение больших сроков, образовалась новая форма, новый подвид погремка — погремок большой летний. Он отличается не только более сжатыми летними сроками цветения, но и морфологическими признаками, например, число узлов у него в среднем достигает только 13 вместо 25 узлов у типичной формы.

(Другие примеры, показанные на таблице, рассматриваются на уроке “Микроэволюция. Результаты микроэволюций”. Заслушивается сообщение одного из учеников.)

3. Работа с текстом учебника.

На следующем этапе урока, учащиеся работают с текстом учебника, §7.4 (учебник А.А. Каменского), с. 203-206; составляют характеристику естественного отбора.

На основе ответов учащихся учитель формулирует характеристику естественного отбора.

Характеристика естественного отбора

1) Фактор отбора — природная среда со своими условиями (абиотическими и биотическими факторами).

2) Необходимая предпосылка — наследственная изменчивость.

3) Генетическая сущность — неслучайное сохранение в популяции определенных генотипов и избирательное участие их в передаче генов следующему поколению.

4) Результат естественного отбора — преобразование генофонда популяции, формирование приспособленностей.

5) Следствие — увеличение разнообразия форм организмов; последовательное усложнение организации в ходе эволюции; вымирание менее приспособленных видов.

6) Характер — направленный, он всегда направлен в сторону большей приспособленности к условиям среды обитания.

— Дарвиновские представления о естественном отборе в настоящее время существенно расширены.

— Концепция естественного отбора получила дальнейшее развитие в работах С.С. Четверикова, И.И. Шмальгаузена, Р. Фишера, С. Райта и др. Хорошо изучены различные формы отбора: движущая, стабилизирующая, дизруптивная. Так, например, теория стабилизирующего отбора создана нашим соотечественником И.И. Шмальгаузеном (1884—1963) — известным зоологом, морфологом и эволюционистом.

— Естественный отбор в природе действует в различных направлениях и соответственно приводит к различным результатам. Поэтому принято различать несколько форм естественного отбора. Дадим им характеристику.

— Восстановите внешний вид схемы “Формы естественного отбора” из хаотично разбросанных блоков. О какой форме отбора идет речь в учебнике (§7.5)? Какова ее характеристика?

Учащиеся работают с текстом §7.5 и восстанавливают “разрушенную” схему (вид схемы зависит от желания учащихся).

На столах раздаточный материал (См. приложение 2).

После обсуждения схема оформляется в тетради, учащиеся приводят примеры, иллюстрирующие те или иные формы естественного отбора.

Учитель дает краткую характеристику дизруптивного отбора.

— Для многих популяций характерен полиморфизм — существование двух или нескольких форм по тому или иному признаку. Полиморфизм нельзя объяснить только возникновением новых мутаций. Причины его могут быть разными. В одном случае это может быть результатом действия особой формы отбора, получившей название разрывающего или дизруптивного. Эта форма отбора осуществляется в тех случаях, когда две или более генетически различные формы обладают преимуществом в разных условиях, например, в разные сезоны года. Хорошо изучен случай с преимущественным выживанием в зимний сезон “красных”, а в летний “черных” форм двухточечной “божье коровки”.

— Дизруптивный отбор благоприятствует более чем одному фенотипу и направлен против средних промежуточных форм. Он как бы разрывает популяцию по данному признаку на несколько групп, встречающихся на одной территории, и может при участии изоляции привести к разделению популяции на две и более.

— Почему естественный отбор является направляющим фактором эволюции? (Один и тот же материал (наследственные изменения) в зависимости от направления действия отбора может привести к различным результатам. Естественный отбор не только устраняет менее приспособленные к среде особи, но и определяет направление эволюции, последовательно накапливает многочисленные наследственные изменения.)

IV. Рефлексия Домашнее задание

По учебнику А.А. Каменского, §7.4, 7.5, записи в тетради, вопросы после параграфа;

по учебнику И.Н. Пономаревой, §37, записи в тетради.