Эволюционная роль мутаций в процессе видообразования презентация. Конспект по биологии на тему "Материал для естественного отбора
Сценарий урока на тему
«Эволюционная роль мутаций»
Дата проведения: 14.10.2014
Предмет: Биология
Тема урока «эволюционная роль мутаций»;
Учебник: Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. «Биология. Общие закономнргости» 9 класс.: Дрофа, 2006.
Цель урока : создать условия для усвоения понятия мутация, рассмотреть эволюционную роль мутаций.
Задачи урока:
Воспитательная: патриотическое воспитание на примере отечественных ученых, изучивших мутационный процесс;
Развивающая: формирование умений и навыков самостоятельной работы, заложить основы для изучения генетики;
Образовательная : рассмотреть суть мутационного процесса, выявить его роль в эволюции.
Тип урока : Комбинированный.
Метод проведения : беседа, объяснение, самостоятельная работа групповая работа.
Ход урока:
Организационный момент . Приветствие. Подготовка аудитории к работе. Проверка наличии учащихся.
Проверка знаний учащихся и целепологание .
Учитель: сейчас мы выполним тестовое задание, с помощью которого мы узнаем что мы будем изучать на сегодняшнем уроке. (учащиеся приступают к выполнению теста). Приложение 1.
Учитель вместе с учащимися, с помощью правильно выполненного теста, сообщают тему урока и цель урока.
Номер вопроса | |||||||
Изложение нового материала.
Учитель: Записываем тему урока: Эволюционная роль мутаций.
Вспомним, эволюция делится на два вида:
Эволюция
Микроэволюция Макроэволюция
Дайте определение понятия микроэволюция? (видообразование).
Учитель проводит фронтальный опрос чтобы направить учащихся на самостоятельное изучение данной темы:
Единицей наследственности, является …?
Где находится хромосома?
С помощью рисунка на презентации и рассуждений вместе с учителем, учащиеся сами формулируют определение термину ген. (Ген – это участок молекулы ДНК, содержащая наследственную информацию).
Учитель: живой организм и каждая его клетка всегда подвергаются различным воздействиям окружающей среды. Воздействие внешней среды могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом. Как вы думаете, к чему приводят такие «ошибки»? (Мутациям)
Мутация – изменения наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые клетки или их части.
Учитель: Вопрос классу: Какова роль мутаций в эволюционном процессе? Для ответа на этот вопрос мы рассмотрим более подробно мутационный процесс. Какими бывают мутации?
Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам). Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови).
Эволюционная роль мутаций
Мутация
мутагенами
Генотип
аллеля (аллель гомозигота гетерозигота (Аа).
Эволюционная роль мутаций
Организм и каждая его клетка непрерывно подвергается различным воздействиям среды, которые могут вызвать нарушения в процессе деления клетки и «ошибки» в копировании генов и хромосом, т.е. мутацию.
Мутация – изменение наследственного аппарата клетки, затрагивающие целые хромосомы или их части.
Изучением природных мутаций занимался отечественный ученый С.С.Четвериков и голландский ботаник Де Фриз.
Мутация – непрерывный, случайны процесс, но не беспричинный!
Воздействия, которые вызывают мутации называются мутагенами . Основными мутагенами являются: все виды излучений, химические вещества, вирусы, бактерии, чрезмерная высокая или низкая температура т др.
Мутации бывают: вредные, нейтральные и вредные. Одна и та же мутация может поменять свое значение при изменившихся условиях. Большинство мутаций вредны, но редко возникающие полезные мутации являются исходным материалом для эволюции.
Для всех организмов в естественном состоянии характерно свободное скрещивание – стабилизирующий аппарат генотипов в популяции. (Генотип – совокупность генов организма).
Ген – участок молекулы ДНК, содержащий наследственную информацию. Ген имеет два аллеля (аллель – конкретное состояние гена): доминантный ген – А, рецессивный ген – а. При слиянии двух клеток образуется зигота, если она имеет два одинаковых аллеля гена, то она называется гомозигота (АА, аа), если разные аллелли – гетерозигота (Аа).
Возникающие рецессивные мутации уходят в гетерозиготное состояние и незаметны. Но каждый вид (популяция), как губка, насыщается такими мутациями. Таким образом имеет место скрытая изменчивость.
Частота мутаций 10 -4 , 10 -8 .
У каждого организма количество генов велико, следовательно вероятность встречаемости мутации больше, количество особей в популяции велико. Таким образом, можно говорить о том, что мутация – обычное явление.
Поскольку генетическое разнообразие является результатов эволюции, то мутация необходима для эволюционного процесса.
Частота мутаций зависит от: природных катастроф (одни мутации исчезают, а концентрация других повышается); миграции (изменяется частота генов-отличается от исходной); «волн численности», изоляции.
Изменение направлений естественного отбора соответственно новым условиям борьбы за существование
Отбор особей, наслед. изменения которых позволяют им осваивать новые территории или местообитание
Географическое видообразование
Экологическое видообразование
Расселение на новой территории
Освоение новых экологических ниш в пределах старого ареала
Географическое изоляция между популяциями
Возникновение подвидов
Биологическая изоляция
Возникновение новых видов
Отбор в новых условиях среды
Отбор в новых условиях среды
Биологическая изоляция
Возникновение подвидов
Возникновение новых видов
Последовательность событий при видообразовании
Изменение среды обитания или положения вида (популяции) в ней
Обострение борьбы за существование между особями
Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов эволюционная теория получила дальнейшее развитие. Большой вклад в популяционную генетику внес русский ученый С.С. Четвериков. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а также на колебания частоты генов в популяциях в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления - ключ к пониманию процессов эволюции.
Действительно, мутационный процесс - постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определенной частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 100 тыс. - 1 млн гамет несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе. Поскольку одновременно мутируют многие гены, то 10-15% гамет несут те или иные мутантные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбина- тивной изменчивости мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выщепляться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы оказываются лучше приспособлены к условиям существования, чем гомозиготные.
Вернемся к примеру с бабочкой березовой пяденицей.
Казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивной аллели (аа ), обитающих в лесу с темными стволами берез, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать темноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели (АЛ). Но на протяжении длительного времени в закопченных березовых лесах Южной Англии постоянно встречаются светлые бабочки березовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантной аллели, плохо усваивают листья берез, покрытых гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.
Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказывается вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижает жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот. Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведенных примеров можно указать на следующий. Мутация, обусловливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями, так как не сдуваются в океан потоками воздушных масс.
Таким образом, мутационный процесс - источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.
Мутационная изменчивость, с которой мы познакомились ранее, приводит к появлению большого числа вариантов каждого из генов. Однако мутации (генные, хромосомные и геномные) приводят лишь к изменениям генов и соответственно признаков, уже имеющихся у организмов. Эволюционное развитие живой природы наглядно демонстрирует появление большого массива новых признаков и свойств, в особенности при возникновении крупных таксономических образований - новых типов и классов. Откуда же берутся новые признаки и свойства?
Удвоения, или дупликации, наследственного материала. Одним из ведущих механизмов, приводящих к появлению новых генов, является удвоение ДНК. В зависимости от размеров удваивающихся участков молекулярные генетики выделяют внутригенные дупликации, удвоение целых генов, участков хромосом и некоторые другие.
Значение таких дупликаций для эволюционных преобразований впервые было отмечено в начале 30-х гг. XX в. известным английским биохимиком Дж. Холдейном. Ученый и его коллеги предположили, что после удвоения гена его копии могут по-разному накапливать мутации. Впоследствии оказалось, что дупликации целых генов - не единственный способ возникновения новых генов. К аналогичным результатам приводит и удвоение части гена, удлиняющее исходный вариант и, следовательно, вызывающее появление другого гена и соответствующего ему признака. Примером новообразования генов таким способом может служить так называемое семейство генов гормона роста. Так, в результате дупликаций и мутаций из одного исходного гена возникли гены гормона роста, пролактина, плацентарного лактогена и др.
Анализ геномов организмов, стоящих на различных ступенях эволюционной лестницы, показывает, что количество структурных генов у них отличается лишь в разы. Например, у «модного» в генетических исследованиях объекта - крупного червя Caenorhabditis elegans около 20 тыс., а у человека - 25 тыс. генов. В то же время число признаков, определяемых этими генами у человека, на несколько порядков выше. По весьма приблизительным подсчетам, 30 тыс. генов представителя нашего вида вызывают развитие более 300 тыс. признаков. В чем же причина такого многообразия фенотипических проявлений столь небольшого количества генов?
По мнению ученых, таких причин как минимум две.
Во-первых, это изменения регуляторных генов, приводящие к изменению времени и места включения в работу (экспрессии) генов.
Активация гена на более ранних этапах онтогенеза вызывает и усиливает плейотропный эффект гена и, следовательно, большее число его проявлений (см. параграф 13.2) в виде нескольких признаков и свойств.
Во-вторых, у более высокоорганизованных групп живых организмов в большей степени изменяется сам процесс реализации наследственной информации. Вспомните: говоря о транскрипции, мы рассматривали процесс альтернативного сплайсинга (см. параграф 7.2). В результате различного соединения экзонов он дает разные по последовательности нуклеотидов и PH К, синтезированные на одном и том же гене. Такие иРНК транслируются в неодинаковые белки - разные признаки. При изучении процессов реализации наследственной информации оказалось, что у крупного червя С. elegans альтернативный сплайсинг характерен лишь для 20% генов, в то время как у человека более 80% генома реализуется с участием этого процесса.
Опорные точки
- В реально существующих популяциях непрерывно протекает мутационный процесс, приводя к появлению новых вариантов генов и соответственно признаков.
- Мутации являются постоянным источником наследственной изменчивости.
- Ведущую роль в появлении новых генов играют внутригенные и генные дупликации.
- Появление у организма большого количества признаков обусловлено более ранней экспрессией некоторых генов и приобретение ими плейотропного эффекта.
- На число и разнообразие признаков организма оказывает значительное влияние альтернативный сплайсинг.
Вопросы для повторения
- 1. Какие популяционно-генетические закономерности выявил русский биолог С.С. Четвериков?
- 2. Какова частота мутирования одного определенного гена в естественных условиях существования особей?
- 3. Как можно объяснить появление в ходе эволюции множества новых генов у более высокоорганизованных групп организмов по сравнению с менее организованными?
- 4. Что является причиной многократного превышения числа признаков организма над количеством его генов?
Из этого урока вы узнаете о том, как мутации связаны с эволюционным процессом. Вспомните или узнаете, что такое мутации. Каково их значение? Как онкологические заболевания связаны с эволюцией? В данном уроке вы познакомитесь с двумя видами наследственной изменчивости (комбинативной и мутационной) и рассмотрите мутации как постоянный источник наследственной изменчивости. Вы узнаете о вероятности возникновения мутаций, их последствиях для организмов, а также путях распространения мутаций в популяции. Будут рассмотрены принципы поддержания генетического разнообразия видов благодаря гетерозиготным особям.
Тема: Эволюционное учение
Урок: Эволюционная роль мутаций
Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость - это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
3. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонтов, Н. И. Сонин и др. - 5-е изд., стереотип. - Дрофа, 2010. - 388 с.
4. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.