Цели урока: ознакомить учащихся с борьбой за существование и процессом естественного отбора как основной движущей силы эволюции; развивать умение сопоставлять материалы и делать выводы; воспитывать любовь к природе и уважение к работе ученых.
Оборудование и материалы: таблицы или слайды презентации, иллюстрирующие процессы естественного отбора, портреты Дарвина и ученых, принимавших участие в создании СТЭ. Базовые понятия и термины: эволюция, синтетическая теория эволюции, естественный отбор, борьба за существование, популяция, вид.
Вопросы для беседы
1. Когда и кем была создана синтетическая теория эволюции?
2. Объединение данных которых биологических наук создало фундамент синтетической теории эволюции?
3. Что является основной единицей эволюции, согласно синтетической теорией эволюции?
4. Каковы основные положения содержит синтетическая теория эволюции?
Все организмы в природе имеют тенденцию размножаться в геометрической прогрессии. При этом каждый вид потенциально имеет возможность увеличивать численность особей в неограниченном количестве. Серая крыса дает пять выводков в год, в среднем по восемь малышей, которые достигают половой зрелости в трехмесячном возрасте. В результате потомство пары серых крыс потенциально через год может достичь 40 тыс. особей.
Еще К. Линней отмечал, что одно растение мака дает 32 тыс. семян, а Ч. Дарвин в одном плоде кукушкиных слез насчитал более 186 тыс. семян. По подсчетам Дарвина, даже очень медленное размножение у слонов имеет большие потенциальные возможности - через 750 лет одна пара даст 19 млн голов.
В природе геометрическая прогрессия размножения никогда не наблюдается, фактически организмов рождается всегда больше, чем их выживает. На пути к потенциально безграничного размножения становятся препятствия в форме «борьбы за существование».
Дарвин различал три формы борьбы за существование: а) взаимоотношения организмов с неживой природой, или приспособления к абиотическим факторам внешней среды б) межвидовой борьбе, к которой относятся узаемовидносины между особями разных видов в) внутривидовую борьбу, взаимоотношения между особями, принадлежащими к одного вида.
Взаимоотношения организмов с неживой природой можно продемонстрировать на следующих примерах. Растения Севера более морозостойкие, чем южные формы, так как особи, которые не способны переносить низкую температуру, вымирают, и потомство сохраняется только от тех из них, которые в результате мутационной изменчивости приобрели морозоустойчивость.
В результате межвидовой борьбы появились те приспособления, которые необходимы растениям и животным в их сложных узаемовидно-сыновьях между собой. Так, у растений появились колючки, шипы, жалящие волоски, горький вкус, которые препятствовали их поеданию.
В результате межвидовой борьбы в растений возникла свойством выделять антибиотики и фитонциды, у животных появился иммунитет, то есть невосприимчивость к ряду болезней.
Внутривидовая борьба имеет сложный, наиболее острый характер, поскольку особям и популяциям одного вида для существования и сохранения потомства необходимы одинаковые условия. Из животных, принадлежащих к одному виду и являются пищей для определенного вида хищников, жертвой в первую очередь станут менее приспособлены, например те, у кого меньше выраженное защитное окраску, медленнее бегают и т.д.. То же наблюдается и у хищников. Легче достается добыча более приспособленном: более умелом, быстрому, изобретательному т.д.. Чрезмерное увеличение численности популяций может вызвать нехватку кормов. В таких случаях у ряда видов (например, мышевидных грызунов) уменьшается плодовитость. Некоторые птицы (синицы, аисты, журавли) убивают часть потомства, обычно больных и ослабленных птенцов. Непомерный рост численности популяций приводит к вспышкам эпизоотий, которые снижают численность популяций. Но и при этом выживают наиболее приспособленные, например имеющие врожденный иммунитет к этим заболеваниям.
Необходимо подчеркнуть, что все формы борьбы за существование тесно между собой переплетаются. Если не вызывает сомнений, что обтекаемая форма тела рыбы обусловлена жизнью в воде, то эта форма сформировалась не в результате воздействия самой воды, а в результате конкурентной борьбы с другими животными своего или других видов. Одним она обеспечивала возможность догнать добычу, другим - убежать от врага.
Следствием борьбы за существование является естественный отбор. Выделяют три его основные формы: дизруптивного (разрывной), движущий (направленный) и стабилизирующий.
Интересный пример дизруптивного (разрывной) естественного отбора приводит Дарвин относительно насекомых - жителей небольших океанических островов. Они либо хорошо летают, или совсем не имеют крыльев. Пожалуй, насекомых внезапными порывами ветра сносило в море; хранились те, которые либо могли противодействовать ветра, или вовсе не летали. Отбор в этом направлении привел к тому, что на острове Мадейра из 550 видов жуков 200 видов - не летают.
Движущий (направленный) отбор способствует изменению признака в определенном направлении. Так, насекомые, ящерицы и ряд других видов, прячутся между листьями растений, имеют зеленый или бурый цвет, обитатели пустынь - цвет песка. Такая окраска получило название защитного. У хищников оно закрепилось благодаря тому, что его хозяин незаметно мог подкрасться к добыче, а в жертвы защитная окраска - следствие того, что она оставалась менее заметной для хищников. Как же оно возникло? Многочисленные мутации давали и дают большое разнообразие форм, отличающихся по окраске. В ряде случаев оно оказалось близким к фону окружающей среды, то есть «прятали», маскировало животное, играло роль защитного приспособления. Те животные, у которых защитной окраски оказалось мало, или оставались без пищи, или сами становились жертвами.
Иногда животные не только по окраске, но и по форме и поведением подобные какого-либо предмета или других животных. Такое явление называется мимикрией. Так, форма крыльев многих бабочек совпадает с формой зеленого или сухого листа. У некоторых на крыльях есть еще рисунок, который воспроизводит жилкование.
Стабилизирующий отбор действует в относительно постоянных условиях среды, к которым живые организмы уже приспособлены. В этом случае он не способствует появлению новых вариантов. Напротив, наибольший шанс выжить имеют старые формы. Так, представители ракообразных щитни остались неизменными еще со времен мезозоя. Они имеют короткий срок жизни особи и живут в лужах. Условия жизни в лужах и сейчас и во времена динозавров одинаковы. А период пересыхания луж щитни проводят на стадии яйца, которое у них есть очень устойчивым к любым внешним воздействиям.
Кроме естественного отбора существует еще и искусственный. Искусственный отбор - это выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении животных, растений, микроорганизмов для получения от них потомства с желательными признаками.
Непременным условием эффективного искусственного отбора является разнообразие исходного материала. Если она незначительна, искусственный отбор оказывается малоэффективным. Для самозаплидних организмов отбор будет эффективным до тех пор, пока с исходной, неоднородной по генетическому составу группы особей не будут выделены чистые линии.
Признаки или их состояния, подбирает человек, не всегда оказываются полезными для самих организмов; созданы породы и сорта часто не способны к самостоятельному существованию и нуждаются всегдашнего заботы человека.
В процессе искусственного отбора фенотипически изменчивость организмов растет, а их общая жизнеспособность снижается. Поэтому человек должен создавать условия, благоприятные для развития тех или иных признаков или их состояний.
Применяют массовую и индивидуальную формы искусственного отбора. По массового отбора из исходного материала выделяют особи с фе-нотипнимы особенностями, интересующие селекционеров. Группы особей, сходных по фенотипу, могут оказаться генотипически разнородными. Это непременно влиять на эффективность отбора: во время скрещивания гетерозиготных организмов между собой у гибридов первых поколений изменения признаков в сторону, желательную для селекционеров, проходить достаточно быстро, но по мере накопления гомозиготных особей эффективность отбора снижаться.
Лучшие результаты дает индивидуальный подбор, когда для дальнейшего размножения оставляют отдельных особей на основании изучения как их фенотипа, так и генотипа.
Как одну из форм отбора рассматривают также половой отбор, который влияет на признаки только одного пола. К такого отбора приводит соперничество между особями одного пола за право вступить в размножение с особями другого пола. Эта форма отбора способствует появлению полового диморфизма, когда особи одного вида, но разного пола существенно различаются внешним видом.