Естественный и искусственный отбор, их сходство и отличия, роль в возникновении многообразия органического мира.
1. Естественный отбор — процесс выживания особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и оставление ими потомства — главная движущая сила эволюции. Ненаправленный характер наследственных изменений, их разнообразие, преобладание вредных мутаций и направляющий характер естественного отбора — сохранение особей только с полезными в определенной среде наследственными изменениями.
2. Искусственный отбор — основной метод селекции, которая занимается выведением новых сортов растений и пород животных. Искусственный отбор — сохранение человеком для последующего размножения особей с наследственными изменениями, интересующими селекционера.
3. Сравнение естественного и искусственного отбора.
4. Роль естественного отбора в создании новых сортов растений и пород животных — повышение их приспособленности к условиям среды.
63Биосфера, ее границы. Причины бедности жизни в морских глубинах, в литосфере, в верхних слоях атмосферы.
1. Биосфера — комплексная оболочка Земли,
охватывающая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, заселенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера — глобальная экосистема с взаимосвязями, круговоротом веществ и превращением энергии.
2. Отсутствие благоприятных условий для жизни организмов: 1)в верхних слоях атмосферы — губительное действие космического излучения, ультрафиолетовых лучей; 2) в глубинах океана — недостаток света, пищи, кислорода, высокое давление; 3) в глубоких слоях литосферы — высокая плотность горных пород, высокая температура земных недр, недостаток света, пищи, кислорода. Отсутствие благоприятных условий — причина скудности жизни, незначительной биомассы.
3. Факторы, определяющие границы биосферы, — неблагоприятные условия для жизни организмов. Значение озонового слоя в атмосфере — защита от проникновения губительных для живого коротких ультрафиолетовых лучей. Граница соприкосновения разных сфер — зона с наиболее благоприятными условиями жизни, причина значительного скопления здесь живых организмов.
64Сорт растений и порода животных как искусственные популяции, их сходство и различия с естественными популяциями. Причины многообразия сортов, пород и естественных популяций.
1. Сорт (порода) — созданная человеком группа сходных особей (искусственная популяция), обладающих наибольшим генетическим, морфологическим и физиологическим сходством, хозяйственно ценными признаками. Преобладание у особей сорта (породы) признаков, которые представляют интерес для человека. Наличие у сортов (пород) признаков, бесполезных и даже вредных для организма (большая масса плодов, корнеплодов, кочана, высокие удои молока, повышенная яйценоскость кур и др.).
2. Популяция — группа близкородственных особей, обладающих наибольшим фенотипиче-ским и генотипическим сходством, которые свободно скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство; обитают длительное время на определенной части ареала вида, обособленно от других групп этого же вида.
3. Популяция — структурная единица вида, приспособленная к жизни в определенных условиях. Наличие в составе вида ряда популяций — причина заселения видом большого ареала с разнообразными экологическими условиями.
4. Популяция — единица эволюции, у особей постоянно возникают мутации, они распространяются благодаря скрещиванию, рецессивные мутации накапливаются и проявляются в гомозиготном состоянии. Естественный отбор сохраняет особей с мутациями, полезными для жизни в условиях, где он действует. В течение многих поколений отбор приводит к изменению популяций — эволюции, возникновению видов.
5. Сорт (порода) — искусственная популяция, созданная человеком и выращиваемая в агроэко-системах с целью получения урожая. Естественная популяция обитает в природных экосистемах, она приспособлена к среде обитания. Естественный отбор не направлен на повышение продуктивности популяции, он способствует выживаемости, приспособленности к среде обитания.
6. Причины многообразия сортов и пород —
выведение их человеком для удовлетворения своих потребностей в пище, сырье и пр. Методы создания сортов и пород: гибридизация — скрещивание как способ увеличения наследственной изменчивости организмов и искусственный отбор как способ сохранения особей с интересующими селекционера признаками, их последующее размножение и дальнейший отбор.
7. Причины многообразия естественных популяций — их изменение под воздействием движущих сил. наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора.
65
Биомасса, или живое вещество биосферы. Закономерности распространения биомассы в биосфере, тенденции ее изменения под влиянием деятельности человека.
1. В. И. Вернадский — основоположник учения о биосфере, о связи химии Земли с химией живого, о роли живого вещества в преобразовании земной поверхности
2. Биомасса, или живое вещество, — совокупность всех живых организмов. Роль живого вещества в формировании биосферы, изменении газового состава атмосферы, гидросферы, образовании почвы.
3. Живое вещество — наиболее активный компонент в круговороте веществ в биосфере. Вовлечение организмами в круговорот огромной массы минеральных веществ. Непрерывное перемещение веществ между почвой, растениями, животными, грибами, бактериями и др.
4. Закономерности распространения биомассы в биосфере: 1) скопление биомассы в зонах с наиболее благоприятными условиями среды обитания (на границе разных сред, например атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы); 2) преобладание на Земле биомассы растений (97%) по сравнению с биомассой животных и микроорганизмов (всего 3%); 3) увеличение биомассы, числа видов от полюсов к экватору, наибольшее сгущение ее во влажных тропических лесах; 4) проявление указанной закономерности распространения биомассы на суше, в почве, в Мировом океане. Значительное превышение биомассы суши (в тысячу раз) по сравнению с биомассой Мирового океана.
5. Тенденции сокращения биомассы под влиянием деятельности человека. Исчезновение ряда видов растений и животных, обитающих на суше и в Мировом океане, сокращение площади естественных экосистем за счет строительства городов, дорог, уменьшение биомассы морей вследствие их чрезмерного химического и физического загрязнения.
6. Меры, направленные на сохранение равновесия в биосфере, биологического разнообразия. Создание национальных парков, биосферных заповедников, мониторинг и т. д.
66
Из предложенных гербарных материалов, коллекций, муляжей, чучел составить цепь питания, определить направление движения вещества и энергии в ней. Объяснить, почему в данной цепи начальное звено составляют растения.
Надо отобрать растения, растительноядных животных, хищников и составить следующую цепь питания: растения —» растительноядное животное —> хищное животное. Вещество и энергия перемещаются от растений к растительноядным животным, а от них — к хищникам. Цепь питания начинается с растений, так как только они способны использовать солнечную энергию, которая обеспечивает круговорот веществ, и создавать органические вещества из неорганических. Большинство организмов используют в пищу созданные растениями органические вещества.
67
Многообразие видов в природе, его причины. Влияние деятельности человека на многообразие видов. Биологический прогресс и регресс.
1. Биосфера — гигантская экологическая система, заселенная разнообразными видами растений (около 0,5 млн), животных (примерно в 3—4 раза больше, чем видов растений), грибов (около 100 тыс. видов), бактерий (около 25 тыс. видов), связанными между собой генетическими, пищевыми, территориальными и др. связями.
2. Причины многообразия видов. Их возникновение благодаря наследственной изменчивости, действию борьбы за существование и естественного отбора.
3. Неоднородность вида в пределах ареала, наличие в нем относительно обособленных, однородных по составу групп особей — популяций. Популяция — форма существования вида, единица эволюции, в недрах которой зарождается новый вид.
4. Предполагаемые этапы видообразования: 1) возникновение у особей мутаций; 2) скрещивание этих особей и распространение в популяции мутаций — причина ее неоднородности; 3) действие различных форм борьбы за существование (межвидовой, внутривидовой; борьбы с неблагоприятными условиями); 4) естественный отбор, сохранение в популяции особей преимущественно с полезными мутациями для конкретных условий среды, оставление ими потомства; 5) изменение генофонда популяции, зарождение нового вида в результате наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора.
5. Биологический прогресс — направление эволюции, для которого характерно увеличение численности вида, расширение его ареала, образование новых популяций, видов. Примеры эволюции видов по пути прогресса: заяц-русак (около 20 подвидов), виды круглых паразитических червей.
6. Биологический регресс — направление эволюции, которое приводит к сокращению численности вида, сужению его ареала, уменьшению числа популяций вида и, возможно, в конечном счете к его гибели. Глобальные экологические изменения, вызванные деятельностью человека, непосредственное уничтожение особей — основные причины биологического регресса.
7. Деятельность человека — мощный фактор биологического прогресса и регресса. Примеры прогресса: появление устойчивых к ядохимикатам видов насекомых-вредителей, к лекарствам — болезнетворных бактерий, бурное развитие в загрязненных водоемах синезеленых. Примеры регресса: сокращение численности промысловых видов млекопитающих, рыб в результате нерегулируемого промысла, рыбной ловли. Меры, сдерживающие и предупреждающие биологический регресс (регулирование численности популяций, рациональное использование природных ресурсов).
8. Исчезновение вида в экосистеме, особенно доминирующего, — причина исчезновения других связанных с ним видов. Вымирание видов — причина обеднения генофонда, его невосполнимость. Сохранение биологического разнообразия в экосистемах, среды обитания видов — основа поддержания стабильности биосферы.
68Живое вещество, его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере. Солнце — источник энергии для круговорота веществ.
1. Живое вещество, или биомасса, планеты —
совокупность всех живых организмов, его роль в формировании биосферы, в изменении газового состава атмосферы, в образовании почвы, гидросферы. Живое вещество — наиболее активный компонент в биосфере. Вовлечение организмами в круговорот огромной массы минеральных веществ, непрерывное перемещение веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами.
2. Круговорот веществ — необходимое условие существования биосферы. Звенья биологического круговорота веществ: 1) создание растениями в процессе фотосинтеза органических веществ из неорганических (первичная продукция); 2) превращение животными первичной продукции во вторичную (животную); 3) разрушение первичной и вторичной продукции бактериями и грибами. Включение в биологический круговорот различных химических элементов (кислорода, углерода, азота) и веществ (воды), переход их из внешней среды в организмы, перемещение по цепям питания, возврат во внешнюю среду. Многократное использование веществ в круговороте. 3. Постоянный приток энергии в биосферу — необходимое условие круговорота веществ. Солнце — основной источник энергии, используемой в круговороте веществ. Роль растений в поглощении и использовании световой энергии Солнца, в преобразовании ее в энергию химических связей. Использование животными, грибами, значительной частью бактерий органических веществ и заключенной в них энергии. Освобождение энергии, заключенной в органических веществах, в процессе дыхания (окисления), брожения, гниения.
69
Приспособленность организмов к среде обитания, ее причины. Относительный характер приспособленности организмов. Приспособленность растений к использованию света в биогеоценозе.
1. Приспособленность — соответствие строения клеток, тканей, органов, систем органов выполняемым функциям, признаков организма среде обитания. Примеры: наличие крист в митохондриях — приспособление к расположению на них большого числа ферментов, участвующих в окислении органических веществ; удлиненная форма сосудов, их прочные стенки — приспособленность к передвижению по ним воды с растворенными в ней минеральными веществами в растении. Зеленая окраска кузнечиков, богомолов, многих гусениц бабочек, тлей, растительноядных клопов — приспособленность к защите от поедания птицами.
2. Причины приспособленности — движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.
3. Возникновение приспособлений и его научное объяснение. Пример формирования приспособленности у организмов: насекомые раньше не имели зеленой окраски, но вынуждены были перейти на питание листьями растений. Популяции неоднородны по окраске. Птицы съедали хорошо заметных особей, особи с мутациями (появление у них зеленых оттенков) были менее заметны на зеленом листе. При размножении у них возникали новые мутации, но преимущественно сохранялись естественным отбором особи с окраской зеленых тонов. Через множество поколений все особи данной популяции насекомых приобрели зеленую окраску.
4. Относительный характер приспособленности. Признаки организмов соответствуют лишь определенным условиям среды. При изменении условий они становятся бесполезными, а иногда и вредными. Примеры: рыбы дышат с помощью жабр, через них из воды в кровь поступает кислород. На суше рыба не может дышать, так как кислород из воздуха не поступает в жабры. Зеленая окраска насекомых спасает их от птиц, только когда они находятся на зеленых частях растения, на другом фоне они становятся заметны и не защищены.
5. Ярусное расположение растений в биогеоценозе — пример приспособленности их к использованию энергии света. Размещение в первом ярусе наиболее светолюбивых растений, а в самом нижнем — теневыносливых (папоротник, копытень, кислица). Плотное смыкание крон в лесных сообществах — причина небольшого числа ярусов в них.
70
Изменения в биосфере под влиянием деятельности человека. Сохранение равновесия в биосфере как основа ее целостности.
1. Биосфера — целостная, относительно устойчивая, гигантская экологическая система, зависимость исторически сложившегося в ней равновесия от связей между ее обитателями, их приспособленности к среде обитания, от роли живого вещества в биосфере, от влияния деятельности человека.
2. Причины глобальных изменений в биосфере: рост народонаселения, развитие промышленности, автомобильного, железнодорожного, воздушного транспорта, появление сложных сетей дорог, интенсивная добыча полезных ископаемых, строительство электростанций, развитие сельского хозяйства и др.
3. Отрицательные последствия развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства — загрязнение всех сред жизни (наземно-воздушной, водной, почвы), потеря плодородия почвы, сокращение пахотных земель, уничтожение больших площадей лесов, исчезновение множества видов растений и животных, появление новых, опасных для жизни человека возбудителей болезней (вирусов СПИДа, инфекционного гепатита и др.), сокращение запасов чистой воды, истощение ископаемых ресурсов и др.
4. Загрязнение биосферы в результате сельскохозяйственной деятельности. Применение высоких доз ядохимикатов — причина загрязнения почвы, воды в водоемах, снижения численности обитающих в них видов животных, замедления жизнедеятельности редуцентов (разрушения ими органических остатков и превращения их в пригодные для питания
растений минеральные вещества). Нарушение норм внесения минеральных удобрений — причина загрязнения почвы нитратами, накопления их в продуктах питания, отравления ими людей.
5. Виды промышленного загрязнения биосферы: 1) химическое — выделение в биосферу сотен веществ, которых раньше не было в природе (кислотные дожди и др.); 2) радиационное, шумовое, биологическое загрязнение, их отрицательное воздействие на здоровье человека, на живое вещество биосферы.
6. Рациональное природопользование — основной путь защиты биосферы от загрязнения, сохранения ресурсов от истощения, видов растений и животных от вымирания, поддержания равновесия и целостности биосферы.
71
Решить задачу на промежуточный характер наследования.
В решении задачи следует исходить из того, что в первом поколении гибридов доминирование будет неполным, хотя потомство будет однообразным Проявится не доминантный и не рецессивный признак, а промежуточный. Например, вырастет растение ночная красавица не с красными и белыми цветками, а с розовыми. Во втором поколении произойдет расщепление и появится три группы особей по фенотипу: одна часть с доминантным признаком (красные цветки), одна часть с рецессивным (белые цветки), две части гетерозигот с промежуточным признаком (розовые).
72
Экологическое и географическое видообразование, их сходство и различие.
1. Видообразование — важный этап в эволюции органического мира. Причины видообразования — действие движущих сил эволюции (наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор). Способы видообразования: экологическое, географическое и др.
2. Географическое видообразование, его особенность — расширение ареала вида, появление относительно изолированных популяций, возникновение мутаций у особей популяций, размножение особей и распространение мутаций. В результате борьбы за существование и естественного отбора сохранение особей с полезными для конкретных условий мутациями. Изменение генного состава популяций через множество поколений, биологическая изоляция, утрата способности скрещиваться с особями других популяций — причина зарождения нового вида. Пример: расширение ареала большой синицы привело к образованию трех подвидов; из одного родона-чального вида лютиков образовалось 20 видов.
3. Экологическое видообразование, его признаки: расселение особей популяций в разных экологических условиях без расширения ареала. Возникновение мутаций, борьба за существование, естественный отбор, действующие в течение многих поколений, — причины изменения генного состава популяций, биологической изоляции, утраты способности скрещиваться с особями других популяций и давать плодовитое потомство, возникновения новых видов. Примеры: люцерна серповидная растет у подножья Кавказа, а люцерна клейкая в горах (вероятно, произошли от одного вида); распадение вида черный дрозд на две группы: одна живет в глухих лесах, а другая — около жилья человека в пределах общего ареала.
4. Сходство и различия способов видообразования. Их основа — движущие силы эволюции. Географическое видообразование связано с расширением ареала вида и возникновением изолированных
популяций. Экологическое видообразование связано с заселением особей вида разные экологические условия, что также ведет к биологической изоляции.
73Учение В. И. Вернадского о биосфере. Ведущая роль живого вещества в преобразовании биосферы. Влияние деятельности человека на биосферу, сохранение равновесия в ней.
1. В. И. Вернадский — русский ученый, создатель учения о биосфере как об особой оболочке Земли. Основоположник биогеохимии, которая изучает химию Земли и химию живого, их взаимосвязи Вернадский о ведущей роли живого вещества в преобразовании биосферы, о ноосфере. Необходимость изучения роли и места живых организмов в целом на планете для познания присущих биосфере закономерностей.
2. Живое вещество, или биомасса, — совокупность всех живых организмов на Земле, способность живого вещества к воспроизводству и распространению на планете — причины «всюдности» жизни, ее плотности и давления, борьбы организмов за пищу, воду, территорию, воздух.
3. Постоянное взаимодействие живого вещества с окружающей средой в процессе обмена веществ: поглощение организмом различных элементов (кислорода, водорода, азота, углерода, фосфора и др.), их накопление, а затем выделение (частично при жизни и после смерти).
4. Устойчивость биосферы. Биологический круговорот — основа целостности и устойчивости биосферы. Энергия Солнца — основа биологического круговорота. Космическая роль растений — использование энергии Солнца на создание органических веществ из неорганических, распространение органических веществ и энергии по цепям питания.
5. Биогеохимические функции живого вещества: 1) газовая — в процессе фотосинтеза растения выделяют кислород, в процессе дыхания все организмы выделяют углекислый газ, клубеньковые бактерии используют атмосферный азот; 2) концентрационная — организмы поглощают различные химические элементы, накапливают их (иод — водоросли, железо, сера — бактерии); 3) окислительно-восстановительная — происходит окисление и восстановление ряда веществ с участием организмов (образование бокситов, руды, известняков); 4) биохимическая — ее проявление в результате питания, дыхания, разрушения и гниения отмерших организмов.
6. Влияние деятельности человека на круговорот веществ (химической промышленности, транспорта, сельского хозяйства и др.)- Отсутствие в биосфере механизмов, способных восстановить равновесие, нарушаемое деятельностью человека. Проблемы: озоновые дыры и возможные последствия; производство большого количества энергии, загрязнение атмосферы и возможное потепление климата; увеличение численности населения и проблемы питания.
7. Сохранение равновесия в биосфере — проблема всего человечества, необходимость ее решения. Проведение мониторинга, рациональное природопользование, сокращение норм потребления и др.
74
Решить задачу на моногибридное скрещивание.
Надо определить генотип либо одного из родителей, либо гибридного потомства, либо расщепление признаков во втором поколении. Для этого следует записать схему скрещивания: выписать известные генотипы родителей, образуемые ими гаметы, генотипы потомства, сопоставить с фенотипами и определить неизвестный генотип. Например, надо определить генотип потомства при скрещивании растений гороха с желтыми и зелеными семенами: известно, что особь с желтыми семенами гетерозиготна, желтый цвет — доминантный, а зеленый — рецессивный. Схема скрещивания будет выглядеть так:
Ответ: одна часть потомства будет гетерозиготна, имеет желтые семена, вторая часть — гомозиготна по рецессивному признаку и имеет зеленые семена.