§ 46. Популяція. Мікроеволюція. Вид. Видоутворення

Пригадайте! Що таке теорія еволюції?

Ваша думка

У гірських лісах України популяції вивірки звичайної мають темне забарвлення, а популяції вивірки рівнинних лісів – руде. На вашу думку, чому?

ЗМІСТ

Чому популяція є елементарною одиницею еволюції?

ПОПУЛЯЦІЯ (лат. populatio – населення) – це сукупність особин одного виду організмів, які упродовж багатьох поколінь існують в межах певної території, вільно схрещуються і відносно ізольовані від інших популяцій виду. Умови життя в межах ареалу виду є неоднаковими в різних ділянках, що приводить до виникнення відмінностей між групами особин та формування популяцій. Головним чинником, що об’єднує особини в популяціях, є вільне схрещування (панміксія). Особини різних популяцій також можуть схрещуватися, але цьому, як правило, перешкоджають географічні (наприклад, річки, гори) та біологічні (наприклад, різний час розмноження) фактори.

Іл. 126. Поліська популяція зубрів

Будь-яка популяція організмів характеризується такими показниками, як чисельність, народжуваність, смертність, природний приріст та ін. Популяції можуть характеризуватися структурою: статевою, віковою, просторовою, етологічною та генетичною. Чому ж популяції є одиницею еволюції, а не окрема особина, як вважав Дарвін? Одна особина того чи іншого виду не здатна еволюціонувати, оскільки її набір генів не змінюється упродовж життя. В сучасному еволюційному вченні саме популяції розглядаються як «будівельний майданчик», арена еволюційних подій (іл. 126). Це пояснюється тим, що:

• популяція завдяки спадковій мінливості складається з особин, які різняться за генотипом;
• у популяції постійно діють чинники, що змінюють співвідношення частоти генотипів та алельних генів (генетичну структуру);
• у популяції постійно існують взаємозв’язки між особинами й довкіллям, завдяки чому виживають і дають потомство тільки особини з корисними в даних умовах змінами.

Для здійснення еволюційних змін необхідна наявність трьох процесів: мутаційного (поява нових різноманітних ознак), рекомбінаційного (створення нових поєднань ознак) та селекційного (відбір корисних для життя особин ознак), що відбуваються саме в популяціях. Завдяки цим процесам відбувається елементарне еволюційне явище, тобто суттєва і незворотна зміна генофонду популяції на тривалий період.

Отже, саме популяції, а не окремі особини є елементарними одиницями еволюції.

Що є результатом мікроеволюційних змін?

Еволюційні процеси в межах популяцій, що завершуються формуванням пристосованості організмів та утворенням нових популяцій й підвидів, називаються мікроеволюцією. Рушійним чинником еволюційних змін у популяціях є природний добір, а матеріалом для мікроеволюційних змін – мутації. Природний добір спрямовує різні елементарні зміни фенотипів, що виникли внаслідок мутацій, у бік формування адаптацій організмів до змін умов довкілля.

Адаптації – пристосування будови, функцій, поведінки організмів до певних умов існування. Адаптації виникають у процесі еволюції на основі нейтральних мутацій або модифікацій. Нові пристосування з’являються не одразу в готовому вигляді, а тривалий час формуються в процесі еволюції. Будь-яка сукупність адаптацій допомагає організмам вижити лише в тих умовах, у яких вона сформувалася під впливом чинників еволюції.

Мікроеволюція забезпечує формування найрізноманітніших адаптацій:

• мімікрія – схожість між незахищеними та захищеними видами (наприклад, осоподібні метелики і оси, джмелеподібні мухи і джмелі) (іл. 127);
• маскування – схожість із предметами навколишнього середовища (наприклад, морський коник до водоростей) (іл. 128);
• захисне забарвлення допомагає сховатися в навколишньому середовищі (наприклад, біле забарвлення полярних куріпок);
• застережне забарвлення вказує на небезпеку даного виду (наприклад, червоне забарвлення сонечка вказує на отруйність);
• приваблювальне забарвлення забезпечує зустріч особин різних статей (наприклад, яскраве забарвлення самця вивільги).

Іл. 127. Мімікрія мухи дзюрчалки осоподібної

Іл. 128. Маскування морського коника

Отже, результатом мікроеволюції є формування адаптацій та виникнення нових популяцій.

Як відбувається утворення видів у природі?

ВИД – сукупність особин, що характеризуються спадковою подібністю ознак, вільно схрещуються і дають плодюче потомство, пристосовані до певних умов життя і займають у природі певну область – ареал. Видову самостійність певної групи особин встановлюють за різними критеріями виду: морфологічний (подібність особин за будовою), генетичний (характерний для кожного виду набір хромосом за кількістю, формою і розмірами), фізіологічний (подібність й відмінності в процесах життєдіяльності), біохімічний (особливості будови і складу макромолекул, перебігу певних біохімічних реакцій), географічний (спільність території поширення), екологічний (пристосованість до умов існування) та ін. Як же виникають нові види?

Видоутворення – це спрямований природним добором еволюційний процес адаптивних перетворень, який веде до утворення генетично закритих видових систем із генетично відкритих внутрішньовидових. Починається видоутворення на рівні популяцій. Нові види найчастіше виникають від однієї предкової групи близькоспоріднених організмів шляхом розходження ознак у споріднених організмів (дивергенції). Необхідною умовою видоутворення є ізоляція, залежно від особливостей якої розрізняють географічне та екологічне видоутворення.

Географічне видоутворення – це формування нових груп у результаті зміни ареалу під час географічної ізоляції. Відбувається шляхом розриву суцільного ареалу на частини (наприклад, утворення різноманітних видів в’юрків на різних островах Галапагоського архіпелагу) або розширення ареалу і відбір у нових умовах; наприклад, утворення видів ведмідь бурий (Ursus arctos) і ведмідь білий (Ursus maritimus) (іл. 129).

Іл. 129. Ведмідь бурий і ведмідь білий

Екологічне видоутворення – це формування нових груп у межах існуючого ареалу під час екологічної ізоляції. Відбувається в результаті дії нових сезонних умов (наприклад, утворення видів дзвінець великий весняний і дзвінець великий літній), у результаті схрещування між особинами споріднених видів (наприклад, м’ята перцева є гібридом м’яти колосоподібної та м’яти водяної), за рахунок поліплоїдних мутацій (наприклад, вихідний вид двозернівка має 2n = 14, вид тверда пшениця – 4n = 28, а м’яка пшениця – 6n = 42) або поєднанням систематично віддалених організмів (наприклад, різні види лишайників є результатом симбіозу грибів і водоростей).

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння. Типи видоутворення

Порівняйте географічне і екологічне видоутворення.

Ознаки

Видоутворення

географічне

екологічне

§ 35. ПОКРИВИ ТІЛА ТВАРИН

До захисних пристосувань, які запобігають проникненню хвороботворних мікроорганізмів усередину тіла тварини, належать її покриви, які відмежовують тіло від навколишнього середовища.

ЯКІ ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ТА ФУНКЦІЇ ПОКРИВІВ БЕЗХРЕБЕТНИХ ТВАРИН?

• Покриви більшості представників кишковопорожнинних формують шкірно-м’язові клітини із скоротливими відростками.

• У кільчастих червів покриви – це шкірно-м’язовий мішок (див. мал. 32). Клітини його епітеліального шару виділяють тоненьку пружну кутикулу. Там також містяться залози, що виділяють слиз і речовини, які мають захисні властивості. Під епітелієм розташовані два шари м’язів.

• Кутикула членистоногих багатошарова, містить органічну речовину хітин. У деяких ракоподібних вона ще й просочена вапном і утворює міцний панцир (краби, річкові раки). Кутикула комах та павукоподібних додатково вкрита воскоподібною речовиною, що робить її водонепроникною і запобігає висиханню (мал. 209).

Мал. 209. Схема багатошарової кутикули комах: 1 – шар воскоподібної речовини; 2 – шари кутикули, що містять хітин; 3 – гіподерма; 4 – щетинки

• У молюсків за рахунок епітелію мантії формується мушля (черепашка), що складається, як ви пам’ятаєте, з трьох шарів (пригадайте, яких). Під епітелієм у молюсків розташований шар сполучної тканини.

Покриви безхребетних виконують низку важливих функцій. Насамперед, це захисна функція: покриви оточують внутрішні органи і захищають їх від несприятливих впливів навколишнього середовища. Інша функція – транспортна: через покриви до організму можуть надходити деякі потрібні організму речовини і виводитись назовні деякі кінцеві продукти обміну речовин. Ще одна важлива функція – опорно-рухова: покривний епітелій бере участь у формуванні зовнішнього скелета, наприклад кутикули членистоногих або мушлі молюсків.

ЯКІ ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ТА ФУНКЦІЇ ПОКРИВІВ ХРЕБЕТНИХ ТВАРИН? Усі хребетні тварини вкриті шкірою, що складається з двох шарів: зовнішнього – багатошарового епітелію і нижнього – дерми, або власне шкіри.

• Тіло риб додатково вкрите лускою, яка формується в дермі (мал. 210. А). Ззовні кожна луска вкрита тонким шаром епідермісу. У кісткових риб луска має вигляд тонких напівпрозорих пластинок, що черепицеподібно накладаються одна на одну. У хрящових риб – акул і скатів – луска утворена з міцної речовини — дентину та вкрита емаллю. Коли росте риба, росте і її луска. Вона наростає шарами з внутрішнього боку. Цей процес нагадує утворення річних кілець у деревині дерев наших широт: узимку ріст риби припиняється і поновлюється наступної весни. Отже, досліджуючи луску риби, можна визначити вік тварини.

У шкірі риб є залози, які виділяють слиз, що захищає шкіру від проникнення хвороботворних організмів та полегшує плавання, зменшуючи тертя у воді. У шкірі та лусці містяться пігменти, які надають рибам різноманітного забарвлення. Таке забарвлення може бути захисним, як у річкового окуня. Яскраве попереджувальне забарвлення можуть мати отруйні риби. Камбала, яка мешкає в Чорному морі, здатна змінювати своє забарвлення залежно від тла навколишнього середовища.

Мал. 210. Схема будови покривів кісткової риби (А), амфібії (Б) і рептилії (В): 1 – дерма (власне шкіра); 2 – епітелій; 3 – луска риби; 4 – залози, що виділяють слиз; 5 – рогові луски рептилій

• Шкіра амфібій гола, позбавлена лусок (мал. 210. Б). У ній багато залоз, виділення яких – слиз – зволожує поверхню тіла і полегшує газообмін через шкіру. Слиз також захищає тварин від проникнення хвороботворних мікроорганізмів. У деяких видів (саламандри плямистої, кумок, деяких видів ропух) у шкірі є отруйні залози. Їхній слиз захищає тварин від нападу хижаків.

• Зовнішній шар шкіри рептилій роговіє (мал. 210. В). Шкіра суха, практично без залоз, укрита роговими лусками, щитками або пластинками — похідними покривного епітелію. Такі покриви захищають тварин від механічних ушкоджень та зайвих втрат вологи, що дуже важливе для існування в посушливих умовах. Щільний покрив заважає росту плазунів, тому він періодично замінюється під час линяння.

• Наявність пір’яного покриву є однією з необхідних умов польоту в птахів. Він робить тіло птахів обтічним. Шкіра птахів, як і рептилій, суха, майже позбавлена залоз (мал. 211. А). Лише над основою хвоста в багатьох видів відкриваються протоки куприкової залози, жироподібними виділеннями якої птахи змащують пір’яний покрив. Шкіра птахів утворює різноманітні рогові похідні: наддзьобок і піддзьобок, кігті на кінцях пальців і рогові лусочки, що вкривають нижню частину ніг, пір’я (мал. 212, 1). Пір’яний покрив зазвичай двічі на рік змінюється під час линяння.

• У ссавців шкіра досить еластична і має складну будову (мал. 211. Б). У ній добре розвинені різні типи залоз: потові, сальні, молочні, пахучі. Потові залози відкриваються на поверхню шкіри і беруть участь у регуляції температури тіла та у виведенні з організму продуктів обміну. Тварини знижують температуру тіла шляхом випаровування поту з поверхні тіла, що дає змогу уникати перегрівання. Виділення сальних залоз змащує волосся та поверхню шкіри, запобігаючи їхньому зношуванню та намоканню.

Важлива роль у спілкуванні особин свого виду належить виділенням пахучих залоз. За їхньою допомогою тварини мітять свою територію, за запахом малята знаходять батьків або батьки розшукують своє потомство. Молочні залози самок ссавців виділяють молоко для вигодовування дитинчат.

Мал. 211. Схема будови покривів птахів (А) і ссавців (Б): 1 – дерма (власне шкіра); 2 – епітелій; 3 – пір’я; 4 – волосся; залози: потові (5) та сальні (6)

Мал. 212. Приклади похідних шкіри: 1 – наддзьобок і піддзьобок птахів; 2 – кігті на кінцях пальців ссавців; 3 – роги на голові ссавців

За рахунок епітелію шкіри у ссавців утворюються різні похідні: волоски, кігті, нігті, копита, роги тощо (мал. 212, 2, 3). У деяких видів тварин (їжаків, дикобразів тощо) волосся може видозмінюватись на голки, що виконують функцію захисту від ворогів.

Під власне шкірою є шар жирової клітковини. Він найкраще розвинений у мешканців водойм (наприклад, у синього кита його товща може перевищувати 50 см). Жир допомагає зберігати тепло тіла. Крім того, він легший за воду, і тому добре розвинений шар підшкірної жирової клітковини збільшує плавучість тіла. Жир, який запасається в підшкірній жировій клітковині, є також запасом поживних речовин і джерелом води в разі її нестачі в навколишньому середовищі.

ЛАБОРАТОРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ

Особливості покривів тіла тварин

Обладнання, матеріали та об’єкти дослідження: колекції пір’я тварин і луски риб, опудала птахів, ссавців, колекції ракоподібних; вологі препарати риб, амфібій і рептилій.

Хід роботи

1. Розгляньте представників ракоподібних, запропонованих учителем. Дослідіть твердість їхнього хітинового покриву. Яке значення такого покриву?

2. Дослідіть вологі препарати риб і набори луски. Як луска розташована на шкірі риби? Яке її значення?

3. Розгляньте і дослідіть зовнішні покриви жаби. Яке значення слизу, що вкриває шкіру?

4. Розгляньте і дослідіть вологі препарати ящірки чи вужа. Чим утворений покрив тіла плазунів? Яка роль лусочок на тілі ящірки і вужа?

5. Розгляньте опудало птаха. Зверніть увагу на пір’яний покрив на крилах, тулубі та хвості. Дослідіть розміщення пір’я на тілі. Яку роль відіграє пір’я в житті птаха?

6. Розгляньте опудало ссавця. Дослідіть його волосяний покрив на густину, твердість, густоту. Яка його роль у житті ссавців?

УЗАГАЛЬНЕННЯ ЗНАНЬ

Зовнішнім шаром покривів тварин є покривний епітелій, одношаровий у безхребетних тварин та багатошаровий у хребетних. У кільчастих червів покривний епітелій – це зовнішній шар шкірно-м’язового мішка, до складу якого входять два шари м’язів. У членистоногих покривний епітелій бере участь в утворенні кутикули. У молюсків епітелій мантії бере участь в утворенні мушлі.

Покривний епітелій хребетних тварин забезпечує утворення різних похідних: луски (риби), кігтів, рогових лусочок і щитків (рептилії), пір’їн, лусочок, наддзьобка та піддзьобка, кігтів (птахи), волосин, кігтів, нігтів, рогів, копит (ссавці).

ПЕРЕВІРТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

1. Яку роль відіграють покриви тварин? 2. Чим характеризуються покриви молюсків? 3. Що спільного та відмінного в будові покривів амфібій і рептилій? 4. Чим характеризуються покриви ссавців?

ОБГОВОРІТЬ У ГРУПАХ

Які особливості покривів різних груп тварин?

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ І КМІТЛИВИХ

Що спільного та відмінного в покривах кільчастих червів і членистоногих? Прочитайте текст. За допомогою додаткових джерел інформації розширте свої знання із запропонованої теми.

ЯК ТВАРИНИ ПРИСТОСОВУЮТЬСЯ ДО АКТИВНОГО ЗАХИСТУ ТА НАПАДУ

Тварин у природі завжди підстерігає небезпека. Це хижаки або конкуренти за їжу, людина, яка полює на тварин. Тому в тварин формуються різні способи пасивного або активного захисту. Водночас у хижих тварин утворюються досконалі механізми полювання, призначені для уловлення здобичі та подолання її опору.

Розглянемо деякі пристосування тварин для пасивного захисту. Насамперед від небезпеки можна сховатися в нірку (мишоподібні гризуни) або захисну мушлю (жабурниця, ставковик). Можна стати непомітним. На малюнку 213, 1 зображено тропічного метелика каліму. Верхня поверхня його крил забарвлена яскраво, але, склавши крила, метелик нагадує листок. На нижній поверхні крил можна навіть побачити своєрідні «жилки листка». Подібне захисне забарвлення крил у нічного метелика – червоної орденської стрічки (мал. 213, 2). Гусінь нічного метелика – березового п’ядуна – у разі небезпеки завмирає і нагадує гілку рослини (мал. 213, 3).

Мал. 213. Приклади захисного забарвлення та поведінки тварин: 1 – метелик каліма зі складеними крилами нагадує сухий листок; 2 – метелик червона орденська стрічка з розправленими (а) та складеними (б) крилами; 3 – гусінь березового п’ядуна набуває пози, у якій нагадує гілочку; захисні смуги на тілі зебри (4) та річкового окуня (5) роблять їх непомітними на тлі рослинності

Мал. 214 А. Приклади застережного забарвлення: 1 – оса; 2 – жук сонечко; 3 – колорадський жук. Б. Забарвлення мухи-дзюрчалки – приклад мімікрії

На малюнку 213, 4, 5 зображено зебру та річкового окуня. У цих тварин уздовж тіла проходять темні смуги. Це ще один приклад захисного забарвлення. Такі контрастні смуги порушують сприйняття хижаком контурів тіла здобичі й роблять її непомітною на тлі рослинності.

• Активно захищаються від ворогів тварини за допомогою особливостей будови покривів тіла. Так, їжаки та дикобрази мають похідні шкіри у вигляді гострих голок.

Пригадайте яскраве забарвлення ос, шершнів, жука сонечка, колорадського жука (мал. 214. А). Оси й шершні мають отруйні залози; гемолімфа жука сонечка й колорадського жука отруйна для інших тварин. Тож такі тварини, маючи яскраве застережне забарвлення, ніби попереджають своїх можливих ворогів – нас краще не чіпати! Отруйні речовини, як ви знаєте, виділяють залози шкіри плямистої саламандри.

Отруйним тваринам, а також тваринам, у яких наявні досконалі засоби захисту, часто притаманна попереджувальна поведінка. Кобра в разі небезпеки набуває характерної пози: у стані збудження ця змія піднімає над ґрунтом передню частину тіла й розширює шийну його частину. Тарантул, захищаючись, піднімає над тілом передню пару ніг та розводить у боки хеліцери. У такий спосіб тварини попереджають ворогів про небезпеку контактів з ними.

Можна «прикинутися» отруйною твариною, щоб не чіпали хижаки. Наприклад, яскраво забарвлені мухи-дзюрчалки (мал. 214. Б) зовні нагадують ос, що мають отруйні залози та жало. Таке явище наслідування забарвлення одних видів іншими має назву мімікрія.

Цікавий спосіб для відлякування ворогів використовують жуки-бомбардири (мал. 215). Вони вистрілюють їдкою рідиною, яка немов снаряд з мініатюрної гармати вилітає із черевця жука й перетворюється на димовий клубочок.

У черевці цих жуків є дві залози, що сполучаються між собою. У разі небезпеки речовини цих залоз змішуються, і утворена гаряча маса (її температура сягає до +100 °С) вибухає з гучним тріском та з утворенням їдкого диму, відлякуючи ворогів.

Мал. 215. Жук-бомбардир вистрілює їдку рідину

Мал. 216. Пристосування до активного нападу: 1 – міцні ікла у вовків; 2 – гачкуваті дзьоб і кігті орла; 3 – отруйні зуби змії (доповніть перелік, скориставшися додатковими джерелами інформації)

Іншими активними способами захисту від хижаків є здатність до швидкого бігу (копитні тварини), а також груповий спосіб життя. Тваринам, які живуть табунами, зграями тощо, легше помітити хижаків та дати їм спільну ефективну відсіч.

• Для активного нападу тварини також використовують пристосування до швидкого бігу (гепард), колективне полювання зграями (вовки), електричні органи (електричний скат), гострі кігті (орел), зуби (тигр), отруйні речовини (мал. 216). Так, на щупальцях кишковопорожнинних є жалкі клітини. Опіки гідри небезпечні для дрібних безхребетних тварин, личинок і мальків риб. Павуки за допомогою хеліцер вводять отруту в тіло здобичі разом з травними соками. Отрута слугує їм і для захисту від ворогів. У шершнів отруйні залози пов’язані з жалом, яке становить собою видозмінений яйцеклад. За його допомогою комахи паралізують здобич або захищаються.

Змії вбивають здобич за допомогою отрути, яка виробляється видозміненими слинними залозами. Цю отруту вони вводять за допомогою видовжених, гострих і загнутих назад отруйних зубів, розташованих на верхніх щелепах (мал. 216, 3). Такі зуби мають борозну на передній поверхні або внутрішній канал, якими отрута надходить у рану в тілі здобичі.

Отже, у процесі еволюції у тварин виробилися різні пристосування для захисту й нападу. Пристосуваннями для захисту слугують захисне і застережне забарвлення й попереджувальна поведінка, мімікрія. Багато видів використовує отруту для захисту й нападу.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ І КМІТЛИВИХ

Муха-дзюрчалка за своїм забарвленням нагадує осу. Спробуйте пояснити, як могла виникнути така подібність у процесі еволюції обох видів цих тварин.

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

Підготуйте міні-проект на тему «Майстерність маскування» та презентуйте його однокласникам.