Изоляция биология что это
Изоляция в биологии. Определение. Примеры.
Понятие изоляции в биологии может быть репродуктивным или географическим. Результат, впрочем, в обоих случаях схожий, пусть и не одинаковый – исключение возможности к скрещиванию, или же затруднение этого процесса. Соответственно, в биологии изоляция рассматривается, как один из элементарных эволюционных факторов, и в конечном счёте она приводит к образованию новых видов.
Репродуктивная изоляция в биологии
Существуют различные виды репродуктивной изоляции, различающиеся причинами. При этом результат у них один и тот же – невозможность скрещивания представителей родственных видов, или же значительное затруднение этого процесса.
Формы репродуктивной изоляции
Читайте также:
Основные направления и пути эволюции
Формы естественного отбора
Дрейф генов
Формы искусственного отбора
Географическая изоляция в биологии
Именно географическая изоляция является одним из самых распространённых факторов эволюции. Какая-либо популяция, отделённая от других географическими препятствиями вроде гор, рек и морей, начинает развиваться другим путём. При этом может произойти разделение популяции на подвиды, которые постепенно займут вакантные экологические ниши. Примером могут служить лемуры разных видов, которые в наше время сохранились только на острове Мадагаскар. В далёком прошлом эти приматы водились и на материковой части Африки, но там они вымерли, не выдержав конкурентной борьбы за существование с другими приматами, то есть с обезьянами. Но из-за географической изоляции их популяция на Мадагаскаре уцелела, и сейчас в разных уголках этого острова обитают разные виды лемуров.
Оцените статью и поделитесь ей в соцсетях!
Средний рейтинг: 4.8 / 5. Количество оценок: 18
Изоляция как фактор эволюции
Вы будете перенаправлены на Автор24
Изоляция как эволюционный фактор
Изоляция – это эволюционный фактор, который подразумевает наличие каких-либо барьеров, нарушающих процесс свободного скрещивания, и закрепляет существенное количество различий между популяциями внутри вида.
Кроме того, изоляции могут подвергаться также и отдельные особи внутри какой-либо популяции, которая находится на определенной территории.
Современная эволюционная теория выделяет следующие формы изоляции:
Характеристика форм изоляции
Географическая изоляция (пространственная) представляет собой процесс разрыва ареала обитания вида на такие части, которые не могут сообщаться между собой. Каждая часть возникшей популяции может образовать в себе некоторое количество мутаций или случайных ненаправленных изменений генотипа. Также факторами, ведущими к популяционным изменениям, называют естественный отбор и репродуктивную изоляцию. Таким образом, при географической изоляции становится больше раздробленных популяций, которые лишены возможности сообщения между собой.
Среди причин, которые приводят к возникновению географической изоляции, можно отметить наличие рек и гор, проливов и перешейков, истребление популяций в отдельных географических районах.
Поскольку географическая изоляция, прежде всего, подразумевает отсутствие возможности скрещиваться, каждая изолированная популяция дает возможность формировать особенное направление эволюционного процесса. Все это, в конечном счете, приводит к значительным отличия в генотипической структуре и ослаблению или полному прекращению обмена генами между популяциями.
Готовые работы на аналогичную тему
Экологическая изоляция – это тип изоляции, связанной с предпочтением особями конкретных жизненных условий.
Примером такой изоляции также можно назвать образование популяции Севанской форели. Разные популяции форели нерестятся в устьях различных ручьев и горных рек, впадающих в озеро, поэтому свободное скрещивание между ними крайне затруднено.
Тем самым экологическая изоляция препятствует скрещиванию особей из различных популяций и также, как и географическая изоляция, обеспечивает начальное расхождение популяций.
Колоссальное значение в процессе сохранения видов имеет этологическая изоляция или осложнение процесса спаривания, которое связано с особенностями поведения. Такой тип изоляции свойственен исключительно животным, у растительных организмов он не проявляется.
Знаменитый тетеревиный ток — пример этологической изоляции. Чужак не может конкурировать с местными обитателями из-за отличия издаваемых им звуков и принимаемых поз во время ухаживания.
Все виды изоляции, так или иначе, ведут к возникновению репродуктивной изоляции. Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению процесса свободного скрещивания или образованию стерильного потомства, которое не может дать собственного потомства.
Репродуктивная изоляция, в свою очередь, может иметь анатомическую и генетическую формы. Временный характер изоляции заключается в том, что процесс размножения особей отличается по срокам. Репродуктивная изоляция имеет множество аспектов и включает в себя почти все типы изоляционного процесса.
Анатомическая (морфологическая, физиологическая) изоляция включает в себя возникновение отличий в строении и размерах отдельных органов и половой системы, а также в процессе реализации репродуктивной функции организмов на практике. Анатомическая изоляция является самой явной формой изоляции, которую достаточно просто отследить, поскольку она ярко выражена внешне.
Наиболее распространенным типом репродуктивной изоляции является ее генетическая разновидность. При таком типе изоляции возникает несовместимость половых клеток, и появляются гибриды с пониженной жизненной способностью, плодовитостью и стерильностью.
Следует отметить тот факт, что подобные виды репродуктивной изоляции формируются независимо друг от друга и сочетаются в различных комбинациях. При этом именно генетическую изоляцию признают одной из важнейших форм изоляции, которая существенно стимулирует эволюционный процесс. Она также способствует видообразованию и ведет к возникновению независимости генофонда популяции. Репродуктивная изоляция часто возникает ввиду действия длительной географической изоляции. В каждом конкретном случае степень действия изоляции можно оценивать для конкретных популяций и для отдельных особей.
Таким образом, эволюционная суть различных вариантов пространственной и экологической изоляции одинакова – она приводит к разрыву единого генофонда на два или более генофонда относительно изолированных друг от друга. Конечным результатом изоляционного процесса является образование новых видов, хотя это происходит не в 100 процентах случаев. Чаще всего все первичные формы изоляции рассматриваются как пусковой механизм процесса видообразования.
Изоляция является биологическим термином, который обозначает разобщение особей. Подобные разобщения приводят к видовым изменениям. Поэтому изоляцию можно назвать движущей силой эволюционного процесса. Изолированные популяции накапливают совершенно разные видовые характеристики. Таким образом, изоляция может стать причиной закрепления генетических изменений в нескольких популяциях или механизмом образования конкретного вида.
Примером действия изоляции могут служить расы людей и народности, а также племена. Показательным примером результата изоляции является разница в развитии каждого конкретно взятого народа. В природе изоляция действует наряду с такими эволюционными факторами, как дрейф генов, популяционные волны, естественный отбор. Некоторые ученые называют изоляцию следствием естественного отбора, некоторые причиной.
База знаний
9.4. Изоляция как элементарный эволюционный фактор
Изоляция — возникновение любых барьеров, ограничивающих панмиксию. Значение изоляции в процессе эволюции и сводится к нарушению свободного скрещивания, что ведет к увеличению и закреплению различий между популяциями и отдельными частями всего населения вида. Без такого закрепления эволюционных различий невозможно никакое формообразование.
Разнообразие форм и проявлений изоляции в природе так велико, что для понимания эволюционной роли изоляции необходимо кратко описать основные ее проявления в природе.
Классификация явлений изоляции. В природе существуют пространственная и биологическая изоляции.
Пространственная изоляция может существовать в разных формах: водные барьеры разделяют население «сухопутных» видов, а барьеры суши изолируют население видов-гидробионтов; возвышенности изолируют равнинные популяции, а равнины — горные популяции и т. д. Сравнительно малоподвижные животные — наземные моллюски на Гавайских островах связаны с влажными долинами. В результате, в каждой из сотен долин на больших островах возникает самостоятельная популяция со своими специфическими особенностями.
Рис. 9.4. Примеры разорванных ареалов: ареалы голубой сороки (Cyanopica суапа) (1) и вьюна (Misgurnus fossilis) (2) (из Н.В. Тимофеева-Ресовского и др., 1977)
Возникновение территориально-механической изоляции объясняется историей развития видов на определенных территориях. В приведенных двух случаях (рис. 9.4) основной причиной изоляции стало наступление ледников. За время, прошедшее после исчезновения ледников, изолированные формы еще не приобрели значительных морфофизиологических различий и относятся, по-видимому, к единым видам. Впрочем молекулярно-генетические исследования могут показать, что это формы уже возникшего видового ранга (полной изоляции на протяжении жизни десятков тысяч поколений обычно бывает достаточно для возникновения видов).
В настоящее время в связи с деятельностью человека в биосфере все чаще и чаще возникает подобная пространственная изоляция отдельных популяций внутри очень многих видов. Типичным примером стало возникновение в Евразии к началу XX в. разорванного ареала у соболя (Martes zibellina) — результат интенсивного промысла (рис. 9.5). Обычно быстрое возникновение подобного разорванного ареала служит опасным симптомом возможного исчезновения вида.
Рис. 9.5. Пространственная структура ареала соболя (Martes zibellina) (по А.А. Насимовичу и В.В. Тимофееву, 1973): 1 — границы ареала; 2 — оставшиеся в 30-е годы популяционные островки населения; 3 — территория, занимаемая соболем в 80-е годы XX
Пространственная изоляция может возникнуть внутри видов малоподвижных животных и растений, не разделенных заметными физико-географическими барьерами. Известно, что обыкновенный соловей (Luscinia luscinia), населяющий многие районы центральной части европейской территории России, в настоящее время практически сплошь находит подходящие условия для гнездования как в не обжитых человеком местах, так и в зарослях по обочинам дорог, в парках и даже скверах больших городов. При этом наблюдается четко выраженная клинальная изменчивость пения этих птиц: по числу «коленец», по тембру и другим особенностям существуют постепенные переходы от одной местности к другой (характер песни наследственно обусловлен). Возникновение такой клинальной изменчивости возможно только потому, что соловьи, несмотря на существование у них частых сезонных перелетов, обладают большим гнездовым консерватизмом: молодые возвращаются практически на то же место, где они вывелись.
Пространственная изоляция внутри вида существует в двух проявлениях: изоляция какими-либо барьерами между частями видового населения и изоляция, определяемая большей возможностью спаривания близко живущих особей, т. е. изоляция расстоянием.
Возникновение пространственной изоляции связано с радиусом репродуктивной активности вида (см. гл. 7).
Радиус репродуктивной активности наземных моллюсков обычно равен нескольким десяткам метров, а чирков — тысяче километров. Значение физико-географических барьеров в пространственной изоляции связано с биологическими особенностями вида в целом.
Биологическую изоляцию обеспечивают две группы механизмов: устраняющие скрещивание (докопуляционные) и изоляция при скрещивании (послекопуляционные). Первые механизмы предотвращают потерю гамет, вторые связаны с потерей гамет и зигот (Э. Майр).
Спариванию близких форм препятствуют различия во время половой активности и созревания половых продуктов. Известно существование «яровых» и «озимых» рас у миног (Lampetra) и некоторых лососевых рыб (Oncorhynchus), которые резко отличаются временем нереста; между особями каждой из рас существует высокая степень изоляции. Среди растений известны случаи генетически обусловленного сдвига в период цветения, создающего биологическую изоляцию этих форм — явление фенологического полиморфизма (рис. 9.6).
Рис. 9.6. На некошеных лугах большой погремок (Alectorolophus major) цветет и плодоносит в течение всего лета (Л). При регулярном кошении в конце лета (Б) образовалась раса погремка, успевающая принести семена до начала покоса. При более раннем регулярном покосе (В) возникли две расы — ранневесенняя и позднеосенняя. Позднеосенняя раса содержала растения, замедленно развивающиеся до начала покоса, очень низкие, не повреждаемые при косьбе, но затем быстро зацветающие и успевающие дать семена до начала мороза. Пример фенологического полиморфизма (рисунок по данным Н.В. Цингера, 1920)
В природе обычна биотопическая изоляция, при которой потенциальные партнеры по спариванию встречаются, так как они реже предпочитают разные места обитания. Так, часть зябликов (Fringilla coelebs) гнездится в лесах таежного типа, а другая — в невысоких и редких насаждениях с большим числом полян. Потенциальная возможность перекрестного спаривания особей этих групп ограничена. Интересный пример биотопической изоляции — симпатрические внутривидовые формы у обыкновенной кукушки (Cuculus canorus). В Европе обитает несколько «биологических рас» кукушек, различающихся генетически закрепленной окраской яиц. В Восточной Европе одни откладывают голубые яйца в гнезда обыкновенной горихвостки и лугового чекана, другие — светлые в крапинку яйца — в гнезда мелких воробьиных птиц, имеющих яйца сходной окраски. Изоляция между этими формами кукушек поддерживается за счет уничтожения видами-хозяевами недостаточно замаскированных яиц. У многих видов предпочтение биотопа — эффективный изоляционный механизм.
Большое значение в возникновении и поддержании биологической изоляции у близких форм имеет этнологическая изоляция — осложнения спаривания, обусловленные особенностями поведения. Велико разнообразие способов этологической изоляции у животных. Ничтожные на первый взгляд отличия в ритуале ухаживания и обмене зрительными, звуковыми, химическими раздражителями будут препятствовать продолжению ухаживания. Возможно, у животных этологические механизмы — наиболее обширная группа из докопуляционных изолирующих механизмов.
Рис. 9.7. Пример эколого-этологической изоляции. Характеристика световых вспышек североамериканских светляков рода Photurus. Высота и длина пятен в таблице указывают на интенсивность и длительность вспышки (из Э. Майра, 1968)
На рис. 9.7 показан характер световых вспышек у североамериканских светляков рода Photurus. Различия между близкими видами, а иногда и разными группами популяций внутри вида, определяются длительностью, частотой и интенсивностью вспышек.
Важным изолирующим механизмом, затрудняющим скрещивание близких видов, оказывается возникновение морфофизиологических различий в органах размножения (морфофизиологическая изоляция), а также специализация в опылении у растений.
У животных близких видов различия копулятивных органов особенно характерны для некоторых легочных моллюсков, насекомых, а среди млекопитающих — ряда групп грызунов.
Описанные главные механизмы изоляции обычно достаточны для предотвращения в природных условиях возможности скрещивания форм, принадлежащих к разным видам, и понижения эффективности скрещивания у внутривидовых форм, далеко разошедшихся в процессе эволюции (подвидов, групп удаленных географических популяций и т. п.).
Вторая большая группа изолирующих механизмов в природе связана с возникновением изоляции после оплодотворения (собственно-генетическая изоляция), включающей гибель зигот после оплодотворения, развитие полностью или частично стерильных гибридов, а также пониженную жизнеспособность гибридов.
При межвидовом спаривании часто образуются вполне жизнеспособные гибриды, но у них, как правило, не развиваются нормальные половые клетки. В случае же нормального развития гамет гибриды оказываются малоплодовитыми. В природе есть случаи такой изоляции посредством гибридизации: на границе обитания двух близких форм постоянно существует зона, населенная вполне жизнеспособными гибридными особями, но их потомство либо ослаблено и не выдерживает конкуренции с более сильными особями родительских видов, либо нежизнеспособно. На существование такого гибридизационного барьера между видами обычно указывает наличие в природе устойчивых гибридных зон между близкими видами. Такие гибридные зоны известны для некоторых насекомых, серой и черной ворон в Европе (рис. 9.8) и других форм.
Рис. 9.8. Соприкосновение двух близкородственных форм — черной (Corvus corone) и серой ворон (Corvus corax) без образования широкой гибридной зоны (пример изоляции посредством гибридизации по Э. Майру, 1968). Гибриды оказываются менее жизнеспособными по сравнению с родительскими формами. Судя по неодинаковой ширине гибридной зоны и некоторому колебанию ширины зоны в разные годы, относительная жизнеспособность гибридов, видимо, различна в разных поколениях и частях ареала: 1 — серая ворона; 2 — черная ворона
Механизм и примеры экологической изоляции
экологическая изоляция это механизм, с помощью которого предотвращается возникновение репродуктивного скрещивания между двумя видами, которые могут давать гибридных потомков. Гибридный потомок является результатом смешения двух особей разных видов.
Существует 5 процессов экологической изоляции, которые выполняют функцию предотвращения гибридного или смешанного потомства двух разных видов: экологическая изоляция, временная изоляция, поведенческая изоляция, пространственная изоляция и механическая / химическая изоляция..
Механизм экологической изоляции
Экологическая изоляция или изоляция среды обитания является одним из 5 механизмов изоляции, которые предотвращают перекрестное связывание между различными видами до образования яйца или зиготы (механизм предзиготической изоляции)..
Этот механизм возникает, когда два вида, которые могут генетически скрещиваться, имеют репродуктивные барьеры, потому что они живут в разных областях. Таким образом, разные популяции могут занимать одну и ту же территорию, но жить в разных местах обитания, и поэтому физически не встречаются друг с другом..
В дополнение к другим механизмам изоляции, экологическая изоляция предотвращает производство гибридных видов, которые не способствуют росту и развитию биологических популяций, поскольку большинство гибридных особей стерильны, то есть они не способны размножаться.
Считается, что виды, вовлеченные в гибридное сшивание, имеют энергетические затраты, которые не являются успешными. Кроме того, эти механизмы репродуктивной изоляции играют решающую селективную роль в видообразовании.
Примеры экологической изоляции
Ниже приведены несколько примеров экологической изоляции..
Экологическая изоляция у млекопитающих
В Индии есть тигр (Пантера Тигр) и лев (Panthera Leo), два вида одного семейства (Felidae), которые обладают способностью скрещиваться.
Однако тигр живет в джунглях, а лев живет на лугах; Поскольку эти два вида живут в разных местах обитания, их физическое столкновение не происходит. Каждый вид, как лев, так и тигр, изолирован в своих местах обитания..
Экологическая изоляция у насекомых
Группа Anopheles maculipennis Он состоит из 6 видов комаров, некоторые из которых связаны с передачей малярии. Хотя эти 6 видов очень похожи и морфологически неразличимы, они могут редко давать гибриды, потому что они изолированы для размножения и скрещивания, отчасти потому, что они размножаются в разных местах обитания..
Хотя некоторые виды Anopheles maculipennis они размножаются в солоноватой воде, другие в пресной воде. Среди видов спаривания в пресных водах некоторые делают это в проточных водах, а другие предпочитают стоячие воды..
Экологическая изоляция у птиц
Одним из наиболее цитируемых примеров экологической изоляции является случай двух очень близких птиц рода Turdus, как обычный черный дрозд или дрозд (Turdus Merula) и черный дрозд капибланко (Turdus torquatus).
Население Т. мерула, вид, который обитает в лесных районах городских лесов и садов, экологически изолирован от T. Торкват, вид, который размножается в высокогорных районах. Таким образом, вероятность того, что эти виды производят гибрид, практически равна нулю..
Экологическая изоляция у амфибий
Экологическая репродуктивная изоляция наблюдается также у разных видов лягушек. Один из многих примеров этого случая найден в Северной Америке.
В Австралии распятая лягушка (Примечание Беннеттии) и лягушка пустынного дерева (Литория краснуха) Они найдены в пустынной среде. Тем не менее, они вряд ли спариваются, поскольку лягушка распятия живет под землей и перемещается на поверхность только во время дождя, в то время как лягушка пустынного дерева является древесным видом..
Экологическая изоляция у рыб
Другой интересный пример этого типа экологической репродуктивной изоляции наблюдается у колючих рыб семейства Gasterosteidae. Эти рыбы имеют удлиненное и тонкое тело (веретенообразное), с 2-16 шипами в спинной области и лишены чешуи, хотя у некоторых видов есть своего рода броня из костных пластин.
В то время как виды пресноводных рыб Gasterosteidae живут в проточных водах в течение всего года, морские виды, встречающиеся в море зимой, мигрируют весной и летом в устья рек, чтобы спариться..
Экологическая изоляция в растениях
Еще один пример экологической изоляции встречается в случае двух видов растений-пауков рода традесканция, растение паука Огайо (Tradescantia ohiensis) и зигзагообразный паук (Метро Традесканция).
Оба растения живут в общих географических областях, но неспособны пересечь различие сред обитания. T. ohiensis Растет в солнечных районах, а Т. Аукцион предпочитает затененные участки, мало солнца.
Кроме того, эти растения цветут в разное время года, то есть они также имеют временную изоляцию.
Можно сделать вывод, что в экологической изоляции происходит разделение групп организмов в результате изменений их экологии или изменений окружающей среды, в которой они живут..
Типы изоляции ( пространственная, биологическая), их характеристика и значение.
Из наблюдений в природе известно о наличии большого числа различных по генотипическому составу и численности внутривидовых популяций, отделённых друг от друга разнообразными барьерами. Элементарный эволюционный фактор изоляция представляет собой возникновение любых барьеров – географических, морфологических, физиологических, генетических, этологических и др., расчленяющих исходную популяцию на две или более. Значение изоляции сводится к нарушению свободного скрещивания, ограничению панмиксии, а это ведет к увеличению и закреплению различий между частями населения вида. Изоляция – усилитель генетических различий между группами особей в популяциях. Разделенные барьерами части популяции или вида неизбежно попадают под различное давление отбора. В группах в составе вида или популяции, которые различаются друг от друга генетически, различия будут постепенно накапливаться вследствие увеличения числа скрещиваний между особями этих групп. В дальнейшем на их основе могут образоваться новые подвиды.
Существуют две формы изоляции – пространственная и биологическая изоляции, причины их возникновения разные. Пространственная (территориально-механическая) изоляция может существовать в разных формах: она возникает при появлении труднопреодолимых барьеров – дрейфа материков, наличии рек, проливов, хребтов, ледников. Водные барьеры разделяют население «сухопутных» видов, барьеры суши изолируют население видов – гидробионтов, возвышенности изолируют равнинные, а равнины – горные популяции. Так, на одном из Гавайских островов имеется 25 долин, разделенными горными хребтами, и в каждой из них возникли самостоятельные популяции со своими специфическими особенностями. в настоящее время пространственная изоляция значительно возросла за счет деятельности человека – появления крупных городов, дорог, каналов, плотин и иных сооружений, ограничивающих свободное передвижение популяций многих видов. Пространственная изоляция возросла вследствие активной вырубки лесов, создания обширных окультуренных территорий, истребления популяций вследствие охоты. Все это существенно уменьшает возможности свободного скрещивания между разными популяциями и способствует разрыву одной популяции на ряд изолированных групп. Возникновение пространственной изоляции объясняется историей развития видов на определенных территориях.
Биологическая изоляция – это изоляция, которая возникает при потере возможности свободного скрещивания вследствие ряда биологических причин. Биологическую изоляцию обеспечивают две группы механизмов: устраняющие скрещивания (докопуляционные) и изоляция при скрещивании (послекопуляционные). Первые механизмы предотвращают потерю гамет, вторые связаны с потерей гамет и зигот. Существуют разные формы биологической изоляции: экологическая, морфофизиологическая, генетическая, этологическая (поведенческая изоляция). При экологической изоляции нарушается вероятность встречаемости партнеров. Экологическая изоляция возникает в результате действия биотических или абиотических факторов на популяции, обитающие на одной территории. Приспособление к разным температурам, например, приводит к появлению весенних, летних и осенних форм растений, грибов и животных, активных именно в эти периоды и поэтому не скрещивающихся друг с другом. Отсутствие хозяев вынуждает паразитов и симбионтов приспосабливаться к новым видам. При морфофизиологической изоляции изменяется не вероятность встречи полов (или половых продуктов), а вероятность оплодотворения. Морфофизиологическая изоляция возникает при мутациях, вызывающих изменение формы цветков и исключающих опыление ветром или определенными группами насекомых. У паразитов растений возникают мутации, позволяющие им развиваться на корнях, листьях, стеблях, цветках или плодах растений. У животных в результате мутаций могут изменяться размеры и формы копулятивного аппарата, изолирующие их от других особей. Генетическая изоляция появляется при перестройках генотипов – изменений числа или формы хромосом у близких видов, что уменьшает возможности образования полноценного потомства между ними, то есть результаты эффективного скрещивания оказываются ненормальными. У растений относительно часто возникают тетраплоидные формы и такие формы оказываются изолированными от исходной диплоидной в виду почти полной стерильности триплоидных гибридов между ними. Поведенческие изоляции возникают у животных при изменении ритуала ухаживания за самкой или ведения брачных поединков, ограничивающих их спаривание с представителями других популяций. Важными характеристиками изоляции являются длительность ее действия, статистичность и ненаправленность. Изоляция как эволюционный фактор не создает новых генотипов или внутривидовых форм. Значение ее в эволюции состоит в том, что она закрепляет и усиливает начальные стадии генотипической дифференцировки. Разделенные барьерами части популяций или вида попадают под различное давление отбора. Изоляция ведет к сохранению специфичности генофонда дивергирующих форм.