Еволутивна адаптација

Подсетите се

1. На који начин се у живом свету обезбеђује да потомци имају сличну грађу и начин обављања животних функција као родитељи?

2. Који су вам узроци променљивости наследних особина познати?

3. Који су неопходни предуслови да би природна селекција деловала?

Променљивост живих бића и еволуција

– Жива бића се мењају током времена на два основна начина:

1. Промене које се дешавају једној јединки током живота су промене које су резултат осетљивости  организма и његових индивидуалних особина и дешавају се на нивоу развића, физиолошке реакције или понашања као одговора на промене у спољашњој средини.

2. Промене наследних особина које су дугорочне и дешавају се током већег броја генерација  - еволутивне промене.

 

ЕВОЛУТИВНЕ ПРОМЕНЕ НЕ НАСТАЈУ „ИЗ ОДРЕЂЕНОГ РАЗЛОГА” И НИСУ „УНАПРЕД СМИШЉЕНО РЕШЕЊЕ”.

– У ћелијама живих бића често долази до насумичних промена у наследном материјалу - мутација.

Код једноћелијских врста, таква промена биће пренета на наредну генерацију.

Код вишећелијских врста, да би се мутација пренела на потомка, она мора настати у ћелијама од којих ће настати ћелије за размножавање.

– Промена у ДНК, довешће до промене у грађи протеина или до промене у томе кад, у којим ћелијама и у којој количини се неки протеини стварају.

– То се може одразити на развиће, раст, грађу или на способност обављања неке животне функције.

– Мутација најчежће доведи до испољавања особине која смањује шансу за преживљавање и/или размножавање појединих јединки популације.

   → Такве јединке имају мањи број потомака од просека у популацији и биће их све мање у популацији

– Дешава се и да мутације доведу до испољавања особина које повећавају шансу за преживљавање и/или размножавање.

   → Носиоци такве особине, кроз више генерација, дају све више потомака, па та особина постаје све чешћа међу припадницима популације.

   → Како су такве јединке све чешће, цела популација, у просеку, постаје боље адаптирана на дате услове.

Природна селекција делује

   → против штетних мутација,

   → у корист мутација које доносе предност у размножавању и/или преживљавању.

– У процесу еволутивне адаптације је важно да постоји могућност комбиновања нових варијанти више различитих гена.

 Рекомбинацијама се многоструко повећава шанса да се такве комбинације склопе.

– Без рекомбинације, процеси еволутивних промена, па и адаптације, су много спорији.

– Особине које су птицама биле важне у освајању водених станишта  су свакако: пловне кожице на ногама и појачано лучење тртичне жлезде.

– То су две одвојене особине, и свакако су производ одвојених мутација два различита гена

– Шанса да се код јединки које носе једну мутацију деси и друга мутација, била би јако мала.

– Полним размножавањем, у једној генерацији, од родитеља који има само пловне кожице и другог који има само појачани рад жлезде, настали би потомци који имају обе особине.

– Природна селекција делује путем разлика у стопама преживљавања и/или размножавања.

– Могућа је само уколико постоји генетичка разноликост јединки у популацији.

– Та разноврсност непрекидно настаје путем насумичних мутација (нове варијанте гена) и рекомбинација (мејоза и оплођење стварају нове комбинације различитих гена).

– Корисност неких наследних информација и њихових комбинација зависи од услова средине у којима јединке живе.

– С променом тих услова, долази и до промене смера у коме делује природна селекција.

– Цео процес називамо еволутивна адаптација, а и саме нове особине које њиме настају такође зовемо адаптацијама.

Адаптација – свака особина неке јединке или врсте (у домену грађе, физиологије, биохемије, понашања, животног циклуса итд.), која је наследна, а у датим условима средине, посредно или непосредно, доприноси већој шанси за преживљавање и/или размножавање

   → Појединачна реакција организма тј. јединке на промену услова средине, којом она променама у својој физиологији, понашању или развићу, током свог живота омогућава себи преживљавање или размножавања није адаптација, али способност за такву реакцију, која је наследна, јесте адаптација.

– Поред мутација и селекције, постоје још два фактора који могу да утичу на појаву нових особина или бар на њихову учесталост- проток гена и генетичка случајност.

ПРОТОК ГЕНА

 

– Процесе који доводе до промене учесталости гена у популацијама услед миграција јединки из популације у популацију и њиховог размножавања са „староседеоцима“ називамо проток гена.

ГЕНЕТИЧКА СЛУЧАЈНОСТ ИЛИ ДРИФТ

– Потпуно насумична тј. случајна промена учесталости варијанти гена.

– Не може донети нове варијанте гена

– Она има значаја само ако је популација довољно мала, јер тада и најмање промене у учесталости гена могу утицати на укупни генетички састав популације.

– доводи до смањења генетичке варијабилности у популацији

Питања

1. Како објашњавамо постојање три врсте вукова: сивог, црвеног и абисинијског? На овом примеру објасните разноврсност живог света.

2. Укратко објасните појам природна селекција на примеру зеба са Галапагоса (искористите појмове: скуп гена, популација, мутација, животна средина, преживљавање, размножавање).

3. Поредећи врсте поларног и мрког медведа, објасните шта је услов да мутација постане основа за еволутивну промену.

4. Објасните однос између природне селекције и адаптација.

5. На које све начине долази до промена генетичког састава популација? Кратко објасните сваки.

6. Пронађите и наведите примере из живог света за адаптације организама у домену физиологије, понашања или развића.

Еволуциона адаптација

Подсетите се

1. На који начин се у живом свету обезбеђује да потомци имају сличну грађу и начин обављања животних функција као родитељи?
2. Који су вам узроци променљивости наследних особина познати?
3. Који су неопходни предуслови да би природна селекција деловала?

Жива бића се мењају током времена. На овом месту треба да уочимо суштинску разлику између промена које се дешавају једној јединки током живота и промена које су дугорочне и дешавају се током већег броја генерација. У прву групу сврставамо промене које су резултат осетљивости организма и његових индивидуалних особина и дешавају се на нивоу развића, физиолошке реакције или понашања као одговора на промене у спољашњој средини. Друга врста промена подразумева поступне промене наследних особина, по трајању и ефекту превазилазе животни век појединачног организма и зовемо их еволуционе промене. Ваља нагласити и да еволуционе промене не настају „из одређеног разлога” и нису „унапред смишљено решење”.

  • Подсетите се, из одељка о принципима биологије (Принцип 8: Еволуција објашњава јединство и разноврсност живог света), како долази до еволуционих промена. Овде ћемо то мало дубље објаснити.

У ћелијама живих бића, како једноћелијских, тако и вишећелијских, често долази до мутација. То су насумичне промене у наследном материјалу. До њих најчешће долази грешкама приликом удвајања ДНК. Многе од тих грешака буду исправљене, али неке и промакну ћелијским механизмима за исправку грешака. Код једноћелијских врста, таква измењена информација биће пренета на наредну генерацију јединки, при свакој наредној деоби. Код вишећелијских, да би се мутација пренела на потомка, она мора настати у ћелијама од којих ће, после мање или више деоба, настати ћелије за размножавање. Другим речима, мутације настале у оним ћелијама које обављају друге улоге, може променити ту једну јединку, али се неће пренети на потомке, па не могу довести ни до дугорочне еволуционе промене.

Промена у ДНК, довешће до промене у грађи протеина или до промене у томе кад, у којим ћелијама и у којој количини се неки протеини стварају. У сваком случају, то се може одразити на развиће, раст, грађу или на способност обављања неке животне функције, попут исхране, дисања, кретања, осетљивости или размножавања. На пример, промена у грађи неког ензима може да доведе до тога да он буде ефикаснији на нижим температурама и тиме омогућити јединкама са таквим променама да боље обављају животне функције у хладним пределима.

Задатак

Kако би промена у грађи протеина, или њихов недостатак, утицала на животне функције? Истражите да ли постоје наследне болести којима је узрок поремећај у грађи и функцији протеина.

Најчешће ће се десити да се нова мутација штетно одрази на животне функције, па да посредно или непосредно, смањује способности организма да преживи и да се успешно размножава. Пошто ће такве јединке имати мањи број потомака од просека у популацији (или се неће размножавати, а можда ни доживети време за размножавање), таквих јединки, с том мутацијом, ће бити све мање у популацији. Зато кажемо да природна селекција делује против таквих штетних мутација.

Ретко, али се ипак дешава, нова мутација и промена у особинама живог бића, може да му донесе макар малу предност у односу на друге јединке у популацији. Може на пример да, захваљујући промењеној наследној особини, лакше долази до хране, боље избегава предаторе (или одбија биљоједе, ако је биљка), боље искоришћава храну, мање троши на неки хомеостатски процес, па му више преостаје да брже расте и уложи у размножавање. На пример, једна врста лептира на крилима има шару у облику главе, па грабљивице мисле да га нападају спреда, а он им лако умакне одлетевши на другу страну. У сваком случају, у датим условима средине, неке новонастале варијанте наследне информације (гена) се покажу као корисне тј. повећавају стопу преживљавања или размножавања. Тад кажемо да природна селекција делује у корист такве особине тј. јединки које је носе. Захваљујући тој особини, оне имају веће шансе да преживе и успешно се размноже.

Својим потомцима, оне с наследним материјалом преносе и ту нову особину (мутацију, ген), па и они, у сличним условима средине, такође бивају успешнији у преживљавању и размножавању. На тај начин, нова варијанта гена па и особина коју омогућава, постаје све учесталија у популацији. За јединке које је поседују, кажемо да су боље адаптиране (прилагођене) на дате услове средине од оних које немају ту особину. Како су такве јединке све чешће, цела популација, у просеку, постаје боље адаптирана на дате услове.

Већина особина или способности неког живог организма, нису резултат дејства само једног гена, већ настају у сложеним интеракцијама више наследних чинилаца, а наравно и у садејству с деловањем средине на њихово развиће. Стога је у процесу еволуционе адаптације јако важно да постоји могућност комбиновања нових варијанти више различитих гена. Зато је рекомбинација веома важна, јер многоструко повећава шансу да се такве комбинације склопе. Без рекомбинације, процеси еволуционих промена, па и адаптације, су много спорији.

Истраживање

Потражите на интернету и објасните у којим корацима се одвијала доместификација паса, а како одвајање врста белих и мрких медведа.

Зашто адаптације не настају „из одређеног разлога” и нису „унапред смишљено решење”? Објасните.

Дакле, природна селекција делује путем разлика у стопама преживљавања и/или размножавања. Еволуција путем природне селекције је могућа само уколико постоји генетичка разноликост јединки у популацији, у њиховим наследним особинама које их чине више или мање успешним у обављању животних функција. Та разноврсност непрекидно настаје путем насумичних мутација (нове варијанте гена) и рекомбинација (мејоза и оплођење „мешају карте” и стварају нове комбинације различитих гена). Корисност или штетност неких наследних информација и њихових комбинација увелико зависи од услова средине у којима јединке живе. С променом тих услова, долази и до промене смера у коме делује природна селекција. Цео процес називамо еволуциона адаптација, а и саме нове особине које њиме настају такође зовемо адаптацијама.

Адаптацијом зовемо сваку особину неке јединке или врсте (у домену грађе, физиологије, биохемије, понашања, животног циклуса итд.), која је наследна, а у датим условима средине, посредно или непосредно, доприноси већој шанси за преживљавање и/или размножавање. Као што смо управо рекли, адаптације настају у процесу који називамо адаптивна еволуција – еволуција коју води природна селекција.

Појединачна реакција организма тј. јединке на промену услова средине, којом она променама у својој физиологији, понашању или развићу, током свог живота омогућава себи преживљавање или размножавања није адаптација, али способност за такву реакцију, која је наследна, јесте адаптација. На пример, повећање броја црвених крвних зрнаца, током дужег боравка на разређеном планинском ваздуху, није адаптација, али способност тела да тако компензује мањак кисеоника јесте адаптација!

Поред мутација и селекције, које су најважнији чиниоци који мењају састав и учесталост наследних особина популације, постоје још два фактора који могу да утичу на појаву нових особина или бар на њихову учесталост.

Популације нису херметички затворене: повремено дође до сусрета јединки суседних популација, или јединка или више њих мигрирају из једне у другу популацију. Код биљака то може бити семе или полен. Ако дође до успешног размножавања придошлица са члановима локалне популације, тиме могу у њу ући и потпуно нове веријанте гена из друге популације, какве до тад ту нису биле присутне.

Такође, ако јединке из једне популације стално прелазе у другу, то може довести до промене учесталости варијанти гена у популацији у коју долазе. Процесе који доводе до промене учесталости гена у популацијама услед миграција јединки из популације у популацију и њиховог размножавања са „староседеоцима” називамо проток гена.

Анализа ДНК савремених европљана је показала да је, док су неандерталци живели истовремено с прецима савременог човека, долазило до укрштања. Захваљујући томе, данашњи Европљани, као и Азијати, имају у просеку око 2% гена пореклом од неандерталаца!

Зашто се, за овај начин промене генетичке структуре популације, не користи израз миграција, већ проток гена?

Да ли свака миграција, чак и када јединке ступе у репродуктивне контакте, обавезно значи промену генетичке структуре популације? образложи.

Други чинилац промене генетичког састава популације, који не може донети нове варијанте гена (а с њима ни особине), зовемо генетичка случајност или дрифт. У суштини је то потпуно насумична промена учесталости варијанти гена. Она има значаја само ако је популација довољно мала, јер тада и најмање промене у учесталости гена могу утицати на укупни генетички састав популације.

На пример, неки пожар или други катастрофични догађај може насумично убити јединке које су носиоци одређене особине, независно од њихове веће или мање прилагођености. Обнова популације почиње од јединки које су остале и носиоци су друге варијанте гена. Нова, обновљена, популација ће сада имати сасвим другачији генетички састав од почетне популације пре катастрофе. Пошто промена учесталости јединки с различитим наследним особинама ни на који начин није повезана с њиховом већом или мањом прилагођеношћу, она ни неће водити адаптацији.

Генетички дрифт, дакле, доводи до смањења генетичке варијабилности у популацији. Последица може бити бржа специјација или пак изумирање због смањене разноликости јединки у популацији.

Задаци

1. Како објашњавамо постојање три врсте вукова: сивог, црвеног и абисинијског? На овом примеру објасните разноврсност живог света.
2Поредећи врсте поларног и мрког медведа, објасните шта је услов да мутација постане основа за еволуциону промену.
3. Објасните однос између природне селекције и адаптација.
4. На које све начине долази до промена генетичког састава популација? Кратко објасните сваки.
5. Пронађите и наведите примере из живог света за адаптације организама у домену физиологије, понашања или развића.