Конспект урока "Видообразование как результат микроэволюции"

«Видообразование как результат микроэволюции»
(конспект урока по общей биологии)
Малахова Л.С., учитель биологии МОУ «Средняя общеобразовательная
школа №1 с. Екатеринославка» Октябрьского района Амурской области
Задачи урока:
1.
Сформировать у учащихся представление об аллопатрическом и
симпатрическом видообразовании.
2.
Научить ребят определять способы видообразования и
сравнивать их друг с другом.
3.
Продолжить формировать у школьников убежденности в
необходимости сохранения видового разнообразия животных и
растений на Земле.
Оборудование:
1.
Табл. «Географическое видообразование».
2.
Табл. «Экологическое видообразование».
3.
«Творческая роль естественного отбора».
4.
«Формы естественного отбора» (движущий,
стабилизирующий и дизруптивный).
5.
«Роль географической изоляции в видообразовании».
6.
«Схема дивергенции форм» (рис. Ч.Дарвина).
Актуализация опорных знаний и умений
1. Учитель. Дает индивидуальные задания и по вариантам:
Работа над понятиями (работают 6 человек):
I вариант. Написать понятия четные (любые пять понятий)
II вариант. Написать понятия нечетные (любые пять понятий)
1. борьба за существование
2. особь
3. популяция
4. ресурс
5. размножение
6. численность
7. естественный отбор
8. приспособленность
9. ареал
10. дрейф генов
11. микроэволюция
12. макроэволюция
13. вид
14. мутация
15. дивергенция
б) Во время работы класса у доски ученик заполняет схему:
Задание. Заполнить схему (указанную выше) и дать определения понятий,
используемых в схеме (задание индивидуальное).
Задание 2. Работа с классом
Обсуждение проблемы, поставленной на прошлом уроке.
Учитель. Профессору Выбегайло удалось обнаружить, что виды бабочек А и
В очень похожи друг на друга. Вернувшись в университет, он дал своим
студентам задание: найти возможные объяснения этого факта.
Ученики обсуждают данный факт, предлагает свои варианты решения
этой задачи. Ответы обобщает и анализирует ученик, который получил это
задание раньше и с учителем обсудил результаты.
Приемлемые объяснения:
Бабочки имеют общего предка, и их внешний вид не успел еще
накопить достаточное число различий.
Бабочки живут в сходных условиях и возможно конвергентное
сближение окраски под цвет фона (покровительственная окраска).
Бабочки могут маскироваться не под цвет фона, а под форму и цвет
какого-либо предмета, неинтересного для их врагов.
Мимикрия одного из видов под другой (А подражает защищенному В
или В защищенному А).
Виды А и В подражают защищенному виду С.
Два вида получают из общих источников пищи один и тот же пигмент.
Какое-то вещество из внешней среды (компонент пищи, загрязнение и
др.) переключают метаболизм бабочек в одном и том же направлении.
Двум защищенным видам А и В выгодно иметь сходную
предупреждающую окраску, чтобы снизить потери на «обучение»
хищников.
Могут быть не стандартные варианты окраски, а гомологические ряды
ее изменчивости (закон Вавилова).
Последним обсуждается вопрос 1б, так как от него осуществляем
переход к изучению темы урока.
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС
(макроэволюция)
(возникают надвидовые
систематические группы)
(микроэволюция)
(появляются новые
популяции, подвиды, виды)
ИЗУЧЕНИЕ ТЕМЫ УРОКА
План урока:
1.
2.
3.
Учитель. Большой вклад в понимание проблемы внес Э.Майр. Он определил
три основных пути, ведущие к появлению новых видов. Первый их них
преобразование существующих видов. Это означает, что в ходе эволюции
вид А превращается в вид В. Такой процесс получил название филетическое
видообразование и не предполагает изменение числа видов (рис.1). Второй
путь связан со слиянием двух существующих видов А и В и образованием
нового вида С, в этом случае говорят о гибридогенном происхождении вида,
при котором, вероятно, (хотя крайне редко) бывают случаи исчезновения
родительских видов, и тогда видообразование сопровождается уменьшением
числа видов. Более типичным является исход, в результате которого
сохраняются виды А,В и добавляется вид С, т.е. происходит увеличение
числа видов. В качестве примера можно указать на культурную сливу
естественный, возникший из терна и алычи тетраплоид (рис.2).
Третий путь видообразования, который, вслед за Э.Майром, можно
назвать истинным видообразованием, основывается на дарвиновском
представлении о расхождении (дивергенции). Таким образом, в данном
случае речь идет об увеличении числа видов. Именно этот вариант
видообразования, по-видимому, самый распространенный, и, благодаря его
существованию, появилось большинство видов. Таким образом, термин
«видообразование» в узком смысле означает расщепление одного вида на
несколько, т.е. увеличение числа видов.
Рисунок 1, 2.
Учитель
Само название книги Ч.Дарвина «Происхождение видов путем
естественного отбора» дает ответ на вопрос, как виды возникли в природе.
Схему видообразования Ч.Дарвин строил на основе выдвинутых им
принципов монофилии и дивергенции. Монофилия происхождение
потомков от одного родоначального предка. Дивергенция расчленение
родоначальной формы на два и более дочерних, внучатых и т.д. видов.
Наиболее острая конкуренция должна происходить между сходно
устроенными особями данного вида силу сходства их жизненных
потребностей). Вот почему в более благоприятных условиях окажутся
уклонившиеся от среднего состояния дочерние формы. Они получают шансы
на выживание и оставление потомства. Наоборот, предковая и
промежуточные формы, более сходные друг с другом, имеют мало шансов
победить в борьбе за существование. В итоге от общего предка в ходе
эволюции должны возникать все более разнообразные и отличающие друг от
друга формы.
Учитель. Задание классу:
Прочитать I абзац § 12.4.7 (с.406) и заполнить схему
_________________________ ___________________________
Учитель. Каких два типа видообразования выделили?
Ученик. Известно два типа видообразования: аллопатрическое
(географическое) и симпатрическое (экологическое).
Учитель. Результатом какого процесса является образование новых видов?
Ученик. Новые виды являются результатом микроэволюции.
Учитель. Ребята подготовили для вас сообщения.
I сообщение «Характеристика географического видообразования».
II сообщение «Характеристика экологического видообразования».
Рассказывают ребята, остальные ученики делают записи
в тетради по плану, записанному на доске.
План характеристики:
1. название видообразования;
2. причины видообразования;
3. длительность процесса.
4. результат видообразования;
5. примеры.
Ученик. «Географическое видообразование»
Самый распространенный и наиболее изученный географический
способ видообразования. Большой вклад в его изучение внес виднейший
американский эволюционист – Эрнст Майр.
Постепенное видообразование процесс медленный, и поэтому его
исследуют путем изучения естественных популяций на всех стадиях
превращения в виды. Непременным условием этого способа видообразования
является географическая изоляция. Географически изолированные
популяции (изоляты) могут быть размещены по всему ареалу вида, где
имеются преграды, но наибольшее значение для видообразования имеют
изоляты, образующиеся по краям ареала, на островах архипелагов, в горах,
так как именно в этих условиях затруднен поток генов и наблюдаются
большие различия в условиях обитания.
Но даже если популяции не будут значительно удалены друг от друга,
местообитание одной популяции будет отличаться от всех остальных по
растительности, почвам, высоте местности над уровнем моря и по другим
ВИДООБРАЗОВАНИЕ
условиям. Эти отличия приведут к различным направлениям естественного
отбора, что в свою очередь, приведет к распространению и наследственному
закреплению тех особенностей, которые обеспечивают выживание именно в
данных условиях. Живородящая ящерица живет на огромной территории, от
лесов Карелии на севере до Украины на юге. В южных популяциях ящерицы
чаще откладывают яйца, а в условиях севера рождают живых детенышей, так
как за холодное и короткое лето яйца не успевают развиться.
Вернемся к географическим изолянтам. Представим себе популяцию,
которая на протяжении жизни большого числа поколений совершенно
изолирована от других популяций того же вида. Из-за отсутствия генного
потока генофонд такой популяции становится самостоятельным, частота
встречаемости разных аллелей в нем подобрана естественным отбором
применительно к условиям обитания. Постепенно в генофонде будет
происходить накапливание новых мутаций, и естественный отбор приведет в
конце концов к возникновению стольких отличий этой популяции от других
популяций того же вида, что возможность успешного скрещивания исчезнет
наступит репродуктивная изоляция. Изменения в частотах аллелей в
изолятах определяются не только действием отбора, но и генетико-
автоматическими процессами.
Спецификой местных условий, соответствующим направлением отбора,
длительной изоляцией объясняется существование эндемичных видов. Так, в
озере Байкал живут многие виды моллюсков, ракообразных, рыб, червей,
больше нигде не встречающиеся, потому что уже около 20 млн. лет озеро
изолировано от других водных бассейнов Океании тоже результат
географического видообразования.
Ученик. Экологическое видообразование
Образование сезонных рас у погремка большого. Сущность экологического
видообразования заключается в том, что зарождающаяся в рамках
популяции новая форма обитает сначала в одном ареале с материнской
популяцией. Но такое совмещение мест обитания оказывается временным,
так как в результате все усиливающейся конкуренции неизбежно
расхождение популяций по разным местам обитания.
Этот процесс протекает относительно легко на основе сложившегося
ранее внутрипопуляционного полиморфизма, который усиливается
различными способами репродуктивной изоляции (несовпадением сроков
размножения, различием в местах обитания). Например, на нескашиваемых
лугах в природе погремок большой цветет все лето. Но вот из года в год на
лугах стали косить траву в середине лета. Все погремки, которые цветут в
это время, не смогли давать семена. Естественным отбором, связанным с
хозяйственной деятельностью человека, сохранялись и оставляли семена
только те растения, которые либо цветут до начала косовицы, либо после
покоса. И те, и другие растут на одном лугу, но не имеют возможности
скрещиваться. Так возникли подвиды погремка большого, изолированные по
срокам цветения. Этот пример экологического видообразования был
исследован русским ботаником Н.В.Цингером в 1920-х годах.
На ранних этапах эволюции географическое и экологическое
видообразование действует совместно, сменяя и дополняя друг друга.
Первичная географическая изоляция может присовокупить действие
экологической изоляции, поэтому четко определить границы каждого
способа видообразования трудно.
Рисунок 4.
Задание. Необходимо дополнить свои записи новыми примерами,
взятыми из § 12.4.7. Симпатрическое образование.
3. РЕФЛЕКСИЯ
Задание №1. Работа со схемой «Видообразование». Выводы по уроку.
Учитель. Что является ключевым фактора видообразования?
Ученик. Изоляция.
Учитель. К чему приводит любая форма видообразования?
Ученик. К возникновению и становлению нового вида.
Учитель. Что является основными движущими силами эволюции?
Ученик. Мутации; борьба за существование; естественный отбор.
Учитель. Что является признаком эволюционного процесса?
Ученик. Приспособленность к условиям среды, образование новых видов.
Учитель. Задание №2. В пойме р. Волги образовались виды житняка
щетинника, которые дают семена до разлива реки и после него. Какой это
способ видообразования? Под действием какой формы отбора идет этот
процесс?
Учитель. Задание №3. Есть ли связь между разными типами
видообразования? Ответ обоснуйте.
Учитель. Углубление изученного материала за счет дополнительной
информации (если позволяет время урока, то можно предложить послушать
подготовленное сообщение).
Наследственная
изменчивость
Борьба за
существование
Естественный
отбор
МИКРОЭВОЛЮЦИЯ
Задание №4. Необходимо дополнить свои записи новыми примерами,
которые прозвучат в сообщении. «Острова естественная лаборатория для
эволюции».
Ученик. «Острова – естественная лаборатория эволюции».
Организмы попадают на острова различными способами. Ч.Дарвин во
время экспедиции на «Бигле» брал в открытом океане пробы воздуха, в
которых обнаружил споры, семена, насекомых, паутинки, переносимые
ветром. Известно, что семена, споры растений, яйца насекомых и даже
икринки рыб могут переносить на лапах и перьях птицы. Моряки не раз
видели естественные плоты из переплетенных растений, которые были столь
огромны, что их принимали за острова и наносили на карту. Эти
естественные плоты могли нести небольших млекопитающих, рептилий,
насекомых, пауков, многоножек, улиток и другие существа.
Попав на острова, наземные растения и животные, часто не способные
держаться на воде или плавать, оказались замкнутыми в своем островном
мире. В каком направлении действует естественный отбор на островные
виды? Здесь наблюдается четыре главные тенденции: гигантизм,
карликовость, бескрылость, внутривидовое разнообразие.
Многие островные животные, особенно птицы и пресмыкающиеся,
достигают больших размеров. Самые большие птицы, которые когда-либо
существовали на Земле, обитали на островах: моа в Новой Зеландии и
эпиорнисы (слоновые птицы) на Мадагаскаре. Моа достигали трехметровой
высоты, т.е. были почти вдвое выше человека и весили около 250 кг, а яйца
7 кг! Эпиорнисы были не столь высоки, как гиганты моа, но почти вдвое
тяжелее и откладывали яйца диаметром до 35 см, одно такое яйцо равно по
объему 180 куриным яйцам. Интересно, что гигантизм этих нелетающих
птиц, как удалось недавно выяснить при изучении отливок мозга, был
обусловлен мутациями, приведшими к сверхразвитию гипофиза. Гигантизм
распространялся не только на животных. Обычные и всем знакомые
растения имеют на островах своих крупных представителей. На Сахалине
растет гигантская гречиха; немало других сахалинских растений отличается
гигантизмом. Некоторые кустарники и травы не уступают деревьям,
например, подорожник на Канарских островах, плющ в Новой Зеландии. На
острове Сокотра в Индийском океане растут деревья- эндемики с чудовищно
развитыми стволами, в которых хранится вода, они родственны дыням и
огурцам.
В развитии некоторых животных, в основном млекопитающих,
отразилась противоположная тенденция. Мы уже говорили о карликовых
слонах островов Средиземноморья. Другой пример этому- пони (карликовые
лошади) на Шетландских островах. Уменьшив размеры, млекопитающие
расширили свой ареал.
Другая, бросающаяся в глаза, характерная черта островных животных
утрата способности к полету. Островная изоляция не пощадила даже птиц.
Гигантские птицы, о которых уже шла речь, не имели крыльев. Не способны
летать маскаренские гигантские голуби дронты, галапагосские бакланы,
новозеландские киви. В Новой Зеландии водится также бескрылый попугай,
гнездящийся в норах. По-видимому, крупным птицам в отсутствие
хищников и при обилии пищи летные качества не были столь уж
необходимы, и постепенно на основе накопления мутаций и естественного
отбора они их лишились.
Обычно на океанических островах и бескрылые насекомые, так как
крылатые чаще подхватывались ветром и гибли в океане.
У обитающих на архипелагах животных можно наблюдать также
приспособительное разнообразие. Достаточно вспомнить галапагосских
вьюрков и гавайских цветочниц, каждый вид которых приурочен к
выделенному острову или специализирован к способу питания, что
исключает конкуренцию и виды существуют бок о бок.
Наконец, обитатели островов, как правило, очень доверчивы. Это
объясняется тем, что в отсутствие естественных врагов-хищников животные
утрачивают связанные с защитным страхом наследственные поведенческие
навыки.
Долгое время географическая изоляция способствовала сохранению
эндемичной флоры и фауны островов. Но безопасность жизни на островах
закончилась в тот день, когда на горизонте появился первый корабль.
Действительно, и те островные животные, которые в