Качественным этапом процесса эволюции является вид. Вид - это совокупность особей, которые сходны по морфофизиологическим признакам, способны скрещиваться между собой, давать плодовитое потомство и формируют систему популяций, образующих общий ареал.
Каждый вид живых организмов можно описать исходя из совокупности характерных черт, свойств, которые называются признаками. Признаки вида, с помощью которых один вид отличают от другого, называются критериями вида. Наиболее часто используют шесть общих критериев вида: морфологический, физиологический, географический, экологический, генетический и биохимический.
Морфологический критерий предполагает описание внешних (морфологических) признаков особей, входящих в состав определенного вида. По внешнему виду, размерам и окраске оперения можно, например, легко отличить большого пестрого дятла от зеленого, малого пестрого дятла от желны, большую синицу от хохлатой, длиннохвостой, голубой и от гаички. По внешнему виду побегов и соцветий, размерам и расположению листьев легко различают виды клевера: луговой, ползучий, лю-пиновый, горный.
Морфологический критерий самый удобный и поэтому широко используется в систематике. Однако этот критерий недостаточен для различения видов, которые имеют значительное морфологическое сходство. К настоящему времени накоплены факты, свидетельствующие о существовании видов-двойников, не имеющих заметных морфологических различий, но в природе не скрещивающихся из-за наличия разных хромосомных наборов. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника: крыс, имеющих в кариотипе 38 хромосом и живущих навсей территории Европы, Африки, Америки, Австралии, Новой Зеландии, Азии к западу от Индии, и крыс, имеющих 42 хромосомы, распространение которых связано с монголоидными оседлыми цивилизациями, населяющими Азию к востоку от Бирмы. Установлено также, что под названием «малярийный комар» существует 15 внешне не различимых видов.
Физиологический критерий заключается в сходстве жизненных процессов, в первую очередь в возможности скрещивания между особями одного вида с образованием плодовитого потомства. Между разными видами существует физиологическая изоляция. Например, у многих видов дрозофилы сперма особей чужого вида вызывает иммунологическую реакцию в половых путях самки, что приводит к гибели сперматозоидов. В то же время между некоторыми видами живых организмов скрещивание возможно; при этом могут образовываться плодовитые гибриды (зяблики, канарейки, вороны, зайцы, тополя, ивы и др.).
Географический критерий (географическая определенность вида) основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию. Иными словами, каждый вид характеризуется определенным географическим ареалом. Многие виды занимают разные ареалы. Но огромное число видов имеет совпадающие (накладывающиеся) или перекрывающиеся ареалы. Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также виды-космополиты, обитающие на огромных пространствах суши или океана. Космополитами являются некоторые обитатели внутренних водоемов - рек и пресноводных озер (виды рдестов, ряски, тростник). Обширный набор космополитов имеется среди сорных и мусорных растений, синантропных животных (виды, обитающие рядом с человеком или его жилищем) - постельный клоп, рыжий таракан, комнатная муха, а также одуванчик лекарственный, ярутка полевая, пастушья сумка и др.
Существуют также виды, которые имеют разорванный ареал. Так, например, липа растет в Европе, встречается в Кузнецком Алатау и Красноярском крае. Голубая сорока имеет две части ареала - западноевропейскую и восточносибирскую. В силу этих обстоятельств географический критерий, как и другие, не является абсолютным.
Экологический критерий основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя соответствующую функцию в определенном биогеоценозе. Иными словами, каждый вид занимает определенную экологическую нишу. Например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик ползучий - по берегам рек и канав, лютик жгучий - на заболоченных местах. Существуют, однако, виды, которые не имеют строгой экологической приуроченности. Во-первых, это синантропные виды. Во-вторых, это виды, которые находятся под опекой человека: комнатные и культурные растения, домашние животные.
Генетический (цитоморфологический) критерий основан на различии видов по кариотипам, т.е. по числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определенный кариотип. Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих разных видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Так, многие виды из семейства бобовых имеют 22 хромосомы (2n=22). Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций. Например, ива козья имеет диплоидное (38) и тетраплоидное (76) число хромосом. У серебристого карася встречаются популяции с набором хромосом 100, 150,200, тогда как нормальное число их равно 50. Таким образом, в случае возникновения полиплоидных или анеушюидных (отсутствие одной хромосомы или появление лишней в геноме) форм на основе генетического критерия нельзя достоверно определить принадлежность особей к конкретному виду.
Биохимический критерий позволяет различить виды по биохимическим параметрам (состав и структура определенных белков, нуклеиновых кислот и других веществ). Известно, что синтез определенных высокомолекулярных веществ присущ лишь отдельным группам видов. Например, по способности образовывать и накапливать алкалоиды различаются виды растений в пределах семейств пасленовых, сложноцветных, лилейных, орхидных. Или, к примеру, для двух видов бабочек из рода амата диагностическим признаком является наличие двух ферментов - фосфоглюкомутазы и эстеразы-5. Однако этот критерий не находит широкого применения - он трудоемкий и далеко не универсальный. Существует значительная внутривидовая изменчивость практически всех биохимических показателей вплоть до последовательности аминокислот в молекулах белков и нуклеотидов в отдельных участках ДНК.
Таким образом, ни один из критериев в отдельности не может служить для определения вида. Охарактеризовать вид можно только по их совокупности.
Определение вида
Во все времена у разных исследователей были свои взгляды на вид, как таковой. Жан-Батист Ламарк признавал лишь группы особей, живущих в определенных условиях, то есть – популяции. Карл Линей, признавая реальность видов, отрицал факт из эволюции.
Согласно утверждениям Чарльза Дарвина и его последователей, виды реально существуют в виде совокупности особей. Каждый вид более-менее четко отделен от других, имеет определенные свойства и ареал. В результате эволюции виды изменяются. Каждому виду предшествует целая цепочка предковых форм, образуя филогенетический ряд.
Современная биологическая концепция дает такое определение вида:
Определение 1
Вид – это совокупность популяций особей, подобных между собой по строению, функциям, местом в биогеоценозе (экологическая ниша), которые населяют определенную часть биосферы (ареал), свободно скрещиваются, дают плодовитое потомство и не гибридизируются с другими видами.
Но в последнее время тезис о невозможности гибридизации с другими видами пересмотрен. Ученые перестали рассматривать виды как генетически закрытые системы. Некоторые виды могут скрещиваться между собой и давать плодовитое гибридное потомство. Но это лишь исключение из общей закономерности.
Критерии вида
Для того, чтобы четко отличить один вид от другого, учеными-систематиками (классификаторами) был разработан четкий перечень правил и признаков. Эти признаки называются критериями вида. Ознакомимся с ними детальнее.
- В основу морфологического критерия положен анализ наличия или отсутствия сходства по внешним или внутренним признакам особей одного вида (от строения хромосом, до особенностей строения отдельных органов и их частей). Морфологические признаки, уникальные для определенного вида, называют диагностическими.
- Генетический критерий – это характерное для каждого вида количество хромосом, их размер, форма. Этот критерий дает возможность судить о главных, ключевых признваках вида.
- Физиологический критерий базируется на анализе сходства и различиях в процессах жизнедеятельности организмов. К ним принадлежит и способность к парованию и рождения плодовитого потомства.
- Биохимический критерий – это особенности строения и состава макромолекул (в первую очередь – белков) и хода химических реакций, характерных для особей данного вида.
- Географический критерий заключается в том, что особи одного вида занимают какую-то определенную часть биосферы, которая отличается от ареалов близких видов. Но этот критерий не может быть решающим, так как существуют виды. Распространены повсеместно (часто с помощью человека) – например некоторые грызуны или насекомые-вредители.
- Экологический критерий подразумевает совокупность факторов внешней среды, в которой обитает вид. Условия обитания в каждом отдельном месте являются уникальными и неповторимыми. Они влияют на организмы, там проживающие, вызывают в них адаптивные реакции. Каждый вид занимает свою экологическую нишу в биогеоценозе.
Замечание 1
Для четкого и достоверного определения видовой принадлежности особи недостаточно использовать какой-либо один критерий. Только их совокупность, взаимное подтверждение могут дать верную характеристику вида.
Целостность вида
Как мы уже знаем, вид существует в форме популяций. Каждая из этих популяций под воздействием движущих сил эволюции приспособилась к жизни в определенных условиях (адаптировалась). Благодаря этому обстоятельству вид, состоящий из многочисленных популяций. Занимает обширный ареал, несмотря на разнообразие природных условий в его пределах.
Замечание 2
Но, несмотря на это, любой вид, как состоящий из одной популяции, так и слагающийся из их большого количества, составляет единое целое. Эта целостность достигается обособленностью одного вида от остальных.
Целостность вида обусловлена, также, связями между его отдельными особями (в стае, стаде, семье). Вся эта система разнообразных связей обеспечивает существование вида как целостной системы.
У особей каждого вида в процессе эволюции могут вырабатываться взаимные приспособления (забота о потомстве, система коммуникации, защита от врагов). Иногда видовые приспособления могут привести к гибели отдельных особей, но они оказываются полезными виду в целом.
Вид - элементарная структурная единица в системе живых организмов, качественный этап в их эволюции. Это совокупность особей, обладающих сходством внутреннего и внешнего строения, биохимических и физиологических функций, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни, обладающих определенным типом взаимоотношений с абиотической (косной) и биотической средой и занимающих в природе определенную область - ареал.
Виды отличаются друг от друга многими признаками. Характерные для вида признаки и свойства называют критериями. Как видно из определения, среди критериев различают: морфологический, физиологический, цитогенетический, экологический и географический .
Экологический критерий или экологическая характеристика вида - это совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид. Среда обитания определяется совокупностью факторов (абиотических, биотических и антропогенных) и элементов, воздействующих на вид в месте обитания.
Благодаря многообразию экологических факторов наблюдается закономерное расселение видов по планете. Колебания интенсивности экологических факторов проявляются в исчезновении некоторых видов с определенных территорий, изменении их плотности, показателей рождаемости, смертности. Под влиянием экологических факторов в эволюции сложились такие адаптивные модификации, как зимняя спячка или летняя спячка, диапауза.
Любая особь, сообщество испытывают одновременное воздействие многих факторов, но лишь некоторые из них являются жизненно важными – лимитирующими . Отсутствие этих факторов или их концентрации выше или ниже критических уровней делает невозможным освоение среды особями определенного вида.
Благодаря наличию лимитирующих экологических факторов для каждого биологического вида существует оптимум и пределы выносливости.
Например, устрицы наилучшим образом развиваются в воде с концентрацией солей 1,5 - 1,8%. При снижении концентрации солей до 1,0% более 90% личинок погибает в течение двух недель, а при концентрации 0,25% все поголовье их гибнет за одну неделю. Повышение концентрации солей по сравнению с оптимальной величиной также оказывает неблагоприятное воздействие на устриц.
Взаимоотношение нескольких экологических факторов делает условия среды еще более сложными.
Способность вида осваивать разные среды обитания выражается величиной экологической валентности, в зависимости от которой выделяют виды стенотопные или эвритопными .
Эвритопные виды могут быть представлены несколькими экотипами - разновидностями, приспособленными к выживанию в средах, различающихся по некоторым факторам.
Например, сложноцветное растение тысячелистник образует равнинные и горные экотипы; это же свойство характерно и для многих других растений, например, зверобоя.
Каждая особь вида связана со старыми и молодыми поколениями, с хищниками или жертвами, объектами питания, вступает в конкурентные отношения с соседями или связана с ними взаимопомощью. Существование ареала вида не означает, что все особи вида способны свободно перемещаться по всей его территории. Степень подвижности особей выражается расстоянием, на которое может перемещаться животное или расстоянием, на которое способны перемещаться генеративные и вегетативные части растения и называется радиусом активности .
Например, для улитки он составляет несколько десятков метров, для бобра – несколько сотен метров, для северного оленя – несколько сотен метров.
Вследствие этого организмы, обитающие на противоположных участках ареала часто имеют мало шансов встретиться, хотя их встреча и вероятность возникновения потомства все же существует. Это приводит к тому, что отдельные особи вида, приспосабливаясь к конкретным условиям местообитания объединяются в естественные группировки (совокупности) или популяции.
Например, все окуни в небольшом озере или все деревья одного вида в лесу.
До конца 18в. Существовало учение о монотипическом виде , т.е. считалось, что вид внутри себя однороден. В настоящее время общепринятым является учение о полиморфном виде , подразделяющимся на подвиды, внутри которых выделяются популяции.
Природа создала живой мир так, что каждый тип организмов отличается от другого по способу питания, а также по территории проживания. Если взять, например, птиц, то можно проследить, что между синицей, гаечкой, лазоревкой имеются видимые различия в выборе насекомых для обеспечения себя питанием, а также в процессах добычи пропитания. Кто-то выискивает себе еду в коре дерева, а кто-то - в листьях растений. При этом все они относятся к роду синиц.
Конечно, экологический критерий не является многофункциональным по признакам, ведь наука доказала, что и некоторые животные различных видов могут иметь идентичные свойства по данному критерию. К примеру, все поедают мелких ракообразных, и образ жизни у них также совпадает, хотя обитают они в разных морях.
Что такое вид?
Разберемся детально, что же означает сам В ученом мире он предполагает совокупность живых существ и растений, имеющих способность скрещиваться между собой, а также иметь потомство.
Вид попадает под определение так как в наши дни он представляет собой именно группу родственных органических образований, у которых одинаковая первопричина возникновения, но в данный момент они наделены определенными признаками морфологического, физиологического и биохимического характера, отмежеванных естественным либо искусственным отбором от остальных видовых групп и адаптированных под определенную среду обитания.
Образование новых видов
Как происходит создание видов? - главные двигатели образования новых типов. В первом случае подразумевается возникновение качественно новых семейных групп и отрядов, появившихся вследствие длительных микроэволюционных изменений. Во втором же происходит сложный процесс мутаций, которые постепенно отделяют целые семейства и отряды, образуя новые виды. И в этом случае они становятся обособленным комплексом организмов.
То есть, благодаря микроэволюции, которую еще определяют как "надвидовую", виды еще сильнее разобщаются по своим качествам, трансформируясь в группы с одинаковым набором признаков. Это можно понять на примере экологического критерия вида: существует и твердого сорта, значит, в общем смысле это род пшеницы, а есть зерна ржи, пшеницы и ячменя, и все они являются представителями семейства злаковых. Отсюда можно сделать вывод, что все образцы любых семейств произошли от какого-либо общего предка, благодаря микроэволюционным процессам, случившимся в самой популяции данного прародителя.
Из чего состоит экологический критерий вида
Определением является комплексное воздействие экологических признаков на вид в его ареале. Данные признаки подразделяются на группы: биотические факторы (когда живые организмы влияют друг на друга, например, путем опыления растений пчелами), абиотические факторы (влияние температуры, влажности, света, рельефа, почвы, солености воды, ветра и так далее на развитие живых организмов) и антропогенные факторы (воздействие человека на окружающую флору и фауну).
У всех видов животного и растительного мира образуются конструктивные признаки адаптации к окружающей среде в течение эволюции, причем характер среды обитания для всего вида одинаков. Какие примеры экологического критерия вида можно привести, если рассматривать его с указанной точки зрения? Единство вида связано со свободным скрещиванием особей. Плюс историческое развитие показывает, что со временем у вида может появиться совершенно новая адаптация, к примеру подача определенных сигналов друг другу при возникновении какой-либо ситуации, либо появление групповой защиты от врагов.
Примером экологического критерия вида может являться изоляция. То есть, когда у одного и того же вида экологические условия различны, отличия в их поведении и морфологической структуре будут значительны. Хорошей иллюстрацией являются городские и деревенские стрижи. Если их посадить в одну клетку, то потомства не будет, ведь за время жизни в разных экологических условиях особи данного вида выработали у себя различные морфологические, физиологические и другие признаки. Но они продолжают оставаться под "крышей" одного и того же вида, и это является примером экологического критерия вида животных.
Растительный мир в экологическом критерии
Примерами экологического критерия вида у растений являются те, которые могут образовывать несколько экотипов, одни из них будут проживать на равнинах, а другие - в горной местности. К таким относится, например, зверобой, отдельные виды которого благодаря микроэволюции быстро приспособились к новым условиям произрастания.
Влияние внешней среды на эволюцию вида
Известный исследователь Ламарк считал, что наибольшее влияние на живой организм имеет неорганическая среда, то есть ее физический и химический составы (температура, климатические условия, водные ресурсы, почвенный состав и так далее). Все, что попадало под их воздействие, могло изменять виды живых организмов, придавая им признаки, присущие данной экологической нише. Вследствие вынужденной адаптации животное (растение) начинало видоизменяться, тем самым образуя новый вид либо подвид. Это можно назвать примером экологического критерия вида.
Температурный режим в рамках экологического критерия
Примером вида по экологическому критерию может являться живой организм, приспособленный к разным температурным режимам. Во время адаптации происходит биохимическое изменение внутренних органов и тканей. В связи с тем, что животные могут жить в низких, высоких либо колеблющихся температурах, происходит их разделение на группы: хладнокровные, теплокровные и гетеротермные.
Учитывая, что источниками тепла являются как внешние, так и внутренние факторы, то, рассматривая первую группу на примере ящериц, можно заметить, что они предпочитают греться под солнцем, нежели прятаться в тени. Значит, их внутренняя способность терморегуляции очень низкая. Находясь под тепловым потоком, температуру тела они повышают достаточно быстро. Однако путем испарения накопившейся влаги ящерица может ее снизить до комфортной. Такие виды являются организмами низшего развития. Но несмотря на это существовать при низких температурах без внешнего тепла они не смогут.
Из примеров биологии: экологический критерий вида теплокровной группы включает практически всех млекопитающих и птиц. Терморегуляция в их телах происходит на физическом (дыхание, испарение и другое) и химическом (интенсивность в обмене веществ) плане. Помимо всего, теплокровные организмы могут дрожать, тем самым повышая температуру своего тела, у животных с перьями и подшерстком теплоизоляция наступает при их поднятии. Холодному ветру или жаркому солнцу таким организмам приходится искать альтернативу: тень прохлады или хорошее укрытие от обморожения.
Третья группа является промежуточным этапом между двумя первыми. Сюда относят обычно виды примитивных животных и птиц, а также те живые организмы, которые имеют свой период спячки, то есть сами могут контролировать температуру тела, снижать либо повышать ее. Как пример можно взять сурка, который зимой, впадая в спячку, опускает температуру тела до шести градусов, а в активный период жизни повышает до человеческой.
Влияние почвы на развитие вида
Помимо климатических условий, очень важное значение для вида имеет почвенная среда ареала. В этом случае за пример экологического критерия вида можно взять представителей подземных жителей. Маленькие "землекопы" имеют только одну функцию для выживания - это как можно лучше и глубже вырыть себе жилище, чтобы ни один хищник их не достал.
Пользуются они своими конечностями, которые приспособлены под определенный вид почвы, то есть с изменением места жительства в виде почвенного грунта, конечности со времен должны подстроиться. Все живые организмы, подобные кроту, имеют схожее строение лап, также проживание под землей адаптировало животное к нехватке кислорода и удушью, а это неизбежная ситуация.
Значение атмосферных осадков на примере экологического критерия вида
Особенными отличиями в строении организма обладают существа, приспособившиеся к снежному покрову, частым дождевым осадкам, граду, повышенной влажности и так далее. В биологии экологическим критерием вида будет являться изменение животного покрова под цвет снега. Это происходит у птиц, зайцев, например белая куропатка превращается действительно в белую, меняя перьевое оперение.
Зимняя "одежда" намного теплее, а постоянное пребывание в снегу увеличивает теплообмен. Каким образом? Оказывается, под толщей снега температура воздуха намного выше, чем за его пределами. Поэтому медведи, впадающие в спячку, прекрасно переносят зиму, ночуя в снежных берлогах. Для передвижения по снегу у организмов вырабатываются специальные приспособления на конечностях, будь то острые когти, для хождения по льду или перепончатые лапы для передвижения по тропическим затопленным лесам.
Так как экология на планете постоянно меняется, то процессы микроэволюции, во время которых живые существа приспосабливаются к новым условиям проживания, продолжаются.
Цели: сформировать понятия «вид» и «критерии вида»; показать механизмы репродуктивной изоляции в природе; продолжить формирование умений давать морфологическое описание растений, работать с текстами, составлять таблицы, анализировать, формулировать выводы.
Оборудование: картины по зоологии: «Заяц- беляк», «Заяц-русак», «Медведь бурый», «Медведь белый»; разда- точный материал «Заяц-беляк и заяц-русак», «Ворон и ворона».
Ход урока
I . Организационный момент
Учитель объявляет тему и задачи урока.
11. Актуализация знаний
1. Выполнение заданий (устно).
Задание № 1
Назовите знакомые вам виды растений и животных, обитающих рядом с вашим домом или школой.
Задание № 2
Учитель демонстрирует картину «Бурый медведь» и задает вопросы:
Название этого вида животного - Медведь бурый. Какое из этих двух слов относится к родовому названию, какое - к видовому?
Назовите другой вид животного из этого же рода. (Это Медведь белый).
Учитель вывешивает картину, иллюстрирующую белого медведя, рядом с картиной «Медведь бурый».
Сравните два вида одного рода. Покажите черты сходства и отличия.
Задание № 3 ,
В указанном списке животных подсчитайте количество особей, видов и родов.
1. Еж обыкновенный.
2. Лисица обыкновенная.
3. Медведь гималайский или белогрудый.
4. Хомячок джунгарский.
5. Заяц-беляк.
6. Медведь бурый.
7. Хомячок сирийский или золотистый.
8. Заяц-русак.
9. Еж ушастый.
10. Лисица обыкновенная.
(Ответ: количество особей - 10; видов - 9; родов - 5 (Еж, Лиси- ца, Медведь, Хомячок, Заяц).)
При выполнении последнего задания у ряда учащихся возникает проблема: отнести зайца-беляка и зайца-русака к одному виду или к двум разным видам. Правдиво или ошибочно мнение, что заяц- беляк - это заяц-русак зимой?
Доклад «Заяц русак и заяц беляк».
- Какой вывод можно сделать по результатам выполнения всех заданий по актуализации знаний?
Вывод:
1. Для обозначения вида используется двойная (бинарная) но менклатура, согласно которой сначала указывают род, к которому относится вид (существительное), а затем видовое название (прила гательное).
2. Особи разных видов отличаются друг от друга по местам оби тания, внешним признакам и др.
3. Сходные виды объединяются в один род.
4. Вид - это основная категория биологической классификации.
III . Изучение нового материала
1. Рассказ учителя.
- Что же такое вид и каковы его критерии?
Вопрос о виде и критериях вида занимает центральное место в теории эволюции и служит предметом многочисленных иссле дований в области систематики, зоологии, ботаники и других наук. И это вполне объяснимо: четкое понимание сущности вида необходимо для выяснения механизмов эволюционного процесса.
Строгое общепринятое определение вида до сих пор не разра ботано. В биологическом энциклопедическом словаре мы на ходим следующее определение вида:
«Вид - совокупность популяций особей, способных к скрещива нию с образованием плодовитого потомства, населяющих определ енный ареал, обладающих рядом общих морфофизиологических признакови отдаленных от других таких же групп особей практи чески полным отсутствием гибридных форм».
Сравните это определение с тем, что дается в вашем учебнике (учебник А.А. Каменского, § 4.1, с. 134 ).
Поясним понятия, которые встречаются. в определении вида:
Ареал - область распространения данного вида или популяции в природе.
Популяция (от лат. «рор uius » - народ, население) - совокуп ность особей одного вида, обладающих общим генофондом и зани мающих определенную территорию - ареал.
Генофонд - совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции.
Рассмотрим историю развития взглядов на вид в биологии.
Понятие вида впервые ввел в науку английский ботаник Джон Рей в XVII веке . Основополагающая работа по проблеме вида была написана шведским натуралистом и естествоиспытателем Карлом Линнеем в XVIII веке , в которой он предложил первое научное определение вида, уточнил его критерии.
Комментарии учителя. К. Линней считал, что вид - универ сальная, реально существующая единица живой материи, морфо логически однородная и неизменная . Все особи вида, по мнению ученого, имеют типичный морфологический облик, а вариации представляют собой случайные отклонения , результат несовершенного воплощения идеи вида (своего рода уродства ). Ученый считал, что виды неизменны, неизменна природа. Идея неизмен ной природы покоилась на концепции креационизма, согласно которой все сущее было сотворено Богом. Применительно к биологии эту концепцию Линней выразил в своей знаменитой фор муле «Видов столько, сколько разных форм вначале произвело Бесконечное существо».
Другая концепция принадлежит Тому Батисту Ламарку - вели кому французскому натуралисту. По его концепции виды реально не существуют , это чисто умозрительное понятие, изобретенное для того, чтобы легче было рассматривать совокупно большее количество особей, поскольку по словам Ламарка, «в природе нет ни чего кроме особей». Индивидуальная изменчивость непрерывна, поэтому границу между видами можно провести и здесь, и там - где удобнее.
Третья концепция подготавливалась в первой четверти XIX века. Она была обоснована Чарльзом Дарвином и последующими биолога ми. По этой концепции виды имеют независимую реальность. Вид неоднороден, представляет собой систему соподчиненных единиц. С реди них основная элементарная единица - популяция. Виды, по Дарвину, изменяются, они относительно постоянны и являются рез ультатом эволюционного развития .
Таким образом, понятие «вид» имеет длительную историю становления в биологической науке.
Порой самые опытные биологи становятся в тупик, определяя, принадлежат ли данные особи к одному виду или нет . Почему так происходит, существуют ли точные и строгие критерии, которые по могли бы разрешить все сомнения?
Критерии вида - это признаки, по которым один вид отлича ется от другого. Они же являются изолирующими механизмами, препятствующими скрещиванию, независимости, самостоятельно сти видов.
Нам известно, что одной из главных особенностей биологической материи на нашей планете является дискретность. Это выражается в том, что она представлена отдельными видами, не скрещивающимися друг с другом, изолированными один от дру гого.
Существование вида обеспечивается его генетическим единством (особи вида способны скрещиваться и давать жизнеспособное плодовитое потомство) и его генетической самостоятельностью (невоз можность скрещивания с особями другого вида, нежизнеспособно сть или стерильность гибридов).
Генетическая самостоятельность вида обусловливается совокуп ностью его характерных признаков: морфологических, физиологических, биохимических, генетических, особенностей образа жизни, поведения, географического распространения и т.д. Это и есть крит ериивида.
Познакомимся с ними.
2. Работа в группах
Каждая группа получает текст, иллюстрирующий один из критериев вида. Через 5 минут необходимо рассказать о сути данного критерияи о том,в чем недостаток данного критерия. По мере выступления групп классом заполняется таблица «Критерии вида».
Таблица № 1
Критерии вида.
|
Название критерия |
Признаки особей по критерию |
Исключение |
|
1. Морфологический |
Сходство внешнего и внутреннего строения организмов. |
Виды-двойники, половой диморфизм, полиморфизм. |
|
2. Физиологический |
Сходство всех процессов жизнедеятельности и возможность получения плодовитого потомства при скрещивании. |
У разных видов сходство процессов жизнедеятельности. Наличие межвидовых гибридов. |
|
3. Экологический |
Сходство по способам питания, местам обитания, наборам факторов внешней среды, необходимых для существования. |
Экологические ниши разных видов перекрываются. |
|
4. Географический |
Занимают определённый ареал. |
Космополиты. Совпадение ареалов разных видов. |
|
5. Биохимический |
Сходство по биохимическим параметрам – состав и структура белков, нуклеиновых кислот. |
Есть очень близкие по биохимическому составу виды. |
|
6. Этологический |
Сходство в поведении. Особенно в брачный период (ритуалы ухаживания, брачные песни и т. д.). |
Существуют виды с близким поведением. |
|
7. Цито-генетический а)Цитологический |
Особи одного вида скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство (основан на сходстве числа хромосом, их формы и строения). |
Хромосомный полиморфизм в пределах вида; у многих разных видов число хромосом одинаково. |
|
б) Генетический |
Генетическая изоляция видов. Наличие постпопуляционных механизмов изоляции. Важнейшие из них - это гибель мужских гамет (генетическая несовместимость), гибель зигот, нежизнеспособность гибридов, их стерильность, наконец, невозможность найти полового партнера и дать жизнеспособное плодовитое потомство |
Собака и волк, тополь и ива, канарейка и зяблик дают плодовитое потомство. (Наличие межвидовых гибридов) |
|
8. Исторический |
Общность предков, единая история возникновения и развития вида. |
Итак, видовые критерии, по которым мы отличаем один вид другого, в совокупности обусловливают генетическую изоляцию ви дов, обеспечивая самостоятельность каждого вида и разнообразие в природе. По сути, в выработке этих изолирующих видовых призна ков и заключается процесс формирования видов. Именно поэтому изучение видовых критериев имеет определяющее значение для по нимания механизмов процесса эволюции, происходящего на нашей планете.
3. Формулирование выводов.
После заполнения таблицы формулируются выводы:
1) Видовые критерии, по которым отличается один вид от друг го, в совокупности обусловливают генетическую изоляцию видов, обеспечивая самостоятельность каждого вида и разнообразие их в природе.
2) Нет ни одного видового критерия, который можно было признать абсолютным и универсальным.
3) К способам изоляции, препятствующим скрещиванию разных видов относятся:
а) различия ареалов, мест обитания => невозможность встречи;
б) разные сроки размножения;
в) различия в строении половых органов;
г) нежизнеспособность или стерильность гибридов;
д) разные ритуалы «ухаживания» в период размножения.
4) Вид представляет собой генетически относительно изолиро ванную систему, что доказывает реальность существования видов в природе.
Вспомните, о чем говорилось в тексте «Заяц-беляк и заяц- русак». Какие критерии вида использованы при описании зай цев?
Ответить на вопрос:
- Какие критерии вида использованы при описанииживотных?
1). Лебедь-шипун часто изгибает шею в виде буквы S , а клюв и голову держит наклонно к воде. При раз дражении издает характерный шипящий звук, по которому и получил свое название. Распространен лебедь-шипун на изолированных участках в средней и южной полосе Европы и Азии от южной Швеции, Дании и Польши на западе до Монголии, Приморского края и Китая на Востоке. Всюду на этой территории редок, часто пара от пары гнездится на гро мадном расстоянии, а во многих районах вовсе отсутствует. Населяет заросшие водной растительностью лиманы, озера, иногда даже болота, предпочитая глухие, мало посещаемые человеком.
Малый, или тундровый лебедь распространен по тундре Азии от Кольского полуострова на западе до дельты Колымы на Востоке, заходя в область лесотундры и западные острова Северного Ледовитого. Для гнездования выбирает заболоченные и низкие травянистые участки разбросанными по ним озерами, а также речные долины, изобилующие старицами и протоками.
Брачные игры своеобразны и проходят на суше. При этомсамец ходит перед самкой, вытягивает шею, временами приподнимает крылья, издавая ими особый хлопающий звук и звонко кричит.
2). Городская ласточка. Верх го ловы, спина, крылья и хвост сине-черные, надхвостье и весь низ тела белые. Хвост с резкой треугольной вырезкой на конце. Обитатель горных и культурного ландшафтов. Гнездится на стенах скал и зданий. П ерелетная птица. Держится стаями в воздухе или сидя на проводах , чаще других ласточек садится на з емлю. Гнездится колониями . Гнездо лепит из комочков глины в форме полушара с боковым входом . Кладка из 4-6 белых яиц в мае – июне. Гол ос – звонкое «тиррч-тиррч»
Береговая ласточка. Верх головы, шеи, спина, крылья, хвост и полоса поперёк груди серовато-бурые, горло, грудь и брюшко белые. Хвост с неглубокой вырезкой.
Населяет долины рек, где гнездится по обрывистым глиняным или песчаным берегам. Обычная или многочисленная перелетная птица. Держится стаями, гнездится колониями. Гнезда устраивает в норах по обрывистым берегам рек. Кладка из 4-6 белых яиц в мае-июле. Голос - негромкое «чирр- чирр
Домашнее задание
По учебнику А.А. Каменского, § 4.1, вопросы после параграфа, термины.
Индивидуально:
1) Сообщение «Правда ли, что ворон - это муж вороны?»
2 ) Используя литературные источники, приведите конкретные пр имеры географического, экологического и этологического критериев.
Дополнительный материал для работы в группах.
Критерии вида
Морфологический критерий
Это был первый и долгое время единственный критерий, используемый для описания видов.
Морфологический критерий самый удобный и заметный, поэтому и сейчас широко используется в систематике растений и животных.
Мы можем легко отличить по размерам и окраске оперения большого пестрого дятла от зеленого дятла, малого пестрого дятла и желны (черного дятла), большую синицу от хохлатой, длиннохвостой, голубой и гаички, клевер луговой от ползучего и люпиновидного и т. д.
Несмотря на удобство, этот критерий не всегда «работает». Им не воспользуешься для разграничения видов-двойников, практически не отличающихся морфологически. Таких видов много среди малярийных комаров, дрозофил, сиговых рыб. Даже у птиц 5% видов-двойников, а одном ряду североамериканских сверчков их 17.
Использование одного только морфологического критерия может привести к ошибочным выводам. Так, К. Линней по особенности внешнего строения отнес самца и самку утки кряквы к разным видам. Сибирские охотники по окраске меха лисиц выделили пять вариаций: сиводушки, огневки, крестовки, черно-бурые и черные. В Англии у 70 видов бабочек, наряду с особями со светлой окраской, имеются и тем ные морфы, численность которых в популяциях стала увеличиваться в связи с загрязнением лесов. Полиморфизм - широко распространенное явление. Он встречается у всех видов. Затрагивает он и те признаки, по которым различаются виды. У жуков дровосеков, например у усача цве точного, встречающегося поздней весной на купальнице, помимо ти пичной формы в популяциях встречается до 100 аберраций окраски. Во времена Линнея морфологический критерий был главным, так как счи тали, что существует одна типичная для вида форма.
Сейчас, когда установлено, что у вида может быть много форм, типо логическая концепция вида отброшена и морфологический критерий не всегда удовлетворяет ученых. Все же следует признать, что этот критерий очень удобен для систематизации видов и в большинстве определителей животных и растений он играет главную роль.
Физиологический критерий
Физиологические особенности различных видов растений и живот ных часто являются фактором, обеспечивающим их генетическую само стоятельность. Например, у многих дрозофил сперма особей чужого ви да вызывает иммунологическую реакцию в половых путях самки, что приводит к гибели сперматозоидов. Гибридизация различных видов и подвидов козлов часто приводит к нарушению периодичности плодо ношения - приплод появляется зимой, что ведет к его гибели. Скрещи вание разных подвидов косуль, например сибирской и европейской, подчас приводит к гибели самок и потомства из-за крупных размеров плода.
Биохимический критерий
Интерес к этому критерию появился в последние десятилетия в связи с развитием биохимических исследований. Он не находит широкого применения , так как не существует каких-либо специфических веществ, характерных только для одного вида и, кроме того, он весьма трудоемкий и далеко не универсальный. Однако им можно воспользоваться в тех случаях, когда другие критерии «не работают». Например, для двух видов-двойников бабочек из рода амата (А. р h е g еа и А. г ugazzii ) диагностическим и признаками являются два фермента - фосфоглюкомутаза и эстераза-5, позволяющие даже определять гибридов этих двух видов. В последнее время широкое применение получило сравнительное изучение состава ДН К в практической таксономии микробов. Изучение состава ДНК позволило произвести ревизию филогенетической системы различных групп микроорганизмов. Разработанные методы дают возможность сравнивать состав ДНК у законсервированных в толщах земли бактерий и ныне живущих форм. Было проведено, например, сравнение состава ДНК у пролежавшей около 200 млн. лет в толще солей палеозойской бактерии псевдо монады солелюбивой и у ныне живущих псевдомонад. Состав их ДНК оказалдся идентичным, а биохимические свойства - сходными.
Цитологический критерий
Развитие цитологических методов позволило ученым исследовать фо рму и число хромосом у многих видов животных и растений. Появилось новое направление - кариосистематика, которое внесло некоторые поправки и уточнения в построенную на основе морфологических критериев филогенетическую систему. В ряде случаев число хромосом служит характерной особенностью вида. Кариологический анализ позволил , например, упорядочить систематику диких горных баранов, у кото рых разными исследователями выделялось от 1 до 17 видов. Анализ показал наличие трех кариотипов: 54-хромосомный - у муфлонов, 56-х ромосомный - у архаров и аргали и 58-хромосомный - у обитателей гор Средней Азии - уриалов.
Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих разных видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом. Это так называемые хромосомный и геномный полиморфизм. Например, козья ива имеет диплоидное - 38 и тетраплоидное число хромосом - 76. У серебряного карася встречаются популяции с набо ром хромосом 100, 150, 200, тогда как нормальное число их равно 50. У радужной форели число хромосом варьирует от 58 до 64, у беломорской сель ди встречаются особи с 52 и 54 хромосомами. В Таджикистане на участке протяженностью всего 150 км, зоологами была обнаружена популяция слепушонки обыкновенной с набором хромосом от 31 до 54. У песчанок из разных мест обитания число хромосом различное: 40 - у песчанок алжир ских популяций, 52 - у израильских и 66 - у египетских. К настоящему времени внутривидовой хромосомный полиморфизм обнаружен у 5 % ц ито-генетически изученных видов млекопитающих.
Иногда этот критерий неверно трактуется как генетический. Безусловно , число и форма хромосом важный признак, препятствующий скрещи ванию особей разных видов. Однако это скорее цитоморфологичес кий критерий, так как речь идет о внутриклеточной морфологии: числе и форме хромосом, а не о наборе и структуре генов.
Э тологический критерий
Для некоторых видов животных механизмом, препятствующим с крещиванию и нивелированию различий между ними, являются осо бенности их поведения, особенно в брачный период. Узнавание партнера своего вида и отвергание попыток ухаживания самцов другого вида основаны на специфических раздражителях - зрительных, звуковых химических, тактильных, механических и др.
В широко распространенном роде пеночки разные виды очень похо жи друг на друга морфологически, в природе их не различить ни по окраске, ни по размерам. Зато все они очень хорошо различаются по песне и по повадкам. Песня пеночки веснички сложная, похожа на песнь зяблика , только без его завершающего колена, а песня теньковки - про стенькие монотонные посвисты. Многочисленные виды-двойники аме риканских светлячков из рода Р hotinus были впервые опознаны лишь по различиям в их световых сигналах. Самцы светлячков в полёте производят вспышки света, частота, продолжительность и чередуемость которых специфичны для каждого вида . Хорошо известно, что ряд видов прямокрылых и равнокрылых, обитающих в пределах, одного биотопа и размножающихся синхронно, различаются лишь характеру их призывных сигналов. Такие виды-двойники с акустической репродуктивной изоляцией обнаружены, например, у сверчков, кобылок-коньков, цикад и других насекомых. Два близких вида американских жабне скрещиваются также из-за различий в зове самцов.
Решающую роль в репродуктивной изоляции часто играют различия в демонстративном поведении. Например, близкие виды мух дрозофил от личаются спецификой ритуала ухаживания (по характерувибрации крыльев, дрожания лапок, кружения, тактильных контактов). Два близких вида - серебристая чайка и клуша имеют различия в степени выраженно сти демонстративных поз, а семь видов ящериц рода S се1ороги s различаются степенью поднятия головы при ухаживании половых партнеров.
Экологический критерий
Особенности поведения подчас тесно связаны с экологической спецификой вида, например, с особенностями устройства гнезда. Три вида наших обычных синиц гнездятся в дуплах лиственных деревьев, преимущественно берез. Большая синица на Урале выбирает обычно глубокое дупло в нижней части ствола березы или ольхи, образовавшееся в ре зультате выгнивания сучка и смежной с ним древесины. Это дупло недоступно ни дятлам, ни воронам, ни хищным млекопитающим. Синица московка заселяет морозобойные трещины в стволах березы и ольхи. Га ичка же предпочитает строить дупло сама, выщипывая полости в трухля вых или старых стволах березы и ольхи, и без этой трудоемкой процедуры она не отложит яиц.
Особенности образа жизни, присущие каждому виду, определяют его положение, его роль в биогеоценозе, то есть его экологическую нишу. Даже самые близкие виды, как правило, занимают разные экониши, то есть различаются хотя бы по одному-двум экологическим признакам.
Так, экониши всех наших видов дятлов различаются по характеру питания. Большой пестрый дятел зимой питается семенами лиственницы и сосны, раздалбливая шишки в своих «кузницах». Черный дятел желна добывает личинок усачей и златок из-под коры и из древесины елей, а малый пестрый дятел долбит мягкую древесину ольхи либо добывает насекомых из стеблей травянистых растений.
Каждый из 14 видов дарвиновых вьюрков (названных так в честь Ч. Дарвина, впервые обратившего на них внимание), обитающих на Галапагосских островах, имеет свою специфическую эконишу, отличающуюся от других прежде всего характером корма и путями его добывания.
Ни экологический, ни рассмотренный выше этологический крите рии не являются универсальными. Очень часто особи одного вида, но раз ных популяций отличаются целым рядом особенностей образа жизни и поведения. И напротив, разные виды, даже очень далекие, в системат ическом отношении, могут иметь сходные этологические признаки или играть одинаковую роль в сообществе (например, роли травоядных млекопитающих и насекомых, скажем, таких, как саранча, вполне сопоставимы).
Географический критерий
Этот критерий наряду с экологическим в большинстве определителей занимает второе (после морфологического) место. При определении многих видов растений, насекомых, птиц, млекопитающих и других групп организмов, распространение которых хорошо изучено, зна ние ареала играет существенную роль. У подвидов ареалы, как правило не совпадают, что обеспечивает их репродуктивную изоляцию и, по сути , их существование в качестве самостоятельных подвидов. Многие виды занимают разные ареалы (такие виды называют аллопатрическими). Но огромное число видов имеют совпадающие или перекрываю щиеся ареалы (симпатрические виды). Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также виды-кос мополиты, обитающие на огромных пространствах суши или океана. В силу этих обстоятельств географический критерий не может быть у ниверсальным.
Генетический критерий
Генетическое единство вида и, соответственно, генетическая изоляция его от других видов - главный критерий вида, основной видовой признак, обусловленный комплексом особенностей строения и жизне деятельности организмов данного вида.Генетическая совмести мость, сходство морфологических, физиологических, цитологических и других признаков, одинаковое поведение, совместное обитание - все эт о создает необходимые условия для успешного размножения и вос производства вида. В то же время все эти признаки обеспечивают генетическую изоляцию вида от других сходных с ним видов. Например, раз личия в песне дроздов, пеночек, славок, зябликов и вьюрка, глухой и обыкновенной кукушек препятствуют образованию смешанных пар, несмотря на сходство их окраски и экологии (у птиц, обладающих специфической песней, почти не встречаются гибриды). Даже в тех случа ях, когда, несмотря на изоляционные барьеры, произошло скрещива ние особей разных видов, гибридная популяция, как правило, не возникает, так как начинает действовать целый ряд постпопуляционных механизмов изоляции. Важнейшие из них - это гибель мужских гамет (генет ическая несовместимость), гибель зигот, нежизнеспособность гиб ридов, их стерильность, наконец, невозможность найти полового партнера и дать жизнеспособное плодовитое потомство. Мы знаем, что для каждого вида характерен свой набор специфических признаков. Межвидовой гибрид будет иметь признаки, промежуточные между признаками двух исходных родительских форм. Его песня, к примеру не будет понята ни зябликом, ни вьюрком, если это гибрид этих видов, и он не найдет полового партнера. У такого гибрида при обра зовании гамет содержащиеся в его клетках хромосомы зяблика «не уз нают» хромосомы вьюрка и, не найдя гомологичного партнера, не конъюгируют. В результате образуются гаметы с нарушенным набором хромосом, которые, как правило, нежизнеспособны. И вследствие го этого гибрид окажется стерильным.
Ворон и ворона
Скажу сразу: Ворон - это не «муж» вороны, а самостоятельный вид.
Ворон - один из наиболее крупных представителей семейства вороновые , весит от 0,8 до 1,5 кг. Окраска оперения, клюва и ног у него однотонного черного цвета.
Распространен ворон почти по всему северному полушарию: встречается почти по всей Европе, Азии, исключая Юго-Восточную, в Северной Африке и Северной Америке. Повсеместно он ведет оседлый образ жизни. Населяет леса, пустыни и горы. В безлесных местностях держится у скал, береговых обрывов речных долин. Спаривание и брачные игры на юге страны отмечаются в первой половине февраля, на севере - в марте. Пары постоянны. Гнезда обычно помещаются на вершинах высоких деревьев. В кладке от 3 до 7, чаще 4-6, яиц голубовато-зеленой окрас ки с темными отметинами.
Ворон - всеядная птица. Основной его корм - падаль, которую он чаще всего находит на свалках и у скотобоен. Поедая падаль, он выступает как санитарная птица. Кормится он также грызунами, яйцами, и птенцами, рыбой, различными беспозвоночными животными, а места ми и зёрнами хлебных злаков.
Ворона по общему телосложению напоминает ворона, но значительно мельче его: весит от 460 до 690 г.
Описываемый вид интересен тем, что по окраске оперения распадается на две группы: серую и черную. Серая ворона имеет хорошо извест ную двуцветную окраску: голова, горло, крылья, хвост, клюв и ноги черные, остальное оперение серое. Черная ворона вся черная, с металлическим синим и пурпуровым блеском.
Каждая из этих групп имеет локальное распространение. Серая ворона широко распространена в Европе, Западной Азии, черная – в Центральной и Западной Европе, с одной стороны, в Средней, Восточной Азии и Северной Америке – с другой.
Населяет ворона опушки и окраины лесов, сады, рощи, заросли речных долин, реже скалы и склоны береговых обрывов. Это частично осёдлая, частично перелётная птица.
В начале марта в южных частях страны и в апреле-мае в северных и восточных начинается откладывание яиц. В кладке обычно 4-5 яиц бледно-зелёной, голубовато-зелёной или частично зелёной окраски с тёмными пятнышками и крапинками. Ворона – всеядная птица. Из животных она поедает различных беспозвоночных – жуков, муравьев, моллюсков, а также грызунов, ящериц, лягушек и рыб. Из растений клюёт зёрна культурных злаков, семена ели, вьюнка полевого, птичьей гречишки и др. Зимой питается в основном отбросами.
Заяц-беляк и заяц-русак
Род собственно зайцев, к которому относятся русак и беляк, а также еще 28 видов, довольно многочислен. Наиболее известные в России зайцы - беляк и русак . Беляка можно встретить на территории от побережья Северного Ледовитого океана до южной границы лесной зоны, в Сибири - до границ с Казахста ном, Китаем и Монголией, а на Дальнем Востоке - от Чукотки до и Северной Кореи. Распространен беляк и в лесах Европы, а также на востоке Северной Америки. Русак обитает на территории Европейской России от Карелии юга Архангельской области до южных границ страны, на Украине и в Закав казье. А вот в Сибири этот заяц обитает только на юге и к западу от Байкала.
Беляк получил свое название благодаря белоснежному зимнему меху. Только кончики ушей остаются у него черными весь год. Русак же в некоторых северных местностях тоже сильно светлеет к зиме, но снежно-белым он не бывает никогда. А на юге он вовсе не меняет окраски.
Русак больше приспособлен к жизни в открытых ландшафтах, поскольку он крупнее беляка, да и бегает лучше. На коротких дистанциях этот заяц может развивать скорость до 50 км/час. У беляка лапы широкие, с густым опушением чтобы меньше проваливаться в рыхлые лесные сугробы. А у русака лапы уже, ведь на открытых местах снег, как правило, твердый, слежавшийся, «утоптанный ветром».
Длина тела беляка - 45-75 см, масса - 2,5-5,5 кг. Уши короче, чем у русака. Длина тела русака - 50-70 см, масса до 5 (иногда 7) кг.
Размножаются зайцы обычно два, а на юге три или даже четыре раза в год. У зай цев-беляков в выводе может быть по два, три пять, семь зайчат, а у русаков - обычно всего один или два зайчонка. Русаки начинают пробовать траву через две недели после рождения, а беляки и того быстрее - через неделю.