Mutacije
Rekombinacija gena
Tundra
Šuma
Krug:
Odaberite stanište
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mužjaci pauna poznati su po svom kićenom repu kojim privlače ženke. Na prvu pomisao takav rep izgleda kao pogreška evolucije i prirodne selekcije – šarenoga mužjaka predatori sigurno lako uoče, a kitnjasti mu rep zasigurno otežava bijeg i umanjuje mogućnost preživljavanja. Međutim, za to postoji dobar razlog. Mužjaci ulažu veliku količinu resursa i energije za izgradnju svojega repa, čime pokazuju da su zdravi, a ženke odabiru one s najvećim i najimpresivnijim repom. Veći rep mužjaku omogućava veću vjerojatnost da će se razmnožavati i prenositi svoje gene na potomstvo, što ukazuje na isplativost ove strategije. Pokušajte se prisjetiti drugih prilagodbi za koje biste pomislili da nemaju smisla.
Slika 5.1.1.: Mužjaci pauna privlače ženke elegantnim i šarenim perjem.
Iako se ideja o promjenjivosti vrsta pojavljivala i prije 19. stoljeća, tek je u zadnjih 200-tinjak godina dobila veći značaj. Jean-Baptiste Lamarck prvi je prirodoslovac koji je 1809. godine prihvatio evoluciju kao činjenicu i ujedno dao znanstveno objašnjenje za nju.
Lamarckovo objašnjenje u suštini je sadržavalo sljedeće opažanje:
Organi koji su korišteni i koji su organizmu potrebni, razvijat će se.
Organi koji nisu korišteni ili organizmu nisu potrebni, zakržljat će i polako nestajati.
Lamarck je ta opažanja potkrijepio sljedećim objašnjenjem:
Ona obilježja koja je jedinka stekla tijekom svoga života ostat će sačuvana i bit će naslijeđena.
Genetičari su naknadno opovrgnuli njegovo objašnjenje tumačeći da se nasljeđuju samo ona obilježja koja su prisutna u genomu spolnih stanica. Ukoliko se neka mutacija i dogodi tijekom života jedinke u njezinim tjelesnim stanicama, takva mutacija nije nasljedna.
Slika 5.1.2.: Najpoznatije je Lamarckovo objašnjenje teorije evolucije na primjeru razvoja vrata žirafa. U ranije su vrijeme prema Lamarcku postojale samo žirafe kraktih vratova. Takve su žirafe tijekom života dosezale lišće visokih grana istežući svoj vrat. Ukoliko je žirafa tijekom života minimalno i produljila svoj vrat, svako produljenje naslijedilo bi i njezino potomstvo. Kroz više se generacija takva produljenja nakupljaju i rezultiraju dugačkim vratom u populaciji.
Lamarckova je teorija evolucije možda opovrgnuta, no to ne umanjuje njegov značaj. Objavivši prvi znanstveni rad na temu evolucije, postavio je temelje za preciznije objašnjenje. Danas općeprihvaćeno objašnjenje daje teorija evolucije procesom prirodne selekcije, a zasebno su je prvi put opisala dvojica veoma važnih prirodoslovaca – Charles Darwin i Alfred Russel Wallace.
Pogledajte videozapis o otkriću teorije evolucije i doprinosu Charlesa Darwina i Alfreda Wallacea.
Evolucija je pojava koju možemo opaziti kod svih skupina organizama, a najčešće je definiramo kao promjenu nasljednih osobina u nekoj populaciji kroz više generacija. Teorija evolucije koja se temelji na procesima prirodne selekcije trenutno je prihvaćeni model u znanosti. Svaka osobina nekog organizma posljedica je ekspresije gena, a geni se spolnim stanicama mogu naslijediti, odnosno prenositi na potomke. Unutar populacije pojedine vrste postoje jedinke koje se međusobno razlikuju s obzirom na neka obilježja. Te su različite jedinke posljedica genske raznolikosti te populacije. Pojedine jedinke zbog tih razlika mogu imati određenu prednost da prežive u određenim uvjetima. One koje prežive, gene koji im daju prednost prenosit će na svoje potomke.
Proučite pojednostavljeni model teorije evolucije procesom prirodne selekcije.
U ovom pojednostavljenom modelu je prikazana neka populacija jedinki kao kvadrat s točkama. Točke različitih boja predstavljaju jedinke koje su međusobno genski različite.
Klikom na pojedini kvadrat s točkama proučite tijek evolucije.
Mutacije
Rekombinacija gena
Nekoliko je ključnih čimbenika u spomenutom modelu. Osnova svake promjene u populaciji je njena genska raznolikost (genska varijabilnost). Ako postoje razlike između jedinki, uvjeti u okolišu odredit će koje će jedinke imati veću vjerojatnost da prežive i prenose gene u sljedeću generaciju. Prirodna selekcija i genski otklon (genski drift) glavni su čimbenici koji mogu promijeniti gensku raznolikost neke populacije.
GENSKA RAZNOLIKOST (genska varijabilnost)
Osnova je svake genske raznolikosti mutacija. Sve mutacije koje se dogode u genomu neke stanice ili organizma nasumične su promjene.
Mutacijama nastaju promjene u slijedu nukleotida u molekulama DNA, a to može imati tri moguće posljedice:
Većina mutacija koje se dogode u nekoj stanici neće rezultirati nikakvom promjenom ili će promjena proteina poremetiti funkciju stanice. Iznimno su rijetke mutacije koje rezultiraju nekim novim, funkcionalnim proteinom. Ukoliko se dogodi mutacija na genu koji proizvodi protein nužan za život, primjerice na bilo kojem enzimu koji sudjeluje u staničnome disanju, stanice ili organizam takvu mutaciju ne mogu preživjeti. Osim točkastih mutacija, moguće su i promjene u strukturi ili broju kromosoma.
Spolno razmnožavanje izvor je dodatne genske raznolikosti neke populacije. Premda ne donosi nove gene u populaciju, ono omogućava raznolikost jedinki miješanjem alela u njihovu genotipu za pojedini gen.
Da bi mutacije postale nasljedne, one moraju biti prisutne u spolnim stanicama ili ranom razvoju organizma (zigota). Mutacije na tjelesnim stanicama nisu nasljedne.
PRIRODNA SELEKCIJA
Procesom prirodne selekcije u nekoj populaciji obilježja koja povećavaju mogućnost preživljavanja i razmnožavanja postaju učestalija. Češća stopa preživljavanja i razmnožavanja jedinki s tim obilježjem osigurava i veći broj potomaka s istim obilježjima. U pravilu s vremenom sve jedinke u populaciji posjeduju takvo obilježje i ono može postati karakteristično za tu populaciju, a naposljetku i za tu vrstu.
Pojedino obilježje nije nužno povoljno ili nužno nepovoljno za preživljavanje i razmnožavanje. Okoliš je taj koji određuje koliku korist donose jedinkama koje ih imaju.
Proučite hipotetsku populaciju zečeva u sljedećoj simulaciji.
Zečevi ove populacije dolaze u dvije varijacije boje krzna - siva boja krzna i smeđa boja krzna i obje posljedica su prirodne mutacije.
U početku populacija zečeva sadržava 5 smeđih jedinki i 5 sivih jedinki. S vremenom će u populaciji neke jedinke postati plijenom predatora u svome staništu. Jedinke koje prežive, moći će se razmnožavati. Svaka jedinka u simulaciji ima jednake šanse da se razmnožava i daje potomka - novu jedinku iste boje krzna.
Prije početka simulacije odaberite stanište u kojem će ta populacija zečeva živjeti. U tundri je njihov predator polarna lisica i ona će u takvom staništu lakše uočiti smeđeg zeca nego li sivog. Sivi zec lakše sakriva u sivilu kamene tundre i i ima veću šansu preživjeti u tundri.
U šumi je predator vuk i on će u šumi lakše uočiti sivog zeca. Smeđi zec se lakše sakriva u staništu u kojem prednjače smeđi pigmenti i ima veću šansu preživjeti u toj šumi.
Odaberite stanište u kojem ćete promatrati populaciju zečeva. Predator će povremeno uloviti jedinke zeca koje će lakše uočiti. Preživjele jedinke zeca će se razmnožavati i dopunjavati populaciju novim jedinkama.
Klikom na tipku KRENI, pokrenite simulaciju. Promotrite kako će se mijenjati brojnost jedinki sive i smeđe boje krzna. Broj krugova predstavlja broj ulova predatora.
Odaberite stanište
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Odgovorite na sljedeća pitanja:
Simulaciju možete pokrenuti više više puta. Rasprostranjenost i brojnost zečeva pojedine boje svaki put je drugačiji.
GENSKI OTKLON (genski drift)
Jedinka može posjedovati obilježje koje joj daje prednost nad drugim jedinkama u okolišu, no to nije garancija da će ona sigurno preživjeti, uspjeti naći spolnoga partnera ili imati potomke. Promjene učestalosti alela u populaciji ne moraju se dogoditi samo procesom prirodne selekcije. One mogu biti i posljedica slučaja, okolnosti za koje je nebitno kakvo je promatrano obilježje jedinke. Okolnosti mogu biti poplave, požari, odroni, udar munje ili čak jedan nespretan korak. Takve nasumične promjene u učestalosti gena u populaciji zovu se genski otklon ili genski drift. Za razliku od prirodne selekcije, pod utjecajem genskog otklona iz populacije mogu nestati jedinke koje su najbolje prilagođene svom okolišu.
Proučite utjecaj genskog otklona na gensku raznolikost populacije. Klikom na strelicu proučite tijek promjene u populaciji uzrokovanih genskim otklonom (driftom).
Genski otklon ili genski drift jest promjena u genskome sastavu u nekoj populaciji kao rezultat slučajnosti, neovisno o prilagođenosti jedinke. Zbog genskoga otklona može se dogoditi da i jedinke koje imaju selekcijsku prednost za preživljavanje i razmnožavanje nestanu iz populacije. Smatra se da genski otklon ima iznimno velik utjecaj u evoluciji.
Genska je raznolikost nepromijenjena.
Genska je raznolikost smanjena.
Genska je raznolikost izrazito smanjena.
Zdrava populacija mora imati veliku gensku raznolikost koja populaciji daje veću šansu da se prilagodi promjenama uvjeta u okolišu. Budući da je genski otklon rezultat slučaja, u situaciji na slici moguće je nekoliko različitih scenarija s obzirom na promjenu genskoga sastava populacije. Istraži moguće scenarije klikom na označene mogućnosti. Na slici su jedinke različitih fenotipskih obilježja prikazane različitim bojama.
Jedan od čestih primjera genskoga otklona u prirodi jest pojava učinka uskoga grla. Zbog nekoga katastrofalnog događaja u staništu poput požara, poplave ili epidemije, brojnost jedinki u populaciji naglo se i izrazito umanji. S vremenom se preostale jedinke razmnožavaju i populacija ponovno raste. Ipak, genska raznolikost u toj je populaciji drastično smanjena zbog čega može imati manju otpornost na daljnji selekcijski pritisak okoliša.
RAZMNOŽAVANJE U BLISKOME SRODSTVU
Što su populacija i njezina genska raznolikost manje, češća je pojava razmnožavanja u bliskome srodstvu. Potomstvo nastalo takvim razmnožavanjem ima veću mogućnost da će štetne i recesivne mutacije doći do izražaja. Nakupljanjem takvih mutacija u više generacija populacija ima smanjenu stopu razmnožavanja, mlado se češće rađa s deformacijama i jedinke su podložnije bolestima.
Ako je nakon neke velike prirodne katastrofe brojnost populacije postala premalena, ona će s vremenom izumrijeti. Genska je raznolikost geparda danas veoma malena i današnje su populacije rezultat razmnožavanja u bliskome srodstvu. Kao vrsta gepardi su u velikoj opasnosti od izumiranja ako se neki uvjeti u okolišu naglo izmijene ili se pojavi neka nova bolest.
SPECIJACIJA
Specijacija je proces nastanka novih vrsta, a posljedica je evolucijskih promjena u populaciji. Za nastanak nove vrste ključna je izolacija populacije. Ukoliko se dvije populacije iste vrste međusobno odvoje i među njima nema interakcije, svaka populacija mijenjat će se na svoj način tijekom vremena.
Najčešći je tip izolacije geografska izolacija.
Vrijeme potrebno za nastanak novih vrsta ovisi od specijacije do specijacije, ali najčešće iznosi nekoliko desetaka tisuća godina.
Pogledajte neke primjere specijacije geografskom izolacijom.
Geografske barijere nisu jedini izvor izolacija kod nastanka novih vrsta. Ponekad se unutar iste populacije na istom staništu jedinke izoliraju i međusobno ne razmnožavaju. Takva se izolacija naziva reproduktivna izolacija i može se dogoditi iz nekoliko različitih razloga.
Jedinke se mogu početi hraniti različitom hranom pa se ne susreću. Jedinke mogu biti plodne u različitom periodu unutar godine, odnosno mogu cvjetati u različito doba. Socijalna struktura unutar populacija nekih životinjskih vrsta također može reproduktivno izolirati pojedine jedinke.
Slika 5.1.3.: U biljaka poput pšenice česte su pojave poliploidije nekih jedinki. Poliploidne jedinke uglavnom imaju paran broj setova kromosoma i u pravilu se ne miješaju s diploidnim jedinkama jer njihovim oprašivanjem mogu nastati jedinke neparnoga broja kromosoma koje nisu vijabilne ili su neplodne.
ADAPTACIJA
Adaptacija je proces pri kojem neka populacija postaje bolje prilagođena svom okolišu. Potrebno je napomenuti da jedinke ne dobivaju nova obilježja tijekom svoga života. Adaptacija je rezultat jedne mutacije koja se brojnim izmjenama generacija postupno javlja u sve većem i većem udjelu jedinki. Nove i bolje prilagođene jedinke s vremenom zamjenjuju one u kojima to obilježje nije prisutno.
Nova obilježja obično nastaju kao nadogradnja nekih prethodnih i nikad se ne javljaju odjednom; to su složene građe i funkcije. Tako je četverodijelno srce sisavaca samo nadogradnja na srce njegovih predaka gmazova, a srce tih gmazova samo je nadogradnja srca njegovih predaka.
