Механизмы репродуктивной изоляции
Репродуктивная изоляция — совокупность механизмов, которые препятствуют скрещиванию организмов разных групп или делают потомство нежизнеспособным либо бесплодным. Она ограничивает поток генов между популяциями и постепенно способствует формированию новых видов.
Репродуктивная изоляция — невозможность или ограниченность обмена наследственной информацией между группами организмов. Изоляция может действовать до образования зиготы или после него.
Роль изоляции в эволюции
Внутри популяции особи обычно свободно скрещиваются, поэтому их гены перемешиваются. Такой обмен поддерживает относительное единство генофонда. Если между двумя группами возникает изоляция, поток генов ослабевает или прекращается. Группы начинают независимо накапливать мутации, изменять частоты аллелей и испытывать действие естественного отбора, дрейфа генов и других факторов.
Сначала изоляция может быть неполной: гибриды возникают редко или имеют пониженную плодовитость. Со временем различия между группами увеличиваются. Если обмен генами прекращается полностью и группы уже не дают плодовитого потомства, говорят о репродуктивной изоляции видов. Поэтому изоляция является важным условием эволюции и видообразования, но сама по себе не всегда означает, что новые виды уже сформировались.
Чем сильнее репродуктивная изоляция, тем меньше обмен генами между группами. Полное прекращение обмена генами позволяет группам эволюционировать независимо.
Презиготические механизмы
Презиготическая изоляция действует до образования зиготы. Она предотвращает встречу гамет или само спаривание. Даже если организмы живут на одной территории, такой механизм может не допустить оплодотворения.
| Механизм | Сущность | Пример |
|---|---|---|
| Географическая | Популяции разделены пространственным препятствием: горами, рекой, морем, расстоянием. | Островные и материковые популяции одного исходного вида. |
| Экологическая | Группы занимают разные места обитания или используют разные ресурсы. | Два близких вида живут в разных слоях леса. |
| Сезонная или временная | Периоды размножения не совпадают. | Один вид размножается весной, другой — осенью. |
| Этологическая | Различаются сигналы и брачное поведение. | Самцы одного вида не распознаются самками другого. |
| Механическая | Строение органов размножения не позволяет осуществить спаривание. | Разная форма репродуктивных органов. |
| Гаметическая | Гаметы не узнают друг друга или не сливаются. | Сперматозоид не может оплодотворить яйцеклетку другого вида. |
Географическая изоляция часто запускает расхождение популяций, но не равна репродуктивной изоляции автоматически. Пока разделённые группы не контактируют, невозможно проверить, способны ли они скрещиваться. Если контакт возобновится и скрещивание будет успешным, полного видового расхождения ещё нет.
Постзиготические механизмы
Постзиготическая изоляция действует после оплодотворения, когда зигота уже образовалась. Потомство может погибнуть на ранних стадиях, развиваться с нарушениями или оказаться бесплодным.
| Механизм | Что происходит | Типичный результат |
|---|---|---|
| Нежизнеспособность гибрида | Зигота или зародыш не развивается нормально. | Гибрид погибает до рождения или вскоре после него. |
| Стерильность гибрида | Гибрид живёт, но не образует нормальные гаметы. | Мул — жизнеспособный, но обычно бесплодный потомок осла и лошади. |
| Дегенерация гибридов | Потомки первого поколения жизнеспособны, а следующие поколения ослаблены или бесплодны. | Потомство гибридов постепенно теряет жизнеспособность. |
Гибридная стерильность — невозможность гибрида производить нормальные гаметы. Частая причина — несоответствие хромосом при мейозе: хромосомы не образуют правильные пары, поэтому полноценные половые клетки не формируются.
Важно различать жизнеспособность и плодовитость. Жизнеспособный организм может нормально жить, но быть бесплодным. Поэтому скрещивание считают эволюционно неэффективным, если оно не приводит к появлению плодовитого потомства.
У двух близких видов период размножения приходится на разные месяцы. К какому механизму относится это различие?
Как определить механизм в задании
В экзаменационной задаче сначала нужно установить, образовалась ли зигота. Если скрещивание не состоялось, гаметы не встретились или не слились — это презиготическая изоляция. Если зигота или гибрид возникли, но развитие нарушено либо потомство бесплодно — это постзиготическая изоляция.
- Найдите момент, на котором прекращается обмен генами.
- Если препятствие возникло до оплодотворения, выберите презиготический механизм.
- Если гибрид образовался, определите его судьбу: гибель, стерильность или ослабление потомков.
- Не путайте причину разделения популяций с результатом скрещивания.
Два вида лягушек обитают в одном водоёме. Один размножается в марте, другой — в мае. При искусственном смешивании гамет оплодотворение возможно, однако получившиеся гибриды не дают потомства. Определим все уровни изоляции.
Фраза «не скрещиваются» недостаточна для ответа. Уточните, почему это происходит: не встретились, не спарились, гаметы не слились, зигота погибла или гибрид оказался бесплодным.
Изоляция и видообразование
Репродуктивная изоляция закрепляется под действием эволюционных факторов. В малых изолированных популяциях важную роль может играть дрейф генов; при резком уменьшении численности действует эффект бутылочного горлышка, а при заселении новой территории — эффект основателя. Отбор изменяет приспособленность организмов, а мутации создают наследственную изменчивость.
При вторичном контакте близких групп естественный отбор может поддерживать такие различия, которые уменьшают скрещивание. Например, различия в брачном поведении помогают избежать рождения малочисленного или бесплодного потомства. В результате презиготические и постзиготические барьеры могут усиливать друг друга.
1. Считать географическую изоляцию всегда репродуктивной: географическое разделение лишь мешает встрече популяций. 2. Называть бесплодие гибрида презиготическим механизмом: гибрид уже образовался, поэтому это постзиготическая изоляция. 3. Путать стерильность с нежизнеспособностью: стерильный гибрид живёт, но не размножается. 4. Утверждать, что любые разные виды обязательно не могут скрещиваться: иногда гибриды возникают, но оказываются бесплодными.
Проверь себя
Главное
- Репродуктивная изоляция ограничивает или прекращает обмен генами между группами организмов.
- Презиготические механизмы действуют до образования зиготы: географические, экологические, временные, этологические, механические и гаметические.
- Постзиготические механизмы действуют после оплодотворения: нежизнеспособность, стерильность или дегенерация гибридов.
- Для решения задания определяйте момент возникновения барьера: до или после образования зиготы.
- Изоляция уменьшает поток генов и создаёт условия для независимого действия мутаций, отбора и дрейфа генов.