Популяция. Биология. 10 класс
план-конспект урока по биологии (10 класс) на тему

                       Урок «Популяция – элементарная единица эволюции».

Цели:

• Сформировать знания о популяции как о элементарной единице эволюции;
• Сформировать знания о закономерностях наследования признаков в разных типах популяций;
• Познакомить с законом Харди – Вайнберга. 

Планируемые результаты:

            Предметные

• Анализировать и оценивать роль популяции в процессе эволюции;
• Объяснять значение гетерогенности природных популяций вида;
• Характеризовать сущность микроэволюции;
• Анализировать и оценивать роль эволюционных факторов в процессе микроэволюции;
• Использовать информационные ресурсы при подготовке сообщений презентаций о вкладе биологической науки в изучении роли популяции в эволюции живой природы.

            Метапредметные:

• самостоятельно определять цели и задачи своего обучения;
• работать с текстом;
• строить логические умозаключения;
• оформлять результаты работы;
• организовывать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками;
• формулировать собственное мнение;
• аргументировать собственную позицию;
• слушать мнение других учащихся;
• работать в парах;
• владение речью.

              Личностные:

• формирование познавательных мотивов, направленных на овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний.

Оборудование:

Компьютер,

Видеопроектор,

Презентация, иллюстрирующая закон Харди – Вайнберга;

Видеофильм «Современная теория эволюции»

Основное содержание

1. Популяция – элементарная единица эволюции.
2. Эволюционные процессы, происходящие, происходящие в популяции.
3. Генофонд популяции – причины его изменения.
4. Популяция с изменённым генофондом – родоначальник нового вида.
5. В.Иоганнсен – основоположник изучения генетики популяций.

      6.Причины генетического равновесия в популяции. 

План урока:

1. Организационный момент.
2. Целеполагание и мотивация.
3. Изучение нового материала.
4. Самостоятельная работа.
5. Закрепление материала.
6. Постановка домашнего задания.

      7.Рефлексия (подведение итогов урока). 

Описание основных этапов урока:

1.Организационный момент.

         Цель: создание благоприятного психологического настроя на работу, включение учащихся в деятельность на личностном уровне.

           Учитель приветствует учащихся класса.

2.Целеполагание и мотивация.

3. Изучение нового материала:

                   1.Популяция – элементарная единица эволюции. 

Популя́ция (от лат. populatio — население) — это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающих определённый ареал) и частично или полностью изолированных от особей других таких же групп.

Как первая надорганизменная биологическая система, популяция обладает определенной структурой и свойствами. Структуру популяции отражают такие ее показатели, как численность и распределение особей в пространстве, соотношение групп по полу и возрасту, их морфологические, поведенческие и другие особенности.

Задание для самостоятельной работы:

Прочитайте в параграфе 42 первый и второй абзацы и составьте характеристику популяции.

Обсуждение результатов самостоятельной работы с комментариями учителя.

                                              Характеристика популяции.

Численность — общее количество особей в популяции.

Эта величина характеризуется широким диапазоном изменчивости, однако она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности по сравнению с этими пределами может привести к вымиранию популяции. Полагают", что если численность популяции меньше нескольких сотен особей, то любые случайные причины (пожар, наводнение, засуха, обильные снегопады, сильные морозы и т. д.) могут сократить ее настолько, что оставшиеся особи не смогут встречаться и оставить потомство. Рождаемость перестанет покрывать естественную убыль, и оставшиеся особи в течение сравнительно короткого времени вымрут.

Плотность — число особей на единицу площади или объема.

При увеличении численности плотность популяции, как правило, возрастает; она остается прежней лишь в случае ее расселения и расширения ареала. У некоторых животных плотность популяции регулируется сложными поведенческими и физиологическими механизмами.

Пространственная структура популяции характеризуется особенностями размещения особей на занимаемой территории.

Она определяется свойствами местообитания и биологическими особенностями вида. Наряду со случайным и равномерным распределением в природе наиболее часто встречается групповое распределение. Группа животных, прилагая совместные усилия, может легче защищаться от хищников, искать и добывать корм. Жизнь в семьях, стадах, колониях, гаремах приводит также к групповому распределению особей. Пространственная структура может изменяться во времени; она зависит от сезона года, от численности популяции, возрастной и половой структуры и т. д.

Половая структура отражает определенное соотношение мужских и женских особей в популяции. Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в соотношении 1: 1. В силу разной жизнеспособности мужских и женских особей это первичное соотношение полов при оплодотворении часто заметно отличается от вторичного (при рождении — у млекопитающих) и тем более от третичного, характерного для половозрелых особей. Например, в популяциях человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек/106 мальчиков; к 16—18 годам это соотношение выравнивается и становится равным 1:1, к 50 годам— 100 женщин/85 мужчин, а к 80 годам соотношение по полу становится 2:1 (100 женщин/ 50 мужчин).

Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов отличаются друг от друга по характеру питания, ритму жизни, поведению и др. Так, самки некоторых видов комаров, клещей и мошек являются кровососущими, в то время как самцы питаются соком растений или нектаром. Преобладание доли самок над самцами обеспечивает более интенсивный рост популяции.

Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяциях, зависящее от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, числа потомков в помете, количества потомств за сезон и др. Если какая-либо возрастная группа сокращается либо увеличивается, это сказывается на общей численности популяции. Например, массовое истребление крупных половозрелых особей в результате промысла приводит к резкому снижению численности популяции вследствие слабого пополнения ее молодыми особями. Поэтому присутствие в популяции большого количества особей младших возрастных групп свидетельствует о ее благополучии. Если же в популяции преобладают старые особи, можно со всей определенностью сказать, что данная популяция завершает свое существование.

Экологическая структура свидетельствует об отношении различных групп организмов к условиям окружающей среды. Например, особи одной популяции растений различаются рядом признаков: по размерам, количеству побегов, цветков, плодов, семян и т. п. Кроме того, разные особи этой же популяции зацветают не одновременно, что способствует более полному их опылению (при одновременном и кратковременном цветении насекомые могут не успеть опылить все цветки). У такой популяции меньший риск остаться без семян, например в случае кратковременных заморозков (замерзнет лишь часть цветков).

2.Эволюционные процессы, происходящие, происходящие в популяции.

 Так как у всех живых организмов постоянно протекает спонтанный мутационный процесс, всякая существующая в течение ряда поколений совокупность особей неизбежно будет гетерогенна по своему генетическому составу: гомогенными могут быть лишь «свежие», только что образовавшиеся чистые линии и клоны. Популяции, даже если они фенотипически относительно однородны, представляют собой, таким образом, весьма гетерогенную смесь различных генотипов.

Таким образом, элементарным эволюционным явлением нужно считать длительное и векторизованное изменение генотипического состава популяции. Совершенно ясно, что без таких генетических изменений популяции невозможно начало и протекание эволюционного процесса, хотя элементарное эволюционное явление в только что сформулированном смысле само по себе еще отнюдь не является эволюционным процессом.

                 3.Генофонд популяции – причины его изменения. 

Происхождение термина «генофонд»

Впервые термин и концепцию генофонда сформулировал русский советский генетик А. С. Серебровский в 1928 году 

Позднее понятие генофонда перекочевало в западную науку благодаря Ф. Г. Добржанскому, который перевёл русскоязычный термин на английский язык как «gene pool»

Генофонд

(от ген и франц. fond — основание), совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции, группы популяций или вида.

Основой генетической целостности популяции  является наличие полового процесса, обеспечивающего возможность постоянного обмена внутри её наследственным  материалом. 

В результате формируется единый генофонд  популяции, куда в каждом поколении особями разного генотипа вносится больший или меньший вклад, 

в зависимости от их приспособительной ценности. 

Важнейшая особенность единого генофонда — его глубокая дифференцированность и неоднородность.

Задание классу:

В популяциях самоопыляемых растений преобладают особи гомозиготные по многим признакам. Чем это объясняется

   4.Популяция с изменённым генофондом – родоначальник нового вида. 

Процесс образования новых видов начинается внутри популяции, то есть популяция является элементарной единицей эволюции. Почему же именно популяцию, а не вид или отдельную особь рассматривают как элементарную единицу эволюции?

Особь не может эволюционировать. Она может изменяться, приспосабливаясь к условиям внешней среды. Но эти изменения не эволюционные, так как они не передаются по наследству. Вид, как правило, неоднороден и состоит из ряда популяций. Популяция относительно самостоятельна и может длительное время существовать вне связи с другими популяциями вида. В популяции протекают все эволюционные процессы: у особей возникают мутации, между особями происходит скрещивание, действуют борьба за существование и естественный отбор. В результате генофонд популяции со временем изменяется, и она становится родоначальником нового вида. Именно поэтому элементарная единица эволюции - популяция, а не вид.

Рассмотрим закономерности на следования признаков в популяциях разных типов. Эти закономерности различны для самооплодотворяющихся и раздельнополых организмов. Самооплодотворение особенно часто наблюдается у растений. У самоопыляющихся растений, например гороха, пшеницы, ячменя, овса, популяции состоят из так называемых гомозиготных линий. Чем объясняется их гомозиготность? Дело в том, что при самоопылении увеличивается доля гомозигот в популяции, а доля гетерозигот сокращается.

Чистая линия - это потомки одной особи. Она представляет собой совокупность самоопыляющихся растений.

             5. В.Иоганнсен – основоположник изучения генетики популяций.

                              Причины генетического равновесия в популяции.

Начало изучения генетики популяций было положено в 1903 г датским ученым В. Иоганнсеном. Он исследовал популяцию самоопыляемого растения фасоли, легко дающей чистую линию - группу потомков отдельной особи, генотипы которых идентичны.

Иоганнсен взял семена одного сорта фасоли и определил изменчивость одного признака - массы семени. Оказалось, что она варьирует от 150 мг до 750 мг. Ученый высеял отдельно две группы семян: массой от 250 до 350 мг и массой от 550 до 650 мг. Средняя масса семени вновь выросших растений составила в легкой группе 443,4 мг, в тяжелой - 518 мг. Иоганнсен сделал вывод, что исходный сорт фасоли состоит из генетически различных растений.

В течение 6-7 поколений ученый вел отбор семян тяжелых и легких с каждого растения, то есть про водил отбор в чистых линиях. В результате он пришел к выводу, что отбор в чистых линиях не дал сдвига ни в сторону легких, ни в сторону тяжелых семян, значит в чистых линиях отбор не эффективен. А изменчивость массы семян внутри чистой линии является модификационной, ненаследственной и возникает под воздействием условий среды.

Задание классу:

Найдите в тексте учебника ответ на вопрос: почему  В.Иогансен отбор в чистых линиях считает не эффективным?

                              6.Причины генетического равновесия в популяции.

                                                        Закон Харди – Вайнберга.
Закономерности наследования признаков в популяциях раздельно полых животных и перекрестноопыляемых растений были установлены независимо друг от друга английским математиком Дж Харди и немецким врачом В. Вайнбергом в 1908-1909 гг. Эта закономерность, получившая название закона Харди - Вайнберга, отражает зависимость между частотами аллелей и генотипов в популяциях. Данный за кон объясняет, каким образом в популяции сохраняется генетическое равновесие, то есть число особей с доминантными и рецессивными при знаками остается на определенном уровне.

Согласно этому закону, частоты доминантных и рецессивных аллелей в популяции будут оставаться постоянными из поколения в поколение при наличии определенных условий: высокой численности особей в популяции; свободном их скрещивании; отсутствии отбора и миграции особей; одинаковой численности особей с разными генотипами.

Нарушение хотя бы одного из этих условий ведет к вытеснению одного аллеля (например, А) другим (а). Под действием естественного отбора, популяционных волн и других факторов эволюции особи с доминантным аллелем А будут вытеснять особи с рецессивным аллелем а.

В популяции может измениться соотношение особей с разными генотипами. Предположим, что генетический состав популяции был таким: 20% АА, 50% Аа, 30% аа. Под воздействием факторов эволюции он может оказаться следующим: 40% АА, 50% Аа, 10% аа. Используя закон Харди - Вайнберга, можно вычислить частоту встречаемости любого доминантного и рецессивного гена в популяции, а также любого генотипа.

Популяция - элементарная единица эволюции, так как она обладает относительной самостоятельностью и ее генофонд может изменяться. Закономерности наследования различны в популяциях разных типов. В популяциях самоопыляющихся растений отбор происходит между чистыми линиями. В популяциях раздельнополых животных и перекрестноопыляемых растений закономерности наследования подчиняются закону Харди - Вайнберга.

В соответствии с законом Харди - Вайнберга при относительно постоянных условиях частота аллелей в популяции остается неизменной из поколения в поколение. В этих условиях популяция находится в состоянии генетического равновесия, в ней не происходят эволюционные изменения. Однако в природе нет идеальных условий. Под влиянием факторов эволюции - мутационного процесса, изоляции, естественного отбора и др. - генетическое равновесие в популяции постоянно нарушается, происходит элементарное эволюционное явление - изменение генофонда популяции.  На следующем уроке мы рассмотрим действие различных факторов эволюции.

Контроль знаний.

1. Что представляет собой популяция?
2. Почему популяцию называют единицей эволюции?
3. Под влиянием каких факторов изменяется генофонд популяции?
4. Под влиянием каких факторов популяция становиться родоначальником нового вида?
5. Какие генетические исследования популяции проводил В.Иогансен?
6. В чём сущность закона Харди –Вайнберга?

Домашнее задание: прочитать и пересказать параграф 42, ответить устно на вопросы после параграфа.

Рефлексия:

Продолжите предложения

• Мне было интересно…
• Мы сегодня разобрались…
• Я сегодня понял, что…
• Мне было трудно…
• На следующем уроке  я хочу