UntitledWprowadzenie Przeczytaj Symulacja interaktywna Sprawd si Dla nauczyciela
Dobór naturalny zapewnia przetrwanie osobników najlepiej przystosowanych do warunków rodowiska. To podstawowy mechanizm, który odpowiada za du rónorodno organizmów na Ziemi. Ze wzgldu na wpyw na populacj wyróniamy trzy typy doboru: kierunkowy, stabilizujcy i rozrywajcy.
Twoje cele
Wyjanisz pojcie doboru naturalnego. Zdefiniujesz rodzaje doboru naturalnego. Omówisz mechanizm dziaania doboru naturalnego.
Dobór naturalny to mechanizm ewolucji opisany przez Karola Darwina i Alfreda Wallace’a w 1858 r. Obaj pracowali niezalenie od siebie, na rónych kontynentach, ale wymieniali si spostrzeeniami w listach. ródo: Pixabay, domena publiczna.
Dobór naturalny i jego rodzaje
Przeczytaj
Dobór naturalny
Dobór naturalny, zwany równie selekcj naturaln, to mechanizm ewolucji opisany w 1858 r. niezalenie od siebie – przez Karola Darwina i Alfreda R. Wallace’a. Za jego pomoc naukowcy wyjanili powstawanie przystosowa (adaptacji) i specjacje, czyli powstawanie nowych gatunków. Pracowali oddzielnie, na rónych kontynentach, ale listownie wymieniali si obserwacjami. Darwin uchodzi za twórc teorii, bo jako pierwszy oficjalnie j opublikowa w Anglii. Wallace bada w tym czasie gatunki w Nowej Gwinei, a do Anglii wróci cztery lata póniej.
ródo: Wikimedia Commons, domena publiczna.
Mechanizm doboru naturalnego
Dobór naturalny jest mechanizmem prowadzcym do zmian w populacji zwikszajcych adaptacje jej osobników do warunków rodowiskowych. Osobniki lepiej przystosowane maj wiksze szanse na pozostawienie po sobie wikszej liczby potomstwa, które doyje do wieku dojrzaego i bdzie si dalej rozmnaa. Jeeli zatem zmienno cech decydujcych o przystosowaniu jest dziedziczna, to z pokolenia na pokolenie coraz wiksz cz populacji stanowi bd osobniki obdarzone adaptacjami. Poniewa zasoby kadego rodowiska s ograniczone i nie wszystkie rodzce si w nim osobniki maj szans przeycia, kady organizm bezustannie prowadzi
lk b b k
walk o byt. Zwyciaj w niej osobniki najlepiej dopasowane do swojego rodowiska. Pewne cechy s dziedziczne, dlatego z pokolenia na pokolenie powinna zwiksza si czsto wystpowania osobników dobrze przystosowanych, czyli powinna zachodzi ewolucja wewntrz populacji i gatunków. Tak rozumiany dobór naturalny stanowi podstaw darwinizmu. We wspóczesnym ewolucjonizmie podkrela si nieuchronno dziaania doboru naturalnego w przyrodzie. Wszystkie organizmy d do pozostawienia potomstwa. S te obdarzone zmiennoci cech dziedzicznych, wspódecydujcych o ich sukcesie reprodukcyjnym. I wreszcie – yj w warunkach konkurencji wewntrzgatunkowej. Niedostrzegan dawniej form doboru naturalnego jest dobór krewniaczy. Termin „dobór krewniaczy” zosta zaproponowany w 1964 r. przez brytyjskiego biologa ewolucyjnego Williama Hamiltona. Stwierdzi on, e osobniki spokrewnione s nosicielami wielu identycznych genów. Zatem sukces reprodukcyjny krewnych danego osobnika jest genetycznie równowany przeyciu i rozmnaaniu si tego konkretnego osobnika. Na gruncie teorii doboru krewniaczego sformuowano zasady socjobiologii, nauki badajcej przejawy ycia spoecznego w kontekcie ewolucyjnym z uwzgldnieniem selekcji na poziomie genowym. W takim ujciu ostatecznym elementem doboru naturalnego jest gen, a nie osobnik.
Dziaaniem doboru krewniaczego mona wyjani zjawisko altruizmu. S to wszelkie zachowania behawioralne lub fizjologiczne w interesie krewnych danego organizmu, majce cechy „powicenia”. Zachowania takie powstay w procesie ewolucyjnym w wyniku selektywnego dziaania doboru naturalnego.
Najprostszym przykadem jest altruistyczne zachowanie rodziców w stosunku do swego potomstwa, zwaszcza w pierwszym okresie opieki nad nim. Bardziej zoony jest altruizm kolonii czy grupy, zwaszcza altruizm owadów spoecznych – powicanie ycia (np. kasta onierzy u termitów) w obronie gniazda czy brak uczestnictwa w reprodukcji (np. robotnice pszczó lub mrówek) na rzecz podnoci królowej matki. Osobliwym przykadem altruizmu jest opuszczanie gniazda przez chore (zranione) robotnice niektórych mrówek, gdy nie mog ju spenia swoich funkcji, natomiast mogyby stanowi zagroenie dla spoecznoci. Dziki zachowaniom altruistycznym geny osobnika, który ginie bezpotomnie, pozostaj mimo wszystko w populacji, bo zwiksza on sukces rozrodczy pozostaych osobników – swoich genetycznych krewniaków.
Rodzaje doboru naturalnego
Promuje (czyli zwiksza udzia w populacji) fenotyp skrajny pod wzgldem wzgldem danej cechy i eliminuje fenotyp z drugiej skrajnoci. Na przykad jeli czynnikiem podlegajcym doborowi jest dugo futra (im dusze futro, tym wiksza szansa przetrwania), to wynikiem dziaania doboru w cigu wielu pokole bdzie zwikszanie si przecitnej dugoci sierci w populacji. Po pewnym czasie dugo futra moe osign warto optymaln w danych warunkach, wtedy dobór zmienia si w stabilizujcy.
Przykady:
Pterozaury w cigu 155 mln lat swego istnienia zwikszyy rozmiary o 3000 proc. Jednak wizao si to ze stopniowym spadkiem rónorodnoci tych zwierzt. Najwikszy skok w zwikszaniu si rozmiarów ciaa gadów latajcych nastpi tu po pojawieniu si ptaków. Zatem gównym czynnikiem doboru kierunkowego u pterozaurów moga by konkurencja midzygatunkowa.
U tzw. zib Darwina, obserwowanych przez tego badacza na wyspach Galapagos, w latach suchych faworyzowane s ptaki due i o duych dziobach (nasiona s wówczas wiksze i twardsze), a w latach wilgotnych – ptaki mniejsze (zwiksza si wówczas ilo atwo dostpnego pokarmu).
Z doborem kierunkowym zwizane jest równie zjawisko melanizmu przemysowego. Polega ono na wzrocie w populacji liczby ciemno ubarwionych osobników,
Dobór kierunkowy
wywoanym przez zanieczyszczenia przemysowe. Zaobserwowano to w okolicach Manchesteru u nocnego motyla krpaka brzozowego zwanego te nabrzozakiem (Biston betularia), w dzie picego na pniach drzew. W rejonie tym w wyniku zanieczyszczenia powietrza zaczy znika z drzew porosty, odsaniajc ciemn kor.
Rodzaje doboru naturalnego. Krzywa niebieska ukazuje rozkad zmiennoci cechy w populacji wyjciowej, a krzywa czerwona – rozkad zmiennoci po zadziaaniu danego typu doboru. Obszary róowe to zmienno, która ulega eliminacji (dobór dziaa przeciwko niej). Dobór stabilizujcy promuje wartoci porednie danej cechy, dlatego po zadziaaniu doboru mona zaobserwowa zanik cech skrajnych w populacji. Dobór kierunkowy promuje jedn ze skrajnoci danej cechy, eliminujc drug skrajno, dlatego po zadziaaniu tego typu doboru rednia warto danej cechy w populacji ulega przesuniciu w stron promowanej skrajnoci cechy. Dobór rozrywajcy promuje wartoci skrajne danej cechy, dlatego w wyniku jego dziaania spada ilo osobników wykazujcych cechy o wartociach porednich. ródo: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Dobór pciowy
Dobór pciowy to efekt dziaania doboru naturalnego w odniesieniu do kadej cechy zwikszajcej skuteczno w konkurencji midzy osobnikami tej samej pci o partnera reprodukcyjnego. Termin ten zosta wprowadzony przez Darwina dla uzasadnienia obecnoci u niektórych zwierzt (czsto tylko u jednej pci) cech „kosztownych” z punktu
Dobór stabilizujcy
Dobór rozrywajcy
Samiec pawia indyjskiego (Pavo cristatus). Samice wybieraj najlepiej wybarwione osobniki. ródo: Pixabay, domena publiczna.
Sownik adaptacja
darwinizm
klasyczna teoria z dziedziny ewolucjonizmu, sformuowana niezalenie przez Karola Darwina i Alfreda R. Wallace’a; darwinizm gosi, e gatunki powstaj z innych gatunków w wyniku ewolucji, której podstawowym mechanizmem jest dobór naturalny
dobór kierunkowy
mechanizm ewolucji, który polega na eliminowaniu osobników o jednej ze skrajnych wartoci danej cechy, prowadzc do przesunicia redniej wartoci tej populacji
w stron przeciwnej skrajnoci; zachodzi w rodowisku zmieniajcym si
dobór naturalny
dobór rozrywajcy
efekt dziaania doboru naturalnego w sytuacji, gdy faworyzowane reprodukcyjnie s osobniki o skrajnych wartociach cech, a tym samym eliminowane osobniki o cechach porednich; zachodzi w niejednorodnym rodowisku; sprzyja utrzymaniu zrónicowania genetycznego i moe powadzi do specjacji
dobór stabilizujcy
mechanizm ewolucji, który polega na eliminowaniu osobników o skrajnych wartociach danej cechy (w tym kodowanych przez nowe, zmutowane allele), a tym samym premiowaniu osobników o rednich wartociach cechy; zachodzi w stabilnym rodowisku; sprzyja utrzymaniu istniejcej struktury genowej populacji ju dobrze przystosowanej do danych warunków
Symulacja interaktywna
Symulacja 1
Zasób interaktywny dostpny pod adresem hps://zpe.gov.pl/a/DM3nDl8g1
ródo: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Polecenie 1
Polecenie 2
Na podstawie symulacji interaktywnej wytumacz, na czym polega mechanizm doboru
naturalnego.
Wyjanij, dlaczego na obszarach tundrowych brzowe zajce czciej padaj ofiar
drapieników.
Na podstawie symulacji wyjanij, dlaczego w kolejnym pokoleniu pojawiy si wycznie
zajce o biaej barwie futra.
Sprawd si
Dobór pciowy jest szczególnym przykadem doboru naturalnego. Hipoteza handicapu tumaczca dobór pciowy mówi, e osobniki pci przeciwnej do rozrodu dobieraj partnerów o cechach wyróniajcych si i jednoczenie upoledzajcych ich zdolno do ucieczki przed drapienikiem. Przykadem moe by preferowany przez samice, duy i kolorowy ogon pawia. Na podstawie powyszego tekstu i wasnej wiedzy, wybierz poprawne wytumaczenie, dlaczego samice preferuj u partnera rozoysty i jaskrawo ubarwiony ogon.
Samiec posiadajcy duy i barwny ogon, moe przekaza geny odpowiedzialne za t cech potomstwu, dziki czemu bdzie ono lepiej przystosowane do warunków rodowiska.
Dojrzay pciowo samiec pawia ma wybarwiony ogon jedynie w okresie toków. Ogon nie zwiksza wic na stae zagroenia atakiem drapienika, a zwraca uwag samicy i podnosi szans na przekazanie swoich genów kolejnym pokoleniom.
Samica wybiera samca z rozoystym i barwnym ogonem poniewa jest on dla niej lepiej widoczny. Nie wie si to z korzystnymi lub negatywnymi cechami samca.




ródo: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.



Informacja do wiczenia 4.
Problematyczny w zrozumieniu doboru naturalnego jest czas, w jakim musi on dziaa na populacj eby zaszy zmiany, które czowiek jest w stanie dostrzec. Czsto warunki rodowiska nie zmieniaj si zbyt szybko i skutki doboru naturalnego (wliczajc w to specjacj) s niemoliwe do dostrzeenia nie tylko przez jednostki, ale nawet przez cae pokolenia. Ewolucja to proces cigy i dugotrway.
W 1988 roku Richard Lenski rozpocz eksperyment polegajcy na prowadzeniu nieustannej hodowli bakterii paeczki okrnicy (Escherichia coli). Zaoy on 12 hodowli pochodzcych od dwóch kolonii bakteryjnych rónicych si neutralnym genetycznym markerem. Bakterie uyte do hodowli nie posiaday plazmidów i bakteriofagów. Codziennie 1 proc. kadej populacji by pobierany przez naukowca i mroony do póniejszych analiz. Do 13 marca 2017 roku Richard Lenski przeprowadzi 10000 takich pobra. O eksperymencie zrobio si gono w wiecie nauki dziki wynikom sugerujcym ekstremalnie szybk ewolucj hodowanych bakterii. Gównym zwizkiem organicznym, którym mogy odywia si bakterie we wspomnianej hodowli bya glukoza.
Bakterie E. coli przed eksperymentem potrafiy korzysta take z innych róde energii (fruktozy, galaktozy i innych). Jednak w trakcie trwania dowiadczenia, we wszystkich populacjach zaobserwowano stopniow utrat zdolnoci do ich metabolizowania. Jednoczenie komórki bakterii we wszystkich populacjach zwikszay swoje rozmiary i coraz efektywniej wykorzystyway glukoz. Cz populacji (nazwana mutatorow) ulegaa zmianom genetycznym powodujcym pogorszenie procesów naprawczych DNA i w konsekwencji znacznie zwikszon czstotliwo mutacji genetycznych.
Najbardziej zaskakujce byo jednak odkrycie populacji, która zacza metabolizowa cytrynian w warunkach tlenowych. Charakterystyka E. coli jako gatunku mówi, e s one do tego niezdolne. Co wicej ta niezdolno jest jednym z waniejszych parametrów pozwalajcych odrónia E. coli od bakterii z rodzaju Salmonella. Populacja bakterii, która w czasie trwania eksperymentu nabya zdolno do metabolizowania cytrynianu w warunkach tlenowych, nie naleaa do populacji mutatorowych. 
wiczenie 3
Dopasuj rodzaj doboru naturalnego, do rodowiska, w którym najczciej zachodzi.
Dobór stabilizujcy zmieniajce si rodowisko
Dobór kierunkowy niejednorodne rodowisko
Dobór rozrywajcy stabilne rodowisko

Na podstawie: Richard E. Lenski, What is adaptation by natural selection? Perspectives of an experimental microbiologist,
PloS Genetics, 2017
Na podstawie powyszego tekstu i wasnej wiedzy, pocz rodzaj doboru naturalnego z przykadem adaptacji badanych bakterii.
dobór kierunkowy wystpujca u wszystkich badanych
populacji tendencja do wzrostu rozmiarów komórki
dobór stabilizujcy
metabolizowania innych zwizków organicznych ni glukoza

wiczenie 5
Na podstawie tekstu do wiczenia 4. i wasnej wiedzy, oznacz ponisze zdania, jako prawdziwe lub faszywe.
Prawda Fasz
dziki czstym podziaom ich komórek.
Zmiany genetyczne bakterii, bdce wynikiem dziaania doboru naturalnego, mogy zosta wywoane midzy
innymi transdukcj i koniugacj.
przynosiy jedynie pozytywne zmiany
czsto mutacji, obserwowano zmiany




Jednym z najbardziej znanych przykadów zachodzenia ewolucji „na naszych oczach” jest melanizm przemysowy u my zwanej krpakiem brzozowym lub nabrzozakiem (Biston betularia).
my tego gatunku wystpuj w dwóch warunkowanych genetycznie typach ubarwienia – jasnym i ciemnym. W cigu dnia przebywaj one na korze drzew i wtedy istotne znaczenie ma ubarwienie osobników, pozwalajce im „zlewa” si z otoczeniem i by niewidocznymi dla ptaków. Zaobserwowano, e w XIX w. na terenach Anglii przewaay my o jasnym ubarwieniu. Na przeomie wieku XIX i XX na terenach przemysowych upowszechniy si osobniki ciemne.
wiczenie 6
Na podstawie tekstu do wiczenia 4. i wasnej wiedzy, uzupenij poniszy tekst tak, eby stanowi poprawn informacj. W kadym nawiasie umie poprawne okrelenie.
Zdolno bakterii E. coli do metabolizowania cytrynianu w rodowisku tlenowym powstaa
w wyniku . Zostaa ona utrwalona dziki dziaaniu . Zmieniona populacja,
potrafica metabolizowa cytrynian naley do gatunku rodzaju . Dziki zdolnoci do
pozyskiwania energii z innego róda, konkurencja pomidzy tymi bakteriami, a bakteriami
niezmienionymi .
Escherichia

Odmiana typowa. ródo: Jerzy Strzelecki, Wikimedia Commons, licencja: CC BY 3.0.
wiczenie 7
o ciemnym ubarwieniu?
warunkujcych ubarwienie opisanych owadów.
Grupa docelowa: uczniowie III etapu edukacyjnego – ksztacenie w zakresie podstawowym i rozszerzonym
Podstawa programowa: Zakres podstawowy Treci nauczania – wymagania szczegóowe IX. Ewolucja. Ucze: 5) wyjania mechanizm dziaania doboru naturalnego i przedstawia jego rodzaje (stabilizujcy, kierunkowy i rónicujcy); 6) wykazuje, e dziki doborowi naturalnemu organizmy zyskuj nowe cechy adaptacyjne; Zakres rozszerzony Treci nauczania – wymagania szczegóowe XVI. Ewolucja. Ucze: 5) wyjania mechanizm dziaania doboru naturalnego i przedstawia jego rodzaje (stabilizujcy, kierunkowy i rónicujcy); 6) wykazuje, e dziki doborowi naturalnemu organizmy zyskuj nowe cechy adaptacyjne;
Ksztatowane kompetencje kluczowe:
Cele operacyjne ( jzykiem ucznia):
Strategie nauczania:
konstruktywizm; konektywizm.
Formy pracy:
praca indywidualna; praca w parach; praca w grupach; praca caego zespou klasowego.
rodki dydaktyczne:
Przed lekcj:
2. Uczniowie przypominaj sobie informacje na temat teorii doboru naturalnego.
Przebieg lekcji
Faza wstpna:
2. Odwoanie do wczeniejszej wiedzy. Nauczyciel prosi chtnych uczniów o zdefiniowanie terminu „dobór naturalny” oraz przypomnienie, na czym polega ten mechanizm.
Faza realizacyjna:
1. Prezentacje uczniów. Cz waciwa lekcji zaczyna si od prezentacji i omówienia przez grupy materiaów przygotowanych w domu. Nauczyciel z ca klas wybiera
najlepsz prezentacj, tzn. tak, która w skondensowany i poprawny sposób przedstawia informacje na temat wszystkich zagadnie.
2. Mapa poj. Uczniowie indywidualnie tworz w zeszytach map myli zwizan z tematem lekcji, na podstawie treci z sekcji „Przeczytaj” i prezentacji.
3. Praca z multimedium („Symulacja interaktywna”). Nauczyciel wywietla na tablicy interaktywnej lub za pomoc rzutnika multimedium. Uczniowie odczytuj polecenie nr 3 („Jaki rodzaj doboru naturalnego zosta przedstawiony na symulacji interaktywnej?”) i wykonuj je w parach. Nastpnie dziel si swoimi odpowiedziami na forum klasy.
4. Uczniowie, pracujc w parach, wykonuj polecenie nr 4 („Wyjanij, dlaczego brzowe zajce czciej padaj ofiar drapieników na obszarach tundrowych”) oraz 5 („Na podstawie symulacji wyjanij, dlaczego w kolejnym pokoleniu pojawiy si wycznie zajce o biaej barwie futra”). Nauczyciel w razie potrzeby naprowadza ich na prawidowe rozwizanie.
5. Uczniowie wykonuj w grupach wiczenia nr 8 i 9, odnoszce si do tekstu ródowego o melanizmie przemysowym u krpaka brzozowego, nastpnie wylosowany zespó prezentuje swoje rozwizania na forum. Pozostae grupy komentuj i uzupeniaj informacje.
Faza podsumowujca:
1. Uczniowie rozwizuj wiczenie nr 5 (typu „prawda/fasz”) z sekcji „Sprawd si”. Nastpnie przygotowuj podobne zadanie dla osoby z pary: wymylaj trzy prawdziwe lub faszywe zdania dotyczce tematu lekcji. Uczniowie wykonuj wiczenie otrzymane od kolegi lub koleanki.
2. Nauczyciel wywietla treci zawarte w sekcji „Wprowadzenie” i na ich podstawie dokonuje podsumowania najwaniejszych informacji przedstawionych na lekcji. Wyjania take wtpliwoci uczniów.
Praca domowa:
1. Wykonaj wiczenia od 1 do 4 z sekcji „Sprawd si”.
Materiay pomocnicze:
Neil A. Campbell i in., „Biologia Campbella”, tum. K. Stobrawa i in., Rebis, Pozna 2019. „Encyklopedia szkolna. Biologia”, red. Marta Stplewska, Robert Mitoraj, Wydawnictwo Zielona Sowa, Kraków 2006.
Dodatkowe wskazówki metodyczne: