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: