ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ: Естественное богатство нашей планеты связано с разнообразием

Разнообразие биологических видов — биология — Я Биолог

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ: Естественное богатство нашей планеты связано с разнообразием

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Что такое биологическое разнообразие?

Сохранение биологического разнообразия центральная задача биологии сохранения живой природы. По определению, данному Всемирным фондом дикой природы (1989), биологическое разнообразие – это “все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу”.

Таким образом, биологическое разнообразие следует рассматривать на трех уровнях. Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов.

В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции.

Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями.

Для беспрерывного выживания видов и природных сообществ необходимы все уровни биологического разнообразия, все они важны и для человека. Разнообразие видов демонстрирует богатство эволюционных и экологических адаптаций видов к различным средам.

Видовое разнообразие служит для человека источником разнообразных естественных ресурсов. Например, влажные тропические леса с их богатейшим набором видов производят замечательное разнообразие растительных и животных продуктов, которые могут использоваться в пищу, в строительстве и медицине.

Генетическое разнообразие необходимо любому виду для сохранения репродуктивной жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, способности к адаптации в изменяющихся условиях.

Генетическое разнообразие домашних животных и культивируемых растений особенно ценно для тех, кто работает над селекционными программами по поддержанию и улучшению современных сельскохозяйственных видов.

Разнообразие на уровне сообществ представляет собой коллективный отклик видов на различные условия окружающей среды.

Биологические сообщества, характерные для пустынь, степей, лесов и затопляемых земель, поддерживают непрерывность нормального функционирования экосистемы, обеспечивая ее “обслуживание”, например, с помощью регулирования паводков, защиты от почвенной эрозии, фильтрации воздуха и воды.

Здоровая окружающая среда составляет огромную экономическую, эстетическую и этическую ценность. Поддержание здоровья окружающей среды означает сохранение в хорошем состоянии всех ее составляющих: экосистем, сообществ, видов и генетического разнообразия.

Первоначальные небольшие нарушения в каждом из этих компонентов могут в конечном итоге привести к его полному разрушению. При этом сообщества деградируют и сокращаются пространственно, теряют свое значение в экосистеме и в конечном итоге окончательно разрушаются.

Но пока все исходные для сообщества виды сохраняются, оно еще может восстановиться. При уменьшении численности вида сокращается внутривидовая изменчивость, что может повлечь за собой такие генетические сдвиги, от которых вид уже не сможет оправиться.

Потенциально после своевременных успешных спасательных мероприятий вид может восстановить свою генетическую изменчивость путем мутаций, естественного отбора и рекомбинаций.

Но у вымирающего вида уникальность содержащейся в его ДНК генетической информации и комбинаций признаков, которыми он обладает, утрачиваются навсегда. Если вид вымер, то его популяции уже не восстановимы; сообщества, в которые они входили, безвозвратно обеднены и потенциальная ценность вида для человека окончательно утрачена.

Несмотря на то, что местообитание не подверглось явному разрушению или фрагментации населяющие его сообщества могут быть глубоко затронуты деятельностью человека.

Внешние факторы, которые не изменяют доминирующую растительную структуру сообщества, могут тем не менее привести к нарушениям в биологических сообществах и в конечном итоге к исчезновению видов, хотя эти нарушения заметны не сразу.

Например, в лиственных лесах умеренного пояса деградация местообитаний может быть вызвана частыми неконтролируемыми низинными пожарами; эти пожары не обязательно губят зрелые деревья, но постепенно обедняют богатые сообщества лесных травянистых растений и насекомых лесной подстилки.

Незаметно для общественности, рыболовные суда ежегодно тралами бороздят около 15 млн км2 океанского дна, то есть разрушают площадь в 150 раз большую, чем площадь вырубаемых за тот же период лесов. Тралы с рыболовных судов повреждают такие нежные создания, как анемоны и губки, и сокращают видовое разнообразие, биомассу и изменяют структуру сообществ.

Загрязнение окружающей среды является наиболее универсальной и коварной формой ее разрушения. Чаще всего его вызывают пестициды, удобрения и химикаты, промышленные и городские сточные воды, газовые выбросы заводов и автомобилей, и отложения, намытые с возвышенностей.

Визуально эти типы загрязнения часто бывают не очень заметны, хотя они и происходят вокруг нас каждый день почти в любой части света.

Глобальное влияние загрязнения на качество вод, качество воздуха и даже климат на планете находится в центре внимания не только из-за угрозы биологическому разнообразию, но и из-за влияния на здоровье человека.

Хотя иногда загрязнение окружающей среды является очень заметным и пугающим, например в случае с массовыми разливами нефти и 500 пожарами на нефтяных скважинах, имевшими место в ходе войны в Персидском заливе, но наиболее угрожающими являются скрытые формы загрязнения, главным образом потому, что их действие проявляется не сразу.

Комплексный подход к защите биологического разнообразия и улучшения жизни человечества, осуществляемый через систему строгих правил, поощрений и штрафов, а также мониторинга окружающей среды, должен изменить фундаментальные ценности нашего материального общества.

Этика окружающей среды, новое энергично развиваемое направление в философии, отражает этическую ценность природы мира [Van de Veer, Pierce, 1994; Armstrong, Botzler, 1998].

Если наше общество будет опираться на принципы этики окружающей среды, то сохранение природной среды и поддержание биологического разнообразия станет фундаментальным и приоритетным направлением. Естественным

последствием станет: снижение потребления ресурсов, расширение охраняемых территорий и усилия по ограничению роста населения земного шара. Тысячи лет многие традиционные культуры успешно сожительствуют друг с другом благодаря

социальной этике, которая поддерживает личную ответственность и эффективное рациональное использование ресурсов, – и это может стать приоритетом для современных.

Можно выдвинуть несколько аргументов этического плана в защиту сохранения всех видов, независимо от их экономической ценности. Последующие рассуждения важны для биологии сохранения, поскольку они представляют логические доводы в защиту редких видов и видов, не имеющих очевидной экономической ценности.

Каждый вид имеет право на существование. Все виды представляют уникальное биологическое решение проблемы выживания. На этом основании существование каждого вида должно быть гарантировано, независимо от распространения данного вида и его ценности для человечества.

Это не зависит от численности вида, от его географического распространения, древний это или недавно появившийся вид, экономически значим он или нет. Все виды являются частью бытия и поэтому имеют столько же прав на жизнь, сколько и человек. Каждый вид ценен сам по себе, независимо от потребности человека.

Кроме того, что люди не имеют права уничтожать виды, они еще должны и нести ответственность за принятие мер по предотвращению вымирания вида в результате человеческой деятельности.

Этот аргумент предвосхищает то, что человек поднимется над ограниченной антропоцентрической перспективой, станет частью жизни и отождествится с большим жизненным сообществом, в котором мы будем уважать все виды и их право на существование.

Как можно давать право на существование и законодательно защищать виды, лишенные человеческого сознания и понятия морали, права и долга? Далее, как могут виды не животного происхождения, такие как мхи или грибы, иметь права, когда у них нет даже нервной системы, чтобы соответствующим образом воспринимать окружающую среду? Многие защитники этики окружающей среды полагают, что виды имеют право на жизнь потому, что они производят потомство и непрерывно адаптируются к изменяющемуся окружению. Преждевременное вымирание видов в результате человеческой деятельности разрушает этот естественный процесс и может рассматриваться как “сверхубийство” [Rolston, 1989], поскольку оно убивает не только отдельных представителей, но и будущие поколения видов, ограничивая процесс эволюции и видообразования.

Все виды взаимозависимы. Виды как части естественных сообществ взаимодействуют сложным образом. Потеря одного вида может иметь далеко идущие последствия для других видов сообщества. В результате могут вымереть другие виды, и все сообщество дестабилизируется в результате вымирания групп видов.

Гипотеза Геи заключается в том, что по мере того, как мы все больше узнаем о глобальных процессах, нам все больше открывается, что многие химические и физические параметры атмосферы, климата и океана связаны с биологическими процессами на базе саморегулирования [Lovelock, 1988].

Если дело обстоит именно так, то наши инстинкты самосохранения должны толкать нас на сохранение биоразнообразия. Когда мир вокруг нас процветает, то и мы процветаем. Мы обязаны сохранять систему в целом, поскольку она выживает только как целое. Люди как рачительные хозяева ответственны за Землю.

Многие последователи религиозных воззрений считают уничтожение видов недопустимым, поскольку все они – творения Бога. Если Бог создал мир, то и созданные Богом виды имеют ценность.

В соответствии с традициями иудаизма, христианства и ислама человеческая ответственность за охрану видов животных и растений является как бы статьей договора с Богом. Индуизм и буддизм также строго требуют сохранения жизни в окружающей природе.

• Люди несут ответственность перед будущими поколениями. Со строго этической точки зрения, если мы истощаем природные ресурсы Земли и становимся причиной вымирания видов, то будущие поколения людей должны будут за это заплатить ценой более низкого уровня и качества жизни.

Поэтому современное человечество должно пользоваться природными ресурсами в режиме сохранения, не допуская уничтожения видов и сообществ.

Мы можем представить себе, что одалживаем Землю у будущих поколений, и когда они получат ее от нас назад, то они должны обнаружить ее в хорошем состоянии.

• Соотношение интересов человека и биологического разнообразия. Иногда считают, что забота об охране природы освобождает от необходимости заботы о человеческой жизни, но это не так.

Понимание сложности человеческой культуры и естественного мира заставляет человека уважать и защищать всю жизнь в ее многочисленных формах.

Также правда и то, что люди, вероятно, лучше смогут защищать биологическое разнообразие, когда они будут обладать полными политическими правами, надежными средствами к существованию и знаниями о проблемах окружающей среды.

Борьба за социальный и политический прогресс бедного и бесправного народа сравнима по усилиям с защитой окружающей среды. На протяжении длительного времени становления человека он шел по естественному пути “выявления всех форм жизни” и “уяснения ценности этих форм” [Naess, 1986]. В этом видится расширение круга моральных обязательств отдельного человека:

распространение его личной ответственности на родственников, на свою социальную группу, на все человечество, животных, все виды, экосистемы и в конечном итоге на всю Землю.

Природа имеет свою духовную и эстетическую ценность, превосходящую ее экономическую ценность. На протяжении всей истории отмечалось, что религиозные мыслители, поэты, писатели, художники и музыканты черпали вдохновение в природе.

Для многих людей важным источником вдохновения являлось любование первозданной дикой природой. Простое чтение о видах или наблюдения в музеях, садах, зоопарках, фильмы о природе – всего этого не достаточно.

Почти каждый получает эстетическое наслаждение от дикой природы и ландшафтов. От активного общения с природой получают удовольствие миллионы людей. Потеря биоразнообразия уменьшает такое наслаждение.

Например, если в следующие несколько десятилетий вымрут многие киты, дикие цветы и бабочки, то будущие поколения художников и детей навсегда лишатся чарующих живых картин.

• Биологическое разнообразие необходимо для определения происхождения жизни. В мировой науке существует три главных тайны: как произошла жизнь, откуда произошло все разнообразие жизни на Земле и как эволюционирует человечество.

Тысячи биологов работают над решением этих проблем и вряд ли подошли ближе к их пониманию.

Например, недавно систематики с использованием молекулярных методик обнаружили, что куст с острова Новая Каледония в Тихом океане представляет единственный уцелевший вид из древнего рода цветковых растений.

Однако когда такие виды исчезают, теряются важные ключи к решению главных загадок, и тайна становится все более не разрешимой. Если исчезнут ближайшие родственники человека – шимпанзе, бабуины, гориллы и орангутанги – мы потеряем важные ключи к пониманию эволюции человека.

Список литературы:

Р. Примак. Основы сохранения биоразнообразия / Пер. с англ. О.С. Якименко, О.А. Зиновьевой. М.: Издательство Научного и учебно-методического центра, 2002. 256 с.

Акимова Т.А.,

Хаскин В.В. Основы экоразвития. М.: Рос. эконом. академия, 1994.

Источник: https://yabiolog.ru/stroenie/raznoobrazie-biologicheskih-vidov-biologiya.html

Генетическое разнообразие популяции связано обратной зависимостью с уровнем заботы о потомстве • Новости науки

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ: Естественное богатство нашей планеты связано с разнообразием

Виды животных сильно отличаются друг от друга по уровню генетического разнообразия (полиморфизма), однако причины этих различий точно не установлены.

Анализ транскриптомов 76 видов животных, относящихся к 31 семейству и восьми типам, позволил выявить ключевой фактор, коррелирующий с уровнем генетического полиморфизма.

Им оказался уровень родительского вклада в потомство, который можно оценить по размеру особей на той стадии, когда они покидают родителей и переходят к самостоятельной жизни.

Как выяснилось, низкий генетический полиморфизм характерен для видов, выпускающих в мир немногочисленное, но зато крупное и способное за себя постоять потомство, а высокий — для тех, кто бросает многочисленных мелких, незащищенных потомков на произвол судьбы. Данный результат заставляет пересмотреть некоторые устоявшиеся представления популяционной генетики и по-новому взглянуть на эволюционную роль заботы о потомстве.

Уровень генетического полиморфизма популяции (или вида в целом) считается в популяционной генетике важнейшим показателем, от которого зависят эволюционная пластичность вида, его приспособляемость к переменам среды и риск вымирания.

Виды животных сильно различаются по уровню генетического полиморфизма. Например, у гепардов разнообразие крайне низкое. Это объясняется недавним «бутылочным горлышком» — экстремальным снижением численности, в результате которого почти весь предковый полиморфизм был потерян.

Поэтому все ныне живущие гепарды являются близкими родственниками, а генетически они почти идентичны друг другу. У ланцетника, наоборот, полиморфизм рекордно высок (см.: Геном ланцетника помог раскрыть секрет эволюционного успеха позвоночных, «Элементы», 23.06.2008).

Это, предположительно, объясняется тем, что численность популяции ланцетников оставалась очень высокой в течение долгого времени.

Впрочем, одной лишь численностью популяции невозможно объяснить межвидовые различия по уровню полиморфизма.

Выдающийся эволюционный генетик Ричард Левонтин (Richard Lewontin) еще 40 лет назад назвал объяснение этих различий центральной проблемой популяционной генетики (R. C. Lewontin, 1974.

The Genetic Basis of Evolutionary Change). Однако добиться полной ясности в данном вопросе пока не удалось.

В теории проблема выглядит относительно простой. Согласно нейтральной теории молекулярной эволюции, в «идеальной» популяции (с абсолютно свободным, случайным скрещиванием, постоянной численностью, равным числом самцов и самок и т. д.

) должен поддерживаться постоянный, равновесный уровень нейтрального генетического полиморфизма, зависящий только от двух переменных: темпа мутагенеза (частоты появления новых нейтральных мутаций) и эффективной численности популяции, Ne (см. также Effective population size).

Последняя в идеале равна числу особей, участвующих в размножении, но в далекой от идеала реальности вычислять ее приходится сложными окольными путями — например, по косвенным признакам, указывающим на силу генетического дрейфа: чем ниже Ne, тем сильнее должен быть дрейф (см.

краткое содержание главы 3 “Effective population size” учебника по популяционной генетике).

Для большинства видов измерить Ne затруднительно. Гораздо проще оценить «обычную» численность (N). Поскольку Ne, по-видимому, все-таки должна (со всеми оговорками) положительно коррелировать с N, логично предположить, что у массовых видов генетическое разнообразие должно быть в среднем выше, чем у малочисленных.

Эмпирические данные, однако, не дают этой гипотезе однозначного подтверждения. Похоже, различия по N позволяют объяснить лишь небольшую долю межвидовой вариабельности по уровню полиморфизма.

Чем же объясняется всё остальное? Большинство специалистов предполагают совокупное влияние множества факторов, таких как темп мутагенеза (прямые данные по которому есть пока лишь для немногих видов), популяционная структура и ее динамика, отбор полезных мутаций (приводящий к «выметанию» нейтрального полиморфизма из окрестностей мутантного локуса).

Но главным фактором обычно считают историческую динамику численности, в том числе наличие в прошлом периодов резкого сокращения численности (как в случае с гепардами) или длительное их отсутствие (как в случае с ланцетниками).

Впрочем, до сих пор попытки эмпирическим путем выяснить причины межвидовых различий по уровню полиморфизма имели фрагментарный характер: анализировались либо отдельные группы животных, либо небольшое число генов.

Коллектив генетиков из Франции, Великобритании, Швейцарии и США попытался найти более общее решение «центральной проблемы популяционной генетики» при помощи современных методов секвенирования транскриптомов. Авторы получили и проанализировали транскриптомы 76 видов животных, относящихся к разным ветвям эволюционного дерева.

Изученные виды представляют 31 семейство животных, принадлежащих к восьми типам: нематодам, членистоногим, моллюскам, немертинам, кольчатым червям, иглокожим, хордовым и книдариям.

Всего было исследовано 374 транскриптома, то есть в среднем изучено примерно по пять особей каждого вида и по 10 копий каждого гена (поскольку особи диплоидные). Этого достаточно, чтобы с приемлемой точностью оценить уровень полиморфизма белок-кодирующих последовательностей.

В качестве меры нейтрального полиморфизма авторы использовали стандартный показатель — процент синонимичных различий между двумя случайно выбранными гомологичными последовательностями, πs. Был вычислен также процент несинонимичных (значимых) различий πn (см.

Nucleotide diversity).

Оказалось, что уровень полиморфизма в изученной выборке варьирует в широких пределах. Рекордно низкое генетическое разнообразие обнаружилось у термита Reticulitermes grassei (πs = 0,1%), максимальное — у морского брюхоногого моллюска Bostrycapulus aculeatus (πs = 8,3%). Различие почти на два порядка!

Виды с высоким и низким полиморфизмом распределены по эволюционному дереву довольно хаотично (рис. 1). При этом родственные виды (относящиеся к одному и тому же семейству) в среднем более сходны друг с другом по уровню полиморфзима, чем представители разных семейств.

Этот факт противоречит гипотезе о том, что главным фактором, влияющим на полиморфизм, являются случайные перипетии популяционной истории. Ведь нет оснований предполагать, что у видов, относящихся к одному семейству, должна быть сходная динамика численности.

Правда, тут мог сказаться и подбор видов для анализа: например, все три вида морских ежей семейства Schizasteridae, выбранные для анализа, — это обитатели высоких широт Южного полушария, относящиеся к «сумчатым» морским ежам с развитой заботой о потомстве (см.

ниже), хотя в этом семействе преобладают виды, не заботящиеся о потомстве.

Авторы сопоставили полученные данные с биологическими и биогеографическими характеристиками изученных видов.

Биологических характеристик было шесть: размер взрослой особи, масса тела, максимальная продолжительность жизни, подвижность (расселительная способность) взрослых особей, плодовитость и размер «пропагулы» (то есть той стадии жизненного цикла, на которой животное покидает родителей и переходит к самостоятельной жизни: у кого-то это маленькая икринка, у кого-то — почти взрослая, тщательно выкормленная и выпестованная родителями молодая особь).

Никакой корреляции генетического полиморфизма с биогеографическими и экологическими показателями (площадь ареала, приуроченность к широтным зонам, водный или наземный образ жизни и т. п.) обнаружить не удалось (хотя биогеографические характеристики, надо признать, оценивались весьма грубо).

Напротив, все шесть биологических характеристик достоверно коррелируют с полиморфизмом, в совокупности объясняя 73% вариабельности видов по показателю πs. Наилучшим предиктором полиморфизма, намного превосходящим в этом отношении остальные пять переменных, оказался размер пропагулы (рис.

 2).

В этом и состоит главная закономерность, обнаруженная авторами: чем более крупных потомков выпускают родители в мир, тем ниже (в среднем) генетический полиморфизм вида. Размер пропагулы, в свою очередь, отрицательно коррелирует с плодовитостью, причем эта корреляция весьма сильна.

Таким образом, низкий полиморфизм характерен для животных, производящих небольшое количество тщательно выпестованных, хорошо подготовленных к самостоятельной жизни потомков (K-стратегия; см.

Теория r-K отбора), а высокий — для тех, кто производит множество мелких и слабых потомков, бросая их на произвол судьбы (r-стратегия).

Размер взрослого животного коррелирует с полиморфизмом намного слабее (рис. 2, b). Этот результат является неожиданным, потому что размер, как правило, отрицательно коррелирует с численностью (популяции крупных животных в среднем имеют меньшую численность).

Логично было бы предположить, что именно размер взрослого животного будет наилучшим предиктором полиморфизма, но это не подтвердилось. Среди видов с низким полиморфизмом есть как мелкие животные (менее 1 см), так и очень крупные.

Виды одинакового размера могут иметь контрастно различающиеся уровни полиморфизма, если одни из этих видов являются K-стратегами, а другие — r-стратегами.

Например, из рассмотренных авторами пяти видов морских ежей (Echinocardium cordatum, Echinocardium mediterraneum, Abatus cordatus, Abatus agassizi, Tripylus abatoides) первые два не заботятся о потомстве, производят много мелких яйцеклеток с небольшим количеством желтка, и поэтому их потомкам приходится начинать самостоятельную жизнь в виде крохотных, питающихся планктоном личинок — эхиноплутеусов. Три последних вида относятся к марсупиальным (сумчатым) морским ежам, чьи самки производят крупные, богатые желтком яйца и вынашивают молодь в специальных выводковых камерах, представляющих собой видоизмененные органы дыхания (петалоиды). У этих видов «пропагула», переходящая к самостоятельной жизни, представляет собой уже вполне сформированного морского ежика диаметром в несколько миллиметров. Соответственно, у первых двух видов полиморфизм высокий (πs = 0,0524 и 0,0210), у трех последних — низкий (0,0028, 0,0073, 0,0087). При этом по размеру взрослых особей все пять видов мало отличаются друг от друга. Аналогичная картина характерна для K- и r-стратегов среди офиур, немертин, насекомых и др.

Что касается насекомых, то в категорию K-стратегов здесь попали эусоциальные виды: термиты, пчелы, муравьи. В данном случае очевидно, что по размеру взрослой особи нельзя судить об Ne: численность (N) муравьев может быть очень высокой, что соответствует их небольшим размерам, но размножаться из них могут лишь немногие — «цари» и «царицы» (N

Источник: https://elementy.ru/news/432358

Scicenter1
Добавить комментарий