Изоляция в биологии. определение. примеры

Географическая изоляция

Географическая изоляция является одним из основных факторов, приводящих к разделению популяций и возникновению новых видов. Когда группа организмов отделена от других, они сталкиваются с разными условиями среды обитания и начинают приспосабливаться к ним. Это может привести к появлению различных изменений в структуре и функциональности организмов, которые впоследствии могут быть причиной образования новых видов.

Преимущества географической изоляции
1. Создание условий для эволюции
2. Появление новых видов
3. Сохранение биоразнообразия

Географическая изоляция также может способствовать сохранению биоразнообразия, так как организмы могут развиваться в отдельности от других групп и сохранять свои уникальные особенности

Это особенно важно в условиях, когда природные среды обитания подвержены разрушению или изменению, так как группы организмов, находящиеся в изолированных местах, могут выжить и тем самым помочь восстановлению и сохранению экосистем

Генетическая изоляция: роль и механизмы

Генетическая изоляция играет важную роль в биологии, поскольку определяет, могут ли два организма скрещиваться и иметь потомство. Генетическая изоляция возникает в результате различных механизмов, которые препятствуют перемешиванию генетического материала между разными популяциями или видами. Эта изоляция может быть полной или частичной, и включает в себя несколько механизмов.

Один из механизмов генетической изоляции — географическая изоляция. Она возникает, когда популяции находятся на разных географических пространствах и не встречаются друг с другом. Например, популяции могут разделены горами, реками или океанами, что препятствует скрещиванию и перемешиванию генетического материала.

Другой механизм генетической изоляции — временная изоляция. Она возникает, когда популяции одного вида имеют различные активные периоды размножения. Например, некоторые птицы могут размножаться только зимой, в то время как другие размножаются только летом. Это препятствует скрещиванию между этими популяциями и сохраняет генетическую изоляцию.

Еще одним механизмом генетической изоляции является поведенческая изоляция. Она возникает, когда две популяции имеют различное поведение или сигналы, которые они используют во время размножения. Например, разные виды птиц могут иметь различный пение или жесты, которые служат для привлечения партнера. Если эти сигналы различаются, то птицы не будут скрещиваться и генетическая изоляция будет сохраняться.

Кроме того, генетическая изоляция может быть вызвана механизмом генетической несовместимости. Этот механизм возникает, когда генетический материал двух популяций несовместим между собой и не может быть передан от одного поколения к другому. Это может произойти из-за различий в структуре хромосом, генетических мутаций или наличия репродуктивных барьеров.

Таким образом, генетическая изоляция имеет важное значение в биологии, поскольку она позволяет сохранить уникальные генетические характеристики разных видов. Различные механизмы генетической изоляции обеспечивают сохранение генетического разнообразия и способствуют эволюции организмов

Исследования и модели

Понимание процессов сокращения популяции изолятов, возможно, могло бы ограничить их и лучше поддерживать биоразнообразие в долгосрочной перспективе, особенно в лесах . Поэтому мы ищем достаточно простые модельные ситуации для изучения этих явлений.

В нескольких регионах мира десятки лесных островков были искусственно созданы из местного рельефа во время подъема воды, вызванного строительством и вводом в эксплуатацию крупных плотин гидроэлектростанций . Эти островки, более или менее крупные, более или менее изолированные и иногда образующие архипелаги , представляют собой интересные «модели для изучения» для экологов. На этих островках и в более крупном масштабе (ландшафты или регион) на самом деле наблюдается сочетание процессов и воздействий инсуляризации и фрагментации лесов . Эти процессы и воздействия — частично — сопоставимы с теми, которые происходят на земле, где «изоляция» образуется, когда «участок» остаточного леса полностью окружен обезлесенными участками (сельскохозяйственными или застроенными землями) на земле.

Прежде чем такие островки будут созданы плотиной, можно, в частности , во время исследования воздействия , провести подробную инвентаризацию фауны и флоры, а также грибов или микрофауны и микрофлоры почв, обнаруженных в почве. область. Затем экологи могут наблюдать изменения по мере формирования острова или архипелагов (в целом, от нескольких месяцев до нескольких лет). Здесь вода играет роль эффективного барьера против иммиграции и эмиграции нелетающих видов, которые вряд ли переплывут с одного островка на другой или с одного островка на «континент». И искусственное озеро представляет собой легко отображаемую и относительно однородную матрицу (за исключением его глубины и влияния течений, которые могут вмешиваться в некоторые из этих процессов).

Экологи стремятся, в частности, лучше различать эффекты фрагментации леса и матричные эффекты  ; Некоторые виды быстро исчезают на островках и быстрее на небольших островах

Принимая во внимание эффекты, вызванные исчезновениями (изгнание видов, которые были добычей вымерших видов), можно — с помощью дедукции — приблизиться к ролям и экологическим функциям только что исчезнувших видов. Затем можно выделить отношения конкуренции, зависимости, взаимозависимости, биологического вектора , симбиоза или исключения и т

Д. между видами (отношения, которые менее очевидны на «континенте»). Если, например, после исчезновения плодоядного животного, которое распространяет семена деревьев, исчезает вид дерева, это указывает на возможную зависимость дерева от распространителя, этот тип рассуждений (здесь упрощенный) аналогичен рассуждениям который используется биологами с экспериментами по исключению, используемыми для понимания эффекта гена (его отсутствия у мутантного лабораторного животного) или для изучения экологии сообществ, когда один из видов отсутствует в экологической сборке окружающей среды ( опылитель, хищник например). это также ситуация, которая позволяет изучить расстояние колонизации или исследования летающих видов (например, летучих мышей- зоофагов, гематофагов, плодоядных и нектароядных в Гайане).

На островах Лаго-Гури (водный бассейн площадью 4300  км 2 , штат Боливар , Венесуэла ) было показано, что муравьи Атта («листорезы») оказали более сильное воздействие на травоядность малых островов. суть негативного изменения ландшафта и изменения состава «фрагментированных» сообществ, сохранившихся на островах. По всей видимости, это связано с сокращением числа их хищников или исчезновением некоторых из них в небольших и изолированных лесных участках.

Исследования этого типа начались в начале прошлого века с создания островов в 1914 г. после подъема озера Гатун ( Панама ), где на островках, образованных озером Гури ( Венесуэла , 1986 г.) или недавно появившимися островами, примерно в 1994 году в районе Сен-Эжен во Французской Гвиане ( плотина EDF-Petit-Saut ), где CNRS и Национальный музей естественной истории смогли установить постоянную исследовательскую станцию ​​и оборудование, чтобы «приветствовать многопрофильные группы биологов и экологов. и ветеринары, которые смогли составить перечень и непосредственно проследить последствия медленного повышения уровня воды с точки зрения изоляции и фрагментации.

Экологическая изоляция

Экологическая изоляция возникает, когда популяции организмов находятся в разных средах обитания, что приводит к появлению различных эволюционных факторов. Например, организмы, обитающие на земле, и организмы, обитающие в воде, имеют разные условия среды обитания и различные адаптации. Это может привести к разнообразию видов и формированию новых экологических ниш.

Преимущества экологической изоляции заключаются в возможности для эволюции и адаптации организмов к конкретным условиям среды. Изоляция позволяет предотвратить гибридизацию и смешение генетического материала, что способствует сохранению уникальных адаптаций и формированию новых признаков и видов. Кроме того, разделение популяций на экологическом уровне может способствовать снижению конкуренции за ресурсы и уменьшению влияния насекомых-вредителей и патогенов.

Определение и основные черты

Географическим (или аллопатрическим, от греч. allos — другой и patris — родина) видообразованием называют расхождение одного вида на несколько вследствие географической изоляции между популяциями, либо вследствие значительных отличий окружающей среды внутри самого вида. Возможными причинами таких отличий может служить, к примеру, вынужденное расселение при стихийных бедствиях, разделение популяции при изменении русла реки и так далее. Основными характеристиками аллопатрического видообразования являются:

• миграция;
• изоляция или расширение ареала;
• накопление мутаций, гено- и фенотипических различий между изолированными популяциями;
• естественный отбор, оставляющий только полезные признаки;
• репродуктивная изоляция.

Таблица этапов формирования новых ветвей при аллопатрической форме:

Расширение ареала	Вследствие благоприятных условий (время года, обилие корма), численность популяции разрастается и начинает выходить за границы своей территории
Расселение на новых территориях	На новых территориях популяция начинает разрастаться и осваивать новую территорию
Географическая изоляция	Путём, обусловленным природой, возникает разделение общего ареала на части
Отбор в новых условиях	На образованных территориях также могут происходить изменения окружающей среды, которые инициируют начало отбора особей с наиболее подходящими признаками
Биологическая изоляция	Особи новых ареалов не скрещиваются между собой, поэтому у каждой популяции каждого ареала возникают и накапливаются свои признаки
Возникновение подвидов	Накопление признаков и их закрепление позволяет сформироваться новым подвидам
Возникновение новых видов	Результатом длительной изоляции является то, что отличия на генном уровне становятся слишком значительными, и подвиды уже не могут скрещиваться между собой и становятся видами, т. е. они уже не способны давать потомство между собой

Современной науке известно около девяти миллионов видов. Эта копилка каждый год пополняется сотнями и тысячами новых. Это может означать не только то, что открываются новые неизвестные ранее территории с неизвестными живыми организмами, но и то, что природа не стоит на месте и в ней всё меняется. Вследствие постоянных изменений происходит и регулярное видообразование.

Взаимосвязь изоляции и эволюции

В биологии существует тесная связь между изоляцией и эволюцией. Изоляция играет важную роль в процессе эволюции организмов, способствуя возникновению новых видов.

Изоляция – это процесс, при котором группа организмов отделяется от остальной популяции и перестает размножаться с ней. Она может быть результатом географической, репродуктивной или экологической изоляции.

Географическая изоляция возникает, когда две популяции организмов физически разделяются географическими барьерами, такими как горы, реки или океаны. В результате такой изоляции популяции могут развиваться независимо друг от друга и накапливать генетические различия.

Репродуктивная изоляция – это невозможность размножения между двумя популяциями, даже если они физически находятся близко друг к другу. Это может происходить из-за различий в структуре, цвете или поведении организмов. Разделение на группы, которые не могут скрещиваться, приводит к разделению генного пула и формированию новых видов.

Экологическая изоляция возникает, когда отдельные популяции организмов населяют разные экологические ниши. Разные условия среды приводят к формированию различных эволюционных адаптаций и, в конечном итоге, к появлению новых видов.

Изоляция способствует разделению популяций, что приводит к накоплению генетических изменений в отдельных группах организмов. С течением времени эти изменения накапливаются и могут привести к появлению новых признаков и новых видов организмов.

Таким образом, изоляция является важным фактором в процессе эволюции. Она способствует развитию биологического разнообразия и возникновению новых видов, что является одной из основных характеристик эволюционной биологии.

Механическая изоляция, этологическая изоляция и изоляция гамет

У высших животных и растений имеются сложные репродуктивные системы или цветки, состоящие из мужских и женских репродуктивных органов, которые структурно коадаптированы так, чтобы облегчать копуляцию, осеменение или опыление при нормальном внутривидовом спаривании. Если два вида организмов различаются по строению своих половых органов или цветков, то это препятствует копуляции, осеменению или опылению между особями разных видов. Подобные препятствия создают механическую изоляцию.

Механическая изоляция описана для некоторых пар видов цветковых растений, у которых она обеспечивается сложными механизмами, имеющимися у цветка. В Бразилии Polygala vauthieri и P. monticola brizoidles (Polygalaceae) сосуществуют симпатрически, не образуя гибридов. Пчелы посещают цветки обоих видов и производят опыление. Цветки у этих двух видов Polygala устроены таким образом, что пыльца прилипает к голове пчелы, причём к разным её частям у разных видов. Благодаря такому различному местоположению пыльцы она может быть перенесена только на рыльце того же, но не других видов, что исключает межвидовую гибридизацию (Brantjes, 1982*).

В восточной части Северной Америки Impatiens capensis и I. pallida (Balsaminaceae) часто растут рядом, но не образуют гибридов. Строение цветков у этих двух видов приспособлено к различным опылителям. I. capensis обычно посещается и опыляется рубиногорлыми колибри (Archilochus colubris), a I. pallida — шмелями; изоляция между этими двумя видами и создаётся главным образом благодаря различным опылителям (Wood, 1975*). Аналогичная ситуация существует в той же области у Моnarda (Labiatae); M. didyma опыляется колибри, а М. clinopodia — шмелями (Whitten, 1981*).

У высших животных копуляции обычно предшествует ухаживание. Ухаживание слагается из ряда стимулов и реакций на них (танцы, демонстрации, пение, феромоны и т. п.), которые подготавливают самцов и самок к копуляции. Брачное поведение различается у разных видов, входящих в данную группу, а сигналы часто бывают видоспецифичными. Так, у чешуекрылых феромоны, играющие важную роль в спаривании, часто видоспецифнчны, так же как крики и пение у амфибий и птиц; вследствие этого между самками и самцами, принадлежащими к разным видам, нет взаимного влечения. Подавление межвидового спаривания, обусловленное поведением, и создаёт этологическую изоляцию.

Этологическая изоляция играет ключевую роль в предотвращении межвидовой гибридизации во многих группах животных, как позвоночных, так и беспозвоночных.

Многие водные организмы выделяют гаметы в воду. Наружное оплодотворение зависит при этом от встречи между свобод­ноживущими яйцеклетками и сперматозоидами, а их передвижение и соединение регулируются биохимическими веществами, Эти биохимические аттрактанты могут быть видоспецифичными. В результате взаимное привлечение и оплодотворение происходят между яйцеклетками и сперматозоидами одного и того же вида, но не между половыми клетками разных видов, находящимися в одном и том же водоеме. Это отсутствие взаимного привлечения у гамет разного происхождения и создаёт изоляцию гамет.

Классическим примером изоляции гамет служит морской ёж Strongylocentrotus, у которого оплодотворение наружное и происходит в морской воде. В контролируемых экспериментальных условиях, когда смеси гамет помещали в сосуды с водой, внутри каждого из двух видов — S. franciscanus и S. purpuratus — свободно происходило оплодотворение; однако межвидовые оплодотворения (самка S.f.×S. p и самка S.p.×S.f) были сильно подавлены (Lillie, 1921; Dobzhansky, 1951a*).

Исследования и модели

Понимание процессов сокращения популяции изолятов, возможно, могло бы ограничить их и лучше поддерживать биоразнообразие в долгосрочной перспективе, особенно в лесах . Поэтому мы ищем достаточно простые модельные ситуации для изучения этих явлений.

Исследования этого типа начались в начале прошлого века с создания островов в 1914 г. после подъема озера Гатун ( Панама ), где на островках, образованных озером Гури ( Венесуэла , 1986 г.) или недавно появившимися островами, примерно в 1994 году в районе Сен-Эжен во Французской Гвиане ( плотина EDF-Petit-Saut ), где CNRS и Национальный музей естественной истории смогли установить постоянную исследовательскую станцию ​​и оборудование, чтобы «приветствовать многопрофильные группы биологов и экологов. и ветеринары, которые смогли составить перечень и непосредственно проследить последствия медленного повышения уровня воды с точки зрения изоляции и фрагментации.

• Высокое возрождение живопись италии кратко

    

• Теория объектных отношений мелани кляйн кратко

    

• Православие в ссср кратко

    

• Биологические особенности свиней кратко

    

• Мое отношение к поэме медный всадник кратко

Примеры географической изоляции в природе

1. Островная изоляция: многочисленные острова около материков или в больших океанах могут отделять популяции животных и растений от основного континента. Примерами такой изоляции могут служить Галапагосские острова, где развилось множество уникальных видов, а также Мадагаскар, Гавайские острова и Япония.
2. Горная изоляция: горные цепи могут представлять сложности для перемещения животных и растений, что приводит к изоляции генетических групп. Примером может служить Гималайская горная система, где развились многие эндемичные виды.
3. Пустынная изоляция: экстремальные пустыни, такие как Сахара или Атакама, могут служить преградой для многих организмов, что приводит к их изоляции. Некоторые виды растений и животных могут развить адаптации к таким экстремальным условиям.
4. Речная изоляция: реки и потоки могут действовать как барьеры для многих видов, разделяя их популяции. Примером такой изоляции может служить река Амазонка, которая отделяет популяции вида рыб пресноводных дельфинов.

Все эти примеры географической изоляции в природе позволяют популяциям развиваться в изолированных условиях и обладать уникальными адаптациями и видовыми характеристиками. Это процесс, который играет важную роль в эволюции и формировании разнообразия живого мира.

Ссылки

Брэдбурд, Г.С., Ральф, П.Л. и Куп, Г.М. (2018). Разоблачение влияния географической и экологической изоляции на генетическую дифференциацию. 67 (11): 3258-3273. DOI: 10.1111 / evo.12193
Фрейзер, И.К., Моррисон, А.К., МакКи Хогг, А., Макая. EC, van Sebille, E. et al. (2018). Экологическая изоляция Антарктиды будет нарушена штормовым рассеянием и потеплением. Изменение климата природы. 8: 704–708.
Грей, Л.Н., Ячмень, А.Дж., По, С., Томсон, Р.К., Ньето — Монтес де Ока, А. и Ван, И.Дж. (2018). Филогеография широко распространенного комплекса ящериц отражает закономерности как географической, так и экологической изоляции. Баннер молекулярной экологии. DOI: 10.1111 / mec.14970
Ходжес, С.А. и Арнольд, М.Л. (2018). Цветочная и экологическая изоляция между Aquilegia formosa и Aquilegia pubescens. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 91 (7): 2493-2496. Doi: 10.1073 / pnas.91.7.2493
Шефер, М. (1972)

Экологическая изоляция и важность конкуренции, примером которой является распределение ликозидов в прибрежном ландшафте. Oecology

9 (2): 171-202. DOI: 10.1007 / BF00345881

Изоляция и ее типы

Изоляция — естественный барьер, препятствующий свободному скрещиванию внутри вида (его еще называют репродуктивным барьером) и способствующий образованию популяций.

По своей природе она бывает:

• Географической;
• Экологической;
• Поведенческой.

Географическая изоляция чаще всего возникает у видов с широким ареалом. Это естественные барьеры, которые препятствуют перемещению особей — например, реки и горы. Часть организмы не способны преодолеть эту преграду, поэтому размножаются в определенных пределах, что способствует накоплению отличий. Географическая изоляция является самым эффективным методом видообразования.

Экологическая изоляция предполагает появление барьеров, связанных с экологией отдельных групп. Многие мигрирующие птицы образуют пары перед вылетом. Как правило, внутри одного вида птиц есть особи, которые вылетают в тёплые страны раньше, чем другие, которые ещё только готовятся и откармливаются для вылета. Соответственно, пары могут образоваться только среди рано вылетающих и поздно вылетающих птиц и никогда – между птицами из разных групп.

Схема географической и экологической изоляции Источник

Поведенческая, или этологическая изоляция связана с особенностями поведения особей. Например, в тропических странах птицы-шалашники строят гнёзда из предметов разного цвета. Это является их поведенческой особенностью. Иногда самка выбирает себе самца строго по определенному цвету гнезда (например, только самцов с синими гнездами), хотя по другим признакам эти самцы ничем не выделяются среди других. Так образуются поведенческие популяции шалашников, которые отличаются друг от друга только цветом гнезд.

Шалашник строит гнездо Источник

В зависимости от того, какой тип изоляции действует для популяции конкретного вида, её называют либо географической, либо экологической, либо этологической.

Известно, что любая изоляция может привести к появлению нового вида. Обычно это очень длительный процесс, который занимает несколько тысяч или даже сотен тысяч лет. Иногда можно наблюдать промежуточные его этапы. Например, чайки, обитающие на тихоокеанском побережье, генетический представляют собой один вид. Чайки, которые проживают в районе Берингова пролива, могут свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство как друг с другом, так и чайками из окрестностей Владивостока и Сан-Франциско. Однако чайки из Владивостока и Сан-Франциско уже не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, если их искусственно поместить на одной территории. Это явление получило название кольцевой вид.

У организмов с быстрым жизненным циклом (насекомые, грызуны, бактерии) он проходит быстрее, так что его можно наблюдать в эксперименте. Например, при искусственном выращивании бактерий в разных емкостях уже через несколько дней можно наблюдать существенную разницу в их генах.

Факторы, влияющие на изоляцию

В биологии изоляция представляет собой процесс разделения популяций или групп организмов на географическом уровне. Она может возникать из-за различных факторов, которые влияют на разделение организмов и ограничивают поток генетической информации между ними.

Следующие факторы могут способствовать изоляции:

1. Географическая изоляция: Когда популяции организмов разделены географическими преградами, например, океанами, горными цепями или пустынями, они имеют ограниченные возможности для взаимодействия и обмена генетической информацией.
2. Репродуктивная изоляция: Этот фактор возникает, когда различные популяции сталкиваются с трудностями во время попыток размножения или смешения генетического материала. Например, организмы могут иметь разные периоды размножения или разные признаки, что мешает успешному скрещиванию.
3. Поведенческая изоляция: Этот фактор проявляется, когда разные популяции организмов развивают различные формы поведения, которые помешают им успешно взаимодействовать и размножаться. Например, песчаные гусята могут различаться по своим движениям и крикам, что мешает им образованию пар и размножению с гусятами на других местах обитания.
4. Генетическая изоляция: Если группы организмов сталкиваются со значительными различиями в их генетической структуре, это может привести к отсутствию обратимого потока генетической информации между ними. Это может произойти из-за мутаций, естественного отбора или генетической дрейфа.

Эти факторы влияют на изоляцию популяций и могут привести к развитию новых видов и эволюции. Знание и понимание этих факторов помогает ученым лучше понять происхождение и разнообразие живых организмов на Земле.