Генофонд вида (от английского слова – Gene – ген и французского Fond – основание, фонд). Термин предложил отечественный ученый А.С. Серебровский (1928).
Генофонд вида – совокупность всех генов одной популяции или вида организмов, в пределах которых они характеризуются определенной частотой. Популяции или виды, размножающиеся половым путем, имеют относительно постоянный генофонд вида.
Богатство генофонда животных и растений напрямую зависит от аллельного разнообразия, то есть в популяции, где аллельные многообразия по конкретным геном отсутствует, все существа имеют идентичный генотип, например, АА.
Гены, в которых в популяции есть два или более аллельных варианта, называют полиморфными; очевидно, что при двух аллелей существует три генотипа (АА, Аа, аа), при трех аллелях – шесть генотипов, а дальше их количество быстро увеличивается.
Богатство генофонда вида определяется не только аллельным многообразием, но и многообразием комбинаций аллелей.
Общий генофонд животных и человека является решающей основой процесса образования рас и видов. Быстрое уменьшение численности вида естественно приводит к сокращению аллельного разнообразия и количества комбинаций.
Поэтому так актуально сохранять общий генофонд видов диких и культурных растений и животных, не допускать их резкого обеднения.
Для сохранения генофонда животных редких и исчезающих видов во многих ведущих странах мира создаются так называемые генетические банки (genetic bank), осуществляются мероприятия и эксперименты по выяснению оптимальных условий хранения генофонда животных того или иного редкого или исчезающего вида. Например, голландский ботаник Ф. Вент в 1947 году начал опыт по сохранению генофонда растений, который будет продолжаться более 300 лет.
Семена 120 видов дикорастущих растений было химически увлажненной и заложено на хранение с периодической проверкой показателей его жизнеспособности с целью установления возможных сроков хранения. Эти данные очень важны для поддержания генетического разнообразия растительных ресурсов и, прежде всего, лекарственных и других хозяйственно-ценных культур.
В Украине (г. Харьков) создан Национальный банк генетических ресурсов растений страны, где сохраняется примерно 126,6 тыс. Сортов и форм 320 видов культурных растений.
Кроме того, здесь находится 345 видов лекарственных и 687 полезных диких видов растений. Семян сохраняется в герметичной таре при регулируемых условиях.
Для растений, размножающихся вегетативно, существуют так называемые полевые генетические банки.
Цель работы генетических банков – сохранение и мобилизация ресурсов растений для использования в селекционных, научных, учебных и других программах. С другой стороны, понятие «генетический банк» предусматривает:
- во-первых, набор генов определенного организма или банка генов, полученных в составе рекомбинантных ДНК;
- во-вторых, коллекция клеточных культур, замороженной спермы, яйцеклеток и т.д., которые в наибольшей степени представляют генотипы определенного вида и хранятся с этой целью.
От уровня генетического разнообразия в значительной степени зависит интенсивность процессов, идущих в популяциях. Общий генофонд животных, растений и человека всех таксонов биоценоза называют геноценозом, а совокупность генетических систем всех биоценозов, которые образуют биосферу, называют геносферою.
Генофонд популяции подлежит процессам мутации и репарации, миграции, рекомбинации генов; он испытывает дестабилизирующим отбора дрейфа генов и, наоборот, стабилизирующие отбора и генетического гомеостаза.
На общий генофонд влияют периодические локальные изменения климата, антропогенные факторы, абиологичний образ жизни и тому подобное.
Психическое, физическое и интеллектуальное здоровье народа определяется его генофонда.
Генофонд человека состоит из генофонда соматических клеток (соматогенофонд) и гамет (гаметогенофонд).
Повреждение соматогенофонду вызывает болезни и преждевременное старение поколения, живущего сейчас, а повреждения гаметогенофонду – болезни и быстрое старение последующих поколений.
В здоровье генофонд вида залог здоровья, долголетия и бессмертия человечества. Здоровый генофонд означает вечное процветание рода человеческого, пока мутагенное катастрофа не испортит его.
Литература
- Глазко В.И., Глазко В. Русско-англо-украинский толковый словарь по прикладной генетике, ДНК-технологии и биоинформатики. – М., 2001;
- Жегунов Г.Ф., Жегунов Г.П. Цитогенетические основы жизни. – Х., 2004;
- Стрельчук С.И., Демидов С.В., Бердышев Т.Д. и др. Генетика с основами селекции. – К., 2000.
^Наверх
Изменение генофонда популяций: причины, значение и меры по сохранению
Изменение генофонда популяций – это сигнал о существенном изменении окружающей среды.
Генетическое разнообразие обеспечивает правильное развитие популяции и делает ее устойчивой к неблагоприятным факторам окружающей среды и патогенам.
Наблюдаемое в настоящее время истощение генофонда многих видов приводит их к уничтожению, которое человек не может предотвратить, несмотря на многочисленные усилия.
Причины изменения генофонда популяции
Есть много видов, генетическое разнообразие которых постоянно сокращается и которым угрожает исчезновение. К ним относятся, например, зубр, сапсан, гепард, арабский орикс, гигантская панда и горная горилла. Эти виды имеют истощенный генетический фонд, что связано с их значительной восприимчивостью к определенным заболеваниям и потерей способности адаптироваться к изменениям в условиях среды обитания, а зачастую и со снижением плодовитости.
Для справки! Гигантская панда очень неохотно размножается в неволе, а в дикой природе встречается редко. Кроме того, ее способность к оплодотворению длится всего 2-3 дня и происходит только один раз в год. Чтобы спасти вымирающий вид, ученые разводят этих животных.
Непосредственной причиной снижения генетического разнообразия является уменьшение количества особей в популяции. Гены передаются из поколения в поколение случайным образом. Чем больше количество особей имеет данный аллель, тем больше вероятность того, что он будет передан потомкам и закреплен в популяции.
Если, с другой стороны, конкретный аллель спорадически встречается в популяции, высока вероятность его исчезновения из генофонда.
Следовательно, только достаточно большая популяция гарантирует передачу разнообразного генетического материала следующим поколениям.
У большого количества особей также больше шансов на появление мутаций и получение новых аллелей генов, имеющих адаптивное значение.
В чем источник изменений в генофонде?
Важной причиной снижения генетического разнообразия является исчезновение местных подвидов или разновидностей диких организмов, а также появление все большего числа отобранных, генетически однородных разновидностей сельскохозяйственных культур и пород животных. С исчезновением диких разновидностей исчезают все уникальные аллели, которые были в их генотипе и обуславливали адаптацию к местным условиям окружающей среды.
Когда каспийский тигр вымер, все аллели, специфичные для этого подвида, не встречающиеся у других подвидов тигра, исчезли. В девятнадцатом веке вытеснение старых сортов картофеля новыми привело к потере гена, определяющего устойчивость этого растения к фитофторозу, что привело к исчезновению этого овоща и сильному голоду, опустошающему население Ирландии.
Изменение генофонда – величайшая угроза нормальному функционированию жизни
Каждый вид имеет свое место и выполняет определенную функцию в экосистеме. Если он умирает, экосистема становится менее стабильной. Живые организмы влияют друг на друга. Они связаны друг с другом, в том числе пищевыми отношениями, благодаря которым в природе происходит круговорот материи и поток энергии.
Зеленые растения осуществляют процесс фотосинтеза: из воды и углекислого газа под действием света образуются простые органические соединения, называемые продуцентами. Есть и потребители:
- травоядные – потребители первого порядка;
- плотоядные – потребители второго и третьего порядка;
- организмы, расщепляющие органические вещества – деструкторы.
Организмы могут конкурировать за свет, пищу, жизненное пространство, воду, минеральные соли или партнера. Два вида могут тесно сосуществовать друг с другом, не причиняя друг другу вреда, от которого выигрывает каждая или только одна из сторон.
Например, одна из них может паразитировать на другой. В этом случае одна сторона выигрывает, а другой причиняется вред. Все организмы в процессе эволюции приспособились к условиям, в которых они живут. Зависимости создают сложную сеть связей.
Какое значение имеет изменение генофонда?
В настоящее время наблюдается резкое сокращение биоразнообразия, а вместе с ним и генофонда популяций. Потеря большего количества видов снижает шансы на выживание. Наиболее важными факторами, способствующими снижению биоразнообразия, являются:
- исчезновение местообитаний и экологических коридоров;
- приток чужеродных инвазивных видов;
- изменение климата;
- загрязнение окружающей среды;
- чрезмерная эксплуатация живых ресурсов;
Среды обитания, которые раньше представляли собой огромные пространства, были разделены барьерами в результате деятельности человека:
- строительством автомобильных и железных дорог;
- регулированием рек;
- вырубкой лесов;
- внедрением промышленного земледелия;
- интенсивно удобряемыми монокультурами на больших площадях,
Следствием этого является истощение генофонда популяции, что может привести к ее исчезновению. Вслед за этим смена эволюционного направления развития – вот какое значение имеет изменение генофонда.
В настоящее время ежегодно вымирает от 5 000 до 50 000 видов растений и животных. Это в 100-1000 раз больше, чем процесс естественного вымирания без влияния человеческой цивилизации. Нужно помнить, что умирают крупные и впечатляющие виды, такие как рысь, тигр, жираф или ныне вымерший черный носорог, а также маленькие незаметные виды, которых, возможно, еще предстоит обнаружить и назвать.
Для справки! Согласно отчету WWF «Living Planet Report 2016», с 1970 по 2012 год популяция позвоночных сократилась на 58%! Результаты анализа публикаций и проведенных исследований насекомых за последние 40 лет впечатляют. Прогнозируется, что, если люди продолжат ухудшать окружающую среду, до 40% всех видов насекомых могут исчезнуть в течение следующих нескольких десятилетий.
Виды изменения генофонда:
- Естественные, в результате взаимодействия разных популяций, болезней, изменения климата;
- Антропологические – генофонд популяций сокращается в результате чрезмерной эксплуатации ресурсов организмов, например, чрезмерного вылова рыбы или охоты.
Загрязнители воды, почвы и воздуха также влияют на живые организмы. Реакция на любые изменения в окружающей среде варьируется от вида к виду. Начиная от изменения скорости роста, размножения и заканчивая вымиранием наиболее уязвимых. Здесь также могут быть предприняты действия по сохранению генофонда популяций и биоразнообразия.
Меры по сохранению генофонда популяций
Чтобы предотвратить утрату биоразнообразия, принимаются активные меры защиты. Один из них заключается в восстановлении условий среды обитания для нормального функционирования экосистем, поддержки природных процессов, которые были нарушены, или восстановления популяции.
Остальные – обеспечивают связь между разделенными фрагментами среды обитания, создавая новые или соединяя нарушенные экологические коридоры. Поддержание этой взаимосвязанности всегда следует рассматривать в трех пространственных масштабах:
- местном (популяция вида);
- региональном (связи между популяциями);
- континентальном (вся область распространения вида).
Некоторые меры, которые население может самостоятельно предпринять для защиты генофонда популяций:
- ограничить потребление. Покупать столько продуктов, сколько можно использовать;
- выбирать местные продукты и те, производство которых не оказывает негативного воздействия на биоразнообразие (например, избегать пальмового масла);
- не приносить из отпуска сувениры из исчезающих растений и животных;
- отказаться от аккуратно подстриженной лужайки в пользу разноцветной поляны;
- выращивать местные виды растений, особенно те, которые дружелюбны к насекомым, птицам и мелким млекопитающим;
- беречь старые деревья, аллеи и сажать новые;
- если кормить птиц, делать это ответственно. Не кормить их хлебом;
- не вводить чужеродные виды в окружающую среду;
- выбирать место для отдыха, учитывая, не вредит ли присутствие окружающей природе;
- узнать об инвазивных чужеродных видов, угрожающих природе, и не вводить их в культуру;
- перейти от пластика к многоразовым изделиям;
- сортировать отходы;
- экономить воду и электричество;
- собирать дождевую воду, которую можно использовать, например, для полива сада.
ГЕНОФО́НД
Авторы: С. Г. Инге-Вечтомов, В. С. Михеев
ГЕНОФО́НД (от ген и франц. fond – основание, запас), совокупность аллелей каждого гена, имеющихся у особей всей данной популяции, группы популяций или вида в целом. Термин «Г.» введён А. С. Серебровским в 1928. Аллельная структура Г.
(с учётом частоты каждого аллеля) вычисляется на основе генотипич. структуры популяции – суммы частот генотипов, представленных в популяции. Различия Г.
популяций могут определяться как их разным аллельным составом, так и разной частотой одинаковых аллелей.
Г. природных популяций характеризуются генетич. неоднородностью (наследств. разнообразием) благодаря генотипич. различиям входящих в них особей.
Такая неоднородность сохраняется путём размножения организмов в ходе эволюции, измеряемой сотнями и тысячами поколений организмов. Первично аллельное разнообразие Г. создаётся за счёт мутаций, которые сохраняются в Г. популяций. Накапливаясь, они изменяют Г.
и образуют резерв наследств. изменчивости. На основе полового процесса этот резерв используется в популяции для создания в каждом поколении наиболее выгодных сочетаний аллелей, повышающих жизнеспособность и плодовитость особей. Изменения Г.
происходят также за счёт генетич. дрейфа, внутрипопуляционной изоляции, миграции особей и действия естественного отбора. Большое аллельное разнообразие Г. (чем оно больше, тем богаче Г.
) является важной предпосылкой успешного существования популяций в постоянно изменяющихся условиях среды. С этой точки зрения Г. представляет собой генетич. основу эволюционного процесса, хотя часть Г. всегда входит в состав генетического груза.
Резкое снижение численности представителей разных видов в природе, вызванное природными катастрофами (лесные пожары, наводнения и т. д.), нерациональным природопользованием (хищнич. вырубка лесов, истребление животных и т. п.) и др. факторами, ведёт к обеднению генофонда.
Сохранение Г. популяций растений и животных – одна из центр. задач охраны живой природы. Её решение связано с созданием резерватов (накопителей) генетич. разнообразия в заповедниках, нац.
парках и заказниках с разумным использованием природных ресурсов и контролируемым воспроизводством природных популяций. Для сохранения Г. формируются и коллекции образцов генетич.
разнообразия культурной и дикой флоры и фауны: банки генов (методами генетич. инженерии), а также банки спермы, яйцеклеток и зародышей от представителей редких и исчезающих видов животных (с помощью глубокого – до –273 °С – замораживания).
При низких темп-рах можно неограниченно долго сохранять генетич. материал растений в виде семян, клеток меристемы ростовых точек и пыльцы.
Особого внимания заслуживает динамика Г. человека. Внутрипопуляционное разнообразие Г.
человека определяет уровень его пластичности и приспособляемости к требованиям природной и социальной среды, а в конечном счёте – готовность и способность общества к изменениям в любой сфере его жизни. Межпопуляционная составляющая разнообразия Г.
зависит от размера и гетерогенности природных условий территории, занятой данной группой народонаселения.
Обычно эта компонента составляет 5–10% от общего разнообразия генов, причём увеличение её доли указывает на приближение к полной изолированности групп народонаселения друг от друга, их малую численность, большие межсемейные различия в демографич.
показателях, а уменьшение этой доли – на потерю своеобразия групп населения, стирание границ и различий между ними, большую плотность населения, выравненный уровень и образ жизни и т. д. Различия между популяциями поддаются точному прогнозу, основанному на сугубо демографич. данных. Прогностич. возможности демографии в отношении состояния Г. предупреждают и о большой ответственности демографов за генетич. последствия демографич. политики.
Термин «Г.» применим и к лабораторным (экспериментально созданным) популяциям, напр. дрозофил, мышевидных грызунов, некоторых растений.
Тема 9. Генофонд планеты и его охрана
Значение живых
организмов в природе и жизни человека.
Перечень
вопросов для контрольной работы
-
Экология как наука, ее цели и задачи.
-
Разделы экологии их характеристика, связь экологии с другими науками.
-
Основные методы экологических исследований.
-
Современные проблемы экологии и пути их решения.
-
История развития экологии как науки. Вклад отечественных ученых в развитие экологии (Вернадский В.И., Докучаев В.В., Сукачев В.Н. и др.)
-
Характеристика абиотических факторов среды, климатических, эдафагенных, орографических, водных и других.
-
Характеристика биотических факторов среды.
-
Роль антропогенных факторов среды, их прямое и косвенное влияние на живые организмы и природные экосистемы.
-
Понятие об экологической валентности, зонах оптимума, минимума и максимума.
-
Ограничивающие или лимитирующие факторы, их характеристика.
-
Закон толерантности В. Шельфорда.
-
Закон минимума Ю. Либиха.
-
Понятие об эврибионтах и стенобионтах, их характеристика, примеры.
-
Формы адаптации организмов к условиям среды.
-
Водная среда жизни и ее характеристика. Классификация гидробионтов.
-
Наземно-воздушная среда жизни, ее характеристика и формы адаптации к ней.
-
Почва как среда жизни. Классификация почвенных животных, формы адаптации.
-
Живые организмы как среда жизни, формы адаптации.
-
Понятие о жизненных формах животных. Классификация жизненных форм животных (по Кашкарову).
-
Классификация жизненных форм растений (по Раункерну).
-
Паразитизм как форма экологических отношений.
-
Понятие о биологических ритмах и биологических часах. Примеры.
-
Фотопериодизм.
-
Популяция и ее критерии, виды популяций.
-
Структура популяции: возрастная, половая, экологическая.
-
Структура популяции: видовая, пространственная, этологическая.
-
Характеристика внутривидовых и межвидовых взаимоотношений в популяции.
-
Рост популяции и кривая роста. Антропогенное влияние на экологию популяции.
-
Популяция как саморегулирующая система. Гомеостаз популяции.
-
Понятие о биоценозе, биотопе, фитоценозе.
-
Структура биоценоза: видовая, пространственная.
-
Понятие о пограничном эффекте, и экологической нише.
-
Учение В.Н. Сукачева о биогеоценозе, его структура.
-
Понятие о нообиогеоценозе и его структура.
-
Отношение организмов в биоценозах, межвидовые связи и их характеристика.
-
Искусственные биоценозы и их характеристика: агроценоз, урбаценоз, техноценоз.
-
Понятие об экосистеме. Классификация природных экосистем и биомах.
-
Понятие о цепях питания в экосистеме, их характеристика.
-
Продуктивность экосистемы. Понятие о биомассе в экосистеме.
-
Экологическая пирамида и ее характеристика. Виды пирамид.
-
Понятие об экологической нише и пограничном эффекте в биоценозе.
-
Понятие о фитоценозе, биотопе, биоценозе. Структура биоценоза: видовая, пространственная.
-
Отношение организмов в биоценозе: трофические, топические, форические, фабрические.
-
Динамика экосистемы. Процессы сукцессии в экосистеме.
-
Законы передачи потока энергии и веществ в экосистеме. Правило 10 процентов.
-
Основные законы и правила в экологии, их характеристика.
-
Принципы устойчивости природных экосистем их отличия от искусственных сообществ.
-
Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере.
-
Структура, границы и характерные основные особенности биосферы.
-
Живое вещество в биосфере и его функции.
-
Понятие о костном, биокосном и биогенном веществах в биосфере.
-
Глобальные изменения в биосфере. Пути их решения.
-
Понятие о «ноосфере» – сфере разума и научных принципов использования биосферы.
-
Эволюция биосферы.
-
Основные виды антропогенных воздействий на биосферу, их последствия.
-
Источники и виды загрязнения атмосферы. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на жизнедеятельность живых организмов.
-
Основные сведения о гидросфере. Значение воды, ее запасы и распределение на Планете.
-
Источники и виды загрязнения гидросферы.
-
Основные методы очистки воды.
-
Литосфера и ее характеристика. Понятие о плодородии почв. Почвенные ресурсы Планеты.
-
Проблема чистой воды на Планете.
-
Круговорот веществ и биогеохимические циклы в биосфере.
-
Круговорот кислорода.
-
Большой и малый круговорот воды в биосфере.
-
Воздействие транспорта на окружающую среду.
-
Парниковый эффект и его последствия в биосфере.
-
Эвтрофикация водоемов.
-
Влияние сельскохозяйственной деятельности на животный мир.
-
Причины возникновения и влияние кислотных дождей на экосистемы.
-
Радиоактивное загрязнение биосферы.
-
Понятие об эрозии почв. Виды эрозии, защита почвы от эрозии.
-
Причины засоления, подкисления и заболачивания почв. Рекультивация нарушенных земель.
-
Понятие природных ресурсах их характеристика. Классификация природных ресурсов.
-
Биологические ресурсы Планеты их значение, причины снижения и пути сохранения.
-
Природно-охраняемые ландшафты и заповедные территории.
-
Особо охраняемые ландшафты и заповедные территории Алтайского края.
-
Понятие о «Красной книге», ее значение для воспроизводства и рационального использования животного и растительного мира.
-
Биологические ресурсы Алтайского края, их рациональное использование и охрана.
-
Охраняемые природные территории Алтайского края.
-
Рациональное и комплексное использование лесных ресурсов в России и Алтайском крае.
-
Экологический мониторинг, виды мониторинга, его характеристика. Методы экологических исследований.
-
Методы экологических исследований.
-
Понятие о биологических моделях.
-
Биоиндикация как метод исследования в экологии.
-
Оценка степени антропогенных изменений среды. Понятие об экологических бедствиях, нарушениях, катастрофах. Причины их возникновения.
-
Основные экологические кризисы в истории человечества, их характеристика.
-
Основные цели и задачи экологии человека. Демографический взрыв, энергетический и ресурсный кризис.
-
Экологическая экспертиза.
-
Понятие об экологической аттестации и паспортизации объектов.
-
Виды ответственности за экологические правонарушения.
-
Экологический аудит.
-
Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.
-
Международные экологические неправительственные организации.
-
Экологические проблемы и здоровье населения Алтайского края.
-
Экологическое право. Законы правового регулирования охраны окружающей среды и природопользования.
Лекция №1. Предмет,задачи и структура экологии
как науки (2 часа).
Лекция №2. Организм
и среда жизни живых организмов. Виды
адаптации живых организмов (2 часа).
Лекция
№3. Биосфера как среда жизни, пути ее
сохранения.
Лекция№5.
Международное сотрудничество в области
охраны окружающей среды. Аспекты
экологического права.
Тематика
семинарских занятий