Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов называют: Как называется способность живых организмов приспосабливаться к условиям окружающей среды

Содержание

Способность организмов приспосабливаться к действию экологических факторов называется: — Студопедия

Поделись

А. акклиматизация;

Б. адаптация;

В. реанкарнация.

Взрыв ёмкостей с ядерными отходами, приведший к сильному радиоактивному заражению большой территории и к эвакуации населения (Касли, Челябинская обл., СССР, 1957г) называется

А. экологическая катастрофа;

Б. экологический кризис;

В. экологическое бедствие.

23. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей необходимо:

А. замена бензина смесью различных спиртов;

Б. озеленение городов и посёлков;

В. строительство переходов.

24. Для окружающей среды наиболее опасно:

А. радиоактивное загрязнение;

Б. шумовое загрязнение;

В. промышленное загрязнение.

25. Термохимический процесс, в котором происходит разложение органической части отходов и получение полезных продуктов под действием высокой температуры в специальных реакторах, называется

А.

компостированием;

Б. сжиганием;

В. пиролизом.

Главным (базовым) актом в области экологии является

А. закон РФ «Об охране окружающей природной среды»;

Б. закон о «О недрах»;

В. конституция РФ.

Мероприятие, направленное на восстановление свойств земли, называется

А. рекультивация;

Б. дезертификация;

В. мелиорация.

28. В крупных городах основным источником загрязнения воздуха являются:

А. тепловые электростанции;

Б. предприятия строительных материалов;

В. автотранспорт.

29. Биосфера – это

А. оболочка земли, населённая живыми организмами;

Б. верхний слой атмосферы;

В. нижний слой атмосферы.

30. Вырубка лесных массивов приводит к:

А. увеличению видового разнообразия птиц;
Б. увеличению видового разнообразия млекопитающих;
В. нарушению кислородного режима.

ЗАДАЧАМы не можем создавать или разрушать материю; мы можем лишь изменять ее форму. Мы ничего не можем выбросить, в той или иной форме все отходы остаются с нами навсегда.

В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных.

Так природные источники окиси азота выбрасывают 30 млн т азота в год, а антропогенные – 35050 млн т. В результате деятельности человека свинца попадает в биосферу почти в 10 раз больше ,чем в процессе природных загрязнений.

По оценкам специалистов, при сохранении современных темпов добычи и потребления запасы нефти будут исчерпаны уже через 30 лет, газа – через 50, угля – через 200 лет.

Каковы выводы можно сделать из приведенных примеров? Какие пути решения этой проблемы вы могли бы предложить? Какие вы знаете ресурсосберегающие технологии? Какова роль вторичного сырья в современном производстве и как прогнозируется его роль в будущем?

Вариант V

Выберите единственно правильный ответ

1. ПДК – это:

А. природный декоративный кустарник;

Б. планировочный домостроительный комплекс;

В. предельно допустимые концентрации.

При расчётах платы за загрязнение среды учитывают

А. вредность вещества, массу загрязнителя;

Б. вид предприятия;

В. место расположение предприятия.

Пестициды – это

А. вещества, применяемые для обогащения почвы элементами питания;

Б. вещества, применяемые в сельском хозяйстве в борьбе с сорняками, вредителями и возбудителями болезней;

В. вещества, применяемые для ускорения созревания культурных растений.

Вредные вещества классифицируются на

А. на 5 классов опасности;

Б. на 4 класса опасности;

В. на 3 класса опасности.

Санкционированные свалки – это

А. природоохранное сооружение для централизованного сбора, обезвреживания отходов, обеспечивающее защиту от загрязнения атмосферы, почв, поверхностных и грунтовых вод;

Б. разрешённые органами исполнительной власти на местах территории для размещения ТПрО и ТБО, но не обустроенные в соответствии с нормативными требованиями и эксплуатируемые с отклонениями от требований санитарно-эпидемиологического надзора;

В. места на поверхности суши ив акваториях океана, где человеческая деятельность может создавать опасные экологические ситуации.

6. Ноосфера – это:

А. сфера прошлого;
Б. сфера разума;

В. сфера будущего.

На сельскохозяйственных полях удобрения нужно вносить

А. за 2 недели до уборки урожая;

Б. за 3-4 недели до уборки урожая;

В. за неделю до уборки урожая.

8.Загрязнение экосистем в результате хозяйственной деятельности людей называют:

А. биогенным;

Б. гетерогенным;

В. антропогенным.

9. Право человека на благоприятную окружающую среду и компенсацию вреда, причинённого ему загрязнением, закреплено в Конституции РФ в статье №

А. 67;

Б. 42;

В. 15.

10. ЮНЕП – это:

А. программа при ООН по окружающей среде с целью координации практической деятельности государств в этой сфере;

Б. всемирная организация по вопросам продовольствия и сельского хозяйства;

В. организация Объединённых наций по вопросам образования, науки и культуры.

11. Урбанизация это:

А. исторический процесс повышения роли городов в жизни общества;

Б. Процесс повышения роли села в жизни общества;

В. Высшая форма организации производства для человеческого общества.

12. К неисчерпаемым природным ресурсам относят:

А. нефть, каменный уголь;

Б. атмосферный воздух и энергия ветра;

В. леса.

13. Биосфера – это

А. оболочка земли, населённая живыми организмами;

Б. верхний слой атмосферы;

В. нижний слой атмосферы.

Оптимальный экологический фактор – это

А. фактор, выходящий за пределы допустимого максимума или минимума;

Б. наиболее благоприятный для живых организмов фактор;

В. фактор, связанный с человеческой деятельностью.

15. Особо токсичный компонент кислотных дождей:

А. H₂S;

Б. HCl;

В. SO₂.

Способность организмов приспосабливаться к действию экологических факторов называется:

А. акклиматизация;

Б. адаптация;

В. реанкарнация.

17. Озоновый слой – необходимое условие существование биосферы, потому что слой озона:

А. образуется в результате космических излучений;

Б. препятствует проникновению ультрафиолетовых лучей;

В. препятствует загрязнению атмосферы.

Прямое воздействие человека на окружающую среду – это

А. распашка земли, рубка леса, добыча зверей;

Б. эрозия почв, обмеление рек;

В. разрушение почвенного плодородия.

19. ПДВ – это:

А. программно-достаточная вентиляция;

Б. проектно декларированный взнос;

В. предельно допустимые выбросы.

Полигон — это

21. Ядовитая смесь дыма, тумана и пыли называется:

А. кислотный дождь;

Б. фреон;

В. смог.

Зоны воздействия экологического фактора на организм

Способность организма приспосабливаться к действию экологических факторов и выживать в изменяющихся условиях среды за счет эволюционно возникших морфологических, физиолого-биохимических и поведенческих приспособлений называется

адаптацией (от лат.

adaptatio – приспособление).

Разные организмы характеризуются разной экологической валентностью, но диапазон толерантности организма может меняться даже при переходе из одной стадии развития в другую – например, молодые организмы часто оказываются более уязвимыми и более требовательными к условиям среды, чем взрослые особи.

Любой организм одновременно испытывает воздействие целого комплекса экологических факторов, связанных между собой и влияющих друг на друга, в связи с чем границы диапазона толерантности организма по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, в каком сочетании действуют другие факторы (например, жару и холод легче переносить при сухом, а не влажном воздухе). В результате взаимодействия экологических факторов может происходить их частичная компенсация, однако полностью заменить один из факторов другим нельзя, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением какого-то одного экологического фактора, то именно он становится решающим для жизни конкретных организмов (популяций), ограничивая (лимитируя) их развитие, в связи с чем его называют лимитирующим фактором. Еще в середине XIX века немецкий химик-органик Ю. Либих экспериментально доказал, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента (например, минеральных солей, влаги, света и т.п.) и назвал это явление законом минимума. Однако, как позже выяснил американский зоолог В.Шелфорд, сформулировавший

закон толерантности, лимитирующим может быть не только недостаток (минимум), но и избыток (максимум) экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору.

Каждый вид организмов возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ее колебаниям и изменениям и дальнейшее существование вида возможно лишь в данной или близкой к ней среде, соответствующей его генетическим возможностям адаптации. Резкое и быстрое изменение экологических факторов может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям, из-за чего коренные преобразования природы человеком могут быть опасны для многих видов живых организмов, в том числе и для него самого.

Разные организмы характеризуются разной величиной толерантности.

Экологические, факторы связаны между собой и влияют друг на друга.

Вывод: существует экологическое равновесие между живыми организмами и средой их обитания:

Система – совокупность элементов (веществ, тел, объектов живой и неживой природы) со связями между ними, мысленно или реально выделенных из окружающего пространства.

Биологическая система – это упорядоченная совокупность взаимозависимых живых компонентов, динамически взаимодействующих с неживой средой. Выделяют следующие основные уровни организации биологических систем: молекулярный (генный), клеточный, органный, организменный, популяционно-видовой и экосистемный.

Иерархическая организация биосистем, более простые из которых входят в состав более сложно организованных, проявляется в эмерджентности (от англ. emergent – внезапно возникающий), когда по мере объединения в более крупные системы следующего уровня, у них возникают качественно новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем.

Экологическая система (экосистема) – система, в которой организмы и среда их обитания объединены в единое функциональное целое через обмен веществ и энергии; любая совокупность организмов и окружающей их среды. Экосистема – основная функциональная единица в экологии.

Более конкретно, экосистема – это сообщество живых организмов — биоценоз (от греч. bios – жизнь и koinos – общий) и его среда обитания – биотоп (от греч.topos — место), объединенные в единое функциональное целое. Обмен веществом, энергией и информацией связывает биотические и абиотические компоненты экосистемы таким образом, что она сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

К термину «экосистема», предложенному в 1935 г. английским биологом А. Тенсли для определения основной функциональной единицы живой природы, очень близок термин «биогеоценоз», который предложил в 1940 г. В.Н.Сукачев, и который в большей степени отражает структурные характеристики географического пространства, на котором развивается биоценоз.

Общая экология изучает биологические системы начиная с организменного уровня и в зависимости от размерности этих систем в ней выделяют следующие разделы: аутэкология (уровень отдельных организмов), демэкология (уровень популяций) и синэкология (уровень экосистем).

Популяция — это совокупность организмов одного вида, обменивающихся генетической информацией и населяющих определенное ограниченное пространство в течение многих поколений. Популяция характеризуется рядом признаков, присущих группе в целом, а не отдельным ее особям: численностью, плотностью, рождаемостью, смертностью, возрастной структурой, распределением в пространстве, биотическим потенциалом и т. д.

Эволюционно в популяциях сложился комплекс свойств, направленных на повышение выживаемости – экологические стратегии выживания, разнообразие которых заключено между двумя типами стратегий:

r–стратегия – особи в популяции размножаются быстро (высокая плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны, скорость размножения не зависит от плотности популяции (J–образная кривая), расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения).

К–стратегия – популяция состоит из медленно размножающихся, но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит от ее плотности (S–образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).

Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу – т.е. поддержанию динамического постоянства численности под воздействием ряда факторов среды и за счет саморегуляции своей численности.

Гомеостаз – это способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. В его основе лежит принцип обратной связи, обусловливающей поддержание гомеостаза за счет механизмов саморегуляции. Эту закономерность можно сформулировать следующим образом: в конкретных условиях для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции (так называемый принцип Олли).

По своему происхождению экосистемы могут быть естественными (природными) – например, лес, озеро, луг и т.д., — и искусственными (антропогенными) – например, пашня, водохранилище, сад и др. Экосистемы могут быть наземными и водными. Крупные наземные экосистемы, приуроченные к однородным природно-климатическим зонам, называются биомами (тундра, тайга, степь, пустыня). Водные экосистемы подразделяются на морские и пресноводные, а последние еще и на стоячие (озерные) и проточные (речные) экосистемы.

Для любой естественной экосистемы характерны три признака:

1) она представляет собой совокупность функционально связанных живых и неживых компонентов;

2) она сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой ее биотических и абиотических компонентов

3) в ее рамках осуществляется круговорот веществ, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

Антропогенные природно-технические системы (ПТС) должны представлять собой образования, в которых устойчивое и экологически безопасное взаимодействие между природной средой и «погруженным в нее» техническим объектом происходит за счет обмена веществом, энергией и информацией в некотором диапазоне допустимых воздействий, регулируемых человеком.

Любая естественная экосистема способна к саморегулированию: в экосистеме во времени и в пространстве поддерживаются основные параметры. При этом она находится в состоянии динамического равновесия.

Способность экосистемы сохранять свою структуру и функции при воздействии внешних и внутренних факторов, называют стабильностью экосистемы.

Что такое естественный отбор? | Музей естественной истории

Естественный отбор – это механизм эволюции. Организмы, более приспособленные к окружающей среде, имеют больше шансов выжить и передать гены, которые способствовали их успеху. Этот процесс заставляет виды меняться и расходиться с течением времени.

Естественный отбор — один из способов объяснить миллионы видов, живших на Земле.

Чарльзу Дарвину (1809-1882) и Альфреду Расселу Уоллесу (1823-1913) приписывают совместное создание теории эволюции путем естественного отбора, они совместно опубликовали ее в 1858 году. Дарвин в целом затмил Уоллеса с момента публикации О происхождении видов в 1859 г., Однако.

Библиотека Музея содержит самую большую в мире концентрацию работ Дарвина: 478 изданий «Происхождения видов» на 38 языках.

Во времена Дарвина и Уоллеса большинство считало, что организмы слишком сложны, чтобы иметь естественное происхождение, и должны быть созданы трансцендентным Богом. Однако естественный отбор утверждает, что даже самые сложные организмы возникают в результате совершенно естественных процессов.

Профессор Адриан Листер, научный сотрудник музея, говорит: «Не то чтобы биологи не понимали, что организмы сложны и функциональны, и то, что они существуют, кажется почти чудом. Мы это понимаем, но думаем, что нашли другое объяснение.

Уоллес (слева) и Дарвин (справа) выдвинули очень похожие теории эволюции. Однако Дарвин в целом затмил вклад Уоллеса.

Как работает естественный отбор?

При естественном отборе генетические мутации, полезные для выживания особи, передаются через размножение. Это приводит к появлению нового поколения организмов, которые с большей вероятностью выживут и размножатся.

Например, эволюция длинной шеи позволила жирафам питаться листьями, недоступными для других, что дало им конкурентное преимущество. Благодаря лучшему источнику пищи те, у кого были более длинные шеи, смогли выжить, размножаться и, таким образом, передать характеристики следующему поколению. Те, у кого более короткие шеи и доступ к меньшему количеству еды, с меньшей вероятностью выживут и передадут свои гены.

Эволюция длинной шеи — это адаптация, которая помогает жирафам выживать в окружающей среде © FluffyCreature через Flickr (CC BY-NC 2.0)

Адриан объясняет: «Если вы возьмете 1000 жирафов и измерите их шеи, все они будут немного отличаться друг от друга. Эти различия, по крайней мере, частично определяются их генами.

‘Те, у кого шея длиннее, могут оставить пропорционально больше потомства, потому что они лучше питаются и, возможно, лучше соревнуются за партнеров, потому что они сильнее. Затем, если вы измерите грифы следующего поколения, они также будут отличаться, но среднее значение будет немного смещено в сторону более длинных. Этот процесс продолжается из поколения в поколение».

Что такое адаптация?

Адаптация — это физическая или поведенческая характеристика, помогающая организму выживать в окружающей среде.

Но не все характеристики животного являются приспособлениями.

Адаптации для одной цели могут быть использованы для другой. Например, перья были приспособлением для терморегуляции — их использование для полета появилось позже. Это означает, что перья — это экзаптация для полета, а не адаптация.

Адаптации также могут устареть, например, жесткий внешний вид плодов калебаса ( Crescentia cujete ). Обычно считается, что эта тыква эволюционировала, чтобы ее не съели гомфотеры, семейство слоноподобных животных. Но эти животные вымерли около 10 000 лет назад, поэтому адаптация плода больше не дает преимущества для выживания.

Большой шаровидный плод калебаса имеет чрезвычайно прочную внешнюю поверхность. Но эта адаптация устарела © Венди Катлер через Flickr (CC BY-NC 2.0)

Отбор для приспособления — не единственная причина эволюции. Изменения видов также могут быть вызваны нейтральными мутациями, которые не приносят вреда или пользы индивидууму, генетическим дрейфом или потоком генов.

Что означает «выживает сильнейший»?

С точки зрения эволюции, «приспособленное» животное — это животное, адаптированное к окружающей среде. Эта концепция лежит в основе естественного отбора, хотя термин «выживание наиболее приспособленных» часто понимается неправильно, и его лучше избегать.

Существует также определенная степень случайности в эволюции, поэтому лучше всего приспособленное животное не всегда будет тем, кто выживет.

Адриан объясняет: «Если тебя ударит камень или что-то в этом роде, это просто невезение. Но в среднем и с течением времени выживают те, кто наиболее приспособлен, те, у кого лучшая адаптация».

Перцовая моль ( Biston betularia ) трудно заметить, когда она садится на кору дерева. Те, кто сочетается лучше всего, с меньшей вероятностью станут добычей, поэтому имеют преимущество в выживании.

Что такое вьюрки Дарвина?

Дарвин собрал много образцов животных во время путешествия на корабле HMS Beagle (1831-1836). Среди его самых известных — вьюрки, около 14 видов которых он собрал на Галапагосских островах. Птицы относятся к одному и тому же таксономическому семейству и имеют разнообразные размеры и формы клюва. Это соответствует как их разным основным источникам пищи, так и расхождению из-за изоляции на разных островах.

Зеленая камышевка ( Certhidea olivacea ), например, имеет острый тонкий клюв, который идеально подходит для кормления мелкими насекомыми. Для сравнения, у большого земляного вьюрка ( Geospiza magnirostris ) короткий коренастый клюв, которым он раскалывает семена и орехи.

У галапагосских вьюрков отчетливо различаются форма и размер клюва, что можно увидеть здесь у экземпляров зеленой камышевки (слева) и большого земляного вьюрка (справа)

Вьюрки Дарвина часто считаются источником вдохновения для «моментов озарения», но на самом деле именно пересмешники повлияли на мысли Дарвина об эволюции.

Перед поездкой на Галапагосские острова Дарвин собирал пересмешников в Южной Америке. На первом острове, Сан-Кристобаль (тогда известном как остров Чатем), он увидел птицу, которую узнал как пересмешника. Но на близлежащем острове Флореана он увидел, что пересмешники были совсем другими.

Дарвин понял, что различия между видами пересмешников на островах больше, чем между видами, которых он видел на другом континенте. Он начал размышлять на борту HMS Beagle, но потребовалось несколько лет, прежде чем он придумал свою теорию эволюции путем естественного отбора.

Вьюрки — после того, как британский орнитолог Джон Гулд идентифицировал их как разные виды, — стали одним из полезных примеров среди многих других животных, которых он видел.

Чарльз Дарвин собрал эти три экземпляра пересмешника во время своего пребывания на Галапагосских островах в 1835 году во время рейса HMS Beagle

Вьюрки сегодня представляют научный интерес. Изучение Дафны Майор, вулканического острова в составе Галапагосского архипелага, началось в 1972 году и показало, что естественный отбор привел к изменению формы и размера клюва у двух видов вьюрков: среднего донных вьюрков ( Geospiza fortis ) и обыкновенный кактусовый вьюрок ( Geospiza scandens ). Было замечено, что клювы обоих видов со временем уменьшаются, но по разным схемам.

Дарвин считал, что естественный отбор развивается медленно и происходит только в течение длительного периода времени. Часто это может быть правдой, но было показано, что в некоторых случаях новый вид может развиться в течение жизни.

В течение 31 года ученые изучали выживание самца вьюрка, эмигрировавшего с острова Санта-Крус, а также шести поколений его потомков на Дафне Майор. Начиная со второго поколения, птицы вели себя как отдельный вид по отношению к другим на острове.

Кактусовые вьюрки Daphne Major изучаются уже более 30 лет. За это время размер их клювов колебался, в конечном итоге уменьшаясь в течение 15 лет.

Что такое ламаркизм?

Ламаркизм — теория, названная в честь французского натуралиста Жана-Батиста Ламарка (1744–1829). Он предполагает, что животные приобретают характеристики, основанные на использовании или неиспользовании в течение жизни, а не в результате жестко закодированных генетических изменений.

Согласно теории Ламарка, жирафы вытягивают шеи, чтобы сделать их длиннее. Потомство этих животных унаследует более длинные шеи в результате усилий своих родителей.

Адриан говорит: «Если бы вы попытались размять шею в течение 10 минут каждое утро, то, вероятно, через несколько лет ваша шея стала бы на несколько миллиметров длиннее. Но ваши дети не унаследовали бы его. Вот где эта теория терпит неудачу.

Мы все еще развиваемся?

На протяжении тысячелетий мир считался статичным. Идеи о том, что горы могут подняться, а климат и организмы могут измениться, не существовало. Считалось, что Земля существует в оптимальной форме.

Но естественный отбор опирается на то, что мир постоянно меняется. Эволюция происходит автоматически для выживания, и миллионы лет она играет в догонялки с нашим динамичным миром.

Браконьерство и утрата мест обитания оказали огромное влияние на сайгака, который в настоящее время находится под угрозой исчезновения ( Saiga tatarica ). В подобных случаях у естественного отбора мало шансов. © Андрей Гилёв через Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)

‘Организмы либо достаточно приспособлены для выживания и размножения, либо они недостаточно оптимальны, и популяция сокращается. Он может даже уменьшиться до нуля, а это означает вымирание», — констатирует Адриан.

Ученые смогли предсказать естественный отбор в короткие сроки. Но точно определить его последствия в будущем практически невозможно из-за непредсказуемых колебаний окружающей среды.

Естественный отбор подразумевает, что если организмы выживают, то они адаптируются. Но по мере изменения окружающей среды мы можем обнаружить, что то, что когда-то было адаптацией, больше не может быть полезным.

Хотя эволюция может происходить быстро, чем быстрее меняется планета, тем сложнее эволюции идти в ногу и тем серьезнее становится риск массового вымирания.

Ваш вопрос

Спросите ученого музея

У вас есть животрепещущий вопрос о науке или природе, на который вы хотите получить ответ? Заполните форму ниже, чтобы сообщить нам.
Мы будем работать с музейными учеными, чтобы превратить некоторые из ваших вопросов в истории, опубликованные в нашем онлайн-журнале Discover, или видеоролики на нашем канале YouTube.

Эта новая функция находится в стадии бета-тестирования. Узнать больше.

Ваш вопрос

Как долгоживущие организмы могут адаптироваться к меняющейся среде?

Исследователь UMCES, Пол Гуггер

Адаптация к изменениям окружающей среды, как правило, занимает очень много времени после генетической изменчивости, вызванной случайными мутациями в ДНК. Однако многие среды на Земле сегодня меняются так быстро, что эти изменения могут превзойти способность многих организмов естественным образом адаптироваться к новым условиям. Это может быть особенно актуально для медленно растущих деревьев, которые имеют длительный жизненный цикл и не могут двигаться в ответ на неблагоприятные условия окружающей среды, такие как засуха, экстремальные температуры или даже асинхронность между цветением и появлением насекомых-опылителей.

В этой ситуации возникает вопрос: «Как вы реагируете на быстрые изменения в вашей локальной среде, если вы физически не в состоянии переехать в более благоприятные условия?»

Исследователь UMCES, Пол Гаггер, проводит исследования в новой области науки, называемой эпигенетикой, которая изучает модификации ДНК, не связанные с изменениями основной последовательности ДНК и могущие повлиять на экспрессию и адаптацию генов. Он использует эпигенетику, чтобы попытаться лучше понять, как вид дуба может адаптироваться к быстрым изменениям окружающей среды.

Принято считать, что наследуемая адаптация у растений и животных происходит только за счет генетической мутации, но это не всегда так. Растения и животные могут влиять на экспрессию своих генов посредством процесса, называемого метилированием ДНК, который представляет собой дополнительный источник наследуемой изменчивости, охватывающий одну область эпигенетики («поверх» генетики). Метилирование ДНК происходит, когда к молекулам ДНК добавляются метильные (CH ₃ ) группы. Добавление этих метильных групп может изменить экспрессию гена в организме, но фактически не изменяет генетическую последовательность этого организма. На самом деле метилирование обратимо. Метилирование может происходить быстро по сравнению с генетическими изменениями в результате мутации ДНК, а также может передаваться по наследству и, следовательно, передаваться будущим поколениям.

Долинный дуб, Quercus lobata, является важным видом для долинных экосистем Калифорнии.

Благодаря развитию современных методов секвенирования генома ученые могут обнаруживать наличие метильных групп в ДНК и, что более важно, связывать это метилирование с конкретными генами в последовательности, чтобы лучше идентифицировать и понять адаптивные функции, на которые может повлиять это явление.

Дуб долинный ( Quercus lobata ) – это разновидность дуба, произрастающего в Центральной долине и других небольших долинах Калифорнии. Он считается важным краеугольным камнем, поскольку обеспечивает среду обитания для многих других видов в этих экосистемах. Это медленнорастущее дерево, предпочитающее мягкую влажную зиму и жаркое сухое лето. Прогнозируемое изменение климата в этом регионе Калифорнии может привести к повышению температуры воздуха наряду с учащением засух, что может отрицательно сказаться на дубе долины, поскольку для выживания ему требуется большое количество воды.

Работа Гуггера исследует, может ли метилирование ДНК быть краткосрочной стратегией, с помощью которой растения могут реагировать на изменение климата, и может ли это быть механизмом, с помощью которого долгоживущие деревья могут реагировать на быстро меняющиеся условия окружающей среды.

Карта пробных площадок (красный) в зависимости от распространения долового дуба (синий) и рельефа (серая шкала).

Гуггер и его коллеги сначала подошли к этим вопросам, изучив, как метилирование ДНК варьируется в природе в зависимости от климатических градиентов вдоль ландшафта, что позволяет им проверить, может ли метилирование быть вовлечено в текущую адаптацию к различным условиям окружающей среды, с которыми дубы сталкиваются в разных условиях. части их распределения. С этой целью они извлекли ДНК из листьев, собранных почти в 60 местах по всему распространению долинного дуба, которые существуют вдоль естественного климатического градиента 9.0037 (карта справа) . Используя ДНК, они смогли определить, где метилирование происходит в последовательностях генома по отношению к генам, и где метилирование варьируется у разных людей в природе. Эти изменчивые сайты, называемые вариантами одиночного метилирования или SMV, могут отражать различную адаптацию популяций долинных дубов к различным средам, в которых они обитают в Калифорнии.

С помощью различных статистических тестов Гуггер и его коллеги определили 43 связанных с климатом SMV, для которых климат был в значительной степени связан с уровнями метилирования ДНК. Затем они попытались понять потенциальные функции геномных областей с этими интересными паттернами метилирования. Именно здесь было так важно иметь предварительную последовательность генома дуба долины. Через некоторые из его других работ ( https://valleyoak. ucla.edu/ ), Гуггер смог определить геномный контекст этих 43 связанных с климатом SMV и показал, что некоторые из них встречаются в генах или рядом с ними, которые, как известно, участвуют в реакции растений на окружающую среду.

Карта максимальных температур исследуемого региона вместе с уровнями метилирования на образец.

Результаты Гуггера являются одними из первых доказательств потенциальной роли метилирования ДНК в улучшении приспособляемости дуба к изменениям окружающей среды. Следовательно, метилирование ДНК может быть механизмом реакции растений на изменения окружающей среды и может привести к локальной адаптации в естественных популяциях деревьев. Эти результаты предполагают последствия для других пород деревьев в других регионах страны, в том числе в Мэриленде. Необходимы дальнейшие исследования для изучения важности метилирования в других природных экологических и эволюционных контекстах. Например, один фрагмент, названный scaffold20751.233xx, был связан с максимальной температурой и расположен рядом с геном, участвующим в реакции дуба долины на обезвоживание.