Тема 6. Раздел 3. Биология. Тема: "Эволюционное учение" Тема урока: "Эволюционная теория"
план-конспект занятия

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ Ч. ДАРВИНА

     Теория эволюции утвердилась в биологии благодаря работам Ч. Дарвина, который в 1859 году опубликовал свой труд «Происхождение видов путем естественного отбора».

     Дарвин впервые поставил всю биологию на материалистическую основу и объяснил происхождение видов (их эволюцию).

     Основными положениями эволюционной теории Дарвина являются, учение о наследственности, изменчивости и естественном отборе.

     Главная заслуга Ч. Дарвина в том, что он раскрыл движущие силы эволюции. Он материалистически объяснил возникновение и относительный характер приспособленности действием только естественных законов, без вмешательства сверхъестественных сил.

     Учение Дарвина в корне подрывало метафизические представления о постоянстве видов и сотворении их Богом. Он научно обосновал взаимосвязь между изменчивостью, наследственностью и отбором и доказал, что главной движущей силой эволюции является естественный отбор.

        Моделью процессов, происходящих в природе, послужила для Дарвина практика сельского хозяйства в Англии. Он обратил внимание на то, что селекционеры могут очень быстро вывести новый сорт растений или породу домашних животных, отбирая среди большого числа особей те, у которых желаемый признак наиболее выражен.            Такой способ был назван искусственным, т.е. осуществляется человеком. Искусственный отбор – направленное накопление признаков на пользу человека. Различают сознательный и бессознательный искусственный отбор.

1. Сознательный – проводится в соответствии с поставленной целью, намеченной селекционером.
2. Бессознательный – когда человек не ставит перед собой цели, а просто устраняет менее ценные особи и оставляет на племя лучшие.

     Искусственный отбор проводится при наличии изменчивости – способности организмов отличаться от родительских форм. Ч Дарвин отличал определенную (по современной терминологии – модификационная, ненаследственная, групповая), неопределенную (по современной терминологии – генотипическая, наследственная, индивидуальная) и коррелятивную (соотносительную) изменчивость.

     Определенная изменчивость – это появление сходных признаков у особей одного вида под влиянием одинаковых условий среды. Например, белокочанная капуста при выращивании в жарких странах не образует кочана.

     Эти изменения ненаследственные, т.к. генотип особей при этом не меняется, и при перенесении организмов в исходные условия проявляются первоначальные признаки. Ненаследственная изменчивость способствует приспособлению особей популяции к меняющимся условиям окружающей среды.

     Неопределенная изменчивость – возникновение различных изменений у особей одного вида под действием факторов окружающей среды. Неопределенная изменчивость является наследственной, т.к. при этом происходит изменение генетического материала – мутация или комбинация. Например, появление в стаде овец барашка с короткими ногами, признак стал передаваться по наследству и постепенно распространяться среди особей благодаря скрещиванию.

     Мутации представляют собой необходимый для отбора материал, т.е. мутации дают элементарный эволюционный материал.

     Коррелятивная (соотносительная) изменчивость, выделяемая Ч. Дарвином, это когда изменение одного органа или признака влечёт за собой изменение других органов или признаков. Например, длинные конечности у животных почти всегда сопровождаются длинной шеей

      Таким образом, движущими силами, т.е. основой выведения сортов и пород являются: 1) наследственная изменчивость и 2) искусственный отбор, т е отбор, производимый человеком. Искусственный отбор – направленное накопление признаков на пользу человека.

Движущие силы сортов и пород

                 Изменчивость                                                          Искусственный отбор

 неопределенная       определенная         соотносительная        сознательный      бессознательный (генотипическая)   (модификационная)  (коррелятивная)

Эволюция видов

     Изучение искусственного отбора помогли Ч. Дарвину познать движущие силы образования видов в естественных условиях:

     В своем труде «Происхождение видов» решил вопрос о главных движущих силах эволюционного процесса в природе, т.е. в естественных условиях. Он исходил из существовавших тогда научных данных о способности всех видов неограниченно размножаться в геометрической прогрессии (теория Т. Мальтуса). Так, осетр выметывает 2 млн. икринок, мак дает 30 тыс. семян и т.д., однако в соответствующих условиях численность взрослых особей каждого вида остается относительно постоянной. Следовательно, огромная часть появившихся на свет организмов гибнет, не оставив потомства. Причины гибели – недостаток корма из-за конкуренции с представителями своего же вида, нападения врагов, действие неблагоприятных факторов окружающей среды.

     Отсюда Ч. Дарвин сделал вывод о существовании «борьбы за существования», в ходе которого слабые, неприспособленные к окружающей среде особи погибают, не оставляя потомства, и таким образом генотип, обусловивший меньшую конкурентоспособность особи по сравнению с другими, исчезает из генофонда вида. Более приспособленные особи выживают и оставляют плодовитое потомство.

     Ч. Дарвин выделил три основные формы борьбы за существования: внутривидовую, межвидовую и борьбу с условиями неживой природы.

    1. Внутривидовая борьба – взаимоотношения между особями одного вида за пищу, самку, территорию – наиболее напряженная, т.к. особи одного вида живут в одинаковых условиях и имеют одинаковые потребности при ограниченности пищевых ресурсов. Внутривидовая борьба сопровождается снижением плодовитости и гибели части особей вида, но это способствует совершенствованию вида и усилению приспособленности к среде обитания.

2. Межвидовая борьба – борьба с особями других видов, имеющими одинаковые потребности (пища, территория), а также с хищниками, паразитами, болезнетворными организмами. Значение межвидовой борьбы для эволюции проявляется в том, что она усиливает и обостряет внутривидовую борьбу, а последняя приводит к совершенствованию вида.

3. Борьба с неблагоприятными условиями (засуха, наводнение, колебания температуры). Данная форма борьбы также усиливает внутривидовую борьбу, способствуя изменению и совершенствованию вида, что приводит к выживанию наиболее приспособленных к конкретным условиям. Таким образом, следствием борьбы за существование является естественный отбор – явление избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других, наиболее приспособленных к данной среде существования.

     Наследственные изменения у особей одной популяции могут быть вредными, нейтральными и полезными.

     Доминантные мутации, положительные для вида, подхватываются отбором и усиливают приспособление видов в первом же поколении. Доминантные отрицательные мутации для данного вида устраняются естественным отбором в первом же поколении.

     Рецессивные мутации будут устранятся или закрепляться через несколько поколений, когда их концентрация в генофонде станет большей и они начнут переходить в гомозиготное состояние (аа).

     В настоящее время выделяют комбинативную изменчивость, связанную с перекомбинацией генов родителей у потомков, обусловленную кроссинговером, случайным расхождением хромосом в мейозе и случайным сочетанием гамет при оплодотворении. Комбинативная изменчивость ведет к появлению бесконечно большого разнообразия генотипов и фенотипов, т.е. служит источником наследственного разнообразия и основой для естественного отбора.

     Следовательно, виды изменяются в процессе приспособления к условиям внешней среды и условия окружающей среды играют роль отбирающего фактора. Материалом для отбора служит наследственная изменчивость, а модификационная (ненаследственная) изменчивость не имеет значения для эволюции поскольку по наследству не передаются.

     И наконец движущей силой эволюции (т.е. изменения видов) является естественный отбор – отбор приспособительных признаков на пользу особи, популяции, вида, приводящей к возникновению новых форм.

Факторы эволюции видов (движущие силы)

наследственная                               борьба за                               естественный отбор

изменчивость                               существование                              

комби-        мутацион-   внутри-      меж-      с неблаго-      движу-    стабили-     разры-

нативная         ная           видовая    видовая   приятными       щий     зирующий    вающий

     В современной эволюционной теории ученые выделяют следующие формы естественного отбора: движущий, стабилизирующий, и дизруптивный (разрывающий) 1. Движущий отбор действует в изменяющихся условиях среды и способствует сдвигу среднего значения признака и появлению новых форм. Движущий отбор приводит к закреплению новой нормы реакции организма, которая соответствует изменившимся условиям окружающей среды, неприспособленные формы устраняются. Например, вытеснение исходной светлой бабочки – березовой пяденицы – темноокрашенной.

2. Дизруптивный (разрывающий отбор) – действует на территории с разнообразными условиями существования. Направлен на отбор не одного признака, а нескольких различных, каждый из которых благоприятствует выживанию. Среднее значение признака устраняется. Пример: вьюрки с разной формой клюва на галапагосских островах.

3. Стабилизирующий отбор – действует в постоянных условиях среды.

Отбор направлен против крайних вариантов и благоприятствует особям со средними значениями признака. У насекомоопыляемых растений размеры и форма цветка устойчивы. Цветки, не соответствующие строению насекомых-опылителей, не образуют семян, следовательно, гены, обусловившие отклонение от нормы, устраняются из генофонда популяции.

           Относительный характер приспособленности видов

     Положение Ч. Дарвина – приспособленность (целесообазность) всегда имеет относительный характер.

 Любое приспособление полезно только в тех условиях, в которых оно возникло, при изменении условий оно перестает быть полезным или даже становиться вредным для организма (заяц незаметный для хищников на снегу, хорошо заметен на фоне стволов деревьев и темной земли в бесснежную зиму).

     Формы приспособлений:

1. Покровительственная окраска – развита у видов, которые живут открыто и могут оказаться доступными для врагов (камбала, кузнечик). Если фон среды не является постоянным в зависимости от сезона года – животные меняют свою окраску (заяц беляк, русак).

2. Маскировка – форма тела и окраска сливаются с окружающими предметами (морской конек, палочники).

3. Предостерегающая окраска – яркая, характерна для ядовитых и жалящих форм (осы, шмели, гремучие змеи).

4. Мимикрия – сходство в окраске, форме тела незащищенных организмов с защищенными (муха журчалка).

     Появляющиеся в ходе эволюции приспособления не абсолютны, их целесообразность относительна, т.к. они полезны только в определенных условиях. Стоит измениться условиям среды и признак становится бесполезным и даже вредным

Развитие эволюционных идей

Гераклит, Эмпидокл, Демокрит, Лукреций, Гиппократ, Аристотель и другие античные философы сформулировали первые представления о развитии живой природы.
Карл Линней верил в сотворение природы богом и постоянство видов, но допускал возможность возникновения новых видов путём скрещивания или под влиянием условий среды. В книге «Система природы» К. Линней обосновал вид как универсальную единицу и основную форму существования живого; каждому виду животных и растений присвоил двойное обозначение, где существительное — название рода, прилагательное — наименование вида (например, Человек разумный); описал огромное количество растений и животных; разработал основные принципы систематики растений и животных и создал их первую классификацию.
Жан Батист Ламарк создал первое целостное эволюционное учение. В работе «Философия зоологии» (1809) он выделил основное направление эволюционного процесса — постепенное усложнение организации от низших форм к высшим. Также он развивал гипотезу о естественном происхождении человека от обезьяноподобных предков, перешедших к наземному образу жизни. Ламарк считал движущей силой эволюции стремление организмов к совершенству и утверждал наследование благоприобретённых признаков. То есть органы, необходимые в новых условиях, в результате упражнения развиваются (шея у жирафа), а ненужные органы вследствие неупражнения атрофируются (глаза у крота). Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипотеза о наследовании приобретённых признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении организмов к усовершенствованию — ненаучным.
Чарлз Дарвин создал эволюционную теорию, основанную на понятиях борьбы за существование и естественного отбора. Предпосылка- ми возникновения учения Ч. Дарвина были следующие: накопление к тому времени богатого материала по палеонтологии, географии, геологии, биологии; развитие селекции; успехи систематики; появление клеточной теории; собственные наблюдения учёного во время кругосветного плавания на корабле «Бигль». Свои эволюционные идеи Ч. Дарвин изложил в ряде работ: «Происхождение видов путём естественного отбора», «Изменение домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания», «Происхождение человека и половой подбор» и др.

Учение Дарвина сводится к следующему:

• каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
• черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
• особи производят б‚ольшее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
• преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
• в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.

Факторы эволюции по Ч. Дарвину — это

• наследственность,
• изменчивость,
• борьба за существование,
• естественный отбор.

Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование — весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба — борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба — борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.

На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ). Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.

Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)

Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.

Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).

Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
• мутационный процесс;
• популяционные волны и дрейф генов;
• изоляция;
• естественный отбор.

Мутационная и комбинативная изменчивость.

Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.

Популяционные волны и дрейф генов.

Популяционные волны (волны жизни) — периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.

Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.

Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор — это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).

Формы естественного отбора

Краткая история эволюции органического мира

Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.

Геохронологическая шкала и история развития живых организмов

Эволюционное учение Ч.Дарвина

Вопрос № 1 Ч.Дарвин считал одним из движущих сил эволюции:

1. борьбу за существование

2. внутреннее стремление к прогрессу

3. наследование приобретенных признаков

4. групповую изменчивость

Вопрос № 2 Главное значение теории Ч.Дарвина заключается

1. объяснении причин происхождения жизни на Земле

2. создании первого эволюционного учения

3. разработка концепции естественного отбора

4. создании биогенетического закона

Вопрос № 3 Главная причина борьбы за существование по Ч.Дарвину заключается в

1. несоответствии между скоростью размножения и возможностью потребления природных ресурсов

2. постоянном изменении условий среды

3. ни один из ответов не верен

4. частом появлении вредных мутаций

Вопрос № 4  Ч.Дарвин считал основным источником материала для эволюции

1. наследование приобретенных признаков

2. групповую изменчивость

3. внутреннее стремление к прогрессу

4. индивидуальную изменчивость

Вопрос № 5 К особенностям искусственного отбора относят

1. приспособление к условиям среды

2. подбор пар для скрещивания

3. приручение и дрессура

4. избыточную рождаемость

Вопрос № 6 Наиболее напряженной является

1. внутривидовая борьба

2. межвидовая борьба

3. борьба с неблагоприятными факторами окружающей среды

4. борьба с инфекциями ( вирусами, бактериями)

Вопрос № 7 Соавтором эволюционной теории Ч.Дарвина следует считать

1. Э.Дарвина

2. А.Р.Уоллеса

3. Ч.Лайеля

4. Ж.Б.Ламарка

Вопрос № 8 Элементарной эволюционной единицей является

1. особь

2. подвид

3. популяция

4. вид

Вопрос № 9 Сложные взаимоотношения между популяциями разных видов являются проявлениями

1. идиоадаптивных изменений

2. межвидовой борьбы за существование

3. борьбы с неблагоприятными условиями существования

4. внутривидовой борьбы за существование

Вопрос № 10 Результатом эволюции является

1. наследственная изменчивость

2. борьба за существование

3. возникновение приспособленности

4. естественный отбор

Вопрос № 11 К движущим силам эволюции не относится

1. внутривидовая борьба

 2. относительная приспособленность организмов

3. наследственная изменчивость

4. естественный отбор

Вопрос № 12 Единственным направляющим фактором в эволюции является

1. мутационная изменчивость

2. внутривидовая борьба

3. комбинативная изменчивость

4. естественный отбор