Доказательства и направления эволюции
план-конспект занятия по биологии (11 класс)

Доказательства и направления эволюции

Доказательства эволюции

Доказательства эволюции базируются на данных различных наук: палеонтологии, эмбриологии, анатомии, физиологии, биохимии, биогеографии.

Классические доказательства предоставляет сравнительная палеонтология, изучающая ископаемые организмы, жившие в прошлые эпохи. История развития живых организмов на Земле сохранилась в виде ископаемых остатков. Прямым доказательством эволюции является ярусность расположения остатков живых организмов: чем более древний слой изучается, тем более примитивные формы жизни в нем находятся, в верхних слоях находят остатки более поздних форм жизни. Обнаружены ископаемые переходные формы, позволяющие с уверенностью говорить о происхождении той или иной группы организмов.

Например, псилофиты — переходная форма от водорослей к высшим наземным растениям, семенные папоротники доказывают образование голосеменных растений от папоротникообразных. В царстве животных наиболее известны находки археоптерикса, первоптицы размером с голубя, но имеющей многие признаки пресмыкающихся: зубы на челюстях; по три пальца с когтями, выступающие из крыльев; хвост, состоящий из большого количества позвонков с расположенными на нем перьями; наличие брюшных ребер. Ископаемые стегоцефалы имеют признаки рыб и земноводных, котилозавры — признаки земноводных и пресмыкающихся, зверозубый ящер — признаки пресмыкающихся и млекопитающих. Палеонтологи по ископаемым остаткам сумели восстановить эволюцию некоторых групп животных — составлены филогенетические ряды лошади, хоботных, верблюдов.

Сравнительная эмбриология приводит убедительные доказательства в пользу эволюции. Еще Ч. Дарвин обратил внимание на связь между индивидуальным развитием — онтогенезом и историческим развитием вида — филогенезом. Немецкие ученые Э. Геккель и Ф. Мюллер сформулировали биогенетический закон, закон рекапитуляции: "онтогенез — есть краткое и быстрое повторение филогенеза". Например, зародыши млекопитающих на ранних стадиях развития имеют длинный хвост и жаберные щели и похожи на зародыш рыбы, затем на зародыш земноводного, затем — пресмыкающегося, имеют клоаку. Рекапитуляция признаков объясняется тем, что на разных стадиях включаются сохранившиеся гены далеких предков — рыбы, земноводного, пресмыкающегося, обезьяны. Головастик лягушки имеет рыбообразную форму тела, боковую линию, двухкамерное сердце и один круг кровообращения. Он как бы повторяет признаки рыб, далеких предков земноводных.

Сравнительная анатомия показывает, что план строения позвоночных животных одинаков у различных классов. Например, в скелете земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих различают четыре отдела: скелет головы, туловища, конечностей и поясов конечностей. Отделы состоят из одинаковых костей, различия в строении появляются в результате приспособлений к конкретным условиям среды. Сходный план строения имеют и остальные системы органов, и отдельные органы. Для всех птиц, например характерна правая дуга аорты, а для млекопитающих – левая.

В пользу эволюции свидетельствуют рудименты — органы, утратившие свои функции и находящиеся на грани исчезновения (волосяной покров на конечностях и туловище у человека, копчик — рудимент хвоста, состоящий из 4-5 позвонков, остатки тазового пояса у кита). К сравнительно анатомическим доказательствам относятся и атавизмы — случаи возврата к признакам предков (у человека — случаи рождения детей с хвостом, с дополнительными парами сосков).

Физиологическими доказательствами служат сходства различных физиологических процессов у животных близких систематических групп: сходство в физиологии кровеносной, дыхательной, выделительной, пищеварительной, половой систем органов. Например, беременность человека и человекообразных обезьян продолжается около девяти месяцев к протекает сходно.

Данные биохимии, вероятно, одни из самых убедительных. Доказано, что у близкородственных групп организмов белки сходны но аминокислотному составу и сходна нуклеотидная последовательность ДНК в хромосомах. Например, гемоглобин человека и шимпанзе идентичен по аминокислотному составу, а между гемоглобином человека и гориллы отличия в двух аминокислотах. Сравнение аминокислотной последовательности в рибосомальных белках и нуклеотидной последовательности в рибосомальных РНК (как одних из наиболее консервативных) подтверждает классификацию всех основных групп живых организмов.

В настоящее время проведена гибридизация цепей нуклеотидов ДНК человека и шимпанзе. Для этого были разделены двойные цепи ДНК человека и шимпанзе, и затем одиночные цепи ДНК человека соединили с цепями нуклеотидов шимпанзе. Между комплементарными нуклеотидами восстановились водородные связи, и оказалось, что ДНК человека и шимпанзе сходны на 91-92%. Кроме того, универсальность генетического кода и единство аминокислотного состава белков свидетельствуют о происхождении всех живых организмов Земли от единого предка.

Интересные факты приводит и биогеография, наука о распространении растительного и животного мира. Поверхность Земли разделена на шесть биогеографических областей:

1) Палеоарктическую (Европа, Северная Африка, Северная и Средняя Азия, Япония);

2) Неоарктическую (Северная Америка);

3) Эфиопскую (Африка к югу от Сахары);

4) Индо-Малайскую (Южная Азия и Малайский архипелаг);

5) Неотропическую (Центральная и Южная Америка);

6) Австралийскую.

Фауна и флора Палеоарктической и Неоарктической областей сходны, хотя между ними находится Берингов пролив. Сходство объясняется тем, что в недалеком прошлом существовал сухопутный мост — Берингов перешеек. Эти две области объединены в Голарктическую область. Различия в растительном и животном мире между Неоарктической и Неотропической областями объясняются тем, что Панамский перешеек появился недавно. Только немногие виды сумели проникнуть в Северную Америку с юга (броненосец, опоссум) и из Северной Америки в Южную. Австралия отделилась от остальных материков более 100 млн. лет назад, когда еще не было плацентарных животных, и изоляция сохранила примитивных яйцекладущих и сумчатых млекопитающих. Фауны и флоры различных областей отличаются потому, что виды сформировались в определенном центре происхождения и расселялись до тех пор, пока не встречали какой-то естественной преграды.

Основные направления эволюции

Все живые организмы, населяющие в настоящее время нашу планету, прошли длительный путь эволюционного развития, который привел к появлению высокоорганизованных форм жизни. Большая работа по теоретическому анализу этого эволюционного развития была проделана русскими учеными А.Н. Северцовым и И.И. Шмальгаузеном. Ими были выделены три основных направления эволюционного процесса – ароморфоз, идиоадаптация и дегенерация.

Ароморфоз (морфофизиологический прогресс) – это приспособительные эволюционные изменения, приводящие к усложнению строения и функций организма и повышающие общий уровень его организации и жизнедеятельности. Возникновение ароморфозов – длительный процесс, происходящий на основе наследственной изменчивости и естественного отбора. Ароморфозы сохраняются в ходе дальнейшей эволюции и приводят к возникновению крупных систематических групп – типов и классов.

Наиболее важными ароморфозами на ранних этапах развития жизни на Земле были возникновение фотосинтеза, полового процесса и появление многоклеточных организмов. Позже ароморфозы обеспечили выход растений на сушу, а также переход растений от размножения спорами к размножению семенами. У беспозвоночных ароморфозы привели к появлению третьего зародышевого листка (мезодермы) и двусторонней симметрии, что повлекло за собой дифференциацию тела на ткани и органы, выполняющие специфические функции. Прогрессивные изменения происходили и у позвоночных животных. Это появление легочного дыхания, развитие челюстей у панцирных рыб, возникновение внутреннего оплодотворения, ороговение кожи, усложнение строения сердца и легких и т.д.

Идиоадаптация – это частные эволюционные изменения приспособительного характера, которые не затрагивают общего уровня организации. Эти изменения появляются в результате приспособления к конкретным условиям среды. Примерами идиоадаптации у животных могут быть защитная окраска, приспособления земноводных к жизни на суше, различная форма клюва и крыльев у птиц и т.д., а у растений это приспособления цветка к опылению, плодов и семян к распространению, а листьев – к уменьшению испарения.

Дегенерация (морфофизиологический регресс) – это упрощение организации, приводящее к утрате определенных органов. Это происходит в том случае, когда организм в силу приспособления к определенным условиям обитания перестает нуждаться в этих органах. Например, многие паразитические растения утратили листья, так как питаются готовыми органическими веществам, а паразитические черви (например, ленточные) утратили большинство органов чувств, пищеварительную систему, у них значительно упростилось строение нервной системы и т.д.

Различные направления эволюции тесно связаны между собой. Ароморфозы возникают в процессе эволюции сравнительно редко и всегда ведут к появлению новых, более высокоорганизованных форм, способных приспосабливаться к другим средам обитания. Далее эволюционный процесс идет по пути идиоадаптаций, которые позволяют организмам обживать новые экологические ниши. Дегенерация может наступить в случае глубокого частного приспособления к определенным условиям среды, то есть в результате идиоадаптации, и в то же время создать условия для возникновения новых идиоадаптаций.

Кроме морфофизиологического прогресса (ароморфоза) и регресса (дегенерации) к главным направлениям эволюционного процесса можно отнести и биологический прогресс и регресс. Биологический прогресс характеризуется лучшим приспособлением организмов к условиям окружающей среды, в результате чего увеличивается численность особей данного вида, расширяется его ареал, возникают новые популяции, подвиды, виды. К биологическому прогрессу может приводить как усложнение организации (например, появление покрытосеменных растений или разных классов позвоночных животных), так и ее упрощение (например, утрата многих органов различными паразитами). Таким образом, биологическое процветание вида может достигаться различными путями. Примером биологического прогресса может служить распространение зайца русака на большой территории нашей страны, широкое распространение серой крысы и вытеснение ей черной крысы, широкое распространение рыжих тараканов и вытеснение ими черных тараканов и т.д.

Биологический регресс характеризуется снижением уровня приспособленности к условиям обитания, в результате чего уменьшается численность особей вида, сокращается его ареал, уменьшается число и разнообразие популяций. В конечном счете биологический регресс ведет к вымиранию данного вида. В прошлые эпохи биологическому регрессу подверглись трилобиты, ракоскорпионы, динозавры, псилофиты, семенные папоротники и т.д. В настоящее время биологический регресс испытывают плауны, хвощи, черный таракан, черная крыса, выхухоль, бобры, зубры и т.д. Одним из мощных факторов в этом процессе сейчас является деятельность человека – как прямое истребление (зубры, уссурийский тигр), так сокращение ареалов и численности видов в результате хозяйственной деятельности (многие степные растения и животные и т.д.).