Макроэволюция - это процесс, который ведет к образованию надвидовых, систематических категорий (родов, семейств, отрядов). Для изучения макроэволюции требуются огромные промежутки времени, поэтому возникают трудности во время исследований. В конце 20 ст. с этой целью стали применять компьютерное моделирование.
Изучение макроэволюции и ее закономерности
При изучении макроэволюции были выявлены следующие закономерности:
- Необоротность макроэволюционных изменений - возникшие новые формы жизни уже не вернутся к обличию предков.
- Постоянное приспособление к меняющимся условиям среды - усложнение внутреннего строения, поведения.
- Непредсказуемость - эволюция не имеет конкретной цели, а определяется естественным отбором.
Процессы, которые происходят на микро- или макроэволюционном уровне не имеют существенных отличий. Систематические единицы (таксоны) высшего ранга самостоятельно не возникают. Они образуются в результате появления новых видов, что обусловлено изменением генетической информации, дивергенцией и естественным отбором.
Макроэволюционные процессы возможны только благодаря микроэволюционным. Макроэволюция в отличие от микроэволюции ведет к образованию новых родов, семейств, классов, всех высших таксонов.
Микроэволюция обеспечивает изменения только внутривидовые и популяционные. Макроэволюция приводит к появлению новых органов, примеры: внутриутробное развитие потомства млекопитающих, живорождение, появление молочных желез.
Доказательства макроэволюции
Данные, подтверждающие возникновение новых надвидовых таксонов в эволюционной истории организмов сводятся к следующей таблице:
| Макроэволюция и ее доказательства | |
|---|---|
| Доказательства макроэволюции | Характеристика макроэволюции |
| Сравнительно анатомические | Представители животного мира имеют сходный план строения, что свидетельствует о единстве происхождения. Примером служит пятипалая конечность, зачатки которой встречались в плавниках кистеперых рыб. Теперь такое строение характерно для млекопитающих, птиц, рептилий, земноводных, рыб. Доказательством макроэволюции служат также атавизмы и рудименты. Атавизмы - органы давних предков, которые развиваются у современных видов (человек может родиться с несколькими сосками или полностью покрыты волосами). Рудименты – органы, которые утратили свою роль, но не исчезли полностью (остатки третьего века, копчик). |
| Эмбриологические | Первые этапы развитиявсех позвоночных животных на эмбриональном уровне практически идентичны (форма тела, жаберные дуги, хвост, один круг кровообращения).Но постепенно по мере созревания и роста, отличия стают существенными, каждый организм развивается и приобретает черты своего вида. |
| Палеонтологические | Данная группа доказательств объединяет находки останков вымерших предков, которые относились к переходным формам. Они позволяют отследить путь от одного вида животных к другому. К примеру, найдена пятипалая лошадь, которая является предком современных видов, которые имеют один палец. Это свидетельствует, что у предков лошадей было по 5 пальцев на конечностях. |
| Биохимические | Одинаковый химический состав клеток, как современных представителей, так и их предков. Сходство генетической информации у всего живого (ДНК, РНК). Процессы пластического и энергетического обмена имеют единые принципы. Большинство живых существ для выживания используют универсальный источник энергии АТФ. Сходные также этапы расщепления питательных веществ (белков, жиров, углеводов), их зависимость от ферментативных систем. |
| Биогеографические | Распространение флоры и фауны на разных континентах Земли отражает процессы макроэволюции. Чем ближе находятся континенты, тем больше похожих видов их населяет, чем дольше они были в изоляции, тем больше отличий в животном и растительном мире. |
Какие доказательства макроэволюции дают нам палеонтологические данные?
Палеонтологические раскопки позволяют получить информацию о растениях и животных прошлого, возобновить прежний облик давно вымерших существ, установить связь между древними предками и современными потомками.
Изучение останков, полученных из земных пластов различных эр и эпох, дает возможность установить закономерности появления и развития разных видов. К примеру, самые древние пласты - это источники останков беспозвоночных животных, а более поздние пласты - хордовых. Молодые геологические слои содержат тела, похожие на современных животных и растений.
Ученые обнаружили также переходных существ, которые обладали свойствами древних и молодых видов. Такие находки доказывают существование макроэволюции. Ископаемая первоптица археоптерикс - связывает рептилий и птиц. Археоптерикс, как и рептилии, обладает длинным хвостом и несросшимися позвонками, а как птица - крыльями и покрывающими тело перьями.
Доказательством макроэволюции служат и филогенетические ряды. Сходство между остатками ранее живших животных и растений свидетельствует о происхождении одних видов от других.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Макроэволюция, её доказательства Урок в 11 классе Учитель биологии высшей категории И.А.Коченкова
Макроэволюция Макроэволюция органического мира - это процесс формирования крупных систематических единиц (из видов - новых родов, из родов - новых семейств и т.д.) в ходе эволюции на протяжении всей истории Земли Развитие жизни на Земле в целом, включая её происхождение, называется макроэволюцией
Сравнение микроэволюции и макроэволюции Микроэволюция Действуют те же процессы – борьба за существование, естественный отбор и связанное с ним вымирание. Носят дивергентный характер Макроэволюция
Сравнение микроэволюции и макроэволюции Образование из популяций новых подвидов, из подвидов – видов. Происходит в относительно короткое время Происходит внутри вида Микроэволюция Макроэволюция Образование из видов новых родов, из родов – семейств и т. д. Происходит за длительное время (исторические эпохи) Надвидовая эволюция
Результатом макроэволюционных процессов становятся существенные изменения внешнего строения и физиологии организмов.
Доказательства макроэволюции Доказательства макроэволюции Палеонтологические доказательства Эмбриологические доказательства Сравнительно-анатомические доказательства
палеонтология Наука об ископаемых организмах – палеонтология – неопровержимо доказывает, что в прошлые эпохи животный и растительный мир Земли резко отличался от современного.
Палеонтологические Доказательства ископаемые остатки; ископаемые переходные формы; филогенетические ряды
Некоторые из раскопок палеонтологии Скелет ископаемого котилозавтра сеймурии, занимавшей промежуточное положение между амфибиями и рептилиями. Окаменевшие яйца динозавров
Переходные формы Переходные формы служат доказательством эволюции, поскольку свидетельствуют об исторической связи разных групп организмов. Археоптерикс Ихтиостег Семенные папоротники
Эти открытия относятся к недавнему времени и касаются форм, называемых Ихтиостега. Скелет этих форм отчетливо свидетельствует о переходном характере этой группы. Хвост и лучи хвостового плавника обладают еще характерными рыбьими признаками, тогда как грудные и брюшные плавники уже изменились в передние и задние конечности, служащие для передвижения по суше. Поэтому эти формы заслуживают того, чтобы их поместить между классом рыб и классом земноводных.
Филогенетические ряды Филогенетические ряды – это ряды видов, последовательно сменявших друг друга в процессе эволюции различных групп животных и растений
Филогенетические ряды В результате перехода к жизни на открытых пространствах и изменения характера питания из-за остепнения произошло увеличение размера тела, удлинение конечности и уменьшение количества пальцев
Сравнительно-анатомические доказательства Сравнение строения организмов, нахождение черт сходства
Сравнительно-анатомические Доказательства эволюции гомологи аналоги рудименты атавизмы
Гомологичные органы Гомологичные органы – это органы, имеющие одинаковый план строения, развивающиеся из сходных зачатков и одинаково расположенные, но выполняющие разные функции. Гомология указывает на общность происхождения обладающих ею организмов, различия в строении гомологичных органов – результат дивергенции.
Примеры гомологичных органов у растений Это все видоизмененные листья Колючки кактуса Усики гороха Иглы барбариса
Аналогичные органы Крылья – это… Видоизменённые передние конечности Складки хитинового покрова Кожная перепонка
Аналогичные органы Главный признак аналогии – сходство функций вне связи со строением и происхождением. Аналогичные органы – результат конвергенции.
Аналогичные органы у растений 1 – колючка барбариса возникают из листьев; 2 – белой акации из прилистников; 3 – боярышника – из побега; 4 – ежевики – из коры
рудименты Рудименты – недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свои биологические функции.
атавизмы У некоторых особей рудименты могут развиваться в органы нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом
Эмбриологические доказательства Эмбриология – это наука, изучающая зародышевое развитие организмов.
Эмбриологические доказательства Развитие многоклеточных животных из оплодотворённого яйца. Сходство зародышевого развития животных. Расхождение признаков зародышей в процессе эмбрионального развития.
Биогенетический закон Биогенетический закон – индивидуальное развитие особи (онтогенез)является коротким и быстрым повторением (рекапитуляцией) важнейших этапов эволюции вида (филогенеза). немецкий учёный Э. Геккель (1866)
Домашнее задание: §61, вопр. Заполнить таблицу «Сравнительная характеристика этапов эволюционного процесса» Этап В каких группах организмов осуществляется Материал для эволюционного процесса Главный эволюционный фактор Результаты Микроэволюция Макроэволюция
Макроэволюция – процесс образования новых семейств, отрядов, классов и типов, а также других надвидовых систематических единиц (таксономических групп живых существ). Микроэволюция – сложнейший эволюционный процесс возникновения нового вида. При этом новый вид превращается в обособленную совокупность организмов. Микроэволюцию называют надвидовой эволюцией, в ходе которой виды еще больше обособляются друг от друга, образуя более крупные систематические группы. Так, виды пшеница твердая и пшеница мягкая образуют род пшеница, а в свою очередь пшеница, рожь, ячмень и другие злаки составляют семейство злаковые. Все представители семейства произошли от какого-то одного общего предка в результате микроэволюции, осуществленной в популяциях этого предка. Для воссоздания процесса макроэволюции одновременно используются данные сравнительной анатомии, палеонтологии и эмбриологии
Доказательства макроэволюции:
1. Эмбриологические – зародыши организмов многих систематических групп сходны между собой, причем, чем ближе организмы, тем до более поздней стадии развития сохраняется сходство зародышей. Биогенетический закон – каждая особь в онтогенезе (индивидуальном развитии) повторяет зародышевые стадии своих предков в филогенезе (эволюционном развитии).
2. Палеонтологические – найдены ископаемые переходные формы между многими систематическими группами. Для некоторых видов построены филогенетические ряды – последовательности предков.
Направление макроэволюции:
1. Ароморфоз
Приспособительное изменение общего значения, повышающее уровень организации и жизнеспособность особей, популяций видов. Усложнение организации, которое сохраняется при дальнейшей эволюции и приводит к возникновению новых крупных систематических групп
возникновение автотрофного питания у растений
появление побеговых растений, семенного размножения
возникновение у животных скелета, теплокровности, свободных конечностей
живорождение, вскармливание детенышей молоком
3. Идиодиптация
Частные приспособительные изменения, полезные в данной среде обитания и возникающие без изменения общего уровня организации. Возникают после ароморфоза, когда группа организмов заняла новую среду обитания и начались приспособительные изменен ия у о тдельных популяций
различные формы тела рыб
оперение у птиц
приспособления к опылителям у цветковых растений
4. Дегенерация
Приспособительные изменения организмов, приобретаемые путем понижения уровня общей организации – упрощения строения и функций
у кротов редуцированы глаза
МАКРОЭВОЛЮЦИЯ, ЕЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА
Цель: познакомить с макроэволюцией и ее доказательст-вами - палеонтологическими, эмбриологическими и другими.
Оборудование: рис учебника «Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных», рис., образцы, де-монстрирующие формы сохранности ископаемых растений и животных.
Ход урока
I . Проверка знаний.
1. Тестирование.
Заполните пробелы в нижеприведенных фразах.
1) Микроэволюцией называют эволюционные изменения, протекающие на... уровне
2) Различают две основные формы видообразования: ... и...
3) Репродуктивная изоляция связана с прекращением обмена... между двумя...
4) Генетическая дивергенция означает... генов
5) Форма видообразования, связанная с расширением ареала исходного вида, называется...
6) Современные виды ландыша возникли в результате....
7) Зарождение в рамках исходной популяции новой формы называется...
8) Симпатрическое видообразование имеет две формы: ... и...
9) Пять видов синиц образовались в результате... видообра-зования, а полиплоидный картофель -- в результате... видообра-зования.
10) Образование новых видов в результате хромосомных пе-рестроек может происходить в популяциях...
2. Письменный ответ. Задание.
Из приведенного перечня выберите факторы, способству-ющие видообразованию, и обоснуйте свой выбор: малочисленность вида, многочисленность вида, сравнительно однообразные условия существования, разнообразные условия существования, маленький ареал, большой ареал, острая борьба за существова-ние, относительно слабая борьба за существование, изоляция, дивергенция.
3. Письменный ответ. Задание.
Запишите последовательность событий при географическом видообразовании.
1) Расселение на новые территории за пределами ареала.
2) Отбор в новых условиях среды.
3) Географическая изоляция между популяциями.
4) Образование новых видов.
5) Возникновение подвидов.
6) Биологическая изоляция.
4. О тветы по вопросам в конце § 60, № 2, 3, и выполнение задания, отмеченного знаком
II . Изучение нового материала.
1. Макроэволюция.
Этим понятием обозначают происхождение надвидовых так-сонов (родов, отрядов, классов, типов, отделов).
В общем смысле макроэволюцией можно назвать развитие жизни на Земле в целом, включая и ее происхождение. Макроэволюционным событием считается также возникновение чело-века. Между микро- и макроэволюцией нельзя провести резкую границу, потому что процесс микроэволюции, вызвавший ди-вергенцию, продолжается без какого-либо перерыва и на макро-эволюционном уровне внутри вновь возникших форм. Отсутствие принципиальных различий в протекании микро- и макроэволюционного процессов позволяет рассматривать их как две стороны единого эволюционного процесса.
2. Палеонтологические доказательства макро-эволюции.
Палеонтологические данные позволяют узнать о раститель-ном и животном мире прошлого, реконструировать облик вы-мерших организмов, обнаружить связь между древнейшими и современными представителями флоры и фауны. Сопоставление ископаемых остатков из земных пластов разных геологических эпох позволяет установить последовательность возникновения и развития разных групп организмов. Например, в самых древних пластах находят остатки представителей типов беспозвоночных животных, а в более поздних пластах - уже и остатки хордовых. В еще более молодых геологических пластах содержатся остатки животных и растений, относящихся к видам, похожим на со-временные.
Палеонтологами были обнаружены формы организмов, со-четающие признаки более древних и более молодых групп. Та-кие ископаемые переходные формы служат доказательством эволюции, поскольку свидетельствуют об исторической связи разных групп организмов. Например, ископаемая первоптица археоптерикс - связующее звено между рептилиями и птицами. Археоптерикс имеет, как и рептилии, длинный хвост, несрос-шиеся позвонки, развитые зубы; как птица, он покрыт перьями, имеет крылья, частично пневматичные кости.
Другими примерами переходных форм являются кистеперые рыбы, связывающие рыб с вышедшими на сушу земноводными, семенные папоротники переходная форма между папоротни-ковидными и голосеменными.
Доказательством эволюции служат и палеонтологические ряды. Палеонтологами были найдены остатки ранее живших ви-дов, которые связаны между собой родством, то есть свидетель-ствовали о происхождении одних видов от других.
Русский ученый В. О. Ковалевский, исследуя историю раз-вития лошади, показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших в лесах 60-70 млн лет назад. Изменение климата Земли повлекло за собой сокращение площадей лесов и увеличение площадей степей. Животные оказались в новых условиях. Преобразование конечностей - уменьшение числа пальцев от пяти до одного - возникло в связи с необходимостью защиты от хищников и пе-редвижения на большие расстояния в поисках пищи. К насто-ящему времени установлены палеонтологические ряды в эволю-ции слонов, носорогов, китов.
3. Эмбриологические доказательства.
В пользу эволюции органического мира говорят данные эм-бриологии. Эмбриологами было обнаружено и изучено сходство начальных стадий эмбрионального развития животных. Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотво-ренной яйцеклетки, В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, бластулы, гаструлы, образования трехслойного зародыша, формирования органов из зародыше-вых листков. Сходство зародышевого развития животных сви-детельствует о единстве их происхождения.
О сходстве эмбриональных стадий у всех позвоночных сви-детельствует закладка жаберных дуг, одинаковая форма тела, наличие хвоста, зачатков конечностей. Во многом аналогично на этих стадиях внутреннее строение зародышей: сначала заклады-вается хорда, кровеносная система с одним кругом кровообра-щения (как у рыб), одинаковое строение почек. По мере разви-тия сходство между зародышами уменьшается. Все более четко начинают проявляться черты организации тех классов, к кото-рым животные принадлежат. У наземных животных зарастают жаберные карманы, у зародыша человека особенно сильно раз-вивается головной отдел, включающий мозг, формируются пя-типалые конечности.
По ходу эмбрионального развития последовательно идет расхождение признаков зародышей, приобретающих черты, ха-рактеризующие класс, отряд, род, вид, к которому они принад-лежат. Эта закономерность в развитии зародышей указывает на их родство, происхождение от одного ствола, который в ходе эволюции распался на множество ветвей.
4. Сравнительно-анатомические доказательства.
Для изучения сравнительно-анатомических доказательств эволюции необходимо обратиться к понятиям «гомология» «рудименты», «атавизмы». Гомологичными называются органы имеющие одинаковый план строения, развивающиеся из сход-ных зачатков и одинаково расположенные, но выполняющие разные функции. Гомология указывает на общность происхож-дения обладающих ею организмов, различия в строении гомоло-гичных органов - результат дивергенции.
Главный признак аналогии - сходство функций вне связи со строением и происхождением. Аналогичные органы - результат конвергенции. Наличие аналогичных органов не свидетельству-ет о тесном родстве обладающих ими организмов.
Рудименты недоразвитые органы, утратившие в ходе эво-люции свои биологические функции.
У некоторых особей рудименты могут развиваться в органы нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом. Изучение атавистических признаков позволяет воссоздать строение гомологичных орга-нов у предков.
III . Закрепление.
Вспомните и перечислите признаки сходства всех классов позвоночных животных. Чем они объясняются?
Рассмотрите рисунок 153-154; 156-157; 158-159 в учебнике В.К.Шумного. Какие признаки в фи-логенетическом ряду копытных наиболее сильно подверглись действию естественного отбора? В чем значение палеонтологи-ческих исследований.
Какой вклад в эволюционную теорию вносят эмбриологи-ческие исследования?
Домашнее задание: § 54,55,56,57.
СИСТЕМА РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ - ОТОБРАЖЕНИЕ ЭВОЛЮЦИИ
Цели: продолжить знакомство с доказательствами макро-эволюции на примере современной системы растений и живот-ных; сформировать представление о принципах современной классификации.
Ход урока
I . Проверка знаний.
1. Тестирование.
В нижеприведенных предложениях заполните пробелы.
1) Макроэволюция - -... эволюция
2) Макроэволюция, как и микроэволюция, носит... характер
3) Палеонтология изучает... организмов
4) ... находки позволяют реконструировать внешний облик организмов
5) Археоптерикса с пресмыкающимися сближает длинный...
6) Ряды видов, последовательно сменяющихся друг друга,
называются...
7) Ископаемые формы, сочетающие признаки... и более... групп высокого систематического ранга, называются...
8) Все многоклеточные животные развиваются из …….. яйцеклетки
9) Сходство зародышевого развития животных свидетельст-вует о... происхождения
10) Крыло птицы и бабочки являются примером... органов
2. Письменный ответ по карточке. Задание.
Заполните таблицу «Сравнительная характеристика этапов эволюционного процесса».
3. Письменный ответ. Задание.
1) Внимательно прочтите текст и рассмотрите рисунок (че-реп саблезубого тигра).
Палеонтологу известно, что размеры тела и длина клыков саблезубых тигров постепенно увеличивались к периоду их вы-мирания. Учитывая это, можно ли предположить, что:
а) в это время происходило потепление климата и саблезубые тигры широко расселились на Земле;
б) условия существования этих животных ограничивались своеобразными узкими пределами;
в) крупные тигры с длинными клыками уничтожили всех более мелких;
г) одностороннее развитие некоторых органов указывает на крайнюю специализацию, результатом чего может быть выми-рание;
д) количество наследственных изменений у саблезубых тиг-ров в сторону увеличения длины клыков постоянно росло?
2) Объясните, почему одни предположения правильны, а дру-гие -- нет.
4. Ответы по вопросам в конце §54,55,56,57 Ш.
II . Изучение нового материала.
1. Актуализация знаний учащихся.
Кем разработаны основы современной классификации ор-ганизмов?
Перечислите систематические группы животных и расте-ний, известных вам из курса зоологии, ботаники.
2. Систематические группы.
Данные систематики используют для доказательства эволю-ции, так как они устанавливают родство между таксонами.
В современной систематике организмы распределяются по ряду систематических категорий: вид, род, семейство, отряд (порядок для растений), класс, тип (отдел для растений) и др.
Каждая высшая систематическая категория, начиная от рода, объединяет группы, стоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Род объединяет виды, произошедшие от одного предка и оказавшиеся в результате борьбы за существование и естествен-ного отбора способными существовать и успешно размножаться в различных географических и экологических условиях.
Признаки (критерии), на основании которых близкие виды объединяются в роды, хорошо видны на примере дарвиновских вьюрков. На Галапагосских островах вьюрки представлены тре-мя родами: земляные, древесные и славковые. Земляные вьюрки гнездятся в засушливой зоне и кормятся большей частью на от-крытых местах, древесные гнездятся в засушливой зоне и пита-ются на деревьях; славковые занимают разные местообитания.
Главный признак, по которому различают виды вьюрков, -строение клюва, тесно связанное с особенностями питания. На цветках кактуса питается кактусовый земляной вьюрок, у кото-рого длинный клюв и расщепленный язык. У большого земляно-го вьюрка толстый, массивный клюв, отлично справляющийся с крупными семенами. Дятловый, древесный, вьюрок получил свое название за прямой, как у дятла, клюв, которым он долбит древесную кору, ползая вверх и вниз по стволу. Отсутствие длинного языка он восполняет кактусовой иглой или веточкой, удерживая ее в клюве и выковыривая насекомых из отверстия в коре, которое выдолбил. Все виды дарвиновских вьюрков не скрещиваются; некоторые виды образуют подвиды - - значит, ви-дообразование продолжается. Все виды вьюрков произошли от одного исходного вида.
3. Принципы современной классификации.
Основы научной систематики заложил еще в XVIIIв. К. Лин-ней. Принципы классификации Линнея действуют и ныне.
В любом видовом названии присутствует имя рода. Род объ-единяет наиболее близкие виды организмов. Выделяют, напри-мер, такие роды, как кошки, лошади, дубы и т. д. Первоначально для видового названия к имени рода прибавлялись фразы, кото-рыми описывались характерные видовые признаки. Например, дуб красный назывался «дуб с листьями, имеющими глубокие прорези, оканчивающимися волосоподобными зубчиками». Позднее, после работ Линнея, укоренилось двойное, или бино-минальное, название видов. Первое слово представляет собой имя рода, второе название вида. Например, Дуб красный. Со-бака домашняя.
Современная система классификации учитывает признаки родства видов как с ныне живущими, так и с уже вымершими. Каждая таксономическая категория соответствует группе орга-низмов, которые имеют общего предка. Такая система класси-фикации отражает естественную общность организмов и поэтому называется естественной. Естественные классификации по-зволяют предсказывать наличие у организмов тех или иных свойств в зависимости от их положения в системе.
Взаимоотношения между основными группами современных организмов, сложившиеся в процессе эволюции, представляют собой подобие ветвей могучего дерева. Родословное древо в це-лом и его ветвление отчетливо выявляют общий характер мак-роэволюции: развитие живых существ от менее сложных к более сложным, дивергентный и приспособительный характер эво-люции.
III . Закрепление.
Фронтальная письменная работа. Задание.
Заполните таблицу «Развитие кровеносной системы у позво-ночных».
Домашнее задание: § 75.
ГЛАВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА
Цели: сформировать понятие о главных направлениях эволюции, показать соотношение путей эволюции; познакомить с типами эволюционных изменений.
Ход урока
I . Изучение нового материала.
1.Типы эволюционных изменений.
Параллелизм это процесс эволюционного развития в сход-ном направлении двух или нескольких первоначально дивергировавших групп. Например, палеонтологи очень часто обнару-живают синхронный параллелизм, то есть независимое приобре-тение сходных черт родственными, но живущими в разное вре-мя организмами. Примером может служить развитие саблезубости у представителей разных подсемейств кошачьих.
Конвергенция - процесс эволюционного развития двух и бо-лее неродственных групп в сходном направлении. Конвергенция обусловлена одинаковой средой обитания, в которую попадают неродственные организмы. Классическим примером конвер-гентного развития является возникновение сходных форм тела у акулы, ихтиозавра, дельфина. При конвергентном развитии сходство между неродственными организмами бывает всегда только внешним.
Дивергенция представляет собой независимое образование различных признаков у родственных организмов. В основе ди-вергенции лежит экологическая дифференциация вида на само-стоятельные ветви. При дивергенции сходство между организ-мами объясняется общностью их происхождения, а различия приспособлением к разным условиям среды.
Примером дивергенции форм является возникновение раз-нообразных по морфофизиологическим особенностям вьюрков от одного или немногих предковых видов на Галапагосских островах. Расхождение внутривидовых форм и видов по разным местообитаниям определяется конкуренцией в борьбе за одина-ковые условия, выход из которых и заключается в расселении по разным экологическим нишам.
2. Главные направления эволюции.
Развитие живой природы шло от простого к сложному и имело прогрессивный характер. Наряду с этим происходило приспособление видов к конкретным условиям жизни, осущест-влялась их специализация. Биологический прогресс достигается различными путями. А. Н. Северцов назвал их главными на-правлениями эволюционного прогресса. В настоящее время вы-деляют следующие пути биологического прогресса: ароморфозы, идиоадаптации и дегенерации.
Ароморфоз - главный путь достижения биологического про-гресса. Ароморфоз - возникновение в ходе эволюции признаков, повышающих уровень организации живых существ. Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и ес-тественного отбора и являются приспособлениями широкого значения. Они дают преимущества в борьбе за существование и открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания. Путем ароморфоза возникают в процессе эволюции крупные систематические группы рангом выше семейства.
К ароморфозам у животных можно отнести появление жи-ворождения, способности к поддержанию постоянной темпе-ратуры тела, возникновение замкнутой системы кровообра-щения, а у растений - появление цветка, сосудистой системы, способности к поддержанию и регулированию газообмена в листьях.
Ароморфозам А. Н. Северцов противопоставлял идиоадап-тации - частные приспособления видов, позволяющие освоить специфические условия среды. В отличие от ароморфозов идиоадаптации открывают перед организмами возможность биологического прогресса без повышения уровня биологиче-ской организации. Например, благодаря формированию раз-личных идиоадаптации млекопитающие смогли распростра-ниться не только в различных географических зонах (от тропиков до ледяных пустынь), но и освоить самые разнообраз-ные условия среды (на поверхности суши, в воде, почве, час-тично в воздухе). Это существенно снизило конкуренцию ме-жду видами за пищу, места обитания, причем уровень органи-зации остался тем же.
Обычно мелкие систематические группы виды, роды, се-мейства в процессе эволюции возникают путем идиоадаптации.
Идиоадаптация так же, как и ароморфоз, приводит к увели-чению численности вида, расширению ареала, ускорению видо-образования, то есть к биологическому прогрессу.
Типичные идиоадаптации у животных особенности строе-ния конечностей (например у крота, копытных, ластоногих), особенности клюва (у хищных птиц, куликов, попугаев), при-способления придонных рыб (у скатов, камбаловых), покрови-тельственная окраска у насекомых. Примерами идиоадаптации у растений могут служить многообразные приспособления к опы-лению, распространению плодов и семян.
Общая дегенерация.
Ч. Дарвин отмечал, что способность организмов выживать в борьбе за существование вовсе не обязательно должна быть свя-зана с более высокой организацией. Какие преимущества, на-пример, могли бы получить инфузории или земляной червь из более высокой организации, чем они имеют? Условия жизни этих организмов относительно постоянны, они хорошо приспо-соблены каждый к своей среде. Вот почему естественный отбор не совершенствовал их в сторону прогрессивного усложнения. Более того, при упрощении условий среды организмы утрачи-вают часть признаков развиваются по пути общей дегенера-ции, ведущей к упрощению организации. Это соответствует дарвиновскому учению, согласно которому эволюция заключа-ется в выживании наиболее приспособленных, а не более высо-коорганизованных.
Многие современные виды охвачены биологическим про-грессом. Например, заяц-русак. Сейчас известно около 20 его видов.
В природе наблюдается и биологический регресс. Он харак-теризуется чертами, противоположными биологическому про-грессу: уменьшением численности, сужением ареала, уменьше-нием числа видов, популяций. В итоге регресс часто ведет к вы-миранию вида. В процессе эволюции исчезли древние папорот-никообразные, многие группы растений и животных.
Деятельность человека является мощным фактором биоло-гического прогресса одних видов, нередко вредных для него, и биологического регресса других, нужных и полезных ему. На-пример, появление насекомых, устойчивых к ядохимикатам, болезнетворных микробов, устойчивых к действию лекарств, бурное развитие сине-зеленых водорослей в сточных водах. При посевах человек вторгается в живую природу, уничтожает на больших площадях множество диких популяций, заменяя их ис-кусственными. Усиленное истребление человеком многих видов ведет к их биологическому регрессу, который грозит им выми-ранием.
3. Соотношение путей эволюции.
Из всех рассмотренных путей достижения биологического прогресса наиболее редки ароморфозы, поднимающие ту или иную систематическую группу на качественно новый, более высокий уровень развития.
Ароморфозы можно рассматривать как переломные пунк-ты развития жизни. Для групп, подвергнувшихся соответст-вующим морфофизиологическим преобразованиям, открыва-ются новые возможности в освоении внешней среды.
За каждым ароморфозом следует множество идиоадаптаций, которые обеспечивают более полное использование всех име-ющихся ресурсов и освоение новых местообитаний.
II. Практическая работа. Задание.
Используя учебники ботаники или зоологии, выполни в тетрадях предложенные задания, указанные в карточках.
Карточка 1.
Заполните таблицу «Главные направления органической эволюции».
|
Направление эволюции |
|
|
Биологический прогресс процветание, опреде-ленное относительно высокими темпами эволю-ции, при которых приспособленность организ-мов возрастает. Объективным показателем био-логического прогресса является увеличение чис-ленности, ведущее к расселению и расширению ареала. (И. Шмалъгаузен.) Биологический регресс снижение приспособ-ленности организма. Организм отстает в темпах эволюции от изменений во внешней среде и в особенности от темпов эволюции и распростра-нения экологически близких форм. Численность вида уменьшается. Вид или группа видов идет навстречу вымиранию. (И. Шмалъгаузен.) |
Карточка 2.
Заполните таблицу «Сравнительная характеристика главных направлений эволюции органического мира».
Карточка 3.
Используя знания из курса зоологии, приведите убедитель-ные доводы против теории Ж.-Б. Ламарка о «врожденном стремлении к прогрессу».
Карточка 4.
Приведите примеры, подтверждающие, что прогресс в об-щей организации всегда оказывался связанным с регрессом (не-доразвитием отдельных органов или частей тела).
Карточка 5.
Почему повышение уровня организации - главный, но не единственный путь эволюции? Ответ подтвердите примерами.
Домашнее задание: § 73,74 повторить § 52-69.
Макроэволюция, ее доказательства
1. Какие факты могут свидетельствовать о связи между вымершими и современными растениями и животными? 2. Какие виды древних растений и животных вам известны?
Процесс образования из видов новых родов, из родов - новых семейств и так далее называют макроэволюцией. Макроэволюция - надвидовая эволюция, в отличие от микроэволюции, происходящей внутри вида, внутри его популяций . Однако принципиальных различий между этими процессами нет, так как в основе макроэволюционных процессов лежат микроэволюционные, В макроэволюции действуют те же факторы - борьба за существование, естественный отбор и связанное с ним вымирание. Макроэволюция, так же как микроэволюция, носит дивергентный характер.
Макроэволюция происходит в исторически грандиозные промежутки времени, поэтому она недоступна непосредственному изучению. Несмотря на это, наука располагает множеством доказательств, свидетельствующий о реальности макроэволюционных процессов.
Палеонтологические доказательства макроэволюции. Вам уже известно, что палеонтология изучает ископаемые остатки вымерших организмов и устанавливает их сходство и различия с современными организмами.
Палеонтологические данные позволяют узнать о растительном и животном мире прошлого, реконструировать внешний толик вымерших организмов, обнаружить связь между древнейшими и современными представителями флоры и фауны.
Убедительные доказательства изменений органического мира во времени дает сопоставление ископаемых остатков из земных пластов разных геологических эпох. Оно позволяет установить последовательность возникновения и развития разных групп организмов . Так, например, в самых древних пластах находят остатки представителей типов беспозвоночных животных, а в более поздних пластах - уже и остатки хордовых. В еще более молодых геологических пластах содержатся остатки животных и растений, относящихся к видам, похожим на современные.
Данные палеонтологии дают большой материал о преемственных связях между различными систематическими группами. В одних случаях удалось установить переходные формы между древнейшими и современными группами организмов, в других - реконструировать филогенетические ряды, т. е. ряды видов, последовательно сменяющих один другой.
Ископаемые переходные формы.
На берегах Северной Двины быта найдена группа зверозубых рептилий (рис. 84). Они совмещали признаки млекопитающих и пресмыкающихся . Зверозубые рептилии имеют сходство с млекопитающими в строении черепа, позвоночника и конечностей, а также в делении зубов на клыки, резцы и коренные.
Большой интерес с эволюционной точки зрения представляет находка археоптерикса (рис. 85). Это животное величиной с голубя имело признаки птицы, но сохраняло еще черты пресмыкающихся. Признаки птиц: задние конечности с цевкой, наличие перьев, общий вид. Признаки пресмыкающихся: длинный ряд хвостовых позвонков, брюшные ребра и наличие зубов. Археоптерикс не мог быть хорошим летуном, так как у него слабо развиты грудная кость (без киля), грудные мышцы и мышцы крыльев. Позвоночник и ребра не являлись жесткой костной системой, устойчивой при полете, как у современных птиц. Археоптерикса можно считать переходной формой между пресмыкающимися и птицами. Переходные формы сочетают в себе одновременно признаки как древних, так и более эволюционно молодых групп. Еще одним примером служат ихтиостеги - переходная форма между пресноводными кистеперыми рыбами и земноводными (рис. 86).
Филогенетические ряды.
По целому ряду групп животных и растений палеонтологам удалось воссоздать непрерывные ряды форм от древнейших до современных, отражающие их эволюционные изменения. Отечественный зоолог В. О. Ковалевский (1842-1883) воссоздал филогенетический ряд лошадей. На рисунке 87, передающем последовательные изменения этих животных, видно, как по мере перехода к быстрому и длительному бегу уменьшалось число пальцев на конечностях и одновременно увеличивались размеры животного. Эти изменения явились следствием изменений образа жизни лошади, перешедшей на питание исключительно растительностью, в поисках которой было необходимо перемещаться на большие расстояния. Считается, что на все эти эволюционные преобразования ушло 60-70 млн лет.
Эмбриологические доказательства макроэволюции.
Убедительные доказательства степени родства между организмами представляет эмбриология, изучающая зародышевое развитие организмов. Еще Ч. Дарвин отметил наличие взаимосвязей между индивидуальным развитием организма (онтогенезом) и их эволюционным развитием (филогенезом). Эти связи были подробно изучены последующими исследователями.
Подавляющее большинство организмов развиваются из оплодотворенного яйца. Проследим последовательные стадии развития зародышей рыбы, ящерицы, кролика, человека. Удивительное сходство касается формы тела, наличия хвоста, зачатков конечностей, жаберных карманов по бокам глотки (см. рис. 71). Во многом сходна на этих ранних стадиях и внутренняя организация зародышей. У всех сначала имеется хорда, затем позвоночник из хрящевых позвонков, кровеносная система с одним кругом кровообращения (как у рыб), одинаковое строение почек и др.
По мере развития сходство между зародышами ослабевает, все более четко проявляются черты тех классов, к которым они принадлежат. У ящерицы, кролика и человека зарастают жаберные карманы; у зародыша человека особенно сильно развивается головной отдел, включающий мозг, формируются пятипалые конечности, а у зародышей рыбы - плавники. По мере эмбрионального развития последовательно происходит расхождение признаков зародышей, приобретающих черты, характеризующие класс, отряд, род и, наконец, вид, к которому они принадлежат.
Изложенные факты говорят о происхождении всех хордовых от одого “ствола”, который в ходе эволюции распался на множество “ ветвей “
Другие доказательства.
Из курсов биологии 7-8 классов вы знаете об общем плане строения позвоночных. Для подавляющего числа организмов характерно клеточное строение. Принципы деления клеток одинаковы у всех эукариот. Осуществление генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот также происходит по единому для всего живого на Земле механизму. Все эти факты неоспоримо свидетельствуют о едином плане строения и общности происхождения всех организмов.
