Вклад теории эволюции в биологию - ЭВОЛЮЦИЯ - РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС

Постановка проблемы урока

Скептик: Эволюция жизни - грандиозный процесс. Разве могут сравниться с ним незначительные изменения у бабочек или результаты опытов селекционеров?

Биолог: Теория Дарвина, построенная для небольших отрезков времени и небольших эволюционных событий, должна объяснять и события крупномасштабной эволюции.

• В чём суть спора? Сформулируйте главный вопрос урока. (Сравните с авторским вариантом на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Чем различаются макро- и микроэволюция? (§ 44)

• В чём эволюционный смысл биогенетического закона? (§ 16)

• Что такое “лестница существ” и как её объяснял Ламарк? (§ 39)

• Что такое гомология и аналогия, рудименты и атавизмы? (7-8 класс)

Решение проблемы

Эволюция объясняет разнообразие организмов

Распределение организмов по систематическим группам отражает ход эволюционного процесса в прошлом (рис. 45.1).

45.1. Эволюционное древо живых организмов.

Систему органического мира строят так, чтобы группы низкого ранга включали более сходные организмы. Чем выше ранг группы, тем менее сходные, но более разнообразные организмы эта группа объединяет в себе (рис. 45.2). Последовательность соподчинённых рангов в системе К. Линнея была предназначена для распределения организмов по степеням сходства. “Лестница существ” подчёркивала различия организмов по степени их сложности. Достаточно было Ж.Б. Ламарку “прочитать” её не сверху вниз, а снизу-вверх, чтобы мысль о преемственной связи организмов разных “ступеней” “лестницы” и их эволюция от простого к сложному возникла сама собой. Ж. Кювье и К. Бэр установили, что восходящих рядов усложнения несколько. Кювье, как и Линней, не верил в эволюцию, но прямо называл эти ряды ветвями. А мы теперь называем их типами.

45.2. Схема соподчинения систематических групп.

45.3. Карл Линней (1707-1778) - создатель основы современной систематики.

45.4. Жорж Кювье (1769-1832)- основатель сравнительной анатомии и палеонтологии.

• Найдите на современном эволюционном древе известные вам систематические группы и несколько восходящих рядов усложнения организмов.

Удивительное сходство несходного

В основе систематики органического мира лежат сравнительные данные всех областей биологии: анатомии, эмбриологии, палеонтологии, цитологии, генетики, биохимии, молекулярной биологии и т.д. Самая древняя из них — сравнительная анатомия. В ней сформировалось представление о гомологии — сходстве органов, построенных по одному плану и развивающихся из одинаковых зачатков у разных видов животных или растений. При этом один и тот же гомологичный орган может быть приспособлен для выполнения разных функций. Чем больше различие функций, тем сильнее внешнее различие частей, но общий план строения органов сохраняется. Напрашивается вывод: гомологичные органы разных организмов имеют общее происхождение от соответствующего органа их общего предка (рис 45.5 и 45.6).

45.5. Большая часть скелета птицы и человека состоит из гомологичных костей.

45.6. Плоды различных растений имеют гомологичные части.

Бывает и противоположное: органы выполняют сходные функции, но имеют различное строение. Внешнее сходство, не подкреплённое общим планом строения, называют аналогией. Обнаружение аналогии позволяет предполагать различное происхождение сравниваемых органов (рис. 45.7).

45.7. Воздушные мешки у представителей разных классов позвоночных.

• Что важнее для установления родственных связей: гомология или аналогия?

• Имеют ли плоды цветковых растений общий план строения?

• Связаны ли эти животные близким родством?

Эволюционная теория смогла дать научное объяснение таким загадочным прежде явлениям, как существование зачаточных органов и появление уродств, напоминающих признаки других отдалённых видов. Эти явления вам уже известны. Рудименты — это утратившие свои функции и уменьшенные в размерах органы, представленные в развитой форме у отдалённых предков. Атавизмы — это восстановленные у потомков признаки их отдалённых предков.

Непосредственные свидетельства эволюции

Свидетельства эволюции предоставляет палеонтологическая летопись.

Одно из наиболее полных — эволюционный ряд лошади. Впервые главные тенденции эволюции лошадей на ничтожном ископаемом материале сформулировал создатель эволюционной палеонтологии В.О. Ковалевский. С тех пор число известных ископаемых форм лошадей увеличилось в 20 раз. Но главные его результаты сохранили своё значение и поныне.

Мелкие листоядные формы (рис. 45.8). Прятались от хищников в зарослях. Передвигались по рыхлой влажной почве. Опора на 3^—4 пальца на передней ноге и на 3 ^— на задней. Зубы с ограниченным временем роста. Коронки зубов низкие (рис. 45.9).

45.8. Мелкие листоядные формы.

45.9. Зубы листоядной лошади с низкими коронками и коротким временем роста.

Крупные травоядные формы (рис. 45.10). От хищников спасаются бегством. Передвигаются по плотной, твёрдой почве. Опора постепенно становится однопалой, что обеспечивает высокую скорость передвижения. Зубы снашиваются от пережёвывания жёстких трав и попадающих вместе с ними песчинок. Коронки зубов высокие, нарастают в течение всей жизни (рис. 45.11).

45.10. Крупные листоядные формы.

45.11. Зубы травоядной лошади с высокими коронками и постоянным ростом.

• В чём биологический смысл эволюции размеров лошадей?

• Почему у лошадей изменилось число опорных пальцев?

• Зачем нужны высокие коронки зубов и их непрерывный рост?

• Эволюционная теория предполагает приспособительный характер эволюции. Как это проявляется в эволюции лошадей, если учесть, что площадь степей за этот период увеличивалась?

ПОЛНЫЙ ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ряд лошадей является ярким примером постепенного характера эволюции. Постепенность подтверждает преемственный характер эволюционных изменений. Тем не менее палеонтологическая летопись в целом изобилует крупными перерывами, обусловленными её неполнотой, на что обращал внимание и Дарвин. Это заставляет учёных при восстановлении хода эволюции многих групп искать переходные формы типа археоптерикса (рис. 45.12) или реконструировать недостающие звенья (рис. 45.13 и 45.14). Но если вспомнить обрывочность и искажённость рукотворных летописей, то перерывы в летописи палеонтологической уже не покажутся настолько невосполнимыми.

45.12. Археоптерикс - переходная форма между рептилиями и птицами.

45.13. Можно привести аналогию с кинофильмом: только полнота кадров создаёт впечатление преемственной связи элементов сюжета. Отсутствие части кадров приводит к разрушению целого. Метод построения постепенных эволюционных рядов французский философ А. Бергсон назвал кинематографическим.

45.14. Реконструкция недостающих звеньев (обведены рамкой) в происхождении летающих ящеров – птерозавров.

Некоторые местообитания на нашей планете почти не изменились со времени их возникновения. Эволюция носит приспособительный характер, поэтому не удивительно, что в таких местообитаниях до сих пор существуют “живые ископаемые” — современные организмы, слабо изменившиеся за десятки и сотни миллионов лет. Они несут в себе архаичные черты строения и являются филогенетическими реликтами (рис. 45.15).

45.15. “Живые ископаемые”: 1 - ангиоптерис; 2 - диптерус; 3 - матония; 4 - цикас; 5 - гинкго; 6 - араукария; 7 - секвойя; 8 - акула; 9 - латимерия; 10 - двоякодышащая рыба; 11 - лиопельма; 12 - гаттерия; 13 - киви; 14 - утконос; 15 - опоссум; 16 - носу ха; 17 - кинкажу; 18 – тапир.

Эмбриология подтверждает эволюцию онтогенеза

Биогенетический закон гласит: индивидуальное развитие организмов является сокращённым, видоизменённым и ускоренным воспроизведением признаков индивидуального развития его эволюционных предков. Это можно считать законом наследственности, написанным на языке эмбриологии и характеризующим преемственность в масштабах макроэволюции. Видоизменение и сокращение онтогенеза потомка свидетельствует о том, что эволюции подлежат не только взрослые формы, но и промежуточные стадии онтогенеза. Тем не менее требования к чем поздних. Дело в том, что эволюционные новообразования развиваются на базе прежних, и каждая промежуточная стадия должна обеспечивать не только собственное существование, но и всё последующее развитие организма. Поэтому изменчивость на поздних стадиях в меньшей степени нарушает нормальный ход развития (рис. 45.16). В соответствии с законом Бэра, зародышевое сходство особенно велико на ранних стадиях развития, а на поздних — сменяется расхождением признаков.

45.16. Схематическое изоброжение биогенетического закона Э. Геккеля.

• Что изображают буквы?

45.17. Современные двоякодышащие рыбы и их предок, живший около 400 млн лет назад.

• Современное распространение двоякодышащих рыб носит прерывистый характер. Проанализируйте расположение материков в период жизни их общего предка и объясните, в чём причина прерывистости ареала семейства.

Эволюционная теория и биогеография

Биогеография изучает закономерности распространения организмов. Эволюционная теория дала ответ на многие загадки биогеографии.

Теория Дарвина объясняет новые факты

Во времена Дарвина клеточная теория ещё не получила всеобщего признания, а генетики не существовало вовсе. Но в наше время очевидно, что самыми сильными аргументами в пользу единства происхождения всех организмов являются:

— единство клеточного строения;

— единство планов строения клеток эукариот и прокариот;

— универсальность генетического кода всего живого.

Уже в XX веке были получены многочисленные свидетельства в пользу единства организмов, принадлежащих большим и малым систематическим группам. Подтверждения поступили буквально из всех областей биологии: прежде всего со стороны биохимии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, гистологии (науки о тканях), биологии развития, физиологии, этологии (науки о поведении).

Дарвинизм открыл эпоху последовательной “эволюционизации” всех областей естествознания. Этот процесс завершился уже во второй половине XX века созданием теории эволюции Вселенной. Так физика тоже подключилась к исследованию законов исторического развития природы.

Обобщение новых знаний

Эволюционирующая популяция в результате изоляции и приспособления к новым условиям может стать видом, завершая процесс микроэволюции. Вид - это группа популяций, тем или иным способом изолированных от скрещивания с другими видами.

Гомология и аналогия. Рудименты. Палеонтологическая летопись

Применение знаний

1. Как теория эволюции Дарвина объяснила систематику органического мира?

2. Как теория Дарвина объяснила явление гомологии и аналогии?

3. Какие факты стали понятными в палеонтологии после победы дарвинизма?

4. Каково значение эмбриологии в изучении эволюции?

5. Как эволюционный подход помог биогеографии объяснить современное распространение живых организмов?

6. Наследственность проявляется в сходстве детей и родителей. В чём же эволюционный смысл постепенности эволюции? Возможна ли эволюция в результате крупных скачков?

7. Один известный зоолог назвал свою статью “Теория Дарвина – экологическая теория”. Согласны ли вы с ним и почему?

8. Каков эволюционный смысл клеточной теории и универсальности генетического кода?

9. Какие ещё биологические факты приобрели смысл в свете теории эволюции?