Эмбриологическое доказательство эволюции
Все многоклеточные животные проходят в ходе индивидуального развития стадии бластулы и гаструлы. С особой отчетливостью выступает сходство эмбриональных стадий в пределах отдельных видов и классов. Например у всех наземных позвоночных так же как и у рыб обнаруживается закладка жаберных дуг, хотя эти образования не имеют функционального значения у взросл организмов. Подобное сходство эмбриональных эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех живых организмов.
Морфологические доказательство эволюции
Существование форм сочетаются признаки нескольких систематических единиц указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп. На основании исследований Ковалевского все группу животных, присоединили к позвоночным и дали этому типу название хордовых. Связь между разными классами животных так же хорошо иллюстрирует общность их происхождения. Строение передних конечностей некоторых позвоночных несмотря на выполнение этими органами совершенно разных функций, в общем сходны. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие - срастаться, но их гомология совершенно очевидна. Гомологичным называются Органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом. Некоторые органы не функционируют у взрослых животных и являются лишними - это рудименты. Наличие рудиментов так же как и гомологических органов - свидетельство общности происхождения
Палеонтологические признаки
Палеонтологические данные указывают на смену животных и растений во времени. Палеонтология так же указывает на причины эволюционных преобразований. Богатейший палеонтологический материал - одно из наиболее убедительных доказательств эволюционного процесса.
Биогеографические доказательства эволюции
Ярким свидетельством произошедших и происходящих эволюционных изменений является распространение различных животных и растений по всей территории планеты. А.Уоллесу удалось составить биогеографию областей:
1) Палеарктическую
2) Неоарктическую
3) Индо-Малайскую
4) Эфиопскую
5) Неотропическую
6) Австралийскую.
Сравнение животного и растительного мира раз зон дает богатейший материал для доказательства эволюционного процесса. Распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биогеографические зоны отражает процесс исторического развития Земли и эволюции животного
Островные флора и фауна.
Для понимания эволюционного процесса интерес представляют фауна и флора островов. Состав их Ф и Ф полностью зависит от происхождения этих островов. Острова могут быть материкового происхождения или океанического. Материковые острова характеризуются флорой и фауной, близкой по составу к материковой. Чем древнее остров и чем более значительная водная преграда, тем больше обнаруживается отличий. При рассмотрении океанических островов обнаружено, что их видовой состав очень беден. Отсутствуют наземные млекопитающие и амфибии. Вся фауна океанических островов - результат случайного заселения. Огромное кол-во разнообразных факторов указывает на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связанны с преобразованием земной коры и с эволюционным изменением видов.
В разделе общей биологии уже были рассмотрены процессы формирования гамет и образования зиготы, первые дробления зиготы и закладка зародышевых листков. Все эти процессы, как показали наши отечественные ученые А. О. Ковалевский и И. И. Мечников, идут однотипно у всех многоклеточных животных. Этот факт - неоспоримое свидетельство общности происхождения всех многоклеточных животных.
На следующих этапах эмбрионального развития сходство в закладке основных частей тела будущего животного и его отдельных органов сохраняется в пределах группы, обладающей общим планом строения во взрослом состоянии. Это хорошо видно на позвоночных животных (. 111). Зародыши представителей всех классов этих животных, имеющие уже четко разграниченные головной, туловищный и хвостовой отделы тела, весьма сходны между собой. Чем дальше идет процесс развития зародышей, тем меньше становится это сходство; у представителей каждого класса появляются свои, присущие только этому классу особенности. Но в это время еще нельзя определить, к какому отряду или семейству относится данный конкретный зародыш, так как черты отряда и семейства появятся позже. И лишь в самом конце эмбрионального развития сформируются черты строения, присущие определенному виду животного, а также некоторые индивидуальные особенности данного конкретного организма. Открытие всех только что названных закономерностей принадлежит основоположнику эмбриологии К. М. Бэру. Позже те же закономерности были обнаружены и для других типов животных, что также является очень важным свидетельством общности происхождения животных. Все эти данные составляют эмбриологические доказательства эволюции.
Одновременно эмбриологические данные послужили ученым для восстановления конкретного хода прошлой истории органического мира. Э. Геккель и Ф. Мюллер, горячие сторонники и борцы за теорию Дарвина, сформулировали их в виде биогенетического закона: индивидуальное развитие организмов есть краткое и сжатое повторение их исторического развития. А это значит, что изучение хода индивидуального (эмбрионального) развития может быть средством к изучению развития исторического.
Рис. 111. Сравнение зародышей различных позвоночных животных на разных стадиях развития. А -рыба; Б - ящерица; В - кролик; Г - человек; 1, 2, 3 и 4 - последовательные стадии эмбрионального развития указанных животных
Использование биогенетического закона сыграло чрезвычайно большую роль для восстановления прошлой истории тех групп животных, для которых особенно скудны палеонтологические материалы. Так, например, Геккель предположил, что общим предком всех многоклеточных животных должно быть древнее животное, похожее на современную гидру (см. в зоологии), так как в ходе эмбрионального развития всех многоклеточных есть стадия гаструлы, напоминающая общими чертами строения гидру, В то время наука еще не располагала прямыми (палеонтологическими) данными о древности типа кишечнополостных, к которому принадлежит
Об эволюционном развитии органического мира свидетельствуют многие факты, накопленные разными науками о природе, в первую очередь палеонтологией, морфологией и анатомией, цитологией, эмбриологией, биогеографией и др.
Рассмотрим некоторые из этих доказательств.
Цитологические доказательства
Цитология - наука о строении и функциях клетки. Она дала доказательства единого клеточного строения всех организмов на земле - от одноклеточных растений и животных до многоклеточных организмов. Это свидетельствует об общности происхождения органического мира.
Морфологические доказательства
Морфология и анатомия - две близко связанные науки, изучающие внешнее и внутреннее строение организмов (растений и животных). Было установлено определенное сходство строения разных групп организмов и выявлены переходные формы между ними.
Большую роль для понимания процессов и направлений эволюции сыграло обнаружение рудиментов и атавизмов.
Атавизмы - возврат к признакам или появление органов, которые существовали у отдаленных предков, но были полностью утрачены в процессе эволюции. Например, появление хвоста, нескольких сосков на груди и животе или густого волосяного покрова у человека. Случаи появления атавизмов свидетельствуют о том, что гены, кодирующие их образование, не исчезли из генома, а находятся в нем в заблокированном состоянии. Если этот блок по каким-то причинам не срабатывает, то появляются атавизмы.
Рудиментами называются органы, имеющиеся у организмов, но давно утратившие свое исходное значение и поэтому находящиеся в недоразвитом состоянии. Эти органы были в активном состоянии у предков, но в связи с изменением условий жизни перестали быть необходимыми у потомков. Они закладываются на стадии эмбриогенеза, но не получают полного развития у взрослых форм растений и животных. Примерами могут быть ушные мышцы, отросток слепой кишки (аппендикс) и «третье веко»у человека (всего у человека более 90 рудиментарных органов). Рудиментами являются неразвитые кости задних конечностей у китообразных, глаза у пещерных и роющих животных (слепышей, кротов и др.) и т. п. В отличие от атавизмов, рудиментарные органы всегда присутствуют у организмов.
Изучение жизненных форм (или биоморф) растений и животных убедительно доказало возможность перехода от одних из них к другим. Например, у близких видов растений древесные формы могут заменяться на кустарниковые или стелющиеся в зависимости от условий обитания.
Палеонтологические доказательства
Палеонтология - наука, изучающая ископаемые остатки разных групп организмов или их отпечатки, следы и т. п., а также целые палеоценозы территорий. Изучение этих остатков обнаружило факты безусловного изменения растительного и животного мира во времени - в разных геологических пластах, различающихся по времени образования, присутствуют неодинаковые формы вымерших организмов. Показано, что и сами природные ландшафты целых регионов сильно изменялись во времени: моря наступали на сушу и отступали на обширных территориях, равнины сменялись горами, леса - степями или наоборот, и т. п. Ученым удалось также найти большое число переходных форм между ныне живущими и ископаемыми организмами (например, археоптерикс, сочетающий признаки птиц и рептилий; зверозубые ящеры, имеющие признаки млекопитающих; группа семенных папоротников, давшая начало голосеменным и т. д.).
Палеонтологам удалось установить ряд филогенетических рядов некоторых животных (например, прослежена эволюция лошади от мелкого по размерам эогиппуса с четырехпалыми передними и трехпалыми задними конечностями до современной лошади с однопалыми конечностями).
Эмбриологические доказательства
Эмбриология - наука о зародышевом (или эмбриональном) развитии организмов. Установлено, что все многоклеточные организмы, способные к половому размножению, развиваются из одного оплодотворенного яйца (яйцеклетки). При этом К. Бэром в 1825-1828 гг. было обнаружено большое сходство развития зародышей (эмбрионов) у животных, относящихся к одному типу, описанное им как закон зародышевого сходства. Дальнейшие исследования подтвердили справедливость наблюдений К.Бэра. Сходство развития зародышей у животных разных систематических групп безусловно свидетельствует об общности их происхождения. При этом сначала проявляются признаки более древних предков (у хордовых - это зачатки хорды, наличие жаберных щелей), а затем - черты более поздних прародителей. По мере развития зародыша он приобретает все более заметные черты строения, характерные для класса, отряда, рода и, наконец, вида, к которому он принадлежит. Такое расхождение признаков зародышей по мере их развития носит название эмбриональной дивергенции.
Обобщая эти данные, немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель (1864-1866 гг.) сформулировали биогенетический закон: индивидуальное развитие (онтогенез) всякого организма есть краткое и сжатое повторение пути исторического развития (филогенеза) того вида, к которому данный организм относится.
Возврат к признакам предков получил в теории эволюции название рекапитуляции. Данный закон был развит и уточнен крупным российским (советским) ученым академиком А. Н. Северцовым, показавшим, что в индивидуальном развитии происходит повторение форм развития не взрослых предков, а только их эмбриональных стадий. Поэтому в целом соотношение между онтогенезом и филогенезом носит значительно более сложный характер, чем это постулировали Ф. Мюллер и Э. Геккель. Филогенез следует рассматривать как исторический ряд отобранных в процессе естественного отбора онтогенезов.
Биогенетический закон применим не только к хордовым, но и к другим группам животных и к растениям. Например, у многих насекомых личиночные стадии похожи на червей (гусеницы бабочек, личинки мух и т. д.), что свидетельствует о возможной близости предков этих животных. У ряда мохообразных (например, кукушкин лен) спора при прорастании образует нитчатое образование - протонему, похожую на нитчатые водоросли. В целом биогенетический закон сыграл огромную роль в выяснении филогенетических связей между разными группами организмов.
Доказательства биогеографии
Биогеография - наука о закономерностях распространения растений, животных, грибов, бактерий на нашей планете. Она изучает пути и последствия распределения в природе и миграций организмов на формирование современных флор и фаун регионов. В путях расселения могут возникать различные препятствия или же новые связи между регионами (островами, материками и т. п.). Это отражается на сходстве или непохожести флор и фаун друг с другом. Например, раннее отделение Австралии, Океании и Южной Америки привело к формированию уникальных форм растительного и животного мира этих регионов (сохранение многих форм сумчатых и яйцекладущих млекопитающих, реликтовых растений, исчезнувших на других материках). Напротив, длительно существовавшая связь Северной Америки и Евразии привела к высокой степени сходства их живого мира.
Доказательства из области генетики и молекулярной биологии
Генетика и молекулярная биология - науки о молекулярных основах наследственности и закономерностях их проявления в популяциях организмов. Эти науки позволяют уточнить филогенетическую близость или отдаленность разных групп растений и животных и таким образом дополнить данные, получаемые другими науками. Сведения, подтверждающие современные представления об эволюции живого мира, имеются и во многих других биологических науках - селекции растений, животных, микроорганизмов, сравнительной физиологии и биохимии разных групп организмов, систематике и др.
Дарвинизм - наука об историческом развитии живой природы, основанная на воззрениях Ч. Дарвина.
Эволюционная теория - наука о причинах, общих закономерностях и механизмах эволюционного процесса.
Чарльз Роберт Дарвин и Альфред Уоллес независимо друг от друга обосновали идею естественного отбора на основе борьбы за существование.
Основные положения дарвинизма:
- эволюционный процесс реален, определяется условиями существования и проявляется в образовании новых, приспособленных к этим условиям, особей, видов и более крупных систематических таксонов;
- основные эволюционные факторы: наследственная изменчивость и естественный отбор;
- естественный отбор играет роль направляющего фактора эволюции (главную роль);
- предпосылки естественного отбора: избыточный репродуктивный потенциал, наследственная изменчивость и изменение условий существования.
Естественный отбор является следствием борьбы за существование, которая подразделяется на внутривидовую, межвидовую и борьбу с условиями окружающей среды.
Результаты естественного отбора:
- сохранение любых адаптаций, обеспечивающих выживание и воспроизводство потомства;
- дивергенция - процесс генетического и фенотипического расхождения групп особей по отдельным признакам и образования новых видов;
- прогрессивная эволюция органического мира.
Движущие силы эволюции, согласно Дарвину, - наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.
Доказательства эволюции
1. Сравнительно-анатомические доказательства основаны на выявлении общих и отличных морфологических и анатомических особенностей строения различных групп организмов.
К анатомическим доказательствам эволюции относят:
- наличие гомологичных органов, имеющих общий план строения, развивающихся из сходных зародышевых листков в эмбриогенезе, но приспособленных к выполнению разных функций (рука - ласт - крыло птицы). Различия в строении и функциях возникают в результате дивергенции;
- наличие аналогичных органов, имеющих различное происхождение в эмбриогенезе, различное строение, но выполняющих сходные функции (крыло птицы и крыло бабочки). Сходство функций возникает в результате конвергенции;
- наличие рудиментов и атавизмов.
- существование переходных форм.
Рудименты - органы, утратившие свое функциональное значение (копчик, ушные мышцы).
Атавизмы -- случаи проявления признаков дальних предков (хвост и волосатое тело у человека, остатки второго и третьего пальцев на ногах у лошади);
2. Эмбриологические доказательства. Эмбриология изучает закономерности эмбрионального развития и устанавливает:
- филогенетическое родство организмов;
- филогенетические ряды;
- закономерности филогенеза.
Полученные данные отразились в законах зародышевого сходства К.М. Бэра и в биогенетическом законе Э. Геккеля и Ф. Мюллера.
Закон Бэра устанавливает сходство ранних стадий развития эмбрионов представителей разных классов в пределах типа. На более поздних стадиях эмбрионального развития это сходство утрачивается, а развиваются наиболее специализированные признаки таксона, вплоть до индивидуальных признаков особи.
Биогенетический закон Мюллера - Геккеля утверждает, что онтогенез - это краткое повторение филогенеза. В процессе эволюции онтогенез может перестраиваться, что приводит к эволюции органов взрослого организма.
В онтогенезе повторяются только зародышевые стадии предков, и не всегда полностью. Иногда на ранней стадии развития организмы могут достичь половозрел ости, не проходя последующих стадий, как, например, это происходит у аксолотлей - личинок тигровой амбистомы.
3. Палеонтологические доказательства - позволяют описывать события древнейшей истории по ископаемым остаткам организмов. К палеонтологическим доказательствам относят выстроенные палеонтологами филогенетические ряды лошади, хоботных, человека.
Переходные формы.- указывают на филогенетическую преемственность при переходе от предковых форм к современным и от класса к классу. Например, в типе хордовых к переходным формам от рыб к земноводным относят ихтиостега, от земноводных к пресмыкающимся - сеймурию.
4. Молекулярные доказательства. Единство органического мира проявляется в химическом составе, тончайшем строении и основных жизненных процессах, протекающих в организмах разных системных групп.
В последнее время многие авторы, в прошлом - воинствующие атеисты, стали не менее воинствующими клерикалами и договорились до того, что дарвинизм как научная теория - бессмыслен. Вместо того чтобы признать недостаточным уровень развития современной науки для понимания причин возникновения Земли и жизни на ней, они отстаивают идею сотворения мира, не приводя никаких сколько-ни-будь серьезных аргументов. Теория Дарвина действительно несовершенна, но именно она вместе с современной генетикой позволяет более или менее аргументированно объяснить причины возникновения разнообразия органического мира и приспособленности организмов к окружающей среде.
1.23. Вид, его критерии и структура. Популяция
Вид - это совокупность особей, занимающих определенную территорию, имеющих общее происхождение, наследственное сходство морфологических, физиологических ихимических особенностей, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
Во многих случаях приходится решать, принадлежат л и два организма (или две группы организмов) к одному виду или к разным видам. Заключение об этом можно вынести основании критериев вида.
Критерии вида:
- морфологический - особи, принадлежащие к одному виду, похожи друг на друга по своему внешнему строению;
- физиологический - особи, принадлежащие к одному виду, похожи друг на друга по многим особенностям жизнедеятельности;
- биохимический - особи, принадлежащие к одному виду, содержат сходные белки;
- генетический - особи, принадлежащие к одному виду, имеют одинаковый кариотип;
- экологический - особи одного вида ведут сходный образ жизни в близких условиях среды;
- географический - вид распространен на определенной территории (ареале).
Критерий скрещивания - особи, принадлежащие к одному виду, скрещиваются Друг с другом в природе и дают плодовитое потомство.
Наиболее существен для определения принадлежности особей к разным видам критерий скрещивания. Однако ни один критерий не может быть исчерпывающим. Только на основании совокупности критериальных признаков можно провести различия между близкими видами.
Популяция - устойчивая, совместно обитающая в течение ряда поколений совокупность особей одного вида. Популяция - элементарная эволюционная единица. Минимальная популяция - две разнополых особи. Особи, входящие в состав одной популяции, могут рождаться и умирать, а популяция при этом будет продолжать существовать.
Скрещивание между особями одной популяции происходит гораздо чаще, чем между особями разных популяций. Тем самым обеспечивается свободный генетический обмен между членами популяции.
Под влиянием внешних факторов происходит изменение генетического состава популяции. Длительное и направленное изменение генофонда популяции называют элементарным эволюционным явлением.
Факторы, вызывающие эволюционный процесс в популяциях, называют элементарными эволюционными факторами.
К таким факторам относят:
- мутации - являются причиной генетической разнородности популяций. Они поставляют эволюционный материал. Совокупность рецессивных мутаций в генотипах особей популяции образует резерв наследственной изменчивости (С.С. Четвериков), который при изменении условий существования, изменении численности популяции может фенотипически проявиться и попасть под действие естественного отбора;
- популяционные волны - периодические колебания численности особей популяции, возникающие в результате резкой смены действия какого-либо из факторов среды (например, недостаток пищи, стихийные бедствия и др.). После прекращения действия этих факторов численность популяции снова возрастает. Оставшиеся в живых особи могут оказаться ценными в генетическом отношении. Изменения частот встречаемости определенных генов могут привести к изменению популяции;
- изоляция - бывает пространственной (географической) и биологической (экологической, физиологической, репродуктивной);
- естественный отбор - фактор, определяющий возможности выживания и размножения особей, а следовательно, сохранения и эволюции вида. Отбор действует на отдельные фенотипы, тем самым отбирая определенные генотипы.
Что изучают палеонтология, эмбриология, сравнительная анатомия?
Палеонтология – наука о древних организмах прошлых геологических эпох.
Эмбриология - это наука, изучающая развитие зародыша/
Сравнительная анатомия - биологическая дисциплина, изучающая общие закономерности строения и развития органов и систем органов при помощи их сравнения у животных разных таксонов на разных этапах эмбриогенеза.
Как доказать существование эволюции?
Существуют следующие доказательства эволюции: палеонтологические, эмбриологические, сравнительно-анатомические.
Вопросы
1. Находили ли вы в вашей местности ископаемые останки животных?
Остатки позвоночных в Московской области редки. Чаще всего сохраняются зубы и чешую рыб (в карбоне - в основном хрящевых). Зато встречается большое количество раковин древних моллюсков.
2. Почему нельзя утверждать, что палеонтологические находки опровергают эволюцию?
Палеонтологические находки доказывают эволюцию. Палеонтологические находки помогают восстановить животный мир прошлого. Путем сравнения животных, живших в разные эпохи, установлено, что с течением времени животный мир изменялся. Единство происхождения современных групп животных устанавливается по находкам промежуточных форм.
3. Каковы, на ваш взгляд, причины вымирания динозавров?
Основной причиной вымирания динозавров считается изменение климата. Резкое похолодание, недостаток пищи привел к исчезновению огромных рептилий. Что касается причин изменения климата, то они могут быть разными, в том числе и падение метеорита.
4. О чем свидетельствует наличие оплодотворенной яйцеклетки у всех животных, размножающихся половым путем?
Наличие оплодотворенной яйцеклетки свидетельствует о начале развития зародыша нового организма.
5. В чем основные различия палеонтологических и сравнительно-анатомических доказательств эволюции животных?
При палеонтологических доказательствах производится сравнение современных видов животных с их древними предками. Использование сравнительно-анатомических методов основано на сравнении современных видов разных таксономических групп.
6. Почему крылья птицы и ласты кита считают гомологичными органами?
Крылья птицы и ласты кита – это органы, имеющие общий план строения, но отличающиеся формой, размерами (видоизмененные верхние конечности).
7. Чем различаются рудиментарные органы и атавизмы; что у них общего?
Рудименты – органы, которые утратили свою функцию в результате длительного неприменения.
Атавизмы – проявление признаков предков у современных особей.
Рудименты, в отличие от атавизмов, присутствуют у современных видов всегда. Атавизмы же – это аномалия. Общим является то, что и рудименты и атавизмы на данном этапе развития организма не применяются.
