Сравнительно-анатомические
Если сравнить животных из одной систематической группы, например представителей различных классов подтипа Позвоночные, то выяснится, что они имеют единый план строения (рис. 7).
Рис. 7. Скелет некоторых видов позвоночных
Общность плана строения современных позвоночных позволяет судить об их родстве и говорит о том, что они все произошли от далекого предка, жившего некогда в прошлом. Отдельные группы животных могут частично или полностью утрачивать органы, полностью развитые у их далеких предков. Так, китообразные не имеют действующих задних конечностей, однако у них в скелете есть небольшие косточки на месте задних ног. Подобные нефункционирующие остатки называются рудиментарными органами, или просто рудиментами (рис. 8).
Рис. 8. Рудиментарные косточки кашалота
Присутствие рудимента в задних конечностях доказывает происхождение китов и дельфинов от четвероногих предков (рис. 9).
Рис. 9. Предки дельфинов и копытных
Наличие подобных рудиментарных органов есть еще одно очевидное доказательство существование эволюции.
Из-за нарушения эмбриологического развития, отдельные особи какого-нибудь вида могут отличаться от остальных и иметь признаки, нехарактерные для данного вида в целом, но характерные для его далеких предков.
Такие признаки называются атавизмами (рис. 10, 11). Примерами могут служить трехпалость у современных лошадей или наличие хвоста у людей.
Рис. 10. Атавизм – сильное развитие клыков
Рис. 11. Атавизм – наличие хвоста у человека
Наглядным доказательством эволюции служит сравнительно-анатомические ряды, показывающие направление исторического развития у видов, относящихся к одному роду, семейству, отряду, классу и т. д.
Например, способы размножения у яйцекладущих, сумчатых и плацентарных млекопитающих иллюстрируют направление развития систем размножения. Конечности парнокопытных иллюстрируют возникновение однопалой ноги и т. д (рис. 12).
Рис.12. Эволюция однопалой ноги у лошади
Таким образом, мы познакомились с основными группами доказательств эволюционного процесса.
Список литературы
- Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология. Животные. 7 класс. – М.: Дрофа, 2011.
- Н.И. Сонин, В.Б. Захаров. Биология. Многообразие живых организмов. Животные. 8 класс. – М.: Дрофа, 2009.
Домашнее задание
- Что такое эволюция с позиций биологии?
- Какие доказательства эволюционного процесса приведены на уроке? Насколько они убедительны для вас?
- Перечислите основные группы доказательств и приведите примеры.
- Дайте определения понятиям «эмбриогенез», «рудимент», «атавизм», «гомолог», «аналог». Рассмотрите их на примере человека и других животных.
- Пользуясь полученными знаниями, обсудите с друзьями и близкими вероятность эволюции путем естественного отбора.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
- Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
- Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
- Интернет-портал Files.school-collection.edu.ru (Источник).
Элементы макроэволюции
Эволюционные процессы сложно наблюдать и описывать напрямую. Мы видим вокруг себя результат эволюции, которая продолжалась миллионы лет. Очевидно, что в таких временных рамках человек пока что не может поставить эксперимент. Стоит отметить все-таки, что эволюционные эксперименты возможны и даже проводятся на организмах, у которых время жизни максимально сконцентрировано: у бактерий смена «поколений» происходит за 20–30 минут. Об эволюционном эксперименте читайте здесь: (Источник)
Наиболее крупные закономерности, которые наблюдаются в рамках макроэволюции, были исследованы и описаны в XIX и XX веке.
Элементы макроэволюции:
- Конвергенция признаков
- Дивергенция признаков
- Параллелизм
Рекорд известности
Так уж сложилось, что наибольшую известность из всего холодного оружия имеют мечи. Клеймор, катана, копеш – эти названия знакомы каждому любителю «убойного» железа. А вот копья почему-то снискали гораздо меньшую популярность. Бесспорным рекордсменом по праву может считаться «копье Лонгина», оно же – «Копье судьбы». По преданию, этим оружием был положен конец страданиям Иисуса Христа при его распятии на Лысой горе. Известно, что завладеть им очень хотел Гитлер — но что-то у него «не срослось», и судьбоносный наконечник (древко за давностью лет утеряно) по сей день хранится в одном из храмов Грузии или Армении (по разным источникам). Кстати, американский режиссер Френсис Лоуренс самовольно «перенес» наконечник в Мексику, чтобы до него было легче добраться главному герою фильма «Константин» с Киану Ривзом.
Продолжение, как говорится, следует.
Сообщества
Организмов становилось все больше. Теперь им приходилось взаимодействовать не только с внешней средой, но еще и с другими организмами. А потому неудивительно, что со временем эволюция вышла на новый уровень, а именно — на уровень сообществ.
На Земле возникли первые формы симбиоза и кооперации. Их появление было не случайной прихотью природы, а острой необходимостью.
Дело в том, что ни один вид не может долго жить в одиночку: рано или поздно он израсходует все нужные ему ресурсы и погибнет. Для устойчивой жизни ему необходим хотя бы относительно замкнутый биологический цикл.
В самом простом случае для такого цикла требуются два вида организмов. Первый вид будет употреблять из окружающей среды какой-нибудь ресурс. Второй — перерабатывать отходы жизнедеятельности первого вида и возвращать исходный ресурс обратно в окружающую среду. Такое взаимодействие помогает обоим видам выживать, не истощая среду.
Первыми такими сообществами на Земле стали бактериальные маты — простейшие биоценозы из нескольких слоев бактерий.
У бактериальных матов может быть множество вариантов, и в самом простом случае для их существования достаточно всего двух слоев. Однако биологи шутят, что «настоящий мат бывает только трехэтажным». Например:
1 этаж: бактерии-фототрофы синтезируют органику из углекислого газа, перерабатывают сероводород и выделяют сульфаты.
2 этаж: бактерии-бродильщики употребляют органику и выделяют водород.
3 этаж: бактерии-сульфатредукторы употребляют и водород, и сульфаты, а заодно производят сероводород для первого этажа.
Под матами постепенно накапливались осадочные породы и со временем превращались строматолиты — причудливые каменные образования. Самые древние из них были обнаружены в Западной Австралии: их возраст оценивается в 3,5 миллиарда лет.
Что же давали сообщества с точки зрения эволюции?
Во-первых, благодаря им, адаптация к среде вышла за пределы одного организма. Теперь каждое живое существо могло выживать, используя не только свои ресурсы, но и ресурсы других. Во-вторых, дальнейшее развитие симбиоза и кооперации привело к появлению многоклеточных организмов и тех сложных биоценозов, которые мы наблюдаем сегодня.
Во второй части статьи мы рассмотрим другие, более поздние формы изменения организмов. Не пропустите, она выйдет завтра!
Xren.su
Старт: мир РНК-организмов
Еще в XIX веке ученые предположили, что жизнь на Земле вполне могла возникнуть из неживой материи. Со временем эта идея получила множество косвенных подтверждений. Например, было доказано, что все необходимые для жизни органические вещества запросто могут образоваться из неорганических, и что условия на молодой Земле были самым подходящими для таких реакций.
Насчет того, как именно происходила эта «химическая эволюция», выдвигались разные версии. Например, моему поколению в свое время излагали теорию Опарина о происхождении жизни из коацерватных капель — сгустков вещества, которые образуются в растворах белков и нуклеиновых кислот.
Однако сегодня самой популярной и проработанной стала теория РНК-мира. Она гласит, что первыми живыми существами на Земле были РНК-организмы — довольно простые молекулярные комплексы на основе РНК. Они образовались примерно 4 миллиарда лет назад и по сути представляли собой самоподдерживающие химические реакции (автокаталитические циклы).
Несмотря на примитивность, у РНК-организмов было все для дальнейшего развития:
— Они умели создавать собственные копии;
— Копии часто получались не точными, а с различными вариациями;
— Неудачные варианты, приводившие к нарушению устойчивой структуры, разрушались и «погибали».
То есть, у них присутствовали все слагаемые эволюции: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Благодаря этому, РНК-организмы могли меняться и усложняться, а значит служили отличным исходным материалом для развития жизни.
ДНК
Шло время, и РНК-организмы становились все сложнее. Чтобы защититься от агрессивной окружающей среды, они обзавелись клеточной мембраной. А часть своих жизненных функций они передали белкам, которые справлялись с работой лучше, чем сами РНК-молекулы. Однако настоящим прорывом стала замена кода РНК на ДНК.
ДНК, в отличие от РНК, — это пассивная молекула. Вполне возможно, что в самом начале организмы использовали ее как промежуточный способ кодирования. Например, она хорошо подходила для тех фаз жизнедеятельности, которые не требуют активности (анабиоз и тому подобное). И лишь потом эволюция «оценила» все достоинства ДНК и сделала ее главным носителем информации.
Главное преимущество ДНК — это ее стабильность. Она меньше подвержена изменениям и искажениям, чем РНК, а значит гораздо лучше сохраняет наследственную информацию.
Чтобы было понятно, давайте воспользуемся компьютерной аналогией.
Представим, что РНК — это оперативная память. Программы в оперативной памяти выполняются быстро, но для долговременного хранения кода она не подходит. Для этой цели в компьютерах используется жесткий диск, на котором информацию можно хранить годами. Когда мы запускаем программу, она копируется с жесткого диска в оперативную память и там выполняется.
Аналогичный процесс происходит и в живой клетке. Вся наследственная информация хранится в ДНК, которая выполняет функцию жесткого диска. Когда возникает необходимость, код записывается на РНК («оперативку») и лишь после этого используется для производства белковых молекул.
ДНК позволило увеличить количество наследственной информации, что привело к усложнению организмов. Благодаря ей, на Земле появился мир бактерий, который дал начало всем остальным жизненным формам и благополучно сохранился до наших дней.
Немного истории
Оружие это – по сути, ровесник человечества. Первое в истории копье было обычной заостренной палкой. Она появилась, кстати, гораздо раньше первых каменных орудий. Связано это с легкостью изготовления такого приспособления. Конец деревяшки обжигался на огне (а он стал известен несколько раньше способа обтесывать булыжники, это подтвердит любой знающий археолог), а потом обуглившаяся древесина просто счищалась с поверхности копья. Затем человек обнаружил, что расколотые кости животных имеют острые края и насадил такой осколок на древко… словом, так и началась эволюция оружия, которое позже по праву назовут «автоматом Средневековья».
Аналогичные органы
Рис. 2. Аналогичные органы: крылья птицы и бабочки
Но, на самом деле они развивались совершенно независимо из различных предковых форм. Требование среды и влияние естественного отбора обусловили их внешнее сходство.
Органы, выполняющие одинаковые функции, но имеющие различное происхождение, называются аналогичными (рис. 3).
Типичный пример аналогичных органов – это глаза головоногих моллюсков и позвоночных. Эти органы формировались независимо в течение сотен миллионов лет, и в итоге получились практически одинаковыми, отличающимися только в деталях.
Рис. 3. Аналогичные органы: глаза моллюска (осьминога или кальмара) и человека
Рекомбинация
Рекомбинация — это обмен фрагментами кода между молекулами РНК или ДНК. Во время этой процедуры молекулы разъединяются и соединяются снова, но уже другим способом.
По всей видимости, рекомбинация появилась еще у РНК-организмов. Однако у них она проходила пассивно и бесконтрольно, примерно как у современных вирусов (у которых генетическая информация тоже закодирована в РНК).
Но по-настоящему рекомбинация «обрела популярность» с появлением ДНК-организмов. А у эукариотов она стала регулярной и обязательной процедурой, которая непременно сопутствовала любому размножению. У них она чаще всего происходит в виде кроссинговера, то есть обмена участками между двумя хромосомами.
Рекомбинация, наравне с мутациями, стала основным источником наследственной изменчивости. Она помогает перемешивать нормальные и мутировавшие гены, тем самым увеличивая разнообразие генотипов в популяции. Также она легла в основу некоторых других эволюционных механизмов, которые мы рассмотрим чуть дальше.
Что же такое эволюция?
Слово «эволюция» означает «процесс плавного, постепенного изменения чего-либо». В биологии под эволюцией понимают процесс необратимого исторического развития живой природы. Эволюция сопровождается появлением адаптаций, видообразованием и, наоборот, вымиранием видов, преобразованием отдельных экосистем и биосферы в целом.
Раздел биологии, занимающийся изучением эволюции, называется теория эволюции, или эволюционное учение.
Можно сказать, что единой и общепризнанной теории эволюции на данный момент нет, в связи с тем, что у разных групп живых организмов есть разные способы сохранения и передачи наследственной информации.
Имеется огромное число очевидных доказательств наличия эволюции.
Поскольку система живых организмов строится на основе родства между ними, наука систематика теснейшим образом связана с теорией эволюции. Доказательства эволюции подтверждают происхождение всех живых организмов на Земле через длинную цепочку поколений от единого древнего общего предка.
Существует несколько основных групп доказательств эволюции.
Рассмотрим три группы доказательств эволюции:
1. Палеонтологические и биогеографические
2. Сравнительно-анатомические
3. Эмбриологические
Параллелизм
Третий элемент в процессе преобразования – это нечто среднее между дивергенцией и конвергенцией, параллелизм – такой процесс, когда орган в результате дивергенции превращается во множество гомологичных органов. Но затем, в ходе эволюции, эти гомологичные органы вновь начинают выполнять общую функцию.
Например, корпус и плечевые пояса у позвоночных дали множество гомологичных вариантов. Из одинаковых элементов скелета сформировались копытные, птицы, рыбы, рептилии, но затем, в процессе эволюции, часть из них вторично приобрела одинаковые признаки (рис. 4).
Рис. 4. Пример параллелизма в эволюции формы тела у хрящевых рыб (акула), рептилий (ихтиозавр) и млекопитающий (дельфин)
Например, корпуса ихтиозавра, акулы и дельфина (и даже пингвина, плывущего в воде) очень похожи и образовались из одинаковых элементов скелета, но совершенно разными эволюционными путями.
Предки ихтиозавров были ящерами, предками дельфинов были растительноядные сухопутные млекопитающие, пингвины – птицы, а предками акул были древние хрящевые рыбы.
Эволюция идет тремя главными путями: путем дивергенции, путем конвергенции и путем параллелизма.
Символизм копья
Копьё — символ воинственности, агрессивной активности (в скандинавской мифологии Один, бросив копьё в направлении войска противника, положил начало первой войне между богами), а также фаллический символ. Последнее значение может быть проиллюстрировано ведийским космогоническим мифом о пахтании молочного океана копьём или орфическим повествованием о мировом яйце, разбиваемом копьём. Угаритское божество грозы и плодородия Баал изображается с молнией-копьём, поражающим землю (еще один образ эротического единения двух начал). Эмблемой победы служит копьё Индры — индуистского бога войны. В Китае копьё является атрибутом многих второстепенных богов.
Копьё — один из символов мировой оси.
В христианстве копьё — один из символов страстей Христовых, а также несправедливого суда и распятия, атрибут воина Лонгина, так называемое «Копьё Судьбы».
Палеонтологические доказательства
Палеонтология – это наука о древних вымерших организмах.
Палеонтологи по найденным останкам пытаются реконструировать внешний вид, строение и биологические особенности древней флоры и фауны. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скорлупа яиц, скелеты и другие твердые части организмов (рис. 1–3).
Рис. 1. Ископаемая раковина аммонита
Рис. 2. Окаменелая челюсть мозазавра
Рис. 3. Восстановленный скелет трицератопса
Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений. Изучения подлежат также окаменевшие следы, экскременты, отброшенные оболочки и любые другие следы жизнедеятельности древних организмов. Изучение дошедших до нас палеонтологических образцов древнейшего происхождения убедительно показывает, что древний животный мир очень сильно отличался от современного.
Чем более молодым является изучаемый слой осадков, тем больше ископаемые животные из него похожи на современных. Изучение ископаемых древних животных различных геологических эпох убедительно показало, что животный мир постепенно и плавно изменялся.
Родство вымерших и современных организмов также подтверждается и находками т. н. промежуточных, или переходных, форм. Известно, что птицы в свое время произошли от пресмыкающихся, которые являются ближайшими их родственниками. Так, археоптерикс обладал как признаками рептилий, так и признаками птиц (рис. 4). Черты, характерные для пресмыкающихся, – относительно тяжелый скелет, мощные зубы и длинный хвост. Черты характерные для птиц, – крылья покрытые перьями (рис. 5).
Рис. 4. Окаменелость археоптерикса
Рис. 5. Реконструкция археоптерикса
По окаменевшим остаткам ученые достаточно полно восстановили облик и строение многих переходных форм – от далеких древних предков к более современным животным. Само наличие этих переходных форм является отличной иллюстрацией эволюции.
Многие животные, жившие раньше, не имеют аналогов в современном мире. Они вымерли.
Палеонтологи пытаются понять, как именно они жили и по каким причинам их не стало. В любом случае, чтобы появилось что-то новое, нужно, чтобы сначала исчезло что-то старое.
Вымирание – это один из важнейших процессов в эволюции.
Вернется – не вернется
Почему палку с наконечником называют автоматом? Все просто: именно копье очень долгое время оставалось самым дальнобойным из имеющихся видов оружия. Лук, праща, арбалет, катапульта – все это было изобретено гораздо позже. А с глубокой древности основным оружием охотника и воина все же оставалось копье.
И здесь начинается полная чехарда. Человек научился
обрабатывать камень, и копья обзавелись соответствующими наконечниками. Бритвенной
остроты осколок кремня, вставленный в расщеп древка, имел листовидную форму и применялся
в основном, на охоте. Почему? Обтекаемая форма наконечника позволяла после
удара извлечь оружие, не потеряв при этом каменное острие, и ударить вторично.
Век металла
Перескочив сразу несколько эпох, окажемся в Римской империи. Вот уж где копье было в почете! Римский «пилум» — именно его, наверное и следует назвать автоматом тех времен. Массивное, но не очень длинное древко позволяло метнуть это копье в щит противника. Именно в щит, поскольку задачей римского копьеносца было не поразить врага, а лишить его возможности защищаться. Под весом пилума враг должен был опустить или бросить щит, а дальше в дело вступали гладиусы воинов. Перерубить такой довесок, застрявший в щите, было невозможно из-за длины наконечника. Воин просто не дотягивался до древка мечом или топором.
Другое применение копью нашел Александр Македонский. Его фаланги, ощетинившиеся копьями, одновременно являлись и наступательной силой, и передвижным укреплением. Фалангиты, вооруженные длиннющими копьями, не давали врагу подойти на расстояние удара, а легкая пехота с более коротким метательным оружием, прицельно выбивала вражескую живую силу. Об эффективности такой тактики и вооружения лучше всего говорит тот факт, что Александр завоевал настолько огромную территорию, что сам расстроился: дескать, захватывать стало больше нечего.
Закон необратимости эволюции
«Онтогенез – это ускоренное повторение филогенеза» Э.Г. Геккель.
Геккель наглядно продемонстрировал, что организмы в процессе эмбрионального развития повторяют все те этапы, которые вид прошёл в процессе эволюционного развития (см. видео)
Важно понять, что мы говорим о повторении зародышевых стадий предковых форм
У зародыша человека на разных этапах развития онтогенеза можно увидеть жабры, сердечную трубку и прочие признаки эмбрионов наших далеких предков.
Другой важный закон филогенеза – «закон необратимости эволюции». Несмотря на наличие конвергенции, сходство разных видов никогда не бывают полным.
Эволюционный процесс, в силу чрезвычайной сложности живых организмов, не может создать точную копию ни существующего вида, ни вымершего. Каждый вид живых организмов уникален.
