Эмбриологические доказательства

Месячный эмбрион человека при внематочной беременности. Видны жаберные мешки.

У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: у них похожая форма тела, есть зачатки жаберных дуг (англ.)русск., имеется хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства Карла Максимовича Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно уменьшается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, отрядам, семействам, родам, и, наконец, видам.

Эволюционные изменения могут касаться всех фаз онтогенеза, то есть могут приводить к изменениям не только зрелых организмов, но и эмбрионов, даже на первых этапах развития. Тем не менее, более ранние фазы развития должны отличаться большим консерватизмом, чем более поздние, так как изменения на более ранних этапах развития, в свою очередь, должны привести к большим изменениям в процессе дальнейшего развития. Например, изменение типа дробления вызовет изменения в процессе гаструляции, равно как и во всех следующих стадиях. Поэтому изменения, проявляющиеся на ранних этапах, гораздо чаще оказываются летальными, чем изменения, касающиеся более поздних периодов онтогенеза.

Таким образом, ранние стадии развития изменяются относительно редко, а значит, изучая эмбрионы разных видов, можно делать выводы о степени эволюционного родства.

В 1837 году эмбриолог Карл Райхерт (англ.)русск. выяснил, из каких зародышевых структур развиваются квадратная (англ.)русск. и суставная (англ.)русск. кости в челюсти рептилий. У зародышей млекопитающих обнаружены те же структуры, но они развиваются в молоточек и наковальню среднего уха. Палеонтологическая летопись также подтверждает происхождение частей уха млекопитающих из костей челюсти рептилий.

Есть многие другие примеры того, как эволюционная история организма проявляется в ходе его развития. У эмбрионов млекопитающих на ранних стадиях есть жаберные мешки (англ.)русск., неотличимые по строению от жаберных мешков у водных позвоночных. Это объясняется тем, что предки млекопитающих жили в воде и дышали жабрами. Разумеется, жаберные мешки зародышей млекопитающих в ходе развития превращаются не в жабры, а в структуры, возникшие в ходе эволюции из жаберных щелей или стенок жаберных карманов, такие как евстахиевы трубы, среднее ухо, миндалины, паращитовидные железы и тимус.

У эмбрионов многих видов змей и безногих ящериц (например, веретеницы ломкой) развиваются зачатки конечностей, но затем они рассасываются. Аналогично, у китов, дельфинов и морских свиней нет задних конечностей, но у эмбрионов китообразных начинают расти задние ноги, развиваются кости, нервы, сосуды, а затем все эти ткани рассасываютс.

Дарвин в качестве примера приводил наличие зубов у зародышей усатых китов.

Морфологические доказательства

В ходе эволюции каждый новый организм не проектируется с нуля, а получается из старого за счет последовательности небольших изменений. У образовавшихся таким образом структур есть ряд характерных особенностей, указывающих на их эволюционное происхождение. Сравнительно-анатомические исследования позволяют выявить такие особенности.

В частности, эволюционное происхождение исключает возможность целенаправленного заимствования удачных конструкций у других организмов. Поэтому у различных, не близкородственных видов для решения схожих задач используются различные органы. Например, крыло бабочки и крыло птицы развиваются из разных зародышевых листков, крылья птиц представляют собой видоизменённые передние конечности, а крылья бабочки — складки хитинового покрова. Сходство между этими органами поверхностно и является следствием их конвергентного происхождения. Такие органы называют аналогичными.

Противоположная ситуация наблюдается у близкородственных видов: для совершенно разных задач используются схожие по строению органы. Например, передние конечности позвоночных выполняют самые разные функции, но при этом имеют общий план строения, занимают сходное положение и развиваются из одних и тех же зачатков, то есть являются гомологичными. Сходство строения крыла летучей мыши и лапы крота невозможно объяснить с точки зрения полезности. В то же время, теория эволюции даёт объяснение: единую структуру конечности четвероногие позвоночные унаследовали от общего предка.

Каждый вид наследует от предкового вида большинство его свойств — в том числе иногда и те, которые для нового вида бесполезны. Изменения обычно происходят за счет постепенного последовательного преобразования признаков предкового вида. Сходство гомологичных органов, не связанное с условиями их функционирования — свидетельство их развития в ходе эволюции из общего прототипа, имевшегося у предкового вида. Другие примеры эволюционных изменений морфологии — рудименты, атавизмы, а также многочисленные случаи специфического несовершенства строения организмов.

Палеонтологические доказательства

Прогресс в изучении эволюции человека. Увеличение числа известных науке видов гоминин по времени. Каждый вид изображён в виде прямоугольника, показывающего границы, в которых варьировал объём черепа, и место вида в палеонтологической летописи. Видно постепенное заполнение промежутков между видами.

Как правило, останки растений и животных разлагаются и исчезают без следа. Но иногда биологические ткани замещаются минеральными веществами, и образуются окаменелости. Обычно находят окаменевшие кости или раковины, то есть твёрдые части живых организмов. Иногда находят отпечатки следов животных или следы их жизнедеятельности. Ещё реже находят животное целиком — вмороженным в лёд в районах современной вечной мерзлоты, попавшим в окаменевшую позже смолу древних растений (янтарь) или в другую естественную смолу — асфальт.

Изучением ископаемых останков занимается палеонтология. Как правило, осадочные породы залегают слоями, поэтому более глубокие слои содержат окаменелости из более раннего периода (принцип суперпозиции). А значит, сравнивая ископаемые формы из последовательных напластований, можно делать выводы об основных направлениях эволюции живых организмов. Для оценки возраста окаменелостей используются многочисленные методы геохронологии.

При взгляде на палеонтологическую летопись можно сделать вывод, что жизнь на Земле существенно менялась. Чем глубже в прошлое мы смотрим, тем меньше видим общего с современной биосферой. Первые прокариоты (простейшие одноклеточные, не обладающие оформленным клеточным ядром) появляются приблизительно 3,5 млрд лет назад. Первые одноклеточные эукариоты появляются 2,7—1,75 млрд лет назад. Примерно через миллиард лет, 840 млн лет назад, в палеонтологической летописи появляются первые многоклеточные животные, представители хайнаньской фауны. Согласно опубликованному в 2009 году исследованию, вероятно, более 635 млн лет назад уже существовали многоклеточные, относящиеся к одному из современных типов — губки. В период «кембрийского взрыва», 540—530 млн лет назад, за геологически короткий промежуток времени, в геологической летописи появляются остатки представителей большинства современных типов, имеющих скелеты, а ещё через 15 млн лет — первые примитивные позвоночные, похожие на современных миног. Челюстноротые рыбы появляются 410 млн лет назад, насекомые — 400 млн лет назад, и ещё 100 млн лет на суше господствуют папоротниковидные, а основными группами наземной фауны остаются насекомые и земноводные. С 250 по 65 млн лет назад на Земле господствующее положение «верховных хищников» и крупных травоядных занимали динозавры и другие пресмыкающиеся, самыми распространёнными растениями были саговники и другие группы голосеменных. Первые ископаемые остатки цветковых появляются 140—130 млн лет назад, а начало их широкого распространения относится к середине мелового периода (около 100 млн лет назад). Наблюдаемая картина соответствует происхождению всех видов от одноклеточных организмов и не имеет других научных объяснений.

Известное доказательство эволюции — наличие так называемых промежуточных форм, то есть организмов, сочетающих в себе характерные признаки разных видов. Как правило, говоря о промежуточных (или «переходных») формах имеют ввиду ископаемые виды, хотя промежуточные виды не всегда вымирают. На основе филогенетического дерева теория эволюции предсказывает, какие промежуточные формы могут быть найдены, а какие — нет. В соответствии с научным методом, сбывшиеся предсказания подтверждают теорию. Например, зная строение организмов пресмыкающихся и птиц, можно предсказать некоторые особенности переходной формы между ними. Можно прогнозировать возможность найти останки животных, подобных рептилиям, но с перьями, или останки животных, подобных птицам, но с зубами или с длинными хвостами со скелетом из несросшихся позвонков. При этом можно предсказать, что не будут найдены переходные формы между птицами и млекопитающими, например — ископаемые млекопитающие с перьями или подобные птицам ископаемые с костями среднего уха как у млекопитающих.

Вскоре после публикации «Происхождения видов» были обнаружены останки археоптерикса — промежуточной формы между рептилиями и птицами. Для археоптерикса характерно дифференцированное оперение (типичная птичья черта), а по строению скелета он слабо отличался от динозавров из группы компсогнатов. У него были когти на передних конечностях, зубы и длинный хвост со скелетом из несросшихся позвонков, а предполагаемые уникальные «птичьи» особенности скелета впоследствии были выявлены у других рептилий. Позднее были найдены и другие переходные формы между рептилиями и птицами.

Известно множество других переходных форм, в том числе — от беспозвоночных к рыбам, от рыб к четвероногим, от земноводных к рептилиям и от рептилий к млекопитающим.

В некоторых случаях ископаемые переходные формы обнаружить не удалось, например — нет следов эволюции шимпанзе (предположительно, это объясняется отсутствием условий для образования окаменелостей в лесах, где они живут), нет следов ресничных червей, а этот класс объединяет более 3500 видов. Разумеется, чтобы фальсифицировать теорию эволюции, недостаточно указать на подобные пробелы в палеонтологической летописи. Чтобы опровергнуть эволюционное учение, потребовалось бы предъявить скелет, не соответствующий филогенетическому дереву или не укладывающийся в хронологическую последовательность. Так, в ответ на вопрос о том, какая находка могла бы сфальсифицировать эволюционную теорию, Джон Холдейн отрезал: «Ископаемые кролики в докембрии!» Были найдены миллионы окаменелостей около 250 000 ископаемых видов, и каждая находка — это проверка теории эволюции, а пройденная проверка подтверждает теорию.

В тех случаях, когда палеонтологическая летопись оказывается особенно полна, появляется возможность построить так называемые филогенетические ряды, то есть ряды видов (родов и т. д.), последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции. Наиболее известны филогенетические ряды человека и лошади (см. ниже), также в качестве примера можно привести эволюцию китообразных.

БИОГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА

При изучении биогеографических доказательств эволюции особая усидчивость не пригодится. Факты и фактики, намекающие на происхождение близких видов - представителей одного рода - от одного общего предка, здесь на каждом шагу. Следует только повнимательнее присмотреться к карте распространения видов одного рода. Таких видов, ареалы которых не перекрываются, близкое родство их самих сомнения не вызывает , а промежуточная территория в современном мире для них является непреодолимой.

Классический пример - распространение 3 близких видов пресноводных сигов в водоёмах Британских островов. Один вид живет в Ирландии, а два других в Шотландии. Все озера, в которых живут эти рыбы, соединяются протоками с Ирландским морем - непреодолимым препятствием для пресноводных видов. Это факты. Весьма сомнительно, чтобы эти так похожие друг на друга виды появились независимо, буквально "свалились с неба", а соседство ареалов - простое совпадение. Сейчас учёным хорошо известно, что во времена ледникового периода, когда огромные массы воды были сосредоточены в ледниковом панцире, общий уровень мирового океана понизился более чем на 100 метров по сравнению с сегодняшним. На месте Ирландского моря тогда лежала глубокая долина с большим озером. Вероятно, там и обитал вид-предок. В конце ледникового периода уровень моря поднялся и сиги ушли в верховья, где потом эволюционировали отдельно друг от друга, приспосабливаясь к различным условиям среды. Особенно выразительными подобные рассуждения становятся при дополнении их данными палеонтологии. Вот хотя бы история с тапирами.

Этих подвижных (несмотря на кажущуюся увесистость) непарнокопытных животных сегодня известно 5 видов. 4 вида живут в Южной и Центральной Америке, 1 - в Юго-Восточной Азии. Можно предположить, что когда-то существовавший тапир - прародитель имел единую область распространения. Тогда должны были сохраниться какие-нибудь ископаемые кости предковой формы. И они действительно есть. 10 -15 миллионов лет назад на территории современной Юго-Восточной Азии жил древний представитель рода. Потомки его по Беренгийской суше, соединявшей Евразию и Северную Америку проникли в Новый свет и около 2 миллионов лет назад стали обычными для фаун обоих Америк. Когда же климат с наступлением ледникового периода похолодал, а сухопутный мост исчез, тапиры на территории Северо-Восточной Азии и Северной Америки вымерли, а в Южной Америке и Юго-Восточной Азии эволюционировали отдельно.

Географическая изоляция обычно ведёт к образованию новых видов. А значит фауна и флора островов должна отличаться большим числом эндемиков - видов, характерных только для конкретной территории, острова. Так оно и есть. Чем длиннее история острова и чем надёжнее он изолирован, тем более своеобразная фауна и флора поразит взор путешественника. Биогеография знает великое множество примеров неповторимости живого мира островов. Заглянем ненадолго на Мадагаскар.Когда около 2 тысяч лет назад на Мадагаскар высадились первые пришлые из-за моря люди, вряд ли они сразу же поспешили подсчитать число эндемиков. Думается, они просто удивились. И есть чему. Здесь отсутствует большинство типично Африканских животных - нет антилоп, жирафов, носорогов, слонов. На большом острове нет ни одной ядовитой змеи, а в ручьях не водятся пресноводные рыбы. Из 47 родов мадагаскарских млекопитающих 33 - эндемики острова. Эмблемными видами стали лемуры - полуобезьяны, встречающиеся ныне только на Мадагаскаре, и тенрековые.

(Кошачий лемур и тенрек)Еще удивительнее то, что на острове проживает игуана, ближайший родственник которой обитает за 10 000 километров, в Южной Америке.

Особенность фауны Мадагаскара объясняется тем, что когда-то во времена мезозойской эры Мадагаскар составлял одно целое с Африкой, Южной Америкой, Австралией и Антарктидой - это был суперматерик Гондвана. Мадагаскар отделился от Африки около 170 млн. лет назад. Тогда существовали только примитивные ранние млекопитающие. Ученые полагают, что, возможно, лемуры и мелкие хищники - виверы попали на остров около 30 миллионов лет назад на огромных плавучих островах, которые иногда отрываются от берегов тропических рек и плывут вниз по течению. Вот и получается, что Мадагаскар стал своеобразным "убежищем" для животных, давно вымерших на материке.

54)ЭВОЛЮЦИЯ (в биологии) Сопровождается приспособлением их к условиям существования, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.

1) Изменчивость: организмы рождаются разными за счет:

а) перемешивания признаков отца и матери при половом размножении;

б) мутаций, т.е. ошибок при передаче наследственной информации.

2) Борьба за существование: все организмы размножаются очень активно. Например, пара мух за лето может дать 5 триллионов потомков. Все эти потомки не смогут выжить, потому что им не хватит пищи и территории.

3) Естественный отбор: выживают и дают собственное потомство те организмы, которые лучше других приспособлены к условиям жизни.

Основные направления эволюционного процесса

Биологическая эволюция — это не только возникновение приспособлений, это и появление принципиально более сложных форм жизни. Поэтому наряду с проблемой формирования приспособлений в эволюционной теорий стоит проблема прогрессивной эволюции. Анализ проблемы прогрессивной эволюции осуществил российский ученый А. Н. Северцов.

Прежде всего Северцов предложил различать биологический прогресс и морфофизиологический прогресс.

Биологический прогресс — это просто определенный успех той или иной группы живых организмов в жизни: высокая численность, большое видовое разнообразие, широкая область распространения.

Морфофизиологический прогресс — это появление качественно новых, более сложных форм жизни в присутствии уже существующих, вполне сформировавшихся групп. Так, например, многоклеточные организмы появились в мире, населенном одноклеточными, а млекопитающие и птицы — в мире, населенном рептилиями.

Северцов отмечал, что морфофизиологический прогресс не является обязательным условием для биологического прогресса. Преуспеть в жизни можно и за счет каких-то частных приспособлений, а иногда и за счет упрощения устройства, которое мы вправе считать морфофизиологическим регрессом.

По мнению Северцова, биологический прогресс может быть достигнут тремя путями:

1) путем морфофизиологического прогресса и приобретения особенностей строения, выводящих ту или иную группу организмов на качественно новый уровень (ароморфозов);

2) путем приобретения частных приспособлений (идио-адаптаций), не носящих принципиального характера, но позволяющих преуспеть в определенной, более или менее узкой среде;

3) путем перехода в более простую среду и потери уже существующих приспособлений (дегенерация).

55)ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА. ПОПУЛЯЦИЯ-

Вид — основная структурная единица биологической систематики

Популя́ция — это совокупность организмов одного вида, длительное время обитающих на одной территории

Морфологический – внутреннее и внешнее строение.
Физиолого-биохимический – как работают органы и клетки.
Поведенческий – поведение, особенно в момент размножения.
Экологический – совокупность факторов внешней среды, необходимых для жизни вида (температура, влажность, пища, конкуренты и т.п.)
Географический – ареал (область распространения), т.е. территория, на которой живет данный вид.
Генетико-репродуктивный – одинаковое количество и строение хромосом, что позволяет организмам давать плодовитое потомство.