Потомство живых существ очень похоже на родителей. Однако если среда обитания живых организмов меняется, они тоже могут существенно измениться. К примеру, если климат постепенно становится холоднее, то некоторые виды могут от поколения к поколению обрастать все более густой шерстью. Этот процесс называется эволюцией . За миллионы лет эволюции мелкие изменения, накапливаясь, могут приводить к возникновению новых видов растений и животных, резко отличающихся от своих предков.
Как происходит эволюция?
В основе эволюции лежит естественный отбор. Он происходит так. Все животные или растения, принадлежащие к одному виду, все же слегка отличаются друг от друга. Некоторые из этих отличий позволяют их обладателям лучше приспосабливаться к условиям жизни, нежели их сородичам. Например, у какого-то оленя особенно быстрые ноги, и ему каждый раз удается убежать от хищника. У такого оленя больше шансов выжить и обзавестись потомством, а способность быстро бегать может передаться его детенышам, или, как говорят, унаследоваться ими.
Эволюция создала бесчисленное множество способов приспособления к трудностям и опасностям жизни на Земле. Например, семена конского каштана со временем приобрели оболочку, покрытую острыми колючками. Колючки защищают семя, когда оно падает с дерева на землю.
Какова скорость эволюции?
Прежде у этих бабочек были светлые крылышки. Они прятались от врагов на
стволах деревьев с такой же светлой корой. Однако около 1% этих бабочек
имели темные крылышки. Естественно, птицы сразу их замечали и, как
правило, съедали раньше других
Обычно эволюция протекает очень медленно. Но бывают случаи, когда какой-либо вид животных претерпевает стремительные изменения и затрачивает на это не тысячи и миллионы лет, а гораздо меньше. К примеру, некоторые бабочки за последние двести лет изменили свою окраску, чтобы приспособиться к новы условиям жизни в тех районах Европы, где возникло множество промышленных предприятий.
Около двухсот лет назад в Западной Европе начали строить заводы, работающие на угле. Дым из заводских труб содержал сажу, которая оседала на стволах деревьев, и они чернели. Теперь оказались заметнее светлые бабочки. А немногие прежде бабочки с темной окраской крылышек выжили, ибо птицы их уже не замечали. От них произошли другие бабочки с такими же темными крылышками. И теперь большинство бабочек этого вида, обитающих в промышленных районах, имеют темные крылышки.
Почему некоторые виды животных вымирают?
Некоторые живые существа неспособны эволюционировать, когда среда их обитания резко изменяется, и в результате вымирают. Скажем, огромные волосатые животные, похожие на слонов — мамонты, скорее всего, вымерли оттого, что климат на Земле в ту пору стал контрастнее: летом слишком жарко, а зимой слишком холодно. К тому же их численность сократилась из-за усиленной охоты на них первобытного человека. А вслед за мамонтами вымерли и саблезубые тигры — ведь их громадные клыки были приспособлены к охоте лишь на крупных животных вроде мамонтов. Более мелкие животные были для саблезубых тигров недоступны, и, оставшись без добычи, они исчезли с лица нашей планеты.
Откуда мы знаем, что человек тоже эволюционировал?
Большинство ученых полагает, что человек произошел от живших на деревьях животных, похожих на современных обезьян. Доказательством этой теории служат некоторые черты строения наших тел, позволяющие, в частности, предположить, что когда-то наши предки были вегетарианцами и питались только плодами, кореньями и стеблями растений.
У основания вашего позвоночника есть костное образование — копчик. Это все, что осталось от хвоста. Большая часть волос, покрывающих ваше тело, представляет собой лишь мягкий пушок, но у наших предков волосяной покров был гораздо гуще. Каждый волосок снабжен специальным мускулом и встает дыбом, когда вы мерзнете. Так же и у всех млекопитающих с волосатой шкурой: она удерживает воздух, который не дает теплу животного уйти.
У многих взрослых людей есть широкие крайние зубы — их называют «зубы мудрости». Теперь в этих зубах нет никакой необходимости, но в свое время наши предки пережевывали ими жесткую растительную пищу, которой питались. Аппендикс представляет собой маленькую трубочку-отросток, связанную с кишечником. Наши отдаленные предки с его помощью переваривали растительную пищу, плохо усваиваемую организмом. Теперь он больше не нужен и постепенно становится все меньше и меньше. У многих травоядных животных — к примеру, кроликов — аппендикс развит очень хорошо.
Могут ли люди управлять эволюцией?
Люди управляют эволюцией некоторых животных вот уже более 10000 лет. Например, многие современные породы собак, по всей вероятности, произошли от волков, стаи которых бродили около стойбищ древних людей. Постепенно те из них, что стали жить вместе с людьми, эволюционировали в новый вид животных, то есть стали собаками. Затем люди начали специально выращивать собак для определенных целей. Это называется селекцией. В результате сегодня в мире насчитывается свыше 150 различных пород собак.
- Собак, которых можно было обучить разным командам, вроде этой английской овчарки, выращивали для того, чтобы пасти скот.
- Собак, которые умели быстро бегать, использовали для преследования дичи. У этой борзой мощные ноги, и она бежит огромными прыжками.
- Собак с хорошим нюхом выводили специально для выслеживания дичи. Эта гладкошерстная такса может разрывать кроличьи норы.
Через естественный отбор, как правило, протекает очень медленно. Селективный отбор позволяет резко ускорить ее.
Что такое генная инженерия?
В 70-е гг. XX в. ученые изобрели способ изменения свойств живых организмов вмешательством в их генетический код. Эту технологию называют генной инженерией. Гены несут в себе своеобразный биологический шифр, содержащийся в каждой живой клетке. Он и определяет размеры и внешний вид каждого живого существа. С помощью генной инженерии можно выводить растения и животных, которые, скажем, быстрее растут или менее восприимчивы к какому-либо заболеванию
В статье подробно рассмотрим виды эволюции, а также поговорим в целом об этом процессе, стараясь комплексно разобраться в теме. Узнаем о том, как зарождалось учение эволюции, какими идеями оно представлено и какую роль в нём играет вид.
Вступление в тему
Эволюция органического мира представляет собой довольно сложный и длительный процесс, который одновременно проходит на разных уровнях организации живой материи. При этом он всегда затрагивает множество направлений. Так сложилось, что развитие живой природы происходит от низших форм к высшим. Всё простое со временем усложняется и приобретает более интересную форму. В отдельных группах организмов развиваются адаптационные навыки, которые позволяют живым существам лучше существовать в своих конкретных условиях. Например, у некоторых водных животных появились в результате эволюции перепонки между пальцами.
Три направления
Прежде чем говорить о видах эволюции, рассмотрим три главных направления, выделенные весомыми российскими учеными И. Шмальгаузеном и А. Северцовым. По их мнению, существует ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация.
Ароморфоз
Ароморфоз, или арогенез, - это серьёзные эволюционные изменения, которые ведут в целом к усложнению структуры и функций каких-то организмов. Данный процесс позволяет принципиально менять некоторые стороны жизни, например места обитания. Также ароморфоз способствует повышению конкурентоспособности конкретных организмов к выживанию в окружающей среде. Главная суть ароморфозов заключается в покорении новых адаптационных зон. Именно поэтому такие процессы происходят довольно редко, но если уж они случаются, то носят принципиальный характер и оказывают влияние на всё дальнейшее развитие.
При этом надо разобраться с таким понятием, как адаптационный уровень. Это определенная зона места обитания с характерным климатом и экологическими условиями, которые свойственны для определенной группы организмов. Например, для птиц адаптивной зоной является воздушное пространство, которое защищает их от хищников и позволяет осваивать новые способы охоты. Кроме того, перемещение в воздухе дает возможность преодолевать крупные препятствия и осуществлять дальние миграции. Именно поэтому полёт по праву считается важным эволюционным ароморфозом.
Наиболее яркие ароморфозы в природе - это многоклеточность и половой способ размножения. Благодаря многоклеточности, начался процесс усложнения анатомии и морфологии практически всех организмов. Благодаря половому размножению значительно расширились адаптационные способности.
У животных такие процессы поспособствовали созданию более эффективных способов питания и улучшения обмена веществ. При этом наиболее значимым ароморфозом в животном мире считается теплокровность, благодаря которой очень повысилась выживаемость в разных условиях.
У растений подобные процессы проявляются в появлении общей и проводящей систем, которые соединяют все их части в единое целое. Благодаря этому повышается эффективность опыления.
Для бактерий ароморфозом является автотрофный способ питания, благодаря которому они смогли покорить новую адаптационную зону, которая может быть лишена органических источников питания, а бактерии всё равно на ней выживут.
Идиоадаптация
Без этого процесса невозможно представить эволюцию биологических видов. Он подразумевает конкретные адаптации к специфическим условиям окружающей среды. Для того чтобы лучше понять, что это за процесс, давайте немного порассуждаем. Идиоадаптация — это небольшие изменения, которые существенно улучшают жизнь организмов, но при этом не выводят их на новый уровень организации. Рассмотрим данную информацию на примере птиц. Крыло является следствием процесса ароморфоза, а вот форма крыльев и способы полета - это уже идиоадаптации, которые не меняют анатомического строения птиц, но при этом отвечают за их выживание в определенной среде. К таким процессам еще можно отнести окрас животных. Из-за того что они значительно влияют лишь на группу организмов, их считают признаками видов и подвидов.
Дегенерация, или катагенез
Макро- и микроэволюция
А теперь перейдем непосредственно к теме нашей статьи. Какие же бывают разновидности этого процесса? Это микро- и макроэволюция. Поговорим о них подробнее. Макроэволюция представляет собой процесс формирования крупнейших систематических единиц: видов, новых семейств и так далее. Основные движущие силы макроэволюции кроются в микроэволюции.
Во-первых, это наследственность, естественный отбор, изменчивость и репродуктивная изоляция. Дивергентный характер свойственен для микро- и макроэволюции. При этом данные понятия, о которых мы говорим сейчас, получали много разных интерпретаций, но до сих пор окончательного понимания не достигнуто. Одна из самых популярных заключается в том, что макроэволюция является изменением системного характера, которое не требует большого количества времени.
Однако, что касается изучения этого процесса, то он занимает очень много времени. Более того, макроэволюция носит глобальный характер, поэтому освоить всё её многообразие очень сложно. Важным методом изучения этого направления является компьютерное моделирование, которое особенно активно начало развиваться в 1980-х годах.
Виды доказательств эволюции
А теперь поговорим о том, какие существуют доказательства макроэволюции. Во-первых, это сравнительно-анатомическая система умозаключений, которая основывается на том, что у всех животных единый тип строения. Именно это указывает на то, что все мы имеем общее происхождение. Здесь большое внимание уделяется гомологичным органам, также атавизмам. Атавизмы человека — это возникновение хвоста, многососковость и сплошной волосяной покров. Важное доказательство макроэволюции заключается в наличии рудиментарных органов, которые больше не нужны человеку и постепенно исчезают. Рудименты - это аппендикс, волосяной покров и остатки третьего века.
Теперь рассмотрим эмбриологические доказательства, которые заключаются в том, что все позвоночные животные имеют похожие зародыши на ранних стадиях развития. Конечно, со временем это сходство становится всё менее заметным, так как начинают преобладать характерные черты для определённого вида.
Палеонтологические доказательства процесса эволюции видов заключаются в том, что по остаткам некоторых организмов можно исследовать переходные формы других вымерших существ. Благодаря ископаемым останкам ученые могут узнавать о том, что существовали переходные формы. Например, такая форма жизни существовала между пресмыкающимися и птицами. Также благодаря палеонтологии ученые смогли построить филогенетические ряды, в которых можно четко отследить последовательность сменяющих друг друга видов, развивающихся в процессе эволюции.
Биохимические доказательства основываются на том, что у всех живых организмов на земле единообразный химический состав и генетический код, что также следует отметить. Более того, мы все схожи по энергетическому и пластическому обмену, а также ферментативному характеру некоторых процессов.
Биогеографические доказательства строятся на том, что процесс эволюции отлично отражается в характере распространения животных и растений по поверхности Земли. Так, учёные условно поделили массив планеты на 6 географических зон. Подробно рассматривать их мы здесь не будем, но заметим то, что наблюдается очень тесная связь между континентами и родственными видами живых организмов.
Благодаря макроэволюции мы можем понимать, что все виды произошли путем эволюции от ранее живших организмов. Таким образом раскрывается суть самого процесса развития.
Преобразования на внутривидовом уровне
Микроэволюция подразумевает под собой мелкие изменения в аллелях в популяции на протяжении поколений. Также можно сказать, что эти преобразования происходят на внутривидовом уровне. Причины кроются в мутационных процессах, искусственном и естественном дрейфе и переносе генов. Все эти изменения приводят к видообразованию.
Мы рассмотрели основные виды эволюции, но ещё не знаем, что микроэволюция делится на некоторые ветви. Во-первых, это популяционная генетика, благодаря которой производятся математические расчёты, необходимые для изучения многих процессов. Во-вторых, это экологическая генетика, которая позволяет наблюдать за процессами развития в действительности. Эти 2 вида эволюции (микро- и макро-) имеют огромное значение и вносят свой определенный вклад в целом в процессы развития. Стоит заметить, что их часто противопоставляют друг другу.
Эволюция современных видов
Для начала заметим, что это постоянный процесс. Другими словами, он никогда не прекращается. Все живые организмы эволюционируют с разной скоростью. Однако проблема состоит в том, что некоторые животные живут очень долго, поэтому заметить какие-то изменения очень сложно. Чтобы их отследить, должны пройти сотни или даже тысячи лет.
В современном мире происходит активная эволюция африканских слонов. Правда, при содействии человека. Так, у этих животных быстро уменьшается длина бивня. Дело в том, что охотники всегда охотились на слонов, которые обладали массивными бивнями. Одновременно с этим другие особи интересовали их гораздо меньше. Таким образом, у них увеличивались шансы на выживание, а также на передачу своих генов другим поколениям. Именно поэтому в течение нескольких десятилетий постепенно отмечалось уменьшение длины бивней.
Очень важно понимать, что отсутствие внешних признаков ещё не означает прекращение процесса эволюции. Например, очень часто разные исследователи ошибаются по поводу кистеперой рыбы латимерии. Ходит мнение, что она не эволюционировала миллионы лет, но это не так. Добавим, что на сегодняшний день латимерия является единственным живым представителем отряда целакантообразных. Если сравнить первых представителей этого вида и современных особей, то можно найти множество существенных различий. Единственная схожая черта заключается во внешних признаках. Именно поэтому очень важно комплексно смотреть на эволюцию, не судить о ней исключительно по внешним признакам. Интересно, что современная латимерия имеет больше схожих черт с селёдкой, чем со своим прародителем целакантом.
Факторы
Как мы знаем, виды произошли путем эволюции, но какие факторы этому способствовали? Во-первых, наследственная изменчивость. Дело в том, что различные мутации и новые комбинации генов создают базу для наследственного разнообразия. Заметим: чем активнее мутационный процесс, тем более эффективным будет естественный отбор.
Второй фактор - это случайное сохранение признаков. Чтобы уяснить суть этого явления, давайте разберёмся с такими понятиями, как дрейф генов и популяционные волны. Последние представляют собой колебания, которые происходят периодами и влияют на численность популяции. Например, каждые четыре года зайцев становится очень много, а сразу после этого их численность резко падает. Но что же такое дрейф генов? Здесь подразумевается сохранение или исчезновение каких-либо признаков в случайном порядке. То есть, если в результате каких-то событий популяция сильно уменьшается, то некоторые признаки будут сохраняться полностью или частично в хаотичном порядке.
Третий фактор, который мы рассмотрим — это борьба за существование. Её причина кроется том, что рождается очень много организмов, но лишь часть из них способна выжить. Более того, для всех не хватит пищи и территорий. В целом понятие борьбы за существование можно описать как особые взаимоотношения организма с окружающей средой и другими особями. При этом существует несколько форм борьбы. Она может быть внутривидовой, которая происходит между особями одного и того же вида. Вторая форма - межвидовая, когда за выживание борются представители разных видов. Третья форма заключается в борьбе с условиями окружающей среды, когда животным необходимо приспосабливаться к ним или же погибать. При этом по праву самой жестокой считается борьба внутри видов.
Теперь мы знаем, что роль вида в эволюции огромна. Именно с одного представителя может начаться мутация или дегенерация. Однако эволюционный процесс регулируется сам по себе, так как действует закон естественного отбора. Так, если новые признаки будут неэффективны, то особи, имеющие их, рано или поздно погибнут.
Рассмотрим еще одно важное понятие, которое характерно для всех движущих видов эволюции. Это изоляция. Данный термин подразумевает накопление определенных различий между представителями одной популяции, которая долгое время была изолирована друг от друга. В итоге это может привести к тому, что особи просто не смогут между собой скрещиваться, таким образом появится два совершенно разных вида.
Антропогенез
Теперь поговорим о видах людей. Эволюция - процесс, характерный для всех живых организмов. Часть биологической эволюции, которая привела к появлению человека, называется антропогенезом. Благодаря этому произошло отделение человеческого вида от человекообразных обезьян, млекопитающих и гоминид. Какие мы знаем виды людей? Эволюционная теория делит их на австралопитеков, неандертальцев и т. д. Характеристики каждого из этих видов знакомы нам ещё со школьной скамьи.
Вот мы и ознакомились с основными видами эволюции. Биология порой может рассказать очень много о прошлом и настоящем. Именно поэтому к ней стоит прислушиваться. Заметим: некоторые ученые считают, что следует выделять 3 вида эволюции: макро-, микро- и эволюцию человека. Однако такие мнения единичны и субъективны. В данном материале мы представили вниманию читателя 2 основных вида эволюции, благодаря которым развивается всё живое.
Подводя итоги статьи, скажем о том, что эволюционный процесс — настоящее чудо природы, которое само регулирует и координирует жизнь. В статье мы рассмотрели основные теоретические понятия, но на практике всё гораздо интереснее. Каждый биологический вид представляет собой уникальную систему, способную саморегулироваться, приспосабливаться и эволюционировать. В этом и состоит прелесть природы, которая позаботилась не только о созданных видах, но и о тех, в которые они могут мутировать.
Историческое развитие живой природы происходит по определенным законам и характеризуется совокупностью отдельных признаков. Успехи биологии в первой половине 19 века послужили предпосылкой создания новой науки - эволюционной биологии. Она сразу стала популярной. И доказала, что эволюция в биологии - это детерминированный и необратимый процесс развития как отдельных видов, так и целых их сообществ - популяций. Он происходит в биосфере Земли, затрагивая все его оболочки. Данная статья будет посвящена как изучению концепций биологического вида, так и
История развития эволюционных взглядов
Наука прошла сложный путь формирования мировоззренческих представлений о механизмах, лежащих в основе природы нашей планеты. Он начинался с идей креационизма, высказанных К. Линнеем, Ж. Кювье, Ч. Лайелеем. Первая эволюционная гипотеза была изложена французским ученым Ламарком в работе «Философия зоологии». Английский исследователь Чарльз Дарвин первым в науке высказал мысль о том, что эволюция в биологии - это процесс, базирующийся на наследственной изменчивости и естественном отборе. Его основой является борьба за существование.
Дарвин считал, что появление непрерывных изменений биологических видов является результатом их приспособления к постоянной смене факторов внешней среды. Борьба за существование, по мнению ученого, это совокупность взаимосвязей организма с окружающей природой. А её причина лежит в стремлении живых существ к увеличению своей численности и расширению мест обитания. Все вышеперечисленные факторы и включает в себя эволюция. Биология, 9 класс которую изучает на уроках, рассматривает процессы наследственной изменчивости и естественного отбора в разделе «Эволюционное учение».
Синтетическая гипотеза развития органического мира
Еще при жизни Чарльза Дарвина его идеи были раскритикованы рядом таких известных ученых, как Ф. Дженкин и Г. Спенсер. В 20 веке, в связи с бурными генетическими исследованиями и постулированием законов наследственности Менделя, стало возможным создание синтетической гипотезы эволюции. В своих трудах ее описывали такие как С. Четвериков, Д. Холдейн и С. Райд. Они утверждали, что эволюция в биологии - это явление биологического прогресса, имеющего вид ароморфозов, идиоадаптаций, затрагивающих популяции различных видов.
Согласно этой гипотезе, эволюционными факторами являются волны жизни, и изоляция. Формы исторического развития природы проявляются в таких процессах, как видообразование, микроэволюция и макроэволюция. Вышеизложенные научные взгляды можно представить, как суммацию знаний о мутациях, являющихся источником наследственной изменчивости. А также представлений о популяции, как структурной единицы исторического развития биологического вида.
Что такое эволюционная среда?
Под этим термином понимают биогеоценотический В ней происходят микроэволюционные процессы, затрагивающие популяции одного вида. В результате становится возможным возникновение подвидов и новых биологических видов. Здесь же наблюдаются процессы, приводящие к появлению таксонов - родов, семейств, классов. Они относятся к макроэволюции. Научные исследования В. Вернадского, доказывающие тесную взаимосвязь всех уровней организации живой материи в биосфере, подтверждают тот факт, что биогеоценоз - это среда эволюционных процессов.
В климаксных, то есть стабильных экосистемах, в которых наблюдается большое разнообразие популяции многих классов, изменения происходят вследствие когерентной эволюции. в таких стабильных биогеоценозах называются ценофильными. А в системах с нестабильными условиями, происходит несогласованная эволюция среди экологически пластичных, так называемых ценофобных видов. Миграции особей различных популяций одного и того же вида изменяют их генофонды, нарушая частоту встречаемости различных генов. Так считает современная биология. Эволюция органического мира, которая будет рассмотрена нами ниже, подтверждает этот факт.
Этапы развития природы
Такие ученые, как С. Разумовский и В. Красилов доказали, что темпы эволюции, лежащие в основе развития природы, неравномерны. Они представляют собой медленные и практически незаметные изменения в стабильных биогеоценозах. Они резко ускоряются в периоды экологических кризисов: техногенных катастроф, таяния ледников и т. д. В современной биосфере обитает около 3-х миллионов видов живых существ. Наиболее важных из них для жизнедеятельности человека изучает биология (7 класс). Эволюция Простейших, Кишечнополостных, Членистоногих, Хордовых представляет собой постепенное усложнение кровеносной, дыхательной, нервной систем этих животных.
Первые остатки живых организмов обнаруживаются в архейских осадочных породах. Их возраст около 2,5 миллиарда лет. Первые эукариоты появились в начале Возможные варианты происхождения многоклеточных организмов объясняют научные гипотезы фагоцителлы И. Мечникова и гастреи Э. Гетелля. Эволюция в биологии - это путь развития живой природы от первых архейских форм жизни до многообразия флоры и фауны современной кайнозойской эры.
Современные представления о факторах эволюции
Они представляют собой условия, вызывающие адаптивные изменения организмов. Их генотип наиболее защищен от внешних влияний (консервативность генофонда биологического вида). Наследственная информация все же может изменяться под действием генных Именно таким путем - приобретением новых признаков и свойств - происходила эволюция животных. Биология изучает её в таких разделах, как сравнительная анатомия, биогеография и генетика. Размножение, как фактор эволюции, имеет исключительное значение. Оно обеспечивает смену поколений и непрерывность жизни.
Человек и биосфера
Процессы возникновения оболочек Земли и геохимическую деятельность живых организмов изучает биология. Эволюция биосферы нашей планеты имеет продолжительную геологическую историю. Она была разработана В. Вернадским в его учении. Он же ввел термин «ноосфера», понимая под ним влияние сознательной (умственной) деятельности человека на природу. Живое вещество, входящее во все оболочки планеты, изменяет их и определяет круговорот веществ и энергии.
Эволюционное учение
Эволюционное учение (теория эволюции) - наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция - эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция - эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.
Развитие эволюционных идей
Гераклит, Эмпидокл, Демокрит, Лукреций, Гиппократ, Аристотель и другие античные философы сформулировали первые представления о развитии живой природы.
Карл Линней
верил в сотворение природы богом и постоянство видов, но допускал возможность возникновения новых видов путём скрещивания или под влиянием условий среды. В книге «Система природы» К. Линней обосновал вид как универсальную единицу и основную форму существования живого; каждому виду животных и растений присвоил двойное обозначение, где существительное - название рода, прилагательное - наименование вида (например, Человек разумный); описал огромное количество растений и животных; разработал основные принципы систематики растений и животных и создал их первую классификацию.
Жан Батист Ламарк
создал первое целостное эволюционное учение. В работе «Философия зоологии» (1809) он выделил основное направление эволюционного процесса - постепенное усложнение организации от низших форм к высшим. Также он развивал гипотезу о естественном происхождении человека от обезьяноподобных предков, перешедших к наземному образу жизни. Ламарк считал движущей силой эволюции стремление организмов к совершенству и утверждал наследование благоприобретённых признаков. То есть органы, необходимые в новых условиях, в результате упражнения развиваются (шея у жирафа), а ненужные органы вследствие неупражнения атрофируются (глаза у крота). Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипотеза о наследовании приобретённых признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении организмов к усовершенствованию - ненаучным.
Чарлз Дарвин
создал эволюционную теорию, основанную на понятиях борьбы за существование и естественного отбора. Предпосылка- ми возникновения учения Ч. Дарвина были следующие: накопление к тому времени богатого материала по палеонтологии, географии, геологии, биологии; развитие селекции; успехи систематики; появление клеточной теории; собственные наблюдения учёного во время кругосветного плавания на корабле «Бигль». Свои эволюционные идеи Ч. Дарвин изложил в ряде работ: «Происхождение видов путём естественного отбора», «Изменение домашних животных и культурных растений под влиянием одомашнивания», «Происхождение человека и половой подбор» и др.
Учение Дарвина сводится к следующему:
- каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
- черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
- особи производят большее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
- преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
- в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.
Факторы эволюции по Ч. Дарвину - это
- наследственность,
- изменчивость,
- борьба за существование,
- естественный отбор.
Наследственность
- способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость
- способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование
- весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба
- борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба
- борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды
особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор
- процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.
На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ)
. Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.
Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)
| Признаки | Эволюционная теория Ч. Дарвина | Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
| Основные результаты эволюции | 1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов | |
| Единица эволюции | Вид | Популяция |
| Факторы эволюции | Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор | Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор |
| Движущий фактор | Естественный отбор | |
| Трактовка термина естественный отбор | Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм | Избирательное воспроизводство генотипов |
| Формы естественного отбора | Движущий (и половой как его разновидность) | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный |
Возникновение приспособлений.
Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.
Элементарные факторы эволюции - факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).
Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
мутационный процесс;
популяционные волны и дрейф генов;
изоляция;
естественный отбор.
Мутационная и комбинативная изменчивость.
Мутационный процесс
приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость
возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Популяционные волны и дрейф генов.
Популяционные волны
(волны жизни) - периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов
- случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция
обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция
связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция
обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор.
Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.
Естественный отбор - процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.
Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор - это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).
Формы естественного отбора
| Форма | Характеристика | Примеры |
| Стабилизирующий | Направлен на сохранение мутаций, ведущих к меньшей изменчивости средней величины признака. Действует при относительно постоянных условиях окружающей среды, то есть пока сохраняются условия, повлёкшие образование того или иного признака или свойства. | Сохранение у насекомоопыляемых растений размеров и формы цветка, так как цветки должны соответствовать размерам тела насекомого-опылителя. Сохранение реликтовых видов. |
| Движущий | Направлен на сохранение мутаций, изменяющих среднюю величину признака. Возникает при изменении условий окружающей среды. Особи популяции имеют некоторые отличия по генотипу и фенотипу, и при длительном изменении внешней среды преимущество в жизнедеятельности и размножении может получить часть особей вида с некоторыми отклонениями от средней нормы. Вариационная кривая смещается в направлении приспособления к новым условиям существования. | Возникновение у насекомых и грызунов устойчивости к ядохимикатам, у микроорганизмов - к антибиотикам. Потемнение окраски берёзовой пяденицы (бабочки) в развитых индустриальных районах Англии (индустриальный меланизм). В этих районах кора деревьев становится тёмной из-за исчезновения лишайников, чувствительных к загрязнению атмосферы, а тёмные бабочки менее заметны на стволах деревьев. |
| Разрывающий (дизруптивный) | Направлен на сохранение мутаций, ведущих к наибольшему отклонению от средней величины признака. Разрывающий отбор проявляется в том случае, если условия среды изменяются так, что преимущество приобретают особи с крайними отклонениями от средней нормы. В результате разрывающего отбора формируется полиморфизм популяции, то есть наличие нескольких, различающихся по какому-либо признаку групп. | При частых сильных ветрах на океанических островах сохраняются насекомые либо с хорошо развитыми крыльями, либо с рудиментарными. |
Краткая история эволюции органического мира
Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.
Геохронологическая шкала и история развития живых организмов
| Эра, возраст (в млн лет) | Период, продолжительность (в млн лет) | Мир животных | Мир растений | Важнейшие ароморфозы |
| Кайнозойская, 62–70 | Антропоген, 1,5 | Современный животный мир. Эволюция и господство человека | Современный растительный мир | Интенсивное развитие коры головного мозга; прямохождение |
| Неоген, 23,0 Палеоген, 41±2 | Доминируют млекопитающие, птицы, насекомые. Появляются первые приматы (лемуры, долгопяты), позднее парапитеки и дриопитеки. Исчезают многие группы пресмыкающихся, головоногих моллюсков | Широко распространяются цветковые растения, особенно травянистые; сокращается флора голосеменных | ||
| Мезозойская, 240 | Мел, 70 | Преобладают костистые рыбы, первоптицы, мелкие млекопитающие; появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы; вымирают гигантские пресмыкающиеся | Появляются и начинают доминировать покрытосеменные; сокращаются папоротники и голосеменные | Возникновение цветка и плода. Появление матки |
| Юра, 60 | Господствуют гигантские пресмыкающиеся, костистые рыбы, насекомые, головоногие моллюски; появляется археоптерикс; вымирают древние хрящевые рыбы | Господствуют современные голосеменные; вымирают древние голосеменные | ||
| Триас, 35±5 | Преобладают земноводные, головоногие моллюски, травоядные и хищные пресмыкающиеся; появляются костистые рыбы, яйцекладущие и сумчатые млекопитающие | Преобладают древние голосеменные; появляются современные голосеменные; вымирают семенные папоротники | Появление четырёхкамерного сердца; полное разделение артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желёз | |
| Палеозойская, 570 | ||||
| Пермь, 50±10 | Господствуют морские беспозвоночные, акулы; быстро развиваются пресмыкающиеся и насекомые; возникают зверозубые и травоядные пресмыкающиеся; вымирают стегоцефалы и трилобиты | Богатая флора семенных и травянистых папоротников; появляются древние голосеменные; вымирают древовидные хвощи, плауны и папоротники | Образование пыльцевой трубки и семени | |
| Карбон, 65±10 | Доминируют земноводные, моллюски, акулы, двоякодышащие рыбы; появляются и быстро развиваются крылатые формы насекомых, пауки, скорпионы; возникают первые пресмыкающиеся; заметно уменьшаются трилобиты и стегоцефалы | Обилие древовидных папоротникообразных, образующих «каменноугольные леса»; возникают семенные папоротники; исчезают псилофиты | Появление внутреннего оплодотворения; появление плотных оболочек яйца; ороговение кожи | |
| Девон, 55 | Преобладают панцирные, моллюски, трилобиты, кораллы; появляются кистепёрые, двоякодышащие и лучепёрые рыбы, стегоцефалы | Богатая флора псилофитов; появляются мхи, папоротниковидные, грибы | Расчленение тела растений на органы; преобразование плавников в наземные конечности; появление органов воздушного дыхания | |
| Силур, 35 | Богатая фауна трилобитов, моллюсков, ракообразных, кораллов; появляются панцирные рыбы, пер вые наземные беспозвоночные (многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые) | Обилие водорослей; растения выходят на сушу - появляются псилофиты | Дифференцировка тела растений на ткани; разделение тела животных на отделы; образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных | |
| Ордовик, 55±10 Кембрий, 80±20 | Преобладают губки, кишечнополостные, черви, иглокожие, трилобиты; появляются бесчелюстные позвоночные (щитковые), моллюски | Процветание всех отделов водорослей | ||
| Протерозойская, 2600 | Широко распространены простейшие; появляются все типы беспозвоночных, иглокожих; появляются первичные хордовые - подтип Бесчерепные | Широко распространены сине-зелёные и зелёные водоросли, бактерии; появляются красные водоросли | Появление двусторонней симметрии | |
| Архейская, 3500 | Возникновение жизни: прокариоты (бактерии, сине-зелёные водоросли), эукариоты (простейшие), примитивные много-клеточные | Появление фотосинтеза; появление аэробного дыхания; появление эукариотических клеток; появление полового процесса; появление многоклеточности | ||