Молекулярно биологические доказательства. Ч.Дарвин о причинах эволюции

Научные доказательства эволюции (эмбриологические, морфологические, палеонтологические, биогеографические и т.д.)

Эмбриологические доказательства

У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: у них похожая форма тела, есть зачатки жаберных дуг, имеется хвост, один круг кровообращения и т. д. 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 выяснил, из каких зародышевых структур развиваютсяквадратная (и суставная 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, 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 рассасываются.

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

Биогеографические доказательства

Среди млекопитающих Австралии преобладают сумчатые. Плацентарные млекопитающие представлены китообразными, ластоногими и рукокрылыми (которые могли перебраться в Австралию сравнительно легко), а также грызунами, которые появляются в палеонтологической летописи в миоцене, когда Австралия приблизилась к Новой Гвинее. При этом природные условия Австралии благоприятны и для других видов млекопитающих. Например, завезённые на континент кролики быстро размножились, широко расселились и продолжают вытеснять аборигенные виды. В Австралии и на Новой Гвинее, на юге Южной Америки и в Африке встречаются нелетающие бескилевые птицы, свистуны (зубастые жабы) и двоякодышащие, в других частях света они отсутствуют. Условия обитания в пустынях Африки, Америки и Австралии очень похожи, и растения из одной пустыни хорошо растут в другой. Тем не менее,кактусы были обнаружены только в Америке (за исключением Rhipsalis baccifera, по всей видимости занесённого вСтарый Свет перелётными птицами). Многие африканские и австралийские суккуленты (то есть растения, имеющие специальные ткани для запасания воды) внешне напоминают кактусы за счет конвергентной эволюции, но относятся к другимпорядкам. Морские обитатели восточных и западных берегов Южной Америки различны, за исключением некоторых моллюсков, ракообразных и иглокожих, но на противоположных берегах Панамского перешейка живёт около 30 % одних и тех же видов рыб, что объясняется недавним возникновением перешейка (около 3 млн лет назад). На большинстве океанических островов (то есть островов, которые никогда не были соединены с материком) отсутствуют наземные млекопитающие, земноводные и другие животные, не способные преодолевать значительные водные преграды. Видовой состав фауны таких островов беден и является результатом случайного заноса некоторых видов, обычно птиц, рептилий, насекомых.

Географическое распределение видов в прошлом, которое можно частично восстановить по ископаемым останкам, также должно соответствовать филогенетическому дереву. Теория дрейфа материков и теория эволюции позволяют предсказать, где следует искать те или иные ископаемые останки. Первые окаменелости сумчатых найдены в Северной Америке, их возраст составляет около 80 млн лет. 40 млн лет назад сумчатые уже были распространены в Южной Америке, но в Австралии, где они сейчас доминируют, сумчатые появились только около 30 млн лет назад. Теория эволюции предсказывает, что австралийские сумчатые произошли от американских. Согласно теории дрейфа материков, 30-40 млн лет назад Южная Америка и Австралия ещё оставались частью Гондваны, крупного континента в южном полушарии, а между ними находилась будущая Антарктида. На основании двух теорий исследователи предсказали, что сумчатые мигрировали из Южной Америки в Австралию через Антарктиду 30-40 млн лет назад. Это предсказание сбылось: начиная с 1982 года на острове Сеймур, расположенном недалеко от Антарктиды, были найдены более десяти ископаемых сумчатых возрастом 35-40 млн лет.

Наиболее близкие родственники современных людей - гориллы и шимпанзе - обитают в Африке. Исходя из этого, в 1872 году Чарльз Дарвин предположил, что и древних предков человека следует искать в Африке. Многие исследователи, такие как Луис, Мэри и Ричард Лики, Раймонд Дарт и Роберт Брум, последовали совету Дарвина, и начиная с 1920-х годов в Африке было найдено множество промежуточных форм между человеком и человекообразными обезьянами. Если бы ископаемых австралопитеков обнаружили, например, в Австралии, а не в Африке, то представления об эволюции гоминид пришлось бы пересматривать.

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.

Гомологичные органы

Гомология (биология)

Пятипалая конечность

На примере млекопитающих:

У обезьян передние конечности вытянуты, кисти приспособлены для хватания, что облегчает лазанье по деревьям.

У свиньи первый палец отсутствует, а второй и пятый - уменьшены. Остальные два пальца длиннее и твёрже остальных, концевые фаланги покрыты копытами.

У лошади также вместо когтей копыто, нога удлинена за счёт костей среднего пальца, что способствует большой скорости передвижения.

Кроты имеют укороченные и утолщённые пальцы, что помогает при копании.

Муравьед использует крупный средний палец для раскапывания муравейникови гнёзд термитов.

У китов передние конечности представляют собой плавники. При этом число фаланг пальцев увеличено по сравнению с другими млекопитающими, а сами пальцы скрыты под мягкими тканями.

У летучей мыши передние конечности преобразовались в крылья за счёт значительного удлинения четырёх пальцев, а крючкообразный первый палец используется, чтобы висеть на деревьях.

При этом все эти конечности содержат сходный набор костей с одним и тем же относительным расположением . Единство структуры не может быть объяснено с точки зрения полезности, так как конечности используются для совершенно разных целей.

Части ротового аппарата насекомых

Основные части ротового аппарата насекомых - верхняя губа, пара жвал (верхних челюстей), подглоточник, две максиллы (нижние челюсти) и нижняя губа (сросшиеся вторые максиллы). У разных видов эти составные части различаются по форме и размеру, у многих видов некоторые из частей утрачены. Особенности строения ротового аппарата позволяют насекомым использовать различные источники пищи (см. рисунок):

В исходном виде (например, у кузнечика) сильные жвалы и максиллы используются для кусания и жевания.

Медоносная пчела использует нижнюю губу для сбора нектара, а жвалами дробит пыльцу и разминает воск.

У большинства бабочек верхняя губа уменьшена, жвалы отсутствуют, максиллы образуют хоботок.

У самок комаров верхняя губа и максиллы образуют трубку, жвалы используются для протыкания кожи.

Аналогичные органы

Внешне схожие органы или их части, происходящие из различных исходных зачатков и имеющие неодинаковое внутреннее строение, называются аналогичными. Внешнее сходство возникает в ходе конвергентной эволюции, то есть в ходе независимого приспособления к сходным условиям существования.

Крылья птиц - видоизменённые передние конечности, крылья насекомых - складки хитинового покрова.

Жабры рыб - образования, связанные с внутренним скелетом, жабры многих ракообразных - выросты конечностей, ктенидиальные жабры моллюсков развиваются в мантийной полости, а жабры голожаберных моллюсков - выросты покровов спинной стороны тела.

Обтекаемая форма тела у водных млекопитающих - китов, дельфинов - и у рыб.

Колючки барбариса, кактуса - видоизменённые листья, колючки боярышника развиваются из побегов.

Усики винограда (образующиеся из побегов) и усики гороха (видоизменённые листья).

Форма различных суккулентов (растений, имеющих специальные ткани для запаса воды), таких как кактусы и молочай.

Полное отсутствие целенаправленного заимствования удачных конструкций отличает эволюцию от сознательного проектирования. Например, перо - это удачная конструкция, помогающая при полете, но у млекопитающих (в том числе и у летучих мышей) перья отсутствуют. Жабры чрезвычайно полезны для водных животных, но у млекопитающих (таких как китообразные) они отсутствуют. Чтобы сфальсифицировать теорию эволюции, достаточно обнаружить перья или жабры у какого-либо вида млекопитающих .

Рудименты

Рудиментами называются органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюционного развития организма. Если рудимент и оказывается функциональным, то он выполняет относительно простые или малозначимые функции с помощью структур, предназначенных для более сложных целей

Например, птичье крыло - крайне сложная анатомическая структура, специально приспособленная для активного полёта, но крылья страусов не используются для полёта. Эти рудиментарные крылья могут использоваться для сравнительно простых задач, таких как поддержание равновесия на бегу и привлечение самок. Для сравнения, крылопингвина имеет большое значение, действуя в качестве плавника, а значит не может считаться рудиментом.

Глаза у некоторых пещерных и роющих животных, таких как протей, слепыш, крот, астианакс мексиканский (Astyanax mexicanus, слепая пещерная рыба). Часто глаза скрыты под кожей .

Малая берцовая кость у птиц.

Остатки волосяного покрова и тазовых костей у некоторых китообразных .

У некоторых змей, в том числе у питона, имеются кости задних конечностей . Эти кости не крепятся к позвоночнику и относительно свободно перемещаются в брюшной полости.

У многих видов жуков, таких как Apterocyclus honoluluensis, крылья лежат под сросшимися надкрыльями .

У человека к рудиментам в частности относятся хвостовые позвонки, волосяной покров туловища, ушные мышцы, бугорок ушной раковины, морганиевы желудочки гортани.

Червеобразный отросток слепой кишки (аппендикс) у некоторых травоядных животных используется для переваривания растительной пищи и имеет большую длину. Например, у коалы длина аппендикса составляет от 1 до 2 метров. Аппендикс человека имеет длину от 2 до 20 сантиметров и не участвует в расщеплении пищи. Вопреки распространённому убеждению, наличие у аппендикса второстепенных функций не означает, что он не является рудиментом.

Атавизмы

Атавизмом называется появление у особи признаков, свойственных отдалённым предкам, но отсутствующих у ближайших. Появление атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за данный признак, сохранились в ДНК, но в норме не формируют структуры, типичные для предков.

Примеры атавизмов:

Хвостовидный придаток у человека;

Сплошной волосяной покров на теле человека;

Добавочные пары молочных желез;

Задние ноги у китов;

Задние плавники у дельфинов;

Задние ноги у змей;

Дополнительные пальцы у лошадей

Аргументы в пользу эволюции аналогичны аргументам для рудиментов.

Палеонтологические доказательства

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 методыгеохронологии.

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 примитивныепозвоночные, 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 цветковыхпоявляются 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.

>>Доказательства эволюции животного мира

Эволюция жывотного мира

На нашей планете обитают около 2000000 видов животных.

Это различные беспозвоночные и позвоночные.

Вспомните, что в своем историческом развитии животные появлялись и развивались в определенной последовательности. Например, первые земноводные появились около 300 млн. лет назад от древних рыб, а первые пресмыкающимся возникли примерно 200 млн. лет назад от древних земноводных. Эти примеры показывают, что животный мир возник не сразу, а развивался длительно и постепенно. Историческое развитие животного мира, в процессе которого происходило и происходит его изменение, совершенствование, называют эволюцией.

§ 82. Доказательства эволюции животного мира

Эволюцию животного мира в природе доказывают многие биологические науки. Прежде всего это палеонтология - наука об ископаемых организмах. Затем сравнительная анатомия - наука, сравнивающая строение различных современных животных. Наконец, эмбриология - наука о зародышевом развитии организмов.

Современные животные - незначительная часть видов, появившихся на Земле. Десятки и сотни миллионов лет назад животный мир был иным, чем сейчас. Великое множество животных вымерло в разные эпохи, не выдержав борьбы за существование. Например, вымерли пресноводные кистеперые , все динозавры, многие группы членистоногих. К сожалению, лишь ничтожная часть некогда обитавших на Земле животных сохранилась в ископаемом состоянии 154 .

Вымершие животные в целом виде попадают в руки ученых очень редко.

Так, в слое вечной мерзлоты на севере Сибири был найден хорошо сохранившийся мамонт, там же обнаружили останки вымерших грызунов и других мелких животных. Чаще в ископаемом состоянии сохраняются лишь кости позвоночных животных , а от беспозвоночных другие твердые части - раковины, иглы. Иногда сохраняются лишь отпечатки целых членистоногих или тех или иных частей тела животных, например крыльев насекомых и перьев птиц.

Палеонтологические находки доказывают, что животный мир непрерывно развивался, а вымершие животные оставили своих потомков. Убедительным свидетельством родства современных и ископаемых животных являются находки так называемых переходных форм. В их строении сочетаются черты низкоорганизованных и высокоорганизованных животных (например, зверозубые ящеры). Найденные скелеты древних кистеперых рыб позволили установить происхождение земноводных. Древняя птица археоптерикс - переходная форма между пресмыкающимися и птицами. Хорошо сохранившиеся отпечатки костей и перьев этой птицы дали возможность понять происхождение птиц от древних пресмыкающихся.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции .

Для многих животных ископаемые предки не найдены, помогают выяснить их происхождение данные, полученные при сравнении их строения с другими группами животных. Например, чешуйки на ногах птиц по форме и строению точно такие же, как чешуи ящериц и змей. Сравнение скелета передних конечностей различных наземных позвоночных показывает их сходство в строении отделов скелета, костей и др. 155 .

Среди современных групп животных тоже имеются переходные формы, показывающие общность их происхождения. Так, яйцекладущие млекопитающие (например, утконос) имеют ряд особенностей в строении, сходных со строением пресмыкающихся и млекопитающих. Они, как и пресмыкающиеся, имеют клоаку и откладывают яйца, но, в отличие от пресмыкающихся, выкармливают детенышей молоком.

О родстве изучаемых животных свидетельствуют также сохранившиеся у некоторых животных не функционирующие органы или их части. Например, рудименты конечностей у китов, скрытые внутри тела, показывают, что предки китов были наземными млекопитающими.

Для передвижения киты используют хвостовой плавник, поэтому в ходе эволюции задние ноги у них исчезли.

Таким образом, путем сравнения животных можно выяснить конкретный ход их эволюции и родство.

Убедительным доказательством эволюции животного мира служат сведения об индивидуальном развитии животных. Зародыши, или эмбрионы животных, во время развития не просто растут, увеличиваются в размерах, а все более усложняются и совершенствуются. И самое интересное то, что на ранних стадиях развития они бывают похожи не столько на взрослых животных того же вида, сколько на их далеких предков. Так, зародыши всех позвоночных на ранних стадиях очень похожи друг на друга 156 . У всех у них даже имеются жаберные щели, которые потом у наземных животных - пресмыкающихся, птиц и млекопитающих - пропадают. Вспомните развитие лягушки на ранней стадии: ее головастик очень напоминает рыбу (удлиненное тело, хвостовой плавник, жабры, двухкамерное сердце, один круг кровообращения). Таким образом, в своем развитии зародыши как бы кратко повторяют те основные изменения, которые происходили в течение миллионов лет у сменяющих друг друга животных 156 .

Остальные стадии развития зародыша позволяют восстановить общий облик далеких предков. Например, на самых ранних стадиях развития зародыш млекопитающих сходен с зародышем рыб даже по наличию жаберных щелей. Отсюда можно заключить, что в историческом ряду предков млекопитающих когда-то, сотни миллионов лет назад, были рыбы. На следующей стадии развития тот же зародыш похож на эмбрион земноводных. Это свидетельствует о том, что в ряду далеких предков млекопитающих, после рыб, были и земноводные.

1. Объясните понятие "эволюция животного мира".
2. Приведите палеонто логические доказательства эволюции живых организмов.
3. О чем свиде тельствуют отпечатки перьев и скелета археоптерикса?

4. Приведите срав нительно-анатомические доказательства эволюции животного мира.
5. Ка кие эмбриологические сведения подтверждают происхождение земно водных от рыб?
6. В чем причина сходства стадий зародышевого развития животных разных групп, например позвоночных?

Биология: Животные: Учеб. для 7 кл. сред. шк. / Б. Е. Быховский, Е. В. Козлова, А. С. Мончадский и др.; Под. ред. М. А. Козлова. - 23-е изд. - М.: Просвещение, 2003. - 256 с.: ил.

Календарно-тематическое планирование по биологии, видео по биологии онлайн , Биология в школе скачать

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Основные группы аргументов:

1. Наблюдаемая эволюция

2. Эволюционное дерево

3. Палеонтологические доказательства

4. Морфологические доказательства

5. Эмбриологические доказательства

6. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства

7. Биогеографические доказательства

1. Наблюдаемая эволюция

Все наблюдаемые виды мутаций (например, создание копий генов с разделением ф-ий между копиями – гомеозисные гены) как основа эволюционных новшеств

Различие хромосомных наборов (ХН) – не препятствие для скрещивания (полиморфизм ХН у кабана; многие растения получились путем объединения наборов хромосом)

2. Эволюционное дерево

Биологический вид - единственное точно обозначаемое понятие в эволюции и единица классификации (рода, семейства и проч. – не имеют четких самостоятельных критериев) по критерию полного или почти полного отсутствия скрещиваний с другими видами в природе (а не генетической несовместимости!). Это главный но не единственный критерий.

Эволюционные деревья, построенные по разным данным (по отдельным генам, некодирующим участкам, морфологическому строению, палеонтологической летописи, эмбриологии), соответствуют друг другу. Это совпадение без труда объясняется эволюционной теорией

3. Палеонтологические доказательства

Ископаемая летопись постоянно пополняется.

Принцип суперпозиции геологических слоев Стенона и основанная на нем наука стратиграфия позволяют, сравнивая ископаемые формы из последовательных напластований, делать выводы о направлениях эволюции. Для оценки возраста окаменелостей используются методы датировки, которые разделяются на относительные (стратиграфические) и абсолютные (радиометрические методы, люминисцентные, методы электронно-парамагнитного резонанса и др.). Эти независимые оценки хорошо совпадают!

При взгляде на палеонтологическую летопись видно постепенное накопление все новых форм организмов от прошлого к современности.

Первые простейшие одноклеточные появляются приблизительно 3.5 млрд лет назад. Первые одноклеточные эукариоты появляются 1.75 млрд лет назад. Еще через миллиард лет, немногим более 635 млн лет назад, в палеонтологической летописи появляются первые многоклеточные животные - губки. Через несколько десятков млн лет находим первых червей и моллюсков, а еще через 15 млн лет - первых примитивных позвоночных, похожих на современных миног.

Насекомые - 400 млн лет назад, и еще 100 млн лет суша покрыта папоротниками и населена насекомыми и земноводными. С 230 по 65 млн лет назад на Земле господствуют динозавры, самые распространенные растения - саговники и другие голосеменные. Первые цветковые растения появляются 100 млн лет назад. Чем ближе к современности, тем больше сходства имеют ископаемые флоры и фауны с современными.

Наблюдаемая картина соответствует эволюционной теории и не имеет других научных объяснений (всемирный потоп и катастрофизм не выдерживают научной критики)

«Микро-» и «макроэволюция» ничем принципиально не отличаются. Макроэволюция - это просто сумма множества последовательных микроэволюционных событий. Наблюдать можно только ее итог, но не сам процесс, который длится миллионы лет.

4. Морфологические доказательства

Если идея эволюции верна, мы должны наблюдать в живой природе повсеместные следы происхождения путем модификации, то есть многочисленные свидетельства "переделки" и "подгонки" старых признаков (органов, тканей, планов строения) под новые условия (экологические ниши) и новые задачи (функции). Именно это мы и наблюдаем в природе.

Гомологичные органы

Органы животных разных видов, имеющие один и тот же план строения, занимающие сходное положение в организме и развивающиеся из одних и тех же зачатков, называют гомологичными. Если такие органы со сходным строением у разных видов выполняют разные функции, то единственное тому простое объяснение - происхождение от общего предка

Рудименты

Органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюции. Это также структуры, редуцированные и обладающие меньшими возможностями по сравнению с соответствующими структурами у других организмов. Многие рудиментарные органы не являются бесполезными и выполняют второстепенные функции.

Желудочно-кишечный тракт млекопитающих пересекается с дыхательными путями, в результате мы не можем одновременно дышать и глотать, а кроме того можем подавиться. Эволюционное объяснение этого заключается в том, что предками млекопитающих являются кистепёрые рыбы, которые заглатывали воздух, чтобы дышать и легкие у них сформировались как выросты пищевода.

Атавизмы

Появление у особи признаков, свойственных отдаленным предкам. Появление атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за данный признак, сохранились в ДНК, и в норме подавляются действием других генов, но иногда проявляют себя. Признаки, ставшие бесполезными, могут сохраняться в течение миллионов лет в виде записи в ДНК, постепенно редуцируясь и разрушаясь под грузом мутаций.

Примеры атавизмов:

1. Хвостовидный придаток у человека;

2. Сплошной волосяной покров на теле человека;

3. Добавочные пары молочных желез;

4. Задние ноги у китов;

5. У куриного эмбриона в челюстях могут формироваться зачатки зубов;

6. Задние ноги у змей;

7. Дополнительные пальцы у лошадей;

5. Эмбриологические доказательства

Свидетельства эволюции в индивидуальном развитии организмов

1) Эволюционируют (меняются) не взрослые организмы и их признаки, а генетические программы их индивидуального развития (онтогенеза). Данные эмбриологии свидетельствуют о том, что алгоритм развития каждого вида живых организмов является модификацией алгоритмов развития его предков.

2) Генетическая программа онтогенеза многоклеточных животных, как ни странно, сама по себе содержит меньше информации, чем получающийся на ее основе взрослый организм. Новая информация "самозарождается" в ходе онтогенеза (процесс самоорганизации) с участием окружающей среды. Гены не кодируют форму конечности в точности, они лишь задают ее положение и основные части. При этом есть «разрешенные» и «запрещенные» состояния системы (аналоги – снежинки, шахматы).

3) Индивидуальное развитие многоклеточных организмов довольно часто повторяет отдельные этапы его эволюционной истории (биогенетический закон). Это связано с тем что эволюционно более ранние приобретения уже давно связаны с другими жизненно важными признаками и их изменение нежелательно, а более поздние признаки еще пластичны и могут меняться. Поэтому приобретение нового идет по «принципу аддитивности», т.е. добавления или надстройки нового к старому.

Даже очень непохожие друг на друга животные проходят одинаковые ранние стадии развития: зигота (оплодотворенное яйцо), бластула, гаструла и др., повторяя этапы перехода к многоклеточности и другие эволюционные приобретения. У всех позвоночных животных наблюдается сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жаберных дуг, хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства Карла Бэра). Но по мере развития сходство между зародышами постепенно стирается и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам.

Kрупные морфологические перестройки могут быть обусловлены не только генетическими, но и так называемыми эпигенетическими механизмами, связанными с управлением и регуляцией работы генов.

6. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства

Молекулярно-генетические

1) Выяснение того факта, что ДНК постоянно мутирует является обоснованием теории эволюции (без изменчивости нет Э. теории). Несмотря на мутации «вещество наследственности" (полинуклеотиды ДНК и РНК), и генетический код оказались одинаковыми у всех без исключения форм жизни - от вирусов до человека – что соотвествует представлению об их изначальном родстве с точки зрения эволюции.

Эволюционная теория в отличие от антиэволюционистов может логически объяснить почему генетический код практически не меняется в ходе всей эволюции и одинаков у всех организмов. Предположим что тРНК мутировала и стала кодировать данную АК другим кодоном. Тогда во ВСЕХ белках клетки где это случилось произойдет взаимозамена этих АК и все белки изменятся. Если это произошло в гамете, то она даже не разовьется в организм. Т.е. это безусловно элиминируется отбором как крайне вредная мутация. Такой жесткий контроль должен был происходить даже в самом начале эволюции, когда видов было еще совсем мало. На самом деле снабдить разные виды существ разными генетическими кодами было бы очень заманчиво – это оградило бы их, например, от проникновения чужих вирусов. Более того – это теоретически вполне возможно.

2) Различия между геномами видов хорошо соответствуют независимо построенным филогенетическом деревьям и палеонтологической летописи. Оценки родства и времени расхождения видов по «молекулярным часам» обычно лишь дополняет и уточняет эволюционную картину.

Пример : согласно данным палеонтологии, общий предок человека и шимпанзе жил примерно 6 миллионов лет назад (ископаемые находки оррорина и сахелантропа - форм, морфологически близких к общему предку человека и шимпанзе). Для того, чтобы получилось наблюдаемое число различий между геномами (1%), на каждый миллиард нуклеотидов должно было приходиться в среднем 30 изменений за одно поколение. Сегодня у людей скорость мутаций составляет 10-50 изменений на миллиард нуклеотидов за одно поколение, т.е. результаты совпадают.

3) Несмотря на то, что белки сохраняют функции и после многих замен АК, и несмотря на избыточность генетического кода, позволяющего разные варианты нуклеотидных последовательностей без изменения структуры белков (т.е. нейтральные мутации) -аминокислотные последовательности большинства белков у близкородственных видов (например, у шимпанзе и человека), как правило, очень похожи, что можно объяснить только происхождением от общего предка. Так, подавляющее большинство гомологичных белков человека и шимпанзе различаются лишь на 1-2 аминокислоты или не различаются вовсе.

4) Установление родства по сходству ДНК откалибровано на группах людей с детально известной и датированной родословной очень точно (население Исландии, царские династии и проч.). Это позволяет применять метод и для восстановления связей даже там где нет исторических данных. Так родство человека и шимпанзе устанавливается даже не по высокому сходству ДНК (ядерной - на 99%, митохондриальной на 91% - т.к. там мутации на порядок чаще), а по преобладанию нейтральных мутаций (без замен АК) над значимыми в 7-8 раз, что и предсказывается эволюционной теорией. Кроме того в большинстве случаев (44 из 58) для кодирования одной и той же аминокислоты в геноме человека и шимпанзе используется один и тот же триплет хотя мог бы использоваться другой (пример: АК треонин кодируется любым из четырех кодонов: ACA, ACT, ACG, ACC). Вероятность случайного совпадения здесь ничтожна.

Для человека шимпанзе и горилла по такому же совпадению нейтральных мутаций ДНК – это ближайшие виды-родственники, а макака - дальний. Результаты сравнения генов и белков подтверждают представления о родственных связях между видами (эволюционном древе), которые сложились задолго до "прочтения" геномов. Аналогичные результаты получаются при сравнении практически любых генов в любых группах организмов. Каждый может убедиться в этом лично, поскольку все прочтенные гены и программное обеспечение для их анализа находятся в свободном доступе.

Биохимическое единство жизни

Если не бояться замены выражения «единство происхождения» на «единство творения» то общие биохимические черты жизни можно было бы тоже считать доказательством общего эволюционного происхождения.

В ДНК всех организмов используются 4 нуклеотида (аденин, гуанин, тимин, цитозин), хотя в природе встречаются не менее 102 различных нуклеотидов. Кроме того, в природе встречается 390 различных АК тогда как живым используется только 20+2. Код используется тоже единый, хотя возможно 1.4*1070 различных эквивалентных генетических кодов. Даже направление закрученности одного типа биомолекул одинаково (ДНК – вправо, белки – влево). У всех есть гликолиз и АТФ.

Но единство именно происхождения, а не творения, в данном случае лучше доказывают как раз мелкие различия на фоне бесспорного сходства.

2-я хромосома человека

После слияния двух хромосом остаются характерные следы: остатки теломер и рудимертарная центромера. У всех человекообразных обезьян 24 пары хромосом, за исключением людей, у которых их 23. Человеческая 2-я хромосома является результатом слияния двух хромосом предков.

Эндогенные ретровирусы

Эндогенные ретровирусы (ЭР)- следы древних вирусных инфекций в ДНК (1% ДНК человека). Ретровирусы встраиваются в геном случайным образом, вероятность независимой встройки одинаковых вирусов на одинаковые позиции у двух разных организмов пренебрежимо мала. А значит, встроенный геном одного и того же ретровируса может присутствовать у двух животных на одной и той же позиции в ДНК только в том случае, если эти животные произошли от общего предка.

Действительно распространение ЭР в хорошо изученных группах видов (приматы) соответствует независимо построенному филогенетическому древу: чем ближе виды эволюционно, тем больше у них сходства картины встроенных в ДНК ЭР.

Псевдогены

Это неработающие, "молчащие" гены, которые возникают в результате мутаций, выводящих нормальные "рабочие" гены из строя. Это «генетические рудименты», которые могут много рассказать о прошлом данного вида.

Пример: ярким доказательством эволюции является присутствие одинаковых псевдогенов в одних и тех же местах генома у видов, произошедших недавно от общего предка. Так, у человека есть псевдоген GULO, который представляет собой "сломанный" ген фермента синтеза аскорбиновой кислоты. У других приматов обнаружен точно такой же псевдоген, причем мутационная "поломка"у него такая же, как и в человеческом псевдогене. Причины: в связи с переходом предков современных приматов к питанию растительной пищей, богатой витамином C, этот ген перестал быть необходимым.

У других млекопитающих (например, у крысы) GULO является не псевдогеном, а работающим геном, и поэтому крысам не нужно получать витамин C с пищей: они синтезируют его сами. В группах млекопитающих, которые независимо от приматов перешли к питанию пищей, богатой витамином С, тоже произошла псевдогенизация гена GULO, но мутации, выведшие ген из строя, у них были другие (пример – морские свинки).

7. Биогеографические доказательства

Географическое распространение животных и растений соответствует их эволюционной истории

Если два вида недавно произошли от одной популяции, то они как правило обитают недалеко от ареала исходной популяции, а значит недалеко друг от друга. Таким образом, с точки зрения эволюционной теории географическое распределение видов должно быть совместимо с филогенетическим деревом. Если не принимать во внимание теорию эволюции, то разумно предположить, что виды живут в наиболее подходящих для них условиях. Теория эволюции же предсказывает, что должно быть много благоприятных для вида мест, в которых представители вида тем не менее отсутствуют в связи с наличием географических барьеров. Так и есть в природе.

Примеры: сумчатые встречаются почти исключительно в Австралии (раньше они водились и на других материках, но впоследствии вымерли вытесненные плацентарными конкурентами). Но условия Австралии вполне подходят для плацентарных - так завезенные кролики и собаки заселили весь континент. Двоякодышашие рыбы и бескилевые птицы (страусы, киви) встречаются только на юге Южной Америки, Африки и Австралии (расхождение Гондваны в мезозое). Условия обитания в пустынях Африки, Америки и Австралии очень похожи, и растения из одной пустыни хорошо растут в другой. Тем не менее, кактусы были обнаружены только в Америке.

Островная биогеография

Примеры: в Новой Зеландии до появления человека не было змей, и даже млекопитающих, но было много эндемичных древних птиц и растений. На Гавайских островах тоже живет множество эндемичных (нигде больше не встречающихся) птиц, растений и насекомых, но на них полностью отсутствуют местные пресноводные рыбы, амфибии, рептилии и наземные млекопитающие. Сейчас завезенные людьми млекопитающие заполнили эти о-ва и вытесняют местную фауну. На Галапагоссах есть эндемичные птицы, случайно завезенные туда игуана и черепахи, но нет млекопитающих, амфибий и пресноводных рыб. Исключение – только летучие мыши. При этом на тех же островах местные эндемичные виды дали мощную близкородственную радиацию (пример – вьюрки на Галапагоссах). Или почему предполагаемый разумный дизайнер создал эндемичные виды летучих мышей на островах, но не создал там других млекопитающих? Объясняется это просто: наземные млекопитающие практически неспособны пересекать широкие проливы, а летучие мыши умеют летать.

Еще одним свидетельством в пользу эволюции является высокое сходство островных флор и фаун с флорами и фаунами ближайших массивов суши. Например, животный и растительный мир Галапагосских островов, несмотря на все своеобразие, явно связан тесными родственными связями с флорой и фауной ближайшего материка - Южной Америки. Там где по суше возник переход - фауны переходят одна в другую в соответствии с временем образования этого перехода (Берингийская суша, Панамский перешеек). Например в Ю.Америке очень своеобразная флора и фауна (броненосцы, ламы, муравьеды), но нет сейчас местных копытных, тк они давно вымерли, а новые не смогли туда снова проникнуть с севера. Причем чем южнее – тем она своеобразнее (это коррелирует с геологическим временем изоляции) (см. Дж. Симпсон «Великолепная изоляция» 1980).

Соответствие резкости биогеографических границ между фаунами геологической истории

Там где по суше возник переход - фауны переходят одна в другую в соответствии с временем образования этого перехода (Берингийская суша, Панамский перешеек). Например в Ю.Америке очень своеобразная флора и фауна (броненосцы, ламы, муравьеды), но нет сейчас местных копытных, тк они давно вымерли, а новые не смогли туда снова проникнуть с севера. Причем чем южнее – тем она своеобразнее (это коррелирует с геологическим временем изоляции). Верблюды и мозоленогие имеют североамериканское происхождение, а дальше группа распространялась с одного конца в Южную Америку, с другого - в Старый Свет через берингийский перешеек. На месте своего возникновения они вымерли, что подтверждает набор ископаемых.

Заселение изолированных территорий

Попав на большой остров с бедной фауной (или, для водных животных - в большое озеро), виды-вселенцы с большой вероятностью испытают адаптивную радиацию - быстрое видообразование, в ходе которого они займут ряд свободных экологических ниш. Кроме галапагосских вьюрков, хорошие примеры таких быстрых адаптивных радиаций - это рачки-бокоплавы озера Байкал (зачем Создателю нужно было создавать специально для озера Байкал 250 нигде больше не встречающихся видов рачков-бокоплавов, пусть антиэволюционисты придумывают сами), рыбы-цихлиды Великих Африканских озер (Малави, Виктория), мушки дрозофилы и птицы нектарницы Гавайских островов и др.

Параллельная эволюция на разобщенных массивах суши

Трудно объяснить иначе, как с точки зрения эволюции, почему на разных континентах существуют внешне сходные формы, но совершенно разные по ряду других, более глубоких признаков, больше роднящих их с внешне непохожими видами на том же континенте. Так, Внешне сумчатая летяга больше похожа на обычную летягу, чем на сумчатого крота или сумчатого муравьеда. Однако по анатомическим и эмбриологическим признакам, а также по нуклеотидным последовательностям ДНК, она гораздо ближе к другим австралийским сумчатым. Поэтому ее и относят к отряду сумчатых, а белку-летягу - к отряду грызунов.

Распространение ископаемых видов согласуется с эволюционным деревом и палеогеографическими реконструкциями

Древнейшие окаменелости сумчатых найдены в Северной Америке, их возраст около 80 млн лет. 40 миллионов лет назад сумчатые уже были распространены в Южной Америке, но в Австралии, где они сейчас доминируют, сумчатые появились только около 30 млн лет назад. Теория эволюции предсказывает, что австралийские сумчатые произошли от американских. Согласно теории тектоники плит 30-40 млн лет назад Южная Америка и Австралия еще оставались частью Гондваны, крупного континента в южном полушарии, а между ними находилась будущая Антарктида. На основании двух теорий исследователи предсказали, что сумчатые мигрировали из Южной Америки в Австралию через Антарктиду 30-40 миллионов лет назад. Это подтвердилось находками в 1982г. останков сумчатых возрастом 35-40 млн лет на антарктических о-вах.

Положение материков не было неизменным. Южная Америка с Австралией были до эоцена (30 млн лн), соединены через Антарктиду, которая в это время еще не была обмерзшая. Сумчатые действительно происходят из Северной Америки (там самые старые их находки), оттуда они проникают в Южную Америку и через Антарктиду - в Австралию. В Старом Свете сумчатые так и не проникли ни в Восточную Азию, ни в Африку по ряду причин. Поэтому заселение Австралии через север, через Зондский архипелаг, для сумчатых невозможен. Сходство крайней южной фауны и флоры Америки, Африки и Австралии с Новой Зеландией – объясняется тем, что у них был один источник – Антарктида, которая была 40 млн лет назад вполне приятным местом по климату.

Ближайшие живые родственники современных людей - гориллы и шимпанзе - обитают в Африке. Исходя из этого, в 1872 г. Дарвин предположил, что и древних предков человека следует искать в Африке. Многие ученые последовали совету Дарвина, и начиная с 1920-х годов в Африке было найдено множество промежуточных форм между человеком и человекообразными обезьянами. Если бы ископаемых австралопитеков обнаружили, например, в Австралии, а не в Африке, то теорию эволюции пришлось бы пересматривать.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Форма урока: фронтальная, индивидуальная.

Методы обучения: эвристический метод, объяснительно-иллюстративный, практический, наглядный.

Оборудование: Презентация "Основные доказательства эволюции", компьютер, мультимедийный проектор, коллекции “Формы ископаемых видов растений и животных”.

Цель урока: сформировать и раскрыть сущность основных доказательств эволюции.

Задачи урока:

определить основные доказательства развития органического мира;
дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства;
выяснить значение для науки ископаемых переходных форм как палеонтологических доказательств, изучить сравнительно-анатомические (морфологические), биогеографические доказательства эволюции.
продолжить формирование навыков самостоятельной работы с текстом, с раздаточным материалом, с презентацией.

Ход урока

I. Проверка знаний.

Фронтальная беседа по ключевым вопросам по теме “Эволюция”.

Определите понятие эволюции.
Назовите периоды развития эволюции.
Дайте определение креационизму. В чем сущность метафизического мировоззрения?
Расскажите об основных взглядах и ошибках К.Линнея, определите роль его трудов в развитии биологии.
Расскажите об основных взглядах и ошибках Ж.Б.Ламарка, определите роль его трудов в развитии биологии.
Какие предпосылки возникновения дарвинизма вам известны?
Расскажите об основных этапах жизнедеятельности великого английского естествоиспытателя Ч.Дарвина.
Назовите основные положения теории эволюции Ч.Дарвина.
Объясните с точки зрения К. Линнея, Ж-Б. Ламарка, Ч. Дарвина образование длинной шеи у жирафа и отсутствие органов зрения у слепыша.

II. Изучение нового материала (тема урока на слайде 1 ).

Презентация – “Основные доказательства эволюции”.

Факт эволюции, то есть исторического развития живых организмов от простых форм к более высокоорганизованным, в основе которого лежат процессы уникального функционирования генетической информации, был принят и подтвержден данными биохимии, палеонтологии, генетики, эмбриологии, анатомии, систематики и многих других наук, которые располагали фактами, доказывающими существование эволюционного процесса.

К основным доказательствам эволюции относят (слайд 2) :

1. Сходный химический состав клеток всех живых организмов.

2. Общий план строения клеток всех живых организмов.

3. Универсальность генетического кода.

4. Единые принципы хранения, реализации и передачи генетической информации.

5. Эмбриональные доказательства эволюции.

6. Морфологические доказательства эволюции.

7. Палеонтологические доказательства эволюции.

8. Биогеографические доказательства эволюции.

(Фронтальная беседа с определением основных положений доказательств)

Каков химический состав организмов? (Сходный элементарный химический состав клеток всех организмов) (слайд 3) ;

Что является элементарной единицей строения всех живых организмов? (Клетка - элементарная единица живого, её строение и функционирование очень сходно у всех организмов) (Слайд 4) ;

О чем говорит универсальность генетического кода? (Белки и нуклеиновые кислоты построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов, играют особо важную роль в жизненных процессах всех организмов) (слайд 5);

Едины для всего живого принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот (слайд 6) .

Эмбриологические доказательства

Факт единства происхождения живых организмов был установлен на основе эмбриологических исследований, в основе которых лежат данные науки эмбриологии.

Эмбриология (от греч. эмбрион - зародыш и логос - учение) – наука, изучающая зародышевое развитие организмов. Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, образование двух- и трехслойного зародышей, формирования органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует о единстве их происхождения.

Эмбриология в зависимости от задач делится на: общую, сравнительную, экспериментальную, популяционную и экологическую.

К данным эмбриологии, являющимися доказательствами эволюции, относят:

1. Закон зародышевого сходства Карла Бэра (слайды 7, 8) , который гласит: "Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа". У всех хордовых на ранних стадиях развития закладывается хорда, возникает нервная трубка, в переднем отделе глотки образуются жабры и т.д. Сходство зародышей свидетельствует об общности происхождения данных организмов. По мере развития зародышей черты их различия выступают все более явственно. К. Бэр первым обнаружил, что в ходе эмбрионального развития сначала появляются общие признаки типа, затем последовательно класса, отряда и, наконец, вида.

Расхождение признаков зародышей в процессе развития называют эмбриональной дивергенцией, и она объясняется историей данного вида.

2.Биогенетический закон Геккеля-Мюллера (слайды 7, 9) , указывающий на связь индивидуального (онтогенеза) и исторического (филогенеза) развития. Этот закон был сформулирован в 1864-1866 гг. немецкими учеными Ф. Мюллером и Э. Геккелем. В своем развитии многоклеточные организмы проходят одноклеточную стадию (стадию зиготы), что может рассматриваться как повторение филогенетической стадии первобытной амебы. У всех позвоночных закладывается хорда, которая далее замещается позвоночником, а у их предков хорда оставалась всю жизнь. В ходе эмбрионального развития птиц и млекопитающих появляются жаберные щели в глотке. Этот факт можно объяснить происхождением этих наземных животных от рыбообразных предков. Эти и другие факты и привели Геккеля и Мюллера к формулировке биогенетического закона. Он гласит: "Онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, каждый организм в индивидуальном развитии повторяет стадии развития предков". Образно говоря, всякое животное во время своего развития взбирается по собственному родословному древу. Однако онтогенез не так уж точно повторяет филогенез. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в зародышевом развитии происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов. Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а с их зародышами.

Морфологические доказательства

К доказательствам эволюции этой группы относятся:

1) Сравнительно-анатомические исследования показали наличие в современной флоре и фауне переходных форм организмов (слайд 10) , сочетающих в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Например, эвглена зелёная сочетает признаки растения (хлоропласты, фотосинтез) и животных (жгутики, светочувствительный глазок, подобие ротового аппарата); ехидна и утконос стоят между пресмыкающимися и млекопитающими (откладывают яйца и выкармливают детёнышей молоком). Существование таких промежуточных форм указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп.

2) Наличие в пределах класса, типа гомологичных органов (слайд 11) , образований, сходных друг с другом по общему плану строения, положению в теле и возникновению в процессе онтогенеза. Гомология связана с наличием у разных видов одинаково действующих наследственных факторов (так называемых гомологичных генов), доставшихся от общего предка. Например, ласты кита, лапы крота, крокодила, крылья птицы, летучей мыши, руки человека, несмотря на выполнение совершенно разных функций, в принципиальных чертах строение сходны. Гомологичные органы являются результатом дивергенции - расхождение признаков в пределах популяции вида, возникающее под действием естественного отбора. Общая закономерность эволюции, приводящая к образованию новых видов, родов, классов и т.д.

3) Наличие рудиментов (от лат. rudimentum - зачаток, первооснова) (слайд 12, 13) - сравнительно упрощенных, недоразвитых, по сравнению с гомологичными структурами предков, органов, утративших свое основное значение в организме в ходе эволюционного развития (Слайд 11-13). Рудименты закладываются во время зародышевого развития организма, но полностью не развиваются. Они встречаются у всех особей данного вида. Например, малая берцовая кость у птиц, тазовый пояс у кита, глаза у роющих животных и др.; Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, свидетельствует об общности происхождения живых форм. Задние конечности у кита, скрытые внутри тела, - рудимент, доказывающий наземное происхождение его предков. У человека тоже известны рудиментарные органы: мышцы, двигающие ушную раковину, рудимент третьего века и т.п. У некоторых организмов рудиментарные органы могут развиваться до органов нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом .

4) Наличие атавизмов (от лат. atavus - предок) (слайд 14) , признаков, появляющихся у отдельных особей данного вида, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в процессе эволюции. Например, изредка появляющиеся у китов задние конечности, среди тысяч однопалых лошадей изредка попадаются особи, у которых развиты маленькие копытца II и IV пальцев. Известны случаи появления атавистических признаков и у человека: рождение детей с первичным волосяным покровом, с длинным хвостиком и т.д. Возникновение атавизмов указывает на возможное строение того или иного органа у предковых форм. Атавизмы являются проявлением эволюционной памяти о предках. Причины их появления заключаются в том, что гены, ответственные за данный признак, сохраняются в эволюции данного вида, но их действие при нормальном развитии блокируется генами-репрессорами. Через много поколений в онтогенезе отдельных особей по отдельным причинам блокировка снимается и признак проявляется вновь.

Палеонтологические доказательства

В основе палеонтологических доказательств лежит наука палеонтология.

Палеонтология (от греч. палео - древний; онтос - существо; логос - учение) - наука, изучающая остатки вымерших организмов, выявляющая их сходства и различия с современными организмами. Основатели палеонтологии: Ж. Кювье, Ж.-Б. Ламарк, А. Броньяр. Термин "палеонтология" был предложен в 1822 г. А. Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В.О. Ковалевский.

Палеонтология решает следующие задачи:

изучение о растительном и животном мире прошлого ведь ископаемые остатки дают большой материал о преемственных связях между различными систематическими группами;
выявление ранних этапов эволюции жизни и событий на рубежах основных подразделений истории Земли;
выявление обособления стволов органического мира;
выявление основных этапов развития органического мира; сопоставляя, ископаемые остатки земных пластов из разных геологических эпох, делают вывод об изменении органического мира во времени.

Палеонтология предоставляет следующие данные в пользу эволюции:

1) Сведения о филогенетических (эволюционных) рядах (слайд 15) , которые не только являются прекрасной иллюстрацией эволюции, но и позволяют узнать причину эволюции отдельных групп организмов. Работы В.О. Ковалевского были первыми палеонтологическими исследованиями, которым удалось показать, что одни виды происходят от других. Исследуя историю развития лошадей, В.О.Ковалевский показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60-70 млн. лет назад в лесах. Изменение климата Земли, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличения размеров степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания – степи. Необходимость защиты от хищников и передвижение на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей – уменьшению числа фаланг вплоть до одной. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.

2) Сведения об ископаемых переходных формах (определение переходных форм было дано выше), которые не дожили до наших дней и присутствуют только в виде ископаемых останков. Существование переходных форм между различными типами и классами показывает, что постепенный характер исторического развития свойственен не только низшим систематическим категориям (видам, родам, семействам), но и высшим категориям и что они также являются закономерным результатом эволюционного развития. Примерами ископаемых переходных форм являются: древние кистеперые рыбы, связывающие рыб с вышедшими на сушу четвероногими земноводными; семенные папоротники -- переходная группа между папоротникообразными и голосеменными, псилофиты, зверозубый ящер, археоптерикс и др. (Слайды 16, 17) .

Биогеографические доказательства

Биогеография (от греч. био - жизнь, гео - земля, графа - пишу) - наука о закономерностях распространения по земному шару сообществ живых организмов и их компонентов - видов, родов и других таксонов. В состав биогеографии входят зоогеография и ботаническая география. Основные разделы биогеографии стали оформляться в конце XVIII и в 1-й половине XIX веков, благодаря многочисленным экспедициям. У истоков биогеографии стояли А. Гумбольдт, А.Р. Уоллес, Ф. Склетер, П.С. Паллас, И.Г. Борщов и др.

К данным биогеографии, являющимися доказательствами эволюции относятся следующие:

1. Особенности распространения животных и растений по разным континентам (слайды 18, 19) , как яркое свидетельство эволюционного процесса. А.Р. Уоллес, один из выдающихся предшественников Ч. Дарвина, привел все сведения о распространении животных и растений в систему и выделил шесть зоогеографических областей (работа учащихся с картой зоогеографических областей мира):

1) Палеоарктическую (Европа, Северная Африка, Северная и Средняя Азия, Япония);

2) Неоарктическую (Северная Америка);

3) Эфиопскую (Африка к югу от Сахары);

4) Индомалайскую (Южная Азия, Малайский архипелаг);

5) Неотропическую (Южная и Центральная Америка);

6) Австралийскую (Австралия, Новая Гвинея, Новая Зеландия, Новая Каледония).

Степень сходства и различия флор и фаун между разными биогеографическими областями неодинакова. Так, палеоарктическая и неоарктическая области, несмотря на отсутствие между ними сухопутной связи, обнаруживают значительное сходство флор и фаун. Животный и растительный мир неоарктической и неотропической областей, хотя между ними и имеется сухопутный Панамский перешеек, сильно отличаются друг от друга. Чем это можно объяснить? Это можно объяснить тем, что некогда Евразия и Северная Америка входили в состав единого континента Лавразии и их органический мир развивался совместно. Сухопутная связь между Северной и Южной Америкой, напротив, возникла относительно недавно, и их флоры и фауны долгое время развивались обособленно. Особняком стоит органический мир Австралии, которая обособилась от Южной Азии более 100 млн. лет назад, и лишь в ледниковый период сюда через Зондский архипелаг перебрались немногие плацентарные - мыши и собаки. Таким образом, чем теснее связь континентов, тем более родственные формы там обитают, чем древнее изоляция частей света друг от друга, тем больше различия между их населением.

2. Особенности фауны и флоры островов также свидетельствуют в пользу эволюции. Органический мир материковых островов близок к материковому, если отделение острова произошло недавно (Сахалин, Британия). Чем древнее остров и чем значительнее водная преграда, тем больше отличий в органическом мире этого острова и близлежащего материка (Мадагаскар). Органический мир вулканических и коралловых островов беден и является результатом случайного занесения некоторых видов, способных перемещаться по воздуху.

Материковые острова

Живой мир близок к материковому. Британские, Сахалинские острова несколько тысяч лет назад отделились от суши, поэтому живой мир очень схож с материком. Чем древнее остров и чем более значительней водная преграда, тем больше обнаруживается отличий.

Мадагаскар (слайд 20) . Нет типичных для Африки крупных копытных: быков, антилоп, зебр. Нет крупных хищников: львов, леопардов, гиен, высших обезьян. Но этот остров последнее убежище лемуров. Когда-то, до появление обезьян, лемуры были доминирующими приматами. Но они не могли соперничать со своими более развитыми сородичами и исчезли повсюду, кроме Мадагаскара, который отделился от материка прежде чем эволюционировали обезьяны. На Мадагаскаре 46 родов птиц, не встречающихся нигде в мире. Хамелеоны – крупнее и разнообразнее, чем в Африке. В отличие от Африки на острове отсутствуют ядовитые змеи. Но много питонов и не ядовитых змей. Согласно истории живого мира змеи появились довольно поздно по сравнению с другими рептилиями, причем ядовитые змеи из них самые молодые. Мадагаскар отделился от континента до появления там змей. Лягушек на Мадагаскаре насчитывается около 150 видов.

Океанические острова

Видовой состав фауны океанических островов беден и является результатом случайного занесения некоторых видов, обычно птиц, рептилий, насекомых. Наземные млекопитающие, амфибии и др. животные не способны преодолевать значительные водные преграды, на большинстве таких островов отсутствуют. Галапогосские острова (слайд 21) – удалены от берегов Южной Америки на 700 км. Это расстояние могут преодолеть только хорошо летающие формы. 15% видов птиц представлены южноамериканскими видами, а 85% - отличны от материковых и нигде больше не встречаются.

III. Закрепление знаний.

1. Перечислите все доказательства эволюции.

2. Выполните тестовую работу.

Тест “Доказательства эволюции”

1. Какие доказательства эволюции основываются на данных палеонтологии?

Морфологические.
Эмбриологические.
Палеонтологические.
Биогеографические.

2. Какие органы лошадей претерпевали наибольшие изменения?

Конечности.
Сердце.
Пищеварительный тракт.
Размеры тела.

3. Назовите гомологичные органы?

Крыло бабочки и крыло птицы.
Многососковость у человека.

4. Назовите аналогичные органы?

Передние конечности позвоночных.
Крыло бабочки и крыло птицы.
Мышцы, двигающие ушную раковину у человека.
Многососковость у человека.

5. Назовите рудиментарные органы?

Передние конечности позвоночных.
Крыло бабочки и крыло птицы.
Мышцы, двигающие ушную раковину у человека.
Многососковость у человека

6. Какие доказательства эволюции основаны на данных сравнительной анатомии?

Островные фауна и флора.
Единства происхождения органического мира.
Морфологические.
Эмбриологические.

7. Кто сформулировал биогенетический закон?

Ч.Дарвин.
А.Н.Северцев.
Мюллер и Геккель.
К.Линней.

8. Сколько зоогеографических областей выделил А.Уоллес?

9. От чего зависит разнообразие растительного и животного мира островов?

От истории происхождения.
От видового состава материка.
От условий окружающей среды.
От удаленности от материка.

10. На чем основываются доказательства единства происхождения органического мира?

Схожести химического состава клеток.
Схожести процессов митоза и мейоза.
Клеточном строении организмов.
Многообразии живых организмов.

IV. Домашнее задание: выучить конспект урока; приготовиться к фронтальному опросу о доказательствах эволюции.

Эволюцию животного мира в природе доказывают многие биологические науки. Прежде всего это палеонтология - наука об ископаемых организмах. Затем сравнительная анатомия - наука, сравнивающая строение различных современных животных. Наконец, эмбриология - наука о зародышевом развитии организмов.

Палеонтологические доказательства эволюции животного мира

Современные животные - незначительная часть видов, появившихся на Земле. Десятки и сотни миллионов лет назад животный мир был иным, чем сейчас. Великое множество животных вымерло в разные эпохи, не выдержав борьбы за существование. Например, вымерли пресноводные кистеперые рыбы, все динозавры, многие группы членистоногих. К сожалению, лишь ничтожная часть некогда обитавших на Земле животных сохранилась в ископаемом состоянии.

Рисунок: Палеонтологические доказательства эволюции животных. Отпечатки и окаменелости вымерших животных

Вымершие животные в целом виде попадают в руки ученых очень редко. Так, в слое вечной мерзлоты на севере Сибири был найден хорошо сохранившийся мамонт, там же обнаружили останки вымерших грызунов и других мелких животных. Чаще в ископаемом состоянии сохраняются лишь кости позвоночных животных, а от беспозвоночных другие твердые части - раковины, иглы. Иногда сохраняются лишь отпечатки целых членистоногих или тех или иных частей тела животных, например крыльев насекомых и перьев птиц.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Для многих животных ископаемые предки не найдены, помогают выяснить их происхождение данные, полученные при сравнении их
строения с другими группами животных. Например, чешуйки на ногах птиц по форме и строению точно такие же, как чешуи ящериц и змей. Сравнение скелета передних конечностей различных наземных позвоночных показывает их сходство в строении отделов скелета, костей и др.

Рисунок: Сравнительно-анатомические доказательства эволюции животных. Эволюция передних конечностей наземных позвоночников

Среди современных групп животных тоже имеются переходные формы, показывающие общность их происхождения. Так, яйцекладущие млекопитающие (например, утконос) имеют ряд особенностей в строении, сходных со строением пресмыкающихся и млекопитающих. Они, как и пресмыкающиеся, имеют клоаку и откладывают яйца, но, в отличие от пресмыкающихся, выкармливают детенышей молоком.

О родстве изучаемых животных свидетельствуют также сохранившиеся у некоторых животных не функционирующие органы или их части. Например, рудименты конечностей у китов, скрытые внутри тела, показывают, что предки китов были наземными млекопитающими.

Для передвижения киты используют хвостовой плавник, поэтому в ходе эволюции задние ноги у них исчезли. Таким образом, путем сравнения животных можно выяснить конкретный ход их эволюции и родство.

Эмбриологические доказательства эволюции

Убедительным доказательством эволюции животного мира служат сведения об индивидуальном развитии животных. Зародыши, или эмбрионы животных, во время развития не просто растут, увеличиваются в размерах, а все более усложняются и совершенствуются. И самое интересное то, что на ранних стадиях развития они бывают похожи не столько на взрослых животных того же вида, сколько на их далеких предков. Так, зародыши всех позвоночных на ранних стадиях очень похожи друг на друга. У всех у них даже имеются жаберные щели, которые потом у наземных животных - пресмыкающихся, птиц и млекопитающих - пропадают. Вспомните развитие лягушки на ранней стадии: ее головастик очень напоминает рыбу (удлиненное тело, хвостовой плавник, жабры, двухкамерное сердце, один круг кровообращения). Таким образом, в своем развитии зародыши как бы кратко повторяют те основные изменения, которые происходили в течение миллионов лет у сменяющих друг друга животных.

Рисунок: Эмбриологические доказательства эволюции животных. Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных