Еволюція– це процес історичного розвитку органічного світу. Сутність цього процесу полягає в безперервному пристосуванні живого до різноманітних умов, що постійно змінюються. навколишнього середовища, у зростаючому згодом ускладнення організації живих істот. У результаті еволюції здійснюється перетворення одних видів на інші.
Головні в еволюційній теорії- Ідея історичного розвитку від порівняно простих форм життя до більш високоорганізованих. Основи наукової матеріалістичної теорії еволюції заклав великий англійський натуралістЧарльз Дарвін. До Дарвіна в біології переважно панувало неправильне уявлення про історичної незмінності видів, у тому, що й стільки, скільки створено богом. Однак і до Дарвіна найбільш проникливі біологи розуміли неспроможність релігійних поглядів на природу і деякі з них умоглядно дійшли еволюційних уявлень.
Найбільшим натуралістом, попередником Ч. Дарвіна був відомий французький вчений Жан Батист Ламарк. У своїй знаменитій книзі "Філософія зоології" він доводив змінність видів. Ламарк підкреслював, що сталість видів – явище лише здавалося б, воно пов'язані з короткочасністю спостережень за видами. Вищі формижиття, за Ламарком, походять від нижчих у процесі еволюції. Еволюційне вчення Ламарка був досить доказовим і отримала широкого визнання серед його сучасників. Лише після визначних праць Ч. Дарвіна еволюційна ідея стала загальноприйнятою.
Сучасна наука має дуже багато фактів, що доводять існування еволюційного процесу. Це дані біохімії, ембріології, анатомії, систематики, біографії, палеонтології та багатьох інших дисциплін.
Ембріологічні докази- подібність початкових стадійембріонального розвитку тварин Вивчаючи ембріональний період розвитку у різних груп, До. М. Бер виявив подібність цих процесів у різних груп організмів, особливо у ранніх стадіях розвитку. Пізніше, виходячи з цих висновках, Еге. Геккель висловлює думку, що це подібність має еволюційне значенняі на його основі формулюється "біогенетичний закон" - онтогенез є коротким відображенням філогенезу. Кожна особина у своєму індивідуальному розвитку (онтогенезі) проходить зародкові стадії предкових форм. Вивчення тільки ранніх стадійрозвитку зародка будь-якого хребетного не дозволяє визначити з точністю, до якої групи вони належать. Відмінності формуються більш пізніх стадіях розвитку. Чим ближче групи, До яких належать досліджувані організми, тим довше в ембріогенезі зберігатимуться загальні риси.
Морфологічні– багато форм поєднують у собі ознаки кількох великих систематичних одиниць. При вивченні різних груп організмів стає очевидним, що з цілого ряду особливостей вони в основі подібні. Наприклад, в основі будови кінцівки у всіх чотирилапих тварин лежить п'ятипала кінцівка. Ця основна структура у різних видівперетворена у зв'язку з різними умовами існування: це і кінцівка непарнокопитної тварини, яка при ходьбі спирається всього на один палець, і ласта морського ссавця, і кінцівка крота, що риє, і крило кажана.
Органи, побудовані за єдиним планом і що розвиваються з одиничних зачатків, називаються гомологічними. Гомологічні органи що неспроможні самі собою служити доказами еволюції, та їх наявність свідчить про походження подібних груп організмів від загального предка. Яскравим прикладом еволюції є наявність рудиментарних органівта атавізмів. Рудиментарними називаються органи, що втратили свою первісну функцію, але зберігаються в організмі. Прикладами рудиментів можуть бути: у людини, яка у жуйних ссавців виконує травну функцію; тазові кістки змій та китів, які не виконують у них жодної функції; хребці хребці у людини, які вважаються рудиментами хвоста, що був у наших далеких предків. називають прояв у організмів структур та органів, характерних для предкових форм. Класичними прикладамиАтавізмами є багатососковість і хвостатість у людини.
Палеонтологічні- Викопні останки багатьох тварин можна порівнювати між собою і виявити подібність. Засновані на вивченні викопних останків організмів і порівнянні з формами, що нині живуть. Мають свої переваги та недоліки. До переваг відноситься можливість на власні очі переконатися, яким чином йшло зміна даної групи організмів різні періоди. До недоліків відноситься те, що палеонтологічні дані є дуже неповними через безліч причин. До них відносяться такі, як швидке розмноження мертвих організмів тваринами, що харчуються паділлю; м'якотілі організми вкрай погано зберігаються; і, нарешті, те, що виявляється лише невелика частина копалин. Зважаючи на це, в палеонтологічних даних існує безліч прогалин, які і є основним об'єктом критики супротивників теорії еволюції.
Еволюція у біології- Необоротний історичний розвиток живої природи. Можна розглядати еволюцію всієї біосфери та окремих угруповань, що складаються з тварин, рослин і мікроорганізмів, еволюцію окремих систематичних груп і навіть частин організмів - органів (наприклад, розвиток однопалої кінцівки коня), тканин (наприклад, м'язової, нервової), функцій (дихання, травлення ) і навіть окремих білків (наприклад, гемоглобіну). Але в строгому значенні слова еволюціонувати можуть лише організми, які спільно утворюють популяції. окремих видів.
Еволюцію раніше часто протиставляли революції – швидким та значним за масштабом змін. Але тепер стало зрозуміло, що процес розвитку живої природи складається зі змін як поступових, і різких; як швидких, так і мільйони років, що тривають.
Які характерні риси біологічної еволюції?
Насамперед - наступність. З моменту виникнення життя нове виникає в живій природі не на порожньому місці, не з нічого, а зі старого. Нас і перші примітивні мікроорганізми, що виникли близько 4 млрд років тому, пов'язує безперервний ланцюжок поколінь.
Гомініди походять від загального предка
Не менш характерна рисаеволюції - ускладнення та вдосконалення структур організмів від однієї геологічної епохидо іншого. Спочатку Землі існували лише мікроорганізми, потім з'явилися одноклітинні - найпростіші, потім багатоклітинні безхребетні тварини. За "століттям риб" настав "століття земноводних", потім "століття плазунів", в основному динозаврів, і, нарешті, "століття ссавців і птахів". Останні тисячоліття чільне місце у біосфері стала завойовувати людина.
Еволюція нам уже не видається чимось дивовижним. Але так було далеко не завжди. Хоча ще давньогрецький мудрець Геракліт сказав: "Все тече", для людей середніх віків, та й ближчих до нашого часу жива природаздавалась чимось застиглим, нерухомим, раз і назавжди створеним богом богом у дні творіння. Одинаки-бунтарі зазнавали гонінь, та й майже нікого не переконували. Тоді сильним аргументом проти еволюції здавався, наприклад, виявлений зоологами факт: кішки, мумії яких перебували в єгипетських гробницях, нічим не відрізнялися від сучасних. Так, дитина, що одну хвилину дивиться на годинник, стверджує, що годинникова стрілканерухома. Адже ті небагато тисяч років, що відокремлюють нас від будівельників пірамід, в еволюції кішок не більше однієї секунди.
Не переконували нікого й залишки копалин тварин, які вже не існують на Землі. У найкращому випадкуЦілком серйозні вчені вважали, що мамонтів біблійний Ной не взяв у свій ковчег за браком місця. Тому і був поширений термін "допотопні тварини". Можна було чисто теоретично міркувати про можливу зміну тварин і рослин із покоління до покоління. Але якими є механізми цих змін? У чому суть рушійних сил еволюції?Цього ніхто не знав.
Французький натураліст Ж. Б. Ламарк у 1809 р. вперше виклав докладно першу цілісну еволюційну концепцію у праці "Філософія зоології". Однак він пояснив природу еволюції та її рушійні сили незадовільно навіть для того часу, і успіху його концепція (ламаркізм) не мала. Щоправда, у тому чи іншому вигляді уявлення ламаркізму про еволюцію раз у раз спливають, хоча справжні вчені не сприймають їх всерйоз.
З часу Ламарка біологія нагромадила величезну кількість нових фактів, що підтверджують існування еволюційного процесу. У 1859 р. англійський натураліст Ч. Дарвін сформулював першу наукову теоріюеволюції. Вчення про еволюцію продовжувало розвиватися. Розгадка законів спадковості та мінливості та поєднання їх із дарвінізмом дали сучасну теорію еволюції.
Історичний розвиток живої природи відбувається за певними законами та характеризується сукупністю окремих ознак. Успіхи біології у першій половині 19 століття послужили причиною створення нової науки - еволюційної біології. Вона одразу стала популярною. І довела, що еволюція в біології - це детермінований та незворотний процес розвитку як окремих видів, так і цілих їх угруповань - популяцій. Він відбувається у біосфері Землі, торкаючись його оболонки. Ця стаття буде присвячена як вивченню концепцій біологічного виду, так і
Історія розвитку еволюційних поглядів
Наука пройшла складний шляхформування світоглядних поглядів на механізми, які у основі природи нашої планеты. Він розпочинався з ідей креаціонізму, висловлених К. Ліннеєм, Ж. Кюв'є, Ч. Лайелеєм. Першу еволюційну гіпотезу було викладено французьким ученим Ламарком у роботі «Філософія зоології». Англійський дослідник Чарльз Дарвін першим у науці висловив думку про те, що еволюція в біології - це процес, що базується на спадковій мінливості та природному доборі. Його основою є боротьба існування.
Дарвін вважав, що поява безперервних змін біологічних видів є результатом їх пристосування до постійній змініфакторів довкілля. Боротьба за існування, на думку вченого, це сукупність взаємозв'язків організму. навколишньою природою. А її причина лежить у прагненні живих істот до збільшення своєї чисельності та розширення місць проживання. Все вище перелічені факториі включає еволюція. Біологія, 9 клас, яку вивчає під час уроків, розглядає процеси спадкової мінливості та природного відбору у розділі «Еволюційне вчення».
Синтетична гіпотеза розвитку органічного світу
Ще за життя Чарльза Дарвіна його ідеї були розкритиковані рядом таких відомих вчених, як Ф. Дженкін та Г. Спенсер. У 20 столітті, у зв'язку з бурхливими генетичними дослідженнями та постулюванням законів спадковості Менделя, стало можливим створеннясинтетичної гіпотези еволюції У своїх працях її описували такі як С. Четверіков, Д. Холдейн та С. Райд. Вони стверджували, що еволюція в біології - це явище біологічного прогресу, що має вигляд ароморфозів, ідіоадаптацій, що стосуються популяції різних видів.
Відповідно до цієї гіпотези, еволюційними факторами є хвилі життя та ізоляція. Форми історичного розвитку природи проявляються у таких процесах, як видоутворення, мікроеволюція та макроеволюція. Вищевикладені наукові поглядиможна уявити, як сумацію знань про мутації, що є джерелом спадкової мінливості. А також уявлень про популяцію, як структурної одиниціІсторичного розвитку біологічного виду.
Що таке еволюційне середовище?
Під цим терміном розуміють біогеоценотичний У ній відбуваються мікро еволюційні процеси, Що стосується популяції одного виду. В результаті стає можливим виникненняпідвидів та нових біологічних видів. Тут же спостерігаються процеси, що призводять до появи таксонів – пологів, родин, класів. Вони належать до макроеволюції. Наукові дослідження В. Вернадського, що доводять тісний взаємозв'язок усіх рівнів організації живої матерії у біосфері, підтверджують той факт, що біогеоценоз – це середовище еволюційних процесів.
У клімаксних, тобто стабільних екосистемах, у яких спостерігається велика різноманітність популяції багатьох класів, зміни відбуваються внаслідок когерентної еволюції. у таких стабільних біогеоценозах називаються цінофільними. А в системах з нестабільними умовами відбувається неузгоджена еволюція серед екологічно пластичних, так званих цінофобних видів. Міграції особин різних популяцій одного й того ж виду змінюють їх генофонди, порушуючи частоту різних генів. Так вважає сучасна біологія. Еволюція органічного світу, що буде розглянута нами нижче, підтверджує цей факт.
Етапи розвитку природи
Такі вчені, як З. Разумовський і У. Красилов довели, що темпи еволюції, що у основі розвитку природи, нерівномірні. Вони являють собою повільні та практично непомітні зміни у стабільних біогеоценозах. Вони різко прискорюються у періоди екологічних криз: техногенних катастроф, танення льодовиків і т. д. У сучасній біосфері мешкає близько 3-х мільйонів видів живих істот. Найважливіших їх для життєдіяльності людини вивчає біологія (7 клас). Еволюція Найпростіших, Кишковопорожнинних, Членистоногих, Хордових є поступовим ускладненням кровоносної, дихальної, нервової системцих тварин.
Перші залишки живих організмів виявляються в архейських осадових породах. Їхній вік близько 2,5 мільярда років. Перші еукаріоти з'явилися на початку Можливі варіантипоходження багатоклітинних організмівпояснюють наукові гіпотезифагоцителли І. Мечникова та гастреї Е. Гетелля. Еволюція в біології - це шлях розвитку живої природи від перших архейських форм життя до різноманіття флори та фауни сучасної кайнозойської ери.
Сучасні уявлення про фактори еволюції
Вони є умовами, що викликають адаптивні зміни організмів. Їхній генотип найбільш захищений від зовнішніх впливів(Консервативність генофонду біологічного виду). Спадкова інформаціявсе ж таки може змінюватися під дією генних Саме таким шляхом - набуттям нових ознак і властивостей - відбувалася еволюція тварин. Біологія вивчає її у таких розділах, як порівняльна анатомія, біогеографія та генетика. Розмноження як чинник еволюції має виняткове значення. Воно забезпечує зміну поколінь та безперервність життя.
Людина та біосфера
Процеси виникнення оболонок Землі та геохімічну діяльність живих організмів вивчає біологія. Еволюція біосфери нашої планети має тривалу геологічну історію. Вона була розроблена В. Вернадським у його навчанні. Він запровадив термін «ноосфера», розуміючи під ним вплив свідомої (розумової) діяльності на природу. Жива речовина, що входить у всі оболонки планети, змінює їх і визначає кругообіг речовин та енергії.
1. Еволюційна теоріяДарвіна – Уоллеса
2. Сучасна (синтетична) теорія еволюції
3. Основні закони еволюції
4. Основні чинники еволюції
5. Форми природного відбору
Під еволюцією мається на увазі процес тривалих, поступових, повільних змін, які в кінцевому підсумку призводять до змін корінним, якісним, освітою нових систем, структур і видів, що завершується. Уявлення про еволюцію у природознавстві мають ключове значення. На початку нашого курсу було розглянуто поняття парадигми. особливого способуорганізації наукового знання, що задає характер бачення світу, системи попередніх умов, орієнтирів та передумов у процесі побудови та обґрунтування різних теорій, тобто. системи, яка визначає загалом тенденції розвитку наукових досліджень. Парадигма сучасного природознавства- це еволюційно-синергетична парадигма, в основі якої лежать уявлення про самоорганізацію та еволюцію матерії на всіх її структурних рівнях. Раніше вже говорилося про еволюцію Всесвіту, зірок, планетних систем, геологічної та хімічної еволюції. Однак вперше еволюційна концепція чітко та обґрунтовано була сформульована у біології.
1. Еволюційна теорія Дарвіна - Уоллеса
Уявлення про еволюцію живого висловлювалися майже протягом усього періоду розвитку природознавства (Емпедокл, Аристотель, Ламарк). Проте основоположником еволюційної теорії в біології вважається Ч. Дарвін. У якомусь сенсі поштовхом до розвитку теорії еволюції можна вважати книгу Т. Мальтуса «Трактат про народонаселення» (1778), в якому він показав, до чого призвів би зростання народонаселення, якби він нічим не стримувався. Дарвін застосував підхід Мальтуса до інших живих систем. Досліджуючи зміни чисельності популяцій, він дійшов пояснення еволюції шляхом природного відбору (1839 р). Таким чином, найбільший внесок Дарвіна в науку не в тому, що він довів існування еволюції, а в тому, що він пояснив, як вона може відбуватися.
У цей час інший природодослідник А.Р. Уоллес, як і Дарвін, який багато подорожував і теж читав Мальтуса, дійшов тих же висновків. У 1858 р. Дарвін та Уоллес виступили з доповідями про свої ідеї на засіданні Ліннеївського товариства в Лондоні. У 1859 р. Дарвін опублікував свою працю «Походження видів» («Origin of species»).
Відповідно до теорії Дарвіна – Уоллеса, механізмом, з допомогою якого виникають нові види, є природний добір. Ця теорія ґрунтується на трьох спостереженнях та двох висновках, які зручно подати у вигляді наступної схеми.
2 Сучасна (синтетична) теорія еволюції
Теорія Дарвіна - Уоллеса в 20-му столітті була значно розширена і розроблена у світлі сучасних даних генетики (яка за часів Дарвіна ще не існувала), палеонтології, молекулярної біології, екології, етології (науки про поведінку тварин) і отримала назву неодарвінізму чи синтетичної теорії еволюції.
Нова, синтетична теоріяЕволюція являє собою синтез основних еволюційних ідей Дарвіна, перш за все, ідеї природного відбору, з новими результатами біологічних досліджень в галузі спадковості та мінливості. Сучасна теорія еволюції має такі особливості:
· Вона ясно виділяє елементарну структуру, з якої починається еволюція – це населення;
· Виділяє елементарне явище (процес) еволюції - стійка змінагенотипу популяції;
· ширше і глибше тлумачить чинники та рушійні сили еволюції;
· Чітко розмежовує мікроеволюцію і макроеволюцію (вперше ці терміни були введені в 1927 р. Ю.А. Філіпченко, а подальше уточнення та розвиток отримали в працях видатного біолога-генетикаН.В. Тимофєєва-Ресовського).
Мікроеволюція – це сукупність еволюційних змін, що відбуваються в генофондах популяцій за порівняно невеликий період часу, що призводять до утворення нових видів.
Макроеволюція пов'язана з еволюційними перетвореннями за тривалий час історичний період, що призводять до виникнення надвидових форм організації живого
Зміни, що вивчаються в рамках мікроеволюції, доступні безпосередньому спостереженню, тоді як макроеволюція відбувається протягом тривалого періоду, і її процес може бути тільки реконструйований, подумки відтворений. Як мікро-і макроеволюція відбуваються, зрештою, під впливом змін у навколишньому середовищі.
Докази теорії еволюції. Відомості, що підтверджують сучасні уявлення про еволюцію, є результатами досліджень у різних областяхнауки, з якими найважливішими є:
· Палеонтологія,
· Біогеографія,
· морфологія,
· Порівняльна ембріологія,
· Систематика,
· селекція рослин та тварин.
Найважливішими аргументами на користь еволюційної теорії є палеонтологічна літопис, тобто. викопні форми живих організмів і біогенетичний закон Геккеля («онтогенез повторює філогенез»).
3. Основні закони еволюції.
Численні дослідження, проведені у межах вищезгаданих наук, дозволили сформулювати такі основні закони еволюції .
1. Швидкість еволюції різні періоди неоднакова і характеризується тенденцією прискорення *. В даний час вона протікає швидко, і це відзначається появою нових форм та вимиранням багатьох старих.
2. Еволюція різних організмів відбувається із різною швидкістю.
3. Нові види утворюються не з найбільш високорозвинених та спеціалізованих форм, а з відносно простих, неспеціалізованих форм.
4. Еволюція який завжди йде від простого до складного. Існують приклади «регресивної» еволюції, коли складна формадавала початок простішим (деякі групи організмів, наприклад, бактерії, збереглися лише завдяки спрощенню своєї організації).
5. Еволюція зачіпає популяції, а чи не окремі особини і відбувається у результаті мутацій, природного відбору та дрейфу генів.
Останнє дуже важливо розуміння відмінності між дарвінівської теорії еволюції і сучасної теорією (неодарвінізмом).
4. Основні чинники еволюції.
Сучасна теорія еволюції, узагальнюючи дані численних біологічних досліджень, дозволила сформулювати основні чинники та рушійні сили еволюції.
1. Першим найважливішим фактором еволюції є мутаційний процес, який виходить із визнання факту, що основну масу еволюційного матеріалу становлять різні формимутацій, тобто. змін спадкових властивостей організмів, що виникають природним шляхомабо викликаються штучно.
2. Другий найважливіший фактор– популяційні хвилі, які часто називають «хвилями життя». Вони визначають кількісні флуктуації (відхилення від середнього значення) чисельності організмів у популяції, а також області її проживання (ареалу).
3. Третім основним чинником еволюції визнається відособленість групи організмів.
До перелічених основних факторів еволюції додають такі як частота зміни поколінь у популяції, темпи і характер мутаційних процесів та ін. Всі ці фактори є необхідними, однак, самі собою вони не пояснюють механізму еволюційного процесу та його рушійної сили. Рухаюча сила еволюції полягає у дії природного відбору, який є результатом взаємодії популяцій та навколишнього середовища. Результатом самого природного відбору є усунення від розмноження (елімінація) окремих організмів, популяцій, видів та інших рівнів організації живих систем. (Слід мати на увазі, що трактування природного відбору як процесу виживання найсильніших, найбільш пристосованих некоректне, оскільки, з одного боку, у ряді випадків безглуздо говорити про більшу чи меншу пристосованість, з іншого – навіть при явно меншому ступені пристосованості, допускається можливість розмноження ).
5. Форми природного відбору.
Природний відбір у процесі еволюції набуває різних форм. Можна виділити три основні форми: стабілізуючий відбір, рушійний відбір та дизруптивний відбір.
Стабілізуючий відбір - форма природного відбору, спрямовану підтримку та підвищення стійкості реалізації у популяції середнього, раніше сформованого ознаки чи характеристики. При стабілізуючому відборі перевагу в розмноженні набувають особини із середнім виразом ознаки (за образного виразу, Це «виживання пересічностей»). Ця форма відбору як би охороняє та посилює нова ознака, усуваючи від розмноження всі особини, що фенотипно помітно ухиляються в той чи інший бік від норми, що склалася.
Приклад: після снігопаду та сильних вітрів було знайдено 136 оглушених та напівживих горобців; 72 з них вижили, а 64 загинули. Загиблі птахи мали дуже довгі або дуже короткі крила. Особини ж із середніми – «нормальними» крилами виявилися витривалішими.
Згадана раніше біохімічна єдність життя Землі - це з результатів стабілізуючого відбору. Справді, амінокислотний складнижчих хребетних і людини майже той самий. Біохімічні основи життя виявилися надійними для відтворення організмів незалежно від рівня організації.
Стабілізуючий відбір на протоку мільйонів поколінь оберігає сформовані види від істотних змін, від руйнівної дії мутаційного процесу, вибраковуючи ухилення від пристосувальної норми. Ця форма відбору діє до тих пір, поки істотно не змінюються умови життя, в яких вироблені дані ознаки або властивості виду.
Рухаючий (спрямований) відбір - відбір, сприяє зрушенню середнього значення ознаки чи властивості. Такий відбір сприяє закріпленню нової нормизамість старої, що прийшла у невідповідність з умовами, що змінилися. Результатом такого відбору є, наприклад, втрата певної ознаки. Так за умов функціональної непридатності органу чи його частини природний відбір сприяє їх редукції, тобто. зменшення, зникнення. Приклад: втрата пальців у копитних, очей печерних тварин, кінцівок у змій і т.п. Матеріал для дії такого відбору поставляється різного родумутаціями.
Дизруптивний (розривний) відбір - форма відбору, що сприяє більш ніж одному фенотипу і діє проти середніх, проміжних форм. Ця форма відбору проявляється у тих випадках, коли жодна з груп генотипів не отримує абсолютної переваги у боротьбі за існування через різноманітність умов, що одночасно зустрічаються на одній території. В одних умовах відбирається одна якість ознаки, в інших – інше. Дизруптивний відбір спрямований проти особин із середнім, проміжним характером ознак і веде встановлення поліморфізму, тобто. безлічі форм не більше однієї популяції, яка хіба що «розривається» на частини.
Приклад: У лісах, де ґрунти коричневого кольоруособини земляного равлика частіше мають коричневе та рожеве забарвлення раковин, на ділянках з грубою та жовтою травою переважає жовте забарвлення тощо. .
Деякі сучасні дослідникисправедливо вважають, що синтетична теорія еволюції не є досить всеосяжною моделлю розвитку життя та розробляють системну теоріюеволюції, у якій підкреслюється таке:
1. Еволюція протікає в відкритих системах, та необхідний облік взаємодії біосферних геологічних та космічних процесівщо, мабуть, дає імпульс для розвитку живих систем. Значні події з історії життя повинні таким чином розглядатися у зв'язку з розвитком планети.
2. Еволюційні імпульси поширюються від вищих системних рівнів до нижчих: від біосфери до екосистем, угруповань, популяцій, організмів, геномів. Простеження причинно-наслідкових зв'язків не лише «знизу вгору» (від генних мутацій до популяційних процесів), як це властиво традиційного підходу, Але і «згори вниз», дозволяє не сподіватися щоразу на випадковість при побудові моделі еволюції.
3. Характер еволюції змінюється з часом, тобто. еволюціонує сама еволюція: значення тих чи інших ознак пристосованості та непристосованості, за якими здійснюється природний відбір, у процесі еволюції та біологічного прогресу падає чи зростає, як, наприклад, роль індивідуального розвиткуроль індивіда в історичному розвитку
4. Спрямованість еволюції визначається системними властивостями, що задають її мету, що дозволяє зрозуміти сенс біологічного прогресу. Справді, у живих (відкритих) системах стаціонарний стан відповідає мінімальному виробництву ентропії. Фізичний зміствиробництва ентропії стосовно живим системам полягає у відмиранні живої матерії у вигляді загибелі організмів, тобто. утворенню мертвої маси («мортмаси»), і виробництво ентропії тим вище, чим вище відношення мортмаси до біомаси. Це ставлення падає при русі еволюційними сходами від простих організмівдо складних. Відповідно до теореми І. Пригожина, розглянутої нами раніше, у відкритих системах стаціонарний стан відповідає мінімуму виробництва ентропії. Такі системи, отже, мають на меті, певний стан, якого вони прагнуть. Це дозволяє пояснити, чому еволюція не зупинилася на рівні бактеріальних угруповань, а просунулась далі шляхом, який призвів до появи вищих тварин і людини.
Нові наукові парадигми, як правило, не заперечують, а задають межі коректності попередніх теорій. Наприклад, теорія відносності не скасувала класичну фізикуАле описала рамки, в яких положення класичної теорії справедливі. Фізика Ньютона - окремий випадок фізики Ейнштейна.
* Перші живі організми виникли близько 3,5 млрд. років тому, багатоклітинні – 2,5 млрд. років тому, тварини та рослини – 400 млн. років тому, ссавці та птиці – 100 млн. років, примати – 60 млн. років, гоміди – 16 млн. років, рід людини – 6 млн. років, Homo sapiens – 60 тис. років тому.
У процесі історичного поступу одні види вимирають, інші змінюються і дають початок новим видам. Що ж являють собою види? Чи існують види реально у природі?
Вперше термін "вигляд" ввів англійський ботанік Джон Рей (1628-1705). Шведський ботанік К. Лінней розглядав вигляд як основний систематичної одиниці. Він був прибічником еволюційних поглядів і вважав, що образи згодом змінюються.
Ж. Б. Ламарк зазначав, що різницю між деякими видами дуже незначні, й у разі виділити види досить складно. Він зробив висновок у тому, що образи у природі немає, а систематика придумана людиною для зручності. Реально існує лише особина. Органічний світ являє собою сукупність особин, пов'язаних між собою спорідненими узами.
Як видно, погляди Ліннея і Ламарка на реальне існування виду були прямо протилежними: Лінней вважав, що існують види, вони незмінні; Ламарк заперечував реальне існування видів у природі.
Нині загальноприйнято думку Ч. Дарвіна: види реально існують у природі, але сталість їх щодо; види виникають, розвиваються, та був або зникають, або змінюються, породжуючи нові види.
Вид– це надорганізмна форма існування живої природи. Він являє собою сукупність морфологічно і фізіологічно подібних особин, що вільно між собою схрещуються і дають плідне потомство, що займають певний ареал і мешкають у подібних екологічних умов. Види різняться за багатьма критеріями. Критерії, якими особини ставляться одного виду, представлені у таблиці.
Критерії виду
При визначенні приналежності особини до якогось виду не можна обмежуватися лише одним критерієм, а необхідно використовувати всю сукупність критеріїв. Так, неможливо обмежитися тільки морфологічним критерієм, оскільки особи одного виду можуть відрізнятися зовні. Наприклад, у багатьох птахів – горобців, снігурів, фазанів самці зовні значно відрізняються від самок.
У природі тварин широко поширений альбінізм, при якому в клітинах окремих особин в результаті мутації порушується синтез пігменту. Тварини з такими мутаціями мають біле забарвлення. Очі у них червоні, тому що в райдужній оболонці немає пігменту, і крізь неї просвічують кровоносні судини. Незважаючи на зовнішні відмінності, такі особини, наприклад білі ворони, миші, їжаки, тигри, відносяться до своїх видів, а не виділяються у самостійні види.
У природі існують зовні майже невиразні види-двійники. Так, раніше малярійним комаром називали фактично шість видів, схожих зовні, але не схрещуються між собою і відрізняються за іншими критеріями. Проте з них лише один вид живиться кров'ю людини та розносить малярію.
Процеси життєдіяльності у різних видівчасто протікають дуже подібно. Це говорить про відносність фізіологічного критерію. Наприклад, у деяких видів арктичних риб інтенсивність обміну речовин така сама, як і у риб, що мешкають у тропічних водах.
Не можна використовувати й один молекулярно-біологічний критерій, так як багато макромолекул (білки і ДНК) мають не тільки видову, але і індивідуальну специфічність. Тому за біохімічними показниками не завжди можна визначити, до одного чи різних видів належать особини.
Генетичний критерійтакож не універсальний. По-перше, у різних видів число і навіть форма хромосом можуть бути однаковими. По-друге, в одному вигляді можуть бути особи з різним числомхромосом. Так, в одного виду довгоносика є диплоїдні (2п), триплоїдні (Зп), тетраплоідні (4п) форми. По-третє, іноді особи різних видів можуть схрещуватися і давати плідне потомство. Відомі гібриди вовка та собаки, яка і великої рогатої худоби, соболя та куниці. У царстві рослин міжвидові гібриди зустрічаються досить часто, а іноді бувають і віддаленіші міжродові гібриди.
Не можна вважати універсальним і географічний критерій, оскільки ареали багатьох видів у природі збігаються (наприклад, ареал даурської модрини та запашної тополі). Крім того, існують види-космополіти, які поширені повсюдно і не мають чітко обмеженого ареалу (деякі види бур'янів, комарів, мишей). Ареали деяких видів, що швидко розселяються, таких, як домова муха, змінюються. У багатьох перелітних птахів розрізняються ареали гніздування та зимівлі. Екологічний критерійне є універсальним, тому що в межах одного ареалу багато видів мешкають у дуже різних природних умов. Так, багато рослин (наприклад, пирій повзучий, кульбаба) можуть жити і в лісі, і на заплавних луках.
Види реально існують у природі. Вони щодо постійні. Види можна розрізнити за морфологічним, молекулярно-біологічним, генетичним, екологічним, географічним, фізіологічним критеріями. При визначенні власності особи до того чи іншого виду слід враховувати не один критерій, а весь їхній комплекс.
Ви знаєте, що вид складається з популяцій. Населенняє групою морфологічно подібних особин одного виду, що вільно схрещуються між собою і займають певне місцепроживання в ареалі виду.
Для кожної популяції характерний свій генофонд- Сукупність генотипів всіх особин популяції. Генофони різних популяцій навіть одного виду можуть відрізнятися.
Процес утворення нових видів починається всередині популяції, тобто населення є елементарною одиницею еволюції. Чому саме популяцію, а чи не вид чи окрему особину розглядають як елементарну одиницю еволюції?
Особина не може еволюціонувати. Вона може змінюватися, пристосовуючись до умов довкілля. Але ці зміни не є еволюційними, оскільки вони не передаються у спадок. Вигляд, як правило, неоднорідний і складається з низки популяцій. Населення щодо самостійна і може тривалий часіснувати поза зв'язки з іншими популяціями типу. У популяції протікають все еволюційні процеси: у особин виникають мутації, між особинами відбувається схрещування, діють боротьба існування і природний добір. Через війну генофонд популяції згодом змінюється, і вона стає родоначальником нового виду. Саме тому елементарна одиниця еволюції - населення, а чи не вид.
Розглянемо закономірності на дотримання ознак у популяціях різних типів. Ці закономірності різні для самоплідних і роздільностатевих організмів. Самозапліднення особливо часто спостерігається у рослин. У рослин, що самозапиляються, наприклад гороху, пшениці, ячменю, вівса, популяції складаються з так званих гомозиготних ліній. Чим пояснюється їхня гомозиготність? Справа в тому, що при самозапиленні збільшується частка гомозигот у популяції, а частка гетерозигот скорочується.
Чиста лінія- це нащадки однієї особини. Вона являє собою сукупність самозапильних рослин.
Початок вивчення генетики популяцій було покладено 1903 р датським ученим У. Йоганнсеном. Він досліджував популяцію самозапилюваної рослини квасолі, що легко дає чисту лінію – групу нащадків окремої особини, генотипи яких ідентичні.
Йоганнсен взяв насіння одного сорту квасолі та визначив мінливість однієї ознаки – маси насіння. Виявилося, що вона варіює від 150 до 750 мг. Вчений висіяв окремо дві групи насіння: масою від 250 до 350 мг та масою від 550 до 650 мг. Середня маса насіння новостворених рослин склала в легкій групі 443,4 мг, у тяжкій - 518 мг. Йоганнсен зробив висновок, що вихідний сорт квасолі складається з генетично різних рослин.
Протягом 6-7 поколінь учений вів відбір насіння важких і легень з кожної рослини, тобто проводив відбір у чистих лініях. В результаті він дійшов висновку, що відбір у чистих лініях не дав зсуву ні у бік легені, ні у бік важкого насіння, отже, у чистих лініях відбір не ефективний. А мінливість маси насіння всередині чистої лінії є модифікаційною, неспадковою та виникає під впливом умов середовища.
Закономірності успадкування ознак у популяціях окремо порожніх тварин і перехреснозапилюваних рослин були встановлені незалежно один від одного англійським математиком Дж Харді та німецьким лікаремВ. Вайнбергом у 1908-1909 рр. Ця закономірність, що отримала назву закону Харді – Вайнберга, відображає залежність між частотами алелів та генотипів у популяціях. Цей закон пояснює, як у популяції зберігається генетичне рівновагу, тобто число особин з домінантними і рецесивними при знаками залишається певному рівні.
Відповідно до цього закону, частоти домінантних і рецесивних алелей у популяції залишатимуться постійними з покоління до покоління за наявності певних умов: високої чисельності особин у популяції; вільному їхньому схрещуванні; відсутності відбору та міграції особин; однакової чисельності особин із різними генотипами.
Порушення хоча б однієї з цих умов веде до витіснення одного алелі (наприклад, А) іншим (а). Під впливом природного відбору, популяційних хвиль та інших чинників еволюції особини з домінантним алелем А витіснятимуть особини з рецесивним алелем а.
У популяції може змінитися співвідношення особин із різними генотипами. Припустимо, що генетичний склад популяції був таким: 20% AA, 50% AA, 30% AA. Під впливом чинників еволюції може виявитися таким: 40% АА, 50% Аа, 10% аа. Використовуючи закон Харді - Вайнберга, можна обчислити частоту народження будь-якого домінантного і рецесивного генау популяції, а також будь-якого генотипу.
Популяція - елементарна одиниця еволюції, оскільки вона має відносну самостійність і її генофонд може змінюватися. Закономірності наслідування різні у популяціях різних типів. У популяціях самозапильних рослин відбір відбувається між чистими лініями. У популяціях роздільностатевих тварин і перехреснозапилюваних рослин закономірності спадкування підпорядковуються закону Харді - Вайнберга.
Відповідно до закону Харді - Вайнберга за відносно постійних умов частота алелів у популяції залишається незмінною з покоління до покоління. У умовах населення перебуває у стані генетичного рівноваги, у ній не відбуваються еволюційні зміни. Однак у природі немає ідеальних умов. Під впливом чинників еволюції - мутаційного процесу, ізоляції, природного відбору та інших. - генетичне рівновагу популяції постійно порушується, відбувається елементарне еволюційне явище - зміна генофонду популяції. Розглянемо дію різних факторівеволюції.
Один із головних факторів еволюції – мутаційний процес. Мутації відкрили на початку XX в. голландським ботаніком та генетиком Де Фрізом (1848-1935).
Головною причиною еволюції він вважав саме мутації. У той час були відомі лише великі мутації, що стосуються фенотипу. Тому Де Фріз вважав, що види виникають у результаті великих мутацій відразу, стрибкоподібно, без природного відбору.
Подальші дослідження показали, що багато великих мутацій шкідливі. Тому багато вчених вважали, що мутації не можуть бути матеріалом для еволюції.
Лише у 20-х роках. нашого століття вітчизняні вчені С. С. Четверіков (1880-1956) та І. І. Шмальгаузен (1884-1963) показали роль мутацій в еволюції. Було встановлено, що будь-яка природна популяціянасичена, як губка, різноманітними мутаціями. Найчастіше мутації рецесивні, перебувають у гетерозиготному стані і виявляються фенотипно. Саме ці мутації і є генетичною основою еволюції. При схрещуванні гетерозиготних особин ці мутації у нащадків можуть переходити до гомозиготного стану. Відбір із покоління до покоління зберігає особин з корисними мутаціями. Корисні мутації зберігаються природним відбором, шкідливі - накопичуються у популяції у прихованому вигляді, створюючи резерв мінливості. Це призводить до зміни генофонду популяції.
Накопичення спадкових відмінностей між популяціями сприяє ізоляціязавдяки якій між особами різних популяцій не відбувається схрещування, а значить, і обміну генетичною інформацією.
У кожній популяції завдяки природному добору накопичуються певні корисні мутації. Через кілька поколінь ізольовані популяції, що у різних умовах, відрізнятимуться за низкою ознак.
Широко поширена просторова, або географічна ізоляція, коли популяції розділені різними перешкодами: річками, горами, степами тощо. п. Наприклад, навіть у прилеглих річках живуть різні популяції риб однієї й тієї виду.
Розрізняють також екологічну ізоляцію, коли особи різних популяцій одного виду віддають перевагу різні місцята умови проживання. Так, у Молдавії у жовтогорлої лісової миші утворилися лісові та степові популяції. Особини лісових популяцій більші, живляться насінням деревних порід, а особини степових популяцій – насінням злаків.
Фізіологічна ізоляціявиникає в тому випадку, коли у особин різних популяцій дозрівання статевих клітин відбувається в різні терміни. Особи таких популяцій не можуть схрещуватися. Наприклад, в озері Севан живуть дві популяції форелі, нерест яких відбувається у різні терміни, тому вони не схрещуються між собою.
Існує також поведінкова ізоляція. Шлюбна поведінка особин різних видів відрізняється. Це перешкоджає їхньому схрещуванню. Механічна ізоляціяпов'язана з відмінностями у будові органів розмноження.
Зміна частот алелів у популяціях може відбуватися під впливом природного відбору, а й незалежно від цього. Частота алелі може змінитися випадковим чином. Наприклад, передчасна загибель особини - єдиної володарки якогось алелі призведе до зникнення цього алелі в популяції. Це явище отримало назву дрейфу генів.
Важливим джерелом дрейфу генів є популяційні хвилі- Періодичні значні зміни чисельності особин популяції. Чисельність особин змінюється рік у рік і залежить від багатьох факторів: кількості їжі, погодних умов, чисельності хижаків, масових захворювань та інших. Роль популяційних хвиль у еволюції було встановлено З. З. Четвериковым, який показав, що зміна чисельності особин у популяції впливає ефективність природного добору. Так, при різкому скороченні чисельності популяції можуть випадково зберегти особини з певним генотипом. Наприклад, у популяції можуть зберегтися особини з такими генотипами: 75% Аа, 20% АА, 5% аа. Найбільш численні генотипи, даному випадкуАа, визначатимуть генний склад популяції до наступної "хвилі".
Дрейф генів зазвичай знижує генетичну мінливість у популяції, головним чином внаслідок втрати рідко зустрічаються алелів. Цей механізм еволюційних змін особливо ефективний у невеликих популяціях. Однак тільки природний відбір на основі боротьби за існування сприяє збереженню особин з певним генотипом, відповідним довкіллю.
Елементарне еволюційне явище – зміна генофонду популяції відбувається під впливом елементарних факторів еволюції – мутаційного процесу, ізоляції, дрейфу генів, природного відбору. Однак дрейф генів, ізоляція і мутаційний процес не визначають спрямованості процесу еволюції, тобто виживання особин з певним, відповідним місцем існування генотипом. Єдиним напрямним чинником еволюції є відбір.
Основні положення еволюційного вченняЧ. Дарвіна.
- Спадкова мінливість – основа еволюційного процесу;
- Прагнення до розмноження та обмеженість засобів життя;
- Боротьба за існування – основний фактор еволюції;
- Природний відбір як результат спадкової мінливості та боротьби за існування.
ФОРМИ ПРИРОДНОГО ВІДБІРУ
| ФОРМА ВІДБОРУ |
ДІЯ | НАПРЯМОК | РЕЗУЛЬТАТ | ПРИКЛАДИ |
| Рухаючий | За зміни умов існування організмів | На користь особин, які мають відхилення від середньої норми | Виникає нова середня форма, більш відповідна умовам, що змінилися | Виникнення у комах стійкості до отрутохімікатів; поширення темнозабарвлених метеликів березової п'ядениці в умовах потемніння кори беріз від постійного задимлення |
| Стабілізі руючий |
У незмінних, постійних умовах існування | Проти особин з крайніми відхиленнями, що виникають, від середньої норми вираженості ознаки | Збереження та зміцнення середньої норми прояву ознаки | Зберігання у комахоопильних рослин розмірів і форми квітки (квітки повинні відповідати формі і величині тіла комахопилки, будові його хоботка) |
| Дизруптив ний |
У змінних умовах життя | На користь організмів, які мають крайні відхилення від середньої вираженості ознаки | Утворення нових середніх норм замість колишньої, що перестала відповідати умовам життя | При частих сильних вітрахна океанічних островах зберігаються комахи з добре розвиненими або рудиментарними крилами. |
ВИДИ природного відбору
Завдання та тести на тему "Тема 14. "Еволюційне вчення"."
Пропрацювавши ці теми, Ви повинні вміти:
- Сформулювати своїми словами визначення: еволюція, природний відбір, боротьба існування, адаптація, рудимент, атавізм, ідіоадаптація, біологічний прогрес і регрес.
- Коротко описати, як та чи інша адаптація зберігається добором. Яку роль відіграють гени, генетична мінливість, частота генів, природний відбір.
- Пояснити, чому відбору не утворюється населення ідентичних, бездоганно адаптованих організмів.
- сформулювати, що таке генетичний дрейф; навести приклад ситуації, у якій він грає важливу роль, і пояснити, чому його роль особливо велика у невеликих популяціях.
- Описати два способи виникнення видів.
- Порівнювати природний та штучний відбір.
- Коротко перерахувати ароморфози в еволюції рослин та хребетних, ідіоадаптація в еволюції птахів та ссавців, покритонасінних рослин.
- Назвати біологічні та соціальні чинникиантропогенезу.
- Порівнювати ефективність споживання рослинної та тваринної їжі.
- Коротко описати риси найдавнішої, стародавньої, викопної людини, людини сучасного типу.
- Вказати риси розвитку та подібності людських рас.
Іванова Т.В., Калінова Г.С., М'ягкова О.М. " Загальна біологія". Москва, "Освіта", 2000
- Тема 14. "Еволюційне вчення." §38, §41-43 стор. 105-108, стор.115-122
- Тема 15. "Пристосованість організмів. Видоутворення." §44-48 стор. 123-131
- Тема 16. "Докази еволюції. Розвиток органічного світу." §39-40 стор 109-115, §49-55 стор 135-160
- Тема 17. "Походження людини." §49-59 стор. 160-172