Эволюционные идеи в биологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюционные идеи в биологии



1. История развития эволюционных идей

Термин «эволюция» применительно к биологическим процессам и явлениям означает процесс длительных и постепенных изменений, которые приводят к коренным качественным изменениям живых организмов, сопровождающимся возникновением новых биологических систем, форм и видов.

Все разнообразие видов живых организмов объясняли две концепции. В основе одной покоилась античная диалектика, в основе другой - христианский креационизм.

Аристотель в работе «О частях животных» нарисовал величественную «лестницу живых существ». Он описал непрерывный переход от неодушевленных предметов к растениям, а затем к животным. Но великий философ и ученый говорил не о развитии природы, а о том, что одновременно сосуществует длинный ряд живых форм, которые лишены преемственной связи между собой. Причем, при восхождении по этой лестнице возрастает сложность живых существ. Эти представления явились предтечей эволюционных теорий.

Термин «эволюция» предложил швейцарский ученый и философ Шарль Бонне (1720 - 1793). Он пришел к выводу о том, что черви-паразиты произошли от свободноживущих червей. Процесс, который привел к появлению нового вида, Бонне назвал эволюцией От латинского слова evolutio - развертывание. . В дальнейшем под эволюцией стали понимать развитие сложных организмов из более простых.

В XVIII веке эволюционные идеи высказывали Жорж Бюффон (1707 - 1788), Эразм Дарвин Дед Чарльза Дарвина. (1731 - 1802), Михаил Васильевич Ломоносов (1711 - 1765), Иоганн Вольфганг Гёте (1749 - 1832), который был не только великим поэтом, но и выдающимся ученым.

Французский ученый Жорж Бюффон в трактате «Естественная история» высказал мысль о том, что у различных видов могли быть общие предки. Изменение какого-либо вида происходит под влиянием внешней среды и передачи приобретенных признаков потомству.

Итак, одни ученые, вслед за Аристотелем, разделяли идеи градации. Другие, подобно Бюффону, признавали эволюцию видов. Однако ученые конца XVIII - начала XIX веков развивали идеи либо градации, либо эволюции живых существ. В единую теорию их впервые соединил французский ученый Жан Батист Ламарк (1744 - 1829), ботаник при Королевском ботаническом саде.

Свою теорию Ламарк изложил в книге «Философия зоологии» (1809). До Ламарка среди ученых была господствующей мысль о том, что среда либо вредный, либо нейтральный фактор для живых организмов. Благодаря Ламарку среду стали понимать как условие эволюции. Пока среда неизменна, виды постоянны. Когда среда изменяется, виды также начинают меняться.

Основным фактором эволюции Ламарк считал упражнение одних органов и пассивность других под влиянием внешних условий климата, почвы, пищи, света, теплоты и т.п.

Ламарк различал два процесса: Творение и производство. Творение Божественный акт, производство естественный закономерный процесс, в котором природа порождает новые формы. Творить может только Бог, природа способна только производить. Для творения Богу не нужно время. Природа нуждается в течении времени.

Происхождение примитивных форм жизни Ламарк объяснял действием Божественных сил. Для объяснения эволюции он предложил два принципа.

Принцип градации. Каждый живой организм обладает стремлением к совершенству, к повышению организации, которое заложено Богом.

Принцип прямого приспособления к условиям внешней среды. Он выражался в действии двух законов.

1. Закон упражнения органов. Органы изменяются вследствие продолжительного упражнения и неупражнения сообразно новым привычкам, возникающим под влиянием внешней среды.

2. Закон наследования приобретенных признаков. Приобретенные изменения наследуются новым поколением.

Когда изменяются условия окружающей среды, у животных может возникнуть необходимость в более интенсивном использовании некоторых органов, или наоборот, отказ от их использования. Постепенно один вид превращается в другой.

Например, предки болотных птиц стали жить на болоте. Они усиленно упражняли свои ноги, и те постепенно удлинялись и превратились в ноги современной цапли. Другие птицы были вынуждены жить на озерах и реках. Они пытались плавать, быстро разводя и соединяя пальцы. От этого кожа у оснований пальцев растягивалась, и через много поколений образовались плавательные перепонки. Длинные ноги и шея жирафа появились от необходимости доставать листья с деревьев, и в каждом поколении они росли. Плоское тело камбала приобрела от того, что лежала на боку на мелководье. Эти изменения передавались по наследству потомству и, тем самым, закреплялись, отчего один вид превращался в другой.

Однако подобные рассуждения не проливали свет на появление многих органов и частей тела. В самом деле, какое «упражнение» вызывало появление рогов у некоторых животных? Чтобы преодолеть эти трудности, Ламарк предположил, будто все живые существа обладают особым свойством - «стремлением к совершенствованию».

Теория Ламарка выражала идеи деизма. Согласно этому философскому направлению, Бог создал этот мир, но впоследствии отстранился от участия в его существовании. По Ламарку, Бог сотворил простейшие формы жизни, вложил в них стремление к совершенству, и дальнейшая эволюция протекает уже без Его участия.

Теория Ламарка не получила признания у современников. Но интерес к его идеям возродился во второй половине XIX века.

Немецкий зоолог Август Вейсман (1834 - 1914) в 70-е годы XIX века провел опыт. У 22 поколений белых мышей он отрезaл хвосты, однако это не повлияло на длину хвостов у потомков. Вейсман рассуждал следующим образом: с точки зрения теории Ламарка, из-за неиспользования хвосты должны были со временем укорачиваться. Вейсман объяснил результат опыта тем, что эта операция не воздействует на половые клетки мышей и поэтому не может оказать влияние на их потомков.

Однако Вейсман воздействовал на организм мышей фактором, от которого не должно было следовать физиологическое изменение в согласии с теорией Ламарка. Согласно закону упражнения органов, наследуется не любой приобретенный признак, а результат физиологического изменения. Например, согласно Ламарку, травмы не наследуются http://my.science.ua/blog/biology/chervi-virusy-nasledovanie-priobretennyh-priznakov-lamark-snova-prav.html.

2. Теория эволюции Дарвина

Свое эволюционное учение Чарльз Роберт Дарвин (1809 - 1882) изложил в книге «Происхождение видов путем естественного отбора», выпущенной в 1859 году. Экспериментальный материал для нее Дарвин собрал во время пятилетнего путешествия на военном корабле «Бигль», на котором он служил натуралистом.

Например, на Галапагосских островах Острова вблизи берегов Южной Америки. Дарвин обратил внимание на то, что островные вьюрки и черепахи похожи на материковых. Он пришел к выводу о том, что с материка они перебрались на острова, приспособились там, и новые условия обитания произвели в них определенные изменения.

Вернувшись на родину после завершения экспедиции, Дарвин заинтересовался селекцией - наукой о выведении новых пород домашних животных и сортов культурных растений. Чтобы добиться улучшения какого-либо признака, будь то густая шерсть у овцы, повышенные удои молока у коровы или сочные плоды груши, для скрещивания фермеры отбирали именно те животные и растения, у которых эти качества были выражены в наибольшей степени. Затем среди потомства отбирались лучшие, и через несколько поколений возникала новая порода или новый сорт с превосходными качествами. Эти методы привели Дарвина к пониманию процесса искусственного отбора.

Дарвина осенила мысль: быть может, подобные механизмы действуют в дикой природе? Большое впечатление произвела на него книга английского ученого, священника Томаса Мальтуса (1766 - 1834) «Трактат о народонаселении». В этой работе Мальтус делает вывод о том, что способность людей к рождению привела бы к перенаселению планеты, если бы не свирепствовали такие катаклизмы, как войны, эпидемии, голод.

Идеи трактата привели Дарвина к убеждению, что и в природе подобные механизмы должны сдерживать численность живых организмов. Действительно, произведенное потомство каждого вида во много раз превышает количество взрослых особей, которые дожили до способности произвести следующее поколение. Однако в среднем численность организмов какого-либо вида на любой территории остается постоянным. Бoльшая часть потомства погибает от недостатка пищи, нападения врагов, условий обитания и т.п. Таким образом, в природе избирательно уничтожаются одни особи и преимущественно размножаются другие, т.е. происходит естественный отбор или выживание наиболее приспособленных.

Естественный отбор избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями.

Любые благоприятные изменения организма повышают его шансы выжить и получить потомство, а неблагоприятные приводят к гибели. Если изменяется внешняя среда, полезными для выживания могут оказаться иные, чем прежде, признаки. Тогда меняется направление отбора, размножение широко распространяет новые признаки. Их накопление во многих поколениях может привести к появлению нового вида.

Первым звеном эволюции является изменчивость изменение организмов под действием внешней среды. Дарвин различал два вида изменчивости. При групповой происходит одинаковое изменение всех особей потомства какого-либо вида в одном направлении, а при индивидуальной появляются разнообразные незначительные особенные отличия у отдельных особей данного вида. Впоследствии групповые изменения стали называть модификациями, а индивидуальные мутациями.

Материалом для естественного отбора служит индивидуальная изменчивость организмов. Чем больше окажется полезных изменений у отдельной особи, тем выше будет вероятность ее выживания и появления у нее потомства с приобретенными признаками.

Чтобы сформировался сложный орган, необходимо множество согласованных между собой индивидуальных изменений. Их одновременное возникновение в высшей степени маловероятно. Поэтому следует предположить, что эволюция идет путем постепенного накопления малых изменений.

Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование:

1) межвидовую;

2) внутривидовую;

3) борьбу с неблагоприятными условиями внешней среды.

Таким образом, движущими силами эволюции Дарвин признал изменчивость, наследственность и естественный отбор. Изменчивость вызывает появление новых признаков живых организмов, наследственность передает эти изменения потомству, а естественный отбор закрепляет в последующих поколениях только те признаки, которые дают преимущество в борьбе за существование.

У Дарвина не было доказательств естественного отбора. Он сделал вывод о его проявлениях по аналогии с отбором искусственным.

Ламарк считал элементарной единицей эволюции отдельную особь. Для Дарвина таковой являлся вид. Иными словами, естественный отбор охватывает отдельные живые организмы, а также их группы. Отбор может сохранять признаки, не выгодные для отдельной особи, но полезные для многих. Примером может служить пчела. Она может ужалить врага, погибнуть, но своей жертвой сохранить пчелиную семью.

Другой ученый, англичанин Альфред Уоллес (1823 - 1913), самостоятельно пришел к теории эволюции органического мира. Он отправил письмо Дарвину, в котором приводил ее краткое изложение. Но к чести обоих, у каждого их них не было притязаний на первенство.

В июле 1858 года Дарвин и Уоллес прочли доклады на заседании Линнеевского общества в Лондоне. Наконец, в 1859 году, после двадцатилетней работы над теорией эволюции, Дарвин решился выпустить книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», в которой был напечатан также очерк Уоллеса. Весь тираж, состоящий из 1250 экземпляров, разошелся в течение одного дня.

В основе теории эволюции Дарвина лежат следующие положения.

1. Виды живых организмов способны к неограниченному размножению. Они обладают свойством неопределенной наследуемой изменчивости, которая является случайной, ненаправленной.

2. Из-за ограниченности ресурсов живые организмы ведут борьбу за существование, в ходе которой бoльшая их часть гибнет и не дает потомства.

3. Выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные к данным условиям среды. В этом проявляется естественный отбор.

4. В процессе естественного отбора у разных живых организмов одного вида накапливаются признаки, позволяющие им приспосабливаться к изменениям окружающей среды. Это ведет к расхождению между организмами и образованию новых видов.

Таким образом, наследственная изменчивость представляет собой предпосылку эволюции, борьба за существование и естественный отбор ее процесс, а образование видов результат См. Анисимов А. П. Концепции современного естествознания. Биология. Дальневосточный государственный университет. Владивосток, 2000. Сегмент 33. Факторы биологической эволюции. .

Британский инженер и физик Флеминг Дженкин (1833 - 1835) в 1867 году указал на уязвимое место в теории Дарвина. Таковым является представление о наследственности. Действительно, каким образом случайные изменения и наследственная передача приобретенных признаков потомству могут сохраниться и даже усилиться в дальнейшем? Как рассуждал Дженкин, когда скрещиваются одни организмы, у которых имеются полезные признаки, с другими, ими не обладающими, то эти признаки будут проявляться в потомстве ослабленными. В конце концов, через несколько поколений эти случайные изменения вовсе исчезнут, как ложка сахару в бочке воды. Этот вывод Дженкин получил с помощью элементарных арифметических расчетов.

Например, если среди белых роз определенные изменения среды приведут к появлению красной розы, то в первом поколении потомство будет розовым, во втором светло-розовым, в третьем светлейшим. И в скором времени появившийся признак полностью исчезнет.

Дарвину пришлось признать это рассуждение убедительным. Он назвал его «кошмаром Дженкина», поскольку не нашел против него аргументов. При тогдашних представлениях о наследственности расчеты английского инженера казались безупречными.

3. Генетика

Во второй половине XVIII начале XIX века ученые считали, что наследственные признаки гибрида растений определяются борьбой отцовских и материнских компонентов, а результат ее зависит от их количественного соотношения.

Научная генетика начинается с открытий Огюстена Сажрэ (1763 1851). Он первым стал исследовать не все, а лишь отдельные признаки растений, которые скрещиваются между собой для образования гибрида. Согласно распространенной в то время точке зрения, при гибридизации признаки родителей усредняются. Однако, изучая тыквенные растения, Сажрэ пришел к выводу о том, что в гибриде признаки не сливаются, а перераспределяются.

Дальнейшее развитие генетика получила в работах Грегора Менделя (1822 - 1884). Он служил в монастыре города Брюнне в Австро-Венгрии Ныне город Брно в Чехии. . В течение нескольких лет Мендель в монастырском саду проводил опыты с горохом. Развивая идеи Сажрэ, он изучал наследственные свойства не всех признаков растений, а лишь отдельных, и выявил важные закономерности.

8 марта 1865 года Мендель прочитал доклад на заседании Общества естествоиспытателей города Брюнне. В конце следующего года конспект его доклада был опубликован в очередном томе «Трудов Общества…» под названием «Опыты над растительными гибридами». Эту книгу получили 120 библиотек университетов мира. Около 40 отдельных оттисков своей работы Мендель отправил крупным ученым-ботаникам. Но современники не заметили великое открытие.

В 1900 году законы наследственности независимо друг от друга открыли три исследователя, живущие в разных европейских странах Хуго Де Фриз в Голландии, Карл Корренс в Германии, Эрих Чермак-Зейзенегг в Австрии. . Уже после своего открытия они обнаружили, что точно к таким же выводам пришел австрийский ученый Грегор Мендель, опередив их на 35 лет. Они назвали эти законы его именем.

Мендель проводил опыты с горохом 22 сортов, которые отличались по семи признакам. Он пришел к выводу о том, что каждое растение может быть либо высоким, либо низким, цвет горошин либо желтым, либо зеленым, кожица горошин либо гладкой, либо морщинистой. Иными словами, каждый признак представлен двумя альтернативными, т.е. взаимоисключающими состояниями, которые ученый назвал факторами.

Сначала Мендель скрещивал растения, которые отличались по одному признаку, например, по цвету. Он выбирал такие, у которых при самоопылении получались семена того же цвета, иными словами, проявлялись признаки в чистом виде. При скрещивании двух чистых форм разного цвета горошин в первом поколении все потомство оказалось одинаковым, т.е. проявляло фактор одного из родителей. Его Мендель назвал доминантным, или преобладающим. Другой фактор, который оказался подавленным, стал называться рецессивным.

Например, если скрещивались растения двух сортов, у которых горошины были желтые и зеленые, то в первом поколении гибридов у всех семян была желтая окраска. Иными словами, желтый цвет горошин доминантный фактор, зеленый - рецессивный.

Первый закон Менделя (закон доминирования). При скрещивании двух особей, которые различаются по одной паре альтернативных факторов, гибриды первого поколения проявляют лишь доминантный фактор.

В следующей серии опытов Мендель скрещивал между собой потомство первого поколения. В результате появились особи, у которых проявлялся как доминантный, так и рецессивный фактор. Первых было примерно в три раза больше, чем вторых.

Второй закон Менделя (закон расщепления). При скрещивании гибридов первого поколения их потомство проявляет доминантные и рецессивные факторы в соотношении 3: 1.

В примере с горохом во втором поколении гибридов произойдет расщепление: количество желтых горошин будет приблизительно в три раза больше, чем зеленых.

Наконец, Мендель пробовал скрещивать растения, которые различались по нескольким признакам, например, и по цвету горошин, и по высоте. Он пришел к выводу о том, что факторы наследуются независимо друг от друга, и соединение их является случайным.

Третий закон Менделя (закон независимого распределения). Расщепление каждой пары альтернативных факторов происходит независимо от других пар, так что факторы сочетаются между собой случайным образом.

Чтобы объяснить полученные закономерности, Мендель предположил, что каждая половая клетка содержит какой-либо один из альтернативных факторов. При скрещивании происходит слияние половых клеток, и оплодотворенная клетка нового организма получает от каждого из родителей по одному из факторов. В зависимости от того, состоит ли в слившейся половой клетке образованная пара доминантных, рецессивных или смешанных факторов, в новом организме проявляются те или иные наследственные признаки.

Законы Менделя показали, что обвинение Дженкина против теории Дарвина было неверным и «кошмаром» только казалось, но не являлось. Действительно, при скрещивании белой и красной розы потомки будут либо белыми, либо красными, но никогда - смешанного цвета.

После того как трое ученых заново открыли законы наследственности, генетика стала развиваться бурными темпами. В 1909 году датский биолог Вильгельм Иогансен (1857 - 1927) заменил менделеевский термин «фактор» понятием «ген От латинского слова genos - происхождение. ». Он обогатил генетику еще двумя понятиями - «генотип» и «фенотип». В настоящее время они определяются следующим образом.

Ген - структурная и функциональная единица наследственности живых организмов Одно и то же понятие может иметь несколько определений. При этом каждое из них выражает определенное качество, свойство, отношение. См. определение понятия «ген» в теме № 8. .

Генотип - совокупность всех генов одного организма.

Фенотип совокупность всех признаков одного организма.

Например, какое-либо конкретное растение гороха в ядрах клеток может содержать гены, определяющие цвет горошин, высоту и множество других признаков. Эта совокупность генов составляет генотип. Допустим, желтый цвет горошин, их гладкая кожа, большой рост растения и другие признаки вместе составляют фенотип.

Важный вклад в генетику сделали российский ботаник Сергей Иванович Коржинский (1861 - 1900) и его нидерландский коллега Хуго Де Фриз Один из трех ученых, которые в 1900 году заново открыли законы наследственности. (1848 - 1935), независимо друг от друга создавшие теорию мутаций.

Мутации изменения наследственных свойств организмов, которые возникают естественным путем или вызываются искусственно.

Как правило, они вредны. Чем сильнее мутация, тем меньше шансов выжить у новой формы организма. Но в редких случаях мутация может быть полезной. И тогда организм совершенствуется, лучше приспособляется к среде, чем его родственники, не претерпевшие изменений. А поскольку изменения произошли в наследственных свойствах, то они передаются потомству, и естественный отбор их закрепляет. Так теория мутаций смогла устранить недостаток теории Дарвина, проистекающий от незнания им законов наследственности. Она смогла соединить теорию эволюции и генетику.

Теория мутаций породила новые проблемы. Почему одни организмы определенного вида изменяются, а другие, живущие в подобных условиях, нет?

В 1927 году американский генетик Герман Мeллер (1890 - 1967) написал короткую заметку, в которой описал свои опыты. Он облучал плодовых мушек дрозофил рентгеновскими лучами и наблюдал резкое повышение изменчивости. В скором времени ученые обнаружили, что мутации могут возникать под действием различных видов излучений, многих химических соединений, резких изменений температуры и т.п.

Мутации - явления случайные, поэтому их результат неопределенный. Однако случайные изменения становятся необходимыми, если помогают организмам выживать в борьбе за существование. Закрепляясь в последующих поколениях, мутационные изменения способствуют возникновению новых видов.

Мутации лишь поставляют элементарный материал для эволюции и без других ее факторов не могут направлять изменение популяции.

Американский биолог Томас Хант Морган (1866 - 1945) и другие ученые в начале XX века создали хромосомную теорию наследственности. Наблюдая за делением клеток, Морган пришел к выводу о том, что основную роль в передаче наследственной информации играют хромосомы клеточного ядра. В клетках любого организма число хромосом невелико, а признаков много. Каждый признак определяется некоторым геном. Следовательно, в каждой хромосоме должно быть множество генов.

Исследования показали, что количество хромосом в ядрах клеток является постоянным для данного вида. Хромосомы всегда парные, иными словами, в клетке всегда имеются по две хромосомы каждого вида.

Основные выводы хромосомной теории наследственности следующие.

Хромосомы состоят из генов.

Ген неделимая единица наследственности.

Гены расположены на хромосомах в линейном порядке друг за другом.

В процессе мутации ген изменяется как единое целое.

Одно из важнейших положений хромосомной теории наследственности получило название закона Моргана.

Закон Моргана. Признаки, которые соответствуют генам, находящимся в одной хромосоме, наследуются совместно.



4. Неодарвинизм, или синтетическая теория эволюции

эволюция внутривидовой организм

Противоречия между эволюционной теорией и генетикой были преодолены после создания синтетической теории эволюции, которая является основанием современной эволюционной биологии.

Источниками синтетической теории эволюции стали классическая теория эволюции Дарвина, генетика и экология - наука о взаимоотношениях организмов и окружающей среды.

Дарвин понимал естественный отбор как выживание наиболее приспособленных. Его последователи пришли к более корректной формулировке. Во-первых, в некоторых случаях бессмысленно говорить о бoльшей или меньшей приспособленности. Например, как определить, кто более приспособлен, тигр или слон? Во-вторых, даже при незначительной степени приспособленности возможно размножение организмов.

Синтетическая теория эволюции признает, что результатом естественного отбора является элиминация.

Элиминация отстранение от размножения организмов, популяций и других уровней организации живых систем.

Современная экология привела к пониманию того, что эволюционные процессы протекают в пределах популяций.

Популяция относительно изолированная группа особей одного вида, которые длительное время населяют определенную территорию и способны к свободному скрещиванию.

Генофонд популяции совокупность всех генов, которые участвуют в свободном скрещивании.

Экология исследует, каким образом возникают изоляции внутри популяции и между близкими популяциями одного вида. Изоляции особенно важны на заключительных этапах видообразования, поскольку помогают закреплять возникающие новые признаки.

Синтетическая теория эволюции признала факторы эволюции, отмеченные Дарвином, и добавила новые:

1) мутационный процесс;

2) популяционные волны периодические изменения количества организмов в популяции;

3) изоляция обособленность группы организмов.

Согласно синтетической теории эволюции, движущая сила эволюции заключается в действии естественного отбора.

Синтетическая теория эволюции различает микроэволюцию и макроэволюцию.

Микроэволюция - совокупность эволюционных изменений, которые происходят в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени и приводят к образованию новых видов.

Макроэволюция эволюционные изменения за длительный исторический период, которые приводят к возникновению надвидовых форм организации живого родов, отрядов, классов.

Микроэволюция доступна непосредственному наблюдению. Макроэволюция происходит на протяжении длительных промежутков времени, поэтому ее невозможно наблюдать, но можно мысленно воссоздавать.

У макроэволюции нет особенных механизмов. Она происходит только путем микроэволюции, является результатом совокупного действия множества микроэволюционных процессов.

Основные положения синтетической теории эволюции можно выразить следующими утверждениями.

1. Главным фактором эволюции является естественный отбор.

2. Эволюция протекает постепенно, путем отбора случайных мутаций. Новые формы организмов образуются благодаря наследственным изменениям.

3. Эволюционные изменения случайны и ненаправленны. Исходным материалом для них являются мутации. Изменения внешних условий направляют наследственные изменения.

4. Макроэволюция осуществляется только путем микроэволюции См. Садохин А. П. Концепции современного естествознания. 2-е изд., перераб. и доп. М., ЮНИТИ-ДАНА, 2006. .

5. Аргументы, подтверждающие теорию эволюции органического мира

Различные биологические науки предлагают особенные аргументы для обоснования теории эволюции.

Палеонтология изучает ископаемые останки следы прежде живших организмов, сохранившиеся в земной коре.

Палеонтологи обнаружили, что в самых древних породах встречаются следы очень немногих простых организмов. В более молодых породах находится бoльшее разнообразие останков организмов, которые обнаруживают более сложное строение, что является аргументом в поддержку теории эволюции.

Немало страниц в летописи органического мира безвозвратно утеряны, поскольку многие вымершие виды оказывались в условиях, неблагоприятных для сохранения их останков или отпечатков.

Сравнительная анатомия выявляет у разных видов, родов, отрядов, классов гомологичные и рудиментарные органы.

Гомологичные органы - органы, построенные по одному плану, занимающие сходное положение и развивающиеся из одних и тех же зачатков.

Рудиментарные органы органы, которые сохраняются у организмов, но не выполняют никакой функции.

Например, у человека рудиментарными органами являются хвостовые позвонки, волосяной покров туловища, ушные мышцы, червеобразный отросток слепой кишки аппендикс.

Существование гомологичных и рудиментарных органов аргументировано объясняется с помощью теории эволюции органического мира.

Рис. 1. Гомологичные органы Вили К. Биология. Пер. с англ. М., Мир, 1964. С. 206. . Рисунок показывает сходство скелета передних конечностей различных позвоночных. Буквами обозначены передние конечности: А лягушки, Б ящерицы, В птицы, Г человека, Д кошки, Е кита, Ж летучей мыши. Цифрами обозначены: 1 плечевая кость, 2 локтевая кость, 3 лучевая кость, 4 кости запястья, 5, 6, 7, 8, 9 фаланги пальцев.



Сравнительная биохимия показала, что все живые организмы состоят из одинаковых химических веществ. Это подтверждает их биохимическое родство. Первоначально ученые доказали, что в клетки всех живых организмов входит одна и та же группа белков. Впоследствии такая же закономерность была обнаружена и для нуклеиновых кислот.

Эмбриология - наука о развитии организмов в стадии зародыша. Ее важнейшие понятия - онтогенез и филогенез.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма - от момента зарождения до окончания жизни.

Филогенез - эволюционная история какой-либо группы организмов.

Сравнительная эмбриология исследует жизнь эмбрионов разных видов животных.

Немецкие биологи Фриц Мюллер (1822 - 1897) и Эрнст Геккель (1834 1919) сформулировали биогенетический закон.

Биогенетический закон. Стадии развития зародыша повторяют этапы развития той группы организмов, к которой он относится.

Широко известна более лаконичная формулировка.

Онтогенез повторяет филогенез.

Иными словами, индивидуальное развитие организма повторяет развитие всего вида.

Например, зародыш позвоночного на разных этапах своего развития последовательно получает сходство с зародышами рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающего, и только на поздних этапах развития приобретает сходство со взрослой формой.



Рис. 2. Биогенетический закон Вили К. Биология. Пер. с англ. М., Мир, 1964. С. 579. . Рисунок показывает последовательные стадии развития: А рыбы, Б цыпленка, В свиньи, Г человека. Первые стадии развития этих зародышей весьма похожи. На более поздних стадиях уже заметно расхождение.

В процессе эмбрионального развития происходит дивергенция (расхождение) признаков у зародышей, которое отражает их филогенетическую дивергенцию.

Поэтому зародыши разных групп организмов более похожи, чем взрослые особи. Причем, чем более ранние стадии сравниваются, тем больше сходства обнаруживается.

Важнейшие положения темы № 10 «Эволюционные идеи в биологии»

Термин «эволюция» применительно к биологическим процессам и явлениям означает процесс длительных и постепенных изменений, которые приводят к коренным качественным изменениям живых организмов, сопровождающимся возникновением новых биологических систем, форм и видов.

Первую теорию эволюции создал Жан Батист Ламарк. Ламарк различал два процесса: Творение и производство. Творение Божественный акт, производство естественный закономерный процесс. Происхождение примитивных форм жизни Ламарк объяснял действием Божественных сил. Для объяснения эволюции Ламарк предложил два принципа.

Принцип градации. Каждый живой организм обладает стремлением к совершенству, к повышению организации, которое заложено Богом.

Принцип прямого приспособления к условиям внешней среды. Он выражался в действии двух законов.

1. Закон упражнения органов. Органы изменяются вследствие продолжительного упраж-нения и неупражнения сообразно новым привычкам, возникающим под влиянием внешней среды.

2. Закон наследования приобретенных признаков. Приобретенные изменения наследуются новым поко-лением.

Согласно теории Ламарка, когда изменяются условия окружающей среды, у животных может возникнуть необходимость в более интенсивном использовании некоторых органов, или наоборот, отказ от их использования. Постепенно один вид превращается в другой. Ламарк в своей теории совершил ошибку: как выяснилось впоследствии, приобретенные признаки не наследуются.

Чарльз Дарвин создал теорию эволюции, авторитетную до настоящего времени. Движущими силами эволюции Дарвин признал изменчивость, наследственность и естественный отбор. Изменчивость вызывает появление новых признаков живых организмов, наследственность передает эти изменения потомству, а естественный отбор закрепляет в последующих поколениях только те признаки, которые дают преимущество в борьбе за существование. Чарльз Дарвин повторил ошибку Ламарка, поскольку не знал, что приобретенные признаки не наследуются.

Законы наследственности открыл Грегор Мендель. В опытах с горохом он пришел к выводу о том, что каждый признак растения представлен двумя альтернативными, т.е. взаимоисключающими состояниями, которые ученый назвал факторами. Один фактор является доминантным, или преобладающим, другой рецессивным, или подавленным. Мендель сформулировал три закона наследственности.

Первый закон Менделя (закон доминирования). При скрещивании двух особей, которые различаются по одной паре альтернативных факторов, гибриды первого поколения проявляют лишь доминантный фактор.

Второй закон Менделя (закон расщепления). При скрещивании гибридов первого поколения их потомство проявляет доминантные и рецессивные факторы в соотношении 3: 1.

Третий закон Менделя (закон независимого распределения). Расщепление каждой пары альтернативных факторов происходит независимо от других пар, так что факторы сочетаются между собой случайным образом.

Противоречия между эволюционной теорией и генетикой были преодолены после создания синтетической теории эволюции, которая является основанием современной эволюционной биологии. Синтетическая теория эволюции признала факторы эволюции, отмеченные Дарвином, и добавила новые: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция организмов.

Вопросы для самоконтроля

1. Что означает термин «эволюция» применительно к биологическим процессам?

2. Какие фундаментальные идеи объединил Жан Батист Ламарк при создании своей теории эволюции?

3. Сформулируйте принцип градации Ламарка.

4. Сформулируйте принцип прямого приспособления к условиям внешней среды Ламарка.

5. Опишите опыт Вейсмана, призванный опровергнуть некоторые представления Ламарка.

6. Какое влияние оказал трактат Томаса Мальтуса о народонаселении на мировоззрение Чарльза Дарвина?

7. Что такое естественный отбор?

8. Какие виды изменчивости различал Чарльз Дарвин?

9. Сформулируйте основные идеи эволюционного учения Дарвина.

10. Какой аргумент против теории Дарвина выдвинул Флеминг Дженкин?

11. Какие факторы наследственных признаков живых организмов Грегор Мендель назвал доминантными, а какие - рецессивными?

12. Сформулируйте три закона Менделя.

13. Что такое мутация?

14. Сформулируйте основные идеи хромосомной теории наследственности.

15. Сформулируйте закон Моргана.

16. Что такое элиминация?

17. Что такое популяция?

18. Синтез каких теорий представляет собой синтетическая теория эволюции?

19. Назовите факторы эволюции, согласно синтетической теории эволюции, которые были неизвестны Дарвину?

20. Что такое микроэволюция?

21. Что такое макроэволюция?

22. Сформулируйте основные положения синтетической теории эволюции.

23. Какие аргументы приводит палеонтология в подтверждение теории эволюции органического мира?

24. Какие аргументы приводит сравнительная анатомия в подтверждение теории эволюции органического мира?

25. Какие органы называются гомологичными? Приведите примеры.

26. Какие органы называются рудиментарными? Приведите примеры.

27. Что такое онтогенез?

28. Что такое филогенез?

29. Сформулируйте биогенетический закон.

Размещено на Allbest.ru