Реферат
"Докази і методи вивчення еволюції органічного світу"
Гомологія. Порівняння окремих органів у хребетних тварин, що відносяться до різних класів, дає не менш переконливий доказ. Передні; кінцівки хребетних, незважаючи на різні функції, мають єдиний план будови, розвиваються у зародків з вихідних зачатків з однаковим розташуванням на тілі тварини. Скелет передніх кінцівок складається з плеча, передпліччя, утвореного ліктьової та променевої кістки, кісток зап'ястя і фаланг пальців. У скелеті задніх кінцівок також знаходимо єдиний план будови: стегнову кістку, велику і малу гомілкові кістки, кістки передплесна і плесна.
Органи, що відповідають один одному за будовою і походженням, називаються гомологічними.
Розгляньте форзац 4, вкажіть гомологічні кістки; відзначте відмінності, пов'язані з дивергенцією та пристосуванням до різних умов життя і до виконання різних функцій
Повна відповідність в кістках кінцівок, незважаючи на деякі відмінності у формі, розмірах, кількості, може бути пояснено тільки їх єдністю походження. Гомологи мають місце і в кінцівках різних комах (форзац 4). Вкажіть гомологічні частини.
Гомологічні органи спостерігаються і в рослин (форзац 4). Вусики гороху посівного, голки барбарису, колючки кактусів - видозмінені листки. Пелюстки у квітці білого латаття гомологічним тичинок, що втратив в процесі еволюції здатність утворювати пилок. У цьому квітці видно перехід від пелюсток до тичинок. Кореневища купени, папороті, конвалії, бульби картоплі, "дінці" ріпчастої цибулі, є підземними пагонами, - гомологи стебла.
Аналогія. У багатьох тварин різних систематичних груп є конвергентні органи. Крила птахи, метелики і летючої миші потрібні для польоту. Але крила метелика - особливе утворення на спинній стороні грудей, а крила птаха і кажана - змінені передні кінцівки.
Органи, виконують однорідні функції, але не мають загального будови і походження, називаються аналогічними. Для встановлення спорідненості між організмами вони не мають ніякого значення. Аналогічні зябра риби і річкового рака, риє кінцівки крота і капустянки.
Прикладом аналогічних органів у рослин можуть служити колючки і шипи, які виконують подібну функцію (захист від поїдання тваринами), але утворюються вони різному. Колючки кактусів і голки барбарису листового походження, в глоду вони стеблового походження, а шипи троянди, шипшини, малини - це вирости епідермісу.
Рудименти та атавізми. Рудиментами називають органи, що втратили в процесі еволюції своє первісне значення для збереження виду і перебувають у стадії зникнення ("рудіментум" - зачаток, лат., Тут: залишок).
Наприклад, у безногій ящірки-веретеніци є рудиментарний плечовий пояс. У птахів зберігся лише другий палець, а перший і третій рудиментарни. Другий і п'ятий пальці стопи корови і свині, другий і четвертий пальці коні (так звані грифельні кісточки), залишки кісток тазу і задньої кінцівки у кита також рудиментарни. Наявність рудиментів можливо пояснити тільки тим, що ці органи у далеких предків були нормально розвинені і функціонували, але в процесі еволюції втратили своє біологічне значення і збереглися у вигляді залишків.
Рудименти служать важливими доказами історичного розвитку органічного світу. Жоден із супротивників Дарвіна не намагався посилатися на рудименти у своїх запереченнях; занадто безглуздо було б приписувати створення недоцільних, непотрібних органів "розумної вищій силі".
Рудиментарні органи спостерігаються і у рослин. Навесні на кінцях лусочок нирок у клена видно маленькі листочки - це рудименти справжніх листків. На кореневищах пирію, конвалії, папороті, кімнатної рослини аспидистри є лусочки - рудиментарні листя. У крайових квітках суцвіття королицю, айстр, чорнобривців, соняшнику та багатьох інших складноцвітих під лупою добре помітні недорозвинені тичинки і маточки.
Історичний розвиток органічного світу підтверджують також атавізми ("атавус" - предок, лат) атавізми називають випадки повернення до ознак предків.
Як приклад може служити поява іноді третьої пари сосків на вимені корови, що вказує на її походження від тварин з числом сосків більше ніж 4. Інший приклад: іноді лошата народжуються зебровідно забарвленими, є випадки появи чорної смуги на спині гнідих коней. Це повернення до масті диких предків домашнього коня.
Перехідні форми. Порівняльно-анатомічне вивчення організмів дозволяє встановити перехідні форми.
Перехідними формами називають такі, які поєднують у своїй будові ознаки нижчих і вищих класів. Наприклад, у будові нижчих ссавців є риси, що наближають їх до плазунів. Качкодзьоб та єхидна (загін однопрохідних) мають клоакою і при розмноженні відкладають яйця подібно живим.
Клітинну будову. Відкриття клітинної будови рослин, тварин і людини приніс один з найбільш вагомих доказів єдності органічного світу. Живі організми, що належать до видів, далеким в систематичному відносин, складаються з клітин.
Простежимо подібність між зародками представників різних класів хребетних. На більш ранніх стадіях розвитку відзначаються напрочуд схожі контури тіла, наявність хвоста і зачатків кінцівок, подібна форма голови, з боків глотки зяброві кишені.
Розбіжність ознак у зародків. У міру розвитку риси подібності між зародками представників різних класів стають менш помітними, і тоді видно, до яких класів відносяться зародки. Потім в межах класу можна розрізнити зародків представників загонів. Поступово намічаються ознаки роду та виду.
Зародки людиноподібної мавпи горили і людини спочатку подібні. Пізніше у людського зародка лоб виступає вперед, і визначаються особливості розподілу волосяного покриву, а у зародка горили помітно виявляються видатні щелепи. Розбіжність ознак спостерігається в індивідуальному розвитку всіх хребетних тварин.
Біогенетичний закон. У другій половині XIX ст. німецькі вчені Ф. Мюллер і Е. Геккель встановили так званий біогенетичний закон: індивідуальний розвиток кожної особини є коротке повторення історичного розвитку виду, до якого ця особина відноситься.
Геккель вважав, що в індивідуальному розвитку треба розрізняти два роди ознак: одні з них стародавнього характеру, вони повторюють особливості будови предків, а інші більш пізнього походження, вони є пристосуваннями до умов зародкового і личинкового розвитку. Прикладом ознак першого роду можуть служити наявні у зародків всіх наземних хребетних судини, що відходять від серця, подібно зябрових артерій риб, зяброві щілини і хвіст у людського зародка. Наявність цих ознак можна пояснити лише повторенням історії виду в індивідуальному розвитку. Так, гусениця метелики, личинка жука згідно біогенетичному законом повторюють червоподібну стадію предків комах. Пуголовок у жаби - повторення рибообразних стадії предків земноводних.
Прикладами пристосувальних ознак можна назвати оболонки у зародків ссавців і птахів, які відіграють захисну роль, жовтковий мішок у малька форелі із запасом поживних речовин, ниткоподібні вирости оболонки яйця в акули, якими воно прикріплюється до підводного рослинності, присоски, зовнішні зябра, хвіст у пуголовка.
Біогенетичний закон докладемо до рослин. При розвитку нирок у клена, бузини, малини можна помітити перехід ниркових луски в листя. Чашолистки бутонів гортензії зелені, що показує їх типове листове походження; потім вони стають білими, рожевими і пр. (помилково їх іноді називають пелюстками).
Біогенетичний закон Геккеля - Мюллера, висловлюючи глибоку зв'язок між індивідуальним розвитком організмів і їх історичним розвитком, мав велике значення для з'ясування родинних зв'язків між організмами.
Сучасні уявлення про біогенетичному законі. Біогенетичний закон зазнав подальшій розробці і уточненням з боку багатьох вчених, і сучасні уявлення про нього істотно змінилися, особливо завдяки працям О.М. Северцова.
Дослідженнями встановлено, що в індивідуальному розвитку відбувається повторення стану не дорослих предків, а їх зародків. Наприклад, у зародка ссавця, як і у зародка риби, закладаються зяброві щілини. Це означає, що в індивідуальному розвитку ссавця збереглися і повторюються стадії, спільні з зародками риб, а не дорослого організму. Ще приклад: дослідженнями російського вченого-дарвініста А.О. Ковалевського встановлено значну схожість між личинками ланцетника і морської тварини асцидії (підтип покривників, тип хордових): вони плавають, мають хорду, нервову трубку і т.п. Ланцетник зберігає ці ознаки в дорослому стані, тільки менш рухливий. Доросла асцидій, ведуча прикріплений спосіб життя, цих ознак не має. Отже, ланцетник повторює в індивідуальному розвитку стадії, спільні з личинкою асцидії, а не з її дорослої формою. Е. Геккель мав рацію, стверджуючи, що в індивідуальному розвитку організмів має місце повторення ознак стародавнього характеру. Проте на деяких стадіях індивідуального розвитку ці ознаки можуть мати значення пристосувань. Наприклад, наявність хорди і нервової трубки в личинки асцидії вказує, що далекі предки цієї тварини вели рухливий спосіб життя. Отже, в даному випадку стародавні ознаки у личинки повторюються. Але хорда служить осьової опорою тіла, а нервова трубка, пов'язана з органами почуттів, забезпечує орієнтування тварини в середовищі, тобто ці ознаки є і пристосувальними у житті самої личинки.
Іноді деякі стадії, пройдені предками, випадають з індивідуального розвитку їх нащадків. Пояснимо це прикладом. У змій в процесі природного відбору у зв'язку з пересуванням при відсутностей кінцівок у багато разів збільшилася кількість хребців, ребер і мускульних сегментів у порівнянні з ящероподобнимі предками цих тварин. Якби в індивідуальному розвитку повністю повторювалося історичний розвиток, то у зародків змій на різних стадіях повинно було бути поступово зростаюче число хребців, ребер і мускульних елементів. У дійсності ж вони закладаються відразу в кількості, характерному для дорослих змій; таким чином, тут спостерігається скорочення - випадання низки стадій.
В індивідуальному розвитку не тільки випадають деякі стадії, але й виникають такі зміни органів, яких не було у зародків предків. Нові ознаки виникають на різних стадіях зародкового розвитку. Однак великі зміни в будові тіла, які залишаються у дорослих тварин і відрізняють їх від тварин інших систематичних груп, найчастіше з'являються на більш ранніх стадіях. Наприклад, рибообразние личинка жаби (загін безхвостих амфібій) має дуже короткий тулуб. А личинка тритона (загін хвостатих амфібій) на тій же стадії відрізняється подовженою формою, що залишається і в дорослому стані. Відомо, що обидва ці загону походять від одних спільних предків і вже пізніше дівергіровалі. Отже, скорочення числа хребців, що призвело в процесі еволюції до виникнення безхвостих амфібій, з'явилося у їхніх предків на ранній стадії розвитку, коли хребет ще тільки починає формуватися. Точно так же пояснюється велика різниця в довжині і числі закладаються хребців у зародків змій та ящірок, хоча вони походять від спільних предків.
Якщо нові ознаки спадкові і, не порушуючи ходу зародкового розвитку, виявляються корисними організму в дорослому стані, то в процесі природного відбору вони зберігаються у потомстві. Так в індивідуальному розвитку організмів закладаються нові шляхи їх історичного розвитку.
Зоогеографічні області. За розселенню наземних тварин розрізняють шість зоогеографічних областей суші:
1) палеарктичними,
2) Неоарктіческую,
3) Індомалайскую,
4) Ефіопську,
5) Неотропіческой і 6) Австралійську (рис.24). Дві перші області часто об'єднують під назвою Голарктичної.
У зоогеографічних областях представлені всі типи і класи тварин. Порівняння ж більш дрібних систематичних груп - загонів, родин, родів та видів - показує істотну різницю в. фауні різних областей.
Розглянемо кілька прикладів. Дві області північної півкулі - палеарктичними (Європа, велика частина Азії, Північна Африка) і Неоарктіческая (Північна Америка) - географічно між собою не з'єднані, але виявляють велику подібність у складі фауни. У тій і іншій області водяться олені, рисі, вовки, лисиці, ведмеді, бобри, видри, зайці і т.п., однакові або дуже близькі види. Американському бізонові відповідає споріднений вид - європейський зубр; сибірського оленя марали - американський олень вапіті.
Палеарктичними область, географічно складова одне ціле з Індомалайской і Ефіопської, різко відрізняється від них фауною. У палеарктичними області немає горил, шимпанзе, жирафів, лемурів, характерних для Ефіопської. Ні мавп, слонів, ящерів, носорогів, види яких представлені і в Ефіопської і Індомалайской областях, хоча вони розділені морями.
Неоарктіческая і Неотропіческой області займають два материки, з'єднані Панамським перешийком (подивіться на карті), однак мають великі відмінності у складі фауни. У Неотропіческой області мешкають броненосці, лінивці і мурахоїди із загону неполнозубих, широконосі мавпи, сумчасті щури, тапіри і лами, страуси нанду, колібрі та ін, яких немає в Неоарктіческой області.
Нарешті, найбільш своєрідний тваринний світ спостерігається в Австралійської області. Майже всі ссавці цієї області (виключаючи привезених) відносяться до підкласу сумчастих. Тут збереглися однопрохідні - качконіс і єхидна, яких ніде не можна більше зустріти. Птахи також вражають своєрідністю: ему і казуар, ківі-ківі, птах-ліра та багато інших, що відрізняються яскравим оперенням і звичками від птахів всіх інших областей.
У Новій Зеландії зустрічається гаттерія, зовні схожа на ящірку, - представник давно вимерлого загону первоящеров. У гаттерії на все життя зберігаються залишки хорди.
Флористичні області. Між флорами тих областей, фауни яких подібні, спостерігається навіть подібність. І навпаки, області, що відрізняються один від одного в значній мірі за складом фауни, відрізняються і флорами. Так, палеарктичними і Неоарктіческая флори подібні між собою: наприклад, європейські та американські види клена, ясена, сосни та ялини є близькими, спорідненими.
Флора Австралійської області, як і її фауна, виявляється особливо своєрідною. Характерні вічнозелені твердолисті лісу Західної Австралії: евкаліпти, акації з черешками, розширеними на зразок листа; стародавні голонасінні - саговники, схожі на пальми або деревоподібні папороті. У степах і напівпустелях - густі зарості чагарників з родин бобових, миртових та ін
Причини подібності та відмінності фаун і флор. Сучасний склад фаун і флор різних областей можна пояснити, якщо розглядати його історично. Кожен вид колись утворювався в певній галузі і розселявся з цього центру, поки не опинився перед перешкодами: високими горами, великими пустелями, морями, річками і т.п. Надалі фауни і флори областей і ділянок суші, розділених природними перешкодами, розвивалися відокремлено. Якщо таке відокремлення відбулося нещодавно, то спостерігається більша схожість фаун і флор в порівнянні з давно ізольованими один від одного областями. Так, відомо, що Берингову протоку, що розділяє тепер материки Євразії та Північної Америки, утворився порівняно недавно, близько 1 млн. років тому, коли їх фауни і флори вже придбали сучасний вигляд. Ось чому подібні палеарктичними і Неоарктіческая фауни.
Подібність між Індомалайской і Ефіопської фауна пояснюється тією обставиною, що ці області заселялися прибульцями з одного центру - Центральної Азії - під час наступу льодовика з півночі.
Різке відмінність Неотропіческой і Неоарктіческой фаун вказує на відносно недавнє з'єднання материків Північної та Південної Америки, що підтверджується вивченням пластів земної кори Панамського перешийка. Наявність сумчастих і неполнозубих в Неотропіческой області дозволяє припустити, що ці материки були колись пов'язані.
Своєрідність Австралійської фауни пояснюється дуже давнім відокремленням цього материка, внаслідок чого тваринний світ Австралії розвивався довгий час абсолютно ізольовано від фаун інших материків. Завдяки цьому тут вціліли дуже давні групи тварин, витіснені в інших областях більш досконалими групами.
Фауни і флори островів. На Галапагоських островах Дарвін знайшов місцеві, тобто ендемічні, види ящірок, черепах, птахів, равликів і комах, а також рослин, але близькі південноамериканським видам. Галапагоські острови досить рано відокремилися від Південної Америки. Острівні і материкові види дівергіровалі в різних напрямках, що і призвело до утворення ендемічних видів і родів.
Подібно острівної фауни, досить своєрідні фауни замкнутих водних басейнів. Найбільш яскравим прикладом служить озеро Байкал, де понад 3 / 4 видів фауни ендемічні.
Таким чином, сучасне географічне розподіл тварин і рослин можна зрозуміти і пояснити тільки з еволюційної точки зору.
Викопні рештки. Тільки незначна частина організмів або їх залишків могла зберегтися в земних пластах. М'які частини тіла звичайно розкладаються, не залишаючи слідів. Тверді частини, руйнуючись більш повільно, можуть заміщатися кремнеземом з проникаючих до них мінеральних розчинів. У подібних випадках утворюються скам'янілості. Іноді в гірській породі залишається порожнина, відповідна формі даного організму; з часом вона заповнюється мулом або піском, твердне і виходить як би його скам'янілий зліпок. В інших випадках організми повільно обвуглюються і залишають, немов друкарський відбиток на породі. У піску без доступу повітря і води трупи тварин і людей можуть пролежати багато тисяч років, зберігаючи шкіру і висохлі м'язи. У земних шарах збереглися і дійшли до нашого часу відбитки частин тіла вимерлих тварин, рослин, більш-менш повні скелети, кісткові і хітинові, щелепи, зуби, роги, луски, раковини, панцири, сліди ніг, пилок. Відомі цілі "кладовища" кісткових залишків, сліди боротьби між тваринами.
Тонкі прозорі шліфи, одержувані при мікроскопічних дослідженнях осадових порід, виявили залишки бактерій. Осадові залізні і марганцеві руди, боксити, фосфорити, глинисті морські та прісноводні відкладення включають масу бактерій.
За викопних залишках палеонтологи відновлюють зовнішній вигляд і будову організмів такими, якими вони були за життя.
Ери і періоди. Історію Землі і життя на ній вчені розбивають на певні проміжки часу - ери, які поділяються на періоди. Зміна ер і періодів відбувалася в результаті великих змін в органічному світі. Тривалість ер і періодів дізнаються визначенням кількостей продуктів розпаду радіоактивних елементів, який йде за будь-яких зовнішніх умовах з постійною швидкістю. Наприклад, вчені вирахували, що за кожні 100 млн. років від кг урану залишається 985 г й утворюється 13 г свинцю і 2 г гелію. Дізнавшись, скільки свинцю і гелію містить взята проба, підраховують, який час пішло на їх освіту, тобто який геологічний вік гірської породи.
В історії Землі розрізняють такі ери: кайнозойську - нову, мезозойську - середню, палеозойську - найстародавніших протерозойських - ранньої життя і архейську - початок 6 розвитку Землі. Назви ер походять від грецьких слів.
Найменування періодів дано у більшості випадків за назвою місцевості, де вперше виявили характерні для них викопні рештки.
Зміна фаун і флор на Землі. Наступність у розвитку фауни та флори будь-якій області багаторазово порушувалася горотворних процесами, наступами і відступами моря. Припустимо, море зайняло ділянку суші, а потім відступила, і суша знову утворилася на цьому місці.
Її фауна і флора вже не можуть бути "Представлені видами, які є безпосередніми нащадками тих видів, які населяли колишню сушу.
Зіставлення викопних решток із земних пластів різних геологічних епох переконливо свідчить про зміну органічного світу в часі. У найдавніших пластах укладені залишки представників лише типів безхребетних, а в більш пізніх пластах - залишки представників типу хордових. Пізніше з'явилися на Землі класи хребетних. У більш молодих геологічних пластах містяться залишки тварин і рослин, що відносяться до видів, схожим на сучасні.
Дані палеонтології дають великий матеріал про спадкоємних зв'язках між різними систематичними групами. В одних випадках вдалося встановити перехідні форми, в інших - філогенетичні ряди.
Викопні перехідні форми. Серед викопних організмів були відкриті, як і у сучасних, перехідні форми.
У найдавніших пластах земної кори (палеозойської ери) були знайдені залишки вимерлих земноводних плоскоголових - стегоцефалів. У будові їх скелета поряд з ознаками земноводних (будова кінцівок і зовнішній вигляд) можна відзначити ознаки риб - двоввігнуті хребці, наявність спинний струни, як у сучасних осетрових. У шкірі стегоцефалів були сильно розвинені окостеніння, подібні лусці риб. Разом з тим у пізніх стегоцефалів вже намітився шийний відділ хребта - ознака плазунів.
Великий інтерес з еволюційної точки зору являє знахідка археоптерикса у сланцях юрського періоду мезозойської ери. Ця тварина завбільшки з голуба мало ознаки птиці, але зберігало ще риси плазунів. Ознаки птахів: подібність задніх кінцівок з цівкою, наявність пір'я і загальний вигляд. Ознаки плазунів: довгий ряд хвостових хребців, черевні ребра та наявність зубів. Археоптерикс не міг бути гарним літуном, так як у нього слаборозвинена грудна кістка без кіля, гнучкий хребет і хвостові хребці.
У силурийском періоді з'явилися і широко поширилися в наступному, девонського періоду псилофіти. Це були невеликі трав'янисті і дерев'янисті рослини, які ростуть по берегах морів. У них був розгалужений стебло, покритий щетинками, підземна частина якого нагадувала кореневище з ризоїдами. Корній ще не було. Стебло вже був диференційований на тканини: провідні, покривні та механічні; шкірка мала продихи, які забезпечували газообмін і випаровування води. Псилофіти походять від зелених водоростей і були перехідними формами від нижчих, безсудинних спорових до вищих спорових - судинним рослинам: плауновим, Хвощова і папоротевим. Разом з тим псилофіти були перехідними від водних до наземних рослин. Філогенетичні ряди. Ряд видів, послідовно і явно переходять один в одного і змінюють один інший, називається філогенетичний. Палеонтологам вдалося відновити філогенетичні ряди деяких копитних, хижих, китоподібних, молюсків та ін
Російський учений В.О. Ковалевський на підставі палеонтологічних знахідок відновив історію коні. Найбільш древній її предок (початок палеогену) - еогіппус був зростом не більше лисиці, з чотирипалими передніми кінцівками, трипалими задніми і горбкуватими зубами травоїдного типу. Жив він у місцевостях з теплим і вологим кліматом, серед високих трав і чагарників, пересувався стрибками. До кінця неогену рослинність стала більш сухий і грубої; у відкритих степових просторах порятунок від ворогів можна було знайти в швидкому бігу, так як інших засобів захисту у цих тварин не було. Природний відбір проходив в напрямку подовження ніг і скорочення поверхні опори - зменшення кількості пальців, що досягають грунту, зміцнення хребта, що сприяло швидкому бігу, і освіти складчастих зубів. В результаті відбулася повна перебудова організму цих тварин. Незважаючи на величезну неповноту палеонтологічного літопису, на що вказував ще Дарвін, загальна картина розвитку життя на Землі представляється ясно. У міру переходу від більш давніх земних шарів до нових спостерігається поступове підвищення організації тварин чи рослин, поступове наближення фаун і флор до сучасних.
2. Кемп П., Армс К. Введення в біологію. М., 2000.
3. Лібберт Е. Загальна біологія. М., 1978
4. Льоцці М. Історія фізики. М., 2001.
5. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. Навчальний посібник. М., 1999.
6. Небел Б. Наука про навколишнє середовище. Як влаштований світ. М., 1993.
"Докази і методи вивчення еволюції органічного світу"
Порівняльна анатомія
Загальний план будови хребетних тварин. Незважаючи на великі відмінності в зовнішньому вигляді, способі життя і поведінці між хребетними тваринами, що належать до різних класів, у них можна знайти багато спільного у будові і розташуванні органів. Наявність двосторонньої симетрії, порожнини тіла, хребта, черепа, головного та спинного мозку, а також двох пар кінцівок та ін свідчить про єдність походження всіх хребетних.Гомологія. Порівняння окремих органів у хребетних тварин, що відносяться до різних класів, дає не менш переконливий доказ. Передні; кінцівки хребетних, незважаючи на різні функції, мають єдиний план будови, розвиваються у зародків з вихідних зачатків з однаковим розташуванням на тілі тварини. Скелет передніх кінцівок складається з плеча, передпліччя, утвореного ліктьової та променевої кістки, кісток зап'ястя і фаланг пальців. У скелеті задніх кінцівок також знаходимо єдиний план будови: стегнову кістку, велику і малу гомілкові кістки, кістки передплесна і плесна.
Органи, що відповідають один одному за будовою і походженням, називаються гомологічними.
Розгляньте форзац 4, вкажіть гомологічні кістки; відзначте відмінності, пов'язані з дивергенцією та пристосуванням до різних умов життя і до виконання різних функцій
Повна відповідність в кістках кінцівок, незважаючи на деякі відмінності у формі, розмірах, кількості, може бути пояснено тільки їх єдністю походження. Гомологи мають місце і в кінцівках різних комах (форзац 4). Вкажіть гомологічні частини.
Гомологічні органи спостерігаються і в рослин (форзац 4). Вусики гороху посівного, голки барбарису, колючки кактусів - видозмінені листки. Пелюстки у квітці білого латаття гомологічним тичинок, що втратив в процесі еволюції здатність утворювати пилок. У цьому квітці видно перехід від пелюсток до тичинок. Кореневища купени, папороті, конвалії, бульби картоплі, "дінці" ріпчастої цибулі, є підземними пагонами, - гомологи стебла.
Аналогія. У багатьох тварин різних систематичних груп є конвергентні органи. Крила птахи, метелики і летючої миші потрібні для польоту. Але крила метелика - особливе утворення на спинній стороні грудей, а крила птаха і кажана - змінені передні кінцівки.
Органи, виконують однорідні функції, але не мають загального будови і походження, називаються аналогічними. Для встановлення спорідненості між організмами вони не мають ніякого значення. Аналогічні зябра риби і річкового рака, риє кінцівки крота і капустянки.
Прикладом аналогічних органів у рослин можуть служити колючки і шипи, які виконують подібну функцію (захист від поїдання тваринами), але утворюються вони різному. Колючки кактусів і голки барбарису листового походження, в глоду вони стеблового походження, а шипи троянди, шипшини, малини - це вирости епідермісу.
Рудименти та атавізми. Рудиментами називають органи, що втратили в процесі еволюції своє первісне значення для збереження виду і перебувають у стадії зникнення ("рудіментум" - зачаток, лат., Тут: залишок).
Наприклад, у безногій ящірки-веретеніци є рудиментарний плечовий пояс. У птахів зберігся лише другий палець, а перший і третій рудиментарни. Другий і п'ятий пальці стопи корови і свині, другий і четвертий пальці коні (так звані грифельні кісточки), залишки кісток тазу і задньої кінцівки у кита також рудиментарни. Наявність рудиментів можливо пояснити тільки тим, що ці органи у далеких предків були нормально розвинені і функціонували, але в процесі еволюції втратили своє біологічне значення і збереглися у вигляді залишків.
Рудименти служать важливими доказами історичного розвитку органічного світу. Жоден із супротивників Дарвіна не намагався посилатися на рудименти у своїх запереченнях; занадто безглуздо було б приписувати створення недоцільних, непотрібних органів "розумної вищій силі".
Рудиментарні органи спостерігаються і у рослин. Навесні на кінцях лусочок нирок у клена видно маленькі листочки - це рудименти справжніх листків. На кореневищах пирію, конвалії, папороті, кімнатної рослини аспидистри є лусочки - рудиментарні листя. У крайових квітках суцвіття королицю, айстр, чорнобривців, соняшнику та багатьох інших складноцвітих під лупою добре помітні недорозвинені тичинки і маточки.
Історичний розвиток органічного світу підтверджують також атавізми ("атавус" - предок, лат) атавізми називають випадки повернення до ознак предків.
Як приклад може служити поява іноді третьої пари сосків на вимені корови, що вказує на її походження від тварин з числом сосків більше ніж 4. Інший приклад: іноді лошата народжуються зебровідно забарвленими, є випадки появи чорної смуги на спині гнідих коней. Це повернення до масті диких предків домашнього коня.
Перехідні форми. Порівняльно-анатомічне вивчення організмів дозволяє встановити перехідні форми.
Перехідними формами називають такі, які поєднують у своїй будові ознаки нижчих і вищих класів. Наприклад, у будові нижчих ссавців є риси, що наближають їх до плазунів. Качкодзьоб та єхидна (загін однопрохідних) мають клоакою і при розмноженні відкладають яйця подібно живим.
Клітинну будову. Відкриття клітинної будови рослин, тварин і людини приніс один з найбільш вагомих доказів єдності органічного світу. Живі організми, що належать до видів, далеким в систематичному відносин, складаються з клітин.
Ембріологія
Подібність зародків. Усі багатоклітинні організми розвиваються з заплідненого яйця. Процеси запліднення і розвитку зародків різних тварин протікають багато в чому схоже. Подібні факти можна пояснити тільки загальним походженням всіх живих істот.Простежимо подібність між зародками представників різних класів хребетних. На більш ранніх стадіях розвитку відзначаються напрочуд схожі контури тіла, наявність хвоста і зачатків кінцівок, подібна форма голови, з боків глотки зяброві кишені.
Розбіжність ознак у зародків. У міру розвитку риси подібності між зародками представників різних класів стають менш помітними, і тоді видно, до яких класів відносяться зародки. Потім в межах класу можна розрізнити зародків представників загонів. Поступово намічаються ознаки роду та виду.
Зародки людиноподібної мавпи горили і людини спочатку подібні. Пізніше у людського зародка лоб виступає вперед, і визначаються особливості розподілу волосяного покриву, а у зародка горили помітно виявляються видатні щелепи. Розбіжність ознак спостерігається в індивідуальному розвитку всіх хребетних тварин.
Біогенетичний закон. У другій половині XIX ст. німецькі вчені Ф. Мюллер і Е. Геккель встановили так званий біогенетичний закон: індивідуальний розвиток кожної особини є коротке повторення історичного розвитку виду, до якого ця особина відноситься.
Геккель вважав, що в індивідуальному розвитку треба розрізняти два роди ознак: одні з них стародавнього характеру, вони повторюють особливості будови предків, а інші більш пізнього походження, вони є пристосуваннями до умов зародкового і личинкового розвитку. Прикладом ознак першого роду можуть служити наявні у зародків всіх наземних хребетних судини, що відходять від серця, подібно зябрових артерій риб, зяброві щілини і хвіст у людського зародка. Наявність цих ознак можна пояснити лише повторенням історії виду в індивідуальному розвитку. Так, гусениця метелики, личинка жука згідно біогенетичному законом повторюють червоподібну стадію предків комах. Пуголовок у жаби - повторення рибообразних стадії предків земноводних.
Прикладами пристосувальних ознак можна назвати оболонки у зародків ссавців і птахів, які відіграють захисну роль, жовтковий мішок у малька форелі із запасом поживних речовин, ниткоподібні вирости оболонки яйця в акули, якими воно прикріплюється до підводного рослинності, присоски, зовнішні зябра, хвіст у пуголовка.
Біогенетичний закон докладемо до рослин. При розвитку нирок у клена, бузини, малини можна помітити перехід ниркових луски в листя. Чашолистки бутонів гортензії зелені, що показує їх типове листове походження; потім вони стають білими, рожевими і пр. (помилково їх іноді називають пелюстками).
Біогенетичний закон Геккеля - Мюллера, висловлюючи глибоку зв'язок між індивідуальним розвитком організмів і їх історичним розвитком, мав велике значення для з'ясування родинних зв'язків між організмами.
Сучасні уявлення про біогенетичному законі. Біогенетичний закон зазнав подальшій розробці і уточненням з боку багатьох вчених, і сучасні уявлення про нього істотно змінилися, особливо завдяки працям О.М. Северцова.
Дослідженнями встановлено, що в індивідуальному розвитку відбувається повторення стану не дорослих предків, а їх зародків. Наприклад, у зародка ссавця, як і у зародка риби, закладаються зяброві щілини. Це означає, що в індивідуальному розвитку ссавця збереглися і повторюються стадії, спільні з зародками риб, а не дорослого організму. Ще приклад: дослідженнями російського вченого-дарвініста А.О. Ковалевського встановлено значну схожість між личинками ланцетника і морської тварини асцидії (підтип покривників, тип хордових): вони плавають, мають хорду, нервову трубку і т.п. Ланцетник зберігає ці ознаки в дорослому стані, тільки менш рухливий. Доросла асцидій, ведуча прикріплений спосіб життя, цих ознак не має. Отже, ланцетник повторює в індивідуальному розвитку стадії, спільні з личинкою асцидії, а не з її дорослої формою. Е. Геккель мав рацію, стверджуючи, що в індивідуальному розвитку організмів має місце повторення ознак стародавнього характеру. Проте на деяких стадіях індивідуального розвитку ці ознаки можуть мати значення пристосувань. Наприклад, наявність хорди і нервової трубки в личинки асцидії вказує, що далекі предки цієї тварини вели рухливий спосіб життя. Отже, в даному випадку стародавні ознаки у личинки повторюються. Але хорда служить осьової опорою тіла, а нервова трубка, пов'язана з органами почуттів, забезпечує орієнтування тварини в середовищі, тобто ці ознаки є і пристосувальними у житті самої личинки.
Іноді деякі стадії, пройдені предками, випадають з індивідуального розвитку їх нащадків. Пояснимо це прикладом. У змій в процесі природного відбору у зв'язку з пересуванням при відсутностей кінцівок у багато разів збільшилася кількість хребців, ребер і мускульних сегментів у порівнянні з ящероподобнимі предками цих тварин. Якби в індивідуальному розвитку повністю повторювалося історичний розвиток, то у зародків змій на різних стадіях повинно було бути поступово зростаюче число хребців, ребер і мускульних елементів. У дійсності ж вони закладаються відразу в кількості, характерному для дорослих змій; таким чином, тут спостерігається скорочення - випадання низки стадій.
В індивідуальному розвитку не тільки випадають деякі стадії, але й виникають такі зміни органів, яких не було у зародків предків. Нові ознаки виникають на різних стадіях зародкового розвитку. Однак великі зміни в будові тіла, які залишаються у дорослих тварин і відрізняють їх від тварин інших систематичних груп, найчастіше з'являються на більш ранніх стадіях. Наприклад, рибообразние личинка жаби (загін безхвостих амфібій) має дуже короткий тулуб. А личинка тритона (загін хвостатих амфібій) на тій же стадії відрізняється подовженою формою, що залишається і в дорослому стані. Відомо, що обидва ці загону походять від одних спільних предків і вже пізніше дівергіровалі. Отже, скорочення числа хребців, що призвело в процесі еволюції до виникнення безхвостих амфібій, з'явилося у їхніх предків на ранній стадії розвитку, коли хребет ще тільки починає формуватися. Точно так же пояснюється велика різниця в довжині і числі закладаються хребців у зародків змій та ящірок, хоча вони походять від спільних предків.
Якщо нові ознаки спадкові і, не порушуючи ходу зародкового розвитку, виявляються корисними організму в дорослому стані, то в процесі природного відбору вони зберігаються у потомстві. Так в індивідуальному розвитку організмів закладаються нові шляхи їх історичного розвитку.
Біогеографія
Наука, що вивчає закономірності сучасного розподілу і поширення рослин і тварин на Землі, називається біогеографія. Вона надає ряд фактів, що свідчать на користь еволюційного вчення.Зоогеографічні області. За розселенню наземних тварин розрізняють шість зоогеографічних областей суші:
1) палеарктичними,
2) Неоарктіческую,
3) Індомалайскую,
4) Ефіопську,
5) Неотропіческой і 6) Австралійську (рис.24). Дві перші області часто об'єднують під назвою Голарктичної.
У зоогеографічних областях представлені всі типи і класи тварин. Порівняння ж більш дрібних систематичних груп - загонів, родин, родів та видів - показує істотну різницю в. фауні різних областей.
Розглянемо кілька прикладів. Дві області північної півкулі - палеарктичними (Європа, велика частина Азії, Північна Африка) і Неоарктіческая (Північна Америка) - географічно між собою не з'єднані, але виявляють велику подібність у складі фауни. У тій і іншій області водяться олені, рисі, вовки, лисиці, ведмеді, бобри, видри, зайці і т.п., однакові або дуже близькі види. Американському бізонові відповідає споріднений вид - європейський зубр; сибірського оленя марали - американський олень вапіті.
Палеарктичними область, географічно складова одне ціле з Індомалайской і Ефіопської, різко відрізняється від них фауною. У палеарктичними області немає горил, шимпанзе, жирафів, лемурів, характерних для Ефіопської. Ні мавп, слонів, ящерів, носорогів, види яких представлені і в Ефіопської і Індомалайской областях, хоча вони розділені морями.
Неоарктіческая і Неотропіческой області займають два материки, з'єднані Панамським перешийком (подивіться на карті), однак мають великі відмінності у складі фауни. У Неотропіческой області мешкають броненосці, лінивці і мурахоїди із загону неполнозубих, широконосі мавпи, сумчасті щури, тапіри і лами, страуси нанду, колібрі та ін, яких немає в Неоарктіческой області.
Нарешті, найбільш своєрідний тваринний світ спостерігається в Австралійської області. Майже всі ссавці цієї області (виключаючи привезених) відносяться до підкласу сумчастих. Тут збереглися однопрохідні - качконіс і єхидна, яких ніде не можна більше зустріти. Птахи також вражають своєрідністю: ему і казуар, ківі-ківі, птах-ліра та багато інших, що відрізняються яскравим оперенням і звичками від птахів всіх інших областей.
У Новій Зеландії зустрічається гаттерія, зовні схожа на ящірку, - представник давно вимерлого загону первоящеров. У гаттерії на все життя зберігаються залишки хорди.
Флористичні області. Між флорами тих областей, фауни яких подібні, спостерігається навіть подібність. І навпаки, області, що відрізняються один від одного в значній мірі за складом фауни, відрізняються і флорами. Так, палеарктичними і Неоарктіческая флори подібні між собою: наприклад, європейські та американські види клена, ясена, сосни та ялини є близькими, спорідненими.
Флора Австралійської області, як і її фауна, виявляється особливо своєрідною. Характерні вічнозелені твердолисті лісу Західної Австралії: евкаліпти, акації з черешками, розширеними на зразок листа; стародавні голонасінні - саговники, схожі на пальми або деревоподібні папороті. У степах і напівпустелях - густі зарості чагарників з родин бобових, миртових та ін
Причини подібності та відмінності фаун і флор. Сучасний склад фаун і флор різних областей можна пояснити, якщо розглядати його історично. Кожен вид колись утворювався в певній галузі і розселявся з цього центру, поки не опинився перед перешкодами: високими горами, великими пустелями, морями, річками і т.п. Надалі фауни і флори областей і ділянок суші, розділених природними перешкодами, розвивалися відокремлено. Якщо таке відокремлення відбулося нещодавно, то спостерігається більша схожість фаун і флор в порівнянні з давно ізольованими один від одного областями. Так, відомо, що Берингову протоку, що розділяє тепер материки Євразії та Північної Америки, утворився порівняно недавно, близько 1 млн. років тому, коли їх фауни і флори вже придбали сучасний вигляд. Ось чому подібні палеарктичними і Неоарктіческая фауни.
Подібність між Індомалайской і Ефіопської фауна пояснюється тією обставиною, що ці області заселялися прибульцями з одного центру - Центральної Азії - під час наступу льодовика з півночі.
Різке відмінність Неотропіческой і Неоарктіческой фаун вказує на відносно недавнє з'єднання материків Північної та Південної Америки, що підтверджується вивченням пластів земної кори Панамського перешийка. Наявність сумчастих і неполнозубих в Неотропіческой області дозволяє припустити, що ці материки були колись пов'язані.
Своєрідність Австралійської фауни пояснюється дуже давнім відокремленням цього материка, внаслідок чого тваринний світ Австралії розвивався довгий час абсолютно ізольовано від фаун інших материків. Завдяки цьому тут вціліли дуже давні групи тварин, витіснені в інших областях більш досконалими групами.
Фауни і флори островів. На Галапагоських островах Дарвін знайшов місцеві, тобто ендемічні, види ящірок, черепах, птахів, равликів і комах, а також рослин, але близькі південноамериканським видам. Галапагоські острови досить рано відокремилися від Південної Америки. Острівні і материкові види дівергіровалі в різних напрямках, що і призвело до утворення ендемічних видів і родів.
Подібно острівної фауни, досить своєрідні фауни замкнутих водних басейнів. Найбільш яскравим прикладом служить озеро Байкал, де понад 3 / 4 видів фауни ендемічні.
Таким чином, сучасне географічне розподіл тварин і рослин можна зрозуміти і пояснити тільки з еволюційної точки зору.
Палеонтологія
Палеонтологією називається наука про викопні організми. Переважна більшість видів, до яких ці організми належали, вимерло. Тим не менш, накопичений палеонтологічний матеріал дозволяє відновити загальний хід еволюції видів рослин і тварин.Викопні рештки. Тільки незначна частина організмів або їх залишків могла зберегтися в земних пластах. М'які частини тіла звичайно розкладаються, не залишаючи слідів. Тверді частини, руйнуючись більш повільно, можуть заміщатися кремнеземом з проникаючих до них мінеральних розчинів. У подібних випадках утворюються скам'янілості. Іноді в гірській породі залишається порожнина, відповідна формі даного організму; з часом вона заповнюється мулом або піском, твердне і виходить як би його скам'янілий зліпок. В інших випадках організми повільно обвуглюються і залишають, немов друкарський відбиток на породі. У піску без доступу повітря і води трупи тварин і людей можуть пролежати багато тисяч років, зберігаючи шкіру і висохлі м'язи. У земних шарах збереглися і дійшли до нашого часу відбитки частин тіла вимерлих тварин, рослин, більш-менш повні скелети, кісткові і хітинові, щелепи, зуби, роги, луски, раковини, панцири, сліди ніг, пилок. Відомі цілі "кладовища" кісткових залишків, сліди боротьби між тваринами.
Тонкі прозорі шліфи, одержувані при мікроскопічних дослідженнях осадових порід, виявили залишки бактерій. Осадові залізні і марганцеві руди, боксити, фосфорити, глинисті морські та прісноводні відкладення включають масу бактерій.
За викопних залишках палеонтологи відновлюють зовнішній вигляд і будову організмів такими, якими вони були за життя.
Ери і періоди. Історію Землі і життя на ній вчені розбивають на певні проміжки часу - ери, які поділяються на періоди. Зміна ер і періодів відбувалася в результаті великих змін в органічному світі. Тривалість ер і періодів дізнаються визначенням кількостей продуктів розпаду радіоактивних елементів, який йде за будь-яких зовнішніх умовах з постійною швидкістю. Наприклад, вчені вирахували, що за кожні 100 млн. років від кг урану залишається 985 г й утворюється 13 г свинцю і 2 г гелію. Дізнавшись, скільки свинцю і гелію містить взята проба, підраховують, який час пішло на їх освіту, тобто який геологічний вік гірської породи.
В історії Землі розрізняють такі ери: кайнозойську - нову, мезозойську - середню, палеозойську - найстародавніших протерозойських - ранньої життя і архейську - початок 6 розвитку Землі. Назви ер походять від грецьких слів.
Найменування періодів дано у більшості випадків за назвою місцевості, де вперше виявили характерні для них викопні рештки.
Зміна фаун і флор на Землі. Наступність у розвитку фауни та флори будь-якій області багаторазово порушувалася горотворних процесами, наступами і відступами моря. Припустимо, море зайняло ділянку суші, а потім відступила, і суша знову утворилася на цьому місці.
Її фауна і флора вже не можуть бути "Представлені видами, які є безпосередніми нащадками тих видів, які населяли колишню сушу.
Зіставлення викопних решток із земних пластів різних геологічних епох переконливо свідчить про зміну органічного світу в часі. У найдавніших пластах укладені залишки представників лише типів безхребетних, а в більш пізніх пластах - залишки представників типу хордових. Пізніше з'явилися на Землі класи хребетних. У більш молодих геологічних пластах містяться залишки тварин і рослин, що відносяться до видів, схожим на сучасні.
Дані палеонтології дають великий матеріал про спадкоємних зв'язках між різними систематичними групами. В одних випадках вдалося встановити перехідні форми, в інших - філогенетичні ряди.
Викопні перехідні форми. Серед викопних організмів були відкриті, як і у сучасних, перехідні форми.
У найдавніших пластах земної кори (палеозойської ери) були знайдені залишки вимерлих земноводних плоскоголових - стегоцефалів. У будові їх скелета поряд з ознаками земноводних (будова кінцівок і зовнішній вигляд) можна відзначити ознаки риб - двоввігнуті хребці, наявність спинний струни, як у сучасних осетрових. У шкірі стегоцефалів були сильно розвинені окостеніння, подібні лусці риб. Разом з тим у пізніх стегоцефалів вже намітився шийний відділ хребта - ознака плазунів.
Великий інтерес з еволюційної точки зору являє знахідка археоптерикса у сланцях юрського періоду мезозойської ери. Ця тварина завбільшки з голуба мало ознаки птиці, але зберігало ще риси плазунів. Ознаки птахів: подібність задніх кінцівок з цівкою, наявність пір'я і загальний вигляд. Ознаки плазунів: довгий ряд хвостових хребців, черевні ребра та наявність зубів. Археоптерикс не міг бути гарним літуном, так як у нього слаборозвинена грудна кістка без кіля, гнучкий хребет і хвостові хребці.
У силурийском періоді з'явилися і широко поширилися в наступному, девонського періоду псилофіти. Це були невеликі трав'янисті і дерев'янисті рослини, які ростуть по берегах морів. У них був розгалужений стебло, покритий щетинками, підземна частина якого нагадувала кореневище з ризоїдами. Корній ще не було. Стебло вже був диференційований на тканини: провідні, покривні та механічні; шкірка мала продихи, які забезпечували газообмін і випаровування води. Псилофіти походять від зелених водоростей і були перехідними формами від нижчих, безсудинних спорових до вищих спорових - судинним рослинам: плауновим, Хвощова і папоротевим. Разом з тим псилофіти були перехідними від водних до наземних рослин. Філогенетичні ряди. Ряд видів, послідовно і явно переходять один в одного і змінюють один інший, називається філогенетичний. Палеонтологам вдалося відновити філогенетичні ряди деяких копитних, хижих, китоподібних, молюсків та ін
Російський учений В.О. Ковалевський на підставі палеонтологічних знахідок відновив історію коні. Найбільш древній її предок (початок палеогену) - еогіппус був зростом не більше лисиці, з чотирипалими передніми кінцівками, трипалими задніми і горбкуватими зубами травоїдного типу. Жив він у місцевостях з теплим і вологим кліматом, серед високих трав і чагарників, пересувався стрибками. До кінця неогену рослинність стала більш сухий і грубої; у відкритих степових просторах порятунок від ворогів можна було знайти в швидкому бігу, так як інших засобів захисту у цих тварин не було. Природний відбір проходив в напрямку подовження ніг і скорочення поверхні опори - зменшення кількості пальців, що досягають грунту, зміцнення хребта, що сприяло швидкому бігу, і освіти складчастих зубів. В результаті відбулася повна перебудова організму цих тварин. Незважаючи на величезну неповноту палеонтологічного літопису, на що вказував ще Дарвін, загальна картина розвитку життя на Землі представляється ясно. У міру переходу від більш давніх земних шарів до нових спостерігається поступове підвищення організації тварин чи рослин, поступове наближення фаун і флор до сучасних.
Список літератури
1. Азімов А. Коротка історія біології. М., 1997.2. Кемп П., Армс К. Введення в біологію. М., 2000.
3. Лібберт Е. Загальна біологія. М., 1978
4. Льоцці М. Історія фізики. М., 2001.
5. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства. Навчальний посібник. М., 1999.
6. Небел Б. Наука про навколишнє середовище. Як влаштований світ. М., 1993.