Доказательства эволюции: часть 2

Стадии эмбриогенеза

Как уже говорилось, развитие особей панмиктичных видов начинается с момента зачатия (оплодотворения женских гамет мужскими). Образовавшаяся зигота начинает делиться. В эмбриогенезе выделяют следующие стадии:

• Образование зиготы (оплодотворение).
• Стадия морулы, когда зигота поделилась на 32 клетки (бластомеры). Все клетки морулы одинаковы и полипотентны (могут развиваться в отдельный организм).
• Стадия бластулы, когда бластомеров уже 128. Зародыш представляет собой однослойный шар клеток, потерявших свойства полипотентности, с полостью внутри (бластоцель).
• Стадия гаструлы. Это двухслойный зародыш. Инвагинация клеток бластулы образует наружный слой (эктодерма) и внутренний слой (энтодерма) зародыша.
• Когда между экто- и энтодермальными слоями формируется слой мезодермы, стадия называется бластулой. Зародыш приобретает трехслойность, а слои называют зародышевыми листками. Именно из них сформируются ткани, органы и системы органов будущего организма.

Доказательства биогеографии

Биогеография — наука о закономерностях распространения растений, животных, грибов, бактерий на нашей планете. Она изучает пути и последствия распределения в природе и миграций организмов на формирование современных флор и фаун регионов. В путях расселения могут возникать различные препятствия или же новые связи между регионами (островами, материками и т. п.). Это отражается на сходстве или непохожести флор и фаун друг с другом. Например, раннее отделение Австралии, Океании и Южной Америки привело к формированию уникальных форм растительного и животного мира этих регионов (сохранение многих форм сумчатых и яйцекладущих млекопитающих, реликтовых растений, исчезнувших на других материках). Напротив, длительно существовавшая связь Северной Америки и Евразии привела к высокой степени сходства их живого мира.

Эмбриологические доказательства

Эмбриология — наука о зародышевом (или эмбриональном) развитии организмов. Установлено, что все многоклеточные организмы, способные к половому размножению, развиваются из одного оплодотворенного яйца (яйцеклетки). При этом К. Бэром в 1825-1828 гг. было обнаружено большое сходство развития зародышей (эмбрионов) у животных, относящихся к одному типу, описанное им как закон зародышевого сходства. Дальнейшие исследования подтвердили справедливость наблюдений К.Бэра. Сходство развития зародышей у животных разных систематических групп безусловно свидетельствует об общности их происхождения. При этом сначала проявляются признаки более древних предков (у хордовых — это зачатки хорды, наличие жаберных щелей), а затем — черты более поздних прародителей. По мере развития зародыша он приобретает все более заметные черты строения, характерные для класса, отряда, рода и, наконец, вида, к которому он принадлежит. Такое расхождение признаков зародышей по мере их развития носит название эмбриональной дивергенции.

Обобщая эти данные, немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель (1864-1866 гг.) сформулировали биогенетический закон: индивидуальное развитие (онтогенез) всякого организма есть краткое и сжатое повторение пути исторического развития (филогенеза) того вида, к которому данный организм относится.

Возврат к признакам предков получил в теории эволюции название рекапитуляции. Данный закон был развит и уточнен крупным российским (советским) ученым академиком А. Н. Северцовым, показавшим, что в индивидуальном развитии происходит повторение форм развития не взрослых предков, а только их эмбриональных стадий. Поэтому в целом соотношение между онтогенезом и филогенезом носит значительно более сложный характер, чем это постулировали Ф. Мюллер и Э. Геккель. Филогенез следует рассматривать как исторический ряд отобранных в процессе естественного отбора онтогенезов.

Биогенетический закон применим не только к хордовым, но и к другим группам животных и к растениям. Например, у многих насекомых личиночные стадии похожи на червей (гусеницы бабочек, личинки мух и т. д.), что свидетельствует о возможной близости предков этих животных. У ряда мохообразных (например, кукушкин лен) спора при прорастании образует нитчатое образование — протонему, похожую на нитчатые водоросли. В целом биогенетический закон сыграл огромную роль в выяснении филогенетических связей между разными группами организмов.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Группа доказательств эволюции, которая основывается на схожести некоторых частей тела и характеристик человека с другими животными и его предполагаемыми предками, называется сравнительно-анатомической.

Эта группа делится на такие более узкие разделы:

1. Рудиментарные органы. Это те части тела нашего вида, которые были важны для далеких предков, но сейчас они потеряли свою актуальность и не используются ни для каких действий и процессов. Пример – аппендицит. Это классический рудимент, который совершенно не нужен человеку в жизни и достался ему от предков млекопитающих, у которых он играл роль слепой кишки. Точно таким же рудиментом является кобчик – остаток хвоста, который постепенно уменьшался и в итоге был полностью скрыт. Известны случаи, когда люди рождались с увеличенным кобчиком, который выглядел как самый настоящий хвост, правда небольшого размера. Убирать его приходилось с помощью операции.
2. Гомологические органы. Различные животные и человек имеют массу органов и систем, которые по своей структуре практически идентичны, но в процессе эволюционного развития могли приобрести несколько разный внешний вид. Такие органы имеют совершенно одинаковое происхождение и аналогичное устройство. Пример крылья летучей мыши и рука человека, ласты кита, имеющие одни и те же кости и функциональные части.
3. Аналогичные органы. Еще одна группа доказательств, суть которой состоит в том, что многие органы человека и животных имеют совершенно различное эволюционное происхождение, но в конечном итоге играют одну и ту же роль. Пример глаза моллюсков развиваются из удлинения эктодермального слоя, в то время как у позвоночных глаза происходят из боковых ростков головного мозга.
4. Еще одна крупная группа сравнительно-анатомических доказательств – это атавизмы. Атавизмами называются характеристики человека, которые возвращают его к особенностям предков. Примеры чрезмерная волосатость, которая отсылает нас к обезьянам, более двух сосков на груди человека, что напоминает о родстве с другими млекопитающими, некоторые люди умеют двигать ушами, как животные, и многое другое.

Сравнительно-анатомические факты довольно говорящие и не требуют даже серьезного обоснования. Ведь достаточно нам увидеть человека, физиономия которого очень похожа на гориллу, мысли об эволюции начинают напрашиваться сами собой.

Ввод в общую теорию

В биологии под понятием «эволюция» подразумевают длительный процесс развития жизни на Земле. В результате этого сложнейшего процесса образовалось все многообразие живых форм, четко приспособленных к условиям своего существования.

Существуют морфо-физиологические, генетические, микробиологические, палеонтологические и эмбриологические доказательства эволюции.

Эмбриология – биологическая наука, которая занимается изучением развития зародыша из зиготы до рождения детеныша. Сюда относится и развитие малька в икринках рыб, и развитие птенца в яйцах птиц, и развитие младенца в утробе матери.

Доказательства эволюции

Раздел ЕГЭ: 6.3. Доказательства эволюции живой природы. Результаты эволюции: приспособленность организмов к среде обитания, многообразие видов

Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой природы, который сопровождается изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

ГРУППЫ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА

1. Палеонтологические доказательства

• Ископаемые остатки и отпечатки древних организмов показывают, как шла их эволюция.
• Филогенетические ряды: ряды видов последовательно сменяют друг друга в процессе эволюции.
• Переходные формы: латимерия — происхождение земноводных от рыб; стегоцефал — рептилий от амфибий.

2. Эмбриологические доказательства

Эмбриологические — зародыши всех позвоночных животных на ранних стадиях очень похожи друг на друга.

• Сходство зародышей позвоночных животных:
  ► форма тела; наличие хорды, хвоста;
  ► зачатки конечностей;
  ► жаберные карманы;
  ► один круг кровообращения.
• Расхождение признаков зародышей:
  ► по мере развития черты сходства между зародышами разных видов ослабевают;
  ► сначала появляются признаки рода, а затем вида

Закон зародышевого сходства (К. М. Бэр): на ранних стадиях зародыши всех позвоночных сходны между собой, более развитые формы проходят этапы развития примитивных. Только на более поздних фазах появляются признаки класса, затем отряда, семейства, рода, вида и особи. В эмбриональном развитии организмы имеют признаки своих эволюционных предков: все организмы начинают развитие с зиготы; двухслойный зародыш (гаструла); сходные стадии зародышевого развития (сходная последовательность закладки органов).

Биогенетический закон Геккеля — Мюллера: каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенез) кратко и сжато повторяет историю развития своего вида (филогенез). Этот закон устанавливает соотношение между онтогенезом (процесс индивидуального развития организма) и филогенезом. Филогенез — историческое развитие органического мира, его типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов. Филогенетический ряд — ряд ископаемых форм, последовательно связанных между собой в процессе эволюции как общими, так и частными чертами строения.

3. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства

Живые организмы обладают клеточным строением, общими принципами генетического кодирования наследственной информации и т. д.

4. Сравнительно-анатомические доказательства

Гомологичные органы — органы разных организмов, имеющие сходное строение и развитие из одинаковых эмбриональных зачатков, но выполняющие различные функции (передняя конечность позвоночных: лапа, крыло, ласт, рука).

Рудименты — органы, утратившие свою функцию, но сохраняющиеся в зачаточном состоянии (зубы мудрости, копчик).

Аналогичные органы — внешне подобные органы или их части, происходящие из различных исходных зачатков и имеющие неодинаковое внутреннее строение (крыло птиц и насекомых).

Атавизмы — развитие признака, присущего далёкому предку и в норме не встречающегося у современных форм (у человека появление хвоста, многососковость).

5. Биогеографические доказательства

Основываются на сравнении флоры и фауны разных континентов планеты и свидетельствуют о том, что виды возникали в определённых местах, а затем заселяли более широкую область.

АДАПТАЦИЯ

Адаптация — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции. Адаптации делятся на организменные (присущи каждому организму данного вида и позволяют ему выживать в определённых условиях среды) и видовые (направлены на существование вида как целостной системы). К организменным адаптациям относят:

Морфологические — средства пассивной защиты организмов, наличие которых определяет сохранение жизни особи в борьбе за существование,

Биохимические — все биохимические процессы.

Поведенческие — всё многообразие форм поведения, направленного на выживание организмов, к Физиологические — устойчивость физиологических параметров. При изменении условий среды эти адаптации становятся бесполезными.

Это конспект для 10-11 классов по теме «Доказательства эволюции». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по Биологии.
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по биологии

Биогеографические доказательства эволюции

Биогеография изучает развитие имеющихся форм жизни в разных частях планеты, на разных континентах, живущих в самых непохожих условиях и климате. С помощью таких исследований удается выявить интересную закономерность – живущие в одинаковом климате существа, но на разных частях земли, могут значительно отличаться.

Это является прямым доказательством того, что везде игра эволюции достаточно непредсказуема, и она порождает самые разные варианты живых существ в хаотическом творческом беспорядке.

Это можно наблюдать как у представителей растительного мира, так и у животных. Суть этого типа доказательств сводится к тому, чтобы указать – животный и растительный мир всей планеты берут начало в одной точке, но позже, в результате миграции и изоляции групп друг от друга, они эволюционировали различными путями.

Пример рыбы-цихлиды в озере Малави, где вода чистая и прозрачная, имеют фиолетовую или синюю окраску, а в озере Виктория, где воды мутные – желтую. Так данный вид приспосабливался к условиям проживания.

Палеонтологические доказательства

Палеонтология — наука, изучающая ископаемые остатки разных групп организмов или их отпечатки, следы и т. п., а также целые палеоценозы территорий. Изучение этих остатков обнаружило факты безусловного изменения растительного и животного мира во времени — в разных геологических пластах, различающихся по времени образования, присутствуют неодинаковые формы вымерших организмов. Показано, что и сами природные ландшафты целых регионов сильно изменялись во времени: моря наступали на сушу и отступали на обширных территориях, равнины сменялись горами, леса — степями или наоборот, и т. п. Ученым удалось также найти большое число переходных форм между ныне живущими и ископаемыми организмами (например, археоптерикс, сочетающий признаки птиц и рептилий; зверозубые ящеры, имеющие признаки млекопитающих; группа семенных папоротников, давшая начало голосеменным и т. д.).

Палеонтологам удалось установить ряд филогенетических рядов некоторых животных (например, прослежена эволюция лошади от мелкого по размерам эогиппуса с четырехпалыми передними и трехпалыми задними конечностями до современной лошади с однопалыми конечностями).

Морфологические доказательства

Морфология и анатомия — две близко связанные науки, изучающие внешнее и внутреннее строение организмов (растений и животных). Было установлено определенное сходство строения разных групп организмов и выявлены переходные формы между ними.

Большую роль для понимания процессов и направлений эволюции сыграло обнаружение рудиментов и атавизмов.

Атавизмы — возврат к признакам или появление органов, которые существовали у отдаленных предков, но были полностью утрачены в процессе эволюции. Например, появление хвоста, нескольких сосков на груди и животе или густого волосяного покрова у человека. Случаи появления атавизмов свидетельствуют о том, что гены, кодирующие их образование, не исчезли из генома, а находятся в нем в заблокированном состоянии. Если этот блок по каким-то причинам не срабатывает, то появляются атавизмы.

Рудиментами называются органы, имеющиеся у организмов, но давно утратившие свое исходное значение и поэтому находящиеся в недоразвитом состоянии. Эти органы были в активном состоянии у предков, но в связи с изменением условий жизни перестали быть необходимыми у потомков. Они закладываются на стадии эмбриогенеза, но не получают полного развития у взрослых форм растений и животных. Примерами могут быть ушные мышцы, отросток слепой кишки (аппендикс) и «третье веко»у человека (всего у человека более 90 рудиментарных органов). Рудиментами являются неразвитые кости задних конечностей у китообразных, глаза у пещерных и роющих животных (слепышей, кротов и др.) и т. п. В отличие от атавизмов, рудиментарные органы всегда присутствуют у организмов.

Изучение жизненных форм (или биоморф) растений и животных убедительно доказало возможность перехода от одних из них к другим. Например, у близких видов растений древесные формы могут заменяться на кустарниковые или стелющиеся в зависимости от условий обитания.

История эволюции в зародыше

На основании данных эмбриологии возможно проследить весь ход эволюции конкретного организма. Именно этот закон ввели в биологию Ф. Мюллер и Э. Геккель: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза. Например, у всех зародышей млекопитающих имеются зачатки жаберных дуг и мешков. В дальнейшем они превращаются в среднее ухо, миндалины, тимус и щитовидные железы. Но расположение кровеносных и нервных путей сохраняется. Вот почему гортанный возвратный нерв млекопитающих идет от мозга по гортани к аорте, огибает ее и возвращается к гортани. Именно так иннервируется круг нервных волокон вокруг жабр у рыб, что является эмбриологическим доказательством эволюции млекопитающих от водных предков.

Палеонтологические доказательства эволюции

Палеонтология сделала огромный вклад в развитие теории эволюции, так как она занимается поиском и изучением останков древних организмов.

Находки ученых в очередной раз доказывают, что человек и другие современные существа имеют массу сходств со своими вымершими предками, подобное строение скелета, измененные некоторые его части. Что-то уходит по ненадобности, что-то появляется, но всегда остается связь между предком и современным организмом.

Большая проблема палеонтологии – обнаружение переходных форм. Известен скандал, когда верность эволюции ставилась под сомнение тем фактом, что промежуточное звено между обезьяной и человеком все еще не обнаружено. Пример эволюция китообразных, которая поэтапно исследована палеонтологами.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Все организмы имеют клеточное строение (открытие клеточного строения живых организмов — одно из веских доказательств единства органического мира).

• общий план строениясвидетельствует о родстве той или иной крупной группы живых организмов; например, для позвоночных животных характерны двусторонняя симметрия тела, полость тела, позвоночник, две пары конечностей, череп, головной и спинной мозг, передние конечности единого плана имеют плечо, предплечье и кисть, задание бедро, голень и стопу, и пр.;
• наличие гомологичных органов(соответствующих друг другу по строению и происхождению независимо от выполняемых ими функций): рука человека, передняя конечность лягушки, ящерицы; усики гороха, листовые пластинки листа гороха; иглы барбариса, иглы боярышника; лист тюльпана и листочек цветка и пр.; аналогичные органы (выполняющие однородные функции, но не имеющие сходного строения и единого происхождение) не являются доказательством родства, к таким органам относятся крыло птицы и крыло насекомого;
• наличие рудиментов и атавизмов; рудименты: глаза у крота, правый яичник у птиц, копчик у человека; атавизмы: многососковость у человека, волосатость лица у человека;
• наличие переходных форм(эвглена зеленая, зверозубый ящер, иностранцевия и др.).

Биогеографические доказательства

Биогеография изучает распространение животных и растений. Эта наука тоже предоставила несколько веских доводов в пользу эволюции.

1. Распространение организмов соответствует эволюционному дереву

Если исходить из концепции разумного замысла, то земные организмы должны жить там, где для них созданы наиболее благоприятные условия.

А теория эволюции утверждает, что места обитания организмов зависят исключительно от места их происхождения. То есть если вид произошел от какой-то популяции, то будет жить неподалеку от нее.

Это мы и наблюдаем на нашей планете. Кактусы растут только в пустынях Америки, хотя на Земле есть и другие подходящие для них пустыни. А плацентарные млекопитающие почти не встречаются в Австралии, хотя условия для них там просто отличные (кролики и собаки Динго это подтвердят).

Да, многие виды превосходно бы себя чувствовали и в других уголках планеты. Но их распространение ограничено географическими барьерами и эволюцией.

2. Обитатели островов

На многих океанических островах нет организмов, неспособных преодолевать водные препятствия.

Например, на Гавайских островах живут различные эндемичные насекомые, птицы и растения. Но там нет пресноводных рыб, рептилий и млекопитающих (кроме тех, что завез человек). Такая же картина наблюдается на острове святой Елены и Галапагосских островах.

Почему Дизайнер не создал на островах «нормальных» млекопитающих, но создал такое множество эндемичных летучих мышей? С позиции разумного замысла ответить на этот вопрос сложно.

А вот с точки зрения эволюции, все просто: большинство млекопитающих не могут переплыть протяженный массив воды, тогда как летучие мыши способны преодолеть его по воздуху.

3. Параллельная эволюция

Параллельная эволюция — это когда существа, не имеющие генетического родства, дают сходные наборы жизненных форм. Например:

— Белка-летяга и сумчатая летяга;

— Муравьед и сумчатый муравьед;

— Крот и сумчатый крот.

Да, сумчатая летяга внешне похожа на белку-летягу, но генетически она ближе к кенгуру.

Теория эволюции объясняет это так: животные просто обживают свободные экологические ниши, а потому приобретают соответствующие признаки. Зачем Дизайнеру проектировать такие «дубли» — непонятно.

4. Ископаемые и дрейф континентов

Распространение ископаемых согласуется и с теорией эволюции, и теорией тектонических плит.

Например, останки самых древних сумчатых были найдены в Северной Америке. Сумчатые обитали там примерно 80 млн лет назад, тогда как в Австралии они появились лишь через 50 миллионов лет.

Ученые предположили, что животные «эмигрировали» из Америки в Австралию, когда те образовывали единый суперконтинент — Гондвану. Но в этом случае на пути у сумчатых находилась бы Антарктида, которая в то время тоже входила в Гондвану. А это значит, что следы животных должны присутствовать и там.

Предсказание оказалось верным. В 1982 году на острове Сеймур (рядом с Антарктидой) были найдены кости древних сумчатых.

Без теории эволюции и теории тектонических плит такое распространение ископаемых выглядело бы очень нелогичным.

5. Ископаемые и современные обитатели регионов

Еще Чарльз Дарвин заметил, что ископаемые животные часто похожи на тех, кто обитает в этом регионе сегодня.

Например, в Южной Америке, живут такие существа, как ленивцы и броненосцы. Там же были найдены их ископаемые предки — мегатерии (гигантские ленивцы) и глиптодонты (гигантские броненосцы). В других местах их останки просто не встречаются.

Все эти биогеографические закономерности объяснимы лишь в том случае, если организмы происходили друг от друга, а не возникли на Земле уже в готовом виде.

Эмбриологические доказательства

Прежде чем приступить к доказательствам из этого раздела, нужно прояснить пару моментов.

Мы привыкли говорить «эволюция организмов» и это, в общем-то, верно. Но если быть точными, то эволюционирует не сам организм, а программа его индивидуального развития (по-научному — «онтогенез»).

Эта программа определяет, как именно и в каком порядке будут делиться клетки, какие ткани и органы должны образоваться и т. п. И если у организма в процессе эволюции изменился какой-то признак (например, цвет шерсти), значит изменился алгоритм, которые отвечает за создание этого признака.

По сути, программа развития каждого вида — это просто «переделанная» программа развития его предков. При этом все изменения обычно записываются в самый конец программы. Дело в том, что мутации на ранних стадиях развития приводят к слишком уж радикальным изменениям и обычно вредны.

Из этого следует, что в процессе своего индивидуального развития организм будет отчасти повторять основные этапы эволюции вида. Так утверждают ученые-эволюционисты. Подтверждается ли это фактами? Да, подтверждается.

1. Сходство зародышей на ранних стадиях

Разные организмы проходят фактически одинаковые стадии развития: зигота, бластула, гаструла и так далее.

При этом на ранних стадиях наблюдается удивительное сходство между эмбрионами животных из групп. Например, у всех позвоночных (включая млекопитающих) в самом начале есть хвост и зачатки жаберных дуг.

Это указывает на то, что все они когда-то имели общего предка.

2. Повторение основных этапов эволюции

Как я уже писал, все эволюционные изменения записываются в самый конец программы индивидуального развития. Именно поэтому эмбрион повторяет основные этапы эволюции своего вида.

Например, жаберные дуги и жаберные мешки у млекопитающих постепенно превращаются в другие органы (евстахиевы трубы, среднее ухо и т. д.). У змей и безногих ящериц видны зачатки конечностей, которые со временем рассасываются. А у эмбрионов китов и дельфинов есть задние ноги, которые в процессе развития тоже исчезают.

Все эти метаморфозы, через которые проходит эмбрион, полностью соответствуют современным представлениям об эволюции видов.