Урок Получить доступ за 75 баллов Эволюция. Основные понятия

Слово “эволюция” происходит от латинского “evolutio”, что означает развертывание.

Термин был введен швейцарским ученым Шарлем Бонне в 1762 году.

В современном представлении биологическая эволюция - это естественный процесс развития живой природы.

С давних пор человек пытался понять откуда возникла жизнь на планете Земля, почему существует так много животных и растений, и как они могут жить на одной территории.

Еще до начала нашей эры в трудах ученых древних Индии, Китая и Греции мелькали идеи о возникновении жизни и разнообразии организмов.

Философы Индии выдвигали идеи развития материального мира из “праматерии”.

Но уже в конце первого тысячелетия до нашей эры в Древнем Китае зародились представления о возможности превращения одних живых существ в другие.

Во времена античности ученые Древней Греции продолжили развивать идеи о многообразии живого мира.

Древнегреческий философ Гераклит в 6 веке до нашей эры считал, что все живые существа, в том числе и человек, развивались естественным путем из первичной материи, перерождаясь из простых в более сложные.

Аристотель (384- 322 до н. э.) создал учение о биологической целесообразности, в котором разделил животных на простые и сложные.

Еще в древние времена были заложены понятия о единстве и многообразии живой природы.

В средневековой Европе работы о развитии природы не получили своего продолжения, вся живая природа представлялась как результат творения Богом, а растения и животные использовались человеком только в практических целях.

18 век считают веком великих географических открытий.

В это время человек активно осваивал новые земли и накопил много сведений о ранее неизвестных растениях и животных.

На основе всех знаний человечества в 1753 году Карл Линней создал систематику растений и животных объединив их в группы по схожим признакам.

Самой наименьшей группой Линней сделал вид как основную единицу классификации.

Также он ввел двойное (бинарное) название для каждого организма, которое содержит название рода (имя существительное) и название вида (имя прилагательное).

Например, кошка домашняя, одуванчик лекарственный, сосна лесная.

Однако, систематика Линнея была несовершенна, так как основывалась на небольшом числе признаков (количество лепестков, форма плавников) и не объясняла историческое родство между организмами.

Но именно на ее основе была создана современная классификация живых организмов.

Многие ученые того времени были близки к открытию эволюционной теории и делали успехи в исследовании доказательств эволюции.

Французский зоолог Жорж Кювье обнаружил сходство ископаемых и современных животных, выдвинув идею постоянства видов, и показал сравнительные филогенетические ряды животных.

Немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц предсказал существование переходных форм между растениями и животными.

Первое эволюционное учение было создано французским ботаником и зоологом Жаном Батистом Ламарком, который в 1809году выпустил свой труд “Философия зоологии”.

Согласно Ламарку, простые живые организмы возникают путем самозарождения из веществ неживой природы.

Их развитие идет в направлении прогрессивного усложнения организмов путем эволюции.

Ламарк выделил два независимых пути эволюции:

• градация- развитие от простого к сложному
• изменение организмов под воздействием окружающей среды

Ж.Б. Ламарк создал картину животного мира, в основе которой принцип родства между организмами.

Исследовав строение систем органов, он разместил 14 классов животных на 6 ступенях в порядке их усложнения: от инфузории до птиц и млекопитающих.

По его мнению, усложнение организации происходит под действием внутреннего присущего всем живым существами стремления к совершенствованию, заложенного при сотворении мира.

Развитие организмов под воздействием окружающей среды Ламарк объяснял с помощью двух законов:

• упражнения и неупражнения органов
• наследования благоприобретенных признаков

Организм, согласно Ламарку, изменяется в полезную для себя сторону: у жирафа вытянулась шея благодаря упражнениям, чтобы он смог достать листву деревьев, у змеи исчезли конечности для удобства передвижения по песку.

Также, Ламарк полагал, что приобретенная полезная изменчивость обязательно передается по наследству.

Главная заслуга Ламарка состоит в том, что он создал цельное учение об эволюции органического мира и первым обратил внимание на связь организмов со средой обитания, которую рассматривал как причину изменения видов.

Недостатки теории Ламарка в том, что его теория:

• не раскрывает причины развития живого мира
• ошибочно утверждает о внутреннем стремлении организмов к самосовершенствованию

В 17 веке в Англия переживает буржуазную революцию и начинается развитие капитализма.

В результате эксплуатации колоний в Англии накапливаются большие богатства, а свободные деньги уходят в промышленность и сельское хозяйство.

Происходит “промышленная революция”, начинается рост заводов и фабрик, увеличивается рост городского населения, повышается спрос на сельскохозяйственные  продукты питания.

Экономическая обстановка в Англии в середине 19 века была благоприятна для развития эволюционной теории.

Применяя методы селекции человек начинает работу по улучшению сортов культурных растений и пород домашних животных.

Зная результаты селекции, Дарвин начинает анализ процесса видообразования в природе.

Организмы и их ископаемые останки, которые он находил, противоречили взглядам того времени о неизменности видов и наводили на мысли об эволюции.

В Южной Америке Дарвин обнаруживает скопление костей животных. Он замечает, что массовая гибель животных не связана с катастрофами, на что ранее указывал Ж. Кювье.

Палеонтологические находки помогли Дарвину найти сходство вымерших неполнозубых с современными ленивцами, муравьедами и броненосцами, встречающимися в той же местности.

Дарвин вывел предположение о родстве вымерших и современных видов млекопитающих.

Изучая фауну Галапагосских островов, Чарльз Дарвин обратил внимание на схожесть и отличия животных из американского континента с другими такими же на других участках земного шара.

Черепахи и вьюрки на разных островах представлены новыми видами, отличающимися друг от друга по одному или нескольким признакам.

Первую половину 19 века мысли англичан занимали идеи свободной конкуренции в бизнесе, перенаселения, естественной “гибели” неудачливых конкурентов.

Эти идеи натолкнули Дарвина на существование подобных аналогий в природе и подготовили почву для объяснения эволюции органического мира.

По мере развития различных отраслей науки накапливались сведения, несовместимые с идеями о неизменности природы и существования создателя.

Немецкий философ Иммануил Кант пришел к заключению, что Земля и вся Солнечная система- это нечто, возникшее во времени и постоянно изменяющееся.

В начале 19 века английский естествоиспытатель Чарлз Лайель обосновал идею об изменяемости поверхности Земли и её органического мира под влиянием климата, вулканических сил и других факторов.

Шведский ученый Йен Якоб Берцелиус изучил химический состав разных частей организма и некоторых органических продуктов (молока, крови, костей).

Он выяснил, что живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и неживая природа.

В середине 19 века немецкий химик Фридрих Вёлер впервые получил в лаборатории химическим путем мочевину из неорганических веществ, доказав, что образование органических веществ возможно без участия “жизненной силы”.

В 40- х годах 19 века ученые доказали, что разные виды энергии (тепловая, механическая, электромагнитная) в природе, являются видоизменением энергии движения.

Русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев (1843- 1920) выяснил, что закон превращения энергии свойственен и живым организмам, например, в процессе фотосинтеза.

К 19 веку наука имела широкие представления о многообразии органических форм жизни и их сходстве.

Ученые знали о гомологичных органах и едином плане строения всех живых организмов в пределах типа, а сходство зародышей позвоночных на ранних стадиях развития (закон Бэра) и единство клеточного строения (клеточная теория Шванна) только подтвердили единство происхождения всех организмов.

Человечество было близко к созданию эволюционной теории. Нужен был ученый, кто объединил бы все достижения воедино и сделал правильные выводы.

И таким ученым стал Чарльз Дарвин.

Эволюционная теория Дарвина имела огромное значение для общества, так как подорвала религиозные взгляды о создателе и постоянстве видов.

Все биологические дисциплины стали рассматривать объекты изучения с позиций их эволюционного развития.

При этом эволюционная теория основывалась на данных многих наук (ботаники, зоологии, палеонтологии и других).

В труде “Происхождение видов путем естественного отбора” Ч. Дарвин обосновал изменение видов во времени.

Дарвин представил результаты эволюции в виде разнообразия видов, их приспособленности к условиям окружающей среды и выявил существование организмов с разными уровнями организации.

Дарвином было доказано, что всем живым организмам свойственны:

• индивидуальная наследственная изменчивость по любым признакам
• размножение в геометрической прогрессии
• внутривидовая борьба за существование ввиду ограниченных жизненных ресурсов
• выживание наиболее приспособленных особей

Таким образом, основные движущие силы эволюции- это наследственная изменчивость, естественный отбор и борьба за существование.

Наследственная изменчивость представляет собой усовершенствование генов и свойств организма для лучшей выживаемости индивида.

Возникает в результате мутаций и комбинативной изменчивости.

Разнообразие наследуемых признаков объясняется закреплением удачных признаков, помогающих организму выживать в меняющихся условиях среды.

Эволюция живых организмов предполагает изменение в наборе генов  и сохранение тех генов, которые кодируют наиболее удачные признаки.

Увеличение числа носителей благоприятных генов приводит к наследственным изменениям признаков организма, эти особи становятся более жизнестойкими.

Наследственная изменчивость возникает в результате взаимодействие наследственного материала с условиями внешней среды.

При этом приобретенные признаки сохраняются в течение многих поколений.

Ярким примером движущего отбора является «индустриальный меланизм бабочки берёзовой пяденицы»: резкое повышение доли бабочек, имеющих темную окраску, в популяциях, которые обитают в загрязненных промышленных районах.

Во время промышленной революции в Англии из-за загрязнения атмосферы стволы деревьев берез значительно потемнели, а также погибли светлые лишайники.

Поэтому бабочки исходной светлой формы стали очень видны для хищников на фоне потемневших стволов берез, и птицы активно поедали их.

Постепенно в ряде районов доля темноокрашенных бабочек достигла 99 %, но это продолжалось не долго, так как в 1960 годы начали активно бороться с загрязнением окружающей среды, что дало свои плоды.

Вновь стали появляться светлые лишайники на коре берез и уже на белом фоне стали более заметны бабочки с темной окраской. Постепенно они вновь были вытеснены бабочками со светлой окраской.

Сейчас частота встречаемости темных бабочке составляет примерно 5%.

Борьба за существование- одна из движущих сил эволюции.

Состоит в стремлении особей к размножению в геометрической прогрессии, что ограничивается жизненными ресурсами (территория, пища и другие).

Выделяют следующие её формы:

• борьба с абиотическими факторами (неживой природы): например, ограниченная территория, нехватка света и воды
• внутривидовая борьба происходит между особями одного вида: например, в одной стае волков за добычу
• межвидовая борьба возникает между разными видами животных: например, ромашка и одуванчик конкурируют за влагу в почве

Естественный отбор- выживание наиболее приспособленных особей с удачными наследственными признаками и их последующее размножение.

Естественный отбор является результатом борьбы за существование.

При естественном отборе происходит:

• образование признаков полезных для выживания
• выживание особей с этими признаками в новых условиях среды
• размножение этих особей, рост численности и распространение полезных наследственных признаков

Биохимические доказательства эволюции говорят о том, что все организмы (вирусы, бактерии, растения, животные, грибы) состоят из одних и тех же химических элементов.

Все они имеют схожие белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Структура генетического кода, биосинтез белков и нуклеиновых кислот едины для всего живого.

У большинства организмов в качестве молекул аккумуляторов энергии используется АТФ, также одинаковы механизмы расщепления сахаров и основной энергетический цикл клетки.

Следующее доказательство эволюции состоит в том, что большинство организмов имеют клеточное строение, за исключением царства вирусов.

Клетки организмов схожи между собой по строению и выполняемым функциям.

Эмбриологические доказательства эволюции обнаружены в сходстве стадий зародышевого развития позвоночных животных.

Все многоклеточные животные проходят в онтогенезе стадии бластулы и гаструлы.

Например, у всех наземных позвоночных в эмбриональных стадиях развития присутствуют хвост и жаберные щели, которые исчезают по мере развития эмбриона.

Морфологические доказательства эволюции представлены промежуточными формами между разными группами организмов.

Отличным примером этого служит животное утконос, который имеет признаки рептилий и млекопитающих.

Наличие гомологичных органов также свидетельствует о единстве происхождения видов.

Например, чешуи лука, колючки кактуса, усики винограда- это видоизмененные листья.

Также некоторые органы утрачивают свое значение у взрослых животных, потому что являются для них “лишними” - это так называемые рудиментарные органыили рудименты.

К рудиментам относятся остатки тазового пояса у кита и задние конечностей питона.

Если рудименты проявляются у единичных особей, их называют атавизмами.

Например, у человека волосы на теле утратили свое первоначальное значение, однако случается мутация и рождаются люди с густой шерстью по всему телу.

Наличие рудиментов так же, как и гомологичных органов, тоже свидетельство общности происхождения.

Палеонтологические доказательства эволюции указывают на причины эволюционных преобразований.

Ученые постоянно обнаруживают останки вымерших животных очень похожих на современные виды.

Так была обнаружена зубастая птица археоптерикс, предок современных птиц.

На основе ископаемых ученым удалось восстановить последовательность переходных форм между предками и современными организмами.

Данную последовательность принято называть филогенетическим рядом.

Благодаря этому любой человек может понять, как происходило превращение мелких всеядных зверей в лошадей или как зубы млекопитающих превратились в бивни слона.

Посмотрите на предков современных лошадей:

Биогеографические доказательства эволюции сводятся к закономерному распространению растений и животных по нашей планете.

Животные разных частей света имеют одинаковое строение и похожий внешних вид, но отличаются строением органов ввиду различных климатических условий.

Яркими примерами служат африканский и индийский слоны, бурый и белый медведь, песец (полярная лисица) и фенек (пустынная лисица).

В 20 веке теория эволюции Дарвина была подтверждена генетическими опытами Менделя, открытиями Холдейна и Фишера, а дарвинизм получил прочный фундамент из новой науки- генетики.

Синтетическая теория эволюции была создана несколькими учеными 40- х годах 20 века.

Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма.

Термин “синтетическая” взят из названия книги английского эволюциониста Джулиана Хаксли “Эволюция: современный синтез”, написанной в 1942 году.

Основные положения синтетической теории эволюции можно представить следующим образом:

1. материал для эволюции- мутации
2. естественный отбор происходит в результате борьбы за существование
3. популяция- наименьшая единица эволюции
4. дивергенция (расхождение признаков)- основа видообразования
5. макроэволюция надвидовая эволюция, результат микроэволюций
6. микроэволюция- образование новых видов, подвидов, популяций
7. эволюция имеет ненаправленный характер

Синтетическая теория эволюции окончательно доказала эволюцию живых организмов, объединила данные многих биологических наук.

Однако, основу заложил в 19 веке Чарльз Дарвин, и именно его идеи лишь подтверждались с накоплением фактов и развитием науки.

Развитие синтетической теории будет продолжаться и развиваться вместе со знаниями человечества, с новыми открытиями ученых.