Наукові докази еволюції (ембріологічні, морфологічні, палеонтологічні, біогеографічні та ін.)

Ембріологічні докази

У всіх хребетних тварин спостерігається значна схожість зародків на ранніх стадіях розвитку: у них схожа форма тіла, є зачатки зябрових дуг, є хвіст, одне коло кровообігу і т. д. Однак у міру розвитку схожість між зародками різних систематичних груп поступово зменшується, і починають переважати риси, властиві їхнім класам, загонам, сімействам, пологам, і, нарешті, видам.

Еволюційні зміни можуть стосуватися всіх фаз онтогенезу, тобто можуть призводити до змін як зрілих організмів, а й ембріонів, навіть у перших етапах розвитку. Тим не менш, більш ранні фази розвитку повинні відрізнятися більшим консерватизмом, ніж пізніші, оскільки зміни на ранніх етапах розвитку, у свою чергу, повинні призвести до великих змін у процесі подальшого розвитку. Наприклад, зміна типу дроблення викликає зміни в процесі гаструляції, так само як і у всіх наступних стадіях. Тому зміни, що виявляються на ранніх етапах, набагато частіше виявляються летальними, ніж зміни, що стосуються пізніших періодів онтогенезу.

Отже, ранні стадії розвитку змінюються щодо рідко, отже, вивчаючи ембріони різних видів, можна робити висновки про ступінь еволюційного кревності.

У 1837 році ембріолог Карл Райхерт з'ясував, з яких зародкових структур розвиваються квадратна (і суглобова кістки в щелепі рептилій. У зародків ссавців виявлені ті ж структури, але вони розвиваються в молоточок і ковадло середнього вуха. рептилій.

Є багато інших прикладів того, як еволюційна історія організму проявляється під час його розвитку. У ембріонів ссавців на ранніх стадіях є зяброві мішки, які не відрізняються за будовою від зябрових мішків у водних хребетних. Це пояснюється тим, що предки ссавців жили у воді та дихали зябрами. Зрозуміло, зяброві мішки зародків ссавців у ході розвитку перетворюються не на зябра, а в структури, що виникли в ході еволюції з зябрових щілин або стінок зябрових кишень, такі як євстахієві труби, середнє вухо, мигдалики, паращитовидні залози і тимус.

У ембріонів багатьох видів змій та безногих ящірок (наприклад, веретениці ламкою) розвиваються зачатки кінцівок, але потім вони розсмоктуються. Аналогічно, у китів, дельфінів і морських свиней немає задніх кінцівок, але у китоподібних ембріонів починають рости задні ноги, розвиваються кістки, нерви, судини, а потім всі ці тканини розсмоктуються.



Дарвін як приклад наводив наявність зубів у зародків вусатих китів.

Біогеографічні докази

Серед ссавців Австралії переважають сумчасті. Плацентарні ссавці представлені китоподібними, ластоногими та рукокрилими (які могли перебратися до Австралії порівняно легко), а також гризунами, які з'являються у палеонтологічному літописі у міоцені, коли Австралія наблизилася до Нової Гвінеї. При цьому природні умови Австралії сприятливі й інших видів ссавців. Наприклад, завезені на континент кролики швидко розмножилися, широко розселилися і продовжують витісняти аборигенні види. В Австралії і на Новій Гвінеї, на півдні Південної Америки і в Африці зустрічаються безкільові птахи, що не літають, свистуни (зубасті жаби) і двоякодишачі, в інших частинах світу вони відсутні. Умови проживання в пустелях Африки, Америки та Австралії дуже схожі, і рослини з однієї пустелі добре ростуть в іншій. Тим не менш, кактуси були виявлені тільки в Америці (за винятком Rhipsalis baccifera, мабуть занесеного до Старого Світу перелітними птахами). Багато африканських і австралійських сукулентів (тобто рослини, що мають спеціальні тканини для запасання води) зовні нагадують кактуси за рахунок конвергентної еволюції, але відносяться до інших порядків. Морські жителі східних і західних берегів Південної Америки різні, за винятком деяких молюсків, ракоподібних та голкошкірих, але на протилежних берегах Панамського перешийка живе близько 30% тих самих видів риб, що пояснюється недавнім виникненням перешийка (близько 3 млн років тому). На більшості океанічних островів (тобто островів, які ніколи не були з'єднані з материком) відсутні наземні ссавці, земноводні та інші тварини, які не здатні долати значні водні перепони. Видовий склад фауни таких островів бідний і є результатом випадкового занесення деяких видів, зазвичай птахів, рептилій, комах.

Географічне розподілення видів у минулому, яке можна частково відновити по викопних останках, також має відповідати філогенетичному дереву. Теорія дрейфу материків та теорія еволюції дозволяють передбачити, де слід шукати ті чи інші викопні останки. Перші скам'янілості сумчастих знайдено у Північній Америці, їх вік становить близько 80 млн. років. 40 млн. років тому сумчасті вже були поширені в Південній Америці, але в Австралії, де вони зараз домінують, сумчасті з'явилися лише близько 30 млн. років тому. Теорія еволюції передбачає, що австралійські сумчасті походять від американських. Згідно з теорією дрейфу материків, 30-40 млн років тому Південна Америка та Австралія ще залишалися частиною Гондвани, великого континенту в південній півкулі, а між ними знаходилася майбутня Антарктида. На підставі двох теорій дослідники передбачили, що сумчасті мігрували з Південної Америки до Австралії через Антарктиду 30-40 млн. років тому. Це передбачення збулося: починаючи з 1982 року на острові Сеймур, розташованому неподалік Антарктиди, було знайдено понад десять копалин сумчастих віком 35-40 млн років.

Найбільш близькі родичі сучасних людей - горили та шимпанзе - мешкають в Африці. Виходячи з цього, в 1872 Чарльз Дарвін припустив, що і стародавніх предків людини слід шукати в Африці. Багато дослідників, таких як Луїс, Мері і Річард Лікі, Раймонд Дарт і Роберт Брум, наслідували пораду Дарвіна, і починаючи з 1920-х років в Африці було знайдено безліч проміжних форм між людиною та людиноподібними мавпами. Якби копалини австралопітеків виявили, наприклад, в Австралії, а не в Африці, то уявлення про еволюцію гомінід довелося б переглядати.

Морфологічні докази

У ході еволюції кожен новий організм не проектується з нуля, а виходить із старого за рахунок послідовності невеликих змін. У структур, що утворилися таким чином, є ряд характерних особливостей, що вказують на їх еволюційне походження. Порівняльно-анатомічні дослідження дозволяють виявити такі особливості.

Зокрема, еволюційне походження виключає можливість цілеспрямованого запозичення вдалих конструкцій в інших організмів. Тому в різних, не близьких споріднених видів на вирішення подібних завдань застосовуються різні органи. Наприклад, крило метелика і крило птиці розвиваються з різних зародкових листків, крила птахів є видозміненими передніми кінцівками, а крила метелика - складки хітинового покриву. Подібність між цими органами поверхово і є наслідком їхнього конвергентного походження. Такі органи називають аналогічними.

Протилежна ситуація спостерігається у близькоспоріднених видів: для різних завдань використовуються схожі за будовою органи. Наприклад, передні кінцівки хребетних виконують різні функції, але при цьому мають загальний план будови, займають подібне положення і розвиваються з одних і тих же зачатків, тобто є гомологічними. Подібність будови крила кажана і лапи крота неможливо пояснити з погляду корисності. У той самий час, теорія еволюції дає пояснення: єдину структуру кінцівки чотириногі хребетні успадкували від загального предка.

Кожен вид успадковує від предкового вигляду більшість його властивостей - зокрема й ті, які для нового виду марні. Зміни зазвичай відбуваються з допомогою поступового послідовного перетворення ознак предкового виду. Подібність гомологічних органів, не пов'язане з умовами їхнього функціонування - свідчення їх розвитку в ході еволюції із загального прототипу, що був у предкового виду. Інші приклади еволюційних змін морфології - рудименти, атавізми, і навіть численні випадки специфічного недосконалості будови організмів.

Гомологічні органи

Гомологія (біологія)

П'ятипала кінцівка

На прикладі ссавців:

У мавп передні кінцівки витягнуті, кисті пристосовані для хапання, що полегшує лазіння дерев.

У свині перший палець відсутній, а другий та п'ятий – зменшені. Інші два пальці довші і твердіші за інші, кінцеві фаланги вкриті копитами.

У коня також замість пазурів копито, нога подовжена рахунок кісток середнього пальця, що сприяє великій швидкості пересування.

Кроти мають укорочені та потовщені пальці, що допомагає при копанні.

Мурахоїд використовує великий середній палець для розкопування мурашникових гнізд термітів.

У китів передні кінцівки є плавниками. У цьому число фаланг пальців збільшено проти іншими ссавцями, а самі пальці приховані під м'якими тканинами.

У кажана передні кінцівки перетворилися на крила за рахунок значного подовження чотирьох пальців, а гачкоподібний перший палець використовується, щоб висіти на деревах.

При цьому всі ці кінцівки містять подібний набір кісток з тим самим відносним розташуванням. Єдність структури може бути пояснено з погляду корисності, оскільки кінцівки використовуються для різних цілей.

Частини ротового апарату комах

Основні частини ротового апарату комах - верхня губа, пара жвал (верхніх щелеп), підглотник, дві максили (нижні щелепи) і нижня губа (зрослі другі максили). У різних видів ці складові відрізняються за формою і розміром, у багатьох видів деякі з елементів втрачені. Особливості будови ротового апарату дозволяють комахам використовувати різні джерела їжі (див. рисунок):

У вихідному вигляді (наприклад, у коника) сильні жвали та максилли використовуються для кусання та жування.

Медоносна бджола використовує нижню губу для збирання нектару, а жвалами дробить пилок і розминає віск.

У більшості метеликів верхня губа зменшена, жвали відсутні, максил утворюють хоботок.

У самок комарів верхня губа і максил утворюють трубку, жули використовуються для протикання шкіри.

Аналогічні органи

Зовні схожі органи або їх частини, що походять з різних вихідних зачатків і мають неоднакову внутрішню будову, називаються аналогічними. Зовнішнє подібність виникає під час конвергентної еволюції, тобто під час незалежного пристосування до подібним умовам існування.

Крила птахів – видозмінені передні кінцівки, крила комах – складки хітинового покриву.

Зябра риб - утворення, пов'язані з внутрішнім скелетом, зябра багатьох ракоподібних - вирости кінцівок, ктенідіальні зябра молюсків розвиваються в мантійній порожнині, а зябра голожаберних молюсків - вирости покривів спинного боку тіла.

Обтічна форма тіла у водних ссавців - китів, дельфінів - і риб.

Колючки барбарису, кактуса - видозмінене листя, колючки глоду розвиваються з пагонів.

Вусики винограду (що утворюються з пагонів) і вусики гороху (видозмінене листя).

Форма різних сукулентів (рослин, що мають спеціальні тканини для запасу води), таких як кактуси та молочай.

Повна відсутність цілеспрямованого запозичення успішних конструкцій відрізняє еволюцію від свідомого проектування. Наприклад, перо - це вдала конструкція, що допомагає при польоті, але у ссавців (у тому числі і у кажанів) пір'я відсутні. Зябра надзвичайно корисні для водних тварин, але у ссавців (таких як китоподібні) вони відсутні. Щоб сфальсифікувати теорію еволюції, достатньо виявити пір'я або зябра у якогось виду ссавців.

Рудименти

Рудиментами називаються органи, що втратили своє основне значення у процесі еволюційного розвитку організму. Якщо рудимент і виявляється функціональним, він виконує відносно прості або малозначущі функції за допомогою структур, призначених для більш складних цілей.

Наприклад, пташине крило – вкрай складна анатомічна структура, спеціально пристосована для активного польоту, але крила страусів не використовуються для польоту. Ці рудиментарні крила можуть використовуватися для порівняно простих завдань, таких як підтримання рівноваги на бігу та залучення самок. Для порівняння, крилопінгвіна має велике значення, діючи як плавник, а значить не може вважатися рудиментом.

Очі у деяких печерних і риючих тварин, таких як протей, сліпа, кріт, астіанакс мексиканський (Astyanax mexicanus, сліпа печерна риба). Часто очі сховані під шкірою.

Мала гомілкова кістка у птахів.

Залишки волосяного покриву та тазових кісток у деяких китоподібних.

У деяких змій, у тому числі у пітона, є кістки задніх кінцівок. Ці кістки не кріпляться до хребта і відносно вільно переміщуються в черевній порожнині.

У багатьох видів жуків, таких як Apterocyclus honoluluensis, крила лежать під зрощеними надкрилами.

У людини до рудиментів зокрема належать хвостові хребці, волосяний покрив тулуба, вушні м'язи, горбок вушної раковини, морганієві шлуночки гортані.

Червоподібний відросток сліпої кишки (апендикс) у деяких травоїдних тварин використовується для травлення рослинної їжі і має велику довжину. Наприклад, у коали довжина апендикса становить від 1 до 2 метрів. Апендикс людини має довжину від 2 до 20 сантиметрів і не бере участь у розщепленні їжі. Попри поширене переконання, наявність у апендикса другорядних функцій не означає, що він не є рудиментом.

Атавізми

Атавізмом називається поява у особи ознак, властивих віддаленим предкам, але відсутніх у найближчих. Поява атавізмів пояснюється тим, що гени, що відповідають за цю ознаку, збереглися в ДНК, але в нормі не формують структури, типові для предків.

Приклади атавізмів:

Хвостоподібний придаток у людини;

Суцільний волосяний покрив на тілі людини;

Додаткові пари молочних залоз;

Задні ноги у китів;

Задні плавці у дельфінів;

Задні ноги у змій;

Додаткові пальці у коней

Аргументи на користь еволюції аналогічні до аргументів для рудиментів.

Палеонтологічні докази

Як правило, останки рослин і тварин розкладаються та зникають без сліду. Але іноді біологічні тканини заміщаються мінеральними речовинами і утворюються скам'янілості. Зазвичай знаходять кам'яні кістки або раковини, тобто тверді частини живих організмів. Іноді знаходять відбитки слідів тварин або сліди їхньої життєдіяльності. Ще рідше знаходять тварину цілком - вмороженою в лід в районах сучасної вічної мерзлоти, що потрапили в смолу, що скам'яніла пізніше, древніх рослин (бурштин) або в іншу природну смолу -асфальт.

Вивченням копалин останків займається палеонтологія. Як правило, осадові породи залягають шарами, тому глибші шари містять скам'янілості з раннього періоду (принцип суперпозиції). Отже, порівнюючи копалини форми з послідовних напластований, можна робити висновки про основні напрями еволюції живих організмів. Для оцінки віку скам'янілостей використовуються численні методи геохронології.

При погляді палеонтологічну літопис можна дійти невтішного висновку, що життя Землі істотно змінювалася. Чим глибше в минуле ми дивимося, тим менше бачимо спільного із сучасною біосферою. Перші прокаріоти (найпростіші одноклітинні, що не мають оформленого клітинного ядра) з'являються приблизно 3,5 млрд років тому. Перші одноклітинні еукаріоти з'являються 2,7-1,75 млрд років тому. Приблизно через мільярд років, 840 млн. років тому, у палеонтологічному літописі з'являються перші багатоклітинні тварини, представники хайнаньської фауни. Згідно з опублікованим у 2009 році дослідженням, ймовірно, понад 635 млн років тому вже існували багатоклітинні, що належать до одного з сучасних типів – губки. У період «кембрійського вибуху», 540-530 млн. років тому, за геологічно короткий проміжок часу, в геологічному літописі з'являються залишки представників більшості сучасних типів, що мають скелети, а ще через 15 млн. років - перші примітивні хребетні, схожі на сучасний міног. Щелепнороті риби з'являються 410 млн років тому, комахи - 400 млн років тому, і ще 100 млн років на суші панують папоротеподібні, а основними групами наземної фауни залишаються комахи та земноводні. З 250 по 65 млн років тому на Землі панівне становище «верховних хижаків» і великих травоїдних займали динозаври та інші плазуни, найпоширенішими рослинами були саговники та інші групи голонасінних. Перші копалини залишки квіткових з'являються 140-130 млн. років тому, а початок їх широкого поширення відноситься до середини крейдового періоду (близько 100 млн. років тому). Спостерігається картина відповідає походженню всіх видів від одноклітинних організмів немає інших наукових пояснень.

Відомий доказ еволюції - наявність про проміжних форм, тобто організмів, поєднують у собі характерні ознаки різних видів. Як правило, говорячи про проміжні (або «перехідні») форми мають на увазі викопні види, хоча проміжні види не завжди вимирають. На основі філогенетичного дерева теорія еволюції передбачає, які проміжні форми можуть бути знайдені, а які – ні. Відповідно до наукового методу, здійснені передбачення підтверджують теорію. Наприклад, знаючи будову організмів плазунів та птахів, можна передбачити деякі особливості перехідної форми між ними. Можна прогнозувати можливість знайти останки тварин, подібних до рептилій, але з пір'ям, або останки тварин, подібних до птахів, але з зубами або з довгими хвостами зі скелетом з хребців. При цьому можна передбачити, що не будуть знайдені перехідні форми між птахами і ссавцями, наприклад - викопні ссавці з пір'ям або подібні до птахів викопні з кістками середнього вуха як у ссавців.

Незабаром після публікації «Походження видів» було виявлено останки археоптерикса – проміжної форми між рептиліями та птахами. Для археоптерикса характерно диференційоване оперення (типова риса пташиного), а за будовою скелета він слабо відрізнявся від динозаврів з групи компсогнатів. У нього були пазурі на передніх кінцівках, зуби і довгий хвіст зі скелетом з хребців, що не зросли, а передбачувані унікальні «пташині» особливості скелета згодом були виявлені в інших рептилій. Пізніше було знайдено й інші перехідні форми між рептилями та птахами.

Відомо безліч інших перехідних форм, у тому числі - від безхребетних до риб, від риб до чотирилапих, від земноводних до рептилій і від рептилій до ссавців.

У деяких випадках викопні перехідні форми виявити не вдалося, наприклад - немає слідів еволюції шимпанзе (імовірно, це пояснюється відсутністю умов для скам'янілості в лісах, де вони живуть), немає слідів війних черв'яків, а цей клас об'єднує більше 3500 видів. Зрозуміло, щоб фальсифікувати теорію еволюції, недостатньо вказати на подібні прогалини у палеонтологічному літописі. Щоб спростувати еволюційне вчення, потрібно було б пред'явити скелет, що не відповідає філогенетичному дереву або не укладається в хронологічну послідовність. Так, у відповідь на питання про те, яка знахідка могла б сфальсифікувати еволюційну теорію, Джон Холдейн відрізав: «Копалини кролики в докембрії!» Було знайдено мільйони скам'янілостей [близько 250 000 копалин, і кожна знахідка - це перевірка теорії еволюції, а пройдена перевірка підтверджує теорію.

У тих випадках, коли палеонтологічний літопис виявляється особливо повним, з'являється можливість побудувати так звані філогенетичні ряди, тобто ряди видів (родів і т. д.), які послідовно змінюють один одного в процесі еволюції. Найбільш відомі філогенетичні ряди людини і коні (див. нижче), також як приклад можна навести еволюцію китоподібних.

Довести сучасні уявлення про еволюцію життя прямими методами неможливо. Експеримент затягнеться на мільйони років (цивілізованому суспільству від народження не більше 10 тисяч років), а машину часу швидше за все так і не винайдуть. Як же здобувається істина у цій галузі знання? Як підступитися до животрепетного питання "Хто від кого походить"?

Сучасна біологія накопичила вже багато непрямих свідчень та міркувань на користь еволюції. У живих організмів є спільні риси - схожим чином протікають біохімічні процеси, є схожість у зовнішній та внутрішній будові та в індивідуальному розвитку. Якщо ембріони черепахи та щури на ранніх стадіях розвитку не відрізняються, то чи не криється в цій підозрілій подібності натяк на єдиного предка, від якого протягом мільйонів років походять ці тварини? Саме про предків сучасних видів повідає палеонтологія - наука про викопні залишки живих істот. Цікаві факти, що дають їжу роздумам, надає біогеографія – наука про поширення тварин та рослин.

ДОВІДКИ ЕВОЛЮЦІЇ
Морфологічні
Ембріологічні
Палеонтологічні
Біохімічні
Біогеографічні

1. Біохімічні докази еволюції.

1.Всі організми, чи то віруси, бактерії, рослини, тварини чи гриби, мають напрочуд близький елементарний хімічний склад.

2.У всіх у них особливо важливу роль у життєвих явищах грають білки та нуклеїнові кислоти, які побудовані завжди за єдиним принципом та з подібних компонентів. Висока ступінь подібності виявляється у будові біологічних молекул, а й у способі їх функціонування. Принципи генетичного кодування, біосинтезу білків та нуклеїнових кислот єдині для всього живого.

3. У переважної більшості організмів як молекул-акумулятори енергії використовується АТФ, однакові також механізми розщеплення цукрів і основний енергетичний цикл клітини.

4.Більшість організмів мають клітинну будову.

2.Ембріологічні докази еволюції.

Вітчизняні та зарубіжні вчені виявили та глибоко вивчили подібності початкових стадій ембріонального розвитку тварин. Всі багатоклітинні тварини проходять у ході індивідуального розвитку стадії бластули та гаструли. З особливою виразністю виступає схожість ембріональних стадій у межах окремих типів чи класів. Наприклад, у всіх наземних хребетних, так само і у риб, виявляється закладка зябрових дуг, хоча ці утворення не мають функціонального значення у дорослих організмів. Подібна схожість ембріональних стадій пояснюється єдністю походження всіх живих організмів.

3.Морфологічні докази еволюції.

Особливу цінність задля доказу єдності походження органічного світу представляють форми, які поєднують у собі ознаки кількох великих систематичних одиниць. Існування таких проміжних форм свідчить про те, що у колишні геологічні епохи жили організми, які є родоначальниками кількох систематичних груп. Наочним прикладом цього може бути одноклітинний організм евглена зелена. Вона одночасно має ознаки, типові для рослин та для найпростіших тварин.

Будова передніх кінцівок деяких хребетних попри виконання цими органами абсолютно різних функцій, у важливих рисах будова подібні. Деякі кістки в скелеті кінцівок можуть бути відсутні, інші - зростатися, відносні розміри кісток можуть змінюватися, але їхня гомологія цілком очевидна. Гомологічніназиваються такі органи, що розвиваються з однакових ембріональних зачатків подібним чином.

Деякі органи або їх частини не функціонують у дорослих тварин і є зайвими для них - це так звані рудиментарні органиабо рудименти. Наявність рудиментів, як і і гомологічних органів, теж свідчення спільності походження.

4. Палеонтологічні докази еволюції

Палеонтологія свідчить про причини еволюційних перетворень. У цьому плані цікава еволюція коней. Зміна клімату Землі спричинило зміну кінцівок коня. Паралельно зміні кінцівок відбувалося перетворення всього організму: збільшення розмірів тіла, зміни форми черепа та ускладнення будови зубів, виникнення властивого травоїдним ссавцям травного тракту та багато іншого.

В результаті зміни зовнішніх умов під впливом природного відбору відбулося поступове перетворення дрібних п'ятипалих всеїдних тварин на великих травоїдних. Найбагатший палеонтологічний матеріал - один із найпереконливіших доказів еволюційного процесу, що триває на нашій планеті вже понад 3 мільярди років.

5. Біогеографічні докази еволюції

Яскравим свідченням еволюційних змін, що відбулися і відбуваються, є поширення тварин і рослин по поверхні нашої планети. Порівняння тваринного та рослинного світу різних зон дає найбагатший науковий матеріал для доказу еволюційного процесу. Фауна та флора Палеоарктичної та Неоарктичної областей мають багато спільного. Це тим, що у пролом між названими областями існував сухопутний міст - Берингов перешийок. Інші області мають мало спільних характеристик.

Таким чином, розподіл видів тварин і рослин на поверхні планети та їх угруповання в біографічні зони відображає процес історичного розвитку Землі та еволюції живого.

Острівні фауна та флора.

Для розуміння еволюційного процесу інтерес представляють флора та фауна островів. Склад їхньої флори та фауни повністю залежить від історії походження островів. Величезна кількість різноманітних біографічних фактів вказує на те, що особливості розподілу живих істот на планеті тісно пов'язані з перетворенням земної кори та з еволюційними змінами видів.

Про еволюційний розвиток органічного світу свідчать багато фактів, накопичені різними науками про природу, насамперед палеонтологією, морфологією та анатомією, цитологією, ембріологією, біогеографією та ін.

Розглянемо деякі з цих доказів.

Цитологічні докази

Цитологія - наука про будову та функції клітини. Вона надала докази єдиної клітинної будови всіх організмів землі - від одноклітинних рослин і тварин до багатоклітинних організмів. Це свідчить про спільність походження органічного світу.

Морфологічні докази

Морфологія та анатомія - дві близько пов'язані науки, що вивчають зовнішню та внутрішню будову організмів (рослин і тварин). Було встановлено певну подібність будови різних груп організмів і виявлено перехідні форми з-поміж них.

Велику роль розуміння процесів і напрямів еволюції зіграло виявлення рудиментів і атавізмів.

Атавізми – повернення до ознак або поява органів, які існували у віддалених предків, але були повністю втрачені у процесі еволюції. Наприклад, поява хвоста, кількох сосків на грудях та животі або густого волосяного покриву у людини. Випадки появи атавізмів свідчать, що гени, що кодують їх освіту, не зникли з геному, а перебувають у ньому в заблокованому стані. Якщо цей блок з якихось причин не спрацьовує, з'являються атавізми.

Рудиментами називаються органи, що є в організмів, але давно втратили своє вихідне значення і тому перебувають у недорозвиненому стані. Ці органи були в активному стані у предків, але через зміну умов життя перестали бути необхідними у нащадків. Вони закладаються на стадії ембріогенезу, але не набувають повного розвитку у дорослих форм рослин і тварин. Прикладами можуть бути вушні м'язи, відросток сліпої кишки (апендикс) і «третя повіка» у людини (всього у людини понад 90 рудиментарних органів). Рудиментами є нерозвинені кістки задніх кінцівок у китоподібних, очі печерних і риючих тварин (сліпих, кротів та інших.) тощо. п. На відміну атавізмів, рудиментарні органи завжди є в організмів.

Вивчення життєвих форм (або біоморф) рослин та тварин переконливо довело можливість переходу від одних з них до інших. Наприклад, у близьких видів рослин деревні форми можуть замінюватися на чагарникові або стелиться в залежності від умов проживання.

Палеонтологічні докази

Палеонтологія - наука, що вивчає викопні залишки різних груп організмів або їх відбитки, сліди тощо, а також цілі палеоценози територій. Вивчення цих залишків виявило факти безумовної зміни рослинного та тваринного світу в часі - у різних геологічних пластах, що різняться за часом утворення, присутні різні форми вимерлих організмів. Показано, що й самі природні ландшафти цілих регіонів сильно змінювалися в часі: моря наступали на сушу і відступали на обширних територіях, рівнини змінювалися горами, ліси - степами або навпаки, і т.п. і викопними організмами (наприклад, археоптерикс, що поєднує ознаки птахів і рептилій; звірозубі ящери, що мають ознаки ссавців; група насіннєвих папоротей, що дала початок голонасінним і т. д.).

Палеонтологам вдалося встановити ряд філогенетичних рядів деяких тварин (наприклад, простежена еволюція коня від дрібного за розмірами еогіппусу з чотирипалими передніми та трипалими задніми кінцівками до сучасного коня з однопалими кінцівками).

Ембріологічні докази

Ембріологія - наука про зародковий (або ембріональний) розвиток організмів. Встановлено, що це багатоклітинні організми, здатні до статевого розмноження, розвиваються з одного заплідненого яйця (яйцеклітини). У цьому К. Бером 1825-1828 гг. було виявлено велику подібність розвитку зародків (ембріонів) у тварин, що належать до одного типу, описаний ним як закон зародкової подібності. Подальші дослідження підтвердили справедливість спостережень К.Бера. Подібність розвитку зародків тварин різних систематичних груп безумовно свідчить про спільності їх походження. При цьому спочатку виявляються ознаки давніших предків (у хордових - це зачатки хорди, наявність зябрових щілин), а потім - риси пізніших прабатьків. У міру розвитку зародка він набуває все більш помітних рис будови, характерних для класу, загону, роду і, нарешті, виду, до якого він належить. Така розбіжність ознак зародків у міру їх розвитку носить назву ембріональної дивергенції.

Узагальнюючи ці дані, німецькі вчені Ф. Мюллер та Е. Геккель (1864-1866 рр.) сформулювали біогенетичний закон: індивідуальний розвиток (онтогенез) всякого організму є коротким і стислим повторенням шляху історичного розвитку (філогенезу) того виду, до якого цей організм відноситься .

Повернення до ознак предків отримав теоретично еволюції назву рекапітуляції. Цей закон був розвинений і уточнений великим російським (радянським) ученим академіком А. Н. Северцовим, які показали, що у індивідуальному розвитку відбувається повторення форм розвитку не дорослих предків, лише їх ембріональних стадій. Тому в цілому співвідношення між онтогенезом та філогенезом носить значно складніший характер, ніж це постулювали Ф. Мюллер та Е. Геккель. Філогенез слід розглядати як історичний ряд відібраних у процесі природного відбору онтогенезу.

Біогенетичний закон застосуємо як до хордовим, до інших груп тварин і рослин. Наприклад, у багатьох комах личинкові стадії схожі на черв'яків (гусениці метеликів, личинки мух тощо), що свідчить про можливу близькість предків цих тварин. У ряду мохоподібних (наприклад, зозулин льон) спору при проростанні утворює нитчасте утворення - протонему, схожу на нитчасті водорості. У цілому нині біогенетичний закон зіграв величезну роль з'ясуванні філогенетичних зв'язків між різними групами організмів.

Докази біогеографії

Біогеографія – наука про закономірності поширення рослин, тварин, грибів, бактерій на нашій планеті. Вона вивчає шляхи та наслідки розподілу в природі та міграцій організмів на формування сучасних флор та фаун регіонів. У шляхах розселення можуть виникати різні перешкоди або нові зв'язки між регіонами (островами, материками тощо). Це відбивається на подібності чи несхожості флор і фаун друг з одним. Наприклад, раннє відділення Австралії, Океанії та Південної Америки призвело до формування унікальних форм рослинного та тваринного світу цих регіонів (збереження багатьох форм сумчастих та яйцекладних ссавців, реліктових рослин, що зникли на інших материках). Навпаки, тривалий зв'язок Північної Америки та Євразії призвела до високого ступеня подібності їх живого світу.

Докази з галузі генетики та молекулярної біології

Генетика та молекулярна біологія - науки про молекулярні основи спадковості та закономірності їх прояву в популяціях організмів. Ці науки дозволяють уточнити філогенетичну близькість або віддаленість різних груп рослин і тварин і таким чином доповнити дані, які отримують інші науки. Відомості, що підтверджують сучасні уявлення про еволюцію живого світу, є і в багатьох інших біологічних науках - селекції рослин, тварин, мікроорганізмів, порівняльної фізіології та біохімії різних груп організмів, систематики та ін.

Тема: Докази еволюції (палеонтологічні та ембріологічні докази) Тваринного світу.

Мета уроку:з'ясувати значення науки викопних перехідних форм як палеонтологічних доказів.

Розкрити наукове значення виявлення у розвитку зародків слідів далекої історії систематичних груп;

Дати оцінку біогенетичного закону Ф. Мюллера та Е. Геккеля як ембріологічного доказу;

Продовження формування умінь вести діалог, знаходити та виділяти головне, правильно та чітко відповідати на поставлені питання

Устаткування: тести,Малюнки із зображенням копалин тварин.

I. Орг. Момент.

II.Перевірка знань

Тестування.

ІІІ. Введення у тему.

Спроби зрозуміти, як виникли рослини та тварини на Землі, чому вони такі різноманітні, з'явилися у людей у ​​давнину. Довгий час панували релігійні погляди на природу, згідно з якими всі види рослин і тварин нібито створені богом і відтоді не змінювалися

Чи завжди тваринний світ був таким? Ні не завжди, спочатку тваринний світ розвивався у воді, а потім коли водойми зменшувалися тварини з'явилися на суші і дали початок новим класам тварин, з'явилися теплокровні та холоднокровні тварини. Сучасний тваринний світ формувався поступово протягом багатьох мільйонів років.

Еволюція-процес історичного розвитку тваринного світу від простого до складного. Еволюція тваринного світу пов'язана зі зміною умов (клімат, рельєф, рослинність), що відбувалися на землі. Еволюція-це незворотний історичний процес розвитку живої природи від нижчого до вищого, від простого до складного. Еволюція необоротна. Вона спрямована у бік ускладнення. Поки є життя, є його еволюція. У процесі ускладнювалася організація тварин. Чи можна спостерігати за еволюцією? Життя людини коротке, тому спостерігати його неможливо. Еволюція триває кілька мільйонів років, а існування людини обмежується тисячоліттями. Може скластися враження, що еволюції немає, нічого не змінюється у природі. Але є науки, які змогли надати докази на користь еволюції. . Доказами еволюції тваринного світу є палеонтологічні знахідки, порівняльно-анатомічні дослідження та зародковий розвиток тварин – ембріологія.

Ці докази ми сьогодні вивчатимемо.

2. Вивчення нового матеріалу

1. Палеонтологічні докази

Палеонтологія (від грец. Палео - стародавній; онтос - істота; логос - вчення) - наука про тварин і рослин минулих геологічних епох, що вивчаються по викопних залишках і слідах життєдіяльності. Засновники палеонтології: Ж. Кюв'є, Ж.-Б. Ламарк, А. Броньяр. Термін "палеонтологія" було запропоновано в 1822 р. А. Бленвілем. Основи сучасної еволюційної палеонтології заклав В. О. Ковалевський.

Палеонтологія-наука про стародавні організми минулих геологічних епох. Вона вивчає викопними останками тих, хто жив на Землі десятки і сотні мільйонів років тому. Викопними останками є скам'янілі раковини молюсків, зуби і луска риб, шкаралупа яєць, скелети та інші тверді частини організмів, відбитки та сліди їхньої життєдіяльності, що збереглися в м'якому мулі, в глині, піщанику. Ці породи колись затверділи і в скам'янілому стані збереглися у різних шарах Землі.

За скам'янілими знахідками, зліпками, останками кісток палеонтології відтворюють тваринний світ минулих епох. Вивчення палеонтологічних зразків, що дійшли до нас, з найглибших шарів Землі переконливо показує, що тваринний світ стародавнього часу значно відрізнявся від сучасного.

Палеонтологія вирішує такі завдання:

виявлення ранніх етапів еволюції життя;

виявлення відокремлення стволів органічного світу;

виявлення основних етапів розвитку органічного світу;

Виявлення подій на рубежах основних підрозділів історії Землі.

Методи палеонтології:

палеонтологічний, що полягає в розчленуванні осадових товщ, визначенні їх відносного віку та встановленні подібності між шарами різних регіонів по залишках, що збереглися в них;

радіоактивний, заснований на вивченні природного розпаду радіоактивних елементів, що містяться у гірських породах; дозволяє обчислити абсолютний вік гірських порід та останків викопних організмів.

Палеонтологія надає такі дані на користь еволюції:

1. Відомості про викопні перехідні форми – це організми, які поєднують у собі ознаки двох класів. Прикладами копалин перехідних форм є:

древні кистепері риби,

звірозубий ящір,

археоптерикс та ін.

Походження земноводних

Тісний зв'язок земноводних з водою, будова та спосіб життя личинок, подібність до риб на ранніх стадіях розвитку вказує на походження земноводних від древніх риб. Стародавні земноводні мали велику подібність із стародавніми кістеперими рибами. У тих і в інших протягом життя зберігалася хорда, в черепі був непарний тім'яний отвір, шкіра мала луски. Порівняння скелета плавників вимерлих кістеперих зі скелетом кінцівок земноводних говорить про їхню велику схожість. Є припущення, що давні земноводні походять від давніх кістеперих риб близько 300 мільйонів років тому. На Землі був спекотний вологий клімат. Багато водоймищ меліли, вода в них сильно прогрівалася, ставала бідною киснем. У таких умовах найчастіше зберігалися з покоління в покоління ті кістепері риби, які могли виходити з води, дихати атмосферним повітрям. Висихання одних водойм змушувало предків земноводних переходити до інших. Деякі із них затримувалися на суші. Тут вони знаходили собі достатню кількість їжі і мали конкурентів. Це були перші сухопутні хребетні землі. Давні земноводні започаткували сучасні групи тварин цього класу.

Походження плазунів

Перші плазуни з'явилися на Землі близько 285 млн років тому.

На Землі встановився теплий, сухий клімат. Виживали тільки ті земноводні, які могли сховатись від сухості повітря в болотах, або ті, які мали більш суху шкіру, краще розвинені легеневі мішки, могли відкладати яйця у щільній оболонці з великим запасом поживних речовин.

Розвиток зародка подовжився, проте вилуплювалася не безпорадна личинка, а сформована тварина, пристосована до умов життя на суші. Від таких древніх земноводних і могли відбутися плазуни з щільною ороговілою шкірою, що перешкоджала випаровування. Легкі мали пористу будову, з'явилися ребра, утворилася грудна клітка. У шлуночку серця з'явилася перегородка, але кров частково змішувалася. У скелеті подовжився шийний відділ-голова стала рухливішою. Удосконалилися органи чуття, збільшився мозок відповідальний за узгодженість рухів.

Походження птахів

Думка про походження птахів від древніх плазунів підтверджується знахідками відбитків древніх птахів. Такі відбитки були знайдені в Європі в 1861 і 1877 р. (Німеччина) на сланці з ознаками, властивими одночасно і рептиліям і птахам. Наукова назва археоптерикс (первоптиця). Були завбільшки з голуба. Сороку, вкриті пір'ям, їх відрізняли справжні крила, подовжена цівка, розташування пальців 3 пальці вперед і один тому, як у сучасних птахів. Подовжений хвіст, важкий скелет, дрібні зуби в щелепах, не наповнені повітрям кістки вказували на подібність до плазунів.

Будова крила, невеликої грудини без кіля, хвоста, на кожному хребці рульове пір'я, дозволило припускати, що першоптики погано літали і вели дерев'яний спосіб життя. Вчені вважають, що близько 180млн. років тому першоптики походять від дрібних плазунів, які жили на деревах і могли перестрибувати з гілки на гілку.

. Походження ссавців

Подібність сучасних ссавців з плазунами, особливо на ранніх стадіях розвитку, вказує на близьку спорідненість цих груп тварин, дає можливість припустити, що ссавці походять від давніх плазунів. Це підтверджується знахідками скелетів вимерлих звірозубих ящерів, які мали ще більше ознак схожості з ссавцями. В даний час існують ссавці, які за своєю будовою дуже близькі з плазунами. Це першозірки чи яйцекладні.

Вчені встановили, що ссавці, як і птахи походять від плазунів. У зв'язку з цим ссавців ділять на первозверей (яйцекладні) як і плазуни, але дитинчат вигодовують молоком як ссавці.

Звірів (сумчасті та плацентарні). Багато тварин, які жили раніше, не мають аналогів у сучасному тваринному світі - вони вимерли. Сьогодні палеонтологи намагаються розгадати причини, через які їх не стало. Згідно з припущеннями вимирання відбулося через зміну клімату. При зниженні температури повітря Землі гігантські плазуни ставали менш життєздатними. З яєць, що відкладаються ними, не завжди виводилося потомство. Похолодання викликало зміну рослинності, якою харчувалися рослиноїдні ящіри. При низькій температурі вони не могли конкурувати з деякими видами теплокровних звірів і птахів, що жили на той час. Найбільшими вимерлими тваринами були динозаври.

2. Ембріологічні докази

Ембріологія-наука про зародковий розвиток організмів, індивідуальний розвиток організмів.

(По рис. Підручника порівняти ембріони хордових. Знайти подібність. Зробіть висновок).

Порівняння особливостей ембріонального розвитку представників різних груп хребетних, наприклад риби, тритону, черепахи, птиці, кролика, свині та людини показало, що всі зародки на ранніх стадіях розвитку дуже подібні між собою. Ранні стадії розвитку зародків всіх класів, у тому числі й ссавців схожі на зародок риб: є зяброві щілини, хвіст, 1 коло кровообігу)

Таким чином, вивчення ембріонального розвитку різних груп хребетних тварин показує спорідненість порівнюваних організмів, з'ясовує шлях їхнього історичного розвитку та є доказом на користь існування еволюції живих організмів.

Закріплення:

Відповіді на запитання.

Домашнє завдання: параграф 49.

Еволюцією називається незворотний процес розвитку будь-якої системи, в результаті якого виникають нові структури та нові функції. У біології термін "еволюція" (від лат. evolutio- Розвиток, розгортання) вперше використовував швейцарський натураліст Шарль Бонне в 1762 р. в одній з ембріологічних робіт.

За сучасними уявленнями, біологічна еволюція - це незворотний і, певною мірою, спрямований історичний розвиток живої природи, що супроводжується зміною генетичного складу популяцій, формуванням адаптацій, освітою та вимиранням видів, перетвореннями біогеоценозів та біосфери в цілому.

Таким чином, саме поняття «еволюція» включає, як мінімум, два моменти: адаптаціогенез та формування таксонів.

Існують численні докази еволюції органічного світу Землі, які є і методами вивчення еволюції. До класичних доказів еволюції належать палеонтологічні, порівняльно-анатомічні та порівняльно-ембріологічні.

1. Палеонтологічні . Раніше існуючі організми залишають по собі різні форми викопних залишків: скам'янілості, відбитки, скелети, сліди діяльності. За цими залишками можна простежити зміну груп організмів у часі. Реконструйовано філогенетичні рядикінських, хоботних, деяких молюсків. Виявлено безліч перехідних форм між сучасними групами організмів. Проте через неповноту палеонтологічного літопису який завжди вдається реконструювати хід еволюції.

2. Порівняльно-морфологічні . Системи органів сучасних організмів утворюють низку послідовних змін. Наприклад, на сучасних організмах можна простежити долю окремих кісток мозкового та вісцерального черепа. До порівняльно-морфологічних доказів близькі порівняльно-біохімічні. Наприклад, на сучасних організмах можна простежити зміну структури гемоглобіну. Однак у цих рядах є й прогалини, оскільки далеко ще не всі перехідні форми дожили до нашого часу.

3. Порівняльно-ембріологічні . У ході ембріонального розвитку у зародків часто спостерігаються риси подібності із зародками предкових форм. Наприклад, у всіх хребетних на ранніх стадіях розвитку з'являються внутрішні зябра (або їх зачатки - зяброві кишені).

На підставі закону зародкової подібностібув сформульований біогенетичний закон Мюллера-Геккеля, який у короткому формулюванні говорить: « Онтогенез (індивідуальний розвиток) є швидке та коротке повторення філогенезу (історичного розвитку)». Однак у цих рядах ембріонального розвитку подібність між зародками лише найзагальніша, виявляються в повному обсязі ознаки. Наприклад, у зародків амніот (рептилій, птахів та ссавців) не з'являються зовнішні зябра, характерні для личинок анамній (риб і земноводних), а розвиток зябрових щілин зупиняється на стадії зябрових кишень. Тому біогенетичний закон у трактуванні Мюллера-Геккеля має обмежений характер.

У ході еволюції спостерігаються еволюційні перетворення процесів онтогенезу, пов'язані з адаптаціями дорослих (статевозрілих) організмів. У ході таких перетворень можуть з'являтися нові органи, але можуть і втрачатися старі органи (цілком або перетворюватися на рудименти). При цьому можуть змінюватися: початкова маса зачатку органу, місце та час закладання органу. Ці перетворення можуть відбуватися на різних стадіях онтогенезу: на ранніх (закладка хорди, нервової трубки), середніх (закладка луски у риб, пір'я у птахів, видозміна пагонів рослин) і пізніх (редукція хвоста у пуголовків, формування чотирикамерного серця у птахів і ссавців , Зміна форми листя). При змінах органів на пізніх стадіях онтогенезу може діяти філогенетичний закон.

В даний час для вивчення еволюційного розвитку тієї чи іншої групи організмів використовується цілий комплекс методів: біогеографічні, екологічні, генетичні, молекулярно-біологічні, імунологічні, біохімічні, а також методи палеоекології, порівняльної фізіології та етології; широко використовуються методи комп'ютерного моделювання.