§ 50. Эволюционная теория. Повторение

Вопрос 1. В чём главные отличия теорий эволюции Ламарка и Дарвина?

1) движущие силы эволюции, по Дарвину, — наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор; по Ламарку - прямое влияние среды и стремление к совершенствованию;

2) по Дарвину, приобретенные признаки не наследуются; по Ламарку — наследуются.

3) Ж.-Б.Ламарк считал, что едицей эволюции является особь, а Ч.Дарвин — вид.

Вопрос 2. Перечислите основные факторы эволюции, лежащие в основе теории Дарвина. Какова их роль?

Изменчивость, наследственность и естественный отбор Дарвин назвал основными факторами эволюции. Среди них изменчивость и наследственность играют пассивную роль, создавая условия для преемственных преобразований. Активная, направлющая роль в этом процессе принадлежит естественному отбору, создающему формы жизни, приспособленные к среде обитания. Его Дарвин выделял как движущую силу эволюции.

Вопрос 3. Как Ч. Дарвин понимал борьбу за существование? В чём различие внутривидовой и межвидовой борьбы за существование, борьбы с абиотическими факторами?

Борьба за существование является предпосылкой и необходимым условием для действия естественного отбора. Формы и интенсивность борьбы за существование определяют характер и направление отбора.

Ч. Дарвин говорил: «Я должен предупредить, что применяю этот термин в широком и метафорическом смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также включая (что еще важнее) не только жизнь одной особи, но и успех ее в оставлении после себя потомства. Про двух животных из рода, в период голода, можно совершенно верно сказать, что они борются друг с другом: пищу и жизнь.

Про растение, ежегодно производящее тысячу семян, из которых в среднем вызревает лишь одно, еще вернее можно сказать, что оно борется с растениями того же рода и других, уже покрывающими почву. Омела зависит от яблони и еще нескольких деревьев, но было бы натяжкой говорить о ее борьбе с ними потому только, что если слишком много этих паразитов вырастет на одном дереве, оно захиреет и погибнет. Но про несколько сеянок омелы, растущих на одной и той же ветви, можно совершенно верно сказать, что они ведут борьбу друг с другом. Так как омела рассевается птицами, ее существование зависит от них, и, выражаясь метафорически, можно сказать, что она борется с другими растениями, приносящими плоды, тем, что привлекает птиц пожирать ее плоды и, таким образом, разносить ее семена. Во всех этих значениях, нечувствительно переходящих одно в другое, я ради удобства прибегаю к общему термину Борьба за существование».

Вопрос 4. В чём сходство и различие искусственного и естественного отбора?

Искусственный и естественный отбор имеют определенные черты сходства (табл.).

Табл. Особенности эволюции культурных форм и природных видов.

При сравнении искусственного и естественного отбора обнаруживаются и существенные различия между ними. Если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются). Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.

Вопрос 5. Почему эволюция неизбежно должна иметь приспособительный характер?

На Земле нет ничего постоянного, все со временем изменяется. Поэтому и живые организмы приспосабливаются к этим изменениям, чтобы выжить и дать потомство. Приспособления проявляются в особенностях строения, физиологии, поведения и онтогенеза данного вида. Они (приспособления) обеспечивают (вместе с другими особенностями) возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды или определенный способ использования конкретных ресурсов внешней среды. Постепенные изменения ископаемых и подобия современных видов, показывают отсутствие универсальных признаков.

Без приспособлений не было бы и эволюции. Единственный фактор, придающий эволюционным изменениям организмов приспособительный характер, — естественный отбор — непосредственно действует в видовых популяциях, т.е. на уровне микроэволюции. Однако его кумулятивное (накапливающее) действие в полной мере проявляется лишь в процессе смены многих поколений на больших отрезках филетических линий, т.е. в масштабе макроэволюции.

Вопрос 6. Чем категория вида отличается от других таксономических категорий? Почему проблема вида считается одной из важнейших в биологии?

Наиболее важной для биологов таксономической группой является вид – группа особей сходных по внешнему и внутреннему строению, занимающая определенный ареал и дающих плодовитое потомство при скрещивании. Считается, что вид – это реально существующая в природе группа, т.к. все эволюционные преобразования происходят на популяционно-видовом уровне.

«К сожалению, вид, как, впрочем, и все другие таксономические категории, с трудом поддаётся сколько-нибудь точному логическому определению. Очень трудно, в частности, дать такое определение вида, которое одинаково хорошо подходило как к растениям, размножающимся половым путём, так и к растениям, размножающимся бесполым путём. В одном случае вид представляет собой систему популяций, а в другом случае он есть система клонов». А.Л. Тахтаджян.

Вид, как таксон является базовой структурной единицей любой системы органического мира, от определения границ которого зависит структура всей таксономической иерархии. При этом проблема вида, ввиду наличия у этого таксона ряда уникальных свойств, может рассматриваться как самостоятельная область биологической науки.

В современной науке пока нет единого понимания биологической сущности вида. Наиболее распространены 7 концепций: типологическая, номиналистическая, биологическая, хеннигова, эволюционная, филогенетические концепции Б. Мишлера — Э. Териота и К. Вилера — Н. Плетника.

Вопрос 7. В чём сходство и отличие микро- и макроэволюции? Как можно изучать каждый из этих процессов?

Сходства: оба процесса происходят в природе, без вмешательства человека, приводят к появлению новых таксонов. В основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственность, изменчивость, естественный отбор и репродуктивная изоляция. Так же, как и микроэволюция, макроэволюция имеет дивергентный характер.

Различия: микроэволюция осуществляется на уровне популяции или вида. Микроэволюция приводит к образованию новых видов, макроэволюция связанна с крупными эволюционными изменениями — ароморфозами, приводящими к появлению более крупных таксонов — родов, семейств, отрядов, классов, типов и царств.

Вопрос 8. Почему простые формы полностью не исчезают с появлением на Земле более высоко организованных?

Я думаю, потому что они заняли свою экологическую нишу. Также они втянуты в круговороты веществ, питаются тем, чем не питаются высокоорганизованные организмы.

Вопрос 9. Что свидетельствует в пользу абиогенеза? Почему этот процесс не повторяется в наше время?

1. При мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4–4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни (простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот).

2. В химический состав организмов входят не любые, а только лёгкие изотопы кислорода и углерода. Следовательно, породы с высокой концентрацией этих изотопов, то можно сделать вывод, что эти вещества созданы с помощью живых организмов. По таким находкам можно сказать, что жизнь на Земле существует около 4 млрд лет. Для реконструкции процесса возникновения жизни такого рода ископаемых безнадёжно мало. Но это не противоречит возможности её зарождения путём абиогенеза – химической эволюции, которая затем перешла в эволюцию биологическую.

3. Газы, извергаемые вулканами, содержат много сульфида карбонила (химическая формула COS), а этот газ мог оказаться "клеем", с помощью которого склеились первые на Земле кирпичики жизни – органические молекулы.

Условия необходимые для возникновения жизни по современным представлениям и результатам опытов слишком сильно отличаются от существующих ныне на Земле. Сейчас у нас окислительная кислородная атмосфера, активная хищная жизнь и нет первичных питательных/ строительных веществ – это главные факторы, которые приведут к распаду или уничтожению протоорганизмов до того, как они превратятся во что-то жизнеспособное. Кроме того, условия в современном океане и атмосфере мягкие относительно архейской эпохи - не так жарко, нет мощного ультрафиолета и тех количеств электрических разрядов.

При наличии кислорода в атмосфере органические молекулы значительно менее устойчивы, а главное – потому что всё съедобное тут же потребляют уже существующие организмы.

Вопрос 10. Назовите важнейшие события в истории развития жизни на Земле и оцените их важность для биосферы.

Появляются безъядерные организмы: бактерии и цианобактерии. (начало жизни) Появление ядерных клеток (дают начало всем ядерным организмам). Возникновение хемосинтеза и фотосинтеза (появление кислородной атмосферы), полового процесса (вариации фенотипических признаков). Широкое распространение аэробных организмов (приспособление к кислородной атмосфере). Появились бесскелетные многоклеточные (появление возможности к специализации клеток).

Много беспозвоночных, главным образом, с наружными скелетами (защита от врагов). Появляются современные типы животных и растений, в том числе и хордовые.

Возникают челюстноротые – рыбы (ароморфоз).

Появляются панцирные рыбы (идиоадаптация). Растения выходят на сушу, у них образуется проводящая система. Сушу осваивают первые наземные беспозвоночные многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые. (ароморфозы, позволяют осваивать новые территории)

Появляются костистые рыбы (идиоадаптация). Появляются хищные и травоядные динозавры (разделение пищевых ресурсов). Возникают яйцекладущие и сумчатые млекопитающие (проявляется забота о потомстве). Появляются первые птицы (освоение новой (воздушной) среды).

Голосеменные вытесняются покрытосеменными (формируются более совершенные способы образования, защиты и распространения семян). Становится больше насекомых, связанных с цветковыми растениями (приспособление). Вымирают гигантские пресмыкающиеся, им на смену приходят птицы и млекопитающие.

Появляются первые приматы (лемуры и долгопяты), а затем и обезьяны (идиоадаптация).

Развивается степная растительность, а вместе с ней и копытные (приспособление к среде обитания). Появляются человекообразные обезьяны, а затем – обезьянолюди (идиоадаптация).

Появление и широкое распространение человека разумного сопровождалось ростом его могущества и превращением человека в геологическую силу планетарного масштаба, а биосферы – в сферу разума – ноосферу.

Вопрос 11. Что означают эти понятия?

Креационизм – теологическая и мировоззренческая псевдонаучная концепция, согласно которой основные формы органического мира (жизнь), человечество, планета Земля, а также мир в целом, рассматриваются как непосредственно созданные Творцом или Богом.

Эволюция – естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Естественный отбор – основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается. В свете современной синтетической теории эволюции естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Естественный отбор – единственная известная причина адаптаций, но не единственная причина эволюции. К числу неадаптивных причин относятся генетический дрейф, поток генов и мутации.

Искусственный отбор – выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами. Результатом искусственного отбора является многообразие сортов растений и пород животных.

Прогрессия размножения – потенциальную способность живых организмов увеличивать численность в геометрической прогрессии, т. е. это потенциал размножения.

Борьба за существование – сложные взаимоотношения организмов одного или разных видов, которые через гибель части особей видов приводят к естественному отбору.

Естественный отбор – процесс, посредством которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью, в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

Факторы эволюции – это движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, случайное (ненаправленное) сохранение признаков (популяционные волны, дрейф генов), борьба за существование, естественный отбор, изоляция.

Методический искусственный отбор – выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

Бессознательный искусственный отбор — при этой форме отбора сохраняются лучшие экземпляры без постановки определенной цели.

Селекция — улучшение сорта растений или породы животных и выведение новых сортов и пород путём искусственного отбора, скрещивания.

Порода – разновидность домашних животных (или растений), отличающихся какими-н. признаками от животных (или растений) того же вида, семейства.

Сорт – совокупность культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся: определенными наследственными особенностями; наследственно закрепленной продуктивностью; структурными, морфологическими признаками.

Штамм – чистая культура вирусов, бактерий, других микроорганизмов или культура клеток, изолированная в определённое время и в определённом месте.

Генная инженерия – совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК.

Движущая форма отбора – такой отбор определяет направление эволюции. При движущей форме отбора происходит отсев мутаций с одним средним значением признака, которые заменяются мутациями с другим средним значением признака.

Стабилизирующая форма отбора – форма естественного отбора, при которой его действие направлено против особей, имеющих крайние отклонения от средней нормы, в пользу особей со средней выраженностью признака.

Творческая роль отбора – состоит в том, что, изменяя признаки в соответствии с изменениями условий среды — усиливая полезные и ослабляя признаки, утратившие приспособительное значение, естественный отбор преобразует организацию потомков по сравнению с предками, создавая новые виды.

Синтетическая теория эволюции – современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.

Адаптация – приспособление строения и функций организма, его органов и клеток к условиям внешней среды. Процессы адаптации направлены на сохранение гомеостаза.

Относительность приспособлений. Приспособленность организмов к среде, выработанная в процессе длительного исторического развития под действием естественных причин, не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении.

Вид – сновная структурная единица биологической систематики живых организмов (животных, растений и микроорганизмов); таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды.

Дивергенция – расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в ходе эволюции: результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного естественного отбора.

Микроэволюция – эволюционный процесс, происходящий внутри вида и в его популяциях и ведущая к образованию новых подвидов или видов.

Макроэволюция – процесс формирования крупных систематических единиц: из видов — новых родов, из родов — новых семейств и т. д.

Изоляция – исключение или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида, ведущее к обособлению внутривидовых групп и новых видов.

Критерии вида – это признаки, по которым сравнивают два организма, чтобы определить, относятся они к одному виду или к разным.

Географическое видообразование – образование нового вида в результате географической изоляции популяции. Обычно это наблюдается вследствие разрыва ареала (площади распространения).

Экологическое видообразование – образование нового вида в результате освоения популяцией нового местообитания в пределах ареала данного вида или в результате возникновения различий в образе жизни. Примером видообразования в связи с различием образа жизни популяции служит образование вида погремок большой.

Гомология – сходство сравниваемых органов живых организмов, обусловленное происхождением от общего предка.

Аналогия – когда два сходных органа или гена не имеют общего предшественника.

Палеонтологическая летопись – остатки животных и растений, а также следы их жизнедеятельности, сохранившиеся в последовательных слоях осадочных пород.

Биологический прогресс – преобладание рождаемости в популяциях над смертностью в них (высокий потенциал выживания). Характеризуется ростом численности особей, расширением площади проживания, повышением внутривидовой изменчивости. Результат успеха вида в борьбе за существование.

Идиоадаптация – одно из главных направлений эволюции, при котором возникают частные изменения строения и функций органов при сохранении в целом уровня организации предковых форм.

Дегенерация – процесс упрощения организации, связанный с исчезновением органов и функций, а также целых систем органов.

Ароморфоз – прогрессивное эволюционное изменение строения, приводящее к общему повышению уровня организации организмов. Это расширение жизненных условий, связанное с усложнением организации и повышением жизнедеятельности.

Биологический регресс – эволюционное движение, при котором происходит сокращение ареала; уменьшение численности особей из-за неприспособленности к среде обитания; снижение числа видов групп из-за давления других видов, вымирание вида.

Конвергенция – эволюционное сходство между малородственными систематическими группами организмов.

Параллелизм – независимое развитие сходных признаков в эволюции близкородственных, но выделившихся групп организмов, протекающее в одном направлении.

Симбиогенез – гипотеза о происхождении некоторых внутриклеточных структур в результате серии симбиозов.

Архейская эра – это первая ступень в развитии жизни на земле, захватывающая временной интервал в 1,5 млрд лет. Она берет свое начало 4 млрд лет назад. В период архейской эры начинает зарождаться флора и фауна планеты, отсюда берет начало история динозавров, млекопитающих и человека.

Протерозойская эра – начавшаяся около 2,5 млрд лет назад, самая длительная геологическая эпоха в истории Земли. В это время атмосфера планеты наполнялась кислородом и развивались первые крупные многоклеточные формы жизни.

Палеозойская эра - древняя эра, которая длилась 340 млн лет. Эта эра характеризуется некоторым разнообразием и совершенствованием жизни. С палеозойской эры начинается образование скелета в теле эукариотных организмов, что обусловило полноту и последовательность палеонтологической летописи.

В палеозойской эре имело место дальнейшее развитие животных, произошли крупные ароморфозы, т. е. зарождались бесчелюстные панцирные и кистеперые рыбы, первые представители земноводных и, наконец, представители класса пресмыкающихся. Растения вышли на сушу, среди них появились споровые, семенные, а затем голосеменные.

Мезозойская эра – началась примерно 250, а закончилась 65 миллионов лет назад. Она продолжалась 185 миллионов лет. Мезозой известен, в первую очередь, как эра динозавров. Эти гигантские рептилии заслоняют собой все остальные группы живых существ. Но забывать о других не стоит. Ведь именно Мезозой – время, когда появились настоящие млекопитающие, птицы, цветковые растения – фактически сформировалась современная биосфера. И если в первом периоде Мезозоя – триасе, на Земле еще было множество животных из палеозойских групп, которые смогли пережить пермскую катастрофу, то в последнем периоде – меловом, уже сформировались почти все те семейства, которые испытали расцвет в Кайнозойское эре.

Кайнозойская эра - продолжается и в настоящее время. Включает палеогеновый, неогеновый и антропогеновый, или четвертичный, периоды. Началась 65 млн. лет назад. В растительном мире кайнозоя происходит расцвет покрытосеменных (цветковых) растений. Огромного многообразия достигают насекомые. В морях большое разнообразие получают высшие водоросли, черви, моллюски, мшанки, костистые рыбы, из водных млекопитающих – китообразные и ластоногие. На суше и в воздухе господствуют теплокровные (млекопитающие и птицы). В самом начале палеогена появились, а в неогене достигли расцвета приматы, из которых на рубеже неогена и антропогена выделяются древнейшие люди (архантропы); об этом свидетельствуют их остатки, найденные в Африке. Человек современного типа сформировался в антропогене ок. 200 тыс. лет назад.

Вопрос 12. Жизненная задача 5

Результат. Выбор точки зрения, которую вы поддержите. Аргументирование своей позиции.

Ответ. С моей точки зрения, из двух предложенных методов, рациональнее выбрать биологические методы ограничения численности вредителей. Именно эти методы для защиты растений, так как по сравнению с химическим он обладает рядом преимуществ:

• не требует больших энергетических затрат;

• способствует снижению химического воздействия на окружающую среду;

• не ведет к загрязнению сельскохозяйственной продукции и окружающей среды;

• не нарушает экологического равновесия;

• обладает длительностью действия безвредности для человека и сельскохозяйственных животных, а также пчел и других полезных насекомых;

• при высокой численности энтомофаги и энтомопатогены способны самостоятельно снизить количество вредителей до уровня, при котором они уже не причиняют ощутимого ущерба возделываемым растениям;

• отличается долговременностью действия.