Каковы доказательства эволюции. Эмбриологические доказательства эволюции
Основные группы аргументов:
1. Наблюдаемая эволюция
2. Эволюционное дерево
3. Палеонтологические доказательства
4. Морфологические доказательства
5. Эмбриологические доказательства
6. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства
7. Биогеографические доказательства
1. Наблюдаемая эволюция
Все наблюдаемые виды мутаций (например, создание копий генов с разделением ф-ий между копиями – гомеозисные гены) как основа эволюционных новшеств
Различие хромосомных наборов (ХН) – не препятствие для скрещивания (полиморфизм ХН у кабана; многие растения получились путем объединения наборов хромосом)
2. Эволюционное дерево
Биологический вид - единственное точно обозначаемое понятие в эволюции и единица классификации (рода, семейства и проч. – не имеют четких самостоятельных критериев) по критерию полного или почти полного отсутствия скрещиваний с другими видами в природе (а не генетической несовместимости!). Это главный но не единственный критерий.
Эволюционные деревья, построенные по разным данным (по отдельным генам, некодирующим участкам, морфологическому строению, палеонтологической летописи, эмбриологии), соответствуют друг другу. Это совпадение без труда объясняется эволюционной теорией
3. Палеонтологические доказательства
Ископаемая летопись постоянно пополняется.
Принцип суперпозиции геологических слоев Стенона и основанная на нем наука стратиграфия позволяют, сравнивая ископаемые формы из последовательных напластований, делать выводы о направлениях эволюции. Для оценки возраста окаменелостей используются методы датировки, которые разделяются на относительные (стратиграфические) и абсолютные (радиометрические методы, люминисцентные, методы электронно-парамагнитного резонанса и др.). Эти независимые оценки хорошо совпадают!
При взгляде на палеонтологическую летопись видно постепенное накопление все новых форм организмов от прошлого к современности.
Первые простейшие одноклеточные появляются приблизительно 3.5 млрд лет назад. Первые одноклеточные эукариоты появляются 1.75 млрд лет назад. Еще через миллиард лет, немногим более 635 млн лет назад, в палеонтологической летописи появляются первые многоклеточные животные - губки. Через несколько десятков млн лет находим первых червей и моллюсков, а еще через 15 млн лет - первых примитивных позвоночных, похожих на современных миног.
Насекомые - 400 млн лет назад, и еще 100 млн лет суша покрыта папоротниками и населена насекомыми и земноводными. С 230 по 65 млн лет назад на Земле господствуют динозавры, самые распространенные растения - саговники и другие голосеменные. Первые цветковые растения появляются 100 млн лет назад. Чем ближе к современности, тем больше сходства имеют ископаемые флоры и фауны с современными.
Наблюдаемая картина соответствует эволюционной теории и не имеет других научных объяснений (всемирный потоп и катастрофизм не выдерживают научной критики)
«Микро-» и «макроэволюция» ничем принципиально не отличаются. Макроэволюция - это просто сумма множества последовательных микроэволюционных событий. Наблюдать можно только ее итог, но не сам процесс, который длится миллионы лет.
4. Морфологические доказательства
Если идея эволюции верна, мы должны наблюдать в живой природе повсеместные следы происхождения путем модификации, то есть многочисленные свидетельства "переделки" и "подгонки" старых признаков (органов, тканей, планов строения) под новые условия (экологические ниши) и новые задачи (функции). Именно это мы и наблюдаем в природе.
Гомологичные органы
Органы животных разных видов, имеющие один и тот же план строения, занимающие сходное положение в организме и развивающиеся из одних и тех же зачатков, называют гомологичными. Если такие органы со сходным строением у разных видов выполняют разные функции, то единственное тому простое объяснение - происхождение от общего предка
Рудименты
Органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюции. Это также структуры, редуцированные и обладающие меньшими возможностями по сравнению с соответствующими структурами у других организмов. Многие рудиментарные органы не являются бесполезными и выполняют второстепенные функции.
Желудочно-кишечный тракт млекопитающих пересекается с дыхательными путями, в результате мы не можем одновременно дышать и глотать, а кроме того можем подавиться. Эволюционное объяснение этого заключается в том, что предками млекопитающих являются кистепёрые рыбы, которые заглатывали воздух, чтобы дышать и легкие у них сформировались как выросты пищевода.
Атавизмы
Появление у особи признаков, свойственных отдаленным предкам. Появление атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за данный признак, сохранились в ДНК, и в норме подавляются действием других генов, но иногда проявляют себя. Признаки, ставшие бесполезными, могут сохраняться в течение миллионов лет в виде записи в ДНК, постепенно редуцируясь и разрушаясь под грузом мутаций.
Примеры атавизмов:
1. Хвостовидный придаток у человека;
2. Сплошной волосяной покров на теле человека;
3. Добавочные пары молочных желез;
4. Задние ноги у китов;
5. У куриного эмбриона в челюстях могут формироваться зачатки зубов;
6. Задние ноги у змей;
7. Дополнительные пальцы у лошадей;
5. Эмбриологические доказательства
Свидетельства эволюции в индивидуальном развитии организмов
1) Эволюционируют (меняются) не взрослые организмы и их признаки, а генетические программы их индивидуального развития (онтогенеза). Данные эмбриологии свидетельствуют о том, что алгоритм развития каждого вида живых организмов является модификацией алгоритмов развития его предков.
2) Генетическая программа онтогенеза многоклеточных животных, как ни странно, сама по себе содержит меньше информации, чем получающийся на ее основе взрослый организм. Новая информация "самозарождается" в ходе онтогенеза (процесс самоорганизации) с участием окружающей среды. Гены не кодируют форму конечности в точности, они лишь задают ее положение и основные части. При этом есть «разрешенные» и «запрещенные» состояния системы (аналоги – снежинки, шахматы).
3) Индивидуальное развитие многоклеточных организмов довольно часто повторяет отдельные этапы его эволюционной истории (биогенетический закон). Это связано с тем что эволюционно более ранние приобретения уже давно связаны с другими жизненно важными признаками и их изменение нежелательно, а более поздние признаки еще пластичны и могут меняться. Поэтому приобретение нового идет по «принципу аддитивности», т.е. добавления или надстройки нового к старому.
Даже очень непохожие друг на друга животные проходят одинаковые ранние стадии развития: зигота (оплодотворенное яйцо), бластула, гаструла и др., повторяя этапы перехода к многоклеточности и другие эволюционные приобретения. У всех позвоночных животных наблюдается сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жаберных дуг, хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства Карла Бэра). Но по мере развития сходство между зародышами постепенно стирается и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам.
Kрупные морфологические перестройки могут быть обусловлены не только генетическими, но и так называемыми эпигенетическими механизмами, связанными с управлением и регуляцией работы генов.
6. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства
Молекулярно-генетические
1) Выяснение того факта, что ДНК постоянно мутирует является обоснованием теории эволюции (без изменчивости нет Э. теории). Несмотря на мутации «вещество наследственности" (полинуклеотиды ДНК и РНК), и генетический код оказались одинаковыми у всех без исключения форм жизни - от вирусов до человека – что соотвествует представлению об их изначальном родстве с точки зрения эволюции.
Эволюционная теория в отличие от антиэволюционистов может логически объяснить почему генетический код практически не меняется в ходе всей эволюции и одинаков у всех организмов. Предположим что тРНК мутировала и стала кодировать данную АК другим кодоном. Тогда во ВСЕХ белках клетки где это случилось произойдет взаимозамена этих АК и все белки изменятся. Если это произошло в гамете, то она даже не разовьется в организм. Т.е. это безусловно элиминируется отбором как крайне вредная мутация. Такой жесткий контроль должен был происходить даже в самом начале эволюции, когда видов было еще совсем мало. На самом деле снабдить разные виды существ разными генетическими кодами было бы очень заманчиво – это оградило бы их, например, от проникновения чужих вирусов. Более того – это теоретически вполне возможно.
2) Различия между геномами видов хорошо соответствуют независимо построенным филогенетическом деревьям и палеонтологической летописи. Оценки родства и времени расхождения видов по «молекулярным часам» обычно лишь дополняет и уточняет эволюционную картину.
Пример : согласно данным палеонтологии, общий предок человека и шимпанзе жил примерно 6 миллионов лет назад (ископаемые находки оррорина и сахелантропа - форм, морфологически близких к общему предку человека и шимпанзе). Для того, чтобы получилось наблюдаемое число различий между геномами (1%), на каждый миллиард нуклеотидов должно было приходиться в среднем 30 изменений за одно поколение. Сегодня у людей скорость мутаций составляет 10-50 изменений на миллиард нуклеотидов за одно поколение, т.е. результаты совпадают.
3) Несмотря на то, что белки сохраняют функции и после многих замен АК, и несмотря на избыточность генетического кода, позволяющего разные варианты нуклеотидных последовательностей без изменения структуры белков (т.е. нейтральные мутации) -аминокислотные последовательности большинства белков у близкородственных видов (например, у шимпанзе и человека), как правило, очень похожи, что можно объяснить только происхождением от общего предка. Так, подавляющее большинство гомологичных белков человека и шимпанзе различаются лишь на 1-2 аминокислоты или не различаются вовсе.
4) Установление родства по сходству ДНК откалибровано на группах людей с детально известной и датированной родословной очень точно (население Исландии, царские династии и проч.). Это позволяет применять метод и для восстановления связей даже там где нет исторических данных. Так родство человека и шимпанзе устанавливается даже не по высокому сходству ДНК (ядерной - на 99%, митохондриальной на 91% - т.к. там мутации на порядок чаще), а по преобладанию нейтральных мутаций (без замен АК) над значимыми в 7-8 раз, что и предсказывается эволюционной теорией. Кроме того в большинстве случаев (44 из 58) для кодирования одной и той же аминокислоты в геноме человека и шимпанзе используется один и тот же триплет хотя мог бы использоваться другой (пример: АК треонин кодируется любым из четырех кодонов: ACA, ACT, ACG, ACC). Вероятность случайного совпадения здесь ничтожна.
Для человека шимпанзе и горилла по такому же совпадению нейтральных мутаций ДНК – это ближайшие виды-родственники, а макака - дальний. Результаты сравнения генов и белков подтверждают представления о родственных связях между видами (эволюционном древе), которые сложились задолго до "прочтения" геномов. Аналогичные результаты получаются при сравнении практически любых генов в любых группах организмов. Каждый может убедиться в этом лично, поскольку все прочтенные гены и программное обеспечение для их анализа находятся в свободном доступе.
Биохимическое единство жизни
Если не бояться замены выражения «единство происхождения» на «единство творения» то общие биохимические черты жизни можно было бы тоже считать доказательством общего эволюционного происхождения.
В ДНК всех организмов используются 4 нуклеотида (аденин, гуанин, тимин, цитозин), хотя в природе встречаются не менее 102 различных нуклеотидов. Кроме того, в природе встречается 390 различных АК тогда как живым используется только 20+2. Код используется тоже единый, хотя возможно 1.4*1070 различных эквивалентных генетических кодов. Даже направление закрученности одного типа биомолекул одинаково (ДНК – вправо, белки – влево). У всех есть гликолиз и АТФ.
Но единство именно происхождения, а не творения, в данном случае лучше доказывают как раз мелкие различия на фоне бесспорного сходства.
2-я хромосома человека
После слияния двух хромосом остаются характерные следы: остатки теломер и рудимертарная центромера. У всех человекообразных обезьян 24 пары хромосом, за исключением людей, у которых их 23. Человеческая 2-я хромосома является результатом слияния двух хромосом предков.
Эндогенные ретровирусы
Эндогенные ретровирусы (ЭР)- следы древних вирусных инфекций в ДНК (1% ДНК человека). Ретровирусы встраиваются в геном случайным образом, вероятность независимой встройки одинаковых вирусов на одинаковые позиции у двух разных организмов пренебрежимо мала. А значит, встроенный геном одного и того же ретровируса может присутствовать у двух животных на одной и той же позиции в ДНК только в том случае, если эти животные произошли от общего предка.
Действительно распространение ЭР в хорошо изученных группах видов (приматы) соответствует независимо построенному филогенетическому древу: чем ближе виды эволюционно, тем больше у них сходства картины встроенных в ДНК ЭР.
Псевдогены
Это неработающие, "молчащие" гены, которые возникают в результате мутаций, выводящих нормальные "рабочие" гены из строя. Это «генетические рудименты», которые могут много рассказать о прошлом данного вида.
Пример: ярким доказательством эволюции является присутствие одинаковых псевдогенов в одних и тех же местах генома у видов, произошедших недавно от общего предка. Так, у человека есть псевдоген GULO, который представляет собой "сломанный" ген фермента синтеза аскорбиновой кислоты. У других приматов обнаружен точно такой же псевдоген, причем мутационная "поломка"у него такая же, как и в человеческом псевдогене. Причины: в связи с переходом предков современных приматов к питанию растительной пищей, богатой витамином C, этот ген перестал быть необходимым.
У других млекопитающих (например, у крысы) GULO является не псевдогеном, а работающим геном, и поэтому крысам не нужно получать витамин C с пищей: они синтезируют его сами. В группах млекопитающих, которые независимо от приматов перешли к питанию пищей, богатой витамином С, тоже произошла псевдогенизация гена GULO, но мутации, выведшие ген из строя, у них были другие (пример – морские свинки).
7. Биогеографические доказательства
Географическое распространение животных и растений соответствует их эволюционной истории
Если два вида недавно произошли от одной популяции, то они как правило обитают недалеко от ареала исходной популяции, а значит недалеко друг от друга. Таким образом, с точки зрения эволюционной теории географическое распределение видов должно быть совместимо с филогенетическим деревом. Если не принимать во внимание теорию эволюции, то разумно предположить, что виды живут в наиболее подходящих для них условиях. Теория эволюции же предсказывает, что должно быть много благоприятных для вида мест, в которых представители вида тем не менее отсутствуют в связи с наличием географических барьеров. Так и есть в природе.
Примеры: сумчатые встречаются почти исключительно в Австралии (раньше они водились и на других материках, но впоследствии вымерли вытесненные плацентарными конкурентами). Но условия Австралии вполне подходят для плацентарных - так завезенные кролики и собаки заселили весь континент. Двоякодышашие рыбы и бескилевые птицы (страусы, киви) встречаются только на юге Южной Америки, Африки и Австралии (расхождение Гондваны в мезозое). Условия обитания в пустынях Африки, Америки и Австралии очень похожи, и растения из одной пустыни хорошо растут в другой. Тем не менее, кактусы были обнаружены только в Америке.
Островная биогеография
Примеры: в Новой Зеландии до появления человека не было змей, и даже млекопитающих, но было много эндемичных древних птиц и растений. На Гавайских островах тоже живет множество эндемичных (нигде больше не встречающихся) птиц, растений и насекомых, но на них полностью отсутствуют местные пресноводные рыбы, амфибии, рептилии и наземные млекопитающие. Сейчас завезенные людьми млекопитающие заполнили эти о-ва и вытесняют местную фауну. На Галапагоссах есть эндемичные птицы, случайно завезенные туда игуана и черепахи, но нет млекопитающих, амфибий и пресноводных рыб. Исключение – только летучие мыши. При этом на тех же островах местные эндемичные виды дали мощную близкородственную радиацию (пример – вьюрки на Галапагоссах). Или почему предполагаемый разумный дизайнер создал эндемичные виды летучих мышей на островах, но не создал там других млекопитающих? Объясняется это просто: наземные млекопитающие практически неспособны пересекать широкие проливы, а летучие мыши умеют летать.
Еще одним свидетельством в пользу эволюции является высокое сходство островных флор и фаун с флорами и фаунами ближайших массивов суши. Например, животный и растительный мир Галапагосских островов, несмотря на все своеобразие, явно связан тесными родственными связями с флорой и фауной ближайшего материка - Южной Америки. Там где по суше возник переход - фауны переходят одна в другую в соответствии с временем образования этого перехода (Берингийская суша, Панамский перешеек). Например в Ю.Америке очень своеобразная флора и фауна (броненосцы, ламы, муравьеды), но нет сейчас местных копытных, тк они давно вымерли, а новые не смогли туда снова проникнуть с севера. Причем чем южнее – тем она своеобразнее (это коррелирует с геологическим временем изоляции) (см. Дж. Симпсон «Великолепная изоляция» 1980).
Соответствие резкости биогеографических границ между фаунами геологической истории
Там где по суше возник переход - фауны переходят одна в другую в соответствии с временем образования этого перехода (Берингийская суша, Панамский перешеек). Например в Ю.Америке очень своеобразная флора и фауна (броненосцы, ламы, муравьеды), но нет сейчас местных копытных, тк они давно вымерли, а новые не смогли туда снова проникнуть с севера. Причем чем южнее – тем она своеобразнее (это коррелирует с геологическим временем изоляции). Верблюды и мозоленогие имеют североамериканское происхождение, а дальше группа распространялась с одного конца в Южную Америку, с другого - в Старый Свет через берингийский перешеек. На месте своего возникновения они вымерли, что подтверждает набор ископаемых.
Заселение изолированных территорий
Попав на большой остров с бедной фауной (или, для водных животных - в большое озеро), виды-вселенцы с большой вероятностью испытают адаптивную радиацию - быстрое видообразование, в ходе которого они займут ряд свободных экологических ниш. Кроме галапагосских вьюрков, хорошие примеры таких быстрых адаптивных радиаций - это рачки-бокоплавы озера Байкал (зачем Создателю нужно было создавать специально для озера Байкал 250 нигде больше не встречающихся видов рачков-бокоплавов, пусть антиэволюционисты придумывают сами), рыбы-цихлиды Великих Африканских озер (Малави, Виктория), мушки дрозофилы и птицы нектарницы Гавайских островов и др.
Параллельная эволюция на разобщенных массивах суши
Трудно объяснить иначе, как с точки зрения эволюции, почему на разных континентах существуют внешне сходные формы, но совершенно разные по ряду других, более глубоких признаков, больше роднящих их с внешне непохожими видами на том же континенте. Так, Внешне сумчатая летяга больше похожа на обычную летягу, чем на сумчатого крота или сумчатого муравьеда. Однако по анатомическим и эмбриологическим признакам, а также по нуклеотидным последовательностям ДНК, она гораздо ближе к другим австралийским сумчатым. Поэтому ее и относят к отряду сумчатых, а белку-летягу - к отряду грызунов.
Распространение ископаемых видов согласуется с эволюционным деревом и палеогеографическими реконструкциями
Древнейшие окаменелости сумчатых найдены в Северной Америке, их возраст около 80 млн лет. 40 миллионов лет назад сумчатые уже были распространены в Южной Америке, но в Австралии, где они сейчас доминируют, сумчатые появились только около 30 млн лет назад. Теория эволюции предсказывает, что австралийские сумчатые произошли от американских. Согласно теории тектоники плит 30-40 млн лет назад Южная Америка и Австралия еще оставались частью Гондваны, крупного континента в южном полушарии, а между ними находилась будущая Антарктида. На основании двух теорий исследователи предсказали, что сумчатые мигрировали из Южной Америки в Австралию через Антарктиду 30-40 миллионов лет назад. Это подтвердилось находками в 1982г. останков сумчатых возрастом 35-40 млн лет на антарктических о-вах.
Положение материков не было неизменным. Южная Америка с Австралией были до эоцена (30 млн лн), соединены через Антарктиду, которая в это время еще не была обмерзшая. Сумчатые действительно происходят из Северной Америки (там самые старые их находки), оттуда они проникают в Южную Америку и через Антарктиду - в Австралию. В Старом Свете сумчатые так и не проникли ни в Восточную Азию, ни в Африку по ряду причин. Поэтому заселение Австралии через север, через Зондский архипелаг, для сумчатых невозможен. Сходство крайней южной фауны и флоры Америки, Африки и Австралии с Новой Зеландией – объясняется тем, что у них был один источник – Антарктида, которая была 40 млн лет назад вполне приятным местом по климату.
Ближайшие живые родственники современных людей - гориллы и шимпанзе - обитают в Африке. Исходя из этого, в 1872 г. Дарвин предположил, что и древних предков человека следует искать в Африке. Многие ученые последовали совету Дарвина, и начиная с 1920-х годов в Африке было найдено множество промежуточных форм между человеком и человекообразными обезьянами. Если бы ископаемых австралопитеков обнаружили, например, в Австралии, а не в Африке, то теорию эволюции пришлось бы пересматривать.
Вопрос 1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.
Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. (закон зародышевого сходства
К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, то есть зародыш в индивидуальном развитии повторяет историю развития своего вида.
Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.
Вопрос 2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.
Палеонтологические доказательства
. К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.
Вопрос 3. Какие органы называют гомологичными, какие - аналогичными?
Гомологичные органы
формируются в процессе эмбрионального развития из одних и тех же зачатков и выполняют сходные функции. Примером гомологичных органов являются конечности всех наземных позвоночных.
Аналогичные органы имеют разное происхождение и строение, но характеризуются внешним сходством и выполняют одинаковые функции. В качестве примера можно привести конечности собаки и конечности муравья, крыло бабочки и крыло летучей мыши.
Вопрос 4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.
Примером может являться развитие крыльев у организмов, освоивших воздушную среду обитания. Крылья бабочек и стрекоз не родственны крыльям птиц и летучих мышей, хотя и выполняют те же функции. Другие примеры: хвостовые плавники акулы, дельфина и ихтиозавра; «стреляющие» языки лягушки и хамелеона; глаз осьминога и глаз человека.
Вопрос 5. В чем причина появления рудиментов и атавизмов? Почему они служат доказательствами процесса эволюции?
Рудименты
- это органы, утратившие в процессе эволюции свое значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Причиной наличия рудиментов является то, что у предковых форм была необходимость в соответствующих органах, однако затем она исчезла, и органы подверглись дегенерации. Наличие рудиментов - доказательство процесса эволюции, как изменения строения органов при изменении условий окружающей среды. Примерами рудиментов являются третье веко и ушные мышцы человека, остатки тазового пояса у змей и китообразных, «глаза» пещерных и подземных животных.
Атавизмы -
это появляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для предковых форм, но утраченные в процессе эволюции. Причиной возникновения атавизмов является активация обычно заблокированных генов, ответственных за развитие таких признаков. В норме эти гены, доставшиеся организму от предков, не проявляются. Например, у современной лошади может развиться трехпалая конечность вместо однопалой. Атавизмы встречаются и у человека, например дополнительная пара молочных желез, хвост, волосяной покров на лице.
На сегодняшний день наука имеет много фактов, подтверждающих реальность эволюционных процессов. Какое самое важное доказательство эволюции? Эмбриологические, биохимические, анатомические, биогеографические и другие подтверждения рассмотрены в данной статье.
Единство происхождения живого мира
В это трудно проверить, но все живые организмы (бактерии, грибы, растения, животные) имеют практически тот же химический состав. В организме каждого представителя живого мира важную роль играют нуклеиновые кислоты и белки. При этом имеет место сходство не только в строении, но также и в функционировании клеток и тканей. Доказательство эволюции (эмбриологические, биогеографические, анатомические примеры можно найти в этой статье) - это важная тема, в которой должен ориентироваться каждый.
Стоит учитывать, что практические все живые существа на Земле состоят из клеток, которые считаются маленькими "кирпичиками" большой жизни. При этом их функции и строение очень похожи вне зависимости от вида организма.
Эмбриологические доказательства эволюции: кратко
Существует несколько эмбриологических доказательств, подтверждающих теорию эволюции. Многие из них были обнаружены еще в девятнадцатом веке. Современные ученые их не только не отвергли, но и подкрепили множеством других факторов.
Эмбриология - это наука, занимающаяся изучением организмов. Известно, что каждое многоклеточное животное развивается из яйцеклетки. И именно сходство в начальных этапах развитии эмбриона и есть свидетельством их общего происхождения.
Доказательство Карла Бэра
Этот знаменитый ученый, проводивший множество экспериментов, смог заметить, что все хордовые животные имеют полное сходство на начальном этапе развития. Например, сначала у эмбрионов развивается хорда, после этого нервная трубка и жабры. Именно полное сходство зародышей на начальной стадии и говорит про единство происхождения всех хордовых животных.
Уже во время более поздних этапов становятся заметными различительные черты. Ученый Карл Бэр смог заметить, что на первых стадиях эмбрионального плода можно определить только признаки типа, к которому относится организм. Только позже появляются особенности, характерные для класса, отряда и напоследок вида.
Доказательство Геккеля-Мюллера
К эмбриологическим доказательствам эволюции относят закон Геккеля-Мюллера, показывающий связь индивидуального и исторического развития. Ученые рассматривали тот факт, что каждое многоклеточное животное, развиваясь, проходит стадию одной клетки, то есть зиготы. Например, у каждого многоклеточного организма на начальных этапах развития появляется хорда, которая впоследствии заменяется позвоночником. Однако предки современных животных этой части опорно-двигательного аппарата не имели.
К эмбриологическим доказательствам эволюции относят также развитие жаберных щелей у млекопитающих и птиц. Этот факт подтверждает происхождение последних от предков из класса Рыб.
Закон Геккеля-Мюллера гласит: каждое многоклеточное животное во время своего индивидуального эмбрионального развития проходит все стадии филогенеза (исторического, эволюционного развития).
Анатомические доказательства эволюции
Существует три главных анатомических доказательств эволюции. Сюда можно отнести:
- Присутствие признаков, которые присутствовали у предков животных. Например, у некоторых китов могут развиваться задние конечности, а у лошадей — маленькие копытца. Такие признаки могут проявляться и у человека. Например, бывают случаи рождения ребенка с хвостиком, или же густым волосяным покровом на теле. Такие атавизмы можно считать доказательством связи с более древними организмами.
- Наличие в растительном и животном мире переходных форм организмов. Стоит рассмотреть эвглену зеленую. У нее одновременно есть признаки и животного, и растения. Наличие так называемых переходных форм подтверждает эволюционную теорию.
- Рудименты - недоразвитые органы или части тела, которые на сегодняшний день не имеют для живых организмов важного значения. Такие структуры начинают формироваться еще в зародышевом периоде, но со временем их генез прекращается, они остаются недоразвитыми. Анатомические примеры доказательства эволюции можно рассмотреть, изучая, например, китов или птиц. У первой особи есть тазовый пояс, а у второй - ненужные малые берцовые кости. Очень ярким примером считается также наличие рудиментарных глаз у слепых животных.
Биогеографические доводы
Прежде чем рассматривать эти доказательства, нужно разобраться, что же изучает биогеография. Данная наука занимается исследованием закономерностей распространения живых организмов на планете Земля. Первые биографические сведения стали появляться еще в восемнадцатом веке нашей эры.
Биогеографические доказательства эволюции можно изучить, рассматривая зоогеографическую карту. Ученые выделили на ней шесть основных областей со значительным разнообразием обитающих на них представителей.
Несмотря на различия флоры и фауны, представители зоогеографических областей все же имеют множество сходных признаков. Или же наоборот, чем далее друг от друга находятся континенты, тем больше отличаются друг от друга их жители. Например, на территории Евразии и Северной Америки можно заметить значительно сходство фауны, ведь эти материки отделились друг от друга не так давно. А вот Австралия, которая отделилась от других континентов на много миллионов лет раньше, характеризуется весьма своеобразным животным миром.
Особенности флоры и фауны на островах
Биогеографические доказательства эволюции стоит изучать также, рассматривая отдельные острова. Например, живые организмы на островах, только недавно отделившихся от материков, не сильно отличаются от животного мира на самих континентах. А вот давние острова, находящиеся на большом расстоянии от материков, имеют много отличий в животном и растительном мире.
Доказательства в области палеонтологии
Палеонтология - это наука, занимающаяся изучением остатков уже вымерших организмов. Ученые, обладающие знаниями в этой области, с уверенностью могут сказать, что организмы прошлого и настоящего имеют как множество сходств, так и различий. Это также доказательство эволюции. Эмбриологические, биогеографические, анатомические и палеонтологические доводы мы уже рассмотрели.
Филогенетические сведения
Такие сведения являются отличным примером и подтверждением эволюционного процесса, так как позволяют разобраться в особенностях развития организмов отдельных групп.
Например, знаменитый ученый В.О. Ковалевский смог продемонстрировать течение эволюции на примере лошадей. Он доказал, что данные однопалые животные произошли от пятипалых предков, населявших нашу планету около семидесяти миллионов лет назад. Животные эти были всеядными и жили в лесу. Однако изменения в климате привели к резкому уменьшению площади лесов и расширению зоны степей. Для того чтобы адаптироваться к новым условиям, этим животным пришлось научиться в них выживать. Необходимость поиска хороших пастбищ и защита от хищников стала причиной эволюции. За много поколений это привело к изменениям конечностей. Количество фаланг пальцев уменьшилось с пяти до одной. Стало другим и строение всего организма.
Доказательство эволюции (эмбриологические, биогеографические и другие примеры мы разобрали в данной статье) можно рассмотреть на примере уже вымерших видов. Естественно, теория эволюции все еще разрабатывается. Ученые со всего мира пытаются найти больше информации о развитии и изменениях живых организмов.
Еще в первой половине XIXв. был получен ряд данных, говорящих о единстве всего органического мира. К ним относятся обнаружение клеточного строения растений, животных и человека. Выдающийся французский зоолог Ж.Кювье установил единые планы строения в каждом типе животных.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
Все позвоночные животные имеют двустороннюю симметрию, полость тела, позвоночник, череп, две пары конечностей. Сердце у всех позвоночных животных расположено на брюшной стороне, а нервная система - на спинной, она состоит из головного и спинного мозга. Единство плана строения в каждом типе свидетельствует о единстве его происхождения.
Двусторонняя симметрия — левая половина тела является отражением правой
Гомологичные органы
После выхода в свет работ Дарвина сравнительная анатомия получила толчок к развитию и в свою очередь внесла значительный вклад в развитие дарвинизма.
Большую роль сыграло установление гомологичности органов. Гомологичные органы могут выполнять различные функции и в связи с этим несколько разниться в строении, но построены по одному плану и развиваются из одних и тех же зародышевых зачатков.
Таковы передние конечности всех позвоночных: нога кролика, крыло летучей мыши, ласт тюленя, рука человека. Скелет каждого из этих органов имеет плечо, предплечье, состоящее из двух костей, кости запястья, пястья и фаланги пальцев. То же относится и к задним конечностям. Было обнаружено, что млечные железы гомологичны потовым, челюсти ракообразных - их конечностям, волосы млекопитающих - перьям птиц и чешуе рептилий, зубы млекопитающих - чешуе акул, части цветка (пестик, тычинки, лепестки) - листьям и т.д.
В отличие от гомологичных, аналогичные органы могут быть сходны по строению, так как выполняют однородные функции, но не имеют общего плана строения общего происхождения. Примерами их могут быть крыло насекомого и крыло птицы, жабры ракообразных и жабры рыбы. У растений аналогичными являются колючки кактуса (видоизмененные листья) и шипы розы (выросты кожицы). Для установления родственных связей между организмами они роли не играют.
Атавизмы и рудименты
Для доказательства эволюции имеют значение атавистические органы , которые были присущи далеким предкам и в норме не встречающиеся у современных организмов. Естественно, что такие признаки говорят о филогенетическом родстве. Примерами атавизма служат появление боковых пальцев у лошади, полосатость у домашних свиней; шейная фистула (образование, гомологичное жаберным щелям у низших хордовых), хвостовой придаток, обильная волосатость всего тела у человека.
Рудиментарными называются органы, утратившие свою функцию, но сохраняющиеся у взрослых животных. Обычно они остаются в зачаточном состоянии. Рудиментарными являются остатки тазовых костей у безногой ящерицы желтопузика и у китообразных. Они служат доказательством происхождения этих животных от предков, имевших развитые конечности. У человека рудиментарными органами являются:
- Копчик - остаток хвостовых позвонков;
- зачаточные ушные мышцы свидетельствующие о том, что предки человека обладали подвижной ушной раковиной.
На корневищах папоротника, пырея, ландыша можно обнаружить чешуйки - рудименты листьев.
Сравнительно-анатомические исследования современных прогрессивных и примитивных форм позволяют обнаружить переходные формы. Морское животное баланоглосс сочетает в себе признаки животных типа иглокожих и типа хордовых. Ланцетник имеет ряд признаков, сближающих его с одной стороны с иглокожими и полухордовыми (баланоглосс), а с другой стороны с позвоночными, с которыми он относится к одному типу хордовых.
Среди современных млекопитающих существуют однопроходные (имеющие клоаку и при размножении откладывающие яйца, как пресмыкающиеся), сумчатые и плацентарные. Сравнение их указывает, что млекопитающие находятся в родстве с пресмыкающимися и что эволюция млекопитающих шла от животных, откладывающих яйца, к живородящим формам с еще недоразвитой плацентой и, наконец, к животным, рождающим уже хорошо сформированных детенышей.
Эмбриологические доказательства эволюции
Еще до выхода в свет основного труда Дарвина академик Российской Академии наук К.М.Бэр установил, что эмбрионы различных животных имеют большее сходство между собой, чем взрослые формы. В этой закономерности Дарвин видел важное доказательство эволюции. Он считал, что в зародышевом развитии должны повторяться признаки предков.
В последарвиновский период связь онтогенеза с филогенезом была подтверждена многочисленными исследованиями. Русские ученые А.О.Ковалевский и И.И.Мечников установили, что у всех многоклеточных (беспозвоночных, начиная с червей и позвоночных) закладывается три зародышевых листка, из которых далее формируются все органы. Это подтверждает единство происхождения всего животного мира .
Сравнение развития зародышей всех классов позвоночных показывает большое сходство их на ранних стадиях развития, оно касается как внешнего, так и внутреннего строения (хорды, органов кровеносной и выделительной систем). По мере развития сходство уменьшается, начинают вырисовываться признаки класса, затем отряда, рода и вида. Этим подтверждается родство всех хордовых.
На основании эмбриологических исследований, проведенных над объектами из различных типов животных, Ф.Мюллер и Э.Геккель (независимо друг от друга) сформировали биогенетический закон.
Сжатая формулировка биогенетического закона гласит: онтогенез есть краткое повторение филогенеза .
Дальнейшие эмбриологические исследования показали, что биогенетический закон справедлив только в общих чертах. Фактически нет ни одной стадии развития, в которой бы зародыш полностью повторял строение какого-либо из своих предков. Зародыш птицы или млекопитающего никогда целиком не повторяет строение рыбы, но в определенной стадии развития у него образуются жаберные щели и жаберные артерии. В онтогенезе повторяется строение не взрослых форм предков, а эмбрионов. У зародышей млекопитающих образуется не жаберный аппарат взрослых рыб, а лишь закладка жаберного аппарата зародышей рыб.
Установлено, что в зародышевом развитии образуются не только органы, связанные с повторением признаков, но и временные органы, обеспечивающие существование зародышей в тех условиях, в которых они проходят развитие.
Академик А.Н.Северцов уточнил и дополнил положения биогенетического закона. Он доказал, что в процессе онтогенеза происходит выпадение отдельных этапов исторического развития, повторение зародышевых стадий предков, а не взрослых форм, возникновение изменений, мутаций, каких не было у предков. Новые наследственные признаки, изменяющие строение взрослого организма и направление эволюции, появляются в разные периоды эмбрионального развития. Чем позже в процессе зародышевого развития возникли новые признаки, тем полнее проявляется биогенетический закон.
Палеонтологические доказательства эволюции
Дарвин считал, что именно палеонтология, изучающая ископаемые остатки прежних обитателей Земли, должна дать наиболее веские доказательства в пользу эволюции. Дарвин остро ощущал отсутствие сведений о переходных формах, ископаемых организмах, сочетающих в себе признаки древних и более молодых групп, относящихся к разным классам и типам.
Доказательства эволюции на примере лошади
Первые наиболее веские палеонтологические доказательства эволюции были получены В.О.Ковалевским (1842-1883). Ему удалось выяснить последовательные этапы происхождения непарнокопытных, к которым относится лошадь. Древнейший предок лошади, найденный в отложениях третичного периода, был высотой около 30см, имел по четыре пальца на передних и по три - на задних конечностях. Он передвигался, опираясь на все фаланги пальцев, что было приспособлением к обитанию в болотистой местности. Пищей ему служили плоды и семена.
Далее, в связи с изменением климата, лесов становилось все меньше и на следующем этапе эволюции предки лошади оказались в открытой местности типа степей. Это привело к выживанию способных к быстрому бегу (для спасения от хищников), что достигалось удлинением конечностей и уменьшением поверхности опоры, т.е. уменьшением числа пальцев, соприкасающихся с почвой.
Одновременно отбор шел на приспособление к питанию степными травами. Появились складчатые зубы с большой жевательной поверхностью, необходимой для перетирания жесткой растительной пищи. Последовательно все большие размеры приобретал средний палец, боковые пальцы все уменьшались. В результате ископаемая лошадь, как и современная, имела уже на каждой ноге лишь по одному пальцу, на кончик которого она опиралась. Высота увеличилась до 150 см. Все строение тела хорошо приспособилось для обитания в открытой степной местности.
Другие переходные формы
После исследований В.О.Ковалевского удалось установить филогенетические ряды многих других животных: хоботных, хищных, моллюсков.
В настоящее время геологическая история Земли изучена довольно подробно. Известно, что в самых древних пластах обнаруживаются остатки различных типов беспозвоночных и лишь в более поздних появляются остатки позвоночных. Установлено, что чем моложе пласты, тем остатки растений и животных ближе к современным.
Обнаружены и переходные формы. Важной находкой был археоптерикс - первоптица, сохраняющая ряд признаков пресмыкающихся. Признаки птицы:
- общий вид;
- наличие перьев;
- сходство задних конечностей с цевкой.
Признаки пресмыкающихся:
- Наличие хвостовых позвонков;
- зубов;
- брюшных ребер.
Найдена переходная форма между пресмыкающимися и млекопитающими - зверозубые ящеры (териодонты), которых сближает с млекопитающими строение черепа, позвоночного столба, конечностей. Если у пресмыкающихся все зубы однотипны, то у териодонтов намечается дифференцировка зубов на резцы, клыки, коренные, что дало повод назвать этих ископаемых ящеров зверозубыми.
В ископаемом состоянии обнаружены семенные папоротники, совмещающие частично признаки папоротников, частично голосеменных. Это служит доказательством происхождения семенных растений от папоротникообразных.
Тема: Доказательства эволюции (палеонтологические и эмбриологические доказательства) Животного мира.
Цель урока: выяснить значение для науки ископаемых переходных форм как палеонтологических доказательств.
Раскрыть научное значение обнаружения в развитии зародышей следов далекой истории систематических групп;
Дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства;
Продолжение формирования умений вести диалог, находить и выделять главное, правильно и четко отвечать на поставленные вопросы
Оборудование : тесты,Рисунки с изображением ископаемых животных.
I. Орг. Момент.
II.Проверка знаний
Тестирование.
III. Введение в тему.
Попытки понять, как возникли растения и животные на Земле, почему они так разнообразны, появились у людей в глубокой древности. Долгое время господствовали религиозные взгляды на природу, согласно которым все виды растений и животных якобы сотворены богом и с тех пор не изменялись
Всегда ли животный мир был таким? Нет не всегда, вначале животный мир развивался в воде, а затем когда водоемы уменьшались животные появились на суше и дали начало новым классам животных, появились теплокровные и холоднокровные животные. Современный животный мир формировался постепенно в течении многих миллионов лет.
Эволюция-процесс исторического развития животного мира от простого к сложному. Эволюция животного мира связана со сменой условий (климат, рельеф, растительность) происходивших на земле. Эволюция- это необратимый исторический процесс развития живой природы от низшего к высшему, от простого к сложному. Эволюция необратима. Она направлена в сторону усложнения. Пока есть жизнь, есть и ее эволюция. В процессе усложнялась организация животных. Можно ли наблюдать эволюцию? Жизнь человека коротка, поэтому наблюдать ее невозможно. Эволюция идет несколько миллионов лет, а существование человека ограничивается тысячелетиями. Может сложится впечатление, что эволюции нет, ничего не изменяется в природе. Но есть науки, которые смогли представить доказательства в пользу эволюции. . Доказательствами эволюции животного мира являются палеонтологические находки, сравнительно-анатомические исследования и зародышевое развитие животных - эмбриология.
Эти доказательства мы сегодня будем изучать.
2. Изучение нового материала
1. Палеонтологические доказательства
Палеонтология (от греч. палео - древний; онтос - существо; логос - учение) - наука о животных и растениях прошлых геологических эпох, изучаемых по ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Основатели палеонтологии: Ж. Кювье, Ж.-Б. Ламарк, А. Броньяр. Термин "палеонтология" был предложен в 1822 г. А. Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В. О. Ковалевский.
Палеонтология-наука о древних организмах прошлых геологических эпох. Она изучает по ископаемым останкам тех, кто жил на Земле десятки и сотни миллионов лет назад. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скорлупа яиц, скелеты и другие твердые части организмов, отпечатки и следы их жизнедеятельности, сохранившиеся в мягком иле, в глине, в песчанике. Эти породы когда-то затвердели и в окаменевшем состоянии сохранились в различных слоях Земли.
По окаменевшим находкам, слепкам, останкам костей палеонтологии воссоздают животный мир прошлых эпох. Изучение дошедших до нас палеонтологических образцов из самых глубоких слоев Земли убедительно показывает, что животный мир древнего времени значительно отличался от современного.
Палеонтология решает следующие задачи:
выявление ранних этапов эволюции жизни;
выявление обособления стволов органического мира;
выявление основных этапов развития органического мира;
выявление событий на рубежах основных подразделений истории Земли.
Методы палеонтологии:
палеонтологический, заключающийся в расчленении осадочных толщ, определении их относительного возраста и установлении сходства между слоями разных регионов по сохранившимся в них ископаемым остаткам;
радиоактивный, основанный на изучении природного распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах; позволяет вычислить абсолютный возраст горных пород и останков ископаемых организмов.
Палеонтология предоставляет следующие данные в пользу эволюции:
1. Сведения об ископаемых переходных формах – это организмы, которые совмещают в себе признаки двух классов. Примерами ископаемых переходных форм являются:
древние кистеперые рыбы,
зверозубый ящер,
археоптерикс и др.
Происхождение земноводных
Тесная связь земноводных с водой, строение и образ жизни личинок, сходство с рыбами на ранних стадиях развития указывает на происхождение земноводных от древних рыб. Древние земноводные имели большое сходство с древними кистеперыми рыбами. У тех и у других в течении всей жизни сохранялась хорда, в черепе было непарное теменное отверстие, кожа имела чешуи. Сравнение скелета плавников вымерших кистеперых со скелетом конечностей земноводных говорит об их большом сходстве. Имеются предположения, что древние земноводные произошли от древних кистеперых рыб около 300 миллионов лет назад. В то время на Земле был жаркий влажный климат. Многие водоемы мелели, вода в них сильно прогревалась, становилась бедной кислородом. В таких условиях чаще сохранялись из поколения в поколение те кистеперые рыбы, которые могли выходить из воды, дышать атмосферным воздухом. Высыхание одних водоемов вынуждало предков земноводных переходить в другие. Некоторые из них задерживались на суше. Здесь они находили для себя достаточное количество пищи и не имели конкурентов. Это были первые сухопутные позвоночные на Земле. Древние земноводные дали начало современным группам животных этого класса.
Происхождение пресмыкающихся
Первые пресмыкающиеся появились на Земле около 285 млн. лет назад.
В то время на Земле установился теплый, сухой климат. Выживали только те земноводные, которые могли укрыться от сухости воздуха в болотах, или те, которые имели более сухую кожу, лучше развитые легочные мешки, могли откладывать яйца в плотной оболочке с большим запасом питательных веществ.
Развитие зародыша удлинилось, но зато вылуплялась не беспомощная личинка, а сформированное животное, приспособленное к условиям жизни на суше. От таких древних земноводных и могли произойти пресмыкающиеся с плотной ороговевшей кожей препятствовавшей испарение. Легкие имели ячеистое строение, появились ребра, образовалась грудная клетка. В желудочке сердца появилась перегородка, но кровь еще частично смешивалась. В скелете удлинился шейный отдел-голова стала более подвижной. Усовершенствовались органы чувств, увеличился мозжечок отвечающий за согласованность движений.
Происхождение птиц
Мысль о происхождении птиц от древних пресмыкающихся подтверждается находка ми отпечатков древних птиц. Такие отпечатки были найдены в Европе в 1861 и 1877 г (Германия) на сланце с признаками присущими одновременно и рептилиям и птицам. Научное название археоптерикс (первоптица). Были величиной с голубя. Сороку, покрытые перьями, их отличали настоящие крылья, удлиненная цевка, расположение пальцев 3 пальца вперед и один назад как у современных птиц. Удлиненный хвост, тяжелый скелет, мелкие зубы в челюстях, не наполненные воздухом кости указывали на сходство с пресмыкающимися.
Строение крыла, небольшой грудины без киля, хвоста, на каждом позвонке рулевые перья, позволило предполагать, что первоптицы плохо летали и вели древесный образ жизни. Ученые считают, что около 180млн. лет назад первоптицы произошли от мелких пресмыкающихся, которые жили на деревьях и могли перепрыгивать с ветки на ветку.
.Происхождение млекопитающихся
Сходство современных млекопитающих с пресмыкающимися, особенно на ранних стадиях развития, указывает на близкое родство этих групп животных, дает возможность предположить, что млекопитающие произошли от древних пресмыкающих. Это подтверждается находками скелетов вымерших зверозубых ящеров, которые имели еще больше признаков сходства с млекопитающими. В настоящее время существуют млекопитающие, которые по своему строению очень близки с пресмыкающимися. Это первозвери или яйцекладущие.
Ученые установили, что млекопитающие, как и птицы произошли от пресмыкающихся.Основные признаки млекопитающих- живорождение, выкармливание детенышей молоком- у современных животных этого класса развиты неодинаково. В связи с этим млекопитающих делят на первозверей (яйцекладущие) как и пресмыкающиеся, но детенышей выкармливают молоком как млекопитающие.
Зверей (сумчатые и плацентарные). Многие животные жившие раньше, не имеют аналогов в современном животном мире- они вымерли. Сегодня палеонтологи пытаются разгадать причины, по которым их не стало. Согласно предположениям вымирание произошло из-за изменения климата. При понижении температуры воздуха на Земле гигантские пресмыкающиеся становились менее жизнеспособными. Из откладываемых ими яиц не всегда выводилось потомство. Наступившее похолодание вызвало изменение растительности, которой питались растительноядные ящеры. При низкой температуре они не могли конкурировать с некоторыми видами теплокровных зверей и птиц живших в то время. Наиболее крупными вымершими животными были динозавры.
2. Эмбриологические доказательства
Эмбриология- наука о зародышевом развитии организмов, индивидуальном развитии организмов.
(По рис. Учебника сравнить эмбрионы хордовых. Найти сходство. Сделайте вывод).
Сравнение особенностей эмбрионального развития представителей различных групп позвоночных, например рыбы, тритона, черепахи, птицы, кролика, свиньи и человека, показало, что все зародыши на ранних стадиях развития очень сходны между собой. Ранние стадии развития зародышей всех классов, в том числе и млекопитающих похожи на зародыш рыб: имеются жаберные щели, хвост, 1 круг круг кровообращения)
Таким образом, изучение эмбрионального развития различных групп позвоночных животных показывает родство сравниваемых организмов, выясняет путь их исторического развития и служит доказательством в пользу существования эволюции живых организмов.
Закрепление:
Ответы на вопросы.
Домашнее задание: параграф 49.
