Докази еволюції органічного світу. Матеріали для учнів 11 класу.

 

Роль різних наук в обґрунтуванні теорії еволюції

Залучати дані різних наук для підтвердження реальності процесу еволюції та з’ясування напрямів еволюції окремих груп організмів уперше запропонував видатний німецький учений Е. Геккель (мал. 219). Саме його вважають засновником філогенетичного напряму в еволюційній теорії.

Філогенез (від грец. філон - рід та генезіс - походження) - це шляхи історичного розвитку як окремих систематичних груп (від видів до царств включно), так і всієї живої матерії. Для з’ясування філогенезу певної систематичної групи Е. Геккель запропонував зіставляти дані трьох біологічних наук: палеонтології, порівняльних анатомії та ембріології.

Запам'ятаємо: подібність зовнішньої будови організмів, що належать до певної життєвої форми, часто відбиває не родинні зв'язки між ними, а подібні адаптації до певного середовища життя.

Мал. 219. Ернст Генріх Геккель (1834-1919): видатний німецький біолог, засновник філогенетичного напряму в еволюційному вченні, один з авторів біогенетичного закону, автор терміна «екологія»; перший запропонував зіставляти дані різних наук для встановлення родинних зв’язків між різними групами організмів

Палеонтологія - наука про організми, які мешкали в колишні геологічні періоди. Учені-палеонтологи знаходять рештки таких організмів у вигляді окам’янілостей, відбитків у шарах вугілля, сліди їхньої життєдіяльності тощо (мал. 220). Вони реконструюють їхній зовнішній вигляд (мал. 220, 4), встановлюють час, коли жили ці організми, визначають їхнє систематичне положення, намагаються з’ясувати особливості біології (середовище життя, спосіб живлення, особливості розмноження та ін.).

Мал. 220. Палеонтологічні дослідження: 1 - розкопки решток викопних організмів; 2 - скам’янілий скелет динозавра; 3 - відбитки давніх рослин; 4 - реконструкція зовнішнього вигляду хижого динозавра Тиранозавра Рскса(перекладається як тиранозавр королівський)

Викопні та сучасні форми організмів учені зв’язують в єдиний філогенетичний ряд — послідовність історичних змін організмів у межах певної систематичної групи. Вивчаючи такий ряд організмів, можна простежити зміни, які в них відбувалися, починаючи від предкових форм і аж до сучасних. Видатний учений у галузі палеонтології

В. О. Ковалевський відновив філогенетичний ряд коня (мал. 221). Він встановив, що сучасні однопалі коні походять від п’ятипалих невеликих предків, які мешкали в лісах 60—70 млн років тому. Зміни клімату змусили предків сучасного коня адаптуватись до нового середовища — відкритих просторів, де їм доводилось долати значні відстані в пошуках їжі та тікаючи від хижаків. Тому їхня еволюція супроводжувалася зменшенням числа пальців на кінцівках від п’яти до одного (поміркуйте чому), видовженням кінцівок, збільшенням розмірів тіла, змінами форми черепа тощо.

Отже, філогенетичні ряди, які складаються з видів, що послідовно змінювали один одного в процесі еволюції, є важливим свідченням еволюційного процесу.

Е. Геккель розробив спосіб графічного відображення історичного розвитку певних груп організмів у вигляді так званих філогенетичних дерев.

Запам'ятаємо: система організмів включає не тільки сучасні види, а й ті, що мешкали в колишні геологічні періоди.

Мал. 221. Філогенетичний ряд коня, створений В. О. Ковалсвським. Завдання. Проаналізуйте зміни, які відбувалися із цими тваринами у процесі еволюції

Мал. 222. Біогенетичний закон базується на порівнянні послідовних стадій розвитку:

1 - риби; 2 - саламандри;

З - черепахи; 4 - пацюка; 5 - людини

Порівняльна ембріологія - наука, що досліджує особливості зародкового розвитку різних груп організмів; виявляє риси подібності та відмінності в зародковому розвитку різних, але споріднених груп організмів. Вивчаючи особливості індивідуального розвитку (онтогенезу) різних груп тварин, Е. Геккель та інший німецький учений Фрідріх Мюллер (1822-1897) встановили зв’язки між історичним (філогенезом) та індивідуальним розвитком (онтогенезом) певних організмів. Згодом їхні висновки дістали назву біогенетичний закон. Цей закон стверджує, що індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму — це вкорочене і стисле повторення історичного розвитку (філогенезу) цього виду. Так, аналіз фаз зародкового розвитку різних класів хребетних показує наявність у всіх них на певних стадіях розвитку зябрових щілин, хорди, двокамерного серця тощо (мал. 222). Це, на думку Е. Геккеля та Ф. Мюллера, має свідчити про походження наземних хребетних від рибоподібних предків. На більш ранніх етапах онтогенезу ніби відтворюються ознаки більш давніх предків, на завершальних — найбільш близьких.

Порівняльна анатомія вивчає особливості будови тіла, органів, їхніх систем різних систематичних груп організмів та визначає закономірності їхніх змін у процесі еволюції. Ще дослідження XIX ст. показали, що серед усього різноманіття тварин і рослин можна виділити певні групи, у межах яких усі представники мають подібний план будови. Такі групи тварин назвали «типами», а рослин — «відділами».

Завдяки дослідженням у галузі порівняльної анатомії та ембріології було розроблено поняття про аналогічні та гомологічні органи, рудименти та атавізми. Гомологічні (від грец. гомологія — відповідність) органи мають спільне походження і тому мають подібний загальний план будови. Прикладами гомологічних органів є передні кінцівки різних ссавців (нога коня, крило кажана, передня кінцівка мавпи, ласти дельфіна, передня кінцівка крота тощо) або видозміни підземних пагонів квіткових рослин (цибулина тюльпана, бульбоцибулина шафрану, кореневище конвалії, стеблова бульба картоплі) (мал. 223. І).

Мал. 223. Приклади гомологічних (І): 1 - передня кінцівка мавпи; 2 - коня; 3 - кита; 4 - крота; 5 - птаха; 6 - саламандри; 7 - кажана (завдання: укажіть функції цих кінцівок); та аналогічних

(II) органів

Аналогічні (від грец. аналогія — подібність) органи — це зовнішня подібність будови органів, які виконують однакові функції (мал. 223. II). Вони мають різне походження і тому — різний план будови. Аналогічними органами є, наприклад, крила кажанів і комах, зябра риб і молюсків, у рослин — колючки, які є видозмінами пагона (глід) чи листків (кактуси).

Рудименти (від лат. рудиментум - зачаток) - структури або органи, недорозвинені чи спрощені в особин певного виду внаслідок втрати своїх функцій протягом їхнього історичного розвитку (мал. 224). Вони є в усіх особин певного виду (наприклад, залишки тазового поясу в китів, недорозвинені очі кротів, рудименти листків у вигляді лусочок на кореневищі пирію, конвалії тощо; мал. 224). Рудименти або не виконують жодних функцій, як-от рудимент третьої повіки — мигальної перетинки — у ссавців, або беруть на себе нові функції. Наприклад, дзижчальця мух — рудимент другої пари крил — втрачають функцію польоту, але допомагають зберігати рівновагу під час польоту (мал. 224, 2).

Раніше ми згадували, що в окремих представників виду можуть проявлятись атавізми - варіанти ознак, притаманних їхнім предкам (див. мал. 193).

Цікаво знати

На малюнку 225 зображено двох мешканців морів: синього кита, який належить до класу Ссавці, та китову акулу - представника класу Хрящові риби. їм притаманні деякі риси зовнішньої подібності (поміркуйте які).

Мал. 224. Приклади рудиментів: 1 - рудименти листків кореневища конвалії; 2 - дзижчальця - рудиментарна друга пара крил у мух; 3 - рудиментарна мигальна перетинка у ссавців

Біогеографія - наука про закономірності поширення на земній кулі видів живих істот і їхніх угруповань — біогеографічних комплексів. Дані біогеографії використовують для з’ясування походження флори і фауни певних регіонів нашої планети. Наприклад, на території Євразії та Північної Америки існують подібні екосистеми, до складу яких входять близькі види тварин і рослин, наприклад звичайний та американський клени, європей-

ська та американська норки, європейський та канадський бобри (мал. 226) тощо.

Цитологія. Дослідження будови клітин різних еукаріо-тичних організмів (рослин, грибів, тварин), проведені ще в першій половині XIX ст., показали єдність їхнього плану будови (див. мал. 80).

Мал. 226. Близькі види, які мешкають на території Євразії та Північної Америки. 1. Листок звичайного клена. 2. Листок американського (або ясснолистого) клена. 3. Європейська норка - невелика (від носа до хвоста до 65 см завдовжки) тварина родини кунячих. Мешкає в норах на берегах водойм Європи та Західної Азії. Занесена до Червоної книги України. 4. Американська норка за способом життя нагадує європейську, однак трохи більша за розмірами (до 80 см завдовжки). Акліматизована в Європі, де витісняє норку європейську. 5. Бобер європейський. 6. Бобер канадський. Відрізняється від бобра європейського дещо меншими розмірами та ширшим хвостом овальної форми. Ці два види відрізняються за каріотипом: бобер європейський має 48 хромосом у диплоїдному наборі, тоді як канадський - 40

Запам'ятаємо: гомологічні органи мають подібний план будови тому, що мають спільне походження. Нащадки спільного предка, потрапляючи в різні умови мешкання, адаптовувалися до нових умов, тому зовнішній вигляд гомологічних органів змінювався: так, ласти кита пристосовані до плавання, крило кажана - для польоту, передня кінцівка крота - для прокладання ходів у ґрунті. Отже, гомологічні органи виникають шляхом дивергенції, їхня наявність свідчить про спорідненість організмів.

Пригадайте: на чому базується цитогенетичний метод досліджень. Ви вже знаєте, що кожному виду організмів притаманний свій каріотип — певний хромосомний набір, розміщений у ядрі клітини. Наприклад, такі види мавп, як шимпанзе та горила, мають однакову кількість хромосом - по 48. Але їхні хромосоми відрізняються за будовою. Досить близькі каріотипи шимпанзе і людини (каріотип людини нараховує 46 хромосом).

Отже, вивчаючи каріотипи різних видів (кількість хромосом та особливості будови окремих пар гомологічних хромосом), можна зробити висновок, чи тісні їхні родинні зв’язки: у споріднених видів особливості будови каріотипу більш подібні, аніж у неспоріднених.

Екологія. Сучасний етап розвитку еволюційної теорії характеризується синтезом її даних з даними екології. Зокрема, екологічні фактори водночас вважають і чинниками еволюції.

Молекулярна біологія та генетика. Порівнюючи послідовності нуклеотидів молекул ДНК різних видів за ступенем їхньої подібності, учені з’ясовують ступінь спорідненості різних видів. Два види, які походять від спільного предка (два види одного роду), мають подібніший спадковий матеріал, аніж види, які належать до двох близьких, але різних родів. У генетиці людини цей метод застосовують для з’ясування родинних зв’язків між окремими людьми.

Запам'ятаємо: аналогічні органи не мають подібного плану будови тому, що не мають спільного походження. Вони зовнішньо подібні, бо такі неспоріднені організми мешкають в однакових середовищах. Це приклад конвергенції. Так, і кажани, і комахи здатні до польоту. Але крила кажана - це видозмінені передні кінцівки, а крила комахи - вирости покривів грудних сегментів.

Цікаво знати

Американська вчена Лінн Маргуліс (1938-2011) пояснювала походження пластид результатом симбіозу предкової еукаріотичної клітини з автотрофною клітиною ціанобактерій, а мітохондрій - з аеробною гетеротрофною клітиною бактерій. Пригадайте', ці органели мають власний спадковий матеріал, власні рибосоми, здатні розмножуватись поділом, незалежно від поділу самої клітини.

Ключові терміни та поняття:

філогенетичний ряд, біогенетичний закон, гомологічні та аналогічні органи, рудименти.

Перевірте здобуті знання

1. Що таке філогенез і філогенетичний ряд? 2. Про що твердить біогенетичний закон? 3. Які органи називають «гомологічними» та «аналогічними»? 4. Що таке рудименти та атавізми? 5. Яке значення для еволюційної теорії мають дані молекулярно-генетичних досліджень?