Конспекты уроков биологии к 4 разделу
Раздел 4. Эволюционное учение
Тема 4.1. Теория эволюции
Основные понятия и термины по теме: эволюция, креационизм, трансформизм, искусственная система, «теория катастроф», дарвинизм.
План изучения темы:
1. История развития эволюционных идей.
2. Значение работ К. Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ж. Кювье в развитии эволюционных идей в биологии.
3. Эволюционное учение Ч. Дарвина.
Краткое изложение темы:
1. История развития эволюционных идей.
История развития естествознания в античный период тесно связана с развитием философии. Считалось, что от воли богов зависит и жизнь людей (креационизм). Так, Гераклит Эфесский (VI в. до н.э.) считал, что мир не создан никем из богов. В нем нет ничего застывшего, все находится в постоянном движении. Все течет, все изменяется, как вода в реке. В трудах великого философа и естествоиспытателя древности Аристотеля (384 — 322 гг. до н.э.) имеются высказывания о развитии живой природы, основанные на знании общего плана строениявысших животных (в книгах Аристотеля упоминается около 500 разных видов). Теофраст (372 — 287 гг. до н.э.). Он описал 400 видов растений, исследовал их органы. В его трактатах содержатся сведения о жизнедеятельности (физиологии) растений, их практическом значении. Фундаментальные труды Аристотеля «О частях животных», «История животных» и Теофраста «Исследования о растениях», обобщающие биологические знания того времени, оказал решающее влияние на последующее развитие биологии.
2. Значение работ К. Линнея, Ж.Б. Ламарка, Ж. Кювье в развитии эволюционных идей в биологии.
Карл Линней (1707—1778), труд «Система природы», выдвинул иерархический принцип систематических категорий: объединил виды в роды, роды в отряды, отряды в классы. Предложил бинарную номенклатуру, создал первую искусственную систему природы. Линней отнес человека к миру животных и поместил его в один отряд с обезьянами. Научное наследие К.Линнея включает 180 опубликованных работ.
Жорж Кювье (1769—1832) был крупнейшим специалистом в области палеонтологии и сравнительной анатомии. Установил сходство между ископаемыми и современными животными. Кювье разработал «теорию катастроф», которые в прошлом уничтожали всех животных, и после каждой катастрофы происходило сотворение новых живых организмов.
Кювье использовал для подтверждения деятельности творца, он рассматривал в качестве доказательства естественного происхождения и изменения живых организмов(трансформизм).
Жан Батист Ламарк (1744- 1829) предложил первую эволюционную теорию, подкрепленную многочисленными примерами. В основу учения положено представление о постепенном естественном развитии организмов во времени от простого к сложному и роль внешней среды в этом процессе оказывают условия среды. Основной труд «Философия зоологии».
3. Эволюционное учение Ч. Дарвина.
Главная научная заслуга Чарльза Дарвина (1809-1882 ). состоит в том, что он раскрыл основные механизмы и движущие силы эволюции органического мира Земли. Дарвин объяснил суть селекции: человек создает новые породы домашних животных и сорта растений на основе наследственной изменчивости и искусственного отбора. Центральным звеном в теории Дарвина по праву следует считать разработанное им учение о естественном отборе,который, в свою очередь, становится следствием борьбы за существование. Борьба за существование происходит из-за почти неограниченной способности организмов к размножению (под контролем естественного отбора). Ч. Дарвин считал, что механизмы эволюции едины. Ч. Дарвин вскрыл причины приспособлений организмов и показал относительный характер приспособленности, объяснил саму суть процесса видообразования (принцип дивергенции).
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Что изучает эволюционное учение?
2. С именами каких античных ученых связаны древнейшие эволюционные представления?
3. В чем суть эволюционной концепции Ж. Б.Ламарка?
4. С помощью какого механизма Ламарк объяснял происхождение длинной шеи у птиц?
5. Чем характеризуется развитие биологии в античный период?
6. Какие ученые внесли значительный вклад в изучение биологии?
7. Какова роль Аристотеля в развитии биологии?
8. Какие основные эволюционные идеи сложились в античное время?
10. Каких ученых справедливо считают предшественниками дарвинизма?
11. Какое значение для развития эволюционных идей имели труды
К.Линнея?
12. Почему Ж.Кювье, и Ж.Б.Ламарка относят к предшественникам теории эволюции Ч.Дарвина?
13. Укажите заслуги Ж. Б.Ламарка в развитии эволюционных идей.
Тема 4.2. Вид. Популяция.
Основные понятия и термины по теме: микроэволюция, вид, концепция вида, ареал, популяция, половая структура, возрастная структура, морфологический, физиологический, этологический, биохимический, генетический, экологический, географический критерии. План изучения темы:
1. Концепция вида, его критерии.
2. Популяция – структурная единица вида и эволюции.
Краткое изложение темы:
1. Термин «вид» введен в науку английским естествоиспытателем Джоном Реем (1628— 1705) в конце XVII в.К.Линней считал, что виды реально (объективно) существуют в природе и являются некими универсальными дискретными образованиями. В пределах любого вида те или иные признаки могут изменяться, в то время как сам вид остается неизменным. Великий французский эволюционист Ж. Б. Ламарк понятие вида считал условным, поскольку все виды постоянно меняются. В настоящее время принята биологическая концепция вида (Н.И. Вавилов, Э. Майр (в 1963 г. им опубликована фундаментальная монография «Зоологический вид и эволюция»), Ф.И. Добржанский, Н.В. Тимофеев-Ресовский и др.).
Биологическая концепция вида признает, что виды состоят из популяций, что они реальны и имеют общую генетическую программу,исторически сложившуюся в ходе эволюции. В соответствии с этой концепцией:
1) вид — это репродуктивное сообщество, обладающее репродуктивной изоляцией, которая понимается как наличие механизмов, препятствующих притоку других генов (в то же время существует множество механизмов, обеспечивающих размножение внутри вида);
2) вид — экологическая единица, взаимодействущая как единое целое с другими видами;
3) вид — генетическая единица, обладающая единым генофондом. Из данной теоретической концепции вытекает следующее определение: виды — это группы скрещивающихся естественных популяций, репродуктивно изолированные от других таких групп. Каждый вид обитает на определенном пространстве, называемом ареалом вида. Принята определенная сумма показателей (критериев), по которым возможно очертить границы каждого конкретного вида и определить видовую принадлежность рассматриваемых особей: морфологический, физиологический, этологический, биохимический, генетический, экологический, географический.
2. Популяция — это исторически сложившаяся совокупность особей данного вида, занимающая определенное пространство внутри видового ареала и в той или иной степени изолированная от аналогичных соседних совокупностей.
Изоляции популяций способствуют географические барьеры (для одних видов это пустыни, для других — реки и морские проливы, для третьих — высокие горные хребты, для четвертых — неблагоприятный климат и т.д.), биологические различия (морфологические, экологические и поведенческие), препятствующие скрещиванию, — это могут быть различия в строении полового аппарата, сроках размножения, поведении ухаживания и пр.Вид состоит из популяций, которые следует рассматривать как элементарные единицы эволюции. Для популяций характерна возрастная и половая структуры.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1.Как называется концепция вида, придающая особое значение морфологическим различиям между видами?
2. Докажите, что морфологические различия не могут быть единственным критерием вида.
3. Какие взгляды на реальность вида принадлежали представителям биологической концепции?
4. С именами каких ученых связана современная биологическая концепция вида?
5. По каким критериям, согласно современной концепции вида, определяется видовая принадлежность рассматриваемых особей?
6. Дайте определение популяции. Исходя из определения популяции,
7. Докажите, что выражение «популяция мышевидных грызунов Измайловского парка» в корне неверно.
8. Покажите на конкретных примерах, что элементарной единицей эволюции является популяция.
Тема 4.3. МикроэволюцияОсновные понятия и термины по теме: микроэволюция, наследственная изменчивость, естественный отбор, борьба за существование, синтетическая теория.
План изучения темы:
1. Движущие силы эволюции.
2. Синтетическая теория эволюции.
3. Микроэволюция. Современные представления о видообразовании (С.С. Четвериков, И.И. Шмальгаузен).
Краткое изложение темы:
1. Движущие силы эволюции: наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор.
Наследственная изменчивость- причина наследственных изменений — изменение генов и хромосом, перекомбинация (сочетание) родительских признаков у потомства. Роль наследственной изменчивости в эволюции: поставка материала для действия естественного отбора.
Борьба за существование — сложные взаимоотношения между особями одного вида, разных видов, с факторами неживой природы. Причина борьбы за существование — способность особей к безграничному размножению, увеличению численности и ограниченность ресурсов (пищи, территории и др.) для их существования.
Формы борьбы за существование:
- борьба с неблагоприятными условиями неживой природы (абиотическими факторами недостаточной освещенности;
- межвидовая борьба за существование — взаимоотношения между особями разных видов.
- внутривидовая борьба за существование — взаимоотношения между особями одного вида. Наибольшая напряженность внутривидовой борьбы вследствие сходства потребностей у особей одного вида (необходимость сходной пищи, освещенности, почвы и др.).
Естественный отбор — процесс выживания особей с полезными в данных условиях среды наследственными изменениями и их последующее размножение. Отбор — следствие борьбы за существование, главный фактор эволюции, сохраняющий особей преимущественно с полезными в определенных условиях среды наследственными изменениями. Отбирающий фактор — условия внешней среды: высокая или низкая температура воздуха; избыток или недостаток влаги, света, пищи.Взаимосвязь движущих сил эволюции заключается в неоднородности особей вида вследствие наследственной изменчивости, поставляющей материал для действия борьбы за существование и для естественного отбора.
2. Синтетическая теория эволюции (также современный эволюционный синтез) — современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и др.науки. Впервые было предложено Дж. Симпсоном в 1949 году.
Положения синтетической теории эволюции:
1. Элементарной единицей эволюции считается локальная популяция;
2. Материалом для эволюции являются мутационная и рекомбинационная изменчивость;
3. Естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов;
4. Дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков;
5. Вид есть система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов, и каждый вид экологически обособлен;
6. Видообразование заключается в возникновении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях географической изоляции.
3. Микроэволюция- это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и приводящих к образованию нового вида.
Видообразование:
а) аллопатрическое (географическое), связано с расширением ареала исходного вида и осуществляется посредством длительной географической изоляции популяций.
б) симпатрическое (экологическое) связано с зарождением в рамках популяционного ареала новой формы. Однако совмещение мест обитания оказывается временным явлением.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Назовите два основополагающих принципа, лежащих в основе процесса видообразования.
2. Какие механизмы лежат в основе аллопатрического видообразования?
3. В результате чего возникают изоляты?
4. Приведите примеры аллопатрического видообразования.
5. Раскройте механизм симпатрического видообразования. Ответ проиллюстрируйте примерами.
6. Что такое микроэволюция?
7. Назовите и охарактеризуйте движущие силы эволюции?
Тема 4.4. Мутагенез
Основные понятия и термины по теме: искусственный мутагенез, аллополиплоиды, рафанобрассика, мутагены, отдаленная гибридизация.
План изучения темы:
1. Разработка способов преодоления бесплодия межвидовых гибридов.
2. Искусственный мутагенез.
Краткое изложение темы:
1. Разработка способов преодоления бесплодия межвидовых гибридов.
Отдаленная гибридизация (скрещивание растений разных видов, а иногда и родов, способствующее получению новых форм) не находит широкого применения в селекции по причине бесплодности получаемых гибридов. Впервые межвидовую бесплодность преодолел Георгий Дмитриевич Карпеченко (1899–1942) при скрещивании редьки и капусты.
Капустно-редечный гибрид (рафанобрассика)
Г.Д. Карпеченко действием колхицина удвоил число хромосом гибрида. В результате в гибридном организме оказалось 36 хромосом, слагающихся из двух полных диплоидных наборов редьки и капусты. Виды, у которых произошло объединение разных геномов в одном организме, а затем их кратное увеличение, называются аллополиплоиды. В зиготе вновь оказалось 36 хромосом. Таким образом, полученный капустно-редечный гибрид, названный рафанобрассикой, стал плодовитым. Г.Д. Карпеченко удалось впервые четко продемонстрировать взаимосвязь отдаленной гибридизации и полиплоидии в получении плодовитых форм. Это имеет огромное значение как для эволюции, так и для селекции.
Известны также работы русского селекционера Ивана Васильевича Мичурина, который используя метод ментора, создал различные сорта межвидовых растений. Много внимания он уделял скрещиванию географически удаленных форм и их внедрению в новые регионы.
2. Искусственный мутагенез.
В селекции широко используют метод искусственного мутагенеза (воздействуя мутагенами на исходный материал, нарушают строение молекул ДНК, что приводит к резкому росту числа мутаций, среди которых часто появляются формы с полезными признаками). Путём искусственного мутагенеза получены высокоурожайные сорта ярового и озимого ячменя, яровая пшеница Новосибирская 67, а также полиплоидные растения, отличающиеся более крупными размерами плодов, цветков, стеблей и др. органов и повышенным содержанием сахара (сахарная свёкла), белков (зернобобовые), масла (подсолнечник) и др. полезных веществ.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. С какой целью применяются мутагены?
2. Назовите мутагенные факторы.
3. Что такое мутагенез?
4. Какие растения были получены в результате искусственного мутагенеза? Приведите примеры.
5. В чем заключается суть метода ментора?
Тема 4.5. Макроэволюция
Основные понятия и термины по теме: макроэволюция, арогенез, аллогенез, катагенез, идиоадаптация, ароморфоз, общая дегенерация, биологический прогресс, биологический регресс.
План изучения темы:
1. Макроэволюция. Ее направления.
2. Аллогенез.
3. Арогенез.
4. Катагенез.
Краткое изложение темы:
1. Макроэволюция органического мира — это процесс формирования крупных систематических единиц: из видов — новых родов, из родов — новых семейств и т. д. В основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственность, изменчивость, естественный отбор и репродуктивная изоляция.
В настоящее время четко разграничивают два направления, или типа, макроэволюционного процесса, приводящие к биологическому прогрессу группы: 1) аллогенез и 2) арогенез.
Под биологическим прогрессом А. Н. Северцов понимал процветание группы организмов, ее победу в борьбе за существование. Биологический прогресс характеризуется расширением ареала, увеличением числа разновидностей и особей данной группы.
2. Аллогенез — развитие группы с возникновением большого числа близких форм одного уровня организации. Такое направление эволюции осуществляется на основе незначительных приспособительных изменений, которые А. Н. Северцов назвал идиоадаптациями. Иногда, в случае перехода организмов к сидячему или паразитическому образу жизни, эти изменения носят характер упрощения строения и называются дегенерацией.
3. Арогенез — развитие группы, связанное с переходом в новые, более сложные условия обитания на основе усложнения строения и повышения организации. Такой путь морфофизиологических перестроек А. Н. Северцов назвал ароморфозом. Арогенез обычно протекает быстрее, чем аллогенез, который практически бесконечен. Ароморфозы обычно затрагивают важнейшие системы органов. Они способствуют лучшему поддержанию постоянства внутренней среды, уменьшая тем самым зависимость от окружающей внешней среды. Это позволяет освоить новые, более сложные условия жизни. Примером служит арогенез птиц, предки которых приобрели крылья, четырехкамерное сердце, соответствующие отделы мозга, теплокровность и т. д.
Биологический регресс — это процесс, обратный прогрессу. Он характеризуется снижением приспособленности и постепенным вымиранием. Пример — те же динозавры, у которых биологический прогресс сменился регрессом.
4. Катагенез - эволюционное направление, сопровождающееся упрощением организации. Биологическое процветание достигается и упрощением организации. Упрощение организации — морфологический регресс — ведет к исчезновению органов активной жизни и носит название дегенерации. Общая дегенерация как путь биологического прогресса наблюдается у многих форм и связана главным образом с переходом к паразитическому или сидячему образу жизни.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Что такое биологический прогресс?
2. Какие существуют основные направления эволюции организмов?
3. Какое направление поднимает группу организмов на более высокий уровень организации?
4. Приведите примеры ароморфозов.
5. Что такое аллогенез?
6. Как изменяется строение организмов при переходе к паразитизму?
Тема 4.6. Доказательства эволюции
Основные понятия и термины по теме: гомологичные органы, рудименты, атавизмы, аналогичные органы, переходные формы, филогенетический ряд.
План изучения темы:
1. Доказательства эволюции: морфологические, эмбриологические, палеонтологические, биогеографические, генетические и цитологические
Краткое изложение темы:
1. Доказательства эволюции — научные данные и концепции, подтверждающие происхождение всех живых существ на Земле от общего предка:
а) Морфологические доказательства - основаны на сравнительно-анатомических признаках.Гомологичные органы- имеют общее происхождение и строение, но выполняют разные функции(конечности крота, кошек, летучих мышей). Аналогичные органы - имеют разное строение и происхождение, но выполняют одинаковые функции( крылья птиц и крылья бабочек). Рудименты - органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюционного развития организма ( аппендикс, третье веко, дарвинов бугорок). Атавизмы - появление у особи признаков, свойственных отдалённым предкам, но отсутствующих у ближайших( волосатость, наличие хвоста, многососковость).
б) Эмбриологические - у всех позвоночных животных наблюдается сходство зародышей. «Закон зародышевого сходства» К. Бэр: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами. Биогенетический закон Мюллера, Геккеля: онтогенез есть быстрое и краткое повторение филогенеза.
в) Палеонтологические - сравнение вымерших форм с современными формами
убедительно свидетельствуют о том, что животные и растения постоянно изменялись во времени. Переходные формы - организмы, в себе одновременно как признаки древних, так и более эволюционно молодых групп, относящихся к таксономическим (систематическим) категориям высокого ранга (семенные папоротники (переходная форма между папоротникообразными голосеменными), ихтиостеги (переходная форма между пресноводными кистеперыми рыбами и земноводными) Филогенетические ряды - непрерывные ряды форм (от древнейших до современных), отражающие эволюцию рассматриваемых категорий. Отечественный зоолог В.О.Ковалевский (1842—1883) разработал филогенетический ряд лошадей.
г) Биогеографические - основано на сравнении флоры и фауны земного шара.
Сравнение растительного и животного мира различных географических областей позволяет разобраться в их отдаленном прошлом, предоставляет богатый материал, доказывающий эволюцию живых организмов. Сходство фауны и флоры Северной Америки и северо-востока Евразии объясняется наличием в недалеком прошлом узкого перешейка («сухопутного моста») между материками. Такой же мост существовал между Европой и Британскими островами.
д) Генетические и цитологические -осуществление генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот происходит по единому для всего живого на Земле механизму. Клеточное строение характерно для подавляющего большинства организмов.Принципы деления клеток одинаковы у всех эукариот. Это неоспоримо свидетельствует о едином плане строения и общности происхождения всех организмов.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какие существуют палеонтологические доказательства эволюции?
2. Какие органы называются гомологичными, какие — аналогичными?
3. Что доказывает наличие у животных рудиментов и атавизмов?
4. Каким образом данные эмбриологии могут служить доказательствами
эволюции?
5. Какова зависимость между индивидуальным и историческим развитием
организма?
Тема 4.7. Основные направления эволюционного прогресса.
Основные понятия и термины по теме: биоразнообразие, причины вымирания, ароморфоз, идиоадаптпация, дегенерация.
План изучения темы
1. Сохранение биологического многообразия как основы устойчивости биосферы и прогрессивного ее развития.
2. Причины вымирания видов.
3. Основные направления эволюционного процесса.
Краткое изложение темы
1. Сохранение биологического многообразия как основы устойчивости биосферы и прогрессивного ее развития.
Величина биоразнообразия как внутри вида, так и в рамках всей биосферы признана в биологии одним из главных показателей жизнеспособности (живучести) вида и экосистемы в целом и получила название «Принцип биологического разнообразия». Действительно, при большом однообразии характеристик особей внутри одного вида (от человека до растений и микробов) любое существенное изменение внешних условий (погода, эпидемия, изменение кормов и пр.) более критично скажется на выживаемости вида, чем в случае, когда последний имеет большую степень биологического разнообразия. То же (на другом уровне) относится и к богатству (биоразнообразию) видов в биосфере в целом.
История человечества накопила уже целый ряд примеров отрицательных последствий попыток слишком грубого и упрощённого «назначения» каких-то биологических видов, семейств и даже экосистем однозначно положительными, или однозначно отрицательными. Осушение болот приводило не только к уменьшению малярийных комаров, но и к более бурным весенним паводкам при иссушении близлежащих полей летом, отстрел волков («обидчиков» мирных пушистых оленей) на замкнутом плато — к неумеренному росту численности этих оленей, почти полному истреблению ими кормов и последующему повальному падежу.
2. Причины вымирания видов.
Вымирание — явление в биологии и экологии, заключающееся в исчезновении (смерти) всех представителей определённого биологического вида или таксона. Вымирание может иметь естественные или антропогенные причины. При особо частых случаях вымирания биологических видов за короткий промежуток времени обычно говорят о массовом вымирании.
Виды вымирают, когда их рождаемость на протяжении периода не способна компенсировать их смертность. Причины вымирания:
1) численность популяции (у животных, размножающихся только в группах, например странствующий голубь);
2) генетическое разнообразие;
3) продолжительность жизни (смерть перед достижением половой зрелости)
хищники;
4) конкуренция с другими видами животных на одном и том же жизненном пространстве;
5) нападения паразитов (новые болезни);
5) катастрофы;
6) изменения окружающей среды.
3. Основные направления эволюционного процесса.
Направления эволюционного процесса:
а) Ароморфоз - прогрессивное эволюционное изменение строения, приводящее к общему повышению уровня организации организмов. Ароморфоз - это расширение жизненных условий, связанное с усложнением организации и повышением жизнедеятельности. Наряду с ароморфозами, А. Н. Северцов предлагал различать идиоадаптации (малозначимые эволюционные изменения, связанные с мелкими приспособлениями к конкретным условиям окружающей среды) и общую дегенерацию (регрессивные изменения, катаморфоз).
б) Идиоадаптация и адаптация, одно из главных направлений эволюции, при котором возникают частные изменения строения и функций органов при сохранении в целом уровня организации предковых форм.в) Дегенерация — процесс резкого упрощения организации, связанного с исчезновением органов и функций, а также целых систем органов.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1.Назовите причины вымирания видов.
2. Раскройте суть сохранения биологического многообразия как основы устойчивости биосферы и прогрессивного ее развития.
3. Перечислите направления эволюции.
4. Охарактеризуйте ароморфоз, идиоадаптация и дегенерация.
Тема 4.8. Биологический регресс и биологический прогресс
Основные понятия и термины по теме:
План изучения темы:
1. Биологический прогресс.
2.Биологический регресс.
Краткое изложение темы
1. Биологический прогресс.
Крупный отечественный биолог-эволюционист А.Н. Северцов (1866—1936) разработал теорию морфофизиологического и биологического прогресса и регресса.
Биологический прогресс — это победа вида (или иной систематической единицы) в борьбе за существование.
Основные признаки биологического прогресса — стабильное увеличение численности и расширение занимаемого ареала. Расширение ареала вида приводит, как правило, к образованию новых популяций. По определению, примерами биологического прогресса служат представители типов простейших, моллюсков, членистоногих (различные виды и даже целые отряды насекомых — двукрылые, жесткокрылые и др.), хордовых (отдельные группы рыб, птиц — например, воробьинообразные, млекопитающих — например, грызуны и др) . Включает в себя: ароморфозы и идиоадаптации.
2.Биологический регресс.
Биологический регресс характеризуется альтернативными признаками:
1) снижением численности,
2) сокращением ареала,
3) снижением внутривидовой дифференциации (например, снижением популяционного разнообразия).
В конечном счете биологический регресс может привести к вымиранию вида. В типе хордовых примерами естественного биологического регресса служат: двоякодышащие и кистеперые рыбы (кл. Костные рыбы); гаттерия, крокодилы, слоновые черепахи (кл. Рептилии); яйцекладущие, неполнозубые, хоботные (кл. Млекопитающие). Основной причиной биологического регресса является отставание в эволюции группы от скорости изменений окружающей среды.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Что такое биологический прогресс?
2. Что такое биологический регресс?
3. В чем отличие ароморфозов от идиоадаптаций.
4. Назовите признаки биологического прогресса.
5. Какое направление биологической эволюции поднимает группу организмов на более высокую ступень организации?
Происхождение и развитие жизни на Земле
1.Жизнь как особая форма движения материи. Свойства и уровни организации живого. Гипотезы происхождения жизни
2. Краткие сведения о геохронологии3. Возникновение жизни. Основные этапы биогенеза4. Эволюция одноклеточных организмов5. Возникновение и развитие многоклеточной организации6. Эволюция растительного мира7. Эволюция животного мира1.Жизнь как особая форма движения материи. Свойства и уровни организации живого. Гипотезы происхождения жизни
Жизнь – одно из сложнейших явлений природы. В XVII-XVIII вв. широкое распространение получил витализм (от лат. vitalis - жизненный), основоположником которого считают древнегреческого философа Аристотеля. По Аристотелю «жизнь есть питание, рост и одряхление, причиной которых является энтелехия – принцип, имеющий цель в самом себе». Сторонники витализма предполагали, что организмам присуща особая "жизненная сила", которая управляет всеми жизненными процессами. Как только она покидает тело, организм начинает разрушаться. Витализм всегда представлял антинаучное течение в биологии, основным положением которого являлось признание особой жизненной силы или «души», свойственной всем телам живой природы. Жизненная сила, как особая нематериальная субстанция, считалась независимой от материи. Поэтому последовательные сторонники виталистической концепции считали ее проявлением божественного начала. Виталисты считали, что живые организмы состоят из органических веществ, которые невозможно получить искусственным путем, что к живым организмам неприменим закон сохранения энергии. Однако эти утверждения были опровергнуты немецким химиком Ф. Велером, который в 1828 г. впервые синтезировал в лабораторных условиях органическое вещество (мочевину). В настоящее время искусственным путем получено свыше 100000 органических веществ. В XVIII в. был распространен механистический взгляд на природу, в соответствии с которым живые организмы рассматривались как особые механизмы, отличающиеся от созданных человеком только сложностью строения. Такая концепция оказалось бессильной решить проблему сущности жизни, так как создатели ее не видели специфики живых тел природы. В дальнейшем попытки определить сущность жизни также предпринимались неоднократно. Павлов определяет жизнь, как сложный химический процесс. Опарин – как особую очень сложную форму движения материи. По определению Энгельса «жизнь - это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой, причем с прекращением этого обмена прекращается и жизнь». Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс. Основными свойствами живого являются сходный химический состав, обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, рост, развитие, подвижность, раздражимость, приспособляемость. Ни одно из этих свойств не позволяет провести резкой границы между живым и неживым и лишь по совокупности этих особенностей можно охарактеризовать жизнь. Например, кристаллы способны к росту. Только живое обладает совокупностью всех перечисленных свойств. Более того, фундаментальные свойства живого - тесно связанные, неотделимые друг от друга феномены.1.Сходный химический состав (химический состав живого вещества представлен группой биогенных атомов ( N, Р, Са, К и др). Обмен веществом и энергией.
2.Обмен веществ – особый способ взаимодействия живых организмов со средой.
3.Обмен веществ требует постоянного притока некоторых веществ и энергии из вне и выделения некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду.
4.Размножение, которое обеспечивает преемственность между поколениями организмов. Наследственность – поток информации между поколениями.
5.Изменчивость – появление новых признаков в процессе репродукции.. 6. Раздражимость – заключается в передаче информации от внешней среды к организму; на основе раздражимости осуществляется саморегуляция и гомеостаз.Жизнь на Земле представлена крайне многообразными формами. В зависимости от методов исследований во всем этом многообразии можно выделить различные уровни организации живого. Каждая более высокая форма материи включает в себя элементы более низкого уровня. Молекулярный уровень. Элементарные структурные единицы – молекулы. Основные элементарные явления этого уровня: репликация, биосинтез, мутации. Клеточный уровень. Структурными элементарными единицами являются различные органоиды и компоненты клеток. Основные элементарные явления этого уровня: способность к самовоспроизведению, регуляторность химических реакций, запасание и расходование энергии. Организменный уровень. Единицей уровня является организм. Основным процессом на данном уровне является онтогенез. Популяционно-видовой уровень. Популяция – элементарная структура на популяционно-видовом уровне, элементарное явление – изменение генотипического состава популяции. Основные признаки уровня: рождаемость, смертность, структура (половая и возрастная), плотность, численность популяции. Выделены элементарные факторы, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор. Биосферный уровень. Единицей уровня является биоценоз. Биоценоз – совокупность живых организмов, населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой. Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, и прилежащей атмосферой называются экосистемами. Экосистема – взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией Для этого уровня характерно: активное взаимодействие живого и неживого вещества, биологический круговорот веществ и энергии. Проблема происхождения жизни – одна из фундаментальных и наиболее сложных в современном естествознании. Ее решение имеет исключительное значение для разработки основ теоретической биологии, поиска жизни во Вселенной, изучения геологического прошлого Земли, а также разработки мировоззренческих и философско-методологических задач. Вопрос о возникновении живого интересовал человека с древних времен. Существует множество гипотез происхождения жизни. Наиболее важными из них являются следующие:1.Креационизм. 2.Самопроизвольное зарождение (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества).
3.Стационарного состояния (жизнь существовала всегда).
4.Панспермия (жизнь занесена на Землю из других планет).
5.Биохимические (жизнь возникла в условиях Земли в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции).Гипотезы самозарождения. На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму. Идея самозарождения высказывали также философы Древней Греции. Постепенно эта гипотеза видоизменялась. Аристотель считал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В средние века многим "удавалось" наблюдать зарождение насекомых, червей, угрей, мышей. Эти "факты" считались достаточно убедительными. В 1668 г. итальянский врач Франческо Реди опровергнул эти взгляды опытным путем. Для этого он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змей в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось. Таким образом, Реди доказал, что белые черви, появляющиеся в мясе змей, являются личинками флорентийской мухи, и что если мясо закрыть и предотвратить доступ мух, то оно не "произведет" червей. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. Похожие опыты проделал итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729-1799), который решил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметически запаивал. В итоге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Противники этой точки зрения утверждали, что самозарождение не происходит по той причине, что воздух в колбах во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарождения. В XIX в. гипотеза самозарождения была окончательно опровергнута французским ученым Луи Пастером (1822-1895) и английским биологом Джоном Тиндалем. Они показали, что бактерии распространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не возникнут. Пастер пользовался для этого колбами с изогнутым S-образным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как воздух свободно проникал в колбу и выходил из нее. Тиндаль стерилизовал воздух, поступающий в колбы, пропуская его сквозь пламя или пропуская через вату. К концу 70-х гг. XIX в. практически все ученые признали, что живые организмы происходят только от других живых организмов. Гипотеза стационарного состояния. Согласно этой гипотезе, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus – вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик В. И. Вернадский. Гипотеза панспермии (от греч. – весь, всякий и sperma – семя) – гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет зародышей жизни. Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Ее приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру, жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена из других планет. В связи с этим вставали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Сторонниками этой теории были Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П. П. Лазарев и др. Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца, споры бактерий и других организмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, некоторые споры и семена растений не погибают даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте. Другие ученые высказывали мысль о перенесении "спор жизни" на Землю светом. Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами с помощью летательных аппаратов. Доказательством этого являются многократные появления НЛО (неопознанных летающих объектов), наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и космонавтов, остатки сооружений, похожих на космодромы, а также сообщения о будто бы произошедших встречах с инопланетянами. К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Вик-рамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, "сеют зародыши жизни". Биохимические гипотезы происхождения жизни. В настоящее время большинство биологов придерживаются теории происхождения биологических молекул абиогенным путем. В этой связи эта гипотеза будет рассмотрена отдельно.
1. Краткие сведения о геохронологии Согласно современным оценкам возраст Земли составляет около 4,5-5 млрд. лет. Появление на планете первых водоемов, с которыми связывают зарождение жизни, отстоит от настоящего времени на 3,8-4 млрд. лет. Историю Земли принято делить на крупные промежутки времени – эры и периоды. Границами между ними являются крупные геологические события, связанные с историей развития планеты как космического тела. К таким событиям относятся горообразовательные процессы, усиление вулканической деятельности, поднятие и опускание суши, изменения очертаний материков и океанов.