авторы учения о главных направлениях эволюции и путях их осуществления
Макроэволюция. Направления и пути эволюции (А.Н. Северцов, И.И. Шмальгаузен). Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация. Причины биологического прогресса и регресса
Содержание:
Возникновение новых видов сопровождается формированием более крупных таксонов. Образование новых родов, семейств и классов подчиняется общим биологическим закономерностям, а также имеет специфические черты.
Макроэволюция
Природные механизмы, лежащие в основе микро- и макроэволюционных процессов, похожи. Появляются новые признаки, действует естественный отбор. Возникает репродуктивная изоляция — невозможность скрещивания особей нового вида с представителями исходного. Приспособительные изменения к внешним условиям закрепляются в поколениях благодаря механизмам естественного отбора (рис. 1).
Особи нового вида, приспособленные к изменившимся условиям существования, расселяются на новой территории. В возникшей популяции начинают действовать мутагенез, популяционные волны, репродуктивная изоляция и естественный отбор.
Происходящие изменения означают новый виток эволюционного процесса:
Макроэволюция — явления и процессы, приводящие к появлению надвидовых таксонов. Возникновение родов, семейств, отрядов, порядков, классов происходит как закономерный итог микроэволюционных изменений, происходивших в течение длительного периода. Большие временные отрезки позволяют проявиться основным направлениям и закономерностям, не заметным на низшем уровне эволюции.
Возможно, специфических механизмов макроэволюции не существует. Возникновение более высоких, по сравнению с видом, таксонов может происходить исключительно посредством микроэволюции. Отражение в биологической науке сложной иерархии органического мира носит условный характер, постоянно подвергается редактированию. Открытия проливают свет на степень родства между группами организмов, темпы эволюции.
В 1712 году было открыто растение, имеющее жилки с дихотомическим ветвлением. Такая морфологическая особенность была характерна для семенных папоротников, распространенных еще в палеозойскую и мезозойскую эры, и давно вымерших. Для гинкго двулопастного время как бы остановилось. Реликтовое растение «законсервировалось» на десятки миллионов лет и до сих пор встречается на Земле (рис. 2).
За тот же период времени другие группы растений, например, родственные гинкговым голосеменные, значительно изменились. Исчезли с лица Земли динозавры, гигантские семенные папоротники, распространенные в лесах мезозоя.
Направления и пути эволюции (А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен)
Анализ истории органического мира доказывает, что на одних отрезках времени наблюдается расцвет отдельных групп организмов на Земле (преобладание над другими). Это состояние не длится вечно. Наблюдается упадок, а затем исчезновение некогда господствовавших организмов.
Российский ученый А.Н. Северцов изучал отражение закономерностей эволюции в морфологии живых организмов. Исследователь охарактеризовал эволюционные пути развития по их направлению. Северцов предложил различать биологический прогресс и его противоположность — морфофизиологический регресс, объяснил их причины и проявления.
Биологический прогресс — состояние, при котором та или иная группа организмов, преобладает по численности, достигает большого видового разнообразия, распространена на обширной территории. Процесс характеризуется появлением более сложных, качественно новых форм жизни одновременно с уже устоявшимися группами. Многоклеточные возникли в мире, населенном одноклеточными. Млекопитающие и птицы появились в то время, когда на Земле были распространены пресмыкающиеся.
По мнению А.Н. Северцева, прогрессивные изменения осуществляются как ароморфозы, идиоадаптации и дегенерация. Ароморфозы выводят группу организмов на качественно новый уровень, способствуют появлению родов, семейств и более крупных таксономических групп (рис. 3).
Идиоадаптации носят не принципиальный, а частный характер. Такие признаки позволяют организмам преуспеть, лучше освоиться в среде обитания. Дегенерация или упрощение строения возникает при переходе к более простому образу жизни.
Биологический регресс противоположен морфофизиологическому прогрессу. Крайним случаем этого процесса считается вымирание — исчезновение группы организмов с лица Земли. Стабилизирующий отбор — сохранение благоприятных в данных условиях признаков.
По Шмальгаузену, появление таких «пауз» не означает прекращение эволюции. Наоборот, происходит согласование изменений организма и среды обитания. Признано, что фаза биологической стабилизации наступила в эволюции гинкго двулопастного и другого реликтового организма — кистеперой рыбы латимерии.
Северцов и Шмальгаузен ввели правило смены фаз. Исследователи выявили следующую закономерность: ароморфозы происходят редко, но они поднимают группу организмов на новый уровень организации. Дальнейшее историческое развитие происходит как идиоадаптация либо дегенерация. Такие изменения позволяют организмам приспособиться к конкретным условиям жизни.
Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация
Весь ход макроэволюции — это протекание двух взаимно противоположных процессов. Биологический прогресс сопровождается возникновением новых видов, увеличением численности популяций. Обычно, такие изменения происходят при наличии достаточной кормовой базы, отсутствии стихийных бедствий, значительного истребления хищников.
Биологический прогресс означает эволюционный успех группы организмов, ее процветание, что согласуется с закономерным развитием природы от простого к сложному. К признакам биологического прогресса относятся рост численности особей конкретной группы и расширение ареала.
Группы низшего ранга преобразуются в более высокие. Внутри вида появляются подвиды, новые виды → Происходит преобразование в род → Несколько новых родов образуют новое семейство и т. д.
В настоящее время этот путь проходят насекомые и покрытосеменные растения.
Пути осуществления процесса по Северцову — арогенез, аллогенез и катагенез. Арогенез или значительное расширение ареала группы организмов происходит путем ароморфоза. Возникает значительное эволюционное преобразование, такое изменение строения и функций, которое повышает уровень организации живых организмов. Появляются возможности завоевания новой среды обитания, лучшего приспособления к ней.
Аллогенез не сопровождается расширением ареала. Внутри старого наблюдается появление различных частных приспособлений к среде обитания — идиоадаптаций. Значительные преимущества организмам могут дать сравнительно мелкие внешние или внутренние изменения, которые нужны для лучшего приспособления.
Идиоадаптации расширяют возможности освоения живыми организмами разных климатических и природных зон. Покровительственная окраска и мимикрия помогают избежать нападения хищников (рис. 5). При этом, возникшие изменения не означают более высокую ступень эволюции, как при ароморфозе.
Дегенерация — упрощение организмов, потеря каких-либо органов, функций в ходе эволюции. Парадоксальность явления заключается в том, что оно может вести к биологическому прогрессу. Такой путь получил собственное название «катагенез». Северцов рассматривал дегенерацию как упрощение организации, которое позволяет сэкономить ресурсы для приобретения других качеств, полезных изменений уже имеющихся свойств.
Дегенерация более характерна для паразитических организмов, животных, ведущих прикрепленный образ жизни. Например, асцидии утратили не только органы чувств, но и хорду (рис. 6).
Биологический регресс — «антипод» прогресса. Происходит эволюционный упадок группы организмов по разным причинам: из-за хозяйственной деятельности, вмешательства человека в природную среду, стихийных бедствий, изменения климатических условий. Снижается численность популяции, сужается ареал, виды исчезают, их количество в составе семейств уменьшается.
Биологический регресс в истории Земли нередко приводил к вымиранию групп организмов. На этом пути в настоящее время находятся некоторые папоротники, плауны, хвощи, ряд видов земноводных и пресмыкающихся.
Причины биологического прогресса и регресса
Одни группы организмов прогрессируют благодаря широкому диапазону наследственной изменчивости. Появляется достаточное количество комбинаций, служащих материалом для естественного отбора. Такая группа организмов получает преимущества.
Резерв наследственной изменчивости по каким-либо причинам может отсутствовать. В этом случае группа организмов обречена на вымирание. Нередко, так происходит у узкоспециализированных растений и животных. Они не имеют возможности приспособиться к новым условиям среды при ее резком изменении, к новому виду пищи, при исчезновении привычного корма.
Яркий пример этого процесса — внезапное вымирание динозавров (рис. 7). Причиной ученые называют падение на Землю гигантского небесного тела около 65 млн лет назад. Наступившие после изменения сравнивают с ядерной зимой. Снизилась прозрачность атмосферы из-за туч пепла и дыма, температура резко снизилась. Растения на больших территориях погибли, а динозавры лишились пищи.
Небольшие по размерам предки современных млекопитающих были теплокровными, возможно, всеядными. Они смогли пережить изменение условий и со временем заняли господствующее положение на планете.
Авторы учения о главных направлениях эволюции и путях их осуществления
Эволюционный процесс на Земле создает огромное разнообразие видов и надвидовых групп. Все они в этом процессе приобретают специальные приспособления к условиям существования. Изменения условий окружающей среды часто приводят к исчезновению у видов одних и появлению других свойств, обеспечивающих лучшее приспособление к жизни, а следовательно, большую выживаемость, увеличение размножения организмов и их более широкое распространение.
Возрастание приспособленности организмов к окружающей среде, сопровождающееся увеличением численности и более широким распространением вида, называют биологическим прогрессом (лат. progressus – «движение вперед»). В настоящее время биологический прогресс наблюдается у покрытосеменных растений, а среди животных – у насекомых, костистых рыб, птиц и млекопитающих.
Биологическая стабилизация по А.Н.Северцову, означает поддержание приспособленности организма на известном уровне. Организм изменяется соответственно изменениям условиям окружающей среды. Численность его не возрастает, но и не снижается.
У растений при снижении среднегодовой температуры увеличивается количество кроющих волосков эпидермы. Это явление позволяет выжить всем особям, но преимущества между другими видами не наблюдается, так как они проявляют такую же реакцию.
Снижение приспособленности организмов к условиям среды, сопровождающееся уменьшением численности и сужением области распространения, называется биологическим регрессом (лат. regressus – «возвращение», «движение назад»). Биологический регресс переживают группы, не сумевшие приспособиться к изменениям условий среды и не выдержавшие конкуренции с другими группами.
Причиной биологического регресса часто является деятельность человека. Человек влияет на виды непосредственно, уничтожая их, или опосредованно, изменяя среду их обитания. Так, в начале 17 века были истреблены дикие быки туры (прародители современных быков). Во второй половине 18 века были полностью уничтожены морские млекопитающие стеллеровы коровы. К началу 19 века охотники полностью истребили крупных нелетающих птиц моа в Новой Зеландии, рост которых достигал трех метров.
Идея о возможных путях достижения биологического прогресса в процессе эволюции была разработана российским ученым–эволюционистом А. Н. Северцовым в 1925 г.
Ароморфоз (от греч. airo – «поднимаю» и morphosis – «образец», «форма»), илиморфофизиологический прогресс, имеет большое значение для организма в целом и всегда ведет к биологическому прогрессу. По А. Н. Северцову, ароморфоз характеризует возникновение в ходе эволюции таких признаков, которые повышают общий уровень всех свойств организмов. Ароморфозы дают организмам большие преимущества в борьбе за существование и открывают новые возможности в использовании внешних условий среды (освоение новых, прежде недоступных источников питания и новых местообитаний).
Ароморфозы – это крупные эволюционные преобразования в строении и функциях организмов.
Ароморфозы – адаптации, полезные организмам в самых разнообразных условиях среды. Они имеют сложный комплексный характер. Это вызвано тем, что преобразование происходит сразу по многим признакам. Например, появление у растений пыльцевой трубки, доставляющей спермии к яйцеклетке, освободило процесс оплодотворения от обязательного участия воды, что обеспечило цветковым растениям возможность широко распространиться по суше. Одновременно это свойство сопровождалось рядом других ароморфных признаков: развитием проводящей сосудистой системы, появлением устьиц, регулирующих испарение, развитием рыльца на пестике, обеспечивающего прорастание пыльцевой трубки в пределах пестика.
Примерами ароморфозов могут служить: многоклеточность, преобразование конечностей и ротового аппарата у насекомых, превращение плавников кистеперых рыб в парные конечности у земноводных, появление зародышевых оболочек вокруг яйца у позвоночных, теплокровность, появление цветка у покрытосеменных растений и т. д.
Формирование ароморфоза – очень длительный процесс, происходящий на основе наследственной изменчивости и естественного отбора. По мнению А. Н. Северцова,ароморфозы обеспечили возникновение новых классов, отделов и типов организмов.
Идиоадаптация (от греч. idios – «особый», «своеобразный» и лат. adaptatio – «приспособление», «прилаживание») – еще одно направление эволюции. Оно характеризуется сменой частных приспособлений, но при этом общий уровень биологической организации группы не меняется.
Благодаря формированию различных идиоадаптаций, животные близких видов могут жить в самых различных географических зонах. Например, представителей семейства волчьих можно встретить на всей территории от Арктики до тропиков, что значительно снижает конкуренцию между видами.
Идиоадаптации выражают частные способы биологического прогресса, но как бы лежащие в «одной плоскости». Ярким примером идиоадаптации на уровне отдела могут служить покрытосеменные растения, создавшие множество различных жизненных форм (деревья, кустарники, травы), способов распространения семян, опыления и других приспособительных свойств.
В некоторых случаях идиоадаптация выражается в особенностях физиологии. Так, рак термосбена приспособился к жизни в термальных источниках с температурой воды +48 о С. Это существо покрыто особыми щетинками, работающими как фильтр, так как вода вблизи геотермальных источников насыщена токсичными газами. Зрения у этого ракообразного нет.
Примерами идиоадаптаций у животных могут служить особенности строения конечностей (например, у землероев, копытных, ластоногих), клювов (у хищных птиц, куликов, попугаев), приспособления придонных рыб (скаты, камбалы), покровительственная окраска насекомых и пр.
Общая дегенерация (лат. degenero – «вырождаюсь») – третье направление эволюции, связанное с упрощением строения и образа жизни организмов в результате приспособления к более простым условиям существования.
Примером могут служить изменения в строении животных, произошедшие при переходе к неподвижному, сидячему образу жизни и при паразитизме.
Для некоторых групп животных характерно пассивное питание. Сидячий образ этих животных жизни привёл к обратному направлению развития — неподвижности, слабой раздражимости и сократимости. Такой переход к сидячему образу жизни и пассивному питанию сопровождается упрощением организации и устранением от конкуренции с другими видами, что также ведёт к сохранению вида.
Взрослые асцидии прирастают к поверхности и не передвигаются, а их личинки свободно плавают в воде. После нескольких дней странствий они находят подходящее место, как правило на какой-либо скале, и становятся оседлыми.
Упрощение строения при соответствующем образе жизни организмов (например, при паразитизме) часто обеспечивает процветание группе. Благодаря общей дегенерации облегчается вхождение группы в новую адаптивную среду. Упрощение следует рассматривать как приобретение новых признаков, делающих возможным такой переход.
Cпециальные приспособления организмов к паразитическому образу жизни можно свести к решению основных задач для выживания и размножения:
Эти задачи решаются при помощи приспособлений, увеличивающих устойчивость свободных стадий паразита (яиц, цист, личинок) в отношении различных физических факторов внешней среды (температура, влажность, действие солнечных лучей и т. п.).
Строение тела и функции у всех паразитов различны. Для них характерны:
Соотношение направлений эволюции. Три основных направления эволюции лишь в учебных целях рассматриваются по отдельности. На самом же деле в природе эти процессы идут непрерывно и одновременно, сочетаясь между собой или сменяя друг друга. Обычно ароморфозы задают и определяют новые направления и этапы в развитии живого мира. Затем эволюция идет по пути идиоадаптации или дегенерации, обеспечивая организмам групп существование в новой среде. По истечении некоторого времени весь этот процесс может многократно повториться, увеличивая многообразие форм организмов и их групп.
Взаимоотношения трех основных направлений эволюции, их чередование А. Н. Северцовизобразил в виде схемы:
197. Примером идиоадаптации в эволюции животных служит развитие у
А) земноводных трехкамерного сердца
Б) кротов роющих конечностей
В) зверей волосяного покрова
Г) насекомых членистых конечностей
213. Какой признак НЕ считают ароморфозом у млекопитающих
А) волосяной покров
Б) четырехкамерное сердце
В) диафрагму
Г) укороченный хвост
314. Укажите пример ароморфоза
А) уплощение тела у донных рыб
Б) возникновение покровительственной окраски у щуки
В) редукция кишечника у свиного цепня
Г) возникновение многоклеточности
331. К появлению каких систематических групп приводят изменения в организации видов животных и растений путем идиоадаптаций
А) царств
Б) семейств
В) типов
Г) классов
623. Результатом идиоадаптаций у птиц считают
А) появление перьевого покрова
Б) появление четырехкамерного сердца
В) многообразие форм клюва
Г) формирование высокоразвитой нервной системы
682. Примером ароморфоза можно считать
А) появление пятипалой конечности у предков земноводных
Б) появление копыта в конечности млекопитающих
В) исчезновение конечностей у морских млекопитающих
Г) появление ласт у морских млекопитающих
872. Общее упрощение уровня организации обусловлено
А) идиоадаптацией
Б) биологическим прогрессом
В) дегенерацией
Г) биологическим регрессом
874. Идиоадаптация приводит к возникновению новых систематических категорий
А) царств
Б) типов
В) классов
Г) родов
885. Какая систематическая группа животных развивалась по пути ароморфозов
А) вид Прудовая лягушка
Б) род Лягушки
В) класс Земноводные
Г) отряд Бесхвостые
887. Какой путь эволюции привел к образованию пятипалой конечности у наземных позвоночных животных
А) идиоадаптация
Б) дегенерация
В) ароморфоз
Г) регенерация
954. Пример идиоадаптации
А) утрата червями-паразитами органов чувств
Б) разнообразие парных плавников у разных видов рыб
В) появление легких у земноводных
Г) четырехкамерное сердце у птиц и млекопитающих
990. Разнообразие какой систематической группы формировалось путем идиоадаптации
А) типа членистоногих
Б) отряда грызунов
В) класса земноводных
Г) царства животных
1030. Эволюционное направление, которое характеризуется проявлением у организмов мелких приспособительных признаков,
А) идиоадаптация
Б) дивергенция
В) дегенерация
Г) ароморфоз
1225. Показатель биологического прогресса вида
А) симбиоз
Б) взаимопомощь
В) конкуренция
Г) высокая численность
1594. Укажите НЕВЕРНОЕ утверждение: »Ароморфоз ведет к»
А) общему подъему организации
Б) повышению интенсивности жизнедеятельности
В) формированию приспособлений широкого значения
Г) формированию частных приспособлений
1595. Какое изменение НЕ относится к ароморфозу
А) живорождение у млекопитающих
Б) прогрессивное развитие головного мозга у приматов
В) превращение конечностей китов в ласты
Г) постоянная температура тела у птиц и млекопитающих
1596. Среди перечисленных примеров определите ароморфоз
А) появление легочного дыхания у земноводных
Б) утрата конечностей китами
В) формирование покровительственной окраски
Г) видоизменение конечностей у кротов
1598. К возникновению каких систематических категорий приводит идиоадаптация
А) царств
Б) типов
В) классов
Г) родов
1599. Укажите пример идиоадаптации
А) возникновение семени у голосеменных
Б) возникновение плода у цветковых
В) возникновение у цветковых растений нектарников
Г) появление фотосинтеза у растений
1601. Упрощение внутреннего и внешнего строения организмов называют
А) общей дегенерацией
Б) ароморфозом
В) идиоадаптацией
Г) регенерацией
1602. Чем обусловлено общее упрощение уровня организации организмов
А) идиоадаптацией
Б) биологическим прогрессом
В) дегенерацией
Г) биологическим регрессом
1605. Сокращение численности вида в природе свидетельствует о его
А) широкой адаптации
Б) развитии по пути дегенерации
В) биологическом прогрессе
Г) биологическом регрессе
1628. Какой из перечисленных показателей не характеризует биологический прогресс?
А) экологическое разнообразие
Б) забота о потомстве
В) широкий ареал
Г) высокая численность
1816. Среди перечисленных примеров определите ароморфоз
А) плоская форма тела у ската
Б) покровительственная окраска у кузнечика
В) четырёхкамерное сердце у птиц
Г) отсутствие пищеварительной системы у паразитических червей
1870. Увеличение числа особей вида, расширение его ареала характерно для
А) биологического регресса
Б) ароморфоза
В) биологического прогресса
Г) идиоадаптации
1894. Какая систематическая группа животных формируется в результате крупных ароморфозов?
А) вид
Б) класс
В) семейство
Г) род
1973. Примером идиоадаптации может служить возникновение в процессе эволюции
1) колючек у кактуса
2) крыла птицы
3) яйца пресмыкающегося
4) молочных желез млекопитающих
2159. Частные морфологические изменения, обеспечивающие приспособленность организмов к определенным условиям среды, называют
А) идиоадаптациями
Б) ароморфозами
В) конвергенцией
Г) дивергенцией
2265. Сужение ареала вида служит показателем
А) идиоадаптации
Б) общей дегенерации
В) биологического регресса
Г) ароморфоза
2360. Появление различных форм и окрасок цветков – это результат
А) идиоадаптации
Б) усложнения уровня их организации
В) ароморфоза
Г) географического видообразования
2425. Уплощенное тело ската – пример
А) идиоадаптации
Б) дегенерации
В) ароморфоза
Г) конвергенции
2449. Эволюционные изменения, способствующие увеличению численности особей вида и расширению его ареала, называют
А) конвергентной эволюцией
Б) адаптивной радиацией
В) дивергентной эволюцией
Г) биологическим прогрессом
2534. Выберите пример ароморфоза
А) образование нектарников в цветках
Б) формирование различий в строении цветков у растений
В) появление корневой системы у древних папоротников
Г) формирование разнообразных листьев у растений
2559. Верны ли следующие суждения о направлениях эволюции?
1. Упрощение в строении животных, связанное с паразитическим образом жизни, относят к биологическому регрессу.
2. Возникновение класса Насекомые, сопровождавшееся повышением общего уровня их организации, – пример ароморфоза.
А) верно только 1
Б) верно только 2
В) верны оба суждения
Г) оба суждения неврены
2607. Пример идиоадаптации – это
А) появление пятипалых конечностей у позвоночных
Б) возникновение полового процесса у растений
В) образование плодов у покрытосеменных растений
Г) формирование разнообразной формы тела у рыб
2720. Увеличение численности особей вида, расширение его ареала характеризуют
А) биологический прогресс
Б) конвергенцию
В) идиоадаптацию
Г) ароморфоз
2748. Возникновение в процессе эволюции у птиц и млекопитающих теплокровности – это пример
А) общей дегенерации
Б) идиоадаптации
В) ароморфоза
Г) биологического регресса
1-Установите соответствие между характером и путями органической эволюции
1) сохранение численности
А) Биологический прогресс
2) возрастание приспособленности организмов к окруж.среде
Б) Биологический регресс
3) уменьшение численности видообразования
В) Биологическая стабилизация
4) расширение ареала
5) уменьшение численности особей в популяции
6) сохранение ареала с возможными миграциями, но без значительного расселения
2-Установите соответствие между характером и направлениями органической эволюции
1) возникновение покровительственной окраски
2) возникновение редукции пальцев на ногах копытных
3) возникновение полового размножения
4) возникновение шерсти млекопитающих
5) возникновение плотной кутикулы на листьях растений
6) возникновение сходства некоторых бабочек с листьми растений