Як називають спільну еволюцію біологічних видів. Які характерні риси біологічної еволюції? Що таке генна інженерія

Виділяють три основні напрями еволюції – ароморфоз, ідіоадаптацію та загальну дегенерацію. Всі вони ведуть до біологічного прогресу, тобто процвітання видів та більших таксонів, коли група збільшує свою чисельність та видову різноманітність, розширює ареал.

Біологічному прогресу протиставляється біологічний регрес, коли чисельність, ареал виду(ів), а також кількість видів таксона зменшуються внаслідок нездатності групи пристосуватися до умов середовища, що змінюються. Інакше кажучи, біологічний регрес відбувається, коли історичне розвиток таксона немає по якомусь із напрямів еволюції.

Ароморфоз

Ароморфоз називають великі еволюційні перетворення, що зазвичай призводять до появи великих таксонів, наприклад, класів у тварин. Ароморфози підвищують загальний рівень організації, роблять її складнішим, є магістральним шляхом еволюції. Відбуваються рідко, істотно змінюють морфофізіологію організмів, дозволяють заселяти нові довкілля.

Ароморфоз має комплексний характер, торкається різних систем органів. Так поява легень "потягла" за собою поява трикамерного серця. Виникнення чотирикамерного серця та повний поділ кіл кровообігу відіграло важливу роль у появі теплокровності.

Приклади ароморфозів: поява фотосинтезу, багатоклітинності, статевого розмноження, внутрішнього скелета, розвиток легенів, поява теплокровності у тварин, формування коренів та тканин у рослин, поява квітки і плода.

Поява легенів дозволило організмам вийти сушу, т. е. заселити довкілля з новими умовами середовища. Теплокровність, що виникла у птахів і ссавців, дала їм можливість менше залежати від температури і заселити житла, недоступні для земноводних і плазунів.

Завдяки появі коренів, що закріплюють рослину в ґрунті та всмоктують воду, а також провідній системі, що доставляє воду до всіх клітин, рослини змогли рости на суші. Їхня біомаса досягла тут величезної величини.

Ідіоадаптація

Ідіоадаптацією називають невелику еволюційну зміну, що дозволяє вигляду пристосуватися до специфічних особливостей довкілля та вузької екологічної ніші. Це приватні пристрої, які не змінюють загальний рівень організації.

Ідіоадаптація забезпечує появу різноманітних пристосувальних форм у межах рівня організації.

Так усі ссавці мають подібну внутрішню будову. Однак різноманітність видів, пристосованих до різних місць проживання, способам харчування досягалося таким напрямом еволюції як ідіоадаптація.

У покритонасінних рослин існує безліч різних видів, ряд життєвих форм (трави, чагарники, дерева). Вони сильно відрізняються на вигляд, але їх морфологія і фізіологія мають однаковий рівень організації.

Внаслідок ідіоадаптацій змінюються несуттєві для великого таксона ознаки. Наприклад, всі птахи мають дзьоб, його поява забезпечив ароморфоз. Але у кожного виду своя форма та розмір дзьоба, пристосовані до конкретних способів харчування. Це забезпечено ідіоадаптаціями.

Загальна дегенерація

Прикладом дегенерації у світі рослин є повилика, яка не має власного хлорофілу, харчується вона за рахунок інших покритонасінних рослин.

Мабуть загальну дегенерацію за значимістю слід поставити нарівні з ароморфозом, а не ідіоадаптацією, тому що вона зазвичай торкається суттєвих змін організму. Наприклад, втрата цілої системи чи навіть систем органів – це велика зміна.

Дрібні приватні дегенерації, що призводять до спрощення будови якогось органу, наприклад, втрата гарного зору у звірів, які ведуть підземний спосіб життя, слід розглядати як ідіоадаптацію.

У процесі історичного поступу одні види вимирають, інші змінюються і дають початок новим видам. Що ж являють собою види? Чи існують види реально у природі?

Вперше термін "вигляд" ввів англійський ботанік Джон Рей (1628-1705). Шведський ботанік К. Лінней розглядав вигляд як основна систематична одиниця. Він був прибічником еволюційних поглядів і вважав, що образи згодом змінюються.

Ж. Б. Ламарк зазначав, що різницю між деякими видами дуже незначні, й у разі виділити види досить складно. Він зробив висновок у тому, що образи у природі немає, а систематика придумана людиною для зручності. Реально існує лише особина. Органічний світ являє собою сукупність особин, пов'язаних між собою спорідненими узами.

Як видно, погляди Ліннея і Ламарка на реальне існування виду були прямо протилежними: Лінней вважав, що існують види, вони незмінні; Ламарк заперечував реальне існування видів у природі.

Нині загальноприйнято думку Ч. Дарвіна: види реально існують у природі, але сталість їх щодо; види виникають, розвиваються, та був або зникають, або змінюються, породжуючи нові види.

Вид– це надорганізмна форма існування живої природи. Він являє собою сукупність морфологічно і фізіологічно подібних особин, що вільно між собою схрещуються і дають плідне потомство, що займають певний ареал і мешкають у подібних екологічних умовах. Види різняться за багатьма критеріями. Критерії, якими особини ставляться одного виду, представлені у таблиці.

Критерії виду

При визначенні приналежності особини до якогось виду не можна обмежуватися лише одним критерієм, а необхідно використовувати всю сукупність критеріїв. Так, неможливо обмежитися тільки морфологічним критерієм, оскільки особи одного виду можуть відрізнятися зовні. Наприклад, у багатьох птахів – горобців, снігурів, фазанів самці зовні значно відрізняються від самок.

У природі тварин широко поширений альбінізм, при якому в клітинах окремих особин в результаті мутації порушується синтез пігменту. Тварини з такими мутаціями мають біле забарвлення. Очі у них червоні, тому що в райдужній оболонці немає пігменту, і крізь неї просвічують кровоносні судини. Незважаючи на зовнішні відмінності, такі особини, наприклад, білі ворони, миші, їжаки, тигри, відносяться до своїх видів, а не виділяються в самостійні види.

У природі існують зовні майже невиразні види-двійники. Так, раніше малярійним комаром називали фактично шість видів, схожих зовні, але не схрещуються між собою і відрізняються за іншими критеріями. Проте з них лише один вид живиться кров'ю людини та розносить малярію.

Процеси життєдіяльності в різних видів часто протікають дуже схоже. Це говорить про відносність фізіологічного критерію. Наприклад, у деяких видів арктичних риб інтенсивність обміну речовин така сама, як і у риб, що мешкають у тропічних водах.

Не можна використовувати й один молекулярно-біологічний критерій, так як багато макромолекул (білки і ДНК) мають не тільки видову, але і індивідуальну специфічність. Тому за біохімічними показниками не завжди можна визначити, до одного чи різних видів належать особини.

Генетичний критерійтакож не універсальний. По-перше, у різних видів число і навіть форма хромосом можуть бути однаковими. По-друге, в одному вигляді можуть бути особини з різним числом хромосом. Так, в одного виду довгоносика є диплоїдні (2п), триплоїдні (Зп), тетраплоідні (4п) форми. По-третє, іноді особи різних видів можуть схрещуватися і давати плідне потомство. Відомі гібриди вовка та собаки, яка і великої рогатої худоби, соболя та куниці. У царстві рослин міжвидові гібриди трапляються досить часто, а іноді бувають і віддаленіші міжродові гібриди.

Не можна вважати універсальним та географічний критерій, оскільки ареали багатьох видів у природі збігаються (наприклад, ареал даурської модрини та запашної тополі). Крім того, існують види-космополіти, які поширені повсюдно і не мають чітко обмеженого ареалу (деякі види бур'янів, комарів, мишей). Ареали деяких видів, що швидко розселяються, таких, як домова муха, змінюються. У багатьох перелітних птахів розрізняються ареали гніздування та зимівлі. Екологічний критерій не є універсальним, тому що в межах одного ареалу багато видів мешкають у дуже різних природних умовах. Так, багато рослин (наприклад, пирій повзучий, кульбаба) можуть жити і в лісі, і на заплавних луках.

Види реально існують у природі. Вони щодо постійні. Види можна розрізнити за морфологічним, молекулярно-біологічним, генетичним, екологічним, географічним, фізіологічним критеріями. При визначенні власності особи до того чи іншого виду слід враховувати не один критерій, а весь їхній комплекс.

Ви знаєте, що вид складається з популяцій. Населенняявляє собою групу морфологічно подібних особин одного виду, що вільно схрещуються між собою і займають певне місце проживання в ареалі виду.

Для кожної популяції характерний свій генофонд- Сукупність генотипів всіх особин популяції. Генофони різних популяцій навіть одного виду можуть відрізнятися.

Процес утворення нових видів починається всередині популяції, тобто населення є елементарною одиницею еволюції. Чому саме популяцію, а чи не вид чи окрему особину розглядають як елементарну одиницю еволюції?

Особина не може еволюціонувати. Вона може змінюватися, пристосовуючись до умов довкілля. Але ці зміни не є еволюційними, оскільки вони не передаються у спадок. Вигляд, як правило, неоднорідний і складається з низки популяцій. Населення щодо самостійна і може тривалий час існувати поза зв'язком з іншими популяціями виду. У популяції протікають все еволюційні процеси: у особин виникають мутації, між особинами відбувається схрещування, діють боротьба існування і природний добір. Через війну генофонд популяції згодом змінюється, і вона стає родоначальником нового виду. Саме тому елементарна одиниця еволюції - населення, а чи не вид.

Розглянемо закономірності на проходження ознак у популяціях різних типів. Ці закономірності різні для самоплідних і роздільностатевих організмів. Самозапліднення особливо часто спостерігається у рослин. У рослин, що самозапиляються, наприклад гороху, пшениці, ячменю, вівса, популяції складаються з так званих гомозиготних ліній. Чим пояснюється їхня гомозиготність? Справа в тому, що при самозапиленні збільшується частка гомозигот у популяції, а частка гетерозигот скорочується.

Чиста лінія- це нащадки однієї особини. Вона являє собою сукупність самозапильних рослин.

Початок вивчення генетики популяцій було покладено 1903 р датським ученим У. Йоганнсеном. Він досліджував популяцію самозапилюваної рослини квасолі, що легко дає чисту лінію – групу нащадків окремої особини, генотипи яких ідентичні.

Йоганнсен взяв насіння одного сорту квасолі та визначив мінливість однієї ознаки – маси насіння. Виявилося, що вона варіює від 150 до 750 мг. Вчений висіяв окремо дві групи насіння: масою від 250 до 350 мг та масою від 550 до 650 мг. Середня маса насіння новостворених рослин склала в легкій групі 443,4 мг, у важкій - 518 мг. Йоганнсен зробив висновок, що вихідний сорт квасолі складається з генетично різних рослин.

Протягом 6-7 поколінь учений вів відбір насіння важких і легень з кожної рослини, тобто проводив відбір у чистих лініях. В результаті він дійшов висновку, що відбір у чистих лініях не дав зсуву ні у бік легені, ні у бік важкого насіння, отже, у чистих лініях відбір не ефективний. А мінливість маси насіння всередині чистої лінії є модифікаційною, неспадковою та виникає під впливом умов середовища.

Закономірності успадкування ознак у популяціях окремо порожнистих тварин і перехреснозапилюваних рослин були встановлені незалежно один від одного англійським математиком Дж Харді та німецьким лікарем В. Вайнбергом у 1908-1909 роках. Ця закономірність, що отримала назву закону Харді – Вайнберга, відображає залежність між частотами алелів та генотипів у популяціях. Цей закон пояснює, як у популяції зберігається генетичне рівновагу, тобто число особин з домінантними і рецесивними при знаками залишається певному рівні.

Відповідно до цього закону, частоти домінантних і рецесивних алелей у популяції залишатимуться постійними з покоління до покоління за наявності певних умов: високої чисельності особин у популяції; вільному їхньому схрещуванні; відсутності відбору та міграції особин; однакової чисельності особин із різними генотипами.

Порушення хоча б однієї з цих умов веде до витіснення одного алелі (наприклад, А) іншим (а). Під впливом природного відбору, популяційних хвиль та інших чинників еволюції особини з домінантним алелем А витіснятимуть особини з рецесивним алелем а.

У популяції може змінитися співвідношення особин із різними генотипами. Припустимо, що генетичний склад популяції був таким: 20% AA, 50% AA, 30% AA. Під впливом чинників еволюції може виявитися таким: 40% АА, 50% Аа, 10% аа. Використовуючи закон Харді - Вайнберга, можна обчислити частоту народження будь-якого домінантного і рецесивного гена в популяції, а також будь-якого генотипу.

Популяція - елементарна одиниця еволюції, оскільки вона має відносну самостійність і її генофонд може змінюватися. Закономірності успадкування різні у популяціях різних типів. У популяціях самозапильних рослин відбір відбувається між чистими лініями. У популяціях роздільностатевих тварин і перехреснозапилюваних рослин закономірності спадкування підпорядковуються закону Харді - Вайнберга.

Відповідно до закону Харді - Вайнберга за відносно постійних умов частота алелів у популяції залишається незмінною з покоління до покоління. У умовах населення перебуває у стані генетичного рівноваги, у ній не відбуваються еволюційні зміни. Однак у природі немає ідеальних умов. Під впливом чинників еволюції - мутаційного процесу, ізоляції, природного відбору та інших. - генетичне рівновагу популяції постійно порушується, відбувається елементарне еволюційне явище - зміна генофонду популяції. Розглянемо дію різних чинників еволюції.

Один із головних факторів еволюції – мутаційний процес. Мутації відкрили на початку XX в. голландським ботаніком та генетиком Де Фрізом (1848-1935).

Головною причиною еволюції він вважав саме мутації. У той час були відомі лише великі мутації, що стосуються фенотипу. Тому Де Фріз вважав, що види виникають у результаті великих мутацій відразу, стрибкоподібно, без природного відбору.

Подальші дослідження показали, що багато великих мутацій шкідливі. Тому багато вчених вважали, що мутації не можуть бути матеріалом для еволюції.

Лише у 20-х роках. нашого століття вітчизняні вчені С. С. Четверіков (1880-1956) та І. І. Шмальгаузен (1884-1963) показали роль мутацій в еволюції. Було встановлено, що кожна природна популяція насичена, як губка, різноманітними мутаціями. Найчастіше мутації рецесивні, перебувають у гетерозиготному стані і виявляються фенотипно. Саме ці мутації і є генетичною основою еволюції. При схрещуванні гетерозиготних особин ці мутації у нащадків можуть переходити до гомозиготного стану. Відбір із покоління до покоління зберігає особин з корисними мутаціями. Корисні мутації зберігаються природним відбором, шкідливі - накопичуються у популяції у прихованому вигляді, створюючи резерв мінливості. Це призводить до зміни генофонду популяції.

Накопичення спадкових відмінностей між популяціями сприяє ізоляціязавдяки якій між особами різних популяцій не відбувається схрещування, а значить, і обміну генетичною інформацією.

У кожній популяції завдяки природному добору накопичуються певні корисні мутації. Через кілька поколінь ізольовані популяції, що у різних умовах, відрізнятимуться за низкою ознак.

Широко поширена просторова, або географічна ізоляція, коли популяції розділені різними перешкодами: річками, горами, степами тощо. п. Наприклад, навіть у прилеглих річках живуть різні популяції риб однієї й тієї виду.

Розрізняють також екологічну ізоляцію, Коли особи різних популяцій одного виду воліють різні місця та умови проживання. Так, у Молдавії у жовтогорлої лісової миші утворилися лісові та степові популяції. Особини лісових популяцій більші, живляться насінням деревних порід, а особини степових популяцій - насінням злаків.

Фізіологічна ізоляціявиникає у разі, коли в особин різних популяцій дозрівання статевих клітин відбувається у різні терміни. Особи таких популяцій не можуть схрещуватися. Наприклад, в озері Севан живуть дві популяції форелі, нерест яких відбувається у різні терміни, тому вони не схрещуються між собою.

Існує також поведінкова ізоляція. Шлюбна поведінка особин різних видів відрізняється. Це перешкоджає їхньому схрещуванню. Механічна ізоляціяпов'язана з відмінностями у будові органів розмноження.

Зміна частот алелів у популяціях може відбуватися під впливом природного відбору, а й незалежно від цього. Частота алелі може змінитися випадковим чином. Наприклад, передчасна загибель особини - єдиної володарки якогось алелі призведе до зникнення цього алелі в популяції. Це явище отримало назву дрейфу генів.

Важливим джерелом дрейфу генів є популяційні хвилі- Періодичні значні зміни чисельності особин популяції. Чисельність особин змінюється з року в рік і залежить від багатьох факторів: кількості їжі, погодних умов, чисельності хижаків, масових захворювань та ін. Роль популяційних хвиль в еволюції була встановлена ​​С.С. на ефективність природного відбору. Так, при різкому скороченні чисельності популяції можуть випадково зберегти особини з певним генотипом. Наприклад, у популяції можуть зберегтися особини з такими генотипами: 75% Аа, 20% АА, 5% аа. Найбільш численні генотипи, у разі Аа, визначатимуть генний склад популяції до наступної "хвилі".

Дрейф генів зазвичай знижує генетичну мінливість у популяції, головним чином внаслідок втрати рідко зустрічаються алелів. Цей механізм еволюційних змін особливо ефективний у невеликих популяціях. Однак тільки природний відбір на основі боротьби за існування сприяє збереженню особин з певним генотипом, відповідним довкіллю.

Елементарне еволюційне явище – зміна генофонду популяції відбувається під впливом елементарних факторів еволюції – мутаційного процесу, ізоляції, дрейфу генів, природного відбору. Однак дрейф генів, ізоляція і мутаційний процес не визначають спрямованості процесу еволюції, тобто виживання особин з певним, відповідним місцем існування генотипом. Єдиним напрямним чинником еволюції є відбір.

Основні положення еволюційного вчення Ч. Дарвіна.

1. Спадкова мінливість – основа еволюційного процесу;
2. Прагнення до розмноження та обмеженість засобів життя;
3. Боротьба за існування – основний фактор еволюції;
4. Природний відбір як результат спадкової мінливості та боротьби за існування.

ФОРМИ ПРИРОДНОГО ВІДБІРУ

ВИДИ природного відбору

Завдання та тести на тему "Тема 14. "Еволюційне вчення"."

• Пропрацювавши ці теми, Ви повинні вміти:

  1. Сформулювати своїми словами визначення: еволюція, природний відбір, боротьба існування, адаптація, рудимент, атавізм, ідіоадаптація, біологічний прогрес і регрес.
  2. Коротко описати, як та чи інша адаптація зберігається добором. Яку роль відіграють гени, генетична мінливість, частота генів, природний відбір.
  3. Пояснити, чому відбору не утворюється населення ідентичних, бездоганно адаптованих організмів.
  4. сформулювати, що таке генетичний дрейф; навести приклад ситуації, у якій відіграє важливу роль, і пояснити, чому його роль особливо велика в невеликих популяціях.
  5. Описати два способи виникнення видів.
  6. Порівнювати природний та штучний відбір.
  7. Коротко перерахувати ароморфози в еволюції рослин та хребетних, ідіоадаптація в еволюції птахів та ссавців, покритонасінних рослин.
  8. Назвати біологічні та соціальні фактори антропогенезу.
  9. Порівнювати ефективність споживання рослинної та тваринної їжі.
  10. Коротко описати риси найдавнішої, стародавньої, викопної людини, людини сучасного типу.
  11. Вказати риси розвитку та подібності людських рас.

  Іванова Т.В., Калінова Г.С., М'ягкова О.М. "Спільна біологія". Москва, "Освіта", 2000

  • Тема 14. "Еволюційне вчення." §38, §41-43 стор. 105-108, стор.115-122
  • Тема 15. "Пристосованість організмів. Видоутворення." §44-48 стор. 123-131
  • Тема 16. "Докази еволюції. Розвиток органічного світу." §39-40 стор 109-115, §49-55 стор 135-160
  • Тема 17. "Походження людини." §49-59 стор. 160-172

Природа постійно сама себе вдосконалює. Але еволюційні зміни протікають надзвичайно повільно. У порівнянні з людським життям, звичайно. Тільки за мільярди років існування Землі природа змогла досягти такої досконалості та різноманіття життя, яке ми бачимо зараз.

Дарвін припустив, що рушійними силами еволюції, або факторами, що впливають на розвиток живої природи, є:

• спадковість і мінливість особин одного виду;

Спадковість та мінливість

Відомо, що особини одного виду схожі, але все ж таки неоднакові. Вони незначно відрізняються ознаками зовнішньої та внутрішньої будови, поведінкою. Ці відмінності можуть проводити можливість виживання. Більше шансів вижити і залишити потомство мають ті особливості, відмітні ознаки яких відповідають довкіллю. Ці зміни можуть передаватися потомству у спадок. В результаті чисельність особин з такими ознаками у наступному поколінні зростає.

Боротьба за існування

Пристосування - це риси живих організмів, завдяки яким вони існують в природі. Корисні ознаки, виникаючи у окремих організмів в результаті мінливості, допомагають їм вижити в боротьбі за існування. Ці ознаки зберігаються в результаті природного відбору і передаються нащадкам у спадок. Так, покоління за поколінням, ознаки тварин і рослин поступово змінюються на краще для них бік відбуваються еволюційні зміни.І саме тому всі живі організми так добре пристосовані до умов, де вони живуть.

Видоутворення

Видоутворення – результат еволюції. Населення протягом життя багатьох поколінь може бути ізольованою від інших популяцій даного виду (наприклад, знаходитися від них на великій відстані). Діючи тривалий час, природний відбір призводить до накопичення багатьох відмінностей між ізольованою та іншими популяціями.

В результаті особи різних популяцій втрачають можливість схрещуватися між собою і давати потомство. Виникнення непереборних біологічних перешкод до схрещування призводить до процесу видоутворення.

Видоутворення призвело до виникнення двох видів лисиць - лисиці звичайної і лисиці корсака. На півночі природний відбір сприяв виживанню найбільших особин (що більше розмір тіла, тим менше тепла втрачає організм). У результаті сформувався вид Лисиця звичайна. У південних областях, навпаки, природний відбір був спрямований на збереження найдрібніших особин (що менше розмір тіла, тим більше тепла віддає організм, при цьому він не перегрівається). В результаті сформувався вид Лисиця-корсак.

На цей час біологічна еволюція повністю знайшла своє підтвердження з урахуванням наукових фактів, накопичених у різних галузях біологічної науки. Докази еволюції ґрунтуються на порівняльному вивченні зовнішньої та внутрішньої будови, розвитку та життєвих процесів сучасних представників стародавніх вимерлих видів. Для цього є науково обґрунтована цитологічна,

Нащадки живих істот дуже схожі на батьків. Однак якщо місце існування живих організмів змінюється, вони теж можуть істотно змінитися. Наприклад, якщо клімат поступово стає холоднішим, то деякі види можуть від покоління до покоління обростати дедалі густішою шерстю. Цей процес називається еволюцією. За мільйони років еволюції дрібні зміни, накопичуючись, можуть призводити до виникнення нових видів рослин та тварин, що різко відрізняються від своїх предків.

Як відбувається еволюція?

У основі еволюції лежить природний добір. Він відбувається так. Всі тварини або рослини, що належать до одного виду, все ж таки злегка відрізняються один від одного. Деякі з цих відмінностей дозволяють їхнім власникам краще пристосовуватися до умов життя, ніж їх родичам. Наприклад, у якогось оленя особливо швидкі ноги, і йому щоразу вдається втекти від хижака. У такого оленя більше шансів вижити і мати нащадків, а здатність швидко бігати може передатися його дитинчатам, або, як кажуть, успадкуватися ними.

Еволюція створила безліч способів пристосування до труднощів і небезпек життя на Землі. Наприклад, насіння кінського каштана з часом придбало оболонку, вкриту гострими колючками. Колючки захищають насіння, коли воно падає із дерева на землю.

Яка швидкість еволюції?

Насамперед у цих метеликів були світлі крильця. Вони ховалися від ворогів на стовбурах дерев із такою ж світлою корою. Однак близько 1% цих метеликів мали темні крильця. Звичайно, птахи відразу їх помічали і, як правило, з'їдали раніше за інших

Зазвичай еволюціяпротікає дуже повільно. Але бувають випадки, коли будь-який вид тварин зазнає стрімких змін і витрачає на це не тисячі та мільйони років, а набагато менше. Наприклад, деякі метелики за останні двісті років змінили своє забарвлення, щоб пристосуватися до нових умов життя в тих районах Європи, де виникло багато промислових підприємств.

Близько двохсот років тому в Західній Європі почали зводити заводи, що працюють на вугіллі. Дим із заводських труб містив сажу, яка осідала на стовбурах дерев, і вони чорніли. Тепер виявилися помітнішими за світлі метелики. А трохи раніше метелики з темним забарвленням крилець вижили, бо птахи їх уже не помічали. Від них походять інші метелики з такими ж темними крильцями. І тепер більшість метеликів цього виду, що мешкають у промислових районах, мають темні крильця.

Чому деякі види тварин вимирають?

Деякі живі істоти не здатні еволюціонувати, коли середовище їхнього існування різко змінюється, і в результаті вимирають. Скажімо, величезні волосаті тварини, схожі на слонів — мамонти, швидше за все, вимерли через те, що клімат на Землі на той час став контрастнішим: влітку занадто спекотно, а взимку занадто холодно. До того ж їх чисельність скоротилася через посилене полювання на них первісну людину. А за мамонтами вимерли й шаблезубі тигри — адже їхні величезні ікла були пристосовані до полювання лише на великих тварин на кшталт мамонтів. Дрібніші тварини були для шаблезубих тигрів недоступні, і, залишившись без видобутку, вони зникли з нашої планети.

Звідки ми знаємо, що людина теж еволюціонувала?

Більшість вчених вважає, що людина походить від тварин, що жили на деревах, схожих на сучасних мавп. Доказом цієї теорії є деякі риси будови наших тіл, що дозволяють, зокрема, припустити, що колись наші предки були вегетаріанцями і харчувалися лише плодами, корінням і стеблами рослин.

У основи вашого хребта є кісткова освіта - куприк. Це все, що лишилося від хвоста. Більшість волосся, що покриває ваше тіло, є лише м'який пушок, але в наших предків волосяний покрив був набагато густішим. Кожна волосинка забезпечена спеціальним м'язом і встає дибки, коли ви мерзнете. Так само і у всіх ссавців з волохатою шкірою: вона утримує повітря, яке не дає теплу тварини піти.

Багато дорослих людей мають широкі крайні зуби — їх називають «зуби мудрості». Тепер у цих зубах немає жодної необхідності, але свого часу наші предки пережовували ними тверду рослинну їжу, якою харчувалися. Апендикс є маленькою трубочкою-відростком, пов'язаною з кишечником. Наші віддалені предки з його допомогою перетравлювали рослинну їжу, що погано засвоюється організмом. Тепер він більше не потрібен і поступово стає дедалі менше. У багатьох травоїдних тварин – наприклад, кроликів – апендикс розвинений дуже добре.

Чи можуть люди керувати еволюцією?

Люди керують еволюцієюдеяких тварин ось уже понад 10 000 років. Наприклад, багато сучасних пород собак, ймовірно, походять від вовків, зграї яких бродили біля стійбищ древніх людей. Поступово ті, що стали жити разом із людьми, еволюціонували у новий вид тварин, тобто стали собаками. Потім люди почали спеціально вирощувати собак для певних цілей. Це називається селекцією. В результаті сьогодні у світі налічується понад 150 різних порід собак.

• Собак, яких можна було навчити різним командам, подібним до цієї англійської вівчарки, вирощували для того, щоб пасти худобу.
• Собак, які вміли швидко бігати, використовували для переслідування дичини. Цей хорт має потужні ноги, і вона біжить величезними стрибками.
• Собак із гарним нюхом виводили спеціально для вистеження дичини. Ця гладкошерста такса може розривати кролячі нори.

Через природний відбір, зазвичай, протікає дуже повільно. Селективний відбір дає змогу різко прискорити її.

Що таке генна інженерія?

У 70-ті роки. XX ст. вчені винайшли спосіб зміни властивостей живих організмів втручанням у їхній генетичний код. Цю технологію називають генною інженерією. Гени несуть у собі своєрідний біологічний шифр, що міститься у кожній живій клітині. Він і визначає розміри та зовнішній вигляд кожної живої істоти. За допомогою генної інженерії можна виводити рослини і тварин, які, скажімо, швидше ростуть або менш сприйнятливі до будь-якого захворювання.

1. Еволюційна теорія Дарвіна - Уоллеса

2. Сучасна (синтетична) теорія еволюції

3. Основні закони еволюції

4. Основні чинники еволюції

5. Форми природного відбору

Під еволюцією мається на увазі процес тривалих, поступових, повільних змін, які в кінцевому підсумку призводять до змін корінним, якісним, освітою нових систем, структур і видів, що завершується. Уявлення про еволюцію у природознавстві мають ключове значення. На початку нашого курсу було розглянуто поняття парадигми - особливого способу організації наукового знання, що задає характер бачення світу, системи попередніх умов, орієнтирів та передумов у процесі побудови та обґрунтування різних теорій, тобто. системи, що визначає загалом тенденції розвитку наукових досліджень. Парадигма сучасного природознавства - це еволюційно-синергетична парадигма, в основі якої лежать уявлення про самоорганізацію та еволюцію матерії на всіх її структурних рівнях. Раніше вже говорилося про еволюцію Всесвіту, зірок, планетних систем, геологічну та хімічну еволюцію. Однак вперше еволюційна концепція чітко та обґрунтовано була сформульована у біології.

1. Еволюційна теорія Дарвіна - Уоллеса

Уявлення про еволюцію живого висловлювалися майже протягом усього періоду розвитку природознавства (Емпедокл, Аристотель, Ламарк). Проте основоположником еволюційної теорії в біології вважається Ч. Дарвін. У якомусь сенсі поштовхом до розвитку теорії еволюції можна вважати книгу Т. Мальтуса «Трактат про народонаселення» (1778), в якому він показав, до чого призвів би зростання народонаселення, якби він нічим не стримувався. Дарвін застосував підхід Мальтуса до інших живих систем. Досліджуючи зміни чисельності популяцій, він дійшов пояснення еволюції шляхом природного відбору (1839 р). Таким чином, найбільший внесок Дарвіна в науку не в тому, що він довів існування еволюції, а в тому, що він пояснив, як вона може відбуватися.

У цей час інший природодослідник А.Р. Уоллес, як і Дарвін, який багато подорожував і теж читав Мальтуса, дійшов тих же висновків. У 1858 р. Дарвін та Уоллес виступили з доповідями про свої ідеї на засіданні Ліннеївського товариства в Лондоні. У 1859 р. Дарвін опублікував свою працю «Походження видів» («Origin of species»).

Відповідно до теорії Дарвіна – Уоллеса, механізмом, з допомогою якого виникають нові види, є природний добір. Ця теорія ґрунтується на трьох спостереженнях та двох висновках, які зручно подати у вигляді наступної схеми.

2 Сучасна (синтетична) теорія еволюції

Теорія Дарвіна - Уоллеса в 20-му столітті була значно розширена і розроблена у світлі сучасних даних генетики (яка за часів Дарвіна ще не існувала), палеонтології, молекулярної біології, екології, етології (науки про поведінку тварин) і отримала назву неодарвінізму чи синтетичної теорії еволюції.

Нова, синтетична теорія еволюції є синтезом основних еволюційних ідей Дарвіна, передусім, ідеї природного відбору, з новими результатами біологічних досліджень у сфері спадковості та мінливості. Сучасна теорія еволюції має такі особливості:

· Вона ясно виділяє елементарну структуру, з якої починається еволюція – це населення;

· Виділяє елементарне явище (процес) еволюції - стійка зміна генотипу популяції;

· ширше і глибше тлумачить чинники та рушійні сили еволюції;

· Чітко розмежовує мікроеволюцію і макроеволюцію (вперше ці терміни були введені в 1927 р. Ю.А. Філіпченко, а подальше уточнення та розвиток отримали в працях видатного біолога-генетика Н.В. Тимофєєва-Ресовського).

Мікроеволюція - це сукупність еволюційних змін, що відбуваються в генофондах популяцій за порівняно невеликий період часу, що призводять до утворення нових видів.

Макроеволюція пов'язана з еволюційними перетвореннями за тривалий історичний період, що призводять до виникнення надвидових форм організації живого.

Зміни, що вивчаються в рамках мікроеволюції, доступні безпосередньому спостереженню, тоді як макроеволюція відбувається протягом тривалого періоду, і її процес може бути реконструйований, подумки відтворений. Як мікро-і макроеволюція відбуваються, зрештою, під впливом змін у навколишньому середовищі.

Докази теорії еволюції. Відомості, що підтверджують сучасні уявлення про еволюцію, є результатами досліджень у різних галузях науки, з якими найважливішими є:

· Палеонтологія,

· Біогеографія,

· морфологія,

· Порівняльна ембріологія,

· Молекулярна біологія,

· Систематика,

· селекція рослин та тварин.

Найважливішими аргументами на користь еволюційної теорії є палеонтологічна літопис, тобто. викопні форми живих організмів і біогенетичний закон Геккеля («онтогенез повторює філогенез»).

3. Основні закони еволюції.

Численні дослідження, проведені у межах вищезгаданих наук, дозволили сформулювати такі основні закони еволюції .

1. Швидкість еволюції різні періоди неоднакова і характеризується тенденцією прискорення *. В даний час вона протікає швидко, і це відзначається появою нових форм та вимиранням багатьох старих.

2. Еволюція різних організмів відбувається із різною швидкістю.

3. Нові види утворюються не з найбільш високорозвинених та спеціалізованих форм, а з відносно простих, неспеціалізованих форм.

4. Еволюція який завжди йде від простого до складного. Існують приклади «регресивної» еволюції, коли складна форма давала початок простішим (деякі групи організмів, наприклад, бактерії, збереглися лише завдяки спрощенню своєї організації).

5. Еволюція зачіпає популяції, а чи не окремі особини і відбувається у результаті мутацій, природного відбору та дрейфу генів.

Останнє дуже важливо розуміння відмінності між дарвінівської теорії еволюції і сучасної теорією (неодарвінізмом).

4. Основні чинники еволюції.

Сучасна теорія еволюції, узагальнюючи дані численних біологічних досліджень, дозволила сформулювати основні чинники та рушійні сили еволюції.

1. Першим найважливішим чинником еволюції є мутаційний процес, який з визнання факту, що основну масу еволюційного матеріалу становлять різні форми мутацій, тобто. змін спадкових властивостей організмів, що виникають природним шляхом або викликаються штучно.

2. Другий найважливіший чинник – популяційні хвилі, які часто називають «хвилями життя». Вони визначають кількісні флуктуації (відхилення від середнього значення) чисельності організмів у популяції, а також області її проживання (ареалу).

3. Третім основним чинником еволюції визнається відособленість групи організмів.

До перелічених основних факторів еволюції додають такі як частота зміни поколінь у популяції, темпи і характер мутаційних процесів та ін. Всі ці фактори є необхідними, однак, самі собою вони не пояснюють механізму еволюційного процесу та його рушійної сили. Рухаюча сила еволюції полягає у дії природного відбору, який є результатом взаємодії популяцій та навколишнього середовища. Результатом самого природного відбору є усунення від розмноження (елімінація) окремих організмів, популяцій, видів та інших рівнів організації живих систем. (Слід мати на увазі, що трактування природного відбору як процесу виживання найсильніших, найбільш пристосованих некоректне, оскільки, з одного боку, у ряді випадків безглуздо говорити про більшу чи меншу пристосованість, з іншого – навіть при явно меншому ступені пристосованості, допускається можливість розмноження ).

5. Форми природного відбору.

Природний відбір у процесі еволюції набуває різних форм. Можна виділити три основні форми: стабілізуючий відбір, рушійний відбір та дизруптивний відбір.

Стабілізуючий відбір - форма природного відбору, спрямовану підтримку та підвищення стійкості реалізації у популяції середнього, раніше сформованого ознаки чи характеристики. При стабілізуючому відборі перевагу в розмноженні набувають особини із середнім виразом ознаки (за образним виразом, це «виживання пересічностей»). Ця форма відбору як би охороняє і посилює нову ознаку, усуваючи від розмноження всі особини, що фенотипно помітно ухиляються в той чи інший бік від норми, що склалася.

Приклад: після снігопаду та сильних вітрів було знайдено 136 оглушених та напівживих горобців; 72 з них вижили, а 64 загинули. Загиблі птахи мали дуже довгі або дуже короткі крила. Особини ж із середніми – «нормальними» крилами виявилися витривалішими.

Згадана раніше біохімічна єдність життя Землі - це з результатів стабілізуючого відбору. Дійсно, амінокислотний склад нижчих хребетних і людини майже той самий. Біохімічні основи життя виявилися надійними для відтворення організмів незалежно від рівня організації.

Стабілізуючий відбір на протоку мільйонів поколінь оберігає сформовані види від істотних змін, від руйнівної дії мутаційного процесу, вибраковуючи ухилення від пристосувальної норми. Ця форма відбору діє до тих пір, поки істотно не змінюються умови життя, в яких вироблені дані ознаки або властивості виду.

Рухаючий (спрямований) відбір - відбір, сприяє зрушенню середнього значення ознаки чи властивості. Такий відбір сприяє закріпленню нової норми замість старої, що прийшла у невідповідність із умовами, що змінилися. Результатом такого відбору є, наприклад, втрата певної ознаки. Так за умов функціональної непридатності органу чи його частини природний відбір сприяє їх редукції, тобто. зменшення, зникнення. Приклад: втрата пальців у копитних, очей печерних тварин, кінцівок у змій і т.п. Матеріал для дії такого відбору поставляється різного роду мутаціями.

Дизруптивний (розривний) відбір - форма відбору, що сприяє більш ніж одному фенотипу і діє проти середніх, проміжних форм. Ця форма відбору проявляється у тих випадках, коли жодна з груп генотипів не отримує абсолютної переваги у боротьбі за існування через різноманітність умов, що одночасно зустрічаються на одній території. В одних умовах відбирається одна якість ознаки, в інших – інше. Дизруптивний відбір спрямований проти особин із середнім, проміжним характером ознак і веде встановлення поліморфізму, тобто. безлічі форм не більше однієї популяції, яка хіба що «розривається» на частини.

Приклад: У лісах, де ґрунти коричневого кольору особини земляного равлика частіше мають коричневе та рожеве забарвлення раковин, на ділянках з грубою та жовтою травою переважає жовте забарвлення тощо. .

Деякі сучасні дослідники справедливо вважають, що синтетична теорія еволюції не є досить всеосяжною моделлю розвитку життя та розробляють системну теорію еволюції, в якій наголошується на наступному:

1. Еволюція протікає у відкритих системах, і потрібен облік взаємодії біосферних геологічних і космічних процесів, що, очевидно, дає імпульс у розвиток живих систем. Значні події з історії життя повинні таким чином розглядатися у зв'язку з розвитком планети.

2. Еволюційні імпульси поширюються від вищих системних рівнів до нижчих: від біосфери до екосистем, угруповань, популяцій, організмів, геномів. Простеження причинно-наслідкових зв'язків не тільки «знизу вгору» (від генних мутацій до популяційних процесів), як це властиво традиційному підходу, а й «зверху вниз», дозволяє не сподіватися щоразу на випадковість при побудові моделі еволюції.

3. Характер еволюції змінюється з часом, тобто. еволюціонує сама еволюція: значення тих чи інших ознак пристосованості та непристосованості, якими здійснюється природний відбір, у процесі еволюції та біологічного прогресу падає чи зростає, як, наприклад, роль індивідуального розвитку, роль індивіда в історичному розвитку.

4. Спрямованість еволюції визначається системними властивостями, що задають її мету, що дозволяє зрозуміти сенс біологічного прогресу. Справді, у живих (відкритих) системах стаціонарний стан відповідає мінімальному виробництву ентропії. Фізичний сенс виробництва ентропії стосовно живим системам полягає у відмиранні живої матерії у вигляді загибелі організмів, тобто. утворенню мертвої маси («мортмаси»), і виробництво ентропії тим вище, чим вище відношення мортмаси до біомаси. Це ставлення падає під час руху еволюційними сходами від простих організмів до складних. Відповідно до теореми І. Пригожина, розглянутої нами раніше, у відкритих системах стаціонарний стан відповідає мінімуму виробництва ентропії. Такі системи, отже, мають на меті, певний стан, якого вони прагнуть. Це дозволяє пояснити, чому еволюція не зупинилася на рівні бактеріальних угруповань, а просунулась далі шляхом, який призвів до появи вищих тварин і людини.

Нові наукові парадигми, як правило, не заперечують, а задають межі коректності попередніх теорій. Наприклад, теорія відносності не скасувала класичну фізику, але описала рамки, у яких положення класичної теорії справедливі. Фізика Ньютона - окремий випадок фізики Ейнштейна.

* Перші живі організми виникли близько 3,5 млрд. років тому, багатоклітинні – 2,5 млрд. років тому, тварини та рослини – 400 млн. років тому, ссавці та птиці – 100 млн. років, примати – 60 млн. років, гоміди – 16 млн. років, рід людини – 6 млн. років, Homo sapiens – 60 тис. років тому.