Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

ЕВОЛЮЦІЙНЕ ВЧЕННЯ

ДОКАЗИ ЕВОЛЮЦІЇ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

Докази еволюції органічного світу дають досягнення багатьох біологічних наук: порівняльної анатомії і ембріології, палеонтології, біогеографії, систематики і генетики.

Порівняльна анатомія вивчає спільність і відмінності в будові організмів. Одним з перших вагомих доказів єдності органічного світу було відкриття клітинної будови тварин і рослин і створення клітинної теорії.

Доказом єдності походження всіх хребетних служить єдиний план їх будови: двостороння симетрія, наявність повторної порожнини тіла, осьового скелета, головного і спинного мозку, двох пар кінцівок і основних систем органів (кровоносної, дихальної, травної, виділення тощо).

Доказами єдності походження і еволюції органічного світу є наявність гомологічних і аналогічних органів, рудиментів і атавізмів. Так, передні кінцівки хребетних, не дивлячись на різний зовнішній вигляд і виконувані функції, мають єдиний план будови (скелет складається з плеча, передпліччя, утвореного ліктьовою і променевою кістками, кісток зап'ястка, п'ясті та фаланг пальців), розвиваються у зародків зі схожих зачатків і однаково розташовані на тілі тварин. Такі органи, схожі за загальним планом будови і походженням, але виконуючі різні функції, називаються гомологічними. Гомологічними є передні кінцівки крота і жаби, крила птахів, ласти тюленів, нога коні і рука людини. Органи, які мають різну будову і походження, але виконують однакові функції, називаються аналогічними. Так, крило метелика і крило птаха виконує однакові функції, але будова і походження їх різна: крила метелика розвинулися з шкірного покриву другого і третього сегментів грудей, а крила птаха є видозміненими передніми кінцівками. Для встановлення спорідненості між організмами і доказу еволюції аналогічні органи значення не мають.

Рудименти (від лат. rudimentum — зачаток, першооснова), рудиментарні органи — порівняно спрощені, недорозвинені (в порівнянні з гомологічними структурами предків і близьких форм) структури, що втратили своє основне значення в організмі в процесі філогенезу. Рудименти закладаються під час зародкового розвитку, але повністю не розвиваються. Приклади рудиментів у тварин: мала гомілкова кістка у птахів, очі у деяких печерних і риючих тварин (протей, сліпець, кріт), залишки волосяного покриву і тазових кісток у низки китоподібних. У людини до рудиментів відносяться хвостові хребці, волосяний покрив тулуба, вушні м'язи, апендикс тощо. На відміну від атавізмів рудименти зустрічаються у всіх особин виду.


Рис. 167. Скелет передньої кінцівки різних хребетних: 1 — ящірки; 2 — черепахи; 3 — крокодила; 4 — голуба; 5 — кажана; 6 — кита; 7 — крота; 8 — людини.



Атавізми (від лат. atavus — предок) — поява у окремих організмів даного виду ознак, які існували у віддалених предків, але були втрачені в процесі еволюції. Приклади атавізмів: трихпалість у сучасних коней, розвиток додаткових пар молочних залоз (полімастія), хвоста, волосяного покриву на всьому тілі (гіпертрихоз) у людини. Виникнення атавізмів в онтогенезі особини пояснюється тим, що гени (і морфо-генетичні системи), відповідальні за дану ознаку, зберігаються в еволюції даного виду, але їх дія при нормальному розвитку блокується іншими генами (репресорами). Через багато поколінь в онтогенезі окремих особин з різних причин блокуюча дія може бути знята й ознака виявляється знову. Іноді атавізм виникає при регенерації втрачених особиною органів. Атавізм може спостерігатися також при ретардації — затримці онтогенетичного розвитку якої-небудь ознаки на ранніх стадіях.

Порівняльно-анатомічне вивчення організмів дозволило встановити перехідні форми, які поєднують в своїй будові ознаки організмів нижчих і вищих систематичних одиниць. Наприклад, у нижчих ссавців (єхидна, качконіс) є клоака й вони відкладають яйця подібно плазуючим, але вигодовують дитинчат молоком, як ссавці. Вивчення перехідних форм дозволяє встановити спорідненість між представниками різних систематичних груп.

Ембріологія (від грец. embryon — зародок і ...логія) — наука, яка вивчає зародковий розвиток організмів. Всі багатоклітинні організми розвиваються із заплідненого яйця. Процеси розвитку зародків у тваринних, що відносяться до одного типу, багато в чому схожі. У всіх хордових тварин в ембріональному періоді закладається осьовий скелет — хорда, виникає нервова трубка, в передньому відділі глотки утворюються зяброві щілини. План будови хордових тварин також однаковий. На ранніх стадіях розвитку зародки хребетних надзвичайно схожі. Ці факти підтверджують справедливість сформульованого К. Бером закону зародкової схожості: «Ембріони виявляють вже починаючи з найраніших стадій деяку загальну схожість в межах типу». Схожість зародків служить свідоцтвом спільності їх походження. Надалі в будові зародків виявляються ознаки класу, роду, виду і, нарешті, ознаки, характерні для даної особини. Розбіжність ознак зародків у процесі розвитку називається ембріональною дивергенцією і пояснюється історією даного виду, відображаючи еволюцію тієї або іншої систематичної групи тварин.

Велика схожість зародків на ранніх стадіях розвитку і поява відмінностей на більш пізніх стадіях мають своє пояснення Вивчення ембріональної мінливості показує, що мінливі всі стадії розвитку. Мутаційний процес зачіпає і гени, зумовлюючі особливості будови й обміну речовин у наймолодших ембріонів. Але структури, виникаючі у ранніх ембріонів (давні ознаки, властиві далеким предкам), відіграють дуже важливу роль у процесах подальшого розвитку. Як вказувалося, зачаток хорди індукує формування нервової трубки, і його втрата приводить до припинення розвитку. Приклади взаємодії частин зародка в розвитку і функціональній важливості структур, що утворюються на ранніх стадіях, численні. Тому зміни на ранніх стадіях звичайно приводять до недорозвиненості та загибелі. Навпаки, зміни на пізніх стадіях можуть бути сприятливими для організму і тому підхоплюються природним відбором.


Рис. 168. Послідовні стадії розвитку ембріонів хребетних: 1 — акули; 2 — ящірки; З — курки; 4 — шимпанзе; 5 — людини.


Поява в ембріональному періоді розвитку сучасних тваринних ознак, властивих далеким предкам, відображає еволюційні перетворення в будові органів.

В своєму розвитку організм проходить одноклітинну стадію (стадія зиготи), що може розглядатися як повторення філогенетичної стадії первісної амеби. У всіх хребетних, включаючи вищих їх представників, закладається хорда, яка далі заміщається хребтом, а у їх предків, якщо судити по ланцетнику, хорда залишалася все життя. Під час ембріонального розвитку птахів і ссавців, включаючи людину, з'являються зяброві щілини в глотці і відповідні їм перегородки. Факт закладки частин зябрового апарату у зародків наземних хребетних пояснюється їх походженням від рибоподібних предків, які дихають зябрами. Будова серця людського зародка в цей період нагадує будову цього органу у риб: воно з одним передсердям і одним шлуночком. У беззубих китів у ембріональному періоді з'являються зуби. Зуби ці не прорізуються, вони руйнуються і розсмоктуються. Наведені тут і багато інших прикладів указують на глибокий зв'язок між індивідуальним розвитком організмів і їх історичним розвитком. Цей зв'язок знайшов свій вираз в біогенетичному законі, сформульованому Ф. Мюллером і Е. Геккелем в XIXст.: онтогенез (індивідуальний розвиток) кожної особини є коротке і швидке повторення філогенезу (історичного розвитку) виду, до якого ця особина належить.

Сучасні уявлення про біогенетичний закон. Біогенетичний закон відіграв видатну роль у розвитку еволюційних ідей. Багато учених у своїх працях піддали його подальшій розробці. Особливо великий внесок у поглиблення уявлень про еволюційну роль ембріональних перетворень нашого вітчизняного ученого О. М. Северцова. Він встановив, що в індивідуальному розвитку повторюються ознаки не дорослих предків, а їх зародків. Наприклад, у зародків птахів і ссавців закладаються зяброві щілини. Їх будова схожа з будовою зябрових щілин зародків риб, а не зябер дорослих риб.

Філогенез розглядається тепер не як зміна послідовного ряду дорослих форм, а як історичний ряд відібраних природним відбором онтогенезів. Боротьба за існування на різних стадіях розвитку може мати різний характер. Проте добір діє не ізольовано, а тільки на ту або іншу стадію, скажімо, на статевозрілу особину, яка перемагає в боротьбі за існування і залишає потомство або не витримує конкуренції і усувається від розмноження. Піддаються добору завжди цілі онтогенези і лише такі, які, не дивлячись на дію несприятливих чинників середовища, виживають на всіх стадіях розвитку, залишаючи життєздатне потомство. У ряді випадків зміни, які відрізняють будову дорослих організмів від будови предків, з'являються в ембріональному періоді. Іноді ці зміни накладаються на вже закінчене в загальному процесі формування органу і приводять до подовження розвитку даного органу. Так росте перо птаха — шляхом перетворення майже сформованого зачатка рогової луски рептилій.

У деяких випадках зміни виникають на середніх стадіях розвитку органів. Нарешті, зміни можуть торкнутися самого зачатка органу, і розвиток піде шляхом, відмінним від шляху розвитку даного зачатка у предків. Так, у процесі формування волосся у ссавців повністю випадає стадія утворення луски, як це було у їх предків — риб і рептилій. Випадають властиві предкам стадії при закладці хребців у змій, зубів у ссавців тощо. У разі відхилень від стадій розвитку предків або зміни самих зачатків біогенетичний закон не дотримується, тобто повторення ознак предків не відбувається.

Якщо нові ознаки спадкові, тобто є результатом мутацій відповідних генів і мають пристосувальне значення для дорослих організмів, то вони зберігаються відбором.

Таким чином, основу філогенезу складають зміни, що відбуваються в онтогенезі окремих особин.

Палеонтологія (від грец. palaios — стародавній, ontos — істота і ...логія) вивчає викопні залишки організмів. Палеонтологічні знахідки дозволяють відновити зовнішній вигляд вимерлих тварин, їх будову, схожість і відмінності з сучасними. Це дає можливість прослідити розвиток органічного світу в часі. Наприклад, в найдавніших геологічних пластах знайдені залишки лише представників безхребетних, в більш пізніх — хордових тварин, а в молодих відкладеннях — тварин, схожих із сучасними. Палеонтологічні знахідки підтверджують наявність наступних зв'язків між різними систематичними групами. В одних випадках вдалося знайти перехідні форми, які поєднують ознаки стародавніх і історично більш молодих тварин (наприклад, стегоцефали, археоптерикс) і рослин (наприклад, псилофіти, насінні папороті). У інших випадках палеонтологам вдалося встановити філогенетичні ряди, тобто форми, що послідовно змінюють один одного в процесі еволюції (наприклад, так було встановлено історичний розвиток коня). Таким чином, палеонтологічні знахідки чітко свідчать про те, що у міру переходу від більш давніх земних шарів до сучасних відбувається поступове підвищення організації тварин і рослин, наближення їх до сучасних.

Біогеографія (від біо... і географія) вивчає закономірності розповсюдження і розподіли по земній кулі співтовариств живих організмів і їх компонентів — видів, родів, таксонів рослин, тваринних, грибів і мікроорганізмів. Біогеографія відноситься до числа наук про біосферу, в її склад входять зоогеографія і ботанічна географія. Встановлено, що чим менше зв'язок між континентами і давніше ізоляція окремих частин планети, тим сильніше відмінності організмів, які населяють ці території. Так, тваринний світ Австралії дуже своєрідний: тут відсутні групи багатьох тварин, зате збереглися такі, яких немає в інших районах Землі, наприклад, яйцеродні (качконіс, єхидна) і сумчасті (кенгуру, сумчастий вовк) ссавці. У той же час тваринний світ деяких островів схожий з материковим (наприклад, Британські острови і Сахалін), що говорить про їх недавню ізоляцію від континенту. Таким чином, розподіл видів тварин і рослин по поверхні планети і їх угруповання по зонах відображає процес історичного розвитку Землі й еволюції живого.

Сучасна систематика (від грец. systematikos — впорядкований, що відноситься до системи) об'єднує всіх тварин і рослини в систематичні групи (роди, сімейства і т. д.), виходячи не тільки зі схожості будови, але і із спільності їх походження (спорідненості). Для побудови системи тієї або іншої групи учені використовують сукупність ознак: вивчають її історичний розвиток за викопними останками, досліджують анатомічну будову сучасних видів, особливості розмноження, порівнюють ембріональний розвиток, особливості хімічного складу і фізіологічних процесів, сучасний і минулий розподіл на Землі. Систематика відображає природну історичну систему родинних зв'язків живих організмів у природі.

Дані сучасної генетики (від грец. genesis — походження) розкривають матеріальні основи спадкоємності між поколіннями. Вивчення каріотипів є важливим систематичним тестом, а вивчення послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК і амінокислот у молекулах білків дає уявлення про еволюційні процеси на молекулярному рівні.

Таким чином, дані низки біологічних наук підтверджують природний розвиток органічного світу на Землі.






Personalised Essay Writing Service for You

Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити