какая наука лежит в основе палеонтологических доказательств
Доказательства эволюции
Пути эволюции
В своих работах советский ученый Северцов А.Н. выделил понятия биологического прогресса и регресса.
Ароморфоз представляет собой прогрессивное эволюционное преобразование, повышающее уровень организации организмов. В результате ароморфоза становится возможным освоение новых, ранее недоступных для жизни, территорий. К примеру, теплокровность птиц позволила им заселить места с холодным климатом.
Идиоадаптация подразумевает незначительные, частные изменения в строении и функциях организма, которые помогают приспособиться к условиям среды обитания. Идиоадаптации существенно не повышают уровень организации.
Общей дегенерацией называют упрощение организации, которое заключается в утрате отдельных органов и систем органов. У многих этот пункт вызывает внутреннее противоречие: как общая дегенерация может относиться к биологическому прогрессу?
У многих паразитов отсутствуют различные органы, к примеру, у ленточных червей нет пищеварительной системы. А зачем она им, когда пища в кишке, где они обитают, уже переварена и расщеплена организмом хозяина?
Биологический регресс характеризуется признаками, противоположными биологическому прогрессу:
Главная причина биологического регресса в том, что скорость эволюции вида отстает от скорости изменения внешней среды, эволюции других видов: это несоответствие снижает приспособленность организмов. Часто деятельность человека молниеносно меняет окружающую среду: далеко не все виды могут приспособиться к этому, происходит вымирание.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
В строении нынешних животных можно найти признаки древних предковых форм, которые также свидетельствуют об эволюции. Сейчас мы обсудим рудименты и атавизмы.
У человека к рудиментарным органам относятся: зубы мудрости, копчик, ушные мышцы, аппендикс (червеобразный отросток), третье веко (эпикантус).
У человека атавизмами могут являться хвост, волосатое тело, добавочные молочные железы, незаращение межпредсердной перегородки.
Переходные формы
Такими формами являются, к примеру, утконос и ехидна из класса млекопитающих. При многих признаках млекопитающих, они откладывают яйца, тем самым подтверждают родство млекопитающих с пресмыкающимися.
Эмбриологические доказательства
Немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX века сформулировали биогенетический закон, гласящий, что онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития вида).
Биогенетический закон Мюллера-Геккеля объясняет повторение этапов (на стадии зародыша), которые были свойственны нашим далеким предкам. Таким образом, мы проходим их этапы, но, не останавливаясь на них, двигаемся дальше к более совершенным этапам.
Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства, который гласит, что на ранних стадиях развития зародыши позвоночных животных настолько похожи друг на друга, что практически неразличимы между собой. Это также указывает и подтверждает единство происхождения животного мира.
Палеонтологические доказательства эволюции
Палеонтология (греч. palaios – древний) изучает ископаемые останки вымерших животных, их сходства и различия с ныне живущими видами. Сопоставляя друг с другом ископаемые останки разных геологических эпох, можно увидеть как происходила эволюция различных видов животных и растений.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Доказательства эволюции
Разделы: Биология
Ход урока
2. Изучение нового материала.
Итак, факт эволюции, то есть исторического развития живых организмов от простых форм к более высокоорганизованным, в основе которого лежат процессы уникального функционирования генетической информации, был принят и подтвержден данными биохимии, палеонтологии, генетики, эмбриологии, анатомии, систематики и многих других наук, которые располагали фактами, доказывающими существование эволюционного процесса.
Цель сегодняшнего урока: сформировать и раскрыть сущность основных доказательств эволюции.
1.Доказательства единства происхождения органического мира. (Фронтальная беседа с определением основных положений доказательств).
– Каков химический состав организмов?
– О чем говорит универсальность генетического кода?
– Молекулы какого вещества являются аккумуляторами энергии для живых организмов?
– Есть ли различия в процессах митоза и мейоза?
1. Близкий элементарный химический состав;
2. Белки и нуклеиновые кислоты построены всегда по единому принципу и из сходных компонентов, играют особо важную роль в жизненных процессах всех организмов;
3. Сходство обнаруживается как в строении, так и функционировании биологических молекул;
4. Едины для всего живого принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот;
6. Одинаковы механизмы расщепления сахаров и основной энергетический цикл клетки;
7. Митоз и мейоз осуществляется одинаково у всех эукариот;
(Основные положения записаны на доске. По окончании беседы, формулируем основные положения и записываем в тетрадях, опираясь на запись на доске).
2. Эмбриологические, палеонтологические и сравнительно-анатомические доказательства).
(Организуется работа в группах с использованием инструктивных карточек, текстовых приложений, коллекций, таблиц, моделей, гербария. Перед работой даётся алгоритм работы.
1. Палеонтологические доказательства.
Ч.Дарвин доказал историческое развитие живой природы, но в последующие годы сбор прямых и косвенных доказательств эволюции продолжается. В основе палеонтологических доказательств лежит наука палеонтология.
Благодаря палеонтологическим данным удалось установить переходные формы и филогенетические ряды.
Филогенетические ряды. Выдающиеся достижения в накоплении прямых доказательств эволюции принадлежит отечественным ученым, прежде всего В.О. Ковалевскому.
Работы В.О. Ковалевского были первыми палеонтологическими исследованиями, которым удалось показать, что одни виды происходят от других.
Исследуя историю развития лошадей, В.О.Ковалевский показал, что современные однопалые животные происходят от мелких пятипалых всеядных предков, живших 60-70 млн. лет назад в лесах. Изменение климата Земли, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличения размеров степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания – степи. Необходимость защиты от хищников и передвижение на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей – уменьшению числа фаланг вплоть до одной. Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.
В.О.Ковалевский обнаружил последовательные ряды ископаемых форм лошадиных, эволюция которых совершалась в указанных направлениях. Такие ряды видов, последовательно сменяющих друг друга, называются филогенетическими и свидетельствуют о существовании эволюционного процесса.
Существование переходных форм между разными типами, классами, отрядами показывает, что постепенный характер исторического развития свойствен не только низшим, но и высшим систематическим категориям.
Инструктивная карточка для работы по теме “Палеонтологические доказательства”.
1. Прочтите текст, приложения.
2.Дайте определения ключевым понятиям: палеонтология, филогенетические ряды, переходные формы.
3. Запишите в тетрадь определения ключевых понятий, приводя примеры переходных форм и филогенетических рядов.
4. Рассмотрите коллекцию “Формы сохранности ископаемых видов растений и животных” часть 1,2,3,4.
5. Определите значения ископаемых остатков, как доказательств эволюции. Выпишите в тетрадь, главные из них.
6. Сформулируйте вывод о роли палеонтологических материалов в доказательстве эволюционных преобразований живых организмов.
2. Морфологические доказательства.
В основе морфологических доказательств лежат данные науки сравнительной анатомии.
Сравнительная анатомия – наука, изучающая и сравнивающая внутреннее и внешнее строение живых организмов.
Сравнительно-анатомические исследования показали, что строение передних конечностей некоторых позвоночных, например ласты кита, лапы крота, крокодила, крылья птицы, летучей мыши, руки человека, несмотря на выполнение совершенно разных функций, в принципиальных чертах строение сходны. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие срастаться, относительные размеры костей могут меняться, но их гомология, т.е. сходство, основанное на общности происхождения, совершенно очевидна. Гомологичными называются такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом.
Наличие у организмов разных групп (классов, семейств и т.д.) гомологичных органов дает возможность установить степень родства между ними, проследить их эволюцию. Видоизменение органов, имеющих общее происхождение, объясняется дивергенцией по признаку строения данного органа в связи с приспособлением к среде обитания.
Дивергенция – расхождение признаков в пределах популяции вида, возникающее под действием естественного отбора. Общая закономерность эволюции, приводящая к образованию новых видов, родов, классов и т. д.
Не всякое сходство органов свидетельствует в пользу их родства. Крыло бабочки и крыло птицы выполняют сходную функцию, но их строение совершенно различно. Сходство вызвано образом жизни, приспособлением к полету, возникшим независимо друг от друга у бабочек и птиц, а не родственным происхождением этих форм. Органы, имеющие внешнее сходство, вызванное сходными приспособлениями к сходным условиям жизни, но различное строение, называются аналогичными. Аналогичные органы возникли в результате конвергенции-схождения признаков и не свидетельствуют о родстве между организмами.
Конвергенция – сближение признаков в пределах разных систематических групп живых организмов, возникшее при воздействии относительно одинаковых условий существования на ход естественного отбора.
У некоторых организмов рудиментарные органы могут развиваться до органов нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом. Среди тысяч однопалых лошадей изредка попадаются особи, у которых развиты маленькие копытца I I и IV пальцев. Известны случаи появления атавистических признаков и у человека: рождение детей с первичным волосяным покровом, с длинным хвостиком и т.д. Возникновение атавизмов указывает на возможное строение того или иного органа у предковых форм.
Сравнительно-анатомические исследования показали существование форм, сочетающих в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Например, эвглена зелёная сочетает признаки растения (хлоропласты, фотосинтез) и животных (жгутики, светочувствительный глазок, подобие ротового аппарата); ехидна и утконос стоят между пресмыкающимися и млекопитающими (откладывают яйца и выкармливают детёнышей молоком). Существование таких промежуточных форм указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп.
Инструктивная карточка для работы по теме “Морфологические доказательства”.
2. Дайте определения ключевым понятиям: сравнительная анатомия, гомологичные органы, дивергенция, аналогичные органы, конвергенция, рудиментарные органы, атавизмы.
3. Рассмотрите коллекции с гомологичными и аналогичными органами, таблицы “Схемы строения кровообращения позвоночных”, ”Схемы строения головного мозга позвоночных”, модели головного мозга позвоночных, гербарий растений.
4. Сравните строение кровеносной системы, головного мозга позвоночных, строение растений от водорослей до покрытосеменных. Сделайте вывод об усложении в строении различных систем органов живых организмов. Что это доказывает?
5. Запишите в тетрадь определения ключевых понятий, приводя примеры гомологичных, аналогичных, рудиментарных органов и атавизмов.
6. Определите их значения, как доказательств эволюции.
7. Сформулируйте вывод о роли данных сравнительной анатомии в доказательстве эволюционных преобразований живых организмов.
III.Эмбриологические доказательства.
Факт единства происхождения живых организмов был установлен на основе эмбриологических исследований, в основе которых лежат данные науки эмбриологии.
Эмбриология – наука, изучающая зародышевое развитие организмов.
Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития они проходят стадии дробления, образование двух- и трехслойного зародышей, формирования органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует о единстве их происхождения.
С особой отчетливостью сходство эмбриональных стадий выступает в пределах отдельных типов и классов. Так, на ранних стадиях развития у зародышей позвоночных (рыбы, ящерицы, кролика, человека) наблюдается поразительное сходство: все они имеют головной, туловищный и хвостовой отделы, зачатки конечностей, по бокам тела – зачатки жабр.
Основываясь на приведенных выше, а также множестве других фактов, немецкие ученые Ф.Мюллер и Э.Геккель во второй половине XIX в. установили закон соотношения онтогенеза, который получил название биогенетического закона. Согласно этому закону каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида (филогенез), или, короче, онтогенез есть краткое повторение филогенеза.
Однако за короткий период индивидуального развития особь не может повторить все этапы эволюции, которая совершалась тысячи или миллионы лет. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в зародышевом развитии происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов. Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а с их зародышами. Так, в онтогенезе млекопитающих и рыб имеется этап, на котором у зародышей образуются жаберные дуги. У зародыша рыбы на основании этих дуг образуется орган дыхания – жаберный аппарат. В онтогенезе млекопитающих повторяется не строение жаберного аппарата взрослых рыб, а строение закладок жаберного аппарата зародыша, на основе которых у млекопитающих развиваются совершенно иные органы (хрящи гортани и трахеи). В разработки теории онтогенеза выдающуюся роль сыграли исследования академика А.Н.Северцова. Он доказал, что изменение исторического развития обусловлены изменениями хода зародышевого развития. Наследственные изменения затрагивают все стадии жизненного цикла, в том числе и зародышевый период. Мутации, возникающие в ходе развития зародыша, как правило, нарушают взаимодействие в организме и ведут к его гибели. Однако мелкие мутации могут оказаться полезными и тогда сохранятся естественным отбором. Они передадутся потомству, включатся в историческое развитие, влияя на его ход.
Инструктивная карточка для работы по теме “Эмбриологические доказательства”.
2. Дайте определения ключевым понятиям: эмбриология, биогенетический закон.
3. Рассмотрите влажный препарат “Развитие земноводных” и объёмную таблицу “Развитие зародышей хордовых животных”.
4. Сравните строение зародышей. Сделайте вывод о схожести в строении на ранних этапах развития зародыша и усложнении в строении зародыша различных классов хордовых организмов по мере их развития. Что это доказывает?
5. Запишите в тетрадь определения ключевых понятий.
6.Определите их значения, как доказательств эволюции.
7.Сформулируйте вывод о роли данных эмбриологии в доказательстве эволюционных преобразований живых организмов.
(Подведение итогов самостоятельной работы учащихся, заслушиваем устные рассказы по изученным темам).
IV. Биогеографические доказательства. Островные фауна и флора.
(По этому вопросу выступает два ученика с сообщениями, заостряя внимание на основных положениях доказательств и делая вывод о их роли, как доказательствах эволюции).
Степени сходства и различия между ними неодинаковы.
Фауна и флора: Палеарктическая и Неоарктическая – схожа очень (изолированные Беринговым проливом).
Неоарктическая и Неотропическая – существенно отличаются (соединены сухопутной связью – Панамским перешейком).
Они связанны с историей формирования материков, временем их изоляции.
Глубокое различие в фауне Неотропической и Неоарктической областей определяется тем, что сухопутная связь между ними установилась совсем недавно. Об этом свидетельствуют биологические данные.
После возникновения Панамского моста лишь не многим южноамериканским видам удалось проникнуть на север (дикобраз, броненосец, опоссум).
Североамериканские виды преуспели в освоении южноамериканской области несколько больше (олени, лисы, выдры, медведи), но эти животные не оказали существенного влияния на уникальный видовой состав Южной Америки. Только здесь живут:
1. отряд неполнозубых (муравьеды, ленивцы);
2. сохранились птицы гоацины, которые могут лазать по деревьям благодаря когтям на пальце крыла и др.
Сходство фауны Неоарктической и Палеарктической областей обусловлено тем, что в прошлом между ними существовал сухопутный мост – Берингов перешеек.
Наиболее отличен от других континентов животный мир Австралии. Известно, что Австралия обособилась от Южной Азии свыше 100 млн. лет назад ещё до возникновения высших млекопитающих. Лишь в Ледниковый период сюда через острова Зондского архипелага перебрались немногие плацентарные – мыши, собаки.
Вывод: чем теснее связь континентов, тем более родственные формы там обитают, чем древнее изоляция частей света друг от друга, тем больше различия между их поселением. Такое распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биогеографических зонах отражает процесс исторического развития Земли и эволюции живого.
Для понимания эволюционного процесса большой интерес представляют фауна и флора островов. Так как видовой состав фауны и флоры островов целиком определяется историей их происхождения.
Материковые острова
Живой мир близок к материковому. Британские, Сахалинские острова несколько тысяч лет назад отделились от суши, поэтому живой мир очень схож с материком. Чем древнее остров и чем более значительней водная преграда, тем больше обнаруживается отличий.
Мадагаскар. Нет типичных для Африки крупных копытных: быков, антилоп, зебр. Нет крупных хищников: львов, леопардов, гиен, высших обезьян. Но этот остров последнее убежище лемуров. Когда-то, до появление обезьян, лемуры были доминирующими приматами. Но они не могли соперничать со своими более развитыми сородичами и исчезли повсюду, кроме Мадагаскара, который отделился от материка прежде чем эволюционировали обезьяны. На Мадагаскаре 46 родов птиц, не встречающихся нигде в мире. Хамелеоны – крупнее и разнообразнее, чем в Африке. УСТАЛЕ до 60 см. Некоторые на конце морды имеют рога, что делает их похожими на грозных миниатюрных динозавров.
В отличие от Африки на острове отсутствуют ядовитые змеи. Но много питонов и не ядовитых змей.
Согласно истории живого мира змеи появились довольно поздно по сравнению с другими рептилиями, причем ядовитые змеи из них самые молодые. Мадагаскар отделился от континента до появления там змей. Лягушек на Мадагаскаре насчитывается около 150 видов.
Океанические острова
Гавайские острова. Обнаружено большое разнообразие улиток, цветочниц, которых около 300 эндомичных видов, принадлежащих одному роду.
1. Перечислите все доказательства эволюции.
2. Выполните тестовую работу.
Тест “Доказательства эволюции”.
Домашнее задание: выучить конспект урока; приготовиться к фронтальному опросу о доказательствах эволюции.
Палеонтологические доказательства эволюции
Главными палеонтологическими доказательствами эволюции считаются:
1) ископаемые остатки существ и растений, а также их отпечатки;
2) переходные формы;
3) филогенетические ряды.
Если с окаменевшими остатками и отпечатками (а также с редкими находками целых организмов, например, мамонтов, вмерзших в лед) все достаточно понятно, то переходные формы и филогенетические ряды следует рассмотреть подробнее.
Переходными формами называют такие группы организмов, которые имеют одновременно признаки более древнего и более современного вида.
1. Псилофиты (риниофиты) — промежуточная форма между водорослями и папоротникообразными.
2. Семенные папоротники — между голосеменными и папоротниками.
3. Ихтиостега — между пресноводными земноводными и кистеперыми рыбами.
4. Сеймурия — между земноводными и рептилиями.
5. Группа зверозубых ящеров — переходная форма от рептилий к млекопитающим (найдена в районе бассейна Северной Двины). Эти ящеры имеют значительное сходство с млекопитающими в строении черепа, позвоночника, конечностей, их зубы делятся на клыки, резцы и коренные.
6. Археоптерикс — совмещает признаки птиц и рептилий. Его нередко до сих пор называют переходной формой, и даже в тестах ЕГЭ требуется выбирать именно археоптерикса.
7. Однако, по мнению многих специалистов, переходной формой между рептилиями и птицами является протоавис. Он имел киль и поэтому летал. Для него характерны полые кости.
Признаки птиц у археоптерикса:
1) задние конечности с цевкой;
Признаки пресмыкающихся у археоптерикса:
1) длинный ряд хвостовых позвонков;
4) грудная кость без киля, слабо развитые грудные мышцы и мышцы крыльев.
Филогенетическими рядами называются ряды видов, последовательно сменяющихся от одного к другому в процессе эволюции. Например, «отец» эволюционной палеонтологии В.О. Ковалевский в своих научных трудах первым воссоздал филогенетический ряд лошади.
1. Из-за быстрого бега на длинные расстояния в высоком темпе у лошадей удлинялись конечности, уменьшалось число пальцев на них, постепенно формировалось роговое копыто.
2. Значительно увеличивались размеры животных (изначально предки лошадей предположительно были не больше лисы).
3. Указанные изменения были связаны с тем, что лошади поменяли ареал обитания — из тропических лесов, где жили их самые древние предки, лошади переместились в степи и вынуждены были пробегать длинные дистанции в поисках пищи.
4. Кроме перечисленных признаков для лошадей в процессе эволюции были характерны постепенный переход к стадному образу жизни, череп стал более крупным, челюсти массивными. Произошли изменения в строении зубов (выросли их размеры и поверхность). Увеличилась длина кишечника.
Вопрос в ЕГЭ по биологии, относящиеся к данной теме. Что представляет собой ряд предков современной лошади? Укажите не менее трех изменений в конечности лошади, произошедших в ходе эволюции.
1. Последовательный ряд предков — филогенетический ряд лошади.
2. В процессе эволюции у лошадей постепенно уменьшалось количество пальцев.
3. Удлинились конечности лошади, сформировалось роговое копыто.
На сегодняшний день выделяют три основных эмбриологических доказательства эволюции: закон зародышевого сходства, биогенетический закон, развитие всех организмов из одной клетки — зиготы. В ЕГЭ по биологии был вопрос, где надо было пояснить эти три доказательства.