Что понимают под эволюцией природы в современной
Что понимают под эволюцией природы в современной
Подробное решение Праграф § 37 по биологии для учащихся 9 класса, авторов В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов
1. Что вам известно о происхождении растений и животных?
2. Что такое эволюция? Какие доказательства её существования вам известны?
Об эволюционном развитии органического мира свидетельствуют многие факты, накопленные разными науками о природе, в первую очередь палеонтологией, морфологией и анатомией, цитологией, эмбриологией, биогеографией и др.
Рассмотрим некоторые из этих доказательств.
К данным эмбриологии, являющимися доказательствами эволюции, относят:
1. Закон зародышевого сходства Карла Бэра, который гласит: «Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа».
2.Биогенетический закон Геккеля-Мюллера, указывающий на связь индивидуального (онтогенеза) и исторического (филогенеза) развития.
Морфологические доказательства. К доказательствам эволюции этой группы относятся:
1) Сравнительно-анатомические исследования показали наличие в современной флоре и фауне переходных форм организмов, сочетающих в себе признаки нескольких крупных систематических единиц.
2) Наличие в пределах класса, типа гомологичных органов, образований, сходных друг с другом по общему плану строения, положению в теле и возникновению в процессе онтогенеза.
Палеонтология предоставляет следующие данные в пользу эволюции:
1) Сведения о филогенетических (эволюционных) рядах.
2) Сведения об ископаемых переходных формах.
К данным биогеографии, являющимися доказательствами эволюции относятся следующие:
1. Особенности распространения животных и растений по разным континентам, как яркое свидетельство эволюционного процесса.
2. Особенности фауны и флоры островов также свидетельствуют в пользу эволюции. Органический мир материковых островов близок к материковому, если отделение острова произошло недавно.
Вопросы
1. Что понимают под эволюцией природы в современной биологии?
В современной биологии эволюция рассматривается как сила, ведущая к образованию новых форм организмов, как процесс, благодаря которому доклеточные формы жизни, возникшие более 3 млрд лет назад, дали начало исключительно сложным многоклеточным организмам нашего времени.
2. Что является фундаментальным следствием признания существования эволюции?
Следствием признания существования эволюции стало дальнейшее развитие биологии. Это послужило стимулом для развития разных биологических дисциплин — сравнительной анатомии и эмбриологии, палеонтологии, генетики, биохимии и многих других наук. Идеи эволюционизма распространились далеко за пределы биологии, проникнув в другие области естествознания.
3. Как Ж. Б. Ламарк объяснял многообразие видов и приспособленность организмов к конкретным условиям среды?
Ж. Б. Ламарк полагал, что определённые органы или системы органов у животных и растений по мере упражнения должны совершенствоваться, а затем закрепляться в следующих поколениях. Он ошибочно выводил факторы эволюции из будто бы присущего всему живому стремления к совершенствованию.
4. В чём заключаются основные положения учения Ч. Дарвина?
Теорию Дарвина можно сформулировать в виде следующих принципиальных положений.
1. Все организмы, населяющие нашу планету, изменчивы. Невозможно найти двух полностью тождественных кроликов, волков, ящериц или иных принадлежащих к одному виду животных или растений.
2. В природе рождается особей каждого вида больше, чем позволяют прокормить ресурсы среды. Это ведёт к борьбе за существование между ними. В результате выживают особи, обладающие наиболее выгодными в данных условиях среды признаками, т. е. происходит естественный отбор.
3. Сохранённые естественным отбором особи оставляют потомство, передавая свои признаки по наследству. Это обеспечивает существование того или иного вида на протяжении длительного времени.
5. Почему учение Дарвина не потеряло своей актуальности в настоящее время?
Идеи Дарвина убедительно обоснованы и до сих пор нет достоверных данных, которые полностью их опровергали бы.
Задания
1. Изучив основной текст параграфа и познакомившись с дополнительным текстом (см. ниже), сделайте вывод о том, каковы были взгляды большинства учёных-биологов в отношении происхождения видов и их многообразия на Земле до публикации Ч. Дарвином своих фундаментальных работ.
Весь исторический период, вплоть до середины XIX века, шло накопление экспериментального материала, подтверждающего реальное направление в эволюции органического мира, что и подготовило почву под формирование материалистического учения Дарвина, перевернувшего многое в развитии теоретических воззрений на развитие природы, существовавших до появления эовлюционного учения Чарльза Роберта Дарвина.
2. Подготовьте сообщения/мультимедиапрезентации о Ч. Дарвине как учёном-исследователе и основоположнике учения об эволюции органического мира.
Дарвин появился на свет в Шрусбери (графство Шропшир) 12 февраля 1809 г. в достаточно обеспеченной многодетной семье врача. Членам этого семейства были присущи высокий культурный уровень, интеллект, широкий кругозор. В частности, Эразм Дарвин, дед Чарльза, снискал известность как врач, философ, литератор.
Искренний интерес к жизни природы, склонность к собирательству у мальчика пробудился еще в детстве. В 1817 г. умирает мать, и в 1818 г. Чарльза и Эразма, старшего брата, отдают в местный пансион. С 1825 г. Чарльз Дарвин изучает медицину в Эдинбургском университете. Не чувствуя расположенности к этой профессии, он забросил учебу и по настоянию рассерженного отца поступил учиться на богослова в Кембридж, хотя не был полностью убежден в истинности христианских постулатов. Природные склонности, участие в жизни научных обществ, знакомство с ботаниками, зоологами, геологами, экскурсии естественноисторической направленности сделали свое дело: из стен христианского колледжа Чарльз Дарвин в 1831 г. вышел натуралистом-коллектором.
В этом качестве он на протяжении пяти лет (1831-1836) принимал участие в кругосветном путешествии на корабле, куда попал по рекомендации друзей. В ходе плавания им были собраны замечательные коллекции, а свои впечатления и наблюдения он изложил в двухтомнике под названием «Путешествие вокруг света на корабле «Бигль», который сделал его известным в научном сообществе. Из этого плавания Чарльз вернулся сформированным ученым, который в науке видел единственное призвание и смысл жизни.
Возвратившись в Англию, Дарвин работал секретарем Лондонского геологического общества (1838-1841), в 1839 г. вступил в брак с Эммой Веджвут, которая впоследствии родила ему 10 детей. Слабое здоровье заставило его в 1842 г. покинуть английскую столицу и поселиться в имении Даун (графство Кент), с которым была связана вся его дальнейшая биография.
Своей теорией эволюции органического мира Земли, которую назвали дарвинизмом, ученый произвел настоящий фурор, расколов научное сообщество на два противоборствующих лагеря. Его учение было очень тщательно разработано, имело в своей основе огромное количество фактического материала, растолковывало явления, которым до тех пор не существовало объяснения, открывало огромные исследовательские перспективы, и все эти факторы способствовали тому, что дарвинизм быстро укреплял позиции.
Способствовала этому и сама личность его создателя. По свидетельству современников, Дарвин был не просто исключительно авторитетным ученым, а простым, скромным, дружелюбным, тактичным человеком, корректно относившимся даже к непримиримым оппонентам. Пока в мире бушевали нешуточные страсти по поводу теории эволюции, главный возмутитель спокойствия следил за перипетиями, ведя уединенную жизнь, и по-прежнему занимался научными исследованиями, несмотря на крайне слабое здоровье.
Параллельно с победоносным шествием дарвинизма его автор становился обладателем все большего количества всевозможных регалий от научных сообществ, начало которым положила коплеевская золотая медаль от Лондонского королевского общества в 1864 г. В 1882 г. ученый, совершивший беспрецедентный научный переворот, тихо скончался в Дауне. Тело Чарльза Дарвина перенесли в Вестминстерское аббатство, где похоронили возле Ньютона.
Эволюция живой природы. Эволюционная теория. Движущие силы эволюции.
Эволюция живых систем
Эволюционное учение
Эволюционное учение (теория эволюции) — наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция — эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция — эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.
Развитие эволюционных идей
Учение Дарвина сводится к следующему:
Факторы эволюции по Ч. Дарвину — это
Наследственность — способность организмов передавать из поколения в поколение свои признаки (особенности строения, развития, функции).
Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки.
Борьба за существование — весь комплекс взаимоотношений организмов с условиями окружающей среды: с неживой природой (абиотическими факторами) и с другими организмами (биотическими факторами). Борьба за существование не является «борьбой» в прямом смысле слова, фактически это стратегия выживания и способ существования организма. Различают внутривидовую борьбу, межвидовую борьбу и борьбу с неблагоприятными факторами окружающей среды. Внутривидовая борьба — борьба между особями одной популяции. Всегда идёт очень напряжённо, так как особи одного вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Межвидовая борьба — борьба между особями популяций разных видов. Идёт, когда виды конкурируют за одни и те же ресурсы либо когда они связаны отношениями типа «хищник – жертва». Борьба с неблагоприятными абиотическими факторами среды особенно проявляется при ухудшении условий среды; усиливает внутривидовую борьбу. В борьбе за существование выявляются наиболее приспособленные к данным условиям обитания особи. Борьба за существование ведёт к естественному отбору.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными в данных условиях наследственными изменениями.
На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ). Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.
Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)
| Признаки | Эволюционная теория Ч. Дарвина | Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
| Основные результаты эволюции | 1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов | |
| Единица эволюции | Вид | Популяция |
| Факторы эволюции | Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор | Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор |
| Движущий фактор | Естественный отбор | |
| Трактовка термина естественный отбор | Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм | Избирательное воспроизводство генотипов |
| Формы естественного отбора | Движущий (и половой как его разновидность) | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный |
Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.
Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).
Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
• мутационный процесс;
• популяционные волны и дрейф генов;
• изоляция;
• естественный отбор.
Мутационная и комбинативная изменчивость.
Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Популяционные волны и дрейф генов.
Популяционные волны (волны жизни) — периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.
Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор — это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).
Формы естественного отбора
Краткая история эволюции органического мира
Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.
Текст книги «Биология. Введение в общую биологию. 9 класс»
Автор книги: Владимир Пасечник
Жанр: Биология, Наука и Образование
Текущая страница: 10 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]
§ 36. Экологические факторы и условия среды
1. Почему группы организмов одного вида, например заросли лютика, крапивы, осоки и др., встречаются не повсеместно, а лишь на определённых участках? Какие это участки?
2. Что изучает наука экология?
Понятие об экологических факторах. Существование каждого биологического вида в форме популяций связано, прежде всего, с неоднородностью условий окружающей среды на всей площади его ареала. Любые внешние условия, оказывающие прямое или опосредованное влияние на популяции, называют экологическими факторами. Они очень многообразны как по своей природе, так и по характеру воздействия. Условно совокупность всех экологических факторов подразделяют на три большие группы – абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы – это факторы неживой природы, прежде всего климатические – солнечный свет, температура и влажность. К этой же группе факторов относят вторичные климатические (местные) факторы – рельеф, свойства почвы, солёность, воздушные и морские течения, ветер, радиацию и т. п., косвенно влияющие на организмы.
Биотические факторы – это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга. При этом организмы могут принадлежать к одной и той же или к разным популяциям. В качестве примера можно привести такие взаимоотношения, как опыление насекомыми цветковых растений, поедание одних организмов другими, конкуренцию между организмами за те или иные виды жизненно важных ресурсов (пищу, пространство, свет и т. д.), паразитизм и многое другое.
Антропогенные факторы – это те формы деятельности человека, которые, воздействуя на окружающую среду, изменяют условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных. Одним из наиболее важных антропогенных факторов является загрязнение. Диоксид серы, летящий из труб заводов и электростанций, соединения металлов (меди, цинка, свинца), сбрасываемые возле рудников или содержащиеся в выхлопных газах автомашин, остатки нефтепродуктов, оказывающиеся в водоёмах после промывки танков нефтеналивных судов, – вот лишь некоторые из загрязняющих веществ, ограничивающих распространение организмов, особенно растений.
Многие загрязняющие вещества действуют как яды, приводя к вымиранию целых видов растений или животных. Другие могут передаваться по цепям питания, накапливаться в телах организмов, вызывать генные мутации, значение которых можно будет оценить лишь в будущем.
Условия среды. Условиями среды, или экологическими условиями, называют изменяющиеся во времени и пространстве абиотические факторы среды, на которые организмы реагируют по-разному в зависимости от их силы. К наиболее важным абиотическим факторам, определяющим условия существования организмов в популяциях практически во всех средах жизни, относятся температура, влажность и свет.
Влияние экологических условий на организмы. Любой вид организмов способен жить только в пределах определённого интервала температур, внутри которого температурные условия наиболее благоприятны для его существования, а его жизненные функции осуществляются наиболее активно. По мере приближения к границам температурного интервала скорость жизненных процессов замедляется, а за его пределами они и вовсе прекращаются – организм погибает. Пределы температурной выносливости у разных организмов различны. Некоторые виды способны выносить значительные колебания температуры. Например, лишайники и многие бактерии могут жить при самой различной температуре. Среди животных наибольший диапазон температур выдерживают теплокровные. Тигр, например, одинаково хорошо переносит как сибирский холод, так и жару тропических областей Индии или Малайского архипелага. В наземно-воздушной и даже в водной среде температура не остаётся постоянной и может сильно варьировать в зависимости от сезона года или времени суток. В тропиках суточные колебания температуры могут быть выражены сильнее, чем сезонные. И наоборот, в умеренных областях температура значительно различается в разные времена года.
Вода – составная часть каждого живого организма, она необходима для его нормального функционирования. На протяжении большей части своей истории живая природа была представлена исключительно водными организмами. Завоевав сушу, они тем не менее не утратили зависимости от воды. Растения извлекают нужную им воду из почвы при помощи корней. Лишайники могут улавливать водяной пар из воздуха. Все сухопутные животные для компенсации неизбежной потери воды за счёт испарения или выделения нуждаются в её периодическом поступлении. Многие из них пьют воду, другие, например амфибии, некоторые насекомые и клещи, всасывают её через покровы тела в жидком или парообразном состоянии. Есть животные, способные получать воду довольно сложным путём – в процессе окисления жиров. Это, например, верблюд и некоторые виды насекомых – рисовый и амбарный долгоносики, платяная моль, питающиеся жиром. У животных, как и у растений, имеется множество приспособлений для экономии воды.
Свет солнца служит практически единственным источником энергии для живой природы. Непосредственного влияния на животных, по сравнению с температурой или влажностью, свет почти не оказывает. Он служит лишь сигналом к перестройке протекающих в организме процессов, что позволяет им наилучшим образом отвечать на происходящие изменения внешних условий. У многих животных условия освещённости вызывают положительную или отрицательную реакцию на свет. Некоторые насекомые (ночные бабочки) слетаются на свет, другие (тараканы) избегают его. Наибольшее экологическое значение имеет смена дня и ночи. Многие животные ведут исключительно дневной образ жизни (большинство птиц), другие – исключительно ночной (многие мелкие грызуны, летучие мыши и др.). Мелкие рачки, парящие в толще воды, держатся ночью в поверхностных водах, а днём опускаются на глубину, избегая слишком яркого света.
Вторичные климатические факторы – ветер, атмосферное давление, высота над уровнем моря и др. – также имеют важное значение в конкретном месте (местности) обитания организмов каждого вида. Например, ветер обладает следующим косвенным действием: усиливая испарение, он обезвоживает организм; сильный ветер способствует также охлаждению. Это оказывается важным в холодных местах, на высокогорьях или в полярных областях.
Экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные. Экологические условия: температура, влажность, свет. Вторичные климатические факторы
1. Что такое экологические факторы?
2. Какова классификация экологических факторов?