Что понимают под эволюцией природы в современной биологии 11 класс
Что понимают под эволюцией природы в современной биологии 11 класс
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.
Что понимают под эволюцией природы в современной биологии 11 класс
Подробное решение параграф 13 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2016
Стр. 75. Вспомните.
1. Что такое эволюция?
Термин «эволюция» (от лат. evolutio – развёртывание) был введён в науку в XVIII в. швейцарским зоологом Шарлем Бонне. Под эволюцией в биологии понимают необратимый процесс исторического изменения живых существ и их сообществ. Эволюционное учение – это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях преобразования живых существ во времени. Теория эволюции занимает особое место в изучении жизни. Ей принадлежит роль объединяющей теории, которая образует фундамент для всей биологической науки.
2. Какие вы знаете доказательства существования эволюции?
Процесс эволюции идёт с самого рождения Вселенной со времени Большого взрыва. Эволюция живой природы лишь часть общей эволюции мира.
Стр. 82. Вопросы для повторения и задания.
1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.
Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. (закон зародышевого сходства К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, то есть зародыш в индивидуальном развитии повторяет историю развития своего вида. Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.
2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.
Палеонтологические доказательства. К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.
3. Какие органы называют гомологичными, какие – аналогичными?
Гомологичные органы формируются в процессе эмбрионального развития из одних и тех же зачатков и выполняют сходные функции. Примером гомологичных органов являются конечности всех наземных позвоночных.
Аналогичные органы имеют разное происхождение и строение, но характеризуются внешним сходством и выполняют одинаковые функции. В качестве примера можно привести конечности собаки и конечности муравья, крыло бабочки и крыло летучей мыши.
4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.
Примером может являться развитие крыльев у организмов, освоивших воздушную среду обитания. Крылья бабочек и стрекоз не родственны крыльям птиц и летучих мышей, хотя и выполняют те же функции. Другие примеры: хвостовые плавники акулы, дельфина и ихтиозавра; «стреляющие» языки лягушки и хамелеона; глаз осьминога и глаз человека.
5. Объясните, каковы причины существования рудиментов и появления атавизмов. Почему они служат доказательствами процесса эволюции?
Рудименты – это органы, утратившие в процессе эволюции свое значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Причиной наличия рудиментов является то, что у предковых форм была необходимость в соответствующих органах, однако затем она исчезла, и органы подверглись дегенерации. Наличие рудиментов – доказательство процесса эволюции, как изменения строения органов при изменении условий окружающей среды. Примерами рудиментов являются третье веко и ушные мышцы человека, остатки тазового пояса у змей и китообразных, «глаза» пещерных и подземных животных.
Атавизмы – это появляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для предковых форм, но утраченные в процессе эволюции. Причиной возникновения атавизмов является активация обычно заблокированных генов, ответственных за развитие таких признаков. В норме эти гены, доставшиеся организму от предков, не проявляются. Например, у современной лошади может развиться трехпалая конечность вместо однопалой. Атавизмы встречаются и у человека, например дополнительная пара молочных желез, хвост, волосяной покров на лице.
Подумайте и выполните.
1. Объясните, почему в природе в процессе эволюции у разных видов организмов, далеко отстоящих друг от друга, появляются аналогичные органы.
В систематических группах, далеко отстоящих друг от друга, мы тоже можем обнаружить структуры, выполняющие одинаковые функции и имеющие внешнее сходство, например крылья насекомых и птиц. Однако в отличие от гомологичных органов эти структуры имеют разное происхождение и строение, их называют аналогичными органами. Наличие у разных видов похожих, но не гомологичных органов подтверждает отсутствие у этих видов близкого родства.
2. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, выясните, почему расположенный у восточного берега Африки остров Мадагаскар является местом огромного скопления эндемичных видов. К какой группе доказательств существования эволюции можно отнести этот факт?
Мадагаскар – удивительный и неповторимый остров, отличающийся уникальностью и разнообразием видов флоры и фауны. 90% всех видов живых организмов – эндемики, т.е. они кроме Мадагаскара нигде не встречаются. Благодаря уникальным природным условиям на острове смогли выжить и развиваться виды, которые вымерли в других частях света.
3. Опираясь на знания, полученные на уроках зоологии, докажите, что малая берцовая кость у птиц является рудиментом.
У птиц малая берцовая кость именно утратила свое значение, так как основной ее функцией является поворот влево или вправо голеностопного сустава. Так как птице необходимо, чтобы при сгибании голени сгибались и пальцы (для обхвата ветки) сухожилия соединяющие пальцы с мышцами голени проходят по задней стороне голени. Для данной конструкции необходимо ограничить подвижность голеностопа и потому он движется только вверх вниз. Следовательно так как функция выполняемая данной костью не нужна, она и рудиментируется, что опять же птице играет в плюс, так как уменьшается общий вес тела.
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.