Доказательства эволюции органического мира

Ув.студенты направления 09.02.03 отправляю Вам конспнкт лекций изучения, пожалуйста, законспектируйте в свои тетрадки.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ДАРВИНА.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА.

1. Общие представления о теории Дарвина.

Современная биология базируется на двух идеях – клеточном строении всех живых существ и их постепенном историческом развитии, то есть клеточной теории и теории эволюции.

Чарльз Дарвин, создавая свою теорию, базировался на вполне ясных и понятных вещах.

В основе эволюции лежат наследственная изменчивость и несоответствие между ростом численности живых существ и ресурсами окружающей среды. Чем больше это несоответствие, тем острее конкуренция между живыми существами, что приводит к обострению борьбы за существование. В результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные особи, что и приводит к естественному отбору.

Естественный отбор – это главный видообразующий фактор, приводящий к постепенному образованию новых видов.

Никто никогда не отрицал, что в природе существует наследственная изменчивость, несоответствие между ростом численности живых существ и условиями окружающей среды, борьба за существование и, наконец, естественный отбор. Вопрос состоит в том, а могут ли таким образом возникать новые виды? Многие ученые считают, что нет. Одни утверждают, что для протекания эволюции по Дарвину недостаточно 3.5 миллиардов лет, в течение которых по оценкам ученых существует жизнь на Земле. Другие оспаривают саму древность Земли и Вселенной, подвергая сомнению методы датировки, принятые в современной науке. Третьи продолжают верить, что приобретенные признаки наследуются.
Давайте не будем делать поспешных выводов, постараемся разобраться в этом вопросе объективно.
Дарвин немало места в своей теории посвятил изменчивости. По Дарвину изменчивость бывает двух типов: определенная и неопределенная. Определенная изменчивость не носит наследственного характера и поэтому на эволюционный процесс влияния не оказывает. А вот неопределенная изменчивость, напротив, приводит к наследственным изменениям и является исходным материалом для отбора. Эти выводы Дарвин сделал, изучая, прежде всего, домашних животных. Надо сказать, что это было гениальное предвидение, так как Дарвин не имел никаких представлений об истинных механизмах наследственности и изменчивости. В современных терминах мы называем определенную изменчивость модификационной или ненаследственной, а неопределенную изменчивость – генетической или наследственной.
Значительная часть книги Дарвина посвящена борьбе за существования. Он выделил три формы борьбы за существования: внутривидовая, межвидовая и борьба с неблагоприятными условиями неорганической природы.
 Внутривидовая борьба протекает наиболее остро, так как все особи вида нуждаются в одних и тех же ресурсах. Каждый вид обладает комплексом приспособлений, уменьшающих возможность столкновения между особями. Но, в целом, внутривидовая борьба, приводя к гибели отдельных особей вида, обусловливает процветание вида и способствует его совершенствованию.
Межвидовая борьба за существование происходит между особями разных видов. Она протекает остро, если виды относятся к одному роду и нуждаются в сходных условиях.
 Борьба с неблагоприятными условиями неорганической природы также усиливает внутривидовое состязание, так как особи одного вида конкурируют за свет, тепло и другие условия существования.

Естественный отбор – это природный процесс, при котором в результате воздействия условий среды на развивающийся организм сохраняются особи с полезными для себя признаками. Естественный отбор является результатом, хотя и не обязательным, борьбы за существование.

 2. Доказательства эволюции.
А каковы доказательства того, что эволюция действительно имеет место?
Традиционно доказательства эволюционного процесса разбивают на четыре группы: палеонтологические, эмбриологические, сравнительно-анатомические и биогеографические.

А) Палеонтологическиедоказательства.

Первыми палеонтологическими исследованиями, в которых удавалось продемонстрировать, что одни виды переходят в другие, были работы Владимира Онуфриевича Ковалевского, положившего тем самым начало эволюционной палеонтологии.

Ковалевский исследовал эволюцию лошадей. Ему удалось показать, что современные однопалые животные происходят от мелких всеядных пятипалых предков, которые населяли землю приблизительно 60 миллионов лет назад. Это были лесные животные. По мере того, как климат на Земле менялся, сокращались площади лесов и увеличивались площади степей, предки современных лошадей стали осваивать новую среду обитания. Необходимость защиты от хищников и передвижений 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. Возникли свойственные травоядным животным изменения пищеварительного тракта и многое другое.
Ковалевскому удалось обнаружить последовательные ряды ископаемых форм лошадиных, эволюция которых происходила в указанных направлениях.
 Последовательность ископаемых форм, образующих последовательный ряд, демонстрирующий исторические изменения видов, называются филогенетическим рядом.
Филогенетические ряды были обнаружены для многих групп животных – слонов, некоторых групп моллюсков и других. Тем не менее, неполнота палеонтологической летописи, на которую указывал ещё Дарвин, затрудняет процесс поиска ископаемых форм, связывающих группы более высокого систематического ранга, например, рыб с наземными животными. Это так называемые переходные формы, поиск которых является и сейчас одной из важнейших задач палеонтологии.
Находка кистеперой рыбы – латимерии – редкое исключение из правила, когда природа сохранила переходную форму не только в палеонтологической летописи, но и так сказать живьём. Конечно, латимерия не может превратиться в тритона, так как представляет собой тупиковую ветвь эволюционного развития, но её существование подтверждает гипотезы ученых.
Существование переходных форм между различными таксонами в систематике – типами, классами, отрядами – указывает на постепенный характер эволюционного процесса, предсказанный дарвиновской концепцией эволюции.
Б) Сравнительно –анатомические доказательства.
Немало данных, доказывающих, что эволюционный процесс идет путем, предсказанным Дарвином, дает сравнительная анатомия.
Скрупулезное исследование различных частей тела и органов животных, которые проводят анатомы, также подтверждают идеи Дарвина.
Например, показано, что строение передних конечностей всех наземных позвоночных мало отличается друг от друга. И рука человека, и ласты кита, лапы крота и крокодила, крылья птиц и летучих мышей – все это лишь модификации одного и того же плана строения конечности.

Органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков и имеют, по-видимому, общее историческое происхождение, но порой разные функции, называются гомологичными.
По наличию у организмов разных групп гомологичных органов и по тем изменениям, которые эти органы претерпели, судят о степени родства между этими группами. В основе изменений органов лежит приспособленность к среде обитания.
 Явление расхождения гомологических признаков в процессе эволюции называется дивергенцией.
Однако не всякое сходство свидетельствует в пользу родства. Органы могут выполнять сходную функцию, но при этом иметь совершенно разное строение. Вспомним крылья насекомых и птиц. И тот, и другой орган приспособлен к полету, но этим и ограничивается сходство.
 Органы, имеющие внешнее сходство, вызванное сходными приспособлениями к сходным условиям жизни, но различное строение и происхождение, называются аналогичными.
Вот наиболее популярный пример – строение глаза млекопитающих и головоногих моллюсков. Эти глаза весьма похожи по своему строению, но сходство только видимое. Просто природа использовала в устройстве глаз этих животных сходные принципы. Аналогичные органы – это результат другого эволюционного процесса – конвергенции.
Конвергенция – это процесс схождения в результате эволюции признаков, которые имеют различное происхождение.
Наличие так называемых рудиментарных органов – это еще одно свидетельство в пользу эволюции, которое дает нам сравнительная анатомия. Рудиментарные органы – это недоразвитые органы предков. Например, только в теле человека их несколько десятков, таких как аппендикс или мышцы, способные двигать ушную раковину.

Бывает, правда, что у некоторых живых существ рудиментарные органы вдруг достигают нормальных размеров.

 Возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом.
Например, время от времени у человека появляются хвостатые дети. У лошадей рождаются жеребята с сильно развитыми вторым и четвертым пальцем.
В) Эмбриологические доказательства.
Мощные доказательства в пользу теории Дарвина предоставляет наука о
зародышевом развитии организмов – эмбриология.
Все многоклеточные животные развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Вначале зародыш однослойный, затем он проходит стадии, когда состоит из двух и трех слоев, затем идет формирование органов из зародышевых листков. Сходство зародышевого развития животных, безусловно, свидетельствует о единстве их происхождения.
Особенно отчетливо это наблюдается в пределах отдельных типов и классов. Например, на ранних стадиях развития у зародышей позвоночных животных, таких как рыба, тритон, ящерица, курица, кролик и человек, наблюдается поразительное сходство. Это выражается, в частности, в том, что все без исключения формы позвоночных животных имеют на определенной стадии развития зародыша жаберные щели.
На основании данных эмбрионального развития немецкие ученые Фриц Мюллер и Эрнст Геккель во второй половине 19 века установили закон соотношения более известный под названием биогенетического закона.
 Каждая особь в процессе индивидуального развития повторяет историю развития своего вида. Онтогенез – краткое повторение филогенеза.

Однако было бы наивно полагать, что за несколько месяцев зародыш скрупулезно проходит весь путь развития. В онтогенезе теряются некоторые этапы филогенеза. Кроме того, речь идет не о сходстве между взрослыми формами, а о сходстве эмбрионального развития. И все же филогенетический закон является, пожалуй, одним из самых впечатляющих доказательств эволюции.
Г) Биогеографические доказательства эволюции..
Немало доказательств дает изучение флоры и фауны различных континентов. Эта группа доказательств эволюции органического мира называется биогеографическими доказательствами.
Распространение животных и растений по поверхности нашей планеты – одно из самых ярких свидетельств эволюции. Выдающаяся роль в изучении и систематизации этой группы доказательств принадлежит соавтору Дарвина Альфреду Уоллесу. Он выделил шесть зоогеографических областей:
1 ) Палеоарктическую, охватывающую Европу, Северную Африку, Северную и Среднюю Азию, Японию; 2) Неоарктическую, включающую Северную Америку; 3) Эфиопскую, включающую Африку к югу от пустыни Сахара; 4) Индо-малайскую, охватывающую Южную Азию и Малазийский архипелаг; 5) Неотропическую, занимающую Центральную и Южную Америку; 6) Австралийскую, включающую Австралию, Новую Гвинею, Новую Зеландию, Тасманию, Соломоновы острова и Новую Каледонию. Степени различия и сходства между этими областями неодинаковы. Например, Палеоарктическая и Неоарктическая зоны отделены между собой довольно узким Беринговым проливом. Этот пролив зимой замерзает, а, кроме того, по-видимому, в недалеком прошлом его вообще не существовало. Поэтому флора и фауна Аляски и Чукотки имеют много общего. В то же время Неоарктические и Неотропические области существенно отличаются друг от друга, хотя связаны друг с другом Панамским перешейком. Это объясняется не только тем, что климат этих областей довольно разный, но и тем обстоятельством, что Панамский перешеек возник довольно недавно.

Еще один яркий пример – это фауна Австралии. Здесь, как в каком-нибудь «Парке третичного периода», сохранились сумчатые и яйцекладущие млекопитающие, которые практически везде на Земле исчезли. Это связано с тем, что Австралия, по-видимому, рано отделилась от других материков и здесь в условиях практически полной изоляции могли спокойно развиваться реликтовые животные, не испытывая давления естественного отбора.

Не менее интересные данные дает нам фауна и флора островов. Здесь четко прослеживается тенденция: чем древнее остров и чем более значительна водная преграда, тем больше обнаруживается отличий. Фауна Мадагаскара резко отличается от фауны Африки. Когда мы говорим «Африка», то невольно представляем неисчислимые стада антилоп, буйволов, слонов, за которыми охотятся львы или леопарды. Ничего этого на острове Мадагаскар нет, но здесь сохранилось огромное разнообразие полуобезьян или лемуров. В этом отношении Мадагаскар больше походит на полуостров Индостан. Некоторые ученые предполагают, что это является доказательством существования в глубокой древности материка, который они и называют Лемурия.

Классическим стал пример фауны Галапагосских островов, которую изучал ещё Дарвин во время знаменитого путешествия на корабле «Бигль». Эти острова населены, главным образом, птицами. Так вот, оказалось, что лишь 15% - птицы с ближайшего к Галапагосам континента – Южной Америки. 85% видов птиц – это эндемики, то есть виды, которые нигде на земном шаре не встречаются. Дарвин описал эволюцию южноамериканских вьюрков, которая имела место на Галапагосских островах. У этих видов имелись разные по форме и назначению клювы. Дарвин объяснял эти отличия географической изоляцией и приспособлением к условиям жизни на островах, которые довольно сильно отличались.

Д) Другие доказательства эволюционного процесса.

В последние годы теория эволюции получила подтверждение и на молекулярном уровне. Современные методы биохимии, молекулярной биологии и генетики позволяют исследовать различия в строении молекул разных организмов. Вначале удалось изучить последовательности белков разных организмов. Оказалось, что и на молекулярном уровне сохраняются те же тенденции, что наблюдаются на уровне анатомическом и эмбриологическом, то есть, чем ближе друг к другу по происхождению организмы, тем ближе химическое строение их белков. Например, у человека и шимпанзе аминокислотные замены в главнейших белках наблюдались в 10% случаев, а с гориллами разница составляла уже 15%.

Изучение ДНК различных организмов дает сходные результаты, то есть, чем дальше друг от друга в эволюционном отношении отстоят виды, тем меньше наблюдается гомологии в строении генов.

Таким образом, современная наука накопила немало доказательств в пользу протекания эволюционного процесса путем естественного отбора, так как изложенные факты предсказываются теорией Дарвина. В то же время современная теория эволюции смогла объяснить те факты и разрешить те трудности, которые во времена Дарвина наука не могла объяснить.