2.2. Гипотезы возникновения жизни на Земле Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие мыслители: религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. Не имея глубоких научных данных, они вынуждены были строить самые фантастические

Очерк учения о цвете Si vera nostra sunt aut falsa, erunt talia, licet nostra per vitam defendimus. Post fata nostra pueri qui nunc ludunt nostri judices

Эволюционные предпосылки гомосексуальности Гомосексуальное поведение - явление отнюдь не сугубо человеческое. Оно широко распространено у животных в естественной среде обитания. Гомосексуальные отношения можно часто наблюдать в группах холостяков у павианов

История эволюционных идей. Значение работ К. Линней, учения Ж. Б. Ламарка

Эволюция – необратимое историческое развитие живой природы.

2. Заполните таблицу.

История развития эволюционных идей (до ХХ века) .

3. Каковы сильные и слабые стороны системы органического мира К. Линнея?
Разработал первую относительно удачную искусственную систему органического мира. За основу своей системы он принял вид и его считал элементарной единицей живой природы. Близкие виды объединились им в роды, роды в отряды, отряды в классы. Ввел в систематику принцип бинарной номенклатуры.
Недостатки системы Линнея состояли в том, что при классификации он учитывал лишь 1-2 признака (у растений - число тычинок, у животных - строение дыхательной и кровеносной системы), не отражающих подлинного родства, поэтому далекие роды оказались в одном классе, а близкие - в разных. Виды в природе Линней считал неизменными, созданными Творцом.

4. Сформулируйте основные положения эволюционной теории Ж. Б. Ламарка.
Пункты эволюционной теории Ламарка:
Первые организмы произошли из неорганической природы путем самозарождения. Их дальнейшее развитие привело к усложнению живых существ.
У всех организмов существует стремление к совершенствованию, изначально заложенное в них Богом. Этим объясняется механизм усложнения живых существ.
Процесс самозарождения жизни продолжается постоянно, что объясняет одновремен¬ное наличие в природе и простых, и более сложных организмов.
Закон упражнения и неупражнения органов: постоянное употребление органа ведет к его усиленному развитию, а неупотребление - к ослаблению и исчезновению.
Закон наследования благоприобретенных признаков: изменения, возникшие под действием постоянных упражнений и неупражнений органов, наследуются. Так, считал Ламарк, сформировалась, например, длинная шея жирафа и слепота крота.
Главным фактором эволюции считал прямое воздействие среды.

5. За что критиковали теорию Ж. Б. Ламарка современники?
Ламарк ошибочно полагал, что изменение среды всегда вызывает у организмов полезные изменения. Кроме того, он не мог объяснить, откуда у организмов возникает «стремление к прогрессу», и почему следует считать наследственным свойство организмов целесообразно реагировать на внешние воздействия.
6. Какие прогрессивные черты усматривают современные ученые-эволюционисты в теории Ж. Б. Ламарка?
В книге «Философия зоологии» Ламарк предположил, что в течение жизни каждая особь изменяется, приспосабливается к окружающей среде. Он утверждал, что разнообразие животных и растений есть результат исторического развития органического мира – эволюции, которую понимал как ступенчатое развитие, усложнение организации живых организмов от низших форм к высшим. Он предложил своеобразную систему организации мира, расположив в ней родственные группы в восходящем порядке – от простых к более сложным, в виде «лестницы».

Эволюционное учение Ч. Дарвина

1. Дайте определения понятий.
Факторы эволюции – по Дарвину, это естественный отбор, борьба за существование, мутационная и комбинативная изменчивости.
Искусственный отбор – выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном или декоративном отношении особей животных и растений для получения от них потомства с желаемыми свойствами.

2. Какие аспекты социальной и научной обстановки начала и середины XIX века способствовали, на ваш взгляд, разработке эволюционной теории Ч. Дарвином?
К середине XX в. был сделан ряд важнейших обобщений и открытий, которые противоречили креационистским взглядам и способствовали укреплению и дальнейшему развитию идеи эволюции, что создало научные предпосылки для эволюционной теории Ч. Дарвина. Это развитие систематики, теория Ламарка, открытие Бэром закона зародышевого сходства и достижение других ученых, развитие биогеографии, экологии, сравнительной морфологии, анатомии, открытие клеточной теории, а также развитие селекции и народного хозяйства.

3. Заполните таблицу .

Этапы жизненного пути Ч. Дарвина

4. Сформулируйте основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина.
1. Организмы изменчивы. Трудно найти такое свойство, по которому особи, принадлежащие к данному виду, были бы полностью тождественны.
2. Различия между организмами, хотя бы частично, передаются по наследству.
3. Теоретически популяции растений и животных стремятся размножиться в геометрической прогрессии, и теоретически любой организм может заполнить Землю очень быстро. Но этого не случается, так как жизненные ресурсы ограниченны, и в борьбе за существование выживает сильнейший.
4. В результате борьбы за существование происходит естественный отбор – выживают особи с полезными в данных условиях свойствами. Выжившие передают эти свойства своему потомству, то есть свойства эти закрепляются в череде последующих поколений.

5. Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика эволюционных теорий Ж. Б. Ламарка и Ч. Дарвина

6. Каково значение эволюционного учения Ч. Дарвина для развития биологической науки?
Учение Дарвина позволило привести в гармонию разрозненные знания о законах, которым подчиняется организация жизни на нашей планете. В прошедшем столетии эволюционное учение Дарвина было развито и конкретизировано благодаря созданию хромосомной теории наследственности, развитию молекулярно-генетических исследований, систематики, палеонтологии, экологии, эмбриологии и многих других областей биологии.

1. Дайте определение понятия.
Борьба за существование – это один из движущих факторов эволюции, наряду с естественным отбором и наследственной изменчивостью, совокупность многообразных и сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

2. Заполните таблицу.

Борьба за существование и ее формы

3. Какая из форм борьбы за существование является, по вашему мнению, самой напряженной? Ответ поясните.
Внутривидовая борьба протекает наиболее остро, так как у особей совпадает экологическая ниша. Организмы конкурируют за ограниченные ресурсы - пищевые, территориальные, самцы некоторых животных конкурируют между собой за оплодотворение самки, а также другие ресурсы. Для снижения остроты внутривидовой борьбы организмы вырабатывают различные приспособления - разграничение индивидуальных участков, сложные иерархические отношения. У многих видов организмы на разных этапах развития занимают разные экологические ниши, например, личинки жесткокрылых обитают в почве, а стрекоз - в воде, в то время как взрослые особи заселяют наземно-воздушную среду. Внутривидовая борьба приводит к гибели менее приспособленных особей, способствуя этим естественному отбору.

Естественный отбор и его формы

1. Дайте определения понятия.
Естественный отбор – это избирательное воспроизведение генотипов, которые в наилучшей степени отвечают сложившимся условиям жизни популяции. То есть, основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

2. Заполните таблицу.

3. Что является следствием естественного отбора?
Изменение состава генофонда, удаление из популяции особей, свойства которых не дают преимуществ в борьбе за существование. Возникновение адаптаций организмов к условиям внешней среды.

4. В чем, на ваш взгляд, заключается творческая роль естественного отбора?
Роль естественного отбора заключается не только в отсеве нежизнеспособных особей. Движущая его форма сохраняет не отдельные признаки организма, а весь их комплекс, все присущие организму комбинации генов. Отбор создает приспособления и виды, убирая из генофонда популяции, неэффективные с точки зрения выживания генотипы. Результатом его действия являются новые виды организмов, новые формы жизни.

Вопрос 1. Какие данные геологии послужили предпосылкой эволюционной теории Ч. Дарвина?

Благодаря исследованию слоев земной коры было получено большое количество палеон­тологических данных и показано, что в самых древних слоях присутствуют лишь остатки моллюсков и рыб, в более поздних появляются остатки рептилий, еще позднее - млекопитающих. Жорж Кювье объяснял это своей теорией катастроф (резкие изменения условия обитания и глобальные стихийные бедствия), однако английский геолог Чарлз Лайель доказал, что поверхность Земли изменяется постепенно под действием природных факторов (ветра, дождя, прибоя, извержения вулканов и др.). Следовательно, теория катастроф, как способ объяснения палеонтологических находок, некорректна.

Вопрос 2. Какие открытия в области биологии, совершённые в первой половине XIX в., способствовали формированию эволюционных взглядов Ч. Дарвина?

Формированию взглядов Чарлза Дарвина способствовали следующие биологические открытия:

Т. Шванн создал клеточную теорию, ко­орая постулировала, что живые организмы состоят из клеток, общие черты которых одинаковы у всех растений и животных. Это послужило весомым доказательством единства происхождения живого мира;

К. М. Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки, причем в ходе эмбрионального развития у позвоночных, принадлежащих разным классам, на ранних этапах обнаруживается явное сходство зародышей;

Исследуя строение позвоночных, Ж. Кювье установил, что все органы животного являются частями одной целостной системы. Строение каждого органа отвечает принципу строения всего организма, и изменение одной части тела должно вызывать изменения других частей.

Вопрос 3. Какие наблюдения Ч. Дарвина поколебали его веру в неизменность видов?

Определяющую роль в формировании научных взглядов Ч. Дарвина сыграло путешествие на корабле «Бигль». В Южной Америке Ч. Дарвин нашел ископаемые остатки гигантских ленивцев и броненосцев. Современные виды этих животных, обитающие в тех же местах, были очень похожи на вымерших, что навело Дарвина на мысль о возможном родстве этих организмов.

Большое впечатление произвели на Ч. Дарвина обнаруженные им различия в видовом составе флоры и фауны разных материков. В частности, в Австралии он изучил сумчатых - древних млекопитающих, практически вымерших в других местах земного шара. Наконец, чрезвычайно важными оказались наблюдения Ч. Дарвина за животными океанических островов, зачастую демонстрирующими прямую связь с исходными материковыми формами. Так, на Галапагосских вулканических островах Дарвин обнаружил разнообразные виды вьюрков, которые отличались по размеру и строению клюва, но были очень похожи на материковый вид. Дарвин предположил, что когда-то птицы попали на острова с материка и видоизменились, приспособившись к разным источникам питания (твердые семена, фрукты, насекомые).

Вопрос 4. Обсудите в классе, почему основы современной теории эволюции биологических видов не могли быть заложены ранее середины XIX в.

Основы современной теории эволюции биологических видов не могли быть заложены ранее середины XIX в., так как не было еще накоплено достаточное количество знаний в области геологии, биологии, генетики.

Вопрос 5. Используя дополнительные источники информации, обозначьте на карте маршрут кругосветного путешествия Ч. Дарвина.

На карте точками обозначены пункты, в которых побывал Ч. Дарвин.

1 - Девонпорт, 2 - Тенерифе, 3 - острова Зелёного Мыса, 4 - Баия, 5 - Рио-де-Жанейро, 6 - Монтевидео, 7 - Фолклендские острова, 8 - Вальпараисо, 9 - Лима, 10 - Галапагосские острова, 11 - Таити, 12 - Новая Зеландия, 13 - Сидней, 14 - Хобарт, 15 - залив Короля Георга, 16 - Кокосовые острова, 17 - Маврикий, 18 - Кейптаун, 19 - Баия, 20 - Азорские острова.

Вопрос 6. Проанализируйте текст параграфа. Составьте и заполните таблицу «Социально-экономические и естественно-научные предпосылки возникновения теории Ч. Дарвина».

Фалес из Милета (V в. до н.э., Греция) был первым, кто пытался найти общий источник возникновения всего существующего. Этим общим источником Фалес считал воду, что дало повод объявить его предшественником современных исследователей, также полагающих, что жизнь зародилась на дне Океана.

Анаксимандр . Согражданин и современник Фалеса. Полагал, что твердь сначала была покрыта водой и только постепенно начала высыхать. К этому времени на ее поверхности появились люди, которые ранее жили в воде и напоминали рыб.

Анаксимен. Ученик Анаксимандра. Считал, что все существующее возникло из воздуха. В частности, из воздуха появилась земля и вода, их смешение образовало ил, из которого под влиянием солнечного тепла произошли путем самозарождения растения, животные и люди.

Гераклит (конец VI- начало V в. До н.э.). Основой мира считал движение: «Все течет и ничего не остается постоянным». Эта основная идея могла бы лечь в основу действительно исторического взгляда на природу, но она осталась неразвитой Гераклитом.

Эмпедокл (483 – 423 гг. до н.э.). Все существующее имеет в основе четыре первых физических принципа: огонь, воздух, воду и землю. Этими принципами управляют две силы: объединяющая – любовь и разъединяющая – ненависть. Борьба этих двух сил приводила к появлению различных комбинаций живых существ в растительном и животном царствах.

Демокрит (460 – 370 гг. до н.э.). Сопоставил сравнение человеческого тела с устройством других живых организмов. Обратил внимание на приспособление отдельных органов к выполнению определенных функций; однако объяснения этой упорядоченности и целесообразной организации он не дал.

Анаксагор. Современник Демокрита. Полагал, что целесообразное устройство живых существ обязано наличию разумного плана, источником которого является всемогущий дух, или разум.

Платон (V-IV вв. до н.э.). Высказал мысль о существовании двух миров: мира вещей, воспринимаемых чувствами, и мира идей, воспринимаемых разумом, мышлением. Платоновское учение об идеях оказало влияние на биологию, легло в основу представления об идеальном плане строения живых существ, к которому их действительное устройство только приближается.

Аристотель (384 – 322 до н.э.) сформулировал теорию непрерывного и постепенного развития живого из неживой материи. Создал представление о «лестнице природы» применительно к миру животных. Организмы, по его мнению, отличаются от тел неживой природы присутствием души, которая является исчерпывающей причиной их жизненных свойств. Наиболее примитивная – питающая – душа имеется у растений. Животные помимо питающей души обладают еще чувствующей, в силу чего они проявляют волю и способны к движению. Человек сверх питательной и чувствующей души обладает еще мыслящей душой, способной образовывать понятия и строить обобщения. Отметив черты различия и черты сходства, Аристотель не увидел в этом сходстве родства, общности происхождения.

Парацельс (1493 – 1541). Выразителем биологических представлений эпохи Возрождения был врач Теофраст фон Гогенгейм, известный как Парацельс. Наряду с представлениями о жизненных соках, имеющих различный состав, и учением об архее – верховном начале, управляющем всеми химическими процессами в организме, он высказывал мысль о наследственных вещах, переходящих к детям от отца и матери. Эта же мысль о комбинировании наследственных вещей легла в основу представлений о возникновении разнообразных форм растений и животных.

Лейбниц (1646 – 1716). Основная идея такова, что все тела состоят из частиц – монад, обладающих индивидуальностью и жизненными свойствами. Важнейшее жизненное свойство монад заключается в том, что каждая из них наделена силой и поэтому может действовать сама по себе, не нуждаясь в побуждении извне. Характеризующая монаду сила подчиняется закону причинности, но в то же время она действует целесообразно, осуществляя и механические движения тел и гармонично их устраивая. Одним из важнейших является его закон непрерывности: все тела природы образуют ряд непрерывных переходов от одного к другому, без пропусков и повторений. Так как монады, по его представлениям, не возникают и не уничтожаются, то и развитие организмов должно мыслиться как развитие (эволюция) предшествующих свойств, а смерть – как свертывание (инволюция) этих свойств, переход их в скрытое состояние.

Шарль Бонне (1720 – 1793) известен развитием лейбницианской идеи о постепенных переходах от одного тела природы к другому, выраженной в виде лестницы существ (лестницы тел природы), которые располагаются по принципу убывающей высоты организации (человек – четвероногие – растения – кристаллы и т.д.).

Жорж Бюффон (1707 – 1788) высказал мнение, что разные типы животных имеют различное происхождение и возникли в разное время. Его заслуга – установление связи между организмами и средой их обитания. Ученый признавал влияние внешней среды и наследование приобретенных признаков.

Карл Линней (1707 – 1778) первый создатель искусственной системы органического мира. За основу своей системы он принял вид, который определял как совокупность сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство. Вид он считал элементарной единицей живой природы. Близкие виды объединялись им в роды, роды – в отряды, отряды – в классы. В основу классификации был положен принцип иерархичности (соподчиненности). Для обозначения вида он использовал два латинских слова: первое – название рода, второе – видовой эпитет. Этот принцип двойной номенклатуры сохранился в систематике и до настоящего времени. Линней систематизировал огромный материал, накопленный предшественниками, и описал более 8000 видов. Его работы послужили серьезной основой для дальнейшего изучения и классификации живых организмов. Вклад в науку Карла Линнея: 1) открыл около 1,5 тысяч видов растений. 2) описал около 10 тысяч видов растений и около 4,5 тысяч животных. 3) разработал короткие и четкие определения (диагнозы) каждой группы организмов. 4) ввел бинарную номенклатуру («система природы», 1735). 5) разработал принципы построения классификации живой природы («Философия ботаники»). 6) впервые поместил человека в один отряд с обезьянами на основании морфологического сходства.

Жорж Кювье (1769 – 1832). Крупный специалист в области систематической зоологии, сравнительной анатомии и палеонтологии, основы которой были заложены его трудами. Установил, что все органы животного представляют собой части одной целостной системы, а строение каждого органа закономерно соотносится со строением всех других (принцип корреляции). Убедившись в том, что ископаемые формы очень резко отличаются от ныне живущих, и не находя между теми и другими переходных форм, он пришел к выводу о неизменчивости животных. Он является автором теории катастроф: смена населения Земли происходила не в результате эволюции, а в силу геологических катастроф, уничтожавших население той или иной части Земли, после чего опустошенная местность заселялась новыми формами с других материков или имело повторное творение Богом новых форм животных.

Жан – Батист Ламарк (1744 – 1829). Выдвинул теорию об изменяемости видов. Он утверждал, что разнообразие животных и растений есть результат исторического развития органического мира -–эволюции, которую понимал как ступенчатое развитие, усложнение организации живых организмов от низших форм к высшим и называл «градацией». Он предложил своеобразную систему органического мира, расположив в ней родственные группы в восходящем порядке – от простых к более сложным, в виде «лестницы». Между лестнице Ламарка и Бонне принципиальное различие заключается в том, что ряд живых существ, по Ламарку, исторически изменяется – низшие формы, усложняясь, превращаются в высшие. В книге «Философия Зоологии» Ламарк привел многочисленные доказательства медленного изменения видов животных эволюционным путем, составил первые родословные отдельных классов животного мира (включая человека) в виде ступеней прогрессивной эволюции. Ламарк стоял на позициях наследования приобретенных признаков (воздействие внешней среды на организмы и передача фенотипических признаков потомству). Выдвинул концепцию упражнения и неупражнения органов. Ошибочно полагал, что изменения среды всегда вызывают у организмов полезные изменения, а причиной прогресса живой природы считал внутреннее стремление организмов к совершенствованию своей организации.

Текущая страница: 2 (всего у книги 15 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

3. Предпосылки возникновения учения Чарлза Дарвина

Вспомните!

Какие биологические открытия были сделаны к середине XIX в.?

Естественно-научные предпосылки. К середине XIX в. в естествознании было сделано много новых открытий. Иммануил Кант создал теорию о происхождении космических тел естественным путём, а не в результате божественного творения. Французский учёный Пьер Симон Лаплас в работе «Изложение системы мира» математически обосновал теорию И. Канта. В 1824 г. химики впервые синтезировали органические вещества, доказав, что их образование происходит без участия «высших сил». Йенс Берцелиус показал единство элементного состава живой и неживой природы. В 1839 г. Т. Шванн и М. Шлейден создали клеточную теорию, которая постулировала, что все живые организмы состоят из клеток, общие черты которых одинаковы у всех растений и животных. Это было весомым доказательством единства происхождения живого мира.

К. М. Бэр показал, что развитие всех организмов начинается с яйцеклетки. При этом у всех позвоночных наблюдаются общие черты эмбрионального развития: на ранних этапах обнаруживается удивительное сходство в строении зародышей, принадлежащих к разным классам.

Возникла палеонтология (от греч. palaios – древний, ontos – сущее, logos – слово, учение) – наука о вымерших растениях и животных, сохранившихся в виде ископаемых остатков, отпечатков и следов их жизнедеятельности; о смене их в процессе развития жизни на Земле (рис. 5).

Исследуя строение позвоночных животных, Ж. Кювье установил, что все органы животного являются частями одной целостной системы. Строение каждого органа отвечает принципу строения всего организма, и изменение одной части тела должно вызывать изменение других частей. Не могут копыта и сложный многокамерный желудок принадлежать хищнику, а когти и острые клыки – травоядному. Соответствие строения органов друг другу Кювье назвал принципом корреляции.

Рис. 5. Древние окаменелости

Занимаясь систематикой, Ж. Кювье изучал типы строения животных. Сравнивая анатомическое строение различных живых организмов, он обнаружил их большое внутреннее сходство при внешнем разнообразии. Оказалось, например, что конечности всех наземных позвоночных состоят из одних и тех же отделов (рис. 6). Такое сходство в строении животных указывало на их возможное родство и общее происхождение.

Английский геолог Чарлз Лайель опроверг теорию катастроф Ж. Кювье и доказал, что поверхность земли изменяется постепенно под действием самых обычных природных факторов: ветра, дождя, прибоя, извержения вулканов и др.

Факты и открытия в самых разных областях естествознания противоречили теории о божественном происхождении и неизменности существования природы. Но не только в научной среде зрели предпосылки для возникновения новой эволюционной теории.

Социально-экономические предпосылки. Развитие капитализма и резкий рост городского населения в развитых странах требовали быстрого развития сельского хозяйства. В самой передовой стране того времени – Англии успешно развивались промышленное животноводство и растениеводство. За короткий срок были созданы новые породы овец, свиней, выведены высокоурожайные сорта культурных растений; разработаны методы селекции, которые позволяли максимально быстро изменять в нужном направлении породы животных и сорта растений. Результаты этой работы противоречили догматам церкви о неизменности видов.

Рис. 6. Гомология передних конечностей позвоночных: А – лягушка; Б – ящерица; В – крокодил; Г – птица; Д – крот; Е – кит; Ж – летучая мышь; 3 – человек

Расширение торговли, налаживание связей с другими странами, освоение новых территорий позволили собрать огромные коллекции, которые являлись дополнительным материалом для переосмысления законов развития природы.

Ещё в конце XVIII в. известный экономист Адам Смит создал учение, согласно которому устранение неприспособленных особей происходит в процессе свободной конкуренции.

Огромное влияние на развитие эволюционных идей в обществе оказал труд экономиста Томаса Мальтуса «Опыт о законе народонаселения». Впервые введя выражение «борьба за существование», Мальтус объяснял, что человеку, как и всем другим организмам, свойственно стремление к безграничному размножению. Однако нехватка ресурсов ограничивает рост численности человечества, приводя к нищете, голоду и болезням.

К середине XIX в. взгляды креационистов уже резко противоречили всему ходу развития науки и практики. Многие учёные поддерживали и пропагандировали идеи эволюционного развития. Находили своих сторонников идеи эволюции и в России.

В XVIII в. развивал материалистические идеи о единстве и развитии мира философ-демократ Александр Николаевич Радищев. Изучая домашних и диких животных, Афанасий Каверзнев объяснял многообразие животного мира существованием изменчивости.

Александр Иванович Герцен высказывал предположение, что психическая деятельность людей не является божественным знаком, а представляет собой логический итог постепенного развития нервной деятельности у животных.

Труды российского естествоиспытателя Карла Францевича Рулье заложили основы эволюционной палеонтологии. Учёный выдвинул положение о том, что изменения животных обусловлены двумя причинами: особенностями самого организма (наследственностью) и влиянием внешних факторов.

Назревала насущная необходимость создания эволюционной теории, которая бы ответила на все накопившиеся в обществе вопросы и объяснила, какие механизмы лежат в основе развития природы от простого к сложному; почему появляются одни и вымирают другие виды; чем обусловлена целесообразность возникающих приспособлений.

1. Какие данные геологии послужили предпосылкой эволюционной теории Ч. Дарвина?

2. Назовите открытия в биологии, способствовавшие формированию эволюционных взглядов Ч. Дарвина.

3. Охарактеризуйте естественно-научные предпосылки формирования эволюционных взглядов Ч. Дарвина.

4. В чём сущность принципа корреляции Ж. Кювье? Приведите примеры.

5. Какую роль в формировании эволюционной теории сыграло развитие сельского хозяйства?

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему именно в XIX в. стало возможно создание и обоснование эволюционного учения.

2. Рассмотрите рисунок 5. Отпечатки и ископаемые остатки каких организмов на нём представлены?

3. Используя дополнительную литературу и ресурсы Интернета, подготовьте сообщение или презентацию об эволюционных идеях в российской науке в XVIII–XIX вв.

Работа с компьютером

4. Эволюционная теория Чарлза Дарвина

Вспомните!

Какие виды изменчивости вам известны?

Что такое искусственный отбор?

Основной труд Ч. Дарвина, в котором была изложена теория эволюции, называется «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь»; он был опубликован в 1859 г. В первый же день был раскуплен весь тираж, огромный по тем временам – 1250 экземпляров. Появлению этой работы предшествовали почти 30 лет научных поисков и размышлений.

Участие в экспедиции . В 1831 г. Дарвину предложили совершить пятилетнее кругосветное плавание на военном корабле «Бигль» в качестве натуралиста. Молодой исследователь получил возможность изучать природу самых отдалённых уголков земного шара (рис. 7).

В Южной Америке Дарвин нашёл ископаемые остатки гигантских ленивцев и броненосцев. Современные виды этих животных, обитающие в тех же местах, были очень похожи на вымерших, что навело Дарвина на мысль о возможном родстве этих организмов (рис. 8).

На Галапагосских вулканических островах Дарвин обнаружил разнообразные виды вьюрков, которые отличались по размеру и строению клюва, но были очень похожи на материковый вид (рис. 9). Дарвин предположил, что когда-то птицы попали на острова с материка и видоизменились, приспособившись к разным источникам питания (твёрдые семена, фрукты, насекомые).

Рис. 7. Путешествие Ч. Дарвина: А – корабль «Бигль»; Б – портрет Ч. Дарвина; В – маршрут экспедиции

Рис. 8. Скелеты ленивцев Южной Америки (справа – современный вид, слева – ископаемый)

В Австралии учёного поразила удивительная древняя фауна: сумчатые и яйцекладущие млекопитающие, которые давно вымерли в других местах земного шара.

Путешествие сыграло определяющую роль в формировании научных взглядов Дарвина. Поднявшись на корабль сторонником неизменности живой природы, пять лет спустя при возвращении домой Дарвин был убеждён, что виды способны изменяться и давать начало другим видам.

Учение Ч. Дарвина об искусственном отборе. Данные, собранные Дарвином в экспедиции и накопленные в научных изысканиях его современниками, указывали на существование изменяемости живого мира. Однако механизмы этих изменений оставались неизвестными.

Вернувшись в Англию, Дарвин продолжил свои научные исследования. Он обратил внимание на существование двух противоположных явлений: наследственности и изменчивости. В те времена ещё было неизвестно, какова природа этих двух свойств живых организмов, но Дарвин абсолютно верно понял, что именно наследственность и изменчивость лежат в основе эволюционных преобразований. Дарвин различал определённую и неопределённую изменчивость.

Определённая, или групповая, изменчивость возникает под влиянием факторов внешней среды и у всех особей проявляется одинаково. Например, при улучшении качества кормов коровы больше производят молока, а при внесении на поля удобрений урожай сельскохозяйственных культур становится гораздо выше. Однако эти изменения не передаются следующему поколению, и, для того чтобы получить высокий урожай на следующий год, поля снова надо удобрять. В настоящее время эту форму изменчивости обычно называют ненаследственной или фенотипической (см. § 30, 10 класс).

Рис. 9. Виды вьюрков, обитающие на Галапагосских островах

Гораздо больше Дарвина заинтересовала другая форма изменчивости – неопределённая, или индивидуальная. Неопределённая изменчивость – это появление у отдельной особи нового проявления признака, которого не было у предковых форм. Дарвин считал, что именно неопределённая изменчивость обеспечивает возникновение новых видов, потому что она передаётся по наследству. В современной биологии известно, что основной причиной наследственной изменчивости являются мутации (см. § 30, 10 класс).

Именно эту форму изменчивости использовали английские селекционеры при создании новых пород животных. К тому времени в Англии было выведено более 150 пород голубей, множество пород собак, кур, крупного рогатого скота и т. д. Сторонники неизменности видов утверждали, что каждая порода имеет своего дикого предка. Дарвин доказал, что это не так. Все породы кур происходят от дикой банкивской курицы, породы крупного рогатого скота – от диких туров, а всё удивительное разнообразие голубей – от дикого скалистого голубя (рис. 10).

Разводя домашних животных и культурные растения, английские фермеры искали среди потомства тех особей, у которых нужный признак был выражен наиболее ярко. Отобранные экземпляры скрещивали между собой и из организмов следующего поколения вновь отбирали те формы, у которых нужный человеку признак был выражен лучше всего. От одной исходной формы одновременно можно было получить множество разных сортов или пород, если вести отбор по разным признакам. Следовательно, при выведении новых сортов и пород человек использовал искусственный отбор.

Рис. 10. Породы голубя: А – дикий голубь; Б – дутыш; В – якобинец: Г – турман; Д – почтовый голубь; Е – павлиний голубь

Искусственным отбором называют процесс создания новых пород животных и сортов растений путём систематического сохранения и размножения особей с определёнными, ценными для человека признаками и свойствами в ряди поколений.

Иногда к возникновению породы приводит одиночная крупная мутация. Так появилась анконская порода коротконогих овец, такса, утка с кривым клювом, а в 2004 г. в США была обнаружена кошка с укороченными лапками, которая дала начало новой породе.

Искусственный отбор осуществлялся человеком во все времена, но в древности он был бессознательным. Наши далёкие предки оставляли лучших животных или сохраняли для посева лучшие семена, исходя из практического опыта, не ставя перед собой определённой цели. Если же селекционер ставит перед собой конкретную задачу и ведёт отбор по одному (двум) признакам, такой отбор называют методическим.

Учение Ч. Дарвина о естественном отборе. В искусственных условиях фактором, отбирающим тот или иной организм, является человек. Дарвин считал, что, если бы ему удалось обнаружить в природе аналогично действующий фактор, проблема происхождения видов была бы решена.

Под впечатлением от прочитанной работы Т. Мальтуса о стремлении организмов к безграничному размножению Дарвин проанализировал закономерности размножения различных организмов. За 750 лет потомство одной пары слонов, самых медленно размножающихся животных, может составить 19 млн особей. Устрица откладывает 1 млн яиц за сезон, а известный всем гриб-дождевик производит 700 млрд спор, и тем не менее земной шар не покрывается устрицами и грибами. Несмотря на то что особи стремятся к размножению в геометрической прогрессии, количество взрослых особей каждого вида остаётся приблизительно постоянным. Иными словами, большая часть потомков гибнет в борьбе за существование, не достигнув половой зрелости.

Дарвин выделил три формы борьбы за существование: межвидовую, внутривидовую и борьбу с неблагоприятными факторами внешней среды (рис. 11).

Внутривидовая борьба происходит между особями одного вида. Эта борьба носит наиболее острый характер, потому что организмы, принадлежащие к одному и тому же виду, имеют сходные потребности. У животных эта борьба проявляется в конкуренции за пищу и территорию, у многих растений – в затенении других особей за счёт более быстрого роста. Самцы многих видов в период размножения вступают в борьбу за право создать семью. Брачные турниры приводят к половому отбору, когда потомство оставляет более сильный самец, а слабые или больные исключаются из процесса размножения, и их гены не передаются потомкам.

Рис. 11. Борьба за существование

Борьба с неблагоприятными факторами внешней среды имеет большое значение в выживании организмов. В засушливое лето гибнут многие растения, наводнение уносит жизни многих животных, не все организмы могут пережить морозную зиму.

В борьбе за существование одни особи успешно справляются с этой задачей, другие не могут оставить потомства или гибнут. Как правило, оставляют потомство в основном организмы с полезными для данных условий обитания признаками. Результатом борьбы за существование является естественный отбор.

Процесс выживания и размножения наиболее приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором, главной движущей силой, направляющей эволюционный процесс. Материалом для этого отбора служит наследственная изменчивость. В процессе естественного отбора происходит постепенное накопление полезных для группы организмов изменений, что приводит к формированию нового вида.

Значение теории Дарвина. Дарвин не был первым учёным, создавшим теорию эволюции. Его заслуга состоит в том, что он впервые научно объяснил механизмы эволюции вообще и видообразования в частности. Основными факторами эволюции Дарвин считал наследственную изменчивость, борьбу за существование и естественный отбор.

Дарвин иллюстрировал свою точку зрения на том же примере, который использовал в своё время Ж. Б. Ламарк для объяснения своей теории эволюции, – на жирафе. Дарвин предположил, что в некой предковой популяции жирафов отдельные особи слегка различались по длине шеи и ног. Это предположение вполне правомочно, потому что двух одинаковых особей не бывает ни в одной популяции. В периоды нехватки корма в саванне животные разного роста вынуждены были вступать в конкуренцию за листву деревьев (внутривидовая борьба за существование). Более высокие животные могли дотянуться до листьев, растущих на верхних ветвях и недоступных низкорослым особям. Поэтому жирафы низкого роста погибали, а вместе с ними из популяции исчезали и такие признаки, как короткие ноги и шея. Длинная шея и длинные ноги современного жирафа – результат преимущественного выживания из поколения в поколение и размножения более высоких особей.

Учение Дарвина служит естественно-научной основой для материалистического объяснения целесообразности строения живых организмов, происхождения и многообразия видов и является одним из крупнейших достижений естествознания XIX в.

Одновременно с Ч. Дарвином к тем же выводам о механизмах эволюции пришёл другой естествоиспытатель – Алфред Рассел Уоллес. В июле 1858 г. Дарвин и Уоллес вместе выступили с докладами о своих идеях на заседании Линнеевского общества в Лондоне. В дальнейшем Уоллес полностью признал приоритет Дарвина и ввёл термин «дарвинизм» для обозначения новой теории эволюции.

Теория эволюции, предложенная Дарвином, в дальнейшем была расширена и переработана в свете новых данных генетики, молекулярной биологии, палеонтологии, экологии и получила название синтетической теории эволюции.

Вопросы для повторения и задания

1. Какие наблюдения Ч. Дарвина поколебали его веру в неизменность видов?

2. Каковы причины возникновения групповой изменчивости?

3. Что такое искусственный отбор?

4. Каковы причины борьбы за существование в живой природе? Приведите примеры трёх форм борьбы за существование, которые вы наблюдали в природе.

5. Следствием каких взаимоотношений является естественный отбор?

6. Какова роль естественного отбора в эволюции?

7. Рассмотрите рисунок 11. Какие формы борьбы за существование он иллюстрирует? Аргументируйте свой ответ.

Подумайте! Выполните!

1. В самом первом русском переводе работы Ч. Дарвина вместо привычного сейчас слова «отбор» был использован термин «подбор» (что тоже является аналоговым словом для английского selection, использованного Ч. Дарвином). Почему же впоследствии оно было заменено? Выскажите своё мнение.

2. Самостоятельно выберите критерии и сравните теории Ж. Б. Ламарка и Ч. Дарвина.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

5. Вид: критерии и структура

Вспомните!

Какие уровни организации живой природы вам известны?

Что такое вид?

Какие другие систематические категории вам известны?

В основе эволюционной теории Ч. Дарвина лежит представление о виде. Что же такое вид и насколько реально его существование в природе?

Первое представление о виде было создано ещё Аристотелем, который определял вид как совокупность сходных особей. Сам термин «вид» (species) в переводе с латыни означает «образ». Это слово точно определяет тот основной критерий, который использовали исследователи вплоть до XIX в. при определении видовой принадлежности любого организма. Известный учёный К. Линней, создавший учение о виде, считал, что вид состоит из многих схожих особей, дающих плодовитое потомство.

В современной биологии видом называют совокупность особей, обладающих сходными морфологическими и физиологическими признаками, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определённый ареал (область обитания), имеющих общее происхождение и сходное поведение.

Биологический вид – это не только основная таксономическая единица в биологической систематике. Это целостная структура живой природы, которая репродуктивно изолирована от других подобных структур и имеет свою собственную судьбу. Целостность этой системе придают, во-первых, процессы взаимодействия между отдельными особями. Взаимоотношения между организмами разных поколений, между родителями и детьми, самцами и самками, особенности территориального поведения – всё это определяет внутреннюю структуру вида. Не всегда видовые признаки обеспечивают выживание отдельной особи, но они всегда благоприятны для вида в целом. Например, пчела, потерявшая жало, погибнет, но при этом защитит остальных особей.

Вторая причина сохранения единства и целостности вида – это репродуктивная изоляция, т. е. невозможность скрещивания с особями другого вида. Так осуществляется защита генофонда вида (всей совокупности генов вида) от притока чужеродной генетической информации. Существуют различные факторы, препятствующие межвидовому скрещиванию. Например, в Калифорнии растут два близких вида сосны. У одного из них пыльца высыпается в начале февраля, а у другого – в апреле, поэтому между этими видами существует сезонная изоляция. У высших животных брачное поведение имеет характерные видовые особенности, поэтому самки одного вида не реагируют на ухаживание самцов другого близкого вида – это пример поведенческой изоляции (рис. 12).

Наличие репродуктивной изоляции в природных условиях является решающим фактором в определении вида как генетически закрытой биологической системы.

Характерные признаки и свойства, которыми одни виды отличаются от других, называют критериями вида.

Критерии вида. Существует несколько основных критериев вида.

Морфологический критерий заключается в сходстве внешнего и внутреннего строения организмов. Долгое время этот критерий был главным, а порой единственным. С его помощью легко определяются особи неблизких видов. Различить кошку и мышь сможет даже маленький ребёнок, мышь и крысу – любой взрослый человек, а вот отличить домовую и малую мышь сможет только специалист. Существуют специальные определители, которые основаны на морфологических особенностях организации. Однако внутри вида всегда существует структурная изменчивость между разными особями, поэтому порой бывает достаточно сложно определить вид конкретной особи.

Генетический критерий. Иногда среди очень похожих особей обнаруживаются группы, которые не скрещиваются друг с другом. Это так называемые виды-двойники, которые встречаются практически во всех крупных систематических группах и отличаются друг от друга числом хромосом. Например, среди насекомых существуют два широко распространённых вида наездников, которые до последнего времени рассматривались как единый вид (рис. 13).

Рис. 12. Разные типы брачного поведения двух близких видов чаек

Рис. 13. Виды-двойники. Насекомые наездники (А, Б), имеющие разные кариотипы (В): 2n = 10 и 2n = 14

Каждый вид имеет определённый набор хромосом – кариотип, который отличается числом хромосом, их формой, размерами, строением. Различное число хромосом в кариотипе разных видов и видовые отличия геномов обеспечивают генетическую изоляцию при межвидовом скрещивании, потому что вызывают гибель гамет, зигот, эмбрионов или приводят к рождению бесплодного потомства (лошак – гибрид коня и ослицы). Именно использование генетического критерия позволяет надёжно различать виды-двойники.

Физиологический критерий отражает сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида: одинаковые способы питания, размножения, сходные реакции на внешние раздражители, одинаковые биологические ритмы (периоды спячки или миграции). Например, у двух близких видов плодовой мушки-дрозофилы половая активность наблюдается в разное время суток: у одного вида – по утрам, у другого – в вечерние часы.

Биохимический критерий определяется сходством или различием строения белков, химического состава клеток и тканей. Например, отдельные виды низших грибов отличаются друг от друга способностью синтезировать разные биологически активные вещества.

Экологический критерий характеризуется определёнными формами взаимоотношений организмов данного вида с представителями других видов и факторами неживой природы, т. е. теми условиями, в которых этот вид встречается в природе. В Техасе близкие виды дуба растут на разных почвах: один вид встречается только на известняковой почве, другой – на песчаной, а третий растёт на выходах магматических пород.

Географический критерий определяет область распространения, т. е. ареал, вида. У разных видов размер ареалов сильно отличается. Виды, занимающие обширные площади и встречающиеся повсеместно, называют космополитами, а обитающие на небольших территориях и не встречающиеся в других местах, – эндемиками.

Таким образом, для определения видовой принадлежности организма необходимо использовать все критерии в совокупности, потому что отдельные критерии у разных видов могут совпадать.

Структура вида . Реально в природе особи любого вида внутри ареала распределены неравномерно: где-то они образуют скопления, а где-то могут вообще отсутствовать. Такие частично или полностью изолированные группировки особей одного вида называют популяциями (от лат. populus – народ, население), т. е. в естественных условиях любой вид состоит из совокупности популяций.

Популяция – это совокупность особей одного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определённую территорию внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от особей других подобных совокупностей.

Именно популяция является элементарной единицей эволюции.

Вопросы для повторения и задания

1. Дайте определение понятия «вид».

2. Расскажите, какие биологические механизмы препятствуют обмену генами между видами.

3. В чём причина бесплодия межвидовых гибридов? Объясните это явление, используя свои знания о механизме мейоза.

4. Какие критерии используют учёные для характеристики вида? Какие критерии вы считаете наиболее важными при определении вида?

5. Что такое ареал вида?

6. Охарактеризуйте по основным критериям вид Кошка домашняя.

7. Дайте определение понятия «популяция».

Подумайте! Выполните!

1. Почему один вид от другого можно отличить только по совокупности разнообразных критериев? Какие критерии вам кажутся наиболее важными?

2. Известны ли вам примеры, когда формулировка «вид как генетически закрытая система» оказывалась не верна? (Вспомните материал о селекции из курса 10 класса.)

3. Проведите исследование. Выясните, какие виды, обитающие в вашей местности, являются эндемиками, а какие – космополитами. Подготовьте отчёт о проделанной работе в виде стенда.

4. Как вы считаете, можно ли слова «популяция» и «популярный» считать однокоренными? Объясните свою точку зрения.

5. Приведите доказательства, свидетельствующие о том, что виды объективно существуют в природе.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.