Теория, изменившая взгляд на мир - ЭВОЛЮЦИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ

Постановка проблемы урока

Факт 1.Потомки похожи на родителей.

Факт 2.Потомки общих родителей обладают различиями.

Факт 3.Некоторые различия изменяют шансы на выживание.

Факт 4.История природы продолжалась в миллион раз дольше, чем история человеческой цивилизации.

• На минуту представьте человека, впервые сопоставившего эти факты, и мир, обсуждающий его выводы. Предложите проблему для обсуждения на уроке и сравните с вариантом авторов на с. 397.

Необходимые базовые знания

• Перечислите основные положения теории Ч. Дарвина - А. Уоллеса. Какие факторы эволюции выделял Ч. Дарвин? (9 класс)

• Какие исследования учёных стали фундаментом для построения теории эволюции Ч. Дарвина - А. Уоллеса? (§ 39)

Решение проблемы

Истоки взглядов Дарвина

• Какие наблюдения подвели Дарвина к эволюционной точке зрения?

Великий английский натуралист Чарлз Дарвин (1809 — 1882) родился в семье врача. Он получил хорошее образование в университетах Эдинбурга и Кембриджа. Навык полевых исследований ему передали учёные-коллеги. Большое влияние на его взгляды оказала книга Чарлза Лайеля “Принципы геологии”, в которой автор проводил принцип актуализма, утверждая, что современный облик Земли складывался постепенно, под влиянием тех же сил, что действуют и сейчас. В то же время к идеям ранних эволюционистов Дарвин относился скептически.

Решающим поворотом в его судьбе стало кругосветное путешествие на корабле “Бигль”. В Южной Америке Дарвин нашёл ископаемые останки гигантских ленивцев и броненосцев. Современные виды этих животных были очень похожи на вымерших, хотя и гораздо меньше размером. Это навело на мысль об их возможном родстве.

Изучая фауну Галапагосских островов, Дарвин обратил внимание на разнообразие местных видов вьюрков. Все они были очень похожи на один материковый вид, но отличались по размеру и строению клюва (рис. 40.1). Дарвин логично предположил, что на некогда пустынный архипелаг были занесены ветром немногие виды мелких птиц, которые, постепенно изменяясь, на разных островах смогли приспособиться к питанию различными массовыми кормами.

40.1. Дарвиновы вьюрки и их предполагаемые родственные связи

Как писал сам Дарвин, “было очевидно, что такого рода факты, так же, как и многие другие, можно было объяснить только на основе предположения, что виды постепенно изменялись, и проблема эта стала преследовать меня”.

Теория эволюции путём естественного отбора

• Разберитесь с помощью схемы (рис. 40.2), в чём смысл теории Дарвина - Уоллеса.

40.2. Схема, отражающая основные положения теории Дарвина — Уоллеса

Идея о происхождении видов путём естественного отбора возникла у Дарвина в 1838 году. Но лишь к концу 1850-х годов он счёл созданную теорию достаточно убедительной для публикации: собрал передовые научные знания, тщательно проанализировал опыт селекционеров и собственные наблюдения в природе, рассмотрел все следствия своей теории и подготовил рукопись будущей книги. И в этот самый момент, в 1858 году, молодой учёный Альфред Уоллес (1823 — 1913) прислал Ч. Дарвину свою статью, в которой кратко излагал ту же самую идею. Дарвин был готов отказаться от публикации, но друзья убедили, что обе работы должны быть опубликованы вместе.

Основы этой теории английские натуралисты Ч. Дарвин и А. Уоллес впервые высказали в 1858 году в Лондоне, на заседании Линнеевского общества. В 1859 году вышла знаменитая книга Ч. Дарвина “Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствующих пород в борьбе за жизнь”, в которой подробно изложена его теория эволюции. Вслед за этим Уоллес издал результаты своих исследований. Отдавая должное гению Дарвина, он назвал свою главную книгу “Дарвинизм”.

Сущность теории Дарвина сводится к ряду эмпирических обобщений (положений, выведенных из фактических наблюдений) и логических следствий из них (рис. 40.2).

Борьба за существование

• Что Дарвин называл борьбой за существование и в чём видел её предпосылки?

Все организмы обладаютизбыточностью размножения: приносят больше потомков, чем тот минимум, который необходим для простого воспроизведения поколений. Дарвин писал: “Не существует ни одного исключения из правила, согласно которому любое органическое существо естественно размножается в такой прогрессии, что, если бы оно не подвергалось истреблению, потомство одной пары покрыло бы всю Землю”.

• Какой тип математической зависимости описывает рост численности организмов, которые размножаются при отсутствии ограничений?

Жизненное пространство любого вида живых организмов ограничено, и количество ресурсов в нём из года в год остаётся достаточно постоянным. Противоречие между избыточным размножением и ограниченностью ресурсов неизбежно приводит особейк борьбе за существование.

В это понятие входит вся совокупность способов выжить и оставить полноценное потомство. Выражаясь современным языком, под борьбой за существование Дарвин понимал всю совокупность взаимоотношений организма со средой обитания, т.е. всё многообразие экологических связей.

Естественный отбор

• Что служит материалом для естественного отбора и почему он никогда не прекращается?

Каждый вид организмов представляет собой совокупность особей, обладающих различиями по огромному числу признаков — видовым запасомизменчивости.Дарвин убедился в этом, изучая работу селекционеров. Особенно большое значение он придавал наследственной изменчивости. Теперь нам известно, что даже наиболее сходные организмы — потомки одних и тех же родителей — непременно различаются благодаря комбинативной изменчивости или хотя бы (при отсутствии полового процесса) имеют различный набор мутаций.

Ч. Дарвин выделял определённую, или групповую, изменчивость, которая возникает под воздействием факторов внешней среды у всех представителей данного вида и носит приспособительный характер. Гораздо больше Дарвина интересовала неопределённая, или индивидуальная, изменчивость, отличающая организмы друг от друга и, как правило, передающаяся по наследству.

• К какой форме изменчивости можно отнести определённую и неопределённую изменчивость?

Если хотябы часть отличий организма влияет на успешность его выживания и размножения, то борьба за существование неизбежно должна приводить кестественному отбору— избирательному выживанию и размножению организмов, лучше приспособленных к среде обитания. Дарвин писал: “Как селекционер, просматривая тысячи особей, отбирает и размножает немногих лучших производителей, обладающих интересующими его признаками, так и естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и невидимо, где бы и когда бы ни представлялся тому случай, над совершенствованием каждого органического существа в связи с условиями его жизни, органическими и неорганическими”.

Неизбежность эволюции

• Почему признаки видов медленно, но верно изменяются в ряду поколений? Чем задаются направление и скорость этих изменений?

Всем организмам свойственнанаследственность— способность родителей передавать потомкам свои отличительные особенности или хотя бы некоторые из них. Это следует из наблюдаемого более высокого сходства детей с родителями, чем с другими особями того же вида. (Теперь нам известны глубокие причины такого сходства.)

Если из поколения в поколение наследуются те признаки, которым благоприятствовал отбор, это с неизбежностью приводит кэволюции— постепенному необратимому преобразованию видов организмов в процессе смены поколений. Так как естественным отбором чаще сохраняются более приспособленные организмы, то и эволюция в целом имеет адаптивный (приспособительный) характер.

Дарвин назвал изменчивость, наследственность и естественный отбор основнымифакторами эволюции.Среди них изменчивость и наследственность играют пассивную роль, создавая условия для преемственных преобразований. Активная, направляющая роль в этом процессе принадлежит естественному отбору, сохраняющему только те формы жизни, которые оказались хорошо приспособлены к среде обитания. Его Дарвин выделял как движущую силу эволюции.

Искусственный отбор - модель эволюции в природе

• Почему механизм природной эволюции проще понять на примере искусственного отбора?

Собрав богатый материал природных наблюдений в кругосветном путешествии, Дарвин занялся изучением опыта выведения новых пород животных английскими селекционерами. Он убедился, что всё многообразие пород было получено от немногих диких предков: породы кур — от банкивской курицы, голубей — от дикого сизого голубя, крупного рогатого скота — от дикого тура и т.п.

Дарвин назвал искусственным отбором механизм, способствующий выведению новых пород домашних животных и сортов культурных растений: сохранение и размножение особей с определёнными, ценными для человека признаками (продуктивных, быстроногих, выносливых, красивых и т.п.). Беседуя с лучшим заводчиком английских борзых, Дарвин спрашивал, как ему удалось добиться столь разительных успехов. Ответ был таков: “Размножаю немногих и избавляюсь от нежелательных форм”.

Результатом естественного отбора будет приспособленность к условиям окружающей среды, а результатом искусственного — соответствие хозяйственным или эстетическим потребностям человека. Искусственный отбор, более быстрый и очевидный, послужил Дарвину наглядной моделью естественного отбора.

Адаптация - результат эволюции

• Как Дарвин объяснил приспособленность организмов к среде обитания?

Естественный отбор устраняет организмы, плохо соответствующие своей среде обитания, оставляя лишь наиболее приспособленных. Они размножаются и снова подвергаются отбору. В результате все выжившие организмы обладаютприспособленностью,т.е. совокупностью адаптаций — жизненно важных свойств, обеспечивающих устойчивое существование в определённых условиях среды. Таким образом, теория эволюции путём естественного отбора дала объяснение приспособленности всех организмов к тем условиям, в которых они обитают.

Дивергенция признаков - основа разнообразия

• Как Дарвин объяснил многообразие видов?

Изучая вьюрков на Галапагосских островах, Ч. Дарвин нашёл удивительно простое объяснение их разнообразию.

Предки вьюрков, заселившие острова, поначалу питались семенами средних размеров. С ростом численности птиц их потребности сравнялись с запасами кормов. Между особями, обладающими одинаковыми жизненными потребностями, обострилась конкуренция за пищу. Изменчивость размеров клюва позволяла некоторым вьюркам дополнительно обрабатывать более мелкие семена, а другим - более крупные (рис. 40.3). Естественный отбор благоприятствовал особям с наиболее уклоняющимися признаками, способным освоить новые ресурсы, а птицы с клювом средних размеров проигрывали в борьбе за существование.

40.3. Дивергенция признаков: А — начальный этап, красной линией показано использование семян предковым видом; Б — разделение видов вьюрков: синей линией показано использование семян одним видом, красной - другим; В - почти полное разделение использования семян уменьшило конкуренцию

• Какие формы на схеме появились в результате дивергенции?

Избирательное выживание и размножение велок дивергенции— расхождению признаков в ряду потомков. Через много поколений различие между формами достигло видового уровня. Вместе два новых вида могли использовать и средние, и мелкие, и крупные семена. Их общая численность стала заметно выше, чем у исходного вида. Дивергенция по другим признакам, включая местообитание, образ жизни и распространение форм, со временем многократно увеличила число новых видов.

В книге “Происхождение видов...” Ч. Дарвин предложил принцип дивергенции для объяснения разнообразия видов, происходящих от одного общего предка (рис. 40.4). Идея дивергентной эволюции была вторым крупнейшим достижением Ч. Дарвина.

40.4. Схема дивергенции, нарисованная Ч. Дарвином. Интервалы между линиями соответствуют 100 поколениям. Буквами обозначены разновидности. Исходные 6 видов оставляют 9 видов потомков

Обобщение новых знаний

На примере искусственного отбора в селекции новых сортов и пород Ч. Дарвин доказал возможность изменения организмов в ряду поколений и нашёл механизм этого явления. Ч. Дарвин и А. Уоллес создали теорию эволюции организмов путём естественного отбора наследственных изменений. Эта теория смогла убедительно объяснить приспособленность живых организмов к среде обитания и причины многообразия форм жизни. Виды живых организмов возникли от общего предка в результате длительного и постепенного исторического развития.

Эволюция. Естественный отбор. Факторы эволюции.

Приспособленность. Дивергенция

Применение знаний

1. Как связаны между собой факторы эволюции?

2. Каковы главные результаты эволюции и какие причины к ним приводят?

3. Как бы объясняли возникновение длинной шеи у жирафа Ж.Б. Ламарк и Ч. Дарвин?

4. Используя схему (рис. 40.2), отражающую основные идеи теории Ч. Дарвина и А. Уоллеса, объясните, как в ходе эволюции могли возникнуть: втягивающиеся когти у кошачьих; хороший нюх у псовых; длинный хобот у слонов; способность мухи передвигаться по потолку.

5. В чём сходство и различие искусственного и естественного отбора?

6. Объясните на основе взглядов Дарвина причины увеличения разнообразия форм (исходный вид А на рис. 40.4) и неизменности форм (видF).

Мои биологические исследования

Выявление приспособлений организмов к среде обитания

1. Определите среду обитания растения или животного, предложенного вам для исследования (гербарные образцы растений, комнатные растения, чучела или рисунки животных). Выявите черты приспособлений к данным условиям окружающей среды (климату, другим обитателям). Докажите относительный характер этих приспособлений. Предположите, как они могли возникнуть.

2. Определите птиц вашего населённого пункта. Понаблюдайте, какие из видов птиц лучше приспособлены к обитанию в населённом пункте, т.е. встречаются в нём чаще. Постарайтесь понять, какие особенности их питания, поведения и гнездования позволили им освоить это местообитание. Опишите эти приспособления.

Создайте презентацию вPowerPoint, на которой отразите результаты своих наблюдений.