Развитие животного мира на Земле

59. Доказательства эволюции животного мира. Учение Ч. Дарвина об эволюции.

Вы узнаете:

• о причинах разнообразия животного мира;

• о том, какие выводы сделал Ч. Дарвин, изучая разнообразие животного мира.

Вспомните

• Какие этапы проходит зародыш млекопитающих в процессе развития?

• Почему знания о строении ланцетника важны для понимания происхождения позвоночных животных?

Причины разнообразия животного мира.

На Земле существует более миллиона видов животных, и они чрезвычайно разнообразны. Есть простейшие, организм которых состоит из одной клетки, — амёбы, инфузории, радиолярии. Более сложно устроено тело пресноводного полипа — гидры. Близки к ней по строению морские полипы и медузы. Разнообразны по строению и условиям обитания черви и моллюски. Особенно многочислен по сравнению со всеми другими типами животных, вместе взятыми тип Членистоногие. До сих пор биологи продолжают открывать всё новые и новые виды животных. Велико число позвоночных, освоивших водную, наземно-воздушную и почвенную среды жизни. Издавна люди интересовались причинами такого разнообразия животных. В античное время Александр Македонский приказал привозить из походов новых животных для своего учителя, философа и натуралиста Аристотеля.

Долгое время неизвестных животных просто описывали. Когда сведений накопилось достаточно много, возникла необходимость их упорядочить, дать точные названия растениям, животным и классифицировать их. Было замечено, что в природе существуют животные, хотя и обитающие

в разных местах, но очень похожие друг на друга, например, песец и лисица, домовый и полевой воробьи, бурая травяная и остромордая лягушки, заяц- беляк и заяц-русак. Естественно было предположить, что похожие друг на друга животные более родственны, чем те, которые резко отличаются друг от друга. По степени родства можно было объединять их в группы. В XVIII в. известный шведский учёный К. Линней создал первую систему животных, объединив их в группы по общим признакам.

Изучение особенностей индивидуального развития животных показало, что животные из разных групп развиваются сходным образом и, хотя бы на начальных этапах развития проходят одни и те же стадии (рис. 221). Так, развитие млекопитающих, как и других животных, начинается с оплодотворённой яйцеклетки — зиготы. Зигота делится, но образующиеся клетки не расходятся. Возникает многоклеточный зародыш. У него образуется эктодерма и энтодерма, затем развивается мезодерма.

Рис. 221. Сходство стадий зародышевого развития позвоночных: 1 — рыба; 2 — амфибия; 3 — рептилия; 4 — млекопитающее; 5 — человек.

На последующих стадиях зародыш млекопитающего становится похожим на зародыш рыб. На том месте, где у рыб были жаберные отверстия, у зародыша млекопитающего образуются жаберные валики, развивается длинный хвост. В дальнейшем зародыш млекопитающего последовательно становится похож на развивающуюся амфибию, рептилию. Характерные для млекопитающих черты появляются на самых последних стадиях развития: формируются типичные для них голова, конечности, покровы.

На основании сходства зародышевого развития разных групп животных биологи выдвинули предположения о происхождении одних животных от других.

Доказательства исторического развития животных — их эволюции получены и при изучении ископаемых остатков животных. Оказалось, что чем древнее слои Земли, тем примитивнее древние животные, обнаруженные в этих слоях. Учёные разделяют историю Земли на пять крупных эр. Слои Земли, в которых обнаружены остатки живых существ, отлагались на протяжении трех последних эр — палеозоя (начался примерно 570 млн лет назад, длился около 340 млн лет), мезозоя (начался около 245 млн лет назад) и кайнозоя (начался около 66 млн лет назад и длится до сих пор). В слоях Земли, которые образовались в палеозое, встречаются остатки рыб, земноводных и пресмыкающихся. Примитивные птицы и млекопитающие появились в конце мезозоя. Современные представители отрядов и семейств птиц и млекопитающих появились только в кайнозое. Таковы палеонтологические доказательства эволюции животного мира.

Исследования Ч. Дарвина. Наследственность и изменчивость.

На основании данных о внешнем и внутреннем строении беспозвоночных и позвоночных животных, сравнения их зародышевого развития и данных палеонтологии учёные высказывали различные предположения о путях развития животного мира. Наиболее последовательное объяснение исторического развития, то есть эволюции животных и растений, дал великий английский учёный Чарлз Дарвин (1809-1882).

Согласно исследованиям, Ч. Дарвина, эволюция возможна благодаря тому, что потомки наследуют признаки своих родителей, т. е. обладают наследственностью. Благодаря наследственности крольчата похожи на своих родителей, ягнята обладают признаками своей породы. Однако потомки одних и тех же родителей несколько отличаются друг от друга. Одни потомки крупнее и сильнее, другие — мельче и слабее. Есть различия в окраске, длине шерсти. Одни детёныши растут быстрее, другие — медленнее. Такие различия между особями называют изменчивостью. На изменчивость потомства оказывает влияние происхождение от двух родителей: у одних детёнышей больше отцовских черт, у других — материнских, у третьих — сочетание признаков отца и матери. Такую изменчивость называют наследственной. Важное влияние на изменчивость организмов оказывают условия содержания, качество и обилие корма. Это ненаследственная изменчивость, ненаследственные различия не переходят по наследству.

Искусственный и естественный отбор.

Среди потомства домашних животных человек всегда оставляет на племя лучших, с нужными ему признаками. Среди кур он выбирает наиболее яйценоских, среди кроликов — особей с густой длинной шерстью и большой массой, со способностью быстро расти.

Ч. Дарвин после тщательного изучения растений и животных в разных районах Земли во время своего кругосветного путешествия написал книгу “Происхождение видов путём естественного отбора” (1859). Он проанализировал историю создания новых пород домашних животных и выяснил, что они произошли от диких предков.

Отбор, проводимый человеком для улучшения существующих и выведения новых пород домашних животных, Ч. Дарвин назвал искусственным отбором.

Рассмотрев происхождение пород домашних животных, сформировавшихся в ходе искусственного отбора, Ч. Дарвин доказал, что в природе тоже происходит отбор. Разнообразие условий жизни, их изменение вызывают изменчивость у диких животных. Важное влияние на изменчивость оказывает обилие и качество пищи. При изменении окружающей среды выживают те животные, которые лучше других приспосабливаются к новым условиям. Тех животных, которые не приобрели полезных для выживания качеств, первыми поедают хищники. Слабые животные первыми гибнут от недостатка корма. Полезные качества выживших животных наследственно закрепляются, переходя к последующим поколениям.

Выживание наиболее приспособленных к условиям обитания особей при конкуренции за пищу, укрытия и другие ресурсы Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

В результате естественного отбора возникают новые виды животных подобно тому, как в ходе искусственного отбора формируются разные породы домашних животных.

Созданное Ч. Дарвином эволюционное учение позволило понять, почему при огромном разнообразии животных их можно классифицировать по степени родства в определённом порядке — вид, род, семейство, отряд, класс, тип. В природе существуют близкие виды, между которыми возможно образование пар, но обычно виды, например, серая ворона и ворон, не скрещиваются. Затем следуют роды, принадлежащие к одному семейству — Врановые. Врановые вместе с родственными семействами относятся к отряду Воробьинообразные, а Воробьинообразные вместе с другими отрядами объединены в класс Птицы.

В науке постепенно сформировалось представление об эволюции живого мира и родстве между разными животными. Эволюционное учение Ч. Дарвина имеет огромное значение для развития биологической науки, для правильного понимания причин возникновения видов и эволюции органического мира на Земле.

1. Сравните основные стадии зародышевого развития позвоночных, используя рисунок 221 на с. 271, и сделайте вывод о происхождении животных.

2. Объясните роль исследований ископаемых остатков в доказательстве эволюции животных.

3. Назовите основные процессы и явления, происходящие в живой природе и определяющие эволюцию органического мира.

60. Развитие животного мира на Земле. Современный животный мир.

Вы узнаете:

• какие этапы эволюции царства Животные можно выделить при изучении разнообразия живых организмов;

• какие уровни организации жизни выделяют учёные;

• каковы общие закономерности строения экосистем в современном мире.

Вспомните

• Каковы доказательства эволюции животного мира?

• Что такое биоценоз?

Этапы эволюции животного мира.

От одноклеточных животных к многоклеточным. Учение Ч. Дарвина было дополнено трудами многих учёных. Благодаря их работе была доказана правильность важнейших положений теории эволюции. Это позволило определить основные этапы развития животного мира на Земле.

Определённо, первыми на Земле были древние простейшие. От них произошли современные одноклеточные: саркодовые, жгутиковые, инфузории, споровики. По своему строению они представляют одну клетку, в которой происходят все процессы жизнедеятельности целого живого организма. Из одноклеточных наиболее сложно устроены колониальные жгутиковые, например, вольвокс. От древних колониальных жгутиковых, видимо, возникли очень похожие на современных кишечнополостных древние многоклеточные организмы, тело которых состояло из двух слоёв клеток (наружных жгутиковых и внутренних пищеварительных).

Появление древних многоклеточных организмов было огромным событием в эволюции животных. У многоклеточных организмов, в отличие от одноклеточных, появились возможности для разделения клеток на группы по выполняемым функциям. Одни клетки стали играть защитную роль, другие — обеспечивать пищеварение, сокращение, размножение, раздражение.

Многоклеточность и разделение клеток на группы привели к формированию тканей, увеличению размеров тела, возникновению скелета, способности к регенерации.

Усложнение строения многоклеточных организмов. Следующим этапом было происхождение от древних кишечнополостных трёхслойных животных, похожих на современных свободноживущих ресничных червей. У них сформировались системы органов — пищеварительная, кровеносная, нервная, выделительная, размножения. За счёт третьего слоя клеток у плоских и круглых червей образуется мускулатура.

У животных, перешедших к паразитическому образу жизни, происходит упрощение строения. Так, у паразитических червей отсутствует кишечник, не развита нервная система. Такое упрощение строения носит название дегенерация. Упрощение происходит и у организмов, перешедших к прикреплённому образу жизни.

Следующим важным этапом в историческом развитии животного мира стало возникновение кольчатых червей. Возможно, от каких-то древних кольчатых червей произошли моллюски и членистоногие.

Среди моллюсков и членистоногих появляются первые сухопутные животные. За счёт формирования хитиновых покровов у насекомых приспособления к жизни на суше стали более совершенными: хитиновые покровы служат внешним скелетом и предохраняют организм от иссушения, из них сформировались членистые конечности и крылья. Насекомые широко расселились по Земле.

Происхождение и эволюция хордовых. Предполагают, что древние хордовые произошли от вторичнополостных червеобразных предков, которые вели малоподвижный образ жизни. Наиболее древние хордовые, видимо, были похожи на современных ланцетников. У них была хорда (первичный внутренний осевой скелет), над ней располагалась нервная трубка. Под хордой находился кишечник, передний отдел которого имел жаберные щели.

Хордовые приобрели прогрессивные черты — внутренний скелет, скелетную мускулатуру, хорошо развитую нервную систему, имевшую вид трубки, более совершенные органы чувств, системы органов пищеварения, дыхания, кровообращения, выделения и размножения.

От древних бесчерепных произошли позвоночные. У них сформировалась более совершенная опорно-двигательная система (позвоночник, состоящий из позвонков). Развился череп, защищающий головной мозг. Из нервной трубки образовались головной и спинной мозг, усложнилось поведение. В кровеносной системе появилось сердце — мускульный орган, обеспечивающий движение крови по сосудам. Произошли изменения в органах движения. Из складок, расположенных по бокам туловища, развились парные конечности — плавники. Так возникли первые водные позвоночные животные — рыбы. Широкое распространение рыбы получили в палеозое.

Выход позвоночных на сушу. Важное значение для происхождения наземных позвоночных животных имели древние кистепёрые рыбы. Скелет их парных плавников напоминал скелет конечностей земноводных. Кистепёрые рыбы опирались на хорошо развитые парные плавники при ползании по дну — на этих плавниках были мышцы. У них были зачатки лёгких, они могли дышать воздухом при пересыхании водоёмов.

От древних кистепёрых рыб произошли первые наземные позвоночные — земноводные. Они не утратили связь с водной средой и внешне были очень похожи на кистепёрых рыб. Их конечности превратились в типичные для наземных позвоночных многочленные рычаги — пятипалые конечности. Усложнились лёгкие, возникли два круга кровообращения. Потомки древних земноводных — современные тритоны, саламандры, лягушки, жабы также тесно связаны с водой. Имея голую кожу, участвующую в дыхании, земноводные могут жить только во влажной среде, а размножение их происходит в водоёмах.

В конце палеозоя климат на Земле стал более сухим. Позвоночные животные начали интенсивнее осваивать сушу. У части земноводных в коже стали формироваться роговые чешуи, защищающие тело от высыхания. Ороговевшие покровы препятствовали газообмену через кожу, поэтому

лёгкие оказались единственным органом дыхания. Животные приспособились к размножению на суше. Они стали откладывать яйца, богатые питательными веществами, водой и защищённые оболочками от высыхания. Так возникли пресмыкающиеся — типичные наземные позвоночные животные.

Расцвет пресмыкающихся. В мезозойскую эру рептилии освоили все среды жизни и широко расселились по Земле. Наиболее разнообразными были динозавры — травоядные и плотоядные, одни небольшие, величиной с крысу, другие — гиганты длиной почти 30 м. Воздушную среду заселили летающие ящеры. К жизни в воде приспособились ихтиозавры, крокодилы, черепахи. Появились ящерицы. Позднее от них произошли змеи.

Расцвет птиц и зверей. Древние пресмыкающиеся дали начало птицам и млекопитающим, которые приобрели важные преимущества перед рептилиями — постоянную температуру тела (теплокровность), развитый головной мозг, более совершенное размножение: у птиц — откладывание и насиживание яиц, выкармливание птенцов; у млекопитающих — вынашивание детёнышей в утробе матери, живорождение и выкармливание молоком. Птицы и млекопитающие оказались лучше рептилий приспособлены к меняющимся условиям среды.

Уровни организации жизни.

Живые организмы можно рассматривать в разном приближении. Так, все животные состоят из клеток, которые имеют сходное строение. Это клеточный уровень организации жизни. Из одной клетки состоит организм простейших, а у многоклеточных из клеток разного типа состоят ткани, из тканей — органы, из органов — системы органов, которые формируют организм. Знакомясь с жизнедеятельностью животных, вы имели дело с организменным уровнем организации жизни.

Различные организмы относятся к разным видам. Сохранение вида возможно в том случае, если животные живут группами (популяциями), в которых они свободно скрещиваются и оставляют потомство. Группу животных одного вида, обитающих в определённых условиях, обладающих общими морфологическими, физиологическими, генетическими признаками, называют популяцией. Следовательно, это популяционно-видовой уровень организации жизни.

Популяции разных видов, населяющие одни и те же места обитания, входят в состав одного биоценоза. В любом биоценозе принято различать три группы организмов: продуценты — производители органических веществ (растения), консументы — потребители органических веществ (растительноядные, хищные, всеядные животные) и редуценты — разрушители органических веществ (рис. 223). К ним относятся птицы и звери — падальщики, жуки-могильщики и дождевые черви. Эти животные, питающиеся трупами и отходами (отмершими частями растений, телами погибших животных и их экскрементами), а в большей степени бактерии и грибы доводят до конца разложение органических веществ до минеральных, тем самым повышая плодородие почв и возвращая в природу взятые растениями минеральные вещества (рис. 224).

Рис. 223. Жуки-могильщики у трупа мыши.

Рис. 224. Взаимосвязи продуцентов (1), консументов (2) и редуцентов (3).

Из неживой природы вещества поступают в цепи питания, а затем возвращаются в неживую природу. Благодаря пищевым отношениям, сложившимся между продуцентами, консументами и редуцентами, живая и неживая природа связаны между собой общим круговоротом веществ.

Вместе с потоком солнечного света в цепи питания поступает энергия. Она преобразуется и запасается в органических веществах, производимых растениями. Растительноядные животные, поедая растения, получают запасённую энергию и расходуют её на собственные нужды — рост, развитие, обновление клеток организма, на движение и другие жизненные процессы. Часть энергии рассеивается, а другая часть поступает в следующее звено пищевой цепи — к плотоядным животным, которые питаются растительноядными животными. В направлении от растений через цепи питания движется поток энергии.

Совокупность организмов, населяющих определённую территорию, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой через круговорот веществ и превращение энергии, называется экосистемой.

Крупные экосистемы суши обозначают термином биогеоценоз. На биогеоценотическом уровне организации жизни различные популяции организмов, обитающих совместно (образующих биоценоз), связаны друг с другом и с окружающей их средой в единое целое (биогеоценоз).

Экосистемы суши и морей взаимодействуют друг с другом через всеобщий, мировой круговорот веществ и превращения энергии и вместе образуют самую крупную экосистему Земли — биосферу.Этот уровень организации жизни называется биосферным.

Биосфера охватывает все среды жизни и простирается настолько широко, насколько широко распространены на планете живые существа. Верхняя её граница расположена на высоте нескольких тысяч метров над землёй — там, где проходят пролётные пути птиц. На суше нижняя граница биосферы находится в нескольких метрах под землёй, куда дотягиваются корни растений. В океане граница биосферы опускается на большую глубину: здесь в полной темноте, отделённые километрами водной толщи от остального живого мира, живут мельчайшие существа — бактерии.

Многообразие условий обитания и разнообразие биоценозов — это обязательное условие устойчивости экосистем разного уровня. Человек, владеющий научной информацией о закономерностях строения и функционирования биологических систем, имеет возможность правильно и умело применять её в практической деятельности. От понимания людьми законов функционирования биоценозов и сохранения их зависит благополучие природных экосистем и отдельных видов животных. Необходимо рационально использовать свои знания о животном мире, постоянно заботиться о его сохранении и восстановлении.

Современный животный мир — результат длительного исторического развития органического мира. Это развитие шло по пути общего прогресса. Современный животный мир изучают на разных уровнях организации жизни.

1. Охарактеризуйте основные этапы развития животного мира на Земле.

2. Определите прогрессивные черты хордовых, обеспечившие их дальнейшую эволюцию.

3. Назовите основные различия в строении и функциях организма позвоночных и их предков — бесчерепных.

4. Охарактеризуйте понятие “экосистема”. Поясните примерами.

5. С помощью таблицы, которую вы заполняли в течение года, и текста параграфа охарактеризуйте основные этапы эволюции беспозвоночных и хордовых животных.

Итоговая проверка знаний.

1. Устно дополните предложения:

Зоология представляет систему наук и изучает .... Морфология — наука о ...; анатомия — наука о . систематика — наука, занимающаяся ...; этология — наука о ....

2. Назовите имена и труды учёных, впервые исследовавших разных животных.

3. Перечислите царства живой природы. Назовите их особенности.

4. Сравните характерные признаки животных и растений. Укажите черты сходства и различия.

5. Сравните животную и растительную клетки. Назовите черты сходства и различия.

6. Охарактеризуйте особенности питания, характерные для растений и животных.

7. Установите последовательность систематических категорий: отряд, царство, класс, тип, семейство, вид, род. Поясните на конкретных примерах.

8. Дайте определение тканей. Назовите основные типы животных тканей. В чём их отличие от растительных?

9. Назовите и опишите ткани животных на конкретных примерах. Укажите, в какой группе они впервые появляются, каковы их строение и функции.

10. Назовите органы, образующие одну из систем у млекопитающих: опорно-двигательную, пищеварительную, дыхательную, выделительную, кровеносную или нервную. Каково значение каждой из этих систем?

11. Назовите эволюционно прогрессивные черты птиц и млекопитающих.

12. Охарактеризуйте уровни организации органического мира на примере животных.

13. Объясните, какую роль играют животные в биоценозах.

14. Объясните, почему необходимо рационально использовать и охранять диких животных.

Правильные ответы на вопросы рубрики “Какие утверждения верны?”.

С. 50: 1, 2, 4, 6.

С. 61: 1, 4, 5, 6.

С. 86: 1, 2, 3, 4, 6.

С. 105: 2, 3, 4, 6, 7.

С. 133: 1, 2, 4, 5, 7.

С. 160: 2, 3, 6, 7, 10.

С. 176: 1, 2, 4, 6, 7, 8, 10.

С. 194: 2, 4, 5, 6, 7, 9.

С. 227: 1. 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10.

С. 269: 1, 3, 4, 5, 7.

Примерные темы экскурсий.

1. Знакомство с разнообразием животных в природе (экскурсии на луг, в лес, парк, сквер, на озеро, реку, пруд, в зоопарк).

2. Среда обитания, особенности поведения дождевых червей в природе (пришкольный участок).

3. Птицы леса (парка).

4. Разнообразие млекопитающих (зоопарк, краеведческий музей).

5. Характерные черты биоценоза (агроценоза).

6. Жизнь природного сообщества осенью (зимой, весной).