Развитие жизни на Земле. Доказательства эволюции и происхождения человека

Цель урока:

· Обуч: Ознакомить школьников с основными группами доказательств происхождения человека от животных, которыми располагает современная биологическая наука.

· Развив. Развивать у учащихся умение сравнивать человека с другими млекопитающими и делать выводы на основании этого сравнения.

· Воспит. Убедить учащихся в том, что происхождение человека могло быть связано с эволюцией древних человекообразных обезьян. Методы активизации мыслительной деятельности 3-5 мин.

Орг. момент. План урока.

Основная часть 5-7 мин.

Геологическая летопись истории Земли. Геохронологическая шкала (таблица) как отражение геологического прошлого.

Возраст тех или иных геологических отложений ученые выясняют с помощью радиоактивного анализа. Распад различных элементов - это своеобразные геологические часы. Для датировки более древних пластов чаще используется свинцово-кобальтовый метод, для более молодых — углеродный. Ошибки или погрешности, которые допускают эти методы, незначительны. Так, погрешность может составлять 10 млн. лет, когда речь идет о миллиарде. Таким образом, обследовав множество отложений в разных частях нашей планеты, геологи составили геохронологическую шкалу, которая делит всю историю Земли на отдельные отрезки. Самым крупным отрезком геологического времени считается эра. До стабилизации геологической ситуации, появления воды, первичной атмосферы и возникновения жизни история Земли не делится на эры, а называется догеологической. Всего выделяют пять эр. Эти отрезки времени не равны друг другу.

Каждая эра значительно отличается от другой многими показателями. Наиболее существенны особенности геологических процессов, климатические условия и, самое главное, — господствующие формы жизни: растения и животные.

Переход из одной эры в другую не происходил мгновенно, ведь продолжительность эр измеряется миллионами лет.

1. Архейская эра началась примерно 3,5 млрд. лет назад. Она самая длинная — длилась около 1 млрд. лет. В это время сформировались жизнь и основные свойства живых организмов.

2. Протерозойская эра началась примерно 2,5 млрд. лет назад. Жизнь превратилась уже в геологическую силу и стала вносить свой вклад в преобразование планеты, изменяя ее литосферу и атмосферу (рис. 60).

3. Палеозойская эра началась 570 млн. лет назад и длилась 340 млн. лет.

Палеозойская эра

4. Мезозойская эра наступила 230 млн. лет назад и длилась примерно 165 млн.

Господствующие животные и растения. Важнейшие, вновь появившиеся формы. Основные ароморфозы.

Частая, но незначительная смена климата. Периодическое расширение площади ледников. 3-5 крупных оледенений, доходивших до Крыма. Увлажнение климата вблизи ледников и его сухость вдали от них. Понижение уровня океана. Холодоустойчивые (мамонты, шерстистые носороги, северные олени), пустынные виды.

Крупные хищники, травоядные и гоминиды. Цветковые, тундровая растительность, хвойные. Развитие головного мозга.

Альпы, Карпаты, Гималаи, Кавказ. Сильное осушение морей, оледенение Антарктиды. Обмен фаунами между Евразией и Северной Америкой. Затем - между Северной и Южной Америкой. В Австралии сумчатые. Видовой состав беспозвоночных и растений близок к современному. Покрытосеменные растения и плацентарные млекопитающие: медведи, кошки, носороги, олени, жирафы, высшие приматы (человекообразные).

Флора тайги и тундры. Появление австралопитека. Элементарная рассудочная деятельность у человекообразных приматов.

Многочисленное наступление и отступление моря, горообразование. Двустворчатые моллюски, мшанки, костистые рыбы, хвостатые и бесхвостые земноводные, крокодилы. Черепахи, змеи, ящерицы.

Разнообразие насекомых. Господство покрытосеменных. Низшие приматы (лемуры). Древнейшие обезьяны (парапитеки), современные семейства птиц, копытные. Развитие головного мозга и органов чувств у приматов.

Самое сильное наступление моря, сменившееся отступлением и значительным похолоданием. Рост Анд и Скалистых гор. Моллюски, мшанки, костистые рыбы, пресмыкающиеся. Появление зубастых и веерохвостых птиц, сумчатых и плацентарных млекопитающих. Первые покрытосеменные. Взрыв численности насекомых. Вымирание динозавров, ихтиозавров. Примитивные млекопитающие. Гинкговые.

У птиц - извилины на мозжечке, у млекопитающих - на переднем мозге. Внутриутробное развитие, цветок и плод.

Формирование Атлантического океана. Складчатость. Климат вначале влажный, позже - засушливый.

В морях преобладают моллюски (белемниты, аммониты, двустворчатые, брюхоногие), водоросли. На суше — пресмыкающиеся, ихтиозавры, плезиозавры, динозавры.

Папоротники и голосеменные. Археоптерикс.

Способность к полету.

Деление Гондваны. Засушливый климат.

Двустворчатые, иглокожие, брюхоногие, рыбы, пресмыкающиеся, плауновидные, папоротники, хвощи, хвойные. Шестилучевые кораллы, черепахи, крокодилы, ихтиозавры, первые примитивные млекопитающие. Вымирание крупных земноводных и многих рыб. Вскармливание молоком, четырехкамерное сердце, формирование замкнутых континентальных бассейнов. Климат зонален, от холодного до жаркого, сухого. Продолжение углеобразования. Вымирают многие беспозвоночные. Господство пресмыкающихся, папоротникообразных и голосеменных. Первые пресмыкающиеся с звероподобными чертами. Зубная дифференциация.

Климат в основном теплый и влажный. Обширные теплые моря на современных континентах, затопление суши. Формирование Урала и Тянь-Шаня. Четкая географическая поясность. Образование крупнейших каменноугольных бассейнов. Рыбы, аммониты и другие моллюски, мшанки, иглокожие, кораллы, земноводные. Плауны и папоротники.

Первые хвойные, крылатые насекомые, пресмыкающиеся. Способность к полету у насекомых, яйца у пресмыкающихся, ячеистые легкие. Семена у растений.

Море то отступает, то затапливает огромные участки суши. Вымирают многие беспозвоночные и большинство бесчелюстных. Появляются все формы рыб.

Освоение суши. Пауки, клещи, ногохвостки. Земноводные. Плауны, папоротники и настоящие семенные.

Вымирают риниофиты, формируется почвенный покров. Ткани и органы у растений. Спорообразование. Легочное и кожное дыхание, конечности.

Море отступает. Горообразование (Саяны, Скандинавские горы). Господство водорослей. Кишечнополостные, моллюски, мшанки, плеченогие. Первые дышащие воздухом животные - скорпионы и древнейшие рыбы. Растения выходят на сушу - риниофиты. Предтканевость и ризоиды у растений, атмосферное дыхание у животных.

Большая часть современных континентов занята морем. Членистоногие: трилобиты и плеченогие. Иглокожие. Головоногие моллюски, кораллы, панцирные рыбы, водоросли. Лопатоногие моллюски, мшанки. Головной мозг у головоногих и рыб.

Наступление, отступление и последующее обширное наступление моря. Появление организмов с минерализованным скелетом. Водоросли, трилобиты, ракообразные, моллюски, иглокожие. Хордовые, бесчелюстные позвоночные. Вымирание примитивных иглокожих и др. Вторичноротость, внутренний скелет.

Беспозвоночные. Кишечнополостные. Все типы червей: плоские, круглые и кольчатые. Членистоногие (ракообразные, трилобиты). Возможно, иглокожие. Многоклеточные водоросли. Появление систем органов у животных.

Разнообразные прокариоты, особенно цианобактерии. Эукариоты. Водоросли. Многоклеточные эукариоты. Половой процесс.

Активная вулканическая деятельность. Зарождение жизни. Появление прокариот. Формирование различных групп микроорганизмов в основном в виде бактерий. Строматолиты - скопления цианобактерий, вероятно, колониальные формы. Клеточность, гетеро- и автотрофность, пигменты и фотосинтез.

5. Кайнозойская - самая современная эра, которая продолжается до сих пор. Началась она примерно 66 млн. лет назад. Это эра современной жизни.

Архей и Протерозой часто объединяют в Докембрий, или Криптозой, так как процессы становления и развития жизни схожи. Последние три эры объединяют в Фанерозой.

Скорость эволюционных процессов постоянно возрастала. И эры сменяли друг друга все быстрее.

Более мелкие отрезки времени внутри эр, которые также резко отличаются по геологическим отложениям и составу живых организмов, называются периодами. В архее периоды не выделяют, так как жизнь не оставила еще большого разнообразия в геологической летописи. Преобладающими формами жизни сначала были одноклеточные, а затем - многоклеточные беспозвоночные и водоросли. Такие существа почти невозможно обнаружить в окаменелом виде, так как они не имеют твердых минерализованных костей, древесных образований или спор. Все остальные эры (палеозой, мезозой, кайнозой) четко подразделяются на периоды. Всего выделяются 12 периодов. Три в мезозое, три в кайнозое, шесть в палеозое.

Противники эволюционного учения все чаще подвергают сомнению образование новых видов согласно теории Ч. Дарвина. Они утверждают, что формирование таких крупных таксонов, как роды, семейства, отряды и классы никак не связано с теорией естественного отбора. Найдено достаточное количество как вымерших, так и ныне живущих переходных форм, доказывающих постепенность, а не скачкообразность макроэволюции.

Более того, вымерших видов животных и растений больше, чем существующих. Зачем было создавать такое разнообразие в столь длительные промежутки времени, если в итоге огромное количество форм должно было подвергнуться последующему уничтожению? Именно процесс макроэволюции сопровождался образованием крупных систематических категорий от рода до царства. У эволюции существует несколько доказательств:

1. Эмбриологические доказательства связаны с исследованием стадий развития зародышей различных организмов. Одними из первых успешные фундаментальные исследования в этой области проводили Э. Геккель и Ф. Мюллер. Им удалось установить закон зародышевого сходства, который вошел в биологическую науку как биогенетический закон, или закон Мюллера-Геккеля (рис. 63). Сокращенно он звучит так: Онтогенез есть краткое и неполное повторение филогенеза. Онтогенез — это индивидуальное развитие одной особи от процесса ее зарождения до смерти. А филогенез - это исторический процесс развития всего живого. Без биологических терминов биогенетический закон приобретет следующую формулировку: «Каждый живой организм кратко повторяет историю развития жизни на планете в целом». Мы, конечно же, не повторяем стадий развития растений, а грибы не идут по пути становления животных. Но всем живым организмам свойственны основные этапы формирования их предков.

Жизнь на планете зародилась в виде одноклеточных. Все живые существа берут начало с одной клетки, будь то зигота человека, спора гриба или неоплодотворенная яйцеклетка одуванчика при парте-югенезе. Стадия многоклеточного зародыша в период бластулы соответствует стадии первых колониальных многоклеточных вроде современного вольвокса золотистого. Стадия формирования зародышевых листков (гаструла) соответствует сначала кишечнополостным (двухслойным), а позже - плоским червям (трехслойным).

В последующем организм развивается, пока не достигнет своего таксона (рис. 63). Но не дальше! Эмбрионы рептилий никогда не пройдут стадию птиц, а эмбрионы земноводных — стадию рептилий. Зато эмбрионы земноводных довольно долго переходят из стадии рыб в стадию собственно лягушек.

У эмбриона человека в начале развития появляются жаберные щели на глотке, хорда, двухкамерное сердце, хрящевый скелет. Затем щели зарастают, сердце становится трехкамерным, а позже - четырехкамерным. Хрящевый скелет заменяется костным. Головной мозг вначале представлен в виде мозговых пузырей, затем обособляются пять его отделов. Постепенно передний мозг увеличивается, образуя большие полушария, на которых формируется кора.

Есть и более наглядные примеры. Личинки жуков (особенно майского) и бабочек - гусеницы - напоминают дождевых червей из типа кольчатых. Именно тип кольчатых является предковым для членистоногих. Аналогичная ситуация существует и у растений. Выросшие споры мха предросток, или заросток, очень похож на нитчатую водоросль. Ведь именно водоросли дали начало первым наземным растениям.

Многие прославленные эмбриологи опираются именно на биогенетический закон. Установить систематическую принадлежность животных часто удавалось только на основе исследования их эмбриональных стадий. А. О. Ковалевский открыл, что ланцетник относится к типу хордовых. Так же была доказана принадлежность к хордовым асципий, которые сохраняют хорду в течение всего нескольких часов, пока находятся в стадии личинки. Основываясь на трудах И. И. Мечникова и А. О. Ковалевского, было разработано учение, доказывающее на основе развития зародышей не только единство всех хордовых животных, но и общность формирования органов из зародышевых листков.

Серьезный вклад в развитие и совершенствование биогенетического закона внесли ученые И. И. Шмальгаузен и А. Н. Северцов. Они исследовали механизмы перестройки органов и установили, в какой стадии эмбриогенеза должны возникнуть изменения, чтобы это привело к определенным эволюционным последствиям.

2. Палеонтологические доказательства основаны на ископаемых останках вымерших живых организмов. В этой области можно выделить две группы доказательств: переходные формы и филогенетические ряды. Переходными формами называют такие организмы, которые одновременно сочетают в себе признаки двух крупных систематических групп. Примером могут служить не только вымершие, но и ныне живущие организмы. Так, одноклеточные эвгленовые водоросли при невозможности осуществлять фотосинтез (эвглена зеленая) способны переходить к гетеротрофному питанию, т.е. они - переходные формы между Растениями и животными.

Переходная форма между рыбами и земноводными. Из ископаемых самые известные переходные формы - археоптерикс и иностранцевия.

Археоптерикс - полуптица, полуящер. Это небольшое существо размером с современного голубя или сороку вело древесный или наземный образ жизни и, видимо, могло перепархивать с ветки на ветку или летать на небольшие расстояния. От ящеров у археоптерикса когтистые пальцы на крыльях; ребра вдоль всего позвоночника, а не только в грудном отделе; настоящий костный хвост, состоящий из 20 позвонков; зубы в клюве и др. С птицами археоптерикса роднит перьевой покров и наличие крыльев. Есть еще и клюв, но процесс видоизменения челюстей не был завершен, поэтому у клюва нет рогового чехла. Нельзя однозначно утверждать, что все современные птицы являются потомками археоптериксов. Но большинство исследователей придерживается мнения, что археоптерикс - родоначальник современных пернатых. Кроме археоптерикса (найдены пока 5 экземпляров) могли существовать другие переходные формы, не сохранившиеся геологически или пока не найденные палеонтологами, которые и дали начало современным видам птиц. На примере археоптерикса мы можем проследить путь эволюционных изменений, приведший пресмыкающихся к птицам.

Иностранцевии — род вымерших ящеров, состоявший из двух видов. Это были крупные хищные животные длиной 3-3,5 м с большой головой (0,5 м). Часто их называют зверозубыми ящерами. У них ярко выражены типы зубов. Есть крупные резцы в верхней челюсти. Огромные клыки выступают изо рта. Они сплющены с боков, загнуты и имеют пильчатый край на внутренней стороне. Есть, конечно, и коренные зубы. А дифференциация зубов, их разделение на резцы, клыки и коренные — важный признак класса млекопитающих.

Вообще ящеры изучены палеонтологами довольно хорошо, так как они господствовали длительное время, их останки находят в большом количестве. Уже сейчас большинство ученых склоняются к мнению, что ящерам были присущи многие черты современных млекопитающих. Так, у ихтиозавров (предположительно) обнаружено живорождение. У летающих ящеров (с большой долей вероятности) существовало четырехкамерное сердце. Предполагается также наличие у них волосяного покрова и теплокровности.

У беспозвоночных тоже есть переходные формы. Например, вымершие ракоскорпионы предположительно были одними из первых паукообразных, взявших начало от ракообразных. Семенные папоротники — пример переходных форм растений от папоротников к голосеменным.

Филогенетические ряды. Так называют всех предков современных животных (реже растений), которых удалось реконструировать благодаря раскопкам и выстроить в эволюционной последовательности. Открытия в области палеонтологии еще продолжаются. У близкородственных групп организмов хромосомы имеют гораздо большее сходство, чем у далеких. Так, у многих видов из семейства злаков число хромосом кратно семи. Значит, новые виды образовывались в результате полиплоидии — кратного увеличения числа хромосом. Это возможно, если нити веретена деления во время мейоза разорвались и сформировали диплоидную гамету, которая и участвовала в оплодотворении. У человека и человекообразных обезьян разница всего в 2 хромосомы, у нас 46, а у гориллы и шимпанзе — 48. Причем совпадают не только размеры и форма хромосом, но и их окраска, что свидетельствует об одинаковой «укладке» хроматина, т. е. ДНК.

Современные методы позволяют проделать и более тонкие молекулярно-генетические исследования. Для анализа берут ДНК из хромосом человека и человекообразных обезьян. Сначала эти молекулы метят разными изотопами, чтобы отличить их по окончании эксперимента. Затем растворы ДНК сливают вместе и нагревают до температуры 80-90 °С. При такой температуре ДНК начинает «плавиться», т. е. у нее разрушаются водородные связи, двухцепочные молекулы становятся одноцепочными, распадаясь на комплементарные цепи. Похожий процесс происходит в клетке при репликации. Но там это происходит под действием ферментов и на короткое время, пока не будут синтезированы дочерние цепи. Разрушается не вся молекула целиком, а ее небольшие участки. Затем температуру уменьшают до физиологически нормальной (37 °С). И молекулы ДНК начинают восстанавливать свою структуру, т. е. двойную спираль. Образуются водородные связи по принципу комплементарности - аденин напротив тимина; гуанин напротив цитозина. Молекулы очень длинные. Необходимо, чтобы совпало большое количество пар оснований на достаточно длинных участках. После завершения ренатурации методом анализа устанавливают ДНК обезьяны и человека. Оказывается, что 82-90% образовавшихся двуспиральных молекул - ДНК-гибриды, т.е. одна их цепочка принадлежит обезьянам, а другая — человеку. Порядок нуклеотидов в них совпадает значительно. Это свидетельствует! о близости генетического материала и, соответственно, о родстве.

Существует еще много современных методов, основанных на анализе молекул ДНК и белков, с помощью которых ученые могут установить степень родства между живыми организмами с высокой точностью. Эти методы настолько точны, что применяются не только для подтверждения эволюционной теории, но и установления родства, (отцовства), а также в криминалистике.

3. Биохимические доказательства возникли раньше, чем молекулярно-генетические. Основаны они на тех же принципах, но здесь работа ведется в основном с аминокислотным составом белков. Выясняется порядок аминокислот в определенных белках разных видов, и по степени их сходства судят о степени родства. Сюда же относятся исследования реакций на различные химические препараты. Испытания новых медикаментов вначале проводят на шимпанзе, так как биохимически этот вид животных наиболее близок человеку. Кроме того, у человека и человекообразных обезьян есть общие группы крови. У биохимически близких особей разных видов возможна пересадка тканей и органов. Так, при заболевании диабетом больные используют свиной, а не только человеческий инсулин. В экстренных случаях временным донором печени для человека может также стать свинья. Все это доказывает общность биохимических процессов в организмах близкородственных групп и является следствием схожести генетической информации.

Ученые установили, что темпы биохимической эволюции, т. е. изменения одного конкретного белка, более постоянны. Используя эти данные, можно установить, когда произошло появление того или иного нового вида, т.е. его дивергенцию от исходного предкового вида. Но темпы биохимической эволюции отстают от темпов биологической, и биохимически близкие виды могут иметь серьезные морфологические и физиологические отличия.

4. Рудименты и атавизмы как доказательство эволюции.

Рудиментами называют органы, которые были свойственны далеким предкам (рис. 68). Они утратили свое значение, но сохранились у особей современных видов. Примером рудимента могут служить тазовые кости у китообразных. В связи с переходом к жизни в водной среде задние конечности у китов редуцировались (исчезли), но тазовые кости сохранились, хотя и утратили свое значение. Множество рудиментов и у человека. Всего их насчитывается около 200. К ним относятся волосяные луковицы в коже по всему телу (кроме ступней, красной каймы губ и ладоней); остатки хвостового отдела позвоночника — копчик; мышцы, участвовавшие в поднятии волос, шевелении ушной раковиной и мн. др. Эти органы обычно не используются в течение всей жизни, но сохраняются, так как их развитие было заложено в генах наших предков.

Атавизмы — это появление у отдельных особей признаков, свойственных далеким предкам (рис. 69). Так, может родиться младенец с хвостом, с дополнительными молочными железами (многососковость) или волосяным покровом на всем теле. Эти признаки не свойственны даже человекообразным обезьянам. Их появление доказывает, что в наших хромосомах содержатся гены более далеких предков, чем человекообразные обезьяны. В исключительных случаях происходит «включение» этих древних генов, что и приводит к появлению атавистических признаков. Исследования в этом направлении ведутся во всех развитых странах, но пока точно известно только то, что это происходит на эмбриональной стадии. Хвост не может «вырасти» ни у взрослого человека, ни у младенца. Он или есть или нет от рождения. Наличие атавизмов не влияет на интеллект, способности и характер. Эти люди нуждаются в бережном и корректном отношении со стороны окружающих. Такое могло случиться с каждым. Мы все носим в себе древние архаичные гены, которые могут проявиться независимо от нашей воли и сознания. Но только от нас зависит тот стиль поведения в обществе, который мы выбираем. И так хочется, чтобы молодые граждане Казахстана всегда вели себя как цивилизованные люди, по-настоящему достойные этого звания.

Текущий контроль, закрепление материала 5-7 мин.

Работа по вопросам на стр. 156, 164, 165.

Итоговый контроль, анализ урока.

Вывод по уроку.

Д/3 П. 33, 34.