Кто прогрессивнее: бактерия или человек? - ЭВОЛЮЦИЯ - РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРОЦЕСС

Постановка проблемы урока

Суждение 1: Человек могуществен - он создаёт новые формы организмов, не существующие в природе.

Значит, человек - венец эволюции.

Суждение 2: Человечество изобрело множество способов самоуничтожения. Если оно в конце концов погубит себя, останутся бактерии.

• В чём разница взглядов? Какой возникает вопрос? (Сравните с авторским вариантом на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Как Ламарк объяснял одновременное существование простых и сложных форм? (§ 39)

• Может ли усложнение организации возникнуть в результате отбора как приспособление к условиям? (§ 42-43)

• Что такое дивергенция? (§ 44)

Решение проблемы

Биологический прогресс и регресс

Биологический, или экологический, прогресс - это успех в борьбе за существование, ведущий к увеличению численности, расширению ареала и росту числа подчинённых систематических групп внутри данной. Биологический, или экологический, регресс — понятие, противоположное биологическому прогрессу: проигрыш (неуспех) в борьбе за существование, ведущий к сокращению численности, сужению ареала, уменьшению числа подчинённых систематических групп в данной и, наконец, к вымиранию.

Карповые — самое большое семейство лучепёрых рыб, содержит 245 родов и 1500 видов (рис. 46.1). Чуку- чановые — самое близкое к карповым семейство, но оно включает всего 14 родов и около 70 видов (рис. 46.2).

46.1. Ареал семейства карповых.

46.2. Ареал семейства чукучановых.

• Какое из этих семейств отличается большим биологическим прогрессом? Какие признаки распространения чукучановых указывают на их биологический регресс?

• Кто занял место их бывшего распространения?

Примеры биологического регресса и его причины

Систематическая группа	Признаки регресса	Известные причины
Динозавры	Вымирание	Истребление детёнышей мелкими хищными млекопитающими
Мамонт, шерстистый носорог	Вымирание	Исчезновение среды обитания (тундростепи) и охота человека
Дронт, странствующий голубь, бескрылая гагарка, стеллерова корова	Вымирание	Истребление человеком
Чёрная крыса	Сокращение численности	Конкурентное вытеснение серой крысой
Тигр, лев, ягуар, леопард, гепард, зубр, бизон, орангутан, шимпанзе, горилла	Сокращение численности и ареала	Истребление человеком и исчезновение местообитаний
Секвойя	Резкое сокращение ареала	Конкурентное вытеснение цветковыми растениями
Покрытосеменные растения (особенно декоративные)	Резкое сокращение численности	Неумеренный сбор людьми для составления букетов

• Какие красиво цветущие растения приближаются к биологическому регрессу рядом с вашим местом жительства?

• Все ли виды, занесённые в Красную книгу, можно отнести к случаям биологического регресса. Значит ли это, что их не надо охранять?

• Может ли человек в силу своего биологического прогресса истребить или вытеснить все другие формы жизни?

Пути достижения биологического прогресса

Частные приспособления, в основе которых лежит оптимизация немногих функциональных систем организма, называются идиоадаптациями. Идиоадаптации представляют собой специализацию к узко определённым условиям жизни и экологическим ресурсам. Они возникают в результате углубления прежней специализации или смены одного профиля специализации другим.

Змеи всех размеров питаются довольно крупной пищей (по сравнению с их толщиной). Они достигли этого путём смены специализации предков, благодаря утрате жёсткой связи левых и правых половинок челюстей и пояса передних конечностей. Это позволяет им заглатывать жертву превосходящих размеров и “натягиваться” на неё, как чулок. Различные виды змей специализировались на жертвах определённого размера, приспособившись учитывать многие детали их поведения (рис. 46.3).

46.3. Примеры пищевой специализации разных видов змей и типичные объекты их питания.

Наряду с описанными, в природе встречаются и такие примеры специализации, которые сопровождаются значительным упрощением строения организма. Это характерно для большинства паразитических видов, поскольку основные общие жизненные функции за них выполняет организм хозяина (рис. 46.4).

46.4. Ленточный червь - пример общей дегенерации.

Ленточные черви — внутренние паразиты животных и человека. Хозяин их кормит, поэтому они избавились от органов пищеварения. Хозяин поддерживает для них весьма постоянную внешнюю среду, поэтому они резко упростили все свои органы чувств и системы регуляции. У них теперь одна проблема: как попасть в такую дивную среду. Поэтому паразиты превратились в своего рода “фабрику яиц”: авось, хоть одно яйцо и попадёт куда надо.

Этот путь, также способный привести к росту численности и процветанию, называется общей дегенерацией, или морфофизиологическим регрессом. Для него свойственны упрощение строения и связей с окружающей средой, редукция большинства функциональных систем организма и усиленное развитие немногих оставшихся.

Противоположные черты имеет путь эволюции, пройденный предками птиц при освоении новой среды обитания. Подобный путь — ароморфоз, или морфофизиологический прогресс, — выражается в усложнении организма и связей с окружающей средой за счёт оптимизации и повышения способности к регуляции многих его функциональных систем (рис. 46.5).

46.5. Перо - ключевая адаптация птиц. Но только ароморфоз - сложный комплекс признаков, показанных на схеме, - делает птицу птицей.

Разнообразие путей приспособления организмов, одинаково ведущих к биологическому прогрессу видов, объяснено российским учёным А.Н. Северцовым (1866—1936) на примере эволюции позвоночных животных.

На схеме (рис. 46.6) показано несколько уровней сложности строения тела (морфофизиологической организации) позвоночных. Подъём на более высокий уровень означает ароморфоз - комплексное преобразование органов и функций. Каждое такое крупное, но сравнительно редко происходящее усовершенствование служит фундаментом для многочисленных и разнообразных идиоадаптаций. Они изображены в виде разветвлений эволюционного древа внутри каждого уровня. Общая дегенерация - упрощение строения и функций - характеризует переход с более высокого уровня на более низкий.

46.6. Схема путей достижения биологического прогресса по А.Н. Северцову.

• Найдите различные пути эволюции на рисунке 46.6. Что обозначено буквами А, И, Д?

Главное достижение А.Н. Северцова состоит в том, что он разделил понятия о биологическом и морфофизиологическом прогрессе и регрессе. Вечный вопрос: кто прогрессивнее, бактерия или человек, — наконец получил разрешение. Биологически они равно прогрессивны, поскольку обоим одновременно нашлось место в биосфере. Достоинство бактерий — в неимоверной плодовитости, компенсирующей такую же смертность, в способности расселяться с потоками воздуха и воды, переживать в неактивном состоянии неблагоприятные условия. Всё это обеспечивает их низкий уровень организации. Человек вынужден бороться с неблагоприятными условиями, а не пассивно переживать их. Плодовитость человека низка, зато доля выживающих потомков превосходит таковую у бактерий в тысячи и миллионы раз. А достигается это заботой о потомстве, большой продолжительностью жизни, обеспечивающей возможность обучения и передачи опыта от поколения к поколению. Всё это стало возможным благодаря высокому уровню организации. Таким образом, теория А.Н. Северцова впервые дала последовательное эволюционное объяснение одновременному существованию организмов с низким и высоким уровнем организации.

Как “растёт” эволюционное древо?

Дивергенция — это уже известная нам форма эволюции, которая является следствием изменчивости потомков одних и тех же родителей. Однако если расхождение признаков особей и популяций одного вида ещё может быть обратимым, то с приобретением видового статуса форм их дивергенция становится частью необратимого процесса макроэволюции.

46.8. Дивергенция отрядов внутри класса млекопитающих.

• По какому пути идёт биологический прогресс в этих случаях?

В результате дивергенции дочерние формы могут всё дальше отклоняться от родительских, давая начало новым ветвям эволюционного древа. При этом различия между потомками со временем достигают уровня рода, семейства и т.д. Поэтому у эволюционного предка может быть несколько или даже много эволюционных потомков с собственной исторической судьбой (рис. 46.8).

Конвергенция — это процесс эволюции, ведущий к образованию аналогичных органов. Он, как правило, характерен для ветвей разных стволов, не связанных близким родством, — ветвей, сблизившихся из-за сходства условий жизни. Так, в примерах, приведённых на рисунке 46.9, планирующий полёт приобрели представители разных классов, а роль крыльев выполняют различные, не гомологичные друг другу органы. Эти приспособления возникли независимо, а не унаследованы от общих предков.

46.9. Конвергентные приспособления позвоночных к планирующему полёту.

• Какое значение для животных имеет планирующий полёт?

Параллелизм - это процесс эволюции гомологичных органов у различных потомков общего предка, независимо ведущий к сходному результату. На рисунке 46.10 мы видим сходные приспособления у водных животных, позволяющие им дышать и видеть, что делается над водой, почти не рискуя быть замеченными. Глаза и ноздри современных наземных позвоночных были унаследованы от общих предков — древних земноводных. Но характерное для них возвышенное положение на голове было приобретено независимо. В целом же здесь мы наблюдаем параллельную эволюцию гомологичных органов, унаследованных от общих предков, ведущую к сходному результату (рис. 46.10).

46.10. Параллельно возникшие приспособления у водных животных.

Нельзя дважды войти в одну и ту же реку

Водный паук происходит от предков, живших на суше и приспособленных к трахейному дыханию атмосферным воздухом. Вторично вернувшись в воду — среду обитания отдалённых предков всех паукообразных, водный паук так и не вернул себе жабр. Поэтому он носит с собой под воду пузырь воздуха, обеспечивающий его дыхание за счёт трахей. Время от времени он должен подниматься на поверхность за новым пузырём (рис. 46.11).

46.11. Водный паук.

Сухопутные пауки утратили не только жабры, но и все этапы их развития в онтогенезе, а также все способы регуляции функций, необходимые для жизни в воде. Более того, на их месте развились новые, взаимосвязанные приспособления к жизни на суше, влияющие на работу всех прочих органов.

“Нельзя дважды войти в одну и ту же реку” - так сказал Гераклит, сожалея о безвозвратном прошлом. Эволюционные изменения необратимы, как течение реки. Иными словами, вид не может вернуть себе тот комплекс адаптаций, который был утрачен его предками, даже оказавшись в прежней среде их обитания. Эта формулировка получила название закона необратимости эволюции (закон Долло).

Обобщение новых знаний

Биологический прогресс приводит к успеху в борьбе за существование и может достигаться путём идиоадаптации, дегенерации или ароморфоза. Биологический регресс ведёт к вымиранию. Разделение понятий о биологическом и морфофизиологическом прогрессе объясняет одновременное существование просто и сложно устроенных организмов. Преобладающий дивергентный характер эволюции сопровождается явлениями конвергенции и параллелизма.

Биологический прогресс и регресс. Пути эволюции: идиоадаптация, дегенерация, ароморфоз. Дивергенция. Конвергенция. Параллелизм

Применение знаний

46.12.

1. Назовите признаки биологического прогресса и регресса.

2. Сравните пути эволюции, ведущие к биологическому прогрессу, и объясните их отличительные черты.

3. Какие способы ветвления эволюционных деревьев изображены на рисунке 46.12?

4. Чем различаются результаты дивергенции, конвергенции и параллелизма?

5. Почему эволюция необратима?

6. Приведите примеры систематических групп, идущих по пути биологического прогресса и регресса.

7. Предложите другие, не описанные в учебнике, примеры путей к биологическому прогрессу.