Эволюция животного мира сафонова

ГБОУ СОШ №45
Г. Москва, 2012
Что такое эволюция
Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой
природы, сопровождающийся изменением генетического состава
популяций, формированием адаптаций, видообразованием и
вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в
целом.
Существует
несколько
эволюционных
теорий,
объясняющих
механизмы, лежащие в основе эволюционных процессов. В данный
момент общепринятой является синтетическая теория эволюции (СТЭ),
являющаяся синтезом классического дарвинизма и популяционной
генетики. СТЭ позволяет объяснить связь материала эволюции
(генетические мутации) и механизма эволюции (естественный отбор).
В рамках СТЭ эволюция определяется как процесс изменения частот
аллелей генов в популяциях организмов в течение времени,
превышающего продолжительность жизни одного поколения.
Эволюционное дерево
1 - первичные
одноклеточные;
2 - амебы;
3 - инфузории;
4 - жгутиковые;
5 - первые колониальные
жгутиконосцы;
6 - губки;
7 - низшие двухслойные
многоклеточные;
8,9, 10 кишечнополостные:
коралловые полипы,
гидры, медузы;
11 - плоские черви;
12 - круглые черви;
13 - древние гребневики;
14 - гребневики;
15 - примитивные
кольчецы;
16,17,18 - моллюски:
брюхоногие (улитка,
двустворчатая ракушка),
головоногие (кальмар);
19 - ракообразные;
20 - паукообразные;
21 - многоножки;
22 - несекомые;
23 - кольчатые черви
(дождевой червь);
24 - морские кольчецы;
25 - морские лилии;
26 - иглокожие;
27 - звезды;
28 - низшие хордовые;
29 - ланцетник
(бесчерепные);
30 - древние рыбы;
31 - современные
рыбы;
32 - кистеперые рыбы;
33 - земноводные;
34 - древние
пресмыкающиеся
(динозавры);
35 пресмыкающиеся;
36 - птицы;
37 - млекопитающие.
На этой таблице показано, как по мнению
ученых происходило развитие мира животных
и каковы родственные отношения между
различными группами. Весь животный мир
развился от общих предков - древних
примитивных одноклеточных (1). От них
произошли как различные одноклеточные (2,
3, 4), так и многоклеточные животные. По
мере развития животного мира появлялись
все более высокоорганизованные животные.
Примитивные двухслойные (13) дали начало
развитию двух различных эволюционных
ветвей. При этом одна ветвь привела к
развитию
высших
беспозвоночных:
моллюсков, ракообразных, насекомых, а
другая - к развитию позвоночных. Таким
образом,
эти
две
группы
животных
развивались независимо одна от другой.
Схема показывает пути развития животного
мира
на
протяжении
более
одного
миллиарда лет. Цифрами на таблице
указаны различные группы животных, как ныне
существующих, так и некоторых вымерших,
которые обозначены зелеными кружками с
черным контуром, а существующие в
современной фауне - зелеными.(щелкните
на схеме для увеличения изображения).
Основные черты эволюции животного
мира
1. Развитие многоклеточности, специализация клеток, появления тканей,
органов и систем органов.
2. Образование наружного и внутреннего скелетов – опоры тела и защиты
органов, развитие подвижных рычажных конечностей.
3. Появление нервной системы и усложнение поведения, обеспечивших
приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды.
4. Становление
форм
группового
взаимодействия,
отделяющих
биологическую форму эволюции от социальной.
Доказательство эволюции животного
мира
На нашей планете обитают около 2000000 видов животных. Это
различные беспозвоночные и позвоночные. Вспомните, что в своем
историческом развитии животные появлялись и развивались в
определенной последовательности. Например, первые земноводные
появились около 300 млн. лет назад от древних рыб, а первые
пресмыкающиеся возникли примерно 200 млн. лет назад от древних
земноводных. Эти примеры показывают, что животный мир возник не
сразу, а развивался длительно и постепенно.
Эволюцию животного мира в природе доказывают многие
биологические науки. Прежде всего это палеонтология - наука об
ископаемых организмах. Затем сравнительная анатомия - наука,
сравнивающая строение различных современных животных. Наконец,
эмбриология - наука о зародышевом развитии организмов.
Палеонтологические доказательства
эволюции животного мира
Современные животные - незначительная часть видов,
появившихся на Земле. Великое множество животных
вымерло в разные эпохи, не выдержав борьбы за
существование. К сожалению, лишь ничтожная часть
некогда обитавших на Земле животных сохранилась в
ископаемом состоянии. Вымершие животные в целом виде
попадают в руки ученых очень редко. Чаще в ископаемом
состоянии сохраняются лишь кости позвоночных животных, а
от беспозвоночных другие твердые части - раковины, иглы.
Иногда сохраняются лишь отпечатки целых членистоногих
или тех или иных частей тела животных, например крыльев
насекомых и перьев птиц.
Палеонтологические находки доказывают, что животный мир
непрерывно развивался, а вымершие животные оставили
своих потомков. Убедительным свидетельством родства
современных и ископаемых животных являются находки так
называемых переходных форм. В их строении сочетаются
черты
низкоорганизованных
и
высокоорганизованных
животных (например, зверозубые ящеры). Найденные
скелеты древних кистеперых рыб позволили установить
происхождение земноводных. Древняя птица археоптерикс
— переходная форма между пресмыкающимися и
птицами. Хорошо сохранившиеся отпечатки костей и
перьев
этой
птицы
дали
возможность
понять
происхождение птиц от древних пресмыкающихся.
Сравнительно-анатомические
доказательства эволюции
Для многих животных ископаемые предки не найдены,
помогают выяснить их происхождение данные, полученные
при
сравнении
их
строения с другими группами животных. Например,
чешуйки на ногах птиц по форме и строению точно такие
же, как чешуи ящериц и змей. Сравнение скелета
передних конечностей различных наземных позвоночных
показывает их сходство в строении отделов скелета,
костей и др. Среди современных групп животных тоже
имеются переходные формы, показывающие общность их
происхождения. Так, яйцекладущие млекопитающие
(например, утконос) имеют ряд особенностей в строении,
сходных
со
строением
пресмыкающихся
и
млекопитающих. Они, как и пресмыкающиеся, имеют
клоаку и откладывают яйца, но, в отличие от
пресмыкающихся, выкармливают детенышей молоком.
О родстве изучаемых животных свидетельствуют также
сохранившиеся
у
некоторых
животных
не
функционирующие органы или их части. Например,
рудименты конечностей у китов, скрытые внутри тела,
показывают,
что
предки
китов
были
наземными
млекопитающими.
Для передвижения киты используют хвостовой плавник,
поэтому в ходе эволюции задние ноги у них исчезли. Таким
образом, путем сравнения животных можно выяснить
конкретный ход их эволюции и родство.
Эмбриологические доказательства
эволюции
Убедительным доказательством эволюции животного
мира служат сведения об индивидуальном развитии
животных. Зародыши, или эмбрионы животных, во время
развития не просто растут, увеличиваются в размерах, а
все более усложняются и совершенствуются. И самое
интересное то, что на ранних стадиях развития они бывают
похожи не столько на взрослых животных того же вида,
сколько на их далеких предков. Так, зародыши всех
позвоночных на ранних стадиях очень похожи друг на
друга. У всех у них даже имеются жаберные щели,
которые потом у наземных животных - пресмыкающихся,
птиц и млекопитающих - пропадают. Таким образом, в
своем развитии зародыши как бы кратко повторяют те
основные изменения, которые происходили в течение
миллионов лет у сменяющих друг друга животных.
Остальные
стадии
развития
зародыша
позволяют
восстановить общий облик далеких предков. Например,
на
самых
ранних
стадиях
развития
зародыш
млекопитающих сходен с зародышем рыб даже по
наличию жаберных щелей. Отсюда можно заключить, что
в историческом ряду предков млекопитающих когда-то,
сотни миллионов лет назад, были рыбы. На следующей
стадии развития тот же зародыш похож на эмбрион
земноводных. Это свидетельствует о том, что в ряду
далеких предков млекопитающих, после рыб, были и
земноводные.
Этапы эволюции животных
• К первому этапу относят появление первых одноклеточных животных, от которых
произошли современные Саркодовые, Жгутиковые, Инфузории, Споровики.
• От древних колониальных жгутиковых с гетеротрофным типом литания произошли
древние многоклеточные двуслойные организмы, с наружным жгутиковым и внутренним
- пищеварительными слоями.
• Далее в ходе эволюции возникли трехслойные животные, произошедшие от древних
примитивных двухслойных животных. Они приобрели мышечную систему и паренхиму,
которые обеспечили способность к передвижению и формированию внутренней среды
организма, с более совершенным обменом веществ. К первым трехслойным животным
относят типы плоских и круглых червей. От трехслойных животных произошли кольчатые
черви, от древних кольчатых червей - моллюски и членистоногие. От примитивных
трехслойных животных ведут свое начало и хордовые животные.
• Хордовые в процессе развития приобрели ряд прогрессивных черт: внутренний скелет,
нервную трубку, совершенную мускулатуру, более совершенную кровеносную и
выделительную системы.
Естественная эволюция
Все животные ведут борьбу за выживание: им необходимо искать пищу, заботиться о том,
чтобы не быть съеденными или выжить во враждебной среде. Случайная естественная
изменчивость отдельных особей позволяет им более успешно решать эти задачи и,
следовательно, более активно размножаться, в результате, их потомство начинает
количественно превосходить потомство менее приспособленных особей, а их признаки
на протяжении поколений могут распространиться на всю популяцию.
Чаще такая эволюционная борьба приводит к изменениям в части популяции, превращая
ее в расу (внутривидовую группу). Со временем перемены могут приобрести настолько
радикальный характер, что скрещивание между представителями данной расы и их
предками становится невозможным. Образуется новый вид.
Естественная эволюция происходит гораздо медленнее, чем формирование насекомых,
устойчивых к воздействию пестицидов. На закрепление незначительных изменений могут
понадобиться сотни поколений, проследить за которыми удается чрезвычайно редко. В XIX
веке, когда теория эволюции впервые появилась в последовательном изложении, химикаты,
подобные ДЦТ, еще не были известны. Поэтому не существовало возможности наблюдать
эволюцию в действии. Сторонники новой теории основывались на двух неоспоримых
фактах: бесконечном разнообразии видов в современном мире и степени отличия этих
видов от давно вымерших, остатки которых сохранились в древних породах в виде
окаменелостей.
Теория Чарльза Дарвина
1.
В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах
индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим,
поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный,
количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.
2.
Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.
3.
Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и
поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо
между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за
существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за
успех в размножении.
4.
В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее
приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными
к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина.
Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из
них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые
наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более
приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.
5.
Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей
Дарвин назвал естественным отбором.
6.
Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных
условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих
разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.
Основные ароморфозы в эволюции
животных
Эукариотические
организмы,
специализирующиеся
на
гетеротрофном
питании,
дали
начало Животным и Грибам. Первые животные были представлены Одноклеточными организмами, у которых
отсутствуют ткани.
В протерозойской эре возникают все известные типы Многоклеточных беспозвоночных животных. Наиболее
примитивными настоящими Многоклеточными являются Двуслойные животные, в частности
Кишечнополостные. Их появление связано с первым крупным ароморфозом – появлением двуслойного
зародыша; стенки их тела состоят из эктодермы и энтодермы.
У Низших червей (Плоские и Круглые черви) появляется третий зародышевый листок – мезодерма. Это крупный
ароморфоз, благодаря которому появляются дифференцированные ткани и системы органов.
Следующим крупным ароморфозом является вторичная полость тела, или целом. Благодаря этому становится
возможным разделение тела на отделы
Затем эволюционное древо животных разветвляется на Первичноротых и Вторичноротых.
Наиболее примитивные Первичноротые животные (Кольчатые черви и им подобные) имеют примитивные
конечности (параподии) и гомономную сегментацию тела. Но в начале кембрия появляются Членистоногие, у
которых параподии преобразованы в членистые конечности. У Членистоногих появляется гетерономная
сегментация туловища. Перечисленные особенности Членистоногих являются ароморфозами.
В начале девона (после выхода на сушу растений и формирования наземных экосистем) происходит выход на
сушу Паукообразных и Насекомых. Паукообразные перешли в наземно-воздушную среду обитания благодаря
многочисленным идиоадаптациям.
Насекомые наиболее приспособлены к жизни на суше, благодаря появлению крупного
ароморфоза – зародышевых оболочек (серозной и амниотической). В настоящее время
Насекомые находятся в состоянии биологического прогресса.
Среди Вторичноротых животных появляется ряд крупных ароморфозов: хорда, нервная
трубка, брюшная аорта (а затем – сердце). В результате формируется тип Хордовые. Затем
у разнообразных рыб формируется осевой и висцеральный скелет, в частности, мозговая
коробка и челюстной отдел черепа, что также является ароморфозом.
Часть Костных рыб (Мясистолопастные), благодаря двум ароморфозам – легочному
дыханию и появлению настоящих конечностей – дала начало первым Четвероногим –
Амфибиям (Земноводным).
Далее появляются Амниоты – организмы с зародышевыми оболочками: серозной,
амниотической и аллантоисом. Наличие зародышевых оболочек – крупный ароморфоз,
который впервые появляется у Рептилий. Благодаря зародышевым оболочкам, Рептилии
полностью утратили зависимость от воды.
Однако Рептилии не смогли утратить зависимость от низких температур: теплокровность у них
невозможна из-за неполного разделения кругов кровообращения. В конце мезозоя с
изменением климата происходит массовое вымирание рептилий.
У части высших Рептилий появляется полная перегородка между желудочками, редуцируется
левая дуга аорты, происходит полное разделение кругов кровообращения, и становится
возможной теплокровность. В дальнейшем эти животные приобрели ряд адаптаций к полету и
дали начало классу Птицы.
Зверозубые рептилии дали начало Млекопитающим, которые возникли благодаря целому
ряду
ароморфозов:
увеличенные
полушария
переднего
мозга
с
развитой
корой, четырехкамерное сердце, редукция правой дуги аорты, преобразование подвеска,
квадратной и сочленовой костей в слуховые косточки, появление шерстного
покрова, млечных желез, дифференцированных зубов в альвеолах, предротовой полости.
Плацентарные млекопитающие, благодаря появлению плаценты и настоящего живорождения,
в кайнозойской эре переходят в состояние биологического прогресса.
Последним крупнейшим ароморфозом является увеличение объема головного мозга у
непосредственных предков человека. Данный ароморфоз называется эпиморфозом. В
результате Человек разумный освоил все без исключения адаптивные зоны Земли и вышел за ее
пределы в Космос. На основе биосферы сформировалась новая геологическая оболочка
Земли – ноосфера, и органический мир вступил в новую, психозойную эру.
Таким образом, ароморфозы приводят к возможности захвата новых местообитаний. Это
приводит к адаптивной радиации и формированию адаптивных зон с помощью
алломорфозов. В этих условиях биологический прогресс достигается путем аллогенеза.
Дальнейшая конкуренция и дифференциация экологических ниш приводят к появлению
частных приспособлений – теломорфозов и гиперморфозов. Во многих случаев биологический
прогресс достигается с помощью катаморфозов и гипоморфозов – частичной или полной
утраты прогрессивных органов. Однако при накоплении специализированных признаков они
могут приобрести характер ароморфозов. Тогда эволюционный цикл начинается сначала. Это
еще раз подчеркивает ведущую роль ароморфозов в эволюции.
Заключение
Царство животных - это яркое воплощение непрерывного эволюционного процесса, в ходе
которого появилось богатейшее разнообразие живых существ.
Под эволюцией понимают необратимое историческое развитие органического мира с
постепенным его усложнением. Формы животных так же менялись на Земле, как формы
растений и других организмов. Доказательством этому служат находки палеонтологов. При
раскопках в различных пластах земной коры находили окаменелых животных, их кости и целые
скелеты, которые указывали на то, что животные тех периодов сильно отличались от
современных животных. При сравнении строения различных животных выявились признаки
сходства между ними, свидетельствующие об их родстве. Выявлено, что позвоночные животные
имеют общий план строения, одинаковые системы органов, разной степени сложности. Таким
образом, сравнительная анатомия также свидетельствует об историческом развитии
животного мира.
Большое значение в изменении представлений ученых о живой природе имеет наука о
зародышевом развитии животных - эмбриология. На родство и происхождение от общих
предков указывает поразительное сходство ранних стадий развития зародышей хордовых
животных, даже зародыша человека.