Лекции по биологии

Подождите немного. Документ загружается.

Каждый тип ткани обеспечивает организму одно из его четырех основных свойств во

взаимоотношении с внешней средой: пограничность (отделение от внешней среды), внутренний обмен

(поддержание гомеостаза), раздражимость или подвижность. В соответствии с этим у животных

различают четыре типа тканей: эпителиальную, соединительную, мышечную, нервную.

Функции эпителиальной ткани: защита организма от воздействий внешней среды (покрывает

всю наружную поверхность тела, поверхность ЖКТ, дыхательных путей, все слизистые оболочки);

обмен веществ между организмом и внешней средой.

Общие черты эпителиальных тканей:

 представляют собой пласт клеток, нарушение целостности приводит к нарушению функций

и ослаблению организма;

 эпителиальные клетки лежат на базальной мембране, которая играет большую роль в

питании эпителия, связывая его с соединительной тканью;

 эпителиальные клетки обладают полярностью (базальная и апикальная верхушечная части

различаются по строению, в базальной – ядро, в апикальной – органеллы и включения

запасных питательных веществ);

 обладают высокой способностью к регенерации.

Эпителий делится на покровный и железистый. Покровный эпителий может быть однослойным

(эпителий желудка, кишечника, сердечной сумки, легких) и многослойным (кожа, ротовая полость,

роговица глаза). Форма клеток плоская, цилиндрическая, кубическая, шиповатая. Особенность

железистого эпителия – способность синтезировать особые вещества – секреты (различные гормоны,

ферменты, слизь; слюнные, потовые, молочные железы).

Функции соединительной ткани (или ткани внутренней среды для метаболических реакций):

трофическая (участие в обмене веществ); защитная (участвует в иммунных реакциях, заживлении ран).

Соединительные ткани являются производными мезенхимы, отличаются аполярностью клеток,

большим количеством межклеточного вещества.

Ткани с опорно-механической функцией: плотные волокнистые соединительные, в зависимости

от характера расположения коллагеновых волокон делятся на неоформленные (сетчатый слой кожи),

оформленные (сухожилия); хрящевые (гиалиновая, эластическая, волокнистая) и костные

(грубоволокнистые - зародыш, дентиноидные - зубы, пластинчатые - кости). Особые виды ткани –

кровь, лимфа.

Ткани с двигательной функцией: мышечные ткани. Различают:

 гладкую мышечную ткань (оболочки кровеносных сосудов, различных внутренних

органов);

 поперечнополосатую (скелетная мускулатура, мышцы рта, языка, мимическая

мускулатура и др),

 мышечную ткань сердечной мышцы,

 специализированные виды (миоэпителиальные клетки, окружающие железы; глазные

мышцы и т.д.)

Функции нервных тканей: участие в получении, хранении и переработке информации из

внешней и внутренней среды, регуляция и интеграция деятельности всех органов и систем. Различают:

ткань коры головного мозга, спинного мозга, ствола мозга, вегетативных ганглиев, гипоталамуса и др.

Состоит из двух компонентов – нервных клеток нейроцитов (нейронов, способны воспринимать

раздражение, возбуждаться, вырабатывать и проводить нервный импульс) и нейроглии (межклеточное

вспомогательное вещество, выполняет опорную, трофическую, секреторную и защитную функции).

Составляют основу центральной (спинной и головной мозг) и периферической (соматической и

вегетативной) нервной системы.

Основные системы и примеры органов животных:

 наружные покровы (кожа, чешуя, перья и т.п.);

 опорно-двигательный аппарат (скелет, мышцы);

 пищеварительная система (пищевод, желудок, кишечник);

 дыхательная система (легкие, бронхи, трахея);

 кровеносная система (кровь, сердце, сосуды);

 мочеполовая система (почки, мужские и женские половые органы);

 центральная нервная система (головной и спинной мозг, органы зрения, вкуса, слуха,

обоняния);

 эндокринная система (железы внутренней секреции).

У растений выделяют следующие системы тканей:

 образовательные ткани или меристемы;

 основные (в т.ч. хлорофиллоносные, запасающие, дыхательные, водоносные);

 пограничные (защитная и барьерные функции);

 проводящие (ксилема, флоэма);

 механические (опорные, скелетные);

 выделительные (наружные и внутренние).

К основным органам высших растений относят: корень (отвечает за снабжение водой и

минеральными солями, закрепление в почве), стебель (транспортная и механическая функции), лист

(фотосинтез), цветок, семя, плод (размножение).

7. Биогеоценотический и биосферный уровни организации жизни

7.1. Общая характеристика биогеоценозов.

Биогеоценоз – система взаимодействующих живых существ (биоценозов) и окружающей их

неживой природы (гидросферы, литосферы, атмосферы). Биоценоз (биотическая часть, главный

компонент биогеоценоза) – целостная, саморегулирующаяся биологическая система, в состав которой

входят живые организмы, обитающие на одной территории (растения, животные, бактерии, грибы,

вирусы).

Биогеоценоз – открытая система, в которую поступают энергия Солнца, газы атмосферы, вода,

минеральные вещества почвы, а выделяются теплота, кислород, углекислый газ, биогенные

органические вещества.

Энергия, поступающая в Биогеоценоз, затрачивается на обеспечение постоянного круговорота

веществ, поддержание целостности системы и на ее развитие (эволюцию). Энергия проходит через ряд

трофических уровней, являющихся звеньями цепей питания. Цепи питания – ряд взаимосвязанных

видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему. Общая закономерность

состоит в том, что в основе любой пищевой цепи – зеленые растения, в конце – плотоядные

(хищники). Количество особей и биомасса последовательно уменьшается в каждом следующем звене

цепи - это правило экологической пирамиды, пример которой показан ниже.

Почему? Т.к. объем энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятельности организма,

растет с повышением уровня морфофизиологической организации, то количество биомассы на более

высоких уровнях уменьшается. Например, зообиомасса составляет около 3% от всей биомассы,

причем около 95% в ней – беспозвоночные.

Обязательные компоненты биогеоценоза:

1. Абиотические неорганические и органические вещества среды.

Водоросли

10 000 кг

Дафнии

1000 кг

Мелкие рыбы

100 кг

Крупные хищные

рыбы 10 кг

1 кг

Человек

2. Организмы – продуценты органических веществ (автотрофы, синтез из неорганических веществ,

используется энергия Солнца или химических реакций)

3. Организмы – консументы (потребители готовых органических веществ), могут быть первого

порядка – растительноядные, второго порядка – плотоядные, третьего и т.д.

4. Организмы – редуценты (разрушители), разлагающие органические вещества до неорганических.

Организмы, входящие в состав биогеоценозов, испытывают влияние неживой природы

(абиотических факторов) и находятся под воздействием других живых организмов (биотические

факторы).

7.2 Абиотические факторы внешней среды

При оценке влияния абиотического фактора используют характеристику интенсивности его

действия на живую материю. Наиболее важные – ограничивающие (лимитирующие) факторы среды.

Различают оптимум (наиболее благоприятная интенсивность) и пределы выносливости, за которыми

следует гибель организма.

К основным ограничивающим абиотическим факторам среды относятся:

- температура (большинство видов приспособлено к узкому диапазону температур,

существуют различные приспособления для предотвращения отрицательного воздействия

неблагоприятных температур, например, теплокровность, снижение интенсивности обмена, зимняя

спячка (стадия покоя), накопление питательных веществ, испарение влаги при перегревании и т.д.);

- свет (солнечная радиация), имеет значение интенсивность, продолжительность

(фотопериод) и длина волны (особое значение для продуктивности растений; но оказывает влияние и

на животных – синтез витамина Д, пусковой механизм физиологических процессов, обеспечивающих

миграцию и размножение у птиц и млекопитающих);

- влажность (вода – необходимый компонент клетки, огромное влияние на

жизнедеятельность растений и животных, различные приспособления к засухе от колючек у кактусов

до спячки некоторых грызунов; для некоторых организмов – среда обитания);

- ионизирующее излучение (радиоактивные вещества горных пород, космическое,

результаты человеческой деятельности – атомные стации, взрывы, накопление радиоактивных

веществ в организмах, электромагнитные волны; к фоновому природному излучению живые существа

адаптированы; чем сложнее устроен организм, тем более губительное влияние оказывает на него

радиация, вызывает вредные мутации, причем наиболее чувствительна кроветворная ткань – костный

мозг);

- загрязняющие вещества (антропогенный фактор, оказывают отрицательное

воздействие на развитие организмов, обедняют структуру и функции биогеоценозов, вплоть до

полного уничтожения).

7.3. Биотические факторы среды

Каждый живой организм живет в окружении множества других, вступая с ними в самые

разнообразные отношения, как с положительными (пища, помощь), так и с отрицательными (гибель)

для себя последствиями. Все эти многообразные связи обеспечивают возможность существования

единой системы живых существ – биоценоза как стабильного саморегулирующегося сообщества.

Основные типы взаимоотношений между живыми организмами:

 позитивные - симбиоз,

 негативные – антибиоз (антагонизм),

 безразличные, индифферентные - нейтрализм.

Различают разные формы взаимоотношений, например, симбиотических:

- мутуализм – идеальный симбиоз, взаимополезное сожительство; вместе лучше, чем

отдельно, вплоть до невозможности отдельного существования; лишайники как сожительство грибов

и водорослей, термиты и жгутиковые простейшие, разлагающие целлюлозу; клубеньковые бактерии и

бобовые растения и др);

- кооперация – взаимопомощь, временный симбиоз, могут жить и отдельно, животные –

чистильщики (избавляют от паразитов, самим легче добыть пищу);

- комменсализм – один вид получает пользу от сожительства, а другой это безразлично

(рыбы – прилипалы, гиены – львы).

Формы антагонистических взаимоотношений:

- хищничество – поедание одних животных другими видами (редко – растениями или

грибами), частный случай – каннибализм как поедание особей своего вида;

- паразитизм – один вид получает питательные вещества от другого, часто нанося ему

вред (паразиты растений, животных, даже бактерий – фаги);

- конкуренция – возникает у видов со сходными питательными потребностями, способы

подавления других разные (прямое физическое воздействие, перехват солнечных лучей более мощной

кроной, выработка антибиотиков и др.).

7.4. Устойчивость и эволюция биогеоценозов.

Структура биогеоценозов складывается в процессе эволюции, каждый вид приспосабливается и

занимает свое место (нишу) или погибает и исключается из данного биогеоценоза. Состояние

взаимоприспособленности видов (коадаптация) – обязательное условие существования биогеоценозов

(БГЦ).

Показатели структуры и функционирования БГЦ:

- видовой состав;

- плотность популяций;

- число трофических уровней;

- общая биомасса;

- первичная продуктивность (энергия, накопленная в растительной биомассе);

- интенсивность потока энергии и круговоротов веществ.

Стабильность БГЦ зависит от многих факторов, как абиотических (изменение климата), так и

абиотических. Появление нового вида по цепи может разрушить стабильность целого биогеоценоза.

Наиболее устойчивыми являются БГЦ, характеризующиеся:

 большим видовым разнообразием (если один вид исчезает, другие близкие могут заменить его в

цепях питания);

 наличием неспециализированных видов (с разными источниками питания, способных

существовать в меняющихся условиях среды); способность вида осваивать разные среды обитания

выражается величиной экологической валентности;

 слабой степенью отграниченности от соседних экосистем (возможен обмен видами);

 большой биомассой (обеспечивает буферность при длительном действии неблагоприятных

факторов).

Любая территория, пригодная для жизни по набору абиотических факторов, заселяется. При

этом происходит смена биогеоценозов, т.е. идет процесс сукцессии. Первостепенная роль в освоении

новых территорий принадлежит растениям и микроорганизмам, затем в сукцессию вовлекаются

животные. Цепи питания постепенно усложняются, взаимоотношения совершенствуются. Для

установления равновесия и стабильности БГ требуются сотни и тысячи лет. Состояние устойчивого

равновесия называется климаксом. В этом состоянии БГЦ способен противостоять кратковременным

внешним воздействиям. Глобальное изменение (смена климата) приводит к эволюции БГЦ. В

настоящее время мощным фактором изменения БГЦ (до полного разрушения) является

антропогенный.

7.5. Структура биосферы.

Термин биосфера был впервые введен австрийским геологом Зюссом в 1875 году для

обозначения особой, живой оболочки Земли. Основы современных представлений о биосфере

разработал академик В.И.Вернадский. Он впервые показал роль живых организмов в геохимических и

энергетических превращениях минеральных оболочек природы, т.е. неживой природы.

Биосфера – оболочка Земли, которая населена и активно преобразуется живыми существами.

Структурно состоит из биогеоценозов и включает следующие основные элементы:

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе

жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки)

3. Косное вещество, к. образуется без участия организмов (продукты тектонической

деятельности, метеориты)

4. Биокосное вещество – результат жизнедеятельности и абиогенных процессов (почвы).

Биосфера – многоуровневая система. Граница биосферы определяется областью

распространения в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница – около 20 км на высоте,

лимитирующий фактор – радиация, защита – озоновый слой. Нижняя граница в гидросфере на всей

глубине мирового океана (10-11 км), в литосфере зависит от уровня проникновения воды (около 7,5

км).

Общая характеристика живого вещества: растения около 300 тыс видов, 99% биомассы,

животные около 1,5 млн видов, 1% биомассы, из них 93% сухопутные, 7% водные; (95% -

беспозвоночные, правило экологической пирамиды). Живое вещество – наиболее активный компонент

биосферы, производит гигантскую геохимическую работу, способствуя преобразованию всех других

оболочек земли в геологическом масштабе времени. Так, например, в результате фотосинтеза за год

образуется 115 ·10

млрд. т сухого органического вещества, 123 ·10

т кислорода.

7.6 Круговорот веществ как главная функция биосферы

Благодаря круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при

ограниченном запасе доступных химических элементов.

Важнейшие круговороты: воды, кислорода, углерода, азота, серы, фосфора.

Круговорот воды. Полный цикл биотического круговорота 2,5 млн лет. Испарение с

поверхности водоемов, перенос воздушными течениями на многие километры, выпадение в виде

осадков на поверхность суши и океанов, разрушение горных пород, растворение минеральных

веществ, которые становятся доступными для растений и микроорганизмов; вода обеспечивает все

биохимические процессы, по цепи питания для всех организмов, стекает в водоемы, испаряется и т.д.

Круговорот углерода. Полный цикл 300 лет. Вся органика содержит С. Начинается с фиксации

атмосферного СО

растениями в процессе фотосинтеза, образуются углеводы и др. органика,

использующаяся растениями и животными, которые в процессе дыхания выделяют СО

, при

разложении мертвых организмов происходит окисление органики тоже с выделением СО

, т.е.

происходит возвращение углерода в атмосферу.

Круговорот азота: в фиксации атмосферного азота большую роль играют азотфиксирующие

микроорганизмы и водоросли. Нитраты поступают в растения и используются для синтеза белка,

который затем попадает к консументам. После отмирания живых организмов белок разлагается

гнилостными микроорганизмами до аммиака, затем до нитратов, часть которых в результате

деятельности денитрифицирующих бактерий разлагается до газообразного азота.

7.7 Основы учения о ноосфере

Ноосфера (noos - древнегреч. разум) – сфера человеческого разума, мыслящий пласт, оболочка,

существующая в биосфере самостоятельно. Учение о ноосфере было разработано академиком

В.И.Вернадским. Он считал, что с появлением человека начался качественно новый этап в развитии

биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.

Положительные последствия воздействия человека: выведение новых пород домашних

животных, сортов с/х растений, создание культурных биогеоценозов, разработка новых штаммов

микроорганизмов для целей биотехнологии, сохранение исчезающих видов в заповедниках, в будущем

– восстановление исчезнувших путем клонирования.

Отрицательные: потребление (часто нерациональное) природных ресурсов, которые делятся на

восполняемые (леса, водные, животные, растения) и невосполняемые (полезные ископаемые – нефть,

уголь, руды); загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами,

радиоактивными веществами, истребление видов растений и животных (сейчас около 600 видов

позвоночных на грани полного истребления, например, киты, кенгуру, бегемоты); разрушение

биогеоценозов.

8. Эволюция биосферы

8.1. Основные концепции эволюции. История развития эволюционного учения.

В истории развития эволюционного учения можно выделить несколько основных концепций,

по-разному объясняющих происхождение и целесообразное устройство живого мира.

1. Креационизм – жизнь возникла в результате акта творения, все существующее в этом мире

постоянно и неизменно.

2. Трансформизм – допускает некоторую изменчивость отдельных особей, но целесообразность –

изначальное свойство организмов, данное богом.

3. Эволюционная теория Ламарка – признание исторического развития живого, но

целесообразность – свойство, данное творцом.

4. Дарвинизм – эволюционная теория, изучающая общие закономерности развития

органического мира; целесообразность в строении живых существ – результат борьбы за

существование и естественного отбора.

5. Современная эволюционная теория как синтез дарвинизма и генетики.

Мыслители древности задумывались о происхождении и развитии жизни на Земле.

Например, Фалес из Милета (5 век до нашей эры) считал, что общий источник всего живого – вода;

Гераклит считал основой мира движение: «Все течет и ничто не остается постоянным»; Эмпедокл

писал, что в основе всего существующего 4 физических принципа: огонь, воздух, вода и земля, ими

управляют две силы – объединяющая (любовь) и разъединяющая (ненависть).

Доктрина абиогенеза (спонтанного самозарождения жизни) возникла в Древней Греции и

господствовала вплоть до 18 века. Сущность: неживая материя, соединяясь с атомами огня

(Демокрит) или с божественным активным началом (душой, Платон), образует живые существа.

Аристотель высказывал идею о «лестнице существ», но без идеи о развитии от низшего к высшему.

Средние века были шагом назад в истории развития эволюционного учения, господствовали

догматические метафизические представления о неизменности живого и целесообразности как

результате мудрости творца.

В конце 17 – начале 18 веков исследования ученых приводят к ломке догматов и застывших

представлений об абиогенезе. Термин «эволюция» введен в 1762 году Шарлем Боннэ.

Окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в современных условиях Пастер

в 1861. Отрицание старой теории абиогенеза привело к формированию представлений о вечности

жизни во Вселенной, возникла гипотеза панспермии (Аррениус).

В 18 веке возникает, а в 19 активно развивается идея об изменяемости видов (Бэкон,

Бюффон), закладываются основы классификации живого мира (Линней). Ломоносов, Кант, Дидро

разработали вопрос о влиянии фактора времени, т.е. Земля существовала гораздо более длительный

период времени, чем это предполагалось ранее. Однако единой системы взглядов не было.

Впервые ее попытался создать Жан-Батист Ламарк (1744-1829). Считается первым

эволюционистом. Расположил живые организмы в ряд от простейших до сложных и высказал идею о

том, что низшие постепенно усложнялись, превращаясь в высшие.

Основные положения теории Ламарка:

1. Творец Вселенной создал лишь материю и законы, постоянно действующие в природе, а

потом не вмешивался в дела Природы.

2. Ступени, на которых располагаются живые существа – результат прогрессивной эволюции,

усложнения форм жизни.

3. Эволюция – длительный исторический процесс, изменения протекают очень медленно,

незаметно для человека.

4. Существует два фактора эволюции: влияние внешней среды и тенденция к

совершенствованию (целесообразности), которая дана богом.

Предпосылками возникновения дарвинизма в18-19 веках стало развитие промышленности и

торговли, приведшее к расширению знаний о возможностях селекции животных, о живых существах

разных континентов; в различных областях биологии накопилось большое количество фактов,

свидетельствующих о единстве всего живого и изменчивости видов.

Чарльз Роберт Дарвин (1809-1882) сделал гениальное обобщение этих фактов. В 1859 году

вышла его труд «Происхождение видов путем естественного отбора», который стал переворотом в

естествознании. Эволюционное учение Ч. Дарвина включает 3 основных раздела:

 рассмотрение совокупности доводов, подтверждающих историческое развитие организмов;

 положения о движущих силах эволюции (наследственность, изменчивость, естественный отбор,

борьба за существование);

 представления о путях эволюционных преобразований (основной – дивергенция).

Классический дарвинизм – учение о макроэволюции - об эволюции крупных групп

организмов в течение геологических периодов на обширных территориях, т.е. о процессе

формирования таксонов надвидового ранга (не может быть исследован экспериментально).

Микроэволюция – эволюция вида, изучает изменения, приводящие к его дифференцировке

вплоть до образования новых видов.

8.2. Доказательства эволюции

1. В области генетики, цитологии, биохимии – доказательства единства происхождения

живого мира:

o сходный химический состав и соотношение биогенных элементов, причем все эти элементы есть и

в неживойприроде;

o одинаковые принципы строения и функционирования белков и нуклеиновых кислот, в т.ч.

генетическое кодирование, механизмы биосинтеза, энергетические циклы;

o клеточное строение всех живых существ, одинаковые механизмы деления клеток.

2. В палеонтологии

На основе изучение ископаемых остатков (в т.ч. методами радиоактивных изотопов) создана

шкала геологического времени – история Земли разделена на эры, периоды, эпохи, которые

существенно отличались соотношением между сушей и морями, климатом. Это приводило к смене

флор и фаун, изменениям в структуре биогеоценозов.

Катархей (ранее 3,5 млрд лет назад)– не было жизни.

Архей (3,5 млрд. лет назад) – возникновение жизни (первичные прокариоты, цианобактерии,

начало формирования кислородной оболочки), существование единого материка – Пангеи, который

затем разделился.

Протерозой (2,6 млрд. лет назад) – возникновение всех типов беспозвоночных, жизнь в воде

(медузы, водоросли, плеченогие, членистоногие, простейшие, беспозвоночные). Насыщение воздуха

кислородом, образование озонового слоя – защиты от излучения – возможность выхода на сушу.

Палеозой (570 млн. лет назад) – 6 периодов (кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, пермь),

появление первых позвоночных, расцвет амфибий, выход животных на сушу в результате поднятия

платформ и увеличения площади суши.

Мезозой (230 млн. лет назад) – 3 эры (триас, юра, мел), расцвет рептилий. Продолжается

поднятие суши, тепло. Возникают и вымирают различные пресмыкающиеся. Растения становятся

покрытосеменными, цветковыми, появляются древнейшие птицы.

Кайнозой (66 млн. лет назад) – 3 эры (палеоген, неоген, антропоген), расцвет млекопитающих.

Возникновение морских и наземных организмов всех современных групп, птицы, млекопитающие.

Человек как вид появился в кайнозойскую эру, конец третичного – начало четвертичного периода, мы

живем в современную эпоху (около 11 тысяч лет с окончания последнего оледенения).

3. В биогеографии

В настоящее время на Земле выделяют 6 биогеографических зон, в которых обитают

специфические (эндемичные) виды организмов.

В основе такого деления – научно доказанное предположение о том, что каждый вид возникал

однажды в определенном месте (центр происхождения, теория Н.И.Вавилова), откуда расселялся, пока

не встречал преграду (географическую, климатическую, пищевую).

Палеоарктическая область (Европа, Африка к северу от Сахары, часть Азии к северу от

Гималаев). Основные биомы: тундра, хвойные леса, степи, лиственные леса, жестколистные леса,

пустыни. Эндемичные виды: кроты, олени, овцы, козы, скворцы, сороки.

Неоарктическая область (Гренландия, Северная Америка). Основные биомы те же.

Эндемичные виды: луговые собачки, опоссумы, скунсы, еноты, полярный заяц, медведь, лоси, олени.

Четкая взаимосвязь с палеарктической областью указывает на то, что в прошлом существовал

сухопутный мост.

Неотропическая область (Южная и Центральная Америка, юг Мексики). Основные биомы:

тропический лес, степи (пампа), пустыни. Эндемичные виды: ламы, цепнохвостые обезьяны, тапиры,

ленивцы, муравьеды, многие виды птиц.

Индо-Малайская область (Восточная, Индия, Цейлон, Индокитай, юг Китая). Основной биом:

тропический лес. Широко представлены приматы, в т.ч. орангутанги, тигры, черная пантера,

индийский слон, лианы, бамбук, черное дерево.

Эфиопская область (Африка к югу от Сахары, Мадагаскар). Основные биомы: тропический

лес, саванна, пустыня; гориллы, шимпанзе, зебры, носороги, бегемоты, жирафы, львы, гиеновые

собаки.

Австралийская область (Австралия, Новая Зеландия, Новая Гвинея) Основные биомы такие

же. Утконос, кенгуру, коала, страус эму, какаду. Считается, что сохранение сумчатых в Австралии –

результат ее обособления от Азии до возникновения высших млекопитающих.

4. В систематике (науке о классификации)

Все живые существа можно объединить в иерархическую систему таксономических единиц

(виды, роды, семейства, отряды (порядки), классы, типы (отделы), царства), связанных

эволюционными отношениями.

Основы современной систематики были заложены Карлом Линнеем в середине 18 века.

Различают два типа классификаций:

- искусственная (условная, утилитарная) на основе одного или нескольких легко

обнаруживаемых признаков (например, по окраске, способу передвижения, ядовитости, месту

обитания и т.д.);

- естественная – отражающая эволюцию, родственные связи, в виде генеалогического

древа (плакат).

В настоящее время в науке используют фенотипическую – на основе современных данных о

морфологическим, цитологическом и биохимическом сходстве между организмами) или

филогенетическую (с использованием данных генетического анализа).

5. В сравнительной анатомии и физиологии

У многих форм наблюдается единство плана строения (например, скелеты позвоночных

животных – лягушки и обезьяны), что указывает на родство особей.

Гомологичные органы – имеющих сходное строение, одинаковое положение в теле и

развивающиеся из одинаковых эмбриональных зачатков у разных животных. Пример: ласт тюленя –

крыло летучей мыши – передняя конечность лошади – рука человека (количество и форма костей,

мышц, сосудов, нервов одинаково или близко).

Рудиментарные органы - утерявшие в филогенезе свое значение и функцию, оставшиеся в виде

недоразвитых образований 9 у человека около 100.

Атавизмы – появление признаков, присущих далеким предкам и в норме не встречающееся у

современных форм (обильная волосатость, хвост у человека)

Аналогичные – выполняющие одинаковые функцию, но не имеющие единства строения и

происхождения (крылья насекомых и птиц).

Конвергентные – аналогичные органы и формы тела у организмов разных классов, живущих в

одинаковых условиях (акула, ихтиозавр, дельфин)

Изучение строения и функционирования органов дыхания, пищеварения, кровообращения,

выделения и др. свидетельствуют об эволюции. Особую ценность представляют формы, сочетающие в

себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Примеры: эвглена зеленая, ланцетник,

яйцекладущие.

6. В эмбриологии.

В конце 18 века обнаружено необычайное сходство между зародышами совершенно разных по

виду и систематике животных. Это сходство указывает на родство.

Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства: черты, общие для большой группы

родственных животных (класс, род) проявляются в развитии зародыша раньше частных признаков

вида.

Классический пример: на ранней стадии развития зародыши рыбы, саламандры, черепахи,

крысы и человека необычайно сходны. В дальнейшем – все больше различий, формируются особые

признаки вида. Гипотеза: сначала действуют наиболее древние гены далеких предков, позднее

контроль генов, характерных для современных видов.

В 1866 Геккель сделал более широкое обобщение и сформулировал ОСНОВНОЙ

БИОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ЗАКОН: онтогенез есть краткое повторение филогенеза, т.е. зародыш в

процессе развития повторяет эволюционный путь своих предков.

8.3. Элементарные эволюционные факторы

1. Изменчивость

Мутационная изменчивость – основная форма; в виде генных, хромосомных и геномных

мутаций. Хотя мутации происходят редко (вероятность генной мутации10

-6

), но в целом

накапливается значительное количество. Большинство накапливающихся мутаций – рецессивные

(доминантные тут же проявляются и подвергаются жесткому отбору), при этом популяция остается

генетически однородной – скрытый резерв наследственной изменчивости. Доля полезных мутаций

мала (1 на 10

вредных), но за период существования вида накапливаются значительные количество,

что может привести к образованию нового вида, более приспособленного к новым условиям

существования.

Комбинативная изменчивость – следствие механизмов мейоза (кроссинговер, случайное

расхождение гомологичных хромосом, случайное сочетание гамет), большое разнообразие генотипов

и фенотипов – исходный материал для естественного отбора.

2. Естественный отбор – избирательное (дифференциальное) воспроизведение

определенных генотипов (выживание наиболее приспособленных), функционирует при наличии 2

факторов: интенсивного размножения особей и борьбы за существование.

Интенсивность размножения – рождается намного больше особей, чем может выжить Гибель

потомства – результат борьбы за существование.

Различают 3 вида борьбы за существование:

- межвидовая (между хищниками-плотоядными и травоядными, травоядными и

растениями, птицами и насекомыми, между культурными растениями и сорняками, между

микроорганизмами разных видов и т.д.);

- внутривидовая (между особями одного вида – рыжие тараканы вытесняют черных,

серая крыса – черную, конкуренция за места гнездования, самцов – за самку, каннибализм у рыб);

- с неблагоприятными условиями внешней среды (с засухой, заморозками,

переувлажнением - растения, недостаток кислорода в воде – рыбы, резкие колебания температуры –

возникновение теплокровности и шерстного покрова).

Кто выживает в этой борьбе? Те виды, которые наиболее приспособлены к конкретным

определенным условиям окружающей среды. Следовательно, эволюционный процесс носит

приспособительный характер, а целесообразность обусловлена взаимосвязью и соответствием всех

органов в организме условиям существования в определенных условиях.

Примеры приспособлений: внешний вид – покровительственная окраска, маскировка,

предупреждающая окраска, мимикрия.

В зависимости от направленности и результата различают следующие формы естественного

отбора:

Направленный (движущий) – вызывает прогрессивное или направленное в одну строну

изменение генетического состава популяции, проявляется в сдвиге средних значений отбираемых

признаков в сторону их усиления (ослабления), характерен для популяций в процессе приспособления

к новой среде (при медленно изменяющихся условиях внешней среды). Этот принцип используют при

искусственном отборе. Пример: индустриальный меланизм бабочек.

Стабилизирующий отбор – сохраняет в популяции средний вариант фенотипа (признака),

устраняет из репродуктивного процесса фенотипы, отклоняющиеся от нормы. Наиболее

распространенная форма, характерна для постоянных условий окружающей среды.

Дизруптивный (разрывающий) отбор – сохраняет крайние формы, направлен против

«средних» особей.

Дарвин: «Естественный отбор ежедневно, ежечасно расследует по всему свету мельчайшие

изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно, невидимо, где бы и

когда бы только ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического

существа.

2. Изоляция – возникновение любых барьеров, препятствующих скрещиванию

организмов, связана с другими факторами. Различают:

o Географическую (пространственную) – разрыв единого ареала водными или наземными

преградами, обособление отдельных популяций, в каждой свои мутации, изменчивость, отбор,

изменение генотипа, изменение фенотипа;

o Биологическую (репродуктивную) из-за несовпадения сезонов размножения, особенностей ритуала

ухаживания, различия в строении органов размножения, несовместимость гамет.

3. Популяционные волны – периодические колебания численности организмов в

природных популяциях. Причины различны: соотношение численности хищников и травоядных,

деятельность человека (размножение кроликов в Австралии, колорадского жука и т.д.). Рост

численности сопровождается расширением территории, возможно слияние с другими популяциями,

выселение за пределы ареала, где могут быть другие условия существования. При спаде численности

распад крупных популяций, изоляция отдельных групп, в которых возможно сохранение редких

мутационных аллелей, приводящих к возникновению новых видов.

4. Дрейф генов (генетико-автоматические процессы). Когда особей в популяции мало,

возможны случайные отклонения от общих закономерностей наследственности и изменчивости,

которые могут привести к утрате или закреплению признака вне его связи с приспособительной

ценностью.

8.4 Основные направления эволюционного процесса (макроэволюция).

Вопрос разработан академиком А.Н. Северцовым. Различают два направления – биологический

прогресс и биологический регресс.

Биологический прогресс – возрастание приспособленности организмов к окружающей среде,

ведущее к увеличению численности и более широкому распространению видов (т.е. к процветанию

вида).

Пути достижения биологического прогресса:

 Aрогенез (от греч. поднимаю, развитие) или морфофизиологический прогресс –

усложнение организации, приобретение крупных изменений строения – ароморфозов (поднимаю,

форма), приводящих к усложнению организации, повышению уровня живой системы.

 Аллогенез (от греч. иной, развитие) – приобретение идиоадаптаций (особенность,

приспособление) – приспособление к специальным условиям среды, полезное в борьбе за

существование, не изменяет уровня организации (разные виды вьюрков на Галапагосских островах -

разные типы питания – разные клювы; в отряде парнокопытных млекопитающих – кабан, зубр,

бегемот, олень, лось);