Назовите не менее трех групп методов изучения эволюции и кратко раскройте их суть

Обновлено: 30.06.2024

Рассмотрим главнейшие из методов изучения эволюционного процесса, представляемых биологическими дисциплинами в последовательности, которая отражает проникновение эволюционных идей в эти дисциплины: сначала палеонтологические, биогеографические, морфологические, эмбриологические и систематические, а затем данные генетики, биохимии, молекулярной биологии.

Палеонтологические методы. По существу, все без исключения методы палеонтологии как науки об ископаемых организмах могут рассматриваться как методы изучения эволюционного процесса. Рассмотрим более подробно лишь главнейшие палеонтологические методы изучения эволюции: выявление ископаемых промежуточных форм, восстановление филогенетических рядов и обнаружение последовательности ископаемых форм.

Ископаемые переходные формы – формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых групп. Поиски и детальные описания таких форм служат важными методами восстановления филогенеза отдельных групп.

Яркий представитель переходных форм – ископаемая Ichthyostega (рис. 6.3), позволяющая связать рыб с наземными позвоночными. Наиболее древние наземные позвоночные из группы стегоцефалов также сохраняют некоторые рыбообразные черты.

Рис. 6.3. Примеры ископаемых переходных форм: А – переходная форма от рыб к наземным позвоночным – девонская ихтиостега (Ichthyostega), Б – прообраз переходной формы от рептилий к птицам – юрская первоптица (Archaeopteryx); В – переходная форма от рептилий к млекопитающим – звероподобная рептилия из группы терапсид (Lycaenops) (по И.И. Шмальгаузену. 1969; А. Ромеру, I968; P. Питерсону, 1978)

Переходными формами от рептилий к птицам являются юрские первоптицы Archaeopteryx с длинным, как у рептилии, хвостом, несросшимися позвонками и брюшными ребрами, развитыми зубами. Но это были уже настоящие птицы: тело покрыто хорошо развитыми перьями, передние конечности превращены в типичные крылья. Последний из рассматриваемых в этой связи примеров – звероподобная рептилия Lycaenops из группы терапсид. Развитие большой зубной кости (os dentale), вторичного костного нёба, типичная для млекопитающих дифференцировка зубов на клыки, резцы и зарезцовые зубы, как и многие другие черты, делали общий облик этого животного похожим на хищных млекопитающих. Но по ряду основных черт строения и образу жизни это были настоящие рептилии.

В настоящее время описаны и многие другие ископаемые переходные формы не только крупных (типы, отряды, классы), но и более мелких (отряды, семейства) групп животного и растительного мира. Исследование переходных форм – важный метод изучения эволюционного процесса.

Палеонтологические ряды – ряды ископаемых форм, связанных друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза. По числу найденных промежуточных звеньев такой ряд может быть более или менее подробным, но во всех случаях это должен быть именно ряд форм, близких не только основными, но и частными деталями строения и, несомненно, генеалогически связанных друг с другом в процессе эволюции.

Такие ряды ископаемых предков особенно интересно анализировать с эволюционной точки зрения в отношении современных форм: доступность для глубокого анализа заключительного, современного нам звена цепи позволяет лучше понять особенности развития всего эволюционного ряда.

К настоящему времени известно немало палеонтологических рядов (например, лошадей, носорогов, слонов). Анализ эволюционного ряда лошадей (рис. 6.4) начат еще исследованиями основателя эволюционной палеонтологии В.О. Ковалевского (1842– 1883).

Рис. 6.4. Эволюционное древо семейства лошадиных (Equidae). Видны постепенная смена листоядных форм травоядными и сокращение числа пальцев от пяти до одного (по Дж. Симпсону, 1948, упрощенно): 1 – Eohippus; 2 – Miohippus; 3 – Parahippus; 4 – Pliohippus; 5 – Equus

На примере анализа ствола лошадиных видна постепенность процесса эволюции: сменяющие друг друга ископаемые формы приобретали все большее сходство с современными. При сравнении эоценового эогиппуса с современной лошадью трудно убедительно доказать их филогенетическую связь. Наличие многих последовательно сменяющих друг друга форм на обширных пространствах ряда континентов (эволюция лошадей происходила в основном в Северной Америке и Евразии, хотя некоторые формы проникли и в Южную Америку) позволило построить филогенетический ряд с высокой степенью достоверности. На этом же примере видно, что, строго говоря, речь идет не просто о ряде форм, а о более сложных пространственно-временных отношениях групп. Развитие таких сменяющих друг друга пучков (вееров), форм чрезвычайно характерно для отдельных стволов любых групп в процессе эволюции.

Ускоренная подготовка к ЕГЭ с репетиторами Учи.Дома. Записывайтесь на бесплатное занятие!

-->

Задания Д1 № 24237

Рассмотрите предложенную схему классификации методов изучения эволюции. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме знаком вопроса.

Методы изучения эволюции — это доказательства эволюции живой природы.

Палеонтологический метод: филогенетический ряд лошади; окаменелости и отпечатки организмов.

Палеонтология — наука, изучающая остатки вымерших организмов, выявляющая их сходства и различия с современными организмами. Благодаря палеонтологическим данным удалось установить переходные формы и филогенетические ряды.

Филогенетические ряды — последовательные ряды ископаемых форм организмов, эволюция которых совершалась в указанных направлениях. Такие ряды видов, последовательно сменяющих друг друга организмов, свидетельствуют о существовании эволюционного процесса.

Основным методом изучения эволюционного процесса является так называемый "метод тройного параллелизма", включающий данные сравнительной анатомии, эмбриологии и палеонтологии. Большое значение для изучения филогенеза имеют также методы биогеографии, систематики. В настоящее время используются также данные генетики, биохимии, молекулярной биологии и других наук.

1.Морфологические методы (методы сравнительной анатомии, гистологии и др.):

а) изучение гомологичных (сходных по строению и происхождению) и аналогичных (сходных по функции) органов;

б) изучение рудиментов (органов и структур, утративших свое назначение в процессе филогенеза) и атавизмов (“возврат к предкам” - появление органов, характерных для далеких предков);

в) изучение сравнительно-анатомических рядов - гомологии органов у специально подобранных организмов. Например, изменение конечностей в ряду современных непарнокопытных млекопитающих (тапира, носорога, лошади), показывающих путь эволюции, приведший к возникновению однопалой ноги у лошади.

2. Эмбриологические методы:

а) выявление зародышевого сходства между организмами отдаленными в систематическом отношении (закон зародышевого сходства К.Бэра, который гласит, что чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами). Так, на ранних стадиях развития эмбрионы позвоночных не отличаются друг от друга. Лишь на средних стадиях развития у зародышей появляются особенности, характерные для рыб и амфибий; на более поздних стадиях - особенности рептилий, птиц и млекопитающих;

б) изучение рекапитуляции (закон Мюллера- Геккеля - основной биогенетический закон) - в процессе онтогенеза повторяются (рекапитулируют) многие черты строения предковых форм. Концепция рекапитуляции помогает восстановить ход эволюционного развития многих групп и органов, палеонтологические материалы, по которым отсутствуют или недостаточны.

3. Методы палеонтологии – науки об ископаемых организмах – могут рассматриваться как методы изучения эволюционного процесса. Главнейшими палеонтологическими методами изучения эволюции являются:

а) выявление ископаемых переходных форм - форм организмов, сочетающих признаки более древних и молодых групп. Например, ископаемая ихтиостега позволяет связать рыб с наземными позвоночными. Древние наземные позвоночные из группы стегоцефалов сохраняют некоторые рыбообразные черты. Переходными формами от рептилий к птицам является археоптерикс.

б) восстановление палеонтологических рядов - рядов ископаемых форм, связанных друг с другом в процессе эволюции и отражающих ход филогенеза. В настоящее время известно много различных палеонтологических рядов: лошадей, носорогов и слонов. Анализ эволюционного ряда лошадей был проведен основателем эволюционной палеонтологии В.О. Ковалевским (1842 - 1883). При послойном анализе ископаемых форм можно получить данные о последовательности возникновения и изменения форм в эволюции.

4. Биогеографические методы:

а) сравнение фаун и флор, а также изучение особенностей развития современных континентов Земли. Это показывает, как тесно связаны особенности видового состава отдельных районов планеты с историей этих территорий;

б) островная биогеография – изучение эволюции островных фаун и флор. Например, давно обособившийся (десятки миллионов лет) от африканского материка остров Мадагаскар имеет своеобразную фауну: из 36 родов млекопитающих 32 рода - эндемичны;

в) изучение реликтовых (виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп прошлых эпох) и эндемичных (нехарактерных для данной географической зоны) видов растений и животных. Примером реликтовой формы является гаттерия - единственный представитель целого подкласса рептилий, живших на Земле десятки миллионов лет назад - в мезозое. Реликтовой формой является кистеперая рыба латимерия, сохранившаяся малоизмененной с девона в глубоководных участках прибрежных вод Восточной Африки. Среди растений реликтом является гинкго - декоративное растение, распространеное в Китае и Японии.

5. Методы систематики:

Выявление систематического положения той или иной группы относительно других групп. Это связано с решением эволюционных проблем восстановления генеалогии, путей эволюционного развития сравниваемых групп. Существование форм, сочетающих в своем строении признаки разных типов организации и занимающих, поэтому промежуточное систематическое положение, определяется общим родством организмов. Примером переходных форм между оболочниками (примитивной группой хордовых) и позвоночными животными служит род ланцетников, для которых характерны все признаки хордовых, но развиты они незначительно (А.О.Ковалевский). Это свидетельствует о единстве их происхождения. Микросистематика – выявление внутривидовой структуры – подвидов, рас и т.д. Выявление истинного филогенетического родства таких группировок необходимо для определения внутривидовых таксонометрических категорий, показывающих пути исторического развития отдельных частей видового населения и вида в целом.

6. Генетические методы:

Изучение кариотипов различных организмов и сравнение их у близких видов и видов, отдаленных в систематическом отношении. Определяется генетическая совместимость сравниваемых форм (например, посредством гибридизации), и анализ цитогенетических особенностей организмов.

7. Методы молекулярной биологии:

Выяснение строения нуклеиновых кислот и белков и сравнение их у разных организмов. Методом гибридизации ДНК установлено, что ДНК человека оказывается гомологичной ДНК макаки на 66%. быка - на 28%, крысы - на 8% и т.д.

8. Иммунологические методы:

С помощью реакции преципитации было показано, что ближайшие родственники человека - высшие человекообразные обезьяны, а наиболее далекие среди приматов - лемуры. Обнаружена близость птиц к крокодилам и черепахам. Найдены черты сходства между хордовыми и иглокожими.

Биогеографические методы. Биогеография дает в руки исследователей методы, позволяющие проанализировать общий ход эволюционного процесса в самых разных масштабах.

Островные формы. Фауна и флора островов оказывается тем более своеобразной, чем глубже и дольше эти острова были изолированы от основной суши. Так, например, сравнительно недавно потерявшие связь с материком Британские острова имеют фауну с небольшим числом автохтонных (возникших именно здесь) видов. К последним относятся куропатка-граус (Lagopus scoticus), два вида полевок, несколько уже упоминавшихся пресноводных сигов, ряд улиток и некоторое число видов мелких насекомых. С другой стороны, давно обособившийся (десятки миллионов лет) от африканского материка остров Мадагаскар имеет фауну настолько своеобразную, что выделяется в особую зоогеографическую подобласть: из 36 родов млекопитающих 32 рода эндемичны; из 127 родов птиц эндемична почти половина.

Реликты. О флоре и фауне далекого прошлого Земли свидетельствуют и реликтовые формы. Реликты – отдельные виды или небольшие группы видов с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп прошлых эпох. Среди животных одной из наиболее ярких реликтовых форм является гаттерия (Sphenodon punctatus) – единственный представитель целого подкласса рептилий. В ней отражены черты рептилий, живших на Земле десятки миллионов лет назад – в мезозое (рис. 6.13). Гаттерия живет в глубоких норах на островах залива Пленти (Новая Зеландия). Другой известный реликт – кистеперая рыба латимерия (Latimeria chalumnae), сохранившаяся малоизмененной с девона в глубоководных участках прибрежных вод Восточной Африки.

Морфологические методы. Использование морфологических (сравнительно-анатомических, гистологических и др.) методов изучения эволюции основано на принципе: глубокое внутреннее сходство организмов может показать родство сравниваемых форм.

Гомология органов. Органы с общим планом строения, развивающиеся из сходных зачатков, находящиеся в сходном соотношении с другими органами и выполняющие как сходные, так и различные функции, называются гомологичными. Другими словами, это органы, имеющие глубокое сходство в строении, основанное на единстве происхождения соответствующих организмов.

У человека атавизмами являются хвост, мощный волосяной покров на поверхности тела, наличие не двух, а нескольких пар сосков и т.п. Развитие у лошади вместо грифельных косточек (рудиментарных пальцев) настоящих боковых пальцев, так же как и развитие у китообразных выступающих на поверхность тела задних конечностей,– примеры атавизмов. Отличие рудиментарных органов от атавизмов состоит в том, что первые встречаются у всех членов данной популяции, вторые – лишь у немногих особей.

Рудиментарные органы и атавизмы – убедительные доказательства процесса эволюции.

Эмбриологические методы. Эмбриология располагает целым арсеналом методов изучения эволюционного процесса. Среди них главные: выявление зародышевого сходства и изучение рекапитуляции.

Выявление зародышевого сходства. В первой половине XIX в. выдающийся натуралист К. Бэр сформулировал «закон зародышевого сходства: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами. Например, на ранних стадиях развития эмбрионы позвоночных не отличаются друг от друга. Лишь на средних стадиях развития в сравниваемом ряду у зародышей появляются особенности, характерные для рыб и амфибий; на ее более поздних стадиях – особенности рептилий, птиц и млекопитающих

Принцип рекапитуляции отнюдь не ограничивается лишь морфологическими изменениями. В процессе эволюции позвоночных происходит постепенная утрата ферментов, необходимых для распада мочевой кислоты (конечного продукта обмена пуринов). Так, у некоторых рептилий и птиц конечный продукт такого обмена – мочевая кислота, у земноводных и большинства рыб – мочевина, у беспозвоночных – аммиак. Эмбриобиохимические исследования показали, что зародыш птиц на ранних стадиях развития выделяет аммиак, на более поздних – мочевину, а на последних стадиях развития – мочевую кислоту. Сходным образом у головастиков – личинок бесхвостых амфибий – конечный продукт обмена – аммиак, а у взрослых лягушек – мочевина.

Эти факты показывают на действие принципа рекапитуляции и среди физиолого-биохимических признаков.

Генетические методы изучения эволюции разнообразны. Это и прямое определение генетической совместимости сравниваемых форм (например, посредством гибридизации), и анализ цитогенетических особенностей организмов. Изучением повторных инверсий в определенных хромосомах у разных популяций одного и того же или близких видов можно с большой точностью восстановить последовательность возникновения таких инверсий, т.е. восстановить микрофилогенез таких групп (рис. 6.27). Анализ числа и особенностей строения хромосом в группах близких видов часто позволяет выявлять направления возможной эволюции генома таких форм, т.е. выяснять их эволюционные взаимоотношения. На рис. 6.28 приведены хромосомные наборы ряда близких форм, которые могли возникнуть лишь в процессе последовательной полиплоидизации генома исходного типа, а в табл. 6.4– примеры рядов полиплоидных видов у некоторых растений.

Выяснение строения нуклеиновых кислот и белков. На молекулярном уровне процесс эволюции связан с изменением состава нуклеотидов (в ДНК и РНК) и аминокислот (в белках). На современном этапе развития молекулярной биологии можно анализировать число различий в последовательностях элементов нуклеиновой кислоты или белка разных видов, судить по этому показателю о степени их отличий. Поскольку каждая замена аминокислоты в белке может быть связана с изменением одного, двух или трех нуклеотидов в молекуле ДНК, компьютерными методами можно вычислить максимальное и минимальное число нуклеотидных замен, необходимых для замещения аминокислот в белке.

Биохимический полиморфизм. Начиная с 60-x годов в практику микроэволюционных исследований широко входит метод изучения вариаций белков, обнаруживаемых с помощью электрофореза (Р. Левонтин). С помощью этого метода можно с большей точностью, чем прежде, определять уровень генетической изменчивости в популяциях, а также степень сходства и различия между популяциями по сумме таких вариаций. При биохимических сравнениях ныне живущих организмов показано, что ранние метаболические звенья синтеза стеринов, каротиноидов, вторичных метаболитов, реакции гликолиза и дыхания у многих растений и животных сходны и не нуждаются в участии кислорода. Завершающие же стадии многих метаболических путей, особенно у высокоорганизованных существ, протекают с его участием. Это свидетельствует об их эволюционной молодости и сложении в аэробной фазе истории Земли. Таким образом, с помощью биохимических методов (и в том числе молекулярно-биологических) можно исследовать эволюционные процессы самого разного масштаба. Несомненно, что в ближайшие годы арсенал этих методов должен существенно расшириться, учитывая значительное развитие исследований в этой области.

1. Палеонтологический метод. Заключается в изучении ископаемых остатков организмов, проживающих в прошлые геологические периоды, и сравнение их с ныне живущими видами или так же вымершими переходными формами.

2. Эмбриологический метод. Сравнение зародышей различных представителей животного мира на разных стадиях развития, нахождение сходств и расхождений.

3. Сравнительно-морфологический метод. Изучение внешнего и внутреннего строения одних видов, сравнение определённых морфологических частей организма одного вида с другим и нахождение сходств и различий между ними.

4. Биогеографический метод. Изучение географического положения популяций живых организмов, и сравнение их с предположительными данными о проживании других организмов в определённые геологические периоды, и на основании этого установление хода эволюции.

5. Генетический метод. Изучение хромосомных наборов видов, сравнение их между собой, и по мере нахождения сходств выстраивание эволюционной цепочки.

Читайте также: