Макроэволюция это в биологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Макроэволюция органического мира — это процесс формирования крупных систематических единиц: из видов — новых родов, из родов — новых семейств и т. д. В основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственность, изменчивость, естественный отбор и репродуктивная изоляция. Так же, как и микроэволюция, макроэволюция имеет дивергентный характер. Понятие макроэволюции интерпретировалось многократно, но окончательного и однозначного понимания не достигнуто. Согласно одной из версий, макроэволюция — изменения системного характера, соответственно, огромных промежутков времени они не требуют.

Содержание

Методология изучения

Процессы макроэволюции требуют огромных промежутков времени и непосредственно изучать её в большинстве случаев не представляется возможным. Одно из исключений — наблюдаемое ускоренное формирование новых надвидовых таксонов моллюсков в условиях гибели Аральского моря [1] .

Одним из методов изучения макроэволюции является компьютерное моделирование. Так, с конца 1980-х макроэволюция изучается с помощью программы MACROPHYLON [2] .

Доказательства макроэволюции

Сравнительно-анатомические доказательства

Все животные имеют единый план строения, что указывает на единство происхождения. В частности, об общих предках рыб, земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих говорит строение гомологичных органов (например, пятипалой конечности, в основе которой лежит скелет плавников кистепёрых рыб). О единых предках свидетельствуют и атавизмы — органы предков, развивающиеся иногда у современных существ. Например, к атавизмам у человека относится возникновение многососковости, хвоста, сплошного волосяного покрова и т. п. Ещё одно доказательство эволюции — наличие рудиментов — органов, утративших своё значение и находящихся на стадии исчезновения. У человека — это остатки третьего века, аппендикс, утрачиваемый волосяной покров и т. п.

Эмбриологические доказательства

У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается и начинают преобладать черты, свойственные таксонам более низкого порядка, к которым они принадлежат. Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.

Другой пример эмбриологических доказательств макроэволюции — происхождение из одних и тех же структур зародыша квадратной и суставной костей в челюстях у рептилий и молоточка и наковальни в среднем ухе у млекопитающих. Палеонтологические данные также подтверждают происхождение частей уха млекопитающих из костей челюсти рептилий.

Палеонтологические доказательства

К таким доказательствам относятся нахождение остатков вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трёхпалого и пятипалого предполагаемых предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших семенных папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных голосеменных и т. п. На основании палеонтологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.

Биохимические доказательства

Единообразие химического состава живых организмов (и их предковых форм), наличие элементов органогенов, микроэлементов.
Единообразие генетического кода у всех живых организмов (ДНК, РНК).
Сходство химизма процессов пластического и энергетического обмена. У подавляющего большинства организмов в качестве молекул-аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления сахаров и основной энергетический цикл клетки.
Ферментативный характер биохимических процессов.

Биогеографические доказательства

Распространение животных и растений по поверхности Земли отражает процесс эволюции. Уоллес разделил поверхность земли на 6 зоогеографических зон: 1. Палеоарктическая зона (Европа, Северная и Средняя Азия, Северная Африка) 2. Неоарктическая (Северная Америка) 3. Эфиопская (Центральная и Южная Африка) 4. Австралийская (Австралия, Тасмания, Новая Зеландия) 5. Индомалайская (Индия,) 6. Неотропическая (Южная и Центральная Америка) Чем теснее связь континентов, тем больше родственных видов на них обитает, чем древнее изоляция, тем больше различий между животными и растениями.

Макроэволюция — это процесс, который ведет к образованию надвидовых, систематических категорий (родов, семейств, отрядов). Для изучения макроэволюции требуются огромные промежутки времени, поэтому возникают трудности во время исследований. В конце 20 ст. с этой целью стали применять компьютерное моделирование.

Изучение макроэволюции и ее закономерности

При изучении макроэволюции были выявлены следующие закономерности:

Необоротность макроэволюционных изменений — возникшие новые формы жизни уже не вернутся к обличию предков.
Постоянное приспособление к меняющимся условиям среды — усложнение внутреннего строения, поведения.
Непредсказуемость — эволюция не имеет конкретной цели, а определяется естественным отбором.

Процессы, которые происходят на микро- или макроэволюционном уровне не имеют существенных отличий. Систематические единицы (таксоны) высшего ранга самостоятельно не возникают. Они образуются в результате появления новых видов, что обусловлено изменением генетической информации, дивергенцией и естественным отбором.

Макроэволюционные процессы возможны только благодаря микроэволюционным. Макроэволюция в отличие от микроэволюции ведет к образованию новых родов, семейств, классов, всех высших таксонов.

Микроэволюция обеспечивает изменения только внутривидовые и популяционные. Макроэволюция приводит к появлению новых органов, примеры: внутриутробное развитие потомства млекопитающих, живорождение, появление молочных желез.

Доказательства макроэволюции

Данные, подтверждающие возникновение новых надвидовых таксонов в эволюционной истории организмов сводятся к следующей таблице:

Макроэволюция и ее доказательства
Доказательства макроэволюции	Характеристика макроэволюции
Сравнительно анатомические	Представители животного мира имеют сходный план строения, что свидетельствует о единстве происхождения. Примером служит пятипалая конечность, зачатки которой встречались в плавниках кистеперых рыб. Теперь такое строение характерно для млекопитающих, птиц, рептилий, земноводных, рыб. Доказательством макроэволюции служат также атавизмы и рудименты. Атавизмы — органы давних предков, которые развиваются у современных видов (человек может родиться с несколькими сосками или полностью покрыты волосами). Рудименты – органы, которые утратили свою роль, но не исчезли полностью (остатки третьего века, копчик).
Эмбриологические	Первые этапы развитиявсех позвоночных животных на эмбриональном уровне практически идентичны (форма тела, жаберные дуги, хвост, один круг кровообращения).Но постепенно по мере созревания и роста, отличия стают существенными, каждый организм развивается и приобретает черты своего вида.
Палеонтологические	Данная группа доказательств объединяет находки останков вымерших предков, которые относились к переходным формам. Они позволяют отследить путь от одного вида животных к другому. К примеру, найдена пятипалая лошадь, которая является предком современных видов, которые имеют один палец. Это свидетельствует, что у предков лошадей было по 5 пальцев на конечностях.
Биохимические	Одинаковый химический состав клеток, как современных представителей, так и их предков. Сходство генетической информации у всего живого (ДНК, РНК). Процессы пластического и энергетического обмена имеют единые принципы. Большинство живых существ для выживания используют универсальный источник энергии АТФ. Сходные также этапы расщепления питательных веществ (белков, жиров, углеводов), их зависимость от ферментативных систем.
Биогеографические	Распространение флоры и фауны на разных континентах Земли отражает процессы макроэволюции. Чем ближе находятся континенты, тем больше похожих видов их населяет, чем дольше они были в изоляции, тем больше отличий в животном и растительном мире.

Какие доказательства макроэволюции дают нам палеонтологические данные?

Палеонтологические раскопки позволяют получить информацию о растениях и животных прошлого, возобновить прежний облик давно вымерших существ, установить связь между древними предками и современными потомками.

Изучение останков, полученных из земных пластов различных эр и эпох, дает возможность установить закономерности появления и развития разных видов. К примеру, самые древние пласты — это источники останков беспозвоночных животных, а более поздние пласты — хордовых. Молодые геологические слои содержат тела, похожие на современных животных и растений.

Ученые обнаружили также переходных существ, которые обладали свойствами древних и молодых видов. Такие находки доказывают существование макроэволюции. Ископаемая первоптица археоптерикс — связывает рептилий и птиц. Археоптерикс, как и рептилии, обладает длинным хвостом и несросшимися позвонками, а как птица — крыльями и покрывающими тело перьями.

Доказательством макроэволюции служат и филогенетические ряды. Сходство между остатками ранее живших животных и растений свидетельствует о происхождении одних видов от других.

Макроэволюция — это эволюционные преобразования, приводящие к возникновению систематических групп более высокого порядка, чем вид (т.е. род, семейство, отряд и т.д.).
■ Т.е. макроэволюция — это надвидовая эволюция.
■ В общем смысле макроэволюция — это процесс развития жизни на Земле в целом, включая ее (жизни) происхождение.
■ Макроэволюция является результатом многих микроэволюционных процессов, происходящих па больших пространствах в течение длительного времени.
■ В основе макро- и микроэволюции лежат одни и те же эволюционные закономерности.

Формы (способы осуществления) макроэволюции: дивергентная, филитическая, параллельная, конвергентная.

Дивергентная эволюция: независимое образование различных признаков у родственных организмов в процессе их приспособления к разным условиям существования, приводящее к распаду одной систематической группы на несколько групп (несколько видов галапагосских вьюрков произошли от одного общего предка в результате приспособления к разным видам пищи).

Филитическая эволюция: постепенное, происходящее без дивергенции, эволюционное изменение (перестройка) определенной систематической группы, ведущее к возникновению новой группы, отличной от исходной (филогенетический ряд предков лошади: фенокодус → эогиппус → миогиппус → парагиппус → плиогиппус → эквус).

Параллельная эволюция: независимое, параллельное формирование сходных адаптивных признаков у родственных, ранее дивергировавшихся групп, попавших в сходные условия существования (саблезубость в семействе кошачьих возникала четыре раза в двух независимых родах).

Конвергентная эволюция: приобретение сходных признаков у неродственных групп, развивавшихся в одинаковых условиях (сходство формы тела у акул, ихтиозавров и дельфинов, общие черты строения тела у прыгающих млекопитающих).

Главные направления эволюции

Историческая справка: 1925 г. — разработка А.Н. Северцовым учения о главных направлениях эволюции; 1934 г. — уточнение и дополнение этого учения И.И. Шмальгаузеном.

Биологический прогресс — происходящее эволюционным путем развитие систематической группы организмов, идущее в направлении возрастания приспособленности потомков к окружающей среде по сравнению с их предками. Это — общий путь развития живой природы от простого к сложному, от примитивного к более совершенному.

❖ Критерии (признаки) биологического прогресса:
■ увеличение численности особей в систематической группе;
■ расширение ареала обитания видов, составляющих эту группу;
■ повышение темпов дифференциации внутри группы.
■ Примеры прогрессирующих систематических групп: насекомые, костистые рыбы, грызуны, цветковые растения.

Главные направления эволюции (пути биологического прогресса): арогенез, аллогенез, катагенез, гипергенез.

Арогенез (или морфофизиологический прогресс) — путь развития группы организмов посредством приобретения ими каких-то принципиально новых приспособлений, позволяющих значительно расширить свою или выйти в другую адаптивную зону.
■ Примеры, одноклеточность → многоклеточность; двухкамерное сердце → трехкамерное сердце → четырехкамерное сердце; споровое размножение → семенное размножение → появление цветка.

Адаптивная зона — совокупность условий, характерных для определенных местообитаний, где возможно существование организмов, располагающих определенными адаптациями.

Ароморфоз — конкретные морфофизиологические изменения, определяющие арогенез той или иной группы.
■ Примеры: симметрии тела, половая дифференциация, переход на легочное дыхание, появление двух кругов кровообращения и др.
■ Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и естественного отбора;
■ они являются приспособлениями широкого значения, дающими преимущества в борьбе за существование, и открывают возможности для освоения новой, прежде недоступной среды обитания.

Аллогенез — направление эволюции группы организмов внутри одной адаптивной зоны, сопровождающееся возникновением большого числа близких форм, различающихся мелкими, частными приспособлениями одного масштаба.
■ Примеры: экологические группы млекопитающих; разные способы опыления и распространения семян и плодов у цветковых растений и др.
■ Аллогенез вызывает увеличение видового разнообразия и быстрое повышение численности групп.

Алломорфозы (или идиоадаптации) — это мелкие, эволюцион-но возникшие приспособления к новым специфическим условиям среды, принципиально не изменяющие уровень биологической организации организмов группы, но в совокупности приводящие к появлению новых систематических групп.
■ Примеры: формирование узкоспециализированных форм организмов: ленивец, хамелеон, глубоководные рыбы и др.

Катагенез (или общая дегенерация) — особый, регрессивный путь эволюции, реализующийся (в некоторых случаях) после проникновения организмов в более простую среду обитания и приспособления к ней и заключающийся в резком упрощении строения и образа жизни организмов.
■ Примеры: возникновение паразитических форм и сидячего образа жизни.
■ Катагенез приводит к максимальной специализации органов и даже к утрате отдельных органов и целых систем (например, паразитические ленточные черви лишены органов пищеварения, растение-паразит повилика не имеет хлорофилла).

Гипогенез — недоразвитие организма или его отдельных органов (разновидность катагенеза).

Гипергенез — увеличение размеров тела, переразвитие отдельных органов. Каждая систематическая группа организмов имела свои гигантские формы (гигантские ящеры-динозавры, слоны, жирафы, киты, носороги; из растений — секвойя и др.).

Биологический регресс — это эволюционный упадок в развитии систематической группы, характеризующийся уменьшением ее видового многообразия, сужением (и распадом на отдельные пятна) ареалов и снижением численности популяций и особей в популяциях (вследствие превышения смертности над рождаемостью).
■ Примеры регрессирующих систематических групп: у растений — семейство гинкговых (остался один вид), у животных — род выхухолей (осталось лишь два вида), белый медведь.
■ Массовая катастрофическая элиминация (вследствие малой численности) может привести к вымиранию данной группы.
■ Причина биологического регресса — отставание темпов эволюции группы от скорости изменения внешней среды.

Морфологический регресс — это упрощение в строении организмов того иного вида в результате мутаций.

Закономерности (правила) эволюции

Правило необратимости эволюции: эволюция — процесс необратимый, т.е. организм не может вернуться к прежнему состоянию, характерному для его предков.

■ Это правило распространяется на организм как целостную систему (киты и ихтиозавры, вернувшись к жизни в воде, не эволюционируют в рыб и др.) и на вид как этап эволюции.

■ Оно не распространяется на отдельные признаки далеких предков, которые могут появляться у потомков в результате обратных мутаций.

Правило происхождения от неспециализированных предков: новые крупные группы организмов происходят не от высших представителей предковых групп, а от относительно неспециализированных групп.

■ Причина этого в том, что отсутствие специализации предоставляет возможность для возникновения новых приспособлений принципиально иного характера (например, млекопитающие произошли от неспециализированных рептилий).

Правило прогрессирующей специализации: группа, вступившая на путь специализации, в своем дальнейшем развитии, как правило, будет углублять эту специализацию.

■ Действительно, организм, освоив какую-либо среду, и далее будет развиваться в пределах этой адаптивной зоны (птеродактили, летучие мыши, ластоногие, кроты и др.).

Правило адаптивной радиации: историческое развитие любой группы сопровождается ее разделением от одного ствола на ряд дочерних групп, осваивающих разные экологические условия.

■ Это правило лежит в основе внутривидовой дивергенции и над-видовой идиоадаптации. Именно так образуются многие семейства, роды и виды животных, освоивших разные места обитания.

Закон Северцова (закон чередования главных направлений эволюции): в пределах конкретной монофилитической (т.е. имеющей общее происхождение) группы организмов за периодом арогенеза всегда следует период возникновения частных приспособлений — аллогенез.

В отличие от микроэволюции, обозначающей происхождение видов, макроэволюция, – это процесс образования надвидовых таксонов, таких как род, семейство, отряд и т. д. Кроме того, макроэволюция – это развитие биосферы в целом.

Сходство микроэволюции и макроэволюции

Принципиально эти понятия не различаются и имеют одни и те же причины (движущие силы):

борьба за существование;
естественный отбор.

Результатом любой эволюции является образование новых групп организмов.

Доказательства макроэволюции такие же, как у эволюции видов:

палеонтологические;
эмбриологические;
сравнительно-анатомические.

Дивергенция

Основным путём макроэволюции является дивергенция, или расхождение признаков, обусловленное приспособлением организмов к разным условиям ареала группы.

которые читают вместе с этой

От общего предка (одного вида) постепенно образуются роды, семейства, классы. Результатом дивергенции является образование гомологичных органов.

Рис. 1. Гомологичные органы.

При дивергенции различия между организмами усиливаются, а при попадании организмов в сходные условия среды (конвергенция), наоборот, стираются. Например, китообразные и рыбы принадлежат к разным классам, но имеют конвергентное сходство в строении и аналогичные органы.

Рис. 2. Аналогичные органы.

Дивергенция и конвергенция являются основными направлениями эволюции.

Эволюция биосферы

Биосфера как совокупность всех живых организмов, также прошла свой путь развития. Появление и распространение зелёных растений насытило атмосферу кислородом, а также создало кормовую базу для животных. Возникновение насекомых сопутствовало появлению насекомоядных млекопитающих, в том числе, приматов.

Прогресс не может идти обособленно от эволюции биосферы в целом. Развитие каждого таксона тесно связано с развитием экосистем.

Фазы эволюционного процесса

В процессе макроэволюции происходит закономерная смена фаз:

ароморфоз;
идиоадаптация;
катаморфоз.

Ароморфозы – это приспособления универсального значения, поднимающие организмы на качественно новый уровень. Они приводят к образованию самых крупных таксонов – типов и классов.

Идиоадаптацией называют приспособление к частным условиям среды.

У бобра идиоадаптациями будут приспособления к полуводному образу жизни, а у белки – к древесному.

Рис. 3. Схема эволюционных преобразований.

Катаморфоз – это упрощение. Он также является адаптацией, но биологические последствия адаптации путём катаморфоза обычно регрессивны.

В то же время катаморфоз иллюстрирует одно из правил макроэволюции: эволюция не всегда идёт от простого к сложному.

Характеристика

Примеры

Адаптация широкого значения

Появление цветка, теплокровности

Изменения, адаптирующие организм к конкретным условиям обитания

Опыление ветром, самоопыление, опыление насекомыми

Узкая специализация к жизни в простых условиях

Переход к неподвижному или скрытному образу жизни

Скорость эволюции

Темпы развития жизни постоянно возрастали. Наиболее молодые таксоны развивались значительно быстрее, чем древние.

Многие проблемы макроэволюции, например, вопрос о её направленности, ещё не решены, т. к. имеют философский характер.

Что мы узнали?

Макроэволюция – происхождение надвидовых таксонов. Процесс образования новых видов является составной частью и макроэволюции, и микроэволюции. Глобальные адаптации – это ароморфозы. Небольшие приспособления к различным условиям – идиоадаптации. Основные виды макроэволюции – это дивергенция и конвергенция признаков в ходе процессов приспособления к разным условиям среды.

Читайте также: