Эволюция органического мира краткое содержание
Обновлено: 07.07.2024
Эволюционная биология (как наука вообще) не пытается доказать отсутствие Бога и не может это сделать; она просто находит естественные причины наблюдаемых фактов и тем самым делает ненужными ссылки на чудеса и Бога для их объяснения. Поэтому предметом изучения эволюционной биологии являются механизмы исторического развития жизни . Следы этого развития — предмет науки палеонтологии. Определяет пути развития отдельных групп, устанавливает их родство наука филогенетика, тесно связанная с систематикой — наукой о современном разнообразии жизни.
Важнейшим свойством живых организмов является способность к размножению и изменчивости. Следствием этого является естественный отбор, сохраняющий те организмы, которые соответствуют своей среде обитания. Само разнообразие организмов носит следы общего происхождения их групп, в их строении и функционировании отражаются последствия тех этапов, через которые они прошли в своём историческом развитии.
Ч. Дарвин — основоположник учения об эволюции
Единицей эволюции является отдельная особь. Особи одного вида отличаются друг от друга множеством признаков. Организмы размножаются в геометрической прогрессии, и любой из видов может быстро превысить свою предельную возможную численность.
Ограниченность ресурсов порождает борьбу за существование — выживание одних особей и гибель других. Дарвин выделял межвидовую и внутривидовую борьбу, а также борьбу с факторами неживой природы. Эволюция происходит на основе наследственной изменчивости. Изменчивость, которая служит основой для эволюции, не направлена в сторону большей приспособленности и идёт по всем направлениям. Механизм, обеспечивающий приспособление организмов к условиям окружающей среды, — естественный отбор, который заключается в преимущественном выживании и размножении особей, более соответствующих среде. Этот термин Дарвин ввёл как аналог искусственного отбора, используемый в селекции. Одной из форм естественного отбора является половой отбор (соперничество и преимущество одних особей перед другими в спаривании с особями другого пола).
Естественный отбор изолированных видов ведёт к дивергенции (расхождению) их признаков и, в конце концов, приводит к видообразованию. Внешне противоположным процессом является конвергенция — уподобление друг другу неродственных форм в результате их приспособления к сходным условиям.
Эволюционное учение (теория эволюции) — наука, изучающая историческое развитие жизни: причины, закономерности и механизмы. Различают микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция — эволюционные процессы на уровне популяций, приводящие к образованию новых видов.
Макроэволюция — эволюция надвидовых таксонов, в результате которой формируются более крупные систематические группы. В их основе лежат одинаковые принципы и механизмы.
Развитие эволюционных идей
Учение Дарвина сводится к следующему:
- каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью (изменчивость);
- черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);
- особи производят большее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе существует борьба за существование;
- преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);
- в результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.
Факторы эволюции по Ч. Дарвину — это
- наследственность,
- изменчивость,
- борьба за существование,
- естественный отбор.
На основе дарвинизма перестроились все биологические и многие другие естественные науки.
В настоящее время наиболее общепризнанной является синтетическая теория эволюции (СТЭ). Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и СТЭ дана в таблице.
Сравнительная характеристика основных положений эволюционного учения Ч. Дарвина и синтетической теории эволюции (СТЭ)
| Признаки | Эволюционная теория Ч. Дарвина | Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
| Основные результаты эволюции | 1) Повышение приспособленности организмов к условиям среды; 2) повышение уровня организации живых существ; 3) увеличение многообразия организмов | |
| Единица эволюции | Вид | Популяция |
| Факторы эволюции | Наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор | Мутационная и комбинативная изменчивость, популяционные волны и дрейф генов, изоляция, естественный отбор |
| Движущий фактор | Естественный отбор | |
| Трактовка термина естественный отбор | Выживание более приспособленных и гибель менее приспособленных форм | Избирательное воспроизводство генотипов |
| Формы естественного отбора | Движущий (и половой как его разновидность) | Движущий, стабилизирующий, дизруптивный |
Возникновение приспособлений. Каждое приспособление вырабатывается на основе наследственной изменчивости в процессе борьбы за существование и отбора в ряду поколений. Естественный отбор поддерживает только целесообразные приспособления, которые помогают организму выживать и оставлять потомство.
Приспособленность организмов к среде не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания могут изменяться. Доказательством этого служат многие факты. Например, рыбы прекрасно приспособлены к водной среде обитания, но все эти адаптации совершенно непригодны для других сред обитания. Ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но часто летят на огонь и гибнут.
Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).
Выделяют несколько основных элементарных факторов эволюции:
• мутационный процесс;
• популяционные волны и дрейф генов;
• изоляция;
• естественный отбор.
Мутационная и комбинативная изменчивость.
Мутационный процесс приводит к возникновению новых аллелей (или генов) и их сочетаний в результате мутаций. В результате мутации возможен переход гена из одного аллельного состояния в другое (А→а) или изменение гена вообще (А→С). Мутационный процесс, в силу случайности мутаций, не обладает направленностью и без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он лишь поставляет элементарный эволюционный материал для естественного отбора. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.
Комбинативная изменчивость возникает в результате образования у потомков новых комбинаций уже существующих генов, унаследованных от родителей. Источниками комбинативной изменчивости являются перекрёст хромосом (рекомбинация), случайное расхождение гомологичных хромосом в мейозе, случайное сочетание гамет при оплодотворении.
Популяционные волны и дрейф генов.
Популяционные волны (волны жизни) — периодические и непериодические колебания численности популяции как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Причинами популяционных волн могут быть периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т. д.), непериодические изменения (природные катастрофы), заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).
В качестве эволюционного фактора популяционные волны выступают в малочисленных популяциях, где возможно проявление дрейфа генов. Дрейф генов — случайное ненаправленное изменение частот аллелей и генотипов в популяциях. В малых популяциях действие случайных процессов приводит к заметным последствиям. Если популяция мала по численности, то в результате случайных событий некоторые особи независимо от своей генетической конституции могут оставить или не оставить потомство, вследствие этого частоты некоторых аллелей могут резко меняться за одно или несколько поколений. Так, при резком сокращении численности популяции (например, вследствие сезонных колебаний, сокращения кормовых ресурсов, пожара и т. д.) среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут быть редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счёт этих особей, то это приведёт к случайному изменению частот аллелей в генофонде популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.
Изоляция обусловлена возникновением разнообразных факторов, препятствующих свободному скрещиванию. Между образовавшимися популяциями прекращается обмен генетической информацией, в результате чего начальные различия генофондов этих популяций увеличиваются и закрепляются. Изолированные популяции могут подвергаться различным эволюционным изменениям, постепенно превращаться в разные виды.
Различают пространственную и биологическую изоляцию. Пространственная (географическая) изоляция связана с географическими препятствиями (водные преграды, горы, пустыни и др.), а для малоподвижных популяций и просто с большими расстояниями. Биологическая изоляция обусловлена невозможностью спаривания и оплодотворения (в связи с изменением сроков размножения, строения или других факторов, препятствующих скрещиванию), гибелью зигот (вследствие биохимических различий гамет), стерильностью потомства (в результате нарушения конъюгации хромосом при гаметогенезе).
Эволюционное значение изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями.
Естественный отбор. Изменения частот генов и генотипов, вызванные рассмотренными выше факторами эволюции, носят случайный, ненаправленный характер. Направляющим фактором эволюции является естественный отбор.
Естественный отбор — процесс, в результате которого выживают и оставляют после себя потомство преимущественно особи с полезными для популяции свойствами.
Отбор действует в популяциях, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Однако отбор по фенотипам является отбором генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а гены. В результате в популяции происходит увеличение относительного числа особей, обладающих определённым свойством или качеством. Таким образом, естественный отбор — это процесс дифференциального (выборочного) воспроизводства генотипов.
Действию отбора подвергаются не только свойства, повышающие вероятность оставления потомства, но и признаки, которые не имеют прямого отношения к воспроизводству. В ряде случаев отбор может быть направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу (цветки растений и посещающие их насекомые). Также могут создаваться признаки, вредные для отдельной особи, но обеспечивающие выживание вида в целом (ужалившая пчела гибнет, но, нападая на врага, она сохраняет семью). В целом отбор играет творческую роль в природе, поскольку из ненаправленных наследственных изменений закрепляются те, которые могут привести к образованию новых групп особей, более совершенных в данных условиях существования.
Различают три основные формы естественного отбора: стабилизирующий, движущий и разрывающий (дизруптивный) (табл.).
Формы естественного отбора
Краткая история эволюции органического мира
Возраст Земли около 4,6 млрд лет. Жизнь на Земле возникла в океане более 3,5 млрд лет назад.
Краткая история развития органического мира представлена в таблице. Филогенез основных групп организмов отражен на рисунке.
Историю развития жизни на Земле изучают по ископаемым останкам организмов или следам их жизнедеятельности. Они встречаются в горных породах разного возраста.
Геохронологическая шкала истории Земли разделена на эры и периоды.
Posted in Биология Tags: Эволюционное учение
Ученые условно подразделяют историю развития Земли на большие временные отрезки: эры и периоды.
История развития Земли
Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад образовалась Земля, а около 3,5 миллиардов лет назад началась эра первобытной жизни или архейская эра, продолжавшаяся около миллиарда лет. По некоторым косвенным данным было установлено, что в начале архейской эры появились первые живые организмы: бактерии и сине-зеленые водоросли, хотя температура на планете в то время была еще очень высокой. Зарождение жизни произошло в водной среде, там же происходили и первые этапы эволюции. К важнейшим ароморфозам архейской эры можно отнести появление фотосинтеза, эукариотических клеток, полового процесса, а ближе к концу эры – появление первых многоклеточных организмов.
На протяжении следующей протерозойской эры или эры ранней жизни (от 2,5 миллиарда до 600 миллионов лет назад) появились более сложные по своему устройству организмы: все отделы водорослей, беспозвоночные (черви, иглокожие, членистоногие), первичные хордовые (бесчерепные). Важнейшим ароморфозом данной эры было появление двусторонней симметрии.
Своего дальнейшего развития многоклеточные водоросли и животные достигли в следующую палеозойскую эру или эру древней жизни (приблизительно от 600 до 300 миллионов лет назад). Данная эра подразделяется на 6 периодов:
- В кембрийский и ордовикский периоды суша пока ненаселена, растения и животные пока обитают в воде. Все отделы водорослей и древние морские беспозвоночные, а именно, губки, трилобиты, моллюски, кишечнополостные, иглокожие, черви достигают своего широкого расцвета. Появляются первые бесчелюстные позвоночные (щитковые).
- В силурийском периоде органический мир становится разнообразнее и богаче. Сушу начинают осваивать растения (псилофиты или риниофиты), появляются животные, которые дышат кислородом воздуха (паукообразные). Кораллы и трилобиты достигают большого расцвета. Появляются первые позвоночные и наземные беспозвоночные: многоножки, скорпионы, бескрылые насекомые. Важнейшими ароморфозами силурийского периода является дифференцировка тела растений на ткани, разделение тела животных на отделы, образование челюстей и поясов конечностей у позвоночных. Происходящие эволюционные процессы связаны с изменением климата, обмелением или высыханием водоемов, горообразовательными процессами и т.п.
- В девонский период появляются высокоорганизованные споровые растения: плауны, хвощи, папоротники. В морях господствуют рыбы: челюстные панцирные акулы, кистеперые, двоякодышащие. В конце данного периода появляются стегоцефалы – первые наземные позвоночные. Важнейшими ароморфозами этого периода считается расчленение тела растений на органы, преобразование плавников в наземные конечности и появление органов воздушного дыхания.
- В каменноугольный период происходит опускание материков, как следствие, огромные пространства оказываются заболоченными. На них вырастают величественные леса, состоящие из плаунов, папоротников, хвощей. При отмирании остатки всех этих растений образовывали мощные залежи каменного угля. Растения в данном периоде уже имели настоящие органы: стебель, листья, корни, но для их размножения все еще была необходима вода. Позже появляются семенные папоротники, а псилофиты исчезают. Каменноугольный период принес настоящий расцвет земноводных, появляются пресмыкающииеся и крылатые насекомые. К ароморфозам этого периода можно отнести появление внутреннего оплодотворения, плотных яйцевых оболочек и ороговение кожи (у пресмыкающихся).
- Пермский период характеризуется недостатком воды и непостоянством климата. Это послужило причиной вымирания видов, которые были связанны с водой. В данный период вымирают плауны, древовидные папоротники и хвощи, зато большого развития достигают семенные и травянистые папоротники, а также появившиеся голосеменные. В морях господствуют акулы и морские беспозвоночные, на суше происходит бурное развитие пресмыкающиеся и насекомые, появляются зверозубые и травоядные пресмыкающиеся, стегоцефалы и трилобиты вымирают. К важнейшим ароморфозам этого периода можно отнести возникновение пыльцевой трубки и семени.
- В триасовый период на Земле господствуют древние голосеменные и появляются современные голосеменные. В это время вымирают семенные папоротники. В морях хотя и преобладают головоногие моллюски, но уже появляются костистые рыбы. На суше преобладают земноводные, травоядные и хищные пресмыкающиеся. Появляются первые яйцекладущие и сумчатые млекопитающие. Самыми важными ароморфозами данного периода является появление четырехкамерного сердца и полное разделение
артериального и венозного кровотока; появление теплокровности; появление молочных желез. - В следующем юрском периоде древние голосеменные вымирают, а господствуют современные. Появляются первые покрытосеменные. На суше — господство гигантских пресмыкающихся и насекомых. Появляются первые птицы (археоптерикс). В морях древние хрящевые рыбы вымирают, а господствуют головоногие моллюски и костистые рыбы.
- Меловой период характеризуется доминированием современных покрытосеменных и сокращением распространения голосеменных и папоротников. На суше вымирают гигантские пресмыкающиеся, и преобладают мелкие млекопитающие, первоптицы. Появляются и распространяются плацентарные млекопитающие и современные птицы. В морях — господство костистых рыб. К важным ароморфозам этого периода относят появление цветка и плода; появление матки.
И наконец в кайнозойскую эру или эру новой жизни (от 70 миллионов лет назад до наших дней) проходило дальнейшее расселение покрытосеменных растений, которые осваивали различные места обитания. Насекомые, отличавшиеся от других беспозвоночных целесообразными приспособлениями типа ароморфоза (развитой нервной и трахейной системой), твердым хитиновым покровом тела, достигают большого разнообразия. Иногда кайнозойскую эру иногда разделяют на два периода (третичный и четвертичный), но, обычно, на три периода:
органическая эволюция, также известный как биологическая эволюция, является результатом генетических изменений в популяциях определенных видов, которые были унаследованы в течение нескольких поколений.
Эти изменения могут быть как большими, так и маленькими, очевидными или не очень очевидными, минимальными или существенными; то есть, небольшие изменения в разновидности или изменения, которые приводят к диверсификации организма одного типа в несколько подвидов или в уникальные и разные виды.
Биологическая эволюция - это не просто изменения во времени. У многих организмов со временем происходят изменения, такие как потеря листьев на деревьях, потеря веса у млекопитающих, метаморфозы насекомых или изменения кожи некоторых рептилий..
Они не считаются эволюционными изменениями, потому что нет генетических изменений, которые передаются следующему поколению.
Эволюция выходит за рамки простого жизненного цикла отдельного индивидуального организма; включает в себя наследование генетической информации между поколениями.
Органическая эволюция: микроэволюция и макроэволюция
Чтобы эти события действительно рассматривались как эволюционный этап, изменения должны происходить на генетическом уровне в популяции и передаваться потомству. Эти мелкомасштабные изменения определяются как микроэволюция.
Определение макроэволюции предполагает, что все живые организмы связаны в эволюционной истории, и многие поколения можно проследить до общего предка..
Органическая эволюция как теория и естественный отбор
Эволюция включает в себя модификации существующих видов, а не развитие новых видов. Эта идея была разработана и предложена Чарльзом Дарвином как научная теория, основанная на наблюдениях и экспериментах..
Эта теория пытается объяснить, как события, связанные с живыми организмами, работают в естественном мире и была названа дарвинизмом или общей теорией эволюции..
Дарвинизм утверждает, что борьба видов за существование и выживание заставляла их системы организма приспосабливаться к условиям, приобретая новые функции, отвечающие потребностям окружающей среды..
Различные условия могут инициировать процесс адаптации и, в конечном итоге, эволюционные генетические изменения у вида, такие как климат, местность, окружающая среда, температура, давление, избыток или недостаток пищи, избыток или отсутствие хищников, изоляция и т. Д..
Согласно Дарвину, совокупность этих процессов называется естественным отбором и воздействует на группы населения, а не на отдельных людей..
Первые следы изменений могут быть представлены в одном лице. Если это изменение помогает ему выжить там, где нет другого его собственного вида, передавая его следующим поколениям, изменение заканчивается записью в ДНК других особей и в конечном итоге во всех популяциях..
Естественный отбор
Генетические вариации, которые происходят в популяции, происходят случайно, но процесс естественного отбора - нет. Естественный отбор является результатом взаимодействия между генетическими изменениями в популяции и условиями окружающей среды или окружающей среды..
Окружающая среда определяет, какой вариант является более благоприятным. Люди, которые имеют более благоприятные характеристики в их среде, выживут, чтобы размножаться и давать жизнь другим людям.
Поэтому наиболее оптимальные черты передаются населению в целом. Следующие условия должны возникать так, чтобы процессы эволюционных изменений происходили в популяциях видов:
1. Люди в популяции должны производить больше потомства, чем могут выдержать условия окружающей среды.
Это увеличивает шансы на выживание особей одного и того же вида, поскольку, по крайней мере, небольшая часть потомства достигнет зрелости, чтобы размножаться и передавать свои гены..
2- Индивидуумы при спаривании должны иметь разные характеристики
Изменения в организме возникают в результате мутаций ДНК в смеси генетической информации во время полового размножения в процессе, называемом генетической рекомбинацией..
Это происходит во время мейоза, который обеспечивает способ создания новых комбинаций аллелей на одной хромосоме. Половое размножение также позволяет устранять неблагоприятные генные комбинации в популяции.
Организмы, которые размножаются бесполым путем, не обеспечивают эволюционных изменений, так как процесс просто производит точные копии того же самого человека.
3- Потомство должно наследовать характеристики родителей с передачей генов
4. Организмы с наиболее подходящими характеристиками для окружающей среды с большей вероятностью выживают и размножаются.
Эта точка является сердцем естественного отбора. Если существует конкуренция за выживание, и не все организмы одинаковы, преимущество имеют те, у кого лучшие черты..
Если эти черты удастся передать, то следующее поколение покажет больше этих преимуществ.
Если эти четыре условия соблюдены, последующие поколения всегда будут отличаться от предыдущих индивидуумов по частоте и распределению генетических признаков; тогда мы могли бы сказать, что вид эволюционировал удовлетворительно.
Китообразные как пример органической эволюции
Но его жизненный цикл был полностью отделен от материка миллионы лет назад. Их конечности были адаптированы для плавников и плавников, чтобы обеспечить минимальное сопротивление при движении по воде..
Способ, которым они хранят и распределяют кислород в своих системах организма, позволяет им погружаться и даже оставаться под водой в течение длительного времени. Они могут снизить уровень потребления кислорода в условиях погружения почти на 30%..
Мышечные ткани могут хранить 50% кислорода и 40% крови, а их легкие осуществляют газообмен более эффективно.
С выдохами им удается удалить до 90% углекислого газа из альвеол, где наземное млекопитающее достигает только 20%.
Ноздри были приспособлены, чтобы стать носовым отверстием, которое перемещалось к вершине черепа, и таким образом облегчает всасывание воздуха, просто тыкая вершиной головы на поверхности.
Читайте также: