В результате чего в процессе эволюции возникает приспособленность
6.3. Результаты эволюции: приспособленность организмов к среде обитания, многообразие видов. Доказательства эволюции живой природы.
Результаты эволюции — адаптации, происхождение новых видов
Ж.-Б. Ламарк придерживался мнения, что разными направлениями эволюционного процесса управляют разные факторы.
Ч. Дарвин утверждал, что за всеми эволюционными событиями — формированием приспособлений, видообразованием, прогрессом форм жизни, вымиранием видов стоит одна сила — естественный отбор.
В силу действия естественного отбора в каждом поколении выживают особи, обладающие хотя бы немного более совершенными приспособлениями к окружающей среде, нежели их соперники в борьбе за жизнь.
Таким образом, по Ч. Дарвину, произошли разнообразные адаптации, неизменно поражающие воображение человека.
Ч. Дарвин был убежден, что наибольшей остротой отличается внутривидовая борьба за существование: представители одного вида в наибольшей степени сходны друг с другом по предпочитаемым влажности и освещенности, местам для гнездования, пище и т.д. Жесткая внутривидовая конкуренция приводит к тому, что преимущество получают крайние варианты, — особи, уклоняющиеся по своим особенностям от исходной формы в различных направлениях. «Чем больше разнообразия в строении, общем складе и привычках приобретают потомки какого-нибудь вида, тем легче они будут в состоянии завладеть многочисленными и более разнообразными местами в экономии природы, а следовательно, тем легче они будут увеличиваться в числе». Исходя из этих рассуждений, можно сделать вывод, что в эволюции преобладает дивергенция — расхождение признаков. На основе существующей изменчивости сначала возникнут разновидности. По мере накопления различий разновидности превратятся в виды, виды в рода и т.д. вплоть до классов.
Ч. Дарвин считал, что в результате естественного отбора «каждое существо обнаруживает тенденцию делаться более и более совершенным по отношению к окружающим его условиям. Это усовершенствование неизбежно ведет к постепенному повышению организации…» Почему тогда высшие организмы не вытеснили низшие за время эволюции органического мира? Низшие формы жизни, полагал ученый, были лучше приспособлены к очень простым жизненным условиям, где высокая организация в силу своей хрупкости скорее была бы подвержена расстройству и порче.
Таким образом, в результате длительного эволюционного процесса у всех организмов постоянно развиваются и совершенствуются их приспособления к условиям окружающей среды.
Приспособленность – один из результатов эволюции, взаимодействия ее движущих сил – наследственности, изменчивости, естественного отбора.
Второй результат эволюции – разнообразие органического мира. Сохранившиеся в процессе борьбы за существование и естественного отбора организмы, составляют весь существующий сегодня органический мир. Мутационные процессы, происходящие в ряду поколений, ведут к возникновению новых генетических комбинаций, которые подвергаются действию естественного отбора. Именно естественный отбор определяет характер новых адаптаций, а также направление эволюционного процесса. В результате у организмов возникают самые различные приспособления к жизни. Любое приспособление возникает в результате длительного отбора случайных, фенотипически проявившихся мутаций, полезных виду.
Покровительственная окраска. Обеспечивает растениям и животным защиту от врагов. Организмы, имеющие такую окраску, сливаются с фоном и становятся менее заметны.
Мимикрия. Подражание незащищенных видов защищенным видам по форме и окраске. Некоторые мухи похожи на ос, ужи похожи на гадюк и т.д.
Предупреждающая окраска. У многих животных яркая окраска или определенные опознавательные знаки предупреждают об опасности для хищника. Напавший один раз хищник запоминает окраску жертвы и в следующий раз будет осторожнее.
Относительный характер приспособлений. Все приспособления вырабатываются в определенных условиях среды. Именно в этих условиях приспособления наиболее эффективны. Однако следует иметь ввиду, что приспособленность не носит абсолютного характера. Животных и с покровительственной и с предупреждающей окраской поедают, нападают и на тех, кто маскируется. Хорошо летающие птицы – плохие бегуны и их можно поймать на земле; при смене условий среды выработанное приспособление может оказаться бесполезным или вредным.
Доказательства эволюции:
1. Сравнительно-анатомические доказательства
основаны на выявлении общих и различных морфологических и анатомических особенностей строения различных групп организмов.
К анатомическим доказательствам эволюции относятся:
– наличие гомологичных органов, имеющих общий план строения, развивающихся из сходных зародышевых листков в эмбриогенезе, но приспособленных к выполнению разных функций (рука – ласт – крыло птицы). Различия в строении и функциях органов возникают в результате дивергенции;
– наличие аналогичных органов, имеющих различное происхождение в эмбриогенезе, различное строение, но выполняющих сходные функции (крыло птицы и крыло бабочки). Сходство функций возникает в результате конвергенции;
– наличие рудиментов и атавизмов;
– существование переходных форм.
Рудименты – органы, утратившие свое функциональное значение (копчик, ушные мышцы у человека).
Атавизмы – случаи проявления признаков дальних предков (хвост и волосатое тело у человека, остатки 2-го и 3-го пальцев на ногах у лошади).
Переходные формы – указывают на филогенетическую преемственность при переходе от предковых форм к современным, и от класса к классу.
2. Эмбриологические доказательства.
Эмбриология изучает закономерности эмбрионального развития и устанавливает:
– филогенетическое родство организмов;
Полученные данные отразились в законах зародышевого сходства К.М. Бэра и в биогенетическом законе Э. Геккеля и Ф. Мюллера.
Закон Бэра устанавливает сходство ранних стадий развития эмбрионов представителей разных классов в пределах типа. На более поздних стадиях эмбрионального развития это сходство утрачивается, а развиваются наиболее специализированные признаки таксона, вплоть до индивидуальных признаков особи.
Биогенетический закон Мюллера-Геккеля утверждает, что онтогенез – это краткое повторение филогенеза. В процессе эволюции онтогенез может перестраиваться, что приводит к эволюции органов взрослого организма.
В онтогенезе повторяются только зародышевые стадии предков и не всегда полностью. Если на ранней стадии организм приспособлен к условиям среды, то он может достичь половозрелости, не проходя последующих стадий, как, например это происходит у аксолотлей – личинок тигровой амбистомы.
3. Палеонтологические доказательства
– позволяют датировать события древнейшей истории по ископаемым остаткам организмов. К палеонтологическим доказательствам относятся выстроенные палеонтологами филогенетические ряды лошади, хоботных, человека.
Единство органического мира проявляется в химическом составе, тончайшем строении и основных жизненных процессах протекающих в организмах.
Тематические задания
А1. Укажите пример покровительственной окраски
1) окраска божьей коровки защищает ее от птиц
4) окраска рябчика, сидящего на гнезде
А2. Лошадь Пржевальского приспособлена к жизни в степях Центральной Азии, но не приспособлена к жизни в
1) прериях Южной Америки
2) джунглях Бразилии
4) заповеднике Аскания-Нова
А3. Устойчивость некоторых тараканов к ядам – это следствие
1) движущего отбора
2) стабилизирующего отбора
3) одновременной мутации
4) несовершенства ядов
А4. Новые приспособления к условиям среды формируются в зависимости от
1) стремления организмов к прогрессу
2) благоприятных условий окружающей среды
3) направления и формы естественного отбора
4) нормы реакции организмов
А5. Приспособлением к опылению ночными насекомыми у мелких одиночных растений, служит
1) белая окраска венчика
3) расположение тычинок и пестиков
А6. Гомологом руки человека является
4) клешня речного рака
А7. Аналогом крыла бабочки является
А8. Аппендикс – червеобразный отросток слепой кишки, называют рудиментом потому, что он
1) подтверждает происхождение человека от животных
2) утратил свою первоначальную функцию
3) является гомологом толстой кишки приматов
4) является аналогом кишечника членистоногих
А9. Каковы причины возникновения разнообразия органического мира?
1) приспособленность к условиям среды
2) отбор и сохранение наследственных изменений
3) борьба за существование
4) длительность эволюционных процессов
А10. К эмбриологическим доказательствам эволюции относят сходство
1) плана строения организмов
2) анатомического строения
3) зародышей хордовых
4) развитие всех организмов из зиготы
А11. Филогенетические ряды некоторых относятся к доказательствам эволюции
А12. Промежуточной формой между позвоночными и беспозвоночными животными считается представитель
В1. К анатомическим доказательствам эволюции относят
1) сходство зародышей
2) сходство функций некоторых органов
3) наличие хвоста у некоторых людей
4) общность происхождения органов
5) окаменелости растений и животных
6) наличие ушных мышц у человека и собаки
В2. К палеонтологическим данным и доказательствам эволюции относят
1) сходство трилобитов и современных членистоногих
2) плацентарность древних и современных млекопитающих
3) существование семенных папоротников и их окаме– нелостей
4) сравнение форм скелетов древних и современных людей
5) наличие многососковости у некоторых людей
6) трехслойность строения тела древних и современных животных
Биология. 11 класс
Многообразие видов – основа устойчивости биосферы
Приспособленность. Видообразование
Необходимо запомнить
Приспособления – результат эволюции.
Приспособленность организмов. Живые организмы удивительно приспособлены к условиям окружающей среды. Каждый вид занимает определенное место в природе и находится в сложных и, как правило, гармоничных взаимоотношениях с условиями обитания. При рассмотрении примеров действия естественного отбора вы убедились, что все закрепляющиеся в ходе эволюции особенности строения, функционирования, поведения организмов представляют собой те или иные приспособления, или адаптации (от лат. adaptatio – приспособление, прилаживание). Приспособленный организм характеризуется жизнеспособностью, конкурентоспособностью.
Жизнеспособным является такой организм, который нормально развивается в типичной для него среде (генотип не подвергается существенным изменениям).
Конкурентоспособным будет такой организм, который выдерживает конкуренцию с другими организмами (побеждает в борьбе за существование). Известны случаи, когда организм может быть вполне жизнеспособным, но не конкурентоспособным. Например, подобранные и выхоженные человеком дикие звери и птицы, выросшие в неволе, жизнеспособны, но не всегда могут выдерживать конкуренцию, если их выпустить на волю.
Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, функционирования и поведения организмов (адаптации), обеспечивающих высокий уровень приспособленности видов к окружающей среде.
Адаптации могут быть организменными, присущими каждому конкретному организму данного вида и позволяющими организму выживать в определенных условиях среды, и видовыми, направленными на существование вида как целостной системы.
Организменные адаптации. Среди организменных адаптации выделяют морфологические, физиологические, биохимические и поведенческие (этологические).
К морфологическим адаптациям относятся все средства пассивной защиты организмов, наличие которых определяет большую вероятность сохранения жизни особи в борьбе за существование. Примером средств пассивной защиты служат твердые защитные покровы у животных (хитиновый покров членистоногих, раковины моллюсков, роговые чешуи рептилий, панцирь черепах), иглы и колючки (кактус, молочай, шиповник, боярышник, еж, дикобраз), и др.
К физиологическим адаптациям относится устойчивость физиологических параметров: поддержание постоянной температуры тела, концентрации солей и сахара в крови и другие показатели. Физиологическими являются также адаптации, направленные на снижение воздействия вредного фактора. Например, рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую солёную воду, имеют специальные железы, позволяющие им быстро выводить избыток солей из организма.
Интересны приспособления, развившиеся у ныряющих животных. Многие из них могут долго находиться под водой. Тюлени, например, ныряют на глубину до 600 м и находятся под водой до 40–60 мин. Биохимические адаптации охватывают все биохимические процессы. Сюда относятся строго упорядоченные процессы синтеза белков в клетках, расщепление веществ с помощью ферментов, образование глюкозы и других органических соединений в ходе фотосинтеза и т. д.
Поведенческие (этологические) адаптации включают в себя всё многообразие форм поведения, направленного на выживание организмов. Адаптивное поведение проявляется на всех стадиях онтогенеза и охватывает все стороны жизнедеятельности организмов: нахождение укрытий от неблагоприятных климатических факторов и врагов, добывание и запасание пищи, поиск партнеров для спаривания, брачные ритуалы, забота о потомстве (строительство гнезд, насиживание яиц, выкармливание потомства, защита его от врагов) и т. д.
Таким образом, организменные адаптации охватывают всё многообразие признаков особей.
Относительность приспособленности. Особи разных видов хорошо приспособлены к условиям существования. Однако любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, постоянный рост резцов у грызунов и зайцеобразных – очень важная и полезная адаптация, но лишь при питании твердой пищей. Если же крысу или зайца кормить мягкой пищей, то резцы, не стачиваясь, вырастут до таких размеров, что самостоятельное питание животных станет невозможным.
Любая структура и любая функция являются приспособлениями к условиям конкретной среды обитания. Эволюционные изменения – возникновение или исчезновение органов, усложнение организации, появление новых популяций и видов – обусловлены развитием адаптации. Логическое следствие естественного отбора – создание новых и совершенствование имеющихся адаптаций. Механизм возникновения и совершенствования адаптации заключается в накоплении отбором преимущественно мелких изменений признаков, совершенствовании нормы реакции и т. п.
Лабораторная работа «Приспособленность организмов к среде обитания»
Эволюция и видообразование
Эволюция – непрерывный процесс. Новые виды формируются даже сейчас, когда вы читаете эти строки. Активней всего видообразование происходит в крупных водоёмах, таких как озеро Байкал или озеро Виктория. Так, буквально в восьмидесятых годах нашли новый вид рыб-цихлид. Он отличался от предшественников размерами и формой челюсти. А в Байкале наблюдается эволюция множества видов растений и беспозвоночных. Как происходит эволюция и можно ли получить новый вид животных в домашних условиях?
В результате действия эволюционных факторов в популяции накапливаются изменения генофонда. Это ведет сначала к образованию новых популяций, затем подвидов, и в конечном счете, к образованию новых видов.
То есть можно сказать, что видообразование – это центральное событие в эволюции, это главный результат эволюционного процесса.
Сейчас ученые выделяют два пути видообразования:
1. Географическое (аллопатрическое)
2. Биологическое (симпатрическое)
При географическом видообразовании новые виды возникают в результате появления пространственно-территориальных преград. Преграды могут быть самого разного свойства. Это такие и чисто географические понятия, как горы, реки, и какие-то антропогенные преграды, как, например, строительство крупных дорог или вспашка поля для нужд сельского хозяйства.
Кстати, именно географические видообразования Чарльз Дарвин и объяснял появлением такого большого количества видов дарвиновских вьюрков, которые обитают на островах Галапагосского архипелага.
Дарвин считал, что некоторое количество вьюрков могло быть занесено на эти острова во время бурь, шторма и сильного ветра.
Но так как условия подходили для их жизни, вьюрки обосновались на этих островах, при этом они были изолированы как от популяции на соседних островах, так и от первоначальной южно-американской популяции. Это привело к тому, что внутри таких популяций стали накапливаться изменения, что и привело к образованию новых видов.
Можно сказать, что географическое видообразование возникает и при преградах внутри ареала вида, при так называемом мозаичном ареале. Сейчас перед вами несколько видов одуванчиков, возникших из некогда предкового вида одуванчика, который занимал весь европейский континент.
Одуванчик обыкновенный сейчас занимает лесные опушки, обочины дорог, какие-то сорные места, и это растение вы знаете очень хорошо.
Одуванчик – кок-сагыз произрастает в засушливых местах, поэтому обратите внимание на форму его листьев: его листья немного тоньше и больше срезаны.
Одуванчик розовый освоил высокогорье Тянь-Шаня. Он очень похож на одуванчик обыкновенный, но отличается от него окраской лепестков.
Обратите внимание, что географическое видообразование протекает очень медленно. Необходима смена сотен тысяч поколений, для того чтобы совершился процесс образования нового вида.
Второй способ видообразования – это биологическое видообразование.
Биологическое видообразование происходит в пределах ареала одного вида, и в его основе лежит биологическая изоляция.
Пути возникновения биологических изоляций бывают различными. Например, одним из них может быть полиплоидия, когда внутри одной популяции в результате мутации возникают полиплоидные организмы. Эти организмы жизнеспособны, конкурентоспособны, но по своему генетическому составу они отличаются от остальных особей популяции и не могут с ними скрещиваться.
Так внутри одной популяции возникает другая популяция, которая потом формируется уже в отдельный вид. Также в основе биологического видообразования может лежать экологическая изоляция.
Экологическая изоляция – это, например, разобщение в сроках размножения внутри одного вида. Это также какие-то сезонные изоляции у части популяций, от целой популяции.
Все это приводит к накоплению изменений, вследствие чего возникает новый вид. Хочется отметить, что строки биологического видообразования значительно короче, нежели географического видообразования. Но результат у них один – образование новых видов.
Приспособленность- результат действия факторов эволюции
В результате действия наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора, а также генетического дрейфа, а может быть и изоляции, сохраняются особи с полезными для их процветания признаками. Они обусловливают хорошую, но не абсолютную, приспособленность организмов к тем условиям, в которых живут.
Приспособленность к условиям среды может быть весьма совершенной, что повышает шансы организмов на выживание и оставление большого числа потомков. О приспособленности организмов к окружающей среде свидетельствует множество различных примеров.
Покровительственная окраска камбалы
Маскировка – это все случаи окраски и формы тела, делающих организмы незаметными в местах обитания. Существуют три типа окраски, обеспечивающей маскировку:
1. Криптическая окраска – цвет или форма тела, а также поза животного, сливающиеся с окружающей средой (хамелеон, конек-тряпичник и т.п.).
2. Расчленяющая окраска – неправильные пятна и полосы. Успех зависит от оптических причин. Тигр, зебра на расстоянии 50 метров на открытой местности становятся незаметными на фоне местности, т.к. общий контур животного «исчезает», «растворяется».
3. Скрадывающая противотень. Обычно у животных верхняя часть тела темная под цвет местности, а низ светлый. Или наоборот. Поэтому на расстоянии общий контур животного теряется, а видна только его часть.
Предупреждающая окраска обычно видна издалека. Зачем животному себя обнаруживать? Некоторые животные имеют защиту от врагов (яд), поэтому они не бояться.
Даже если хищник схватит ядовитое животное, он его выплюнет и на всю жизнь запомнит их яркую окраску. Некоторые животные демонстрируют угрожающую окраску лишь при нападении на них хищников. Окраска спины обыкновенного хомяка похожа на цвет выгоревшей травы. Это покровительственная окраска. При нападении лисы или собаки хомяк переворачивается вверх брюхом и защищается укусами сильных резцов. Хищник, нападающий на этого грызуна, надолго запомнит не только крепкие зубы и пронзительное верещание зверька, но и яркую окраску его брюшка.
Большая плодовитость и забота о потомстве тоже приспособленность к выживанию в неблагоприятных условиях (рыба-луна выметывает за один раз до 300.000.000 икринок; вынашивание молоди в ротовой полости наблюдается у некоторых рыб; охрана кладки яиц у крокодилов и многое другое)
Приспособленность организмов к среде обитания выработана в процессе длительного исторического развития по действием естественных причин, не абсолютна, а относительна, так как условия среды обитания часто изменяются быстрее, чем формируются приспособления. Соответствуя конкретной среде обитания, приспособления теряют свое значение при ее изменении. Доказательством относительного характера приспособленности могут быть следующие факты: 
— Защитные приспособления от одних врагов оказываются неэффективными от других (например, ядовитых змей, опасных для многих животных, поедают ежи, свиньи);
— Проявление инстинкта у животных может оказаться нецелесообразным (ночные бабочки собирают нектар со светлых цветков, хорошо заметных ночью, но также летят и на огонь, хотя гибнут при этом).
Различные приспособления (поведенческие, морфологические, забота о потомстве)
ВИДООБРАЗОВАНИЕ
ВИДООБРАЗОВАНИЕ – сложный эволюционный процесс возникновения нового вида (вновь возникающий вид прерывает связи с родительским видом – скрещивание нового и старого видов становится невозможным).
Изоляция – эволюционный механизм, резко усиливающий процесс расхождения популяций вследствие ослабления и даже полного прекращения обмена генами между ними. Видообразование от характера изоляции может быть географическим.
Географическое видообразование (изучил Эрнст Майр)
I. Идет обмен мутациями между популяциями (a, b, c, d) одного вида (А) – поэтому генофонд вида един. Особи разных популяций одного вида свободно скрещиваются между собой.
II. Вследствие географической изоляции обмен мутациями между популяциями нарушен – идет самостоятельное накопление мутаций в разных популяциях (d и a,b,c ) – единство генофонда вида нарушено.
Ш. Накапливаются мутации и в результате естественного отбора возникает столько отличий между этими популяциями, что возможность скрещивания исчезает – наступает репродуктивная изоляция, т.е. возникает два вида (А и В).
Результат действия географической изоляции – географическое видообразование. Благодаря географической изоляции сформировались эндемичные виды (озеро Байкал, остров Мадагаскар, острова в Океании и т.п.). Вообще острова – естественные лаборатории эволюции. Пути попадания туда видов – по воздуху, на лапках птиц, на «плотах». Далее действие географической изоляции, естественного отбора на островные виды – в результате эндемичный вид.
Отмечены основные направления естественного отбора на островные виды:
1.Гигантизм (примеры: птица Моа в Новой Зеландии – высота 3 м, масса 250 кг, масса яйца 7 кг – в результате мутации – сверхразвитие гипофиза; растение подорожник на Канарских островах – высота стебля выше роста человека).
2.Карликовость (примеры: карликовые слоны на островах Средиземного моря; пони – карликовая лошадь на Шетландских островах).
3.Бескрылость (Моа, Киви, Дронт, Бескрылый попугай – причины возникновения таких видов: обилие пищи, отсутствие крупных хищников, поэтому нет необходимости летать. Возможна другая причина – чтобы не унесло ветром в океан).
4.Видовое разнообразие (пример: Галапагосские вьюрки)
Экологическое видообразование – в основе внутривидовой полиморфизм, который усиливается различными способами репродуктивной изоляции.
Погремок большой – растение, которое цветет все лето, но в июне выкашиваются «среднецветущие формы». «Раннецветущие» и «поздноцветущие» формы погремка не имеют возможности скрещиваться (репродуктивная изоляция) – формируются два подвида погремка большого (раннецветущие и поздноцветущий).
Географическое и экологическое видообразование – медленное (постепенное) видообразование, но наряду с этим существует и внезапное видообразование (быстрое):
Все формы процесса видообразования приводят к многообразию видов в природе.