Тема: Доказательства эволюции (палеонтологические и эмбриологические доказательства) Животного мира.
Цель урока: выяснить значение для науки ископаемых переходных форм как палеонтологических доказательств.
Раскрыть научное значение обнаружения в развитии зародышей следов далекой истории систематических групп;
Дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства;
Продолжение формирования умений вести диалог, находить и выделять главное, правильно и четко отвечать на поставленные вопросы
Оборудование : тесты,Рисунки с изображением ископаемых животных.
I. Орг. Момент.
II.Проверка знаний
Тестирование.
III. Введение в тему.
Попытки понять, как возникли растения и животные на Земле, почему они так разнообразны, появились у людей в глубокой древности. Долгое время господствовали религиозные взгляды на природу, согласно которым все виды растений и животных якобы сотворены богом и с тех пор не изменялись
Всегда ли животный мир был таким? Нет не всегда, вначале животный мир развивался в воде, а затем когда водоемы уменьшались животные появились на суше и дали начало новым классам животных, появились теплокровные и холоднокровные животные. Современный животный мир формировался постепенно в течении многих миллионов лет.
Эволюция-процесс исторического развития животного мира от простого к сложному. Эволюция животного мира связана со сменой условий (климат, рельеф, растительность) происходивших на земле. Эволюция- это необратимый исторический процесс развития живой природы от низшего к высшему, от простого к сложному. Эволюция необратима. Она направлена в сторону усложнения. Пока есть жизнь, есть и ее эволюция. В процессе усложнялась организация животных. Можно ли наблюдать эволюцию? Жизнь человека коротка, поэтому наблюдать ее невозможно. Эволюция идет несколько миллионов лет, а существование человека ограничивается тысячелетиями. Может сложится впечатление, что эволюции нет, ничего не изменяется в природе. Но есть науки, которые смогли представить доказательства в пользу эволюции. . Доказательствами эволюции животного мира являются палеонтологические находки, сравнительно-анатомические исследования и зародышевое развитие животных - эмбриология.
Эти доказательства мы сегодня будем изучать.
2. Изучение нового материала
1. Палеонтологические доказательства
Палеонтология (от греч. палео - древний; онтос - существо; логос - учение) - наука о животных и растениях прошлых геологических эпох, изучаемых по ископаемым остаткам и следам жизнедеятельности. Основатели палеонтологии: Ж. Кювье, Ж.-Б. Ламарк, А. Броньяр. Термин "палеонтология" был предложен в 1822 г. А. Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В. О. Ковалевский.
Палеонтология-наука о древних организмах прошлых геологических эпох. Она изучает по ископаемым останкам тех, кто жил на Земле десятки и сотни миллионов лет назад. Ископаемыми останками являются окаменевшие раковины моллюсков, зубы и чешуя рыб, скорлупа яиц, скелеты и другие твердые части организмов, отпечатки и следы их жизнедеятельности, сохранившиеся в мягком иле, в глине, в песчанике. Эти породы когда-то затвердели и в окаменевшем состоянии сохранились в различных слоях Земли.
По окаменевшим находкам, слепкам, останкам костей палеонтологии воссоздают животный мир прошлых эпох. Изучение дошедших до нас палеонтологических образцов из самых глубоких слоев Земли убедительно показывает, что животный мир древнего времени значительно отличался от современного.
Палеонтология решает следующие задачи:
выявление ранних этапов эволюции жизни;
выявление обособления стволов органического мира;
выявление основных этапов развития органического мира;
выявление событий на рубежах основных подразделений истории Земли.
Методы палеонтологии:
палеонтологический, заключающийся в расчленении осадочных толщ, определении их относительного возраста и установлении сходства между слоями разных регионов по сохранившимся в них ископаемым остаткам;
радиоактивный, основанный на изучении природного распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах; позволяет вычислить абсолютный возраст горных пород и останков ископаемых организмов.
Палеонтология предоставляет следующие данные в пользу эволюции:
1. Сведения об ископаемых переходных формах – это организмы, которые совмещают в себе признаки двух классов. Примерами ископаемых переходных форм являются:
древние кистеперые рыбы,
зверозубый ящер,
археоптерикс и др.
Происхождение земноводных
Тесная связь земноводных с водой, строение и образ жизни личинок, сходство с рыбами на ранних стадиях развития указывает на происхождение земноводных от древних рыб. Древние земноводные имели большое сходство с древними кистеперыми рыбами. У тех и у других в течении всей жизни сохранялась хорда, в черепе было непарное теменное отверстие, кожа имела чешуи. Сравнение скелета плавников вымерших кистеперых со скелетом конечностей земноводных говорит об их большом сходстве. Имеются предположения, что древние земноводные произошли от древних кистеперых рыб около 300 миллионов лет назад. В то время на Земле был жаркий влажный климат. Многие водоемы мелели, вода в них сильно прогревалась, становилась бедной кислородом. В таких условиях чаще сохранялись из поколения в поколение те кистеперые рыбы, которые могли выходить из воды, дышать атмосферным воздухом. Высыхание одних водоемов вынуждало предков земноводных переходить в другие. Некоторые из них задерживались на суше. Здесь они находили для себя достаточное количество пищи и не имели конкурентов. Это были первые сухопутные позвоночные на Земле. Древние земноводные дали начало современным группам животных этого класса.
Происхождение пресмыкающихся
Первые пресмыкающиеся появились на Земле около 285 млн. лет назад.
В то время на Земле установился теплый, сухой климат. Выживали только те земноводные, которые могли укрыться от сухости воздуха в болотах, или те, которые имели более сухую кожу, лучше развитые легочные мешки, могли откладывать яйца в плотной оболочке с большим запасом питательных веществ.
Развитие зародыша удлинилось, но зато вылуплялась не беспомощная личинка, а сформированное животное, приспособленное к условиям жизни на суше. От таких древних земноводных и могли произойти пресмыкающиеся с плотной ороговевшей кожей препятствовавшей испарение. Легкие имели ячеистое строение, появились ребра, образовалась грудная клетка. В желудочке сердца появилась перегородка, но кровь еще частично смешивалась. В скелете удлинился шейный отдел-голова стала более подвижной. Усовершенствовались органы чувств, увеличился мозжечок отвечающий за согласованность движений.
Происхождение птиц
Мысль о происхождении птиц от древних пресмыкающихся подтверждается находка ми отпечатков древних птиц. Такие отпечатки были найдены в Европе в 1861 и 1877 г (Германия) на сланце с признаками присущими одновременно и рептилиям и птицам. Научное название археоптерикс (первоптица). Были величиной с голубя. Сороку, покрытые перьями, их отличали настоящие крылья, удлиненная цевка, расположение пальцев 3 пальца вперед и один назад как у современных птиц. Удлиненный хвост, тяжелый скелет, мелкие зубы в челюстях, не наполненные воздухом кости указывали на сходство с пресмыкающимися.
Строение крыла, небольшой грудины без киля, хвоста, на каждом позвонке рулевые перья, позволило предполагать, что первоптицы плохо летали и вели древесный образ жизни. Ученые считают, что около 180млн. лет назад первоптицы произошли от мелких пресмыкающихся, которые жили на деревьях и могли перепрыгивать с ветки на ветку.
.Происхождение млекопитающихся
Сходство современных млекопитающих с пресмыкающимися, особенно на ранних стадиях развития, указывает на близкое родство этих групп животных, дает возможность предположить, что млекопитающие произошли от древних пресмыкающих. Это подтверждается находками скелетов вымерших зверозубых ящеров, которые имели еще больше признаков сходства с млекопитающими. В настоящее время существуют млекопитающие, которые по своему строению очень близки с пресмыкающимися. Это первозвери или яйцекладущие.
Ученые установили, что млекопитающие, как и птицы произошли от пресмыкающихся.Основные признаки млекопитающих- живорождение, выкармливание детенышей молоком- у современных животных этого класса развиты неодинаково. В связи с этим млекопитающих делят на первозверей (яйцекладущие) как и пресмыкающиеся, но детенышей выкармливают молоком как млекопитающие.
Зверей (сумчатые и плацентарные). Многие животные жившие раньше, не имеют аналогов в современном животном мире- они вымерли. Сегодня палеонтологи пытаются разгадать причины, по которым их не стало. Согласно предположениям вымирание произошло из-за изменения климата. При понижении температуры воздуха на Земле гигантские пресмыкающиеся становились менее жизнеспособными. Из откладываемых ими яиц не всегда выводилось потомство. Наступившее похолодание вызвало изменение растительности, которой питались растительноядные ящеры. При низкой температуре они не могли конкурировать с некоторыми видами теплокровных зверей и птиц живших в то время. Наиболее крупными вымершими животными были динозавры.
2. Эмбриологические доказательства
Эмбриология- наука о зародышевом развитии организмов, индивидуальном развитии организмов.
(По рис. Учебника сравнить эмбрионы хордовых. Найти сходство. Сделайте вывод).
Сравнение особенностей эмбрионального развития представителей различных групп позвоночных, например рыбы, тритона, черепахи, птицы, кролика, свиньи и человека, показало, что все зародыши на ранних стадиях развития очень сходны между собой. Ранние стадии развития зародышей всех классов, в том числе и млекопитающих похожи на зародыш рыб: имеются жаберные щели, хвост, 1 круг круг кровообращения)
Таким образом, изучение эмбрионального развития различных групп позвоночных животных показывает родство сравниваемых организмов, выясняет путь их исторического развития и служит доказательством в пользу существования эволюции живых организмов.
Закрепление:
Ответы на вопросы.
Домашнее задание: параграф 49.
Еще в первой половине XIXв. был получен ряд данных, говорящих о единстве всего органического мира. К ним относятся обнаружение клеточного строения растений, животных и человека. Выдающийся французский зоолог Ж.Кювье установил единые планы строения в каждом типе животных.
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции
Все позвоночные животные имеют двустороннюю симметрию, полость тела, позвоночник, череп, две пары конечностей. Сердце у всех позвоночных животных расположено на брюшной стороне, а нервная система - на спинной, она состоит из головного и спинного мозга. Единство плана строения в каждом типе свидетельствует о единстве его происхождения.
Двусторонняя симметрия — левая половина тела является отражением правой
Гомологичные органы
После выхода в свет работ Дарвина сравнительная анатомия получила толчок к развитию и в свою очередь внесла значительный вклад в развитие дарвинизма.
Большую роль сыграло установление гомологичности органов. Гомологичные органы могут выполнять различные функции и в связи с этим несколько разниться в строении, но построены по одному плану и развиваются из одних и тех же зародышевых зачатков.
Таковы передние конечности всех позвоночных: нога кролика, крыло летучей мыши, ласт тюленя, рука человека. Скелет каждого из этих органов имеет плечо, предплечье, состоящее из двух костей, кости запястья, пястья и фаланги пальцев. То же относится и к задним конечностям. Было обнаружено, что млечные железы гомологичны потовым, челюсти ракообразных - их конечностям, волосы млекопитающих - перьям птиц и чешуе рептилий, зубы млекопитающих - чешуе акул, части цветка (пестик, тычинки, лепестки) - листьям и т.д.
В отличие от гомологичных, аналогичные органы могут быть сходны по строению, так как выполняют однородные функции, но не имеют общего плана строения общего происхождения. Примерами их могут быть крыло насекомого и крыло птицы, жабры ракообразных и жабры рыбы. У растений аналогичными являются колючки кактуса (видоизмененные листья) и шипы розы (выросты кожицы). Для установления родственных связей между организмами они роли не играют.
Атавизмы и рудименты
Для доказательства эволюции имеют значение атавистические органы , которые были присущи далеким предкам и в норме не встречающиеся у современных организмов. Естественно, что такие признаки говорят о филогенетическом родстве. Примерами атавизма служат появление боковых пальцев у лошади, полосатость у домашних свиней; шейная фистула (образование, гомологичное жаберным щелям у низших хордовых), хвостовой придаток, обильная волосатость всего тела у человека.
Рудиментарными называются органы, утратившие свою функцию, но сохраняющиеся у взрослых животных. Обычно они остаются в зачаточном состоянии. Рудиментарными являются остатки тазовых костей у безногой ящерицы желтопузика и у китообразных. Они служат доказательством происхождения этих животных от предков, имевших развитые конечности. У человека рудиментарными органами являются:
- Копчик - остаток хвостовых позвонков;
- зачаточные ушные мышцы свидетельствующие о том, что предки человека обладали подвижной ушной раковиной.
На корневищах папоротника, пырея, ландыша можно обнаружить чешуйки - рудименты листьев.
Сравнительно-анатомические исследования современных прогрессивных и примитивных форм позволяют обнаружить переходные формы. Морское животное баланоглосс сочетает в себе признаки животных типа иглокожих и типа хордовых. Ланцетник имеет ряд признаков, сближающих его с одной стороны с иглокожими и полухордовыми (баланоглосс), а с другой стороны с позвоночными, с которыми он относится к одному типу хордовых.
Среди современных млекопитающих существуют однопроходные (имеющие клоаку и при размножении откладывающие яйца, как пресмыкающиеся), сумчатые и плацентарные. Сравнение их указывает, что млекопитающие находятся в родстве с пресмыкающимися и что эволюция млекопитающих шла от животных, откладывающих яйца, к живородящим формам с еще недоразвитой плацентой и, наконец, к животным, рождающим уже хорошо сформированных детенышей.
Эмбриологические доказательства эволюции
Еще до выхода в свет основного труда Дарвина академик Российской Академии наук К.М.Бэр установил, что эмбрионы различных животных имеют большее сходство между собой, чем взрослые формы. В этой закономерности Дарвин видел важное доказательство эволюции. Он считал, что в зародышевом развитии должны повторяться признаки предков.
В последарвиновский период связь онтогенеза с филогенезом была подтверждена многочисленными исследованиями. Русские ученые А.О.Ковалевский и И.И.Мечников установили, что у всех многоклеточных (беспозвоночных, начиная с червей и позвоночных) закладывается три зародышевых листка, из которых далее формируются все органы. Это подтверждает единство происхождения всего животного мира .
Сравнение развития зародышей всех классов позвоночных показывает большое сходство их на ранних стадиях развития, оно касается как внешнего, так и внутреннего строения (хорды, органов кровеносной и выделительной систем). По мере развития сходство уменьшается, начинают вырисовываться признаки класса, затем отряда, рода и вида. Этим подтверждается родство всех хордовых.
На основании эмбриологических исследований, проведенных над объектами из различных типов животных, Ф.Мюллер и Э.Геккель (независимо друг от друга) сформировали биогенетический закон.
Сжатая формулировка биогенетического закона гласит: онтогенез есть краткое повторение филогенеза .
Дальнейшие эмбриологические исследования показали, что биогенетический закон справедлив только в общих чертах. Фактически нет ни одной стадии развития, в которой бы зародыш полностью повторял строение какого-либо из своих предков. Зародыш птицы или млекопитающего никогда целиком не повторяет строение рыбы, но в определенной стадии развития у него образуются жаберные щели и жаберные артерии. В онтогенезе повторяется строение не взрослых форм предков, а эмбрионов. У зародышей млекопитающих образуется не жаберный аппарат взрослых рыб, а лишь закладка жаберного аппарата зародышей рыб.
Установлено, что в зародышевом развитии образуются не только органы, связанные с повторением признаков, но и временные органы, обеспечивающие существование зародышей в тех условиях, в которых они проходят развитие.
Академик А.Н.Северцов уточнил и дополнил положения биогенетического закона. Он доказал, что в процессе онтогенеза происходит выпадение отдельных этапов исторического развития, повторение зародышевых стадий предков, а не взрослых форм, возникновение изменений, мутаций, каких не было у предков. Новые наследственные признаки, изменяющие строение взрослого организма и направление эволюции, появляются в разные периоды эмбрионального развития. Чем позже в процессе зародышевого развития возникли новые признаки, тем полнее проявляется биогенетический закон.
Палеонтологические доказательства эволюции
Дарвин считал, что именно палеонтология, изучающая ископаемые остатки прежних обитателей Земли, должна дать наиболее веские доказательства в пользу эволюции. Дарвин остро ощущал отсутствие сведений о переходных формах, ископаемых организмах, сочетающих в себе признаки древних и более молодых групп, относящихся к разным классам и типам.
Доказательства эволюции на примере лошади
Первые наиболее веские палеонтологические доказательства эволюции были получены В.О.Ковалевским (1842-1883). Ему удалось выяснить последовательные этапы происхождения непарнокопытных, к которым относится лошадь. Древнейший предок лошади, найденный в отложениях третичного периода, был высотой около 30см, имел по четыре пальца на передних и по три - на задних конечностях. Он передвигался, опираясь на все фаланги пальцев, что было приспособлением к обитанию в болотистой местности. Пищей ему служили плоды и семена.
Далее, в связи с изменением климата, лесов становилось все меньше и на следующем этапе эволюции предки лошади оказались в открытой местности типа степей. Это привело к выживанию способных к быстрому бегу (для спасения от хищников), что достигалось удлинением конечностей и уменьшением поверхности опоры, т.е. уменьшением числа пальцев, соприкасающихся с почвой.
Одновременно отбор шел на приспособление к питанию степными травами. Появились складчатые зубы с большой жевательной поверхностью, необходимой для перетирания жесткой растительной пищи. Последовательно все большие размеры приобретал средний палец, боковые пальцы все уменьшались. В результате ископаемая лошадь, как и современная, имела уже на каждой ноге лишь по одному пальцу, на кончик которого она опиралась. Высота увеличилась до 150 см. Все строение тела хорошо приспособилось для обитания в открытой степной местности.
Другие переходные формы
После исследований В.О.Ковалевского удалось установить филогенетические ряды многих других животных: хоботных, хищных, моллюсков.
В настоящее время геологическая история Земли изучена довольно подробно. Известно, что в самых древних пластах обнаруживаются остатки различных типов беспозвоночных и лишь в более поздних появляются остатки позвоночных. Установлено, что чем моложе пласты, тем остатки растений и животных ближе к современным.
Обнаружены и переходные формы. Важной находкой был археоптерикс - первоптица, сохраняющая ряд признаков пресмыкающихся. Признаки птицы:
- общий вид;
- наличие перьев;
- сходство задних конечностей с цевкой.
Признаки пресмыкающихся:
- Наличие хвостовых позвонков;
- зубов;
- брюшных ребер.
Найдена переходная форма между пресмыкающимися и млекопитающими - зверозубые ящеры (териодонты), которых сближает с млекопитающими строение черепа, позвоночного столба, конечностей. Если у пресмыкающихся все зубы однотипны, то у териодонтов намечается дифференцировка зубов на резцы, клыки, коренные, что дало повод назвать этих ископаемых ящеров зверозубыми.
В ископаемом состоянии обнаружены семенные папоротники, совмещающие частично признаки папоротников, частично голосеменных. Это служит доказательством происхождения семенных растений от папоротникообразных.
Урок №: 37 Дата: ______________ Класс: 9Тема: Доказательства эволюции. Эмбриологические доказательства. Морфологические доказательства. Палеонтологические доказательства. Биогенетические доказательства эволюции.
Цель: познакомить обучающихся с различными группами доказательств эволюционного процесса.
Задачи: -Раскрыть научное значение обнаружения в развитии зародышей следов далекой истории систематических групп.
Дать оценку биогенетического закона Ф. Мюллера и Э. Геккеля как эмбриологического доказательства.
Выяснить значение ископаемых переходных форм для науки как палеонтологические доказательства, изучить сравнительно-анатомические доказательства эволюции.
Тип учебного занятия: изучение новой темы.
ХОД УРОКА
I. Фронтальный опрос по д/з (8 мин):
Беседа по вопросам :
1.Что представляет собой эволюция?
2.Как ученые смогли восстановить историю планеты Земля? Какими методами они этом пользовались?
3.На какие крупные и мелкие отрезки делят всю историю нашей планеты?
4.В какое время появилась жизнь?
5.Дайте общую характеристику жизни в каждой из пяти эр.
Задание 1: Вам предложены листы со списком животных, растений и крупнейших ароморфозов. Все они пронумерованы. Распределите их по соответствующим эрам по мере их возникновения. Выпишите цифры.
Протерозойская
Палеозойская
Мезозойская
Кайнозойская
Появление сине-зеленых водорослейПсилофиты
Возникновение эукариот
Появление хордовых
Появление первых млекопитающих
Стегоцефалы
Возникновение полового размножения (мейоз)
Кистеперые рыбы
Возникновение многоклеточных организмов
Трилобиты
Возникновение фотосинтеза
Динозавры
Мастадонты
Гигантские папоротники
Задание 2.“Черный ящик”
Ребятам предлагаются задания из черного ящика.
1.В черном ящике находится изображение динозавра о котором можно сказать так: “Мозгов был двойной комплект, и они занимали такие места один в голове, как у всех, другой у начала хвоста. Этот “зверь” мог сказать о себе самом, что всегда он был крепок задним умом”. О каком животном идет речь? (Стегозавр)
2.К середине мезозоя эти морские животные достигли прогресса и сейчас их находят во всех морских отложениях. (Аммониты)
3.В черном ящике лежит знаменитая фотография, сделанная в Шотландии в 1934 г. Какого динозавра назвали лохнеским чудовищем, опишите его. (Плезиозавр)
4Первой ископаемой находкой этого животного было единственное перо, обнаруженное в 1861 г. В Баварии. Полуптица, полуящер. Что это за животное? (Археоптерикс)
2. Изучение нового материала:
Направления эволюции
биологический прогресс
Численность биологический регресс
Ареал
Дифференцировка
Смертность
Рождаемость
Деление на группы. Работа в группах (работа с учебником и по постерам)
Гипотеза: современная наука обладает многими фактами, доказывающими существования эволюционного процесса.
1 группа
: Эмбриологические доказательства стр. 154-157
Доказательства единства происхождения органического мира - (Работа по постерам)
2 группа
:
Палеонтологические доказательства стр.157-158
Биохимические доказательства стр. 160- (Работа по постерам)
3 группа : Сравнительно-анатомические (морфологические). Генетические доказательства стр. 158-160. Заполнить таблицу.
Сравнительное доказательствоПримеры
Определение
Образец для заполнения (для проверки)
Сравнительно-анатомические доказательства эволюции органического мира
Сравнительное доказательствоПримеры
Определение
1.
Гомологичные
форма тела : кит - рыба
иглы барбариса - боярышника
корень-корневище
Органы, которые имеют сходное строение и общее происхождение, но выполняющие разные функции
2.
Аналогичные
крылья птицы - бабочки
жабры рыбы - рака
конечность медведки-крота
Органы, имеющие внешнее сходство и выполняющие одинаковые функции, но имеющие разное происхождение
3.
Рудиментарные
глаза пещерных рыб
крылья киви
аппендикс
органы, которые закладываются в ходе эмбрионального развития, но в дальнейшем перестают развиваться и остаются у взрослых форм в недоразвитом состоянии
4.
Атавизмы
хвост
многососковость
волосяной покров на лице
появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в ходе эволюции
5.
Переходные
эвглена
утконос
ехидна
ф ормы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц
Вывод: Факты сравнительной анатомии выявляют родственные связи между отдельными организмами, что доказывает эволюцию органического мира.
1 группа. Доказательства единства происхождения органического мира .
Задание: выслушать выступление и дополнительную информацию. Выпишите доказательства данной группы в тетрадь.
Доказательств единства происхождения органического мира на Земле:
1) растения, животные, грибы и бактерии имеют общий элементарный состав;
2) единство живого на молекулярном уровне, выражающееся прежде всего в наличии у всех живых существ белков и нуклеиновых кислот;
3) сходство способа функционирования биологических молекул (генетическое кодирование, транскрипция, трансляция, репликация ДНК, гликолиз и др.);
4) всеобщность клеточного строения и сходства строения клеток организмов разных царств органического мира;
5) единство функционирования клеток, проявляющееся в процессах митоза, мейоза, оплодотворения и др.
Молекулярные доказательства эволюции.
К данной группе доказательств относятся следующие:
а) Биохимические – принципиальное сходство химического состава внутриклеточной среды у разных организмов.
б) Генетические (молекулярные) – сходство количества хромосом и их генного состава у родственных форм организмов.
Все организмы на молекулярном уровне имеют ДНК и РНК
Содержат белки, состоящие из 20 аминокислот.
Универсальным является генетический код и репликация ДНК.
Синтез белков по единой схеме: транскрипция – трансляция
В качестве молекул– аккумуляторов большинство используют АТФ.
в) Цитологические – сходство строения клеток и их функционирования у представителей родственных групп организмов.
Эмбриологические доказательства эволюции
Эмбриология
– это наука о зародышевом развитии организма.
Фундамент эволюционной сравнительной эмбриологии был заложен А.О.Ковалевским и И.И.Мечниковым.
Эмбриологические доказательства доказывают степень родства на основе зародышевого развития организма. К данным эмбриологии, являющимися доказательствами эволюции, относят: Закон зародышевого сходства Карла Бэра(1828 г), Биогенетический закон Геккеля-Мюллера,
Онтогенез (индивидуальное развитие организмов) есть краткое повторение филогенеза (историческое развитие организмов)
2 группа. Палеонтологические доказательства
Палеонтология – это наука о животных и растениях прошлых геологических эпох, изучаемых по ископаемым остаткам. Термин был предложен в 1822 г. А.Бленвилем. Основы современной эволюционной палеонтологии заложил В.О.Ковалевский. Палеонтология представляет следующие данные в пользу эволюции:
Сведения об ископаемых переходных формах , которые не дожили до наших дней и присутствуют только в виде ископаемых останков. Примерами ископаемых переходных форм являются: древние кистеперые рыбы, семенные папоротники, псилофиты, зверозубый ящер , археоптерикс и др. Существование переходных форм между различными типами и классами показывает, что постепенный характер исторического развития свойственен не только низшим систематическим категориям (видам, родам, семействам), но и высшим категориям и что они также являются закономерным результатом эволюционного развития.
Сведения о филогенетических рядах , которые не только показывают изменения в процессе эволюции, но и позволяют узнать причину эволюции отдельных групп организмов. Например: история развития лошадей в ходе приспособления к жизни в степной равниной местности. Филогенетические ряды убедительно показывают, что эволюция в целом носит приспособительный характер.
Ответьте на вопрос:
1) Укажите переходные формы:
рыбы … земноводные
споровые папоротники … голосеменные
земноводные … пресмыкающие
пресмыкающие … млекопитающие
пресмыкающие … птицы
одноклеточные растения … одноклеточные животные
Биохимические доказательства
3 группа Сравнительно-морфологические доказательства
Рудименты (лат. rudimentum - зачаток, первооснова) - это органы, которые закладываются в ходе эмбрионального развития, но в дальнейшем перестают развиваться и остаются у взрослых форм в недоразвитом состоянии. Иными словами, рудименты - это органы, утратившие свое первоначальное значение в ходе эволюции. Наличие рудиментов, как и гомологичных органов, свидетельствует об общности происхождения живых форм. Задние конечности у кита, скрытые внутри тела, доказывают наземное происхождение его предков. Полностью рудиментированы конечности у змей. У двукрылых насекомых (мух, комаров) - задняя пара крыльев, превращенных в жужжальца. Рудиментарные органы известны у человека: мышцы, двигающие ушную раковину, третье веко (всего около 150).
Атавизмы (лат. atavus – предок, прародитель) - появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в ходе эволюции. Появление атавистических признаков объясняется тем, что в процессе развития особи до некоторой степени повторяются черты организации предков (Биогенетический закон), то нарушения нормального развития могут привести к тому, что у взрослого организма сохранятся на всю жизнь признаки предков, нормально появляющиеся у зародыша и обычно исчезающие в ходе дальнейшего развития.
Среди тысяч однопалых животных встречаются особи, у которых развиваются трехпалые конечности. Известны случаи появления атавистических признаков у человека: развитие дополнительных пар млечных желез (многососковость) , волосяного покрова на всем теле и лице, хвоста. Возникновение атавизмов указывает на историческую взаимосвязь между вымершими и ныне существующими формами.
Переходные формы - ф ормы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Пример: эвглена зеленая (признаки растений: хлоропласты, использование СО 2 ; признаки животных: жгутики, светочувствительный глазок.
Связь между разными классами животных свидетельствует об общности их происхождения. Яйцекладущие (утконос, ехидна) по ряду особенностей своей организации промежуточные между рептилиями и млекопитающими.
Гоацин - современная птица, некоторыми признаками сходная с археоптериксом. При помощи специфических когтей на крыльях птенцы гоацина могут карабкаться по ветвям, а в случае опасности предпочитают «отсиживаться» в воде. Археоптерикс- полуптица, полуящер. Это вымершее позвоночное позднего Зольнхофена на юге . Долгое время (до появления других находок) использовался для реконструкции облика предполагаемого общего предка птиц.
Задание: 2. Распределите данные биологические объекты на 4 группы: аналоги, гомологи, атавизмы и рудименты.
1. Корень и корневище
2. Конечности крота и медведки
3. Крыло птицы и бабочки
4. Лапы тигра и крота
5. Усики гороха и винограда
6. Клешни речного рака и краба
7. Ловчие листья росянки и напестеса
8. Жабры рака и рыбы
9. Колючки боярышника и барбариса
10. Крылья летучей мыши и рука человека
11. Тазовые кости китов
12. Трехпалость лошадей
13. Волосатый человек
14. Недоразвитфе глаза крота
15. Отсутствие зубов у муравьеда
16. Хвост у человека
17. Аппендикс у человека
18. Многососковостьу человека
19. Крылья у не летающей киви
20. Тазовые кости у змей
III. Закрепление
Решить тест:
1. Аналогичными органами у растений являются:
Корень и корневище (а);
Лист и чашелистик (б);
Тычинки и пестик (в).
2. К дивергенции признаков у организмов приводят:
Модификации (а);
Комбинации (б);
Мутации (в).
3. Разнообразие вьюрковых птиц есть результат:
Дегенерации (а);
Ароморфоза (б);
Дивергенции (в).
4. Переходной формой между земноводными и рептилиями были:
Стегоцефалы (а);
Динозавры (б);
Зверозубые рептилии (в).
5. Впервые семенами стали размножаться:
6. Переходной формой между рептилиями и птицами является:
Птеродактиль (а);
Иностранцевия (б);
Археоптерикс (в).
7. Кто обнаружил последовательные ряды ископаемых форм лошадиных?
В.О. Ковалевский (а);
А.О. Ковалевский (б);
Карл Бэр (в).
IV. Подведение итогов урока, домашнее задание
Что изучают палеонтология, эмбриология, сравнительная анатомия?
Палеонтология – наука о древних организмах прошлых геологических эпох.
Эмбриология - это наука, изучающая развитие зародыша/
Сравнительная анатомия - биологическая дисциплина, изучающая общие закономерности строения и развития органов и систем органов при помощи их сравнения у животных разных таксонов на разных этапах эмбриогенеза.
Как доказать существование эволюции?
Существуют следующие доказательства эволюции: палеонтологические, эмбриологические, сравнительно-анатомические.
Вопросы
1. Находили ли вы в вашей местности ископаемые останки животных?
Остатки позвоночных в Московской области редки. Чаще всего сохраняются зубы и чешую рыб (в карбоне - в основном хрящевых). Зато встречается большое количество раковин древних моллюсков.
2. Почему нельзя утверждать, что палеонтологические находки опровергают эволюцию?
Палеонтологические находки доказывают эволюцию. Палеонтологические находки помогают восстановить животный мир прошлого. Путем сравнения животных, живших в разные эпохи, установлено, что с течением времени животный мир изменялся. Единство происхождения современных групп животных устанавливается по находкам промежуточных форм.
3. Каковы, на ваш взгляд, причины вымирания динозавров?
Основной причиной вымирания динозавров считается изменение климата. Резкое похолодание, недостаток пищи привел к исчезновению огромных рептилий. Что касается причин изменения климата, то они могут быть разными, в том числе и падение метеорита.
4. О чем свидетельствует наличие оплодотворенной яйцеклетки у всех животных, размножающихся половым путем?
Наличие оплодотворенной яйцеклетки свидетельствует о начале развития зародыша нового организма.
5. В чем основные различия палеонтологических и сравнительно-анатомических доказательств эволюции животных?
При палеонтологических доказательствах производится сравнение современных видов животных с их древними предками. Использование сравнительно-анатомических методов основано на сравнении современных видов разных таксономических групп.
6. Почему крылья птицы и ласты кита считают гомологичными органами?
Крылья птицы и ласты кита – это органы, имеющие общий план строения, но отличающиеся формой, размерами (видоизмененные верхние конечности).
7. Чем различаются рудиментарные органы и атавизмы; что у них общего?
Рудименты – органы, которые утратили свою функцию в результате длительного неприменения.
Атавизмы – проявление признаков предков у современных особей.
Рудименты, в отличие от атавизмов, присутствуют у современных видов всегда. Атавизмы же – это аномалия. Общим является то, что и рудименты и атавизмы на данном этапе развития организма не применяются.
Современная наука обладает очень многими фактами, доказывающими существование эволюционного процесса. Это данные биохимии, генетики, эмбриологии, анатомии, систематики, биогеографии, палеонтологии и многих других дисциплин.
Доказательства единства происхождения органического мира. Все организмы, будь то вирусы, бактерии, растения, животные или грибы, имеют удивительно близкий элементарный химический состав. У всех у них особо важную роль в жизненных явлениях играют белки и нуклеиновые кислоты, которые построены по единому принципу и из сходных компонентов. Особенно важно подчеркнуть, что высокая степень сходства обнаруживается не только в строении биологических молекул, но и в способе их функционирования. Принципы генетического кодирования, биосинтеза белков и нуклеиновых кислот (см. § 14-16) едины для всего живого. У подавляющего большинства организмов в качестве молекул-аккумуляторов энергии используется АТФ, одинаковы также механизмы расщепления сахаров и основной энергетический цикл клетки.
Большинство организмов имеют клеточное строение. Клетка - это основной «кирпичик» жизни. Ее строение и функционирование очень сходны у разных организмов. Деление клеток - митоз, а в половых клетках - мейоз - осуществляется принципиально одинаково у всех эукариот.
Крайне маловероятно, чтобы такое удивительное сходство в строении и функционировании живых организмов было следствием случайного совпадения. Оно результат общности их происхождения.
Эмбриологические доказательства эволюции. В пользу эволюционного происхождения органического мира говорят данные эмбриологии.
Русский ученый Карл Бэр (1792-1876) обнаружил поразительное сходство зародышей различных позвоночных. Он писал: «Зародыши млекопитающих, птиц, ящериц и змей в высшей степени сходны между собой на самых ранних стадиях как в целом, так и по способу развития отдельных частей. У меня в спирту сохраняются два маленьких зародыша, которые я забыл пометить, и теперь я совершенно не в состоянии сказать, к какому классу они принадлежат. Может быть, это ящерицы, может быть - маленькие птицы, а может быть - и очень маленькие млекопитающие, до того велико сходство в устройстве головы и туловища у этих животных. Конечностей, впрочем, у этих зародышей еще нет. Но если бы даже они и были на самых ранних стадиях своего развития, то и тогда мы ничего не узнали бы, потому что ноги ящериц и млекопитающих, крылья и ноги птиц, а также руки и ноги человека развиваются из одной и той же основной формы».
Рис. 52. Сходство начальных стадий эмбрионального развития позвоночных
На более поздних стадиях развития различия между эмбрионами увеличиваются, появляются признаки класса, отряда, семейства (рис. 52). Ч. Дарвин рассматривал сходство ранних стадий онтогенеза у разных представителей крупных таксонов как указание на их происхождение путем эволюции от общих предков. Современные открытия в области генетики развития подтвердили дарвиновскую гипотезу. Было показано, например, что важнейшие процессы раннего онтогенеза у всех позвоночных контролируются одними и теми же генами. Более того, многие из этих генов-регуляторов обнаружены и у беспозвоночных (червей, моллюсков и членистоногих). На рисунке 53 показаны районы активности генов семейства Нох во время формирования нервной системы у дрозофилы и мыши. Последний общий предок этих двух видов животных существовал более 500 млн лет назад. Несмотря на это, у мыши и у дрозофилы сохранились в основном неизменными не только сами гены-регуляторы, но и порядок их расположения в хромосомах, и последовательность их включения в онтогенезе, и взаимное положение районов развивающейся нервной системы, в которых эти гены активны.
Рис. 53. Сравнение районов активности генов, контролирующих развитие нервной системы у дрозофилы и мыши
Морфологические доказательства эволюции. Особую ценность для доказательства единства происхождения органического мира представляют формы, сочетающие в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. Существование таких промежуточных форм указывает на то, что в прежние геологические эпохи жили организмы, являющиеся родоначальниками нескольких систематических групп. Наглядным примером этого может служить одноклеточный организм эвглена зеленая. Она одновременно имеет признаки, типичные для растений (хлоропласты, способность использовать углекислый газ) и для простейших животных (жгутики, светочувствительный глазок и даже подобие ротового отверстия).
Еще Ламарк ввел деление животных на позвоночных и беспозвоночных. Долгое время между ними не обнаруживали связующих звеньев, пока исследования отечественного ученого А. О. Ковалевского не установили связь между этими группами животных. А. О. Ковалевский доказал, что типичное на первый взгляд беспозвоночное - сидячая асцидия - развивается из свободноплавающей личинки. Она имеет хорду и очень сходна с ланцетником, представителем, как тогда считали, позвоночных. На основании таких исследований всю группу животных, к которым принадлежали и асцидии, присоединили к позвоночным и дали этому типу наименование хордовых.
Связь между разными классами животных также хорошо иллюстрирует общность их происхождения. Яйцекладущие (например, ехидна и утконос) по ряду особенностей своей организации промежуточны между рептилиями и млекопитающими.
Строение передних конечностей некоторых позвоночных (рис. 54), например ласты кита, дельфина, лапы крота, крыла летучей мыши, лапы крокодила, крыла птицы, руки человека, несмотря на выполнение этими органами совершенно разных функций, в принципиальных чертах сходно. Некоторые кости в скелете конечностей могут отсутствовать, другие - срастаться, относительные размеры костей могут меняться, но их гомология, т. е. сходство, основанное на общности происхождения, совершенно очевидна. Гомологичными называют такие органы, которые развиваются из одинаковых эмбриональных зачатков сходным образом.
Рис. 54. Гомология передних конечностей позвоночных
Некоторые органы или их части не функционируют у взрослых животных и являются для них лишними - это так называемые рудиментарные органы, или рудименты. Наличие рудиментов, так же как и гомологичных органов, тоже свидетельство общности происхождения. Рудиментарные глаза встречаются у совершенно слепых животных, ведущих подземный образ жизни. Скелет задних конечностей у кита, скрытый внутри тела, - рудимент, свидетельствующий о наземном происхождении его предков. У человека тоже известны рудиментарные органы. Таковы мышцы, двигающие ушную раковину, рудимент третьего века, или так называемой мигательной перепонки, и т. д.
Палеонтологические доказательства эволюции. Развитие, например, хордовых осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии. Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и растений во времени.
В отдельных случаях палеонтология указывает на причины эволюционных преобразований. В этом отношении интересна эволюция лошадей. Современные лошади произошли от мелких всеядных предков, живших 60-70 млн лет назад в лесах и имевших пятипалую конечность. Изменение климата на Земле, повлекшее за собой сокращение площадей лесов и увеличение размеров степей, привело к тому, что предки современных лошадей начали осваивать новую среду обитания - степи. Необходимость защиты от хищников и передвижений на большие расстояния в поисках хороших пастбищ привела к преобразованию конечностей - уменьшению числа фаланг вплоть до одной (рис. 55). Параллельно изменению конечностей происходило преобразование всего организма: увеличение размеров тела, изменение формы черепа и усложнение строения зубов, возникновение свойственного травоядным млекопитающим пищеварительного тракта и многое другое.
Рис. 55. Исторический ряд изменений в строении передней конечности лошади
В результате изменения внешних условий под влиянием естественного отбора произошло постепенное превращение мелких пятипалых всеядных животных в крупных травоядных. Богатейший палеонтологический материал - одно из наиболее убедительных доказательств эволюционного процесса, длящегося на нашей планете уже более 3 млрд лет.
Биогеографические доказательства эволюции. Ярким свидетельством произошедших и происходящих эволюционных изменений является распространение животных и растений по поверхности нашей планеты. Еще в эпоху Великих географических открытий путешественников и натуралистов поражало разнообразие животных в дальних странах, особенности их распространения. Однако лишь А. Уоллесу удалось привести все сведения в систему и выделить шесть биогеографических областей (рис. 56): 1) Палеоарктическую, 2) Неоарктическую (Палеоарктическую и Неоарктическую зоны часто объединяют в Голарктическую область), 3) Индо-Малайскую, 4) Эфиопскую, 5) Неотропическую и 6) Австралийскую.
Рис. 56. Карта биогеографических зон
Сравнение животного и растительного мира разных зон дает богатейший научный материал для доказательства эволюционного процесса. Фауна и флора Палеоарктической (Евроазиатской) и Неоарктической (Североамериканской) областей, например, имеют много общего. Это объясняется тем, что в прошлом между названными областями существовал сухопутный мост - Берингов перешеек. Неоарктическая и Неотропическая области, напротив, имеют мало общих черт, хотя в настоящее время соединены Панамским перешейком. Это объясняется изолированностью Южной Америки в течение нескольких десятков миллионов лет. После возникновения Панамского моста лишь немногим южноамериканским видам удалось проникнуть на север (дикобраз, броненосец, опоссум). Североамериканские виды преуспели в освоении южноамериканской области несколько больше. Ламы, олени, лисы, выдры, медведи проникли в Южную Америку, но не оказали существенного влияния на ее уникальный видовой состав.
Интересен и своеобразен животный мир Австралийской области. Известно, что Австралия обособилась от Южной Азии еще до возникновения высших млекопитающих.
Таким образом, распределение видов животных и растений по поверхности планеты и их группировка в биогеографические зоны отражают процесс исторического развития Земли и эволюции живого.
Островные фауна и флора. Для понимания эволюционного процесса интерес представляют фауна и флора островов. Состав их фауны и флоры полностью зависит от истории происхождения островов. Острова могут быть материкового происхождения, т. е. представлять собой результат обособления части материка, или океанического происхождения (вулканические и коралловые).
Материковые острова характеризуются фауной и флорой, близкой по составу к материковой. Однако, чем древнее остров и чем более значительна водная преграда, тем больше обнаруживается отличий. Британские острова отделились от Европы совсем недавно и имеют фауну, идентичную европейской. На давно обособившихся островах процесс расхождения видов заходит гораздо дальше. На Мадагаскаре, например, нет типичных для Африки крупных копытных: быков, антилоп, носорогов, зебр. Нет и крупных хищников (львов, леопардов, гиен), высших обезьян (павианов, мартышек). Однако много низших приматов - лемуров, которые нигде больше не встречаются.
Совершенно иная картина обнаруживается при рассмотрении фаун океанических островов. Их видовой состав очень беден. На большинстве таких островов отсутствуют наземные млекопитающие и амфибии, неспособные преодолеть значительные водные препятствия. Вся фауна океанических островов - результат случайного занесения на них некоторых видов, обычно птиц, рептилий, насекомых. Представители таких видов, попавшие на океанические острова, получают широкие возможности для размножения. Например, на Галапагосских островах из 108 видов птиц 82 эндемичны (т. е. нигде больше не встречаются) и все 8 видов рептилий характерны только для этих островов. На Гавайских островах обнаружено большое разнообразие улиток, из которых 300 эндемичных видов принадлежат одному роду.
Огромное количество разнообразных биогеографических фактов указывает на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов.
Молекулярные доказательства эволюции. В настоящее время практически завершена полная расшифровка генома (совокупности всех генов) человека и геномов ряда животных, растений и микроорганизмов. Известна полная последовательность нуклеотидов в ДНК у огромного числа видов живых организмов. Сравнение этих последовательностей дает новый ключ к построению родословной жизни на Земле.
Многие мутации представляют собой замены одних нуклеотидов на другие. Мутации возникают, как правило, во время репликации ДНК (см. § 14). Отсюда следует, что, чем больше поколений прошло со времени дивергенции двух видов от общего предка, тем больше случайных замен нуклеотидов должно было накопиться в геномах этих дочерних видов. Общий предок человека и шимпанзе существовал около пяти миллионов лет назад, а общий предок человека и мыши - более 80 миллионов лет назад. Когда мы сравниваем нуклеотидные последовательности генов, например гена бета-глобина, мы видим, что различий между генами человека и шимпанзе гораздо меньше, чем между генами человека (или шимпанзе) и мыши.
Количественная оценка этих различий позволяет построить генеалогическое древо, показывающее родство различных таксонов (видов, отрядов, семейств, классов), и определить относительное время их дивергенции. В основном это древо совпадает с теми, что были построены на основе морфологических, эмбриологических и палеонтологических данных. Однако в некоторых случаях обнаруживаются поразительные вещи. Оказалось, что киты и парнокопытные гораздо более близкие родственники, чем парнокопытные и непарнокопытные. Африканский златокрот филогенетически ближе к слону, чем к нашим кротам. Современные методы молекулярной генетики позволяют анализировать гены не только ныне живущих организмов, но и давно вымерших видов, используя следы ДНК в ископаемых останках. Это помогает проследить пути эволюции живого на Земле.
- 0 чем свидетельствуют следующие факты: сходная организация молекулярных процессов у всех организмов, живущих на Земле; наличие промежуточных форм и рудиментарных органов? Ответ обоснуйте.
- Животный и растительный мир Северной Америки и Евразии сходны между собой, а флора и фауна Северной и Южной Америки сильно различаются. Как вы объясните эти факты?
- Обычно на островах довольно часто встречаются эндемичные виды (больше нигде на земном шаре не встречающиеся). Чем это можно объяснить?
- Ископаемое животное - археоптерикс имело признаки птицы и пресмыкающегося. Дайте оценку этому факту с научной точки зрения.
