§ 3. Морфологические и эмбриологические свидетельства эволюции

Определения и обозначения

Гомологичные органы — органы общего происхождения и сходного плана строения, которые могут выполнять разные функции. Например, передние конечности позвоночных сохраняют общие элементы, хотя служат для ходьбы, плавания или полёта. Это понятие помогает находить родство там, где внешнее сходство неочевидно.

Аналогичные органы — органы разного происхождения и строения, сходные по выполняемой функции. Крылья птиц и насекомых служат для полёта, но устроены и возникли по-разному. Понятие нужно, чтобы не принимать сходную задачу органа за доказательство общего предка.

Рудименты — недоразвитые органы, утратившие основное значение в ходе эволюции, но сохраняющиеся у современных организмов. Они не исчезли полностью, хотя прежняя функция ослабла или изменилась. Изучение рудиментов помогает понять, какие особенности были важны для предков.

Атавизмы — редко проявляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для далёких предков. Их наблюдают не у каждого представителя вида, в отличие от рудиментов. Это понятие помогает распознать редкое возвращение предкового признака.

Как это устроено

У гомологичных органов есть общий план строения, потому что они унаследованы от общего предка. В ходе эволюции потомки могли осваивать разные условия, и естественный отбор поддерживал изменения, полезные в каждой среде. Поэтому один и тот же исходный набор частей оказался приспособлен к разным функциям. Сходство строения здесь важнее сходства назначения.

Аналогичные органы появляются у неродственных или далёкородственных организмов независимо. Если организмы сталкиваются с похожими условиями, сходные задачи могут приводить к похожим приспособлениям. Но исходные структуры и пути их развития остаются разными. Поэтому аналогия объясняет приспособление к среде, а не близость происхождения.

Рудимент сохраняется, когда прежний орган утратил основное значение, но его полное исчезновение не стало необходимым или не происходило за время эволюции. Такой остаток сопоставляют с хорошо развитым органом родственных организмов и оценивают его строение. Различия помогают предположить, какую функцию он выполнял у предков. Так морфологические данные позволяют восстановить направление изменений образа жизни.

Атавизм возникает, когда у отдельной особи проявляется признак, характерный для далёких предков. В наследственном материале могут сохраняться особенности, связанные с формированием этого признака, хотя обычно они не приводят к его развитию. Если соответствующие особенности реализуются в ходе индивидуального развития, признак становится заметным. Поэтому атавизм указывает на сохранение эволюционной преемственности, а не на обычное строение всего вида.

На ранних этапах развития зародыши родственных групп могут быть сходны по общим особенностям строения. Причина в том, что их развитие унаследовало общие черты от предков, а основные различия формируются позднее. По мере развития зародыши приобретают признаки своей группы и становятся менее похожими. Такое раннее сходство вместе с последующим расхождением служит эмбриологическим свидетельством общего происхождения.

Морфологические и эмбриологические свидетельства эволюции

Пользуйся таблицей, сначала определяя, что именно сравнивается: функция, строение, развитие или редкость признака. Затем сопоставь наблюдение с тем, какой вывод оно позволяет сделать. Пример служит иллюстрацией, но для вывода важны признаки из второго столбца.

Разбор задач

Передняя конечность крота и летучей мыши

Условие. Установите, являются ли передняя конечность крота и передняя конечность летучей мыши гомологичными органами, и объясните вывод. Нужно сравнить не только назначение конечностей, но и их происхождение и план строения. От различия функций нельзя сразу переходить к выводу о неродстве.

1. Выясняем, какие признаки важны для гомологии. Это общее происхождение и сходный план строения, а не одинаковая функция. Поэтому сравниваем основные части конечностей.
2. У крота передняя конечность приспособлена к рытью, а у летучей мыши — к полёту. Различие функций связано с приспособлением к разным условиям. Оно не отменяет общего плана строения передней конечности позвоночных.
3. Сопоставляем признаки с определением. Общий план и происхождение позволяют отнести эти органы к гомологичным. Их функции различны из-за эволюционной специализации.

Ответ. Передние конечности крота и летучей мыши гомологичны. Они имеют общий план строения и происхождение, хотя выполняют разные функции.

Крылья птицы и насекомого

Условие. Крылья птицы и насекомого выполняют функцию полёта. Можно ли считать их гомологичными органами? Нужно проверить, совпадает ли не только функция, но также происхождение и план строения. Одна общая функция для такого вывода недостаточна.

1. Отделяем функцию от происхождения. Полёт — сходное назначение, но оно не говорит, от какого органа крыло возникло. Для гомологии необходимы общий источник и сходный план строения.
2. Сравниваем строение крыльев. Крыло птицы связано с передней конечностью позвоночного, а крыло насекомого имеет другое происхождение и устройство. Значит, общего плана строения у этих органов нет.
3. Применяем понятие аналогии. Сходная функция возникла независимо у разных групп в связи с приспособлением к полёту. Такое совпадение не подтверждает близкое родство.

Ответ. Крылья птицы и насекомого не гомологичны, а аналогичны. Они сходны по функции, но имеют разное происхождение и строение.

Рудимент или атавизм

Условие. У одного организма обнаружен недоразвитый орган, а у отдельной особи другого вида — признак, характерный для его далёких предков. Определите, где наблюдается рудимент, а где атавизм, и укажите, какое свидетельство даёт каждый случай. Ключ к решению — распространённость признака и его состояние. Важно не смешивать недоразвитый орган с редким появлением предкового признака.

1. Сначала рассматриваем недоразвитый орган. Если он сохраняется у представителей вида и утратил прежнее значение, это рудимент. Сравнение с развитыми органами родственных организмов помогает проследить историю изменений.
2. Затем оцениваем признак у отдельной особи. Редко проявившаяся особенность далёкого предка — атавизм. Она показывает, что предковый признак может вновь проявиться в развитии отдельного организма.
3. Связываем каждое наблюдение с выводом. Рудимент свидетельствует об утрате или изменении прежней функции органа. Атавизм свидетельствует о возможности проявления признака предков.

Ответ. Недоразвитый орган — рудимент, а редкий предковый признак у отдельной особи — атавизм. Оба случая свидетельствуют об эволюционной преемственности, но показывают её по-разному.

Типичные ошибки

Ошибка: считать гомологичные органы обязательно одинаковыми по функции. Так думают, потому что объединяют сходство строения с одинаковым назначением. Однако гомологичные органы могли измениться при приспособлении к разным условиям. Проверь себя: найди общий план строения и происхождение, не требуя совпадения функций.

Ошибка: принимать любые органы с одной функцией за гомологичные. Общая задача кажется достаточным доказательством сходства, но функции могут появляться независимо. Например, органы полёта у разных групп устроены и происходят по-разному. Проверь, совпадает ли происхождение и план строения; если сходна только функция, вероятна аналогия.

Ошибка: смешивать рудимент и атавизм. Оба связаны с предками, поэтому различие легко упустить. Рудимент сохраняется у представителей вида, тогда как атавизм редко встречается у отдельной особи. Проверь распространённость признака: обычное недоразвитое состояние у вида указывает на рудимент, единичное предковое проявление — на атавизм.

Ошибка: считать, что зародыш одного современного вида проходит взрослые стадии других видов. Это упрощённое толкование сходства зародышей. Сходство ранних стадий говорит об общих чертах развития и происхождении, а не о превращении одного вида во взрослые формы других. Проверь, относится ли сравнение к ранним зародышам родственных групп и их дальнейшему расхождению.

Связь с другими темами

Для понимания свидетельств эволюции нужны представления о наследственности, изменчивости, естественном отборе и общем предке. Наследственные изменения дают материал для эволюции, а отбор влияет на то, какие особенности сохраняются в разных условиях. Морфологические и эмбриологические данные дополняют эти представления: они помогают сопоставлять организмы и восстанавливать их родственные связи. Эти способы сравнения пригодятся при изучении других доказательств эволюции.

Что запомнить

• Гомологичные органы имеют общее происхождение, но могут выполнять разные функции.
• Аналогичные органы сходны по функции, но имеют разное происхождение.
• Рудимент — недоразвитый орган, сохраняющийся у представителей вида.
• Атавизм — редкое проявление признака далёких предков.
• Сходство ранних стадий развития родственных организмов подтверждает их общее происхождение.