§25. Основные этапы эволюции животного мира

Определения и обозначения

Ароморфоз — крупное эволюционное изменение, повышающее общий уровень организации животных и расширяющее возможности освоения среды. Например, появление челюстей улучшило добывание пищи и дало позвоночным новые возможности питания. Понятие помогает отличить крупный шаг в организации от частной особенности строения.

Идиоадаптация — приспособление к конкретным условиям среды, обычно не меняющее общий уровень организации. Окраска, маскирующая животное, повышает его шансы выжить в определённом месте. Термин нужен, чтобы описывать разнообразие приспособлений без предположения, что каждое из них усложняет организм.

Дегенерация — упрощение организации, связанное, в частности, с переходом к паразитическому или малоподвижному образу жизни. Если паразит получает пищу от хозяина, некоторые органы и системы могут утратить прежнее значение. Это понятие показывает, что эволюционные изменения не всегда ведут к усложнению.

Хорда — осевой внутренний скелетный тяж, характерный для хордовых животных. Она поддерживает тело и служит опорой для мышц; у многих позвоночных её роль в дальнейшем принимает позвоночник. Знание этого признака помогает распознавать общий план строения хордовых и сравнивать их с другими животными.

Как это устроено

Историю животных соотносят с геологическим временем, потому что условия на Земле постоянно менялись. Менялись климат, очертания морей и суши, состав сообществ; вслед за этим появлялись новые местообитания и источники пищи. В одних условиях естественный отбор поддерживал одни признаки, в других — иные. Поэтому крупные этапы отражают не только появление групп, но и перемены среды, влиявшие на их распространение.

Усложнение животных происходило постепенно и не по единому плану. У многоклеточных появились специализированные клетки и ткани, а разделение функций между органами позволило эффективнее двигаться, питаться и воспринимать сигналы. Двусторонняя симметрия связана с направленным движением: у таких животных выделяются передний конец тела и передняя часть нервной системы. Полость тела дала пространство для органов и облегчила их взаимное движение, а у хордовых возникла осевая опора.

Новые системы и структуры помогали животным решать задачи, возникавшие в их среде. Опорные образования поддерживали тело и защищали внутренние органы, кровеносная система переносила вещества, а нервная система координировала реакции. Челюсти позволили захватывать и обрабатывать разнообразную пищу. Конечности стали полезны для перемещения по твёрдой поверхности, а лёгкие — для получения кислорода из воздуха; такие приобретения расширяли доступные местообитания.

Выход позвоночных на сушу был возможен не благодаря одному изменению, а благодаря сочетанию признаков. Конечности с прочным скелетом поддерживали тело вне воды, а лёгкие обеспечивали дыхание атмосферным воздухом. Однако размножение многих ранних наземных позвоночных оставалось связано с водой, поэтому полное освоение суши требовало и изменений в размножении, защите зародыша. В разных линиях эти задачи решались по-разному, и переход занимал длительное время.

Эволюция не похожа на лестницу, где один современный вид обязательно превращается в другой. Группы могли существовать одновременно, занимать разные экологические ниши, специализироваться и вымирать. Сходные условия порой независимо приводили к сходным приспособлениям у неродственных линий. Поэтому сходство признаков само по себе ещё не доказывает, что одна современная группа произошла от другой.

Крупные этапы эволюции животного мира

Таблица помогает сопоставить геологическое время с группами животных и их приобретениями. Читайте её по строкам, чтобы увидеть, как сменялись условия и расширялись возможности организмов. При этом указанные группы могли сосуществовать, а их расцвет не обязательно совпадал с моментом появления.

Разбор задач

Задача 1. Расположите в хронологическом порядке появление рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Сначала вспомним общую последовательность возникновения крупных групп позвоночных, а затем проверим, не подменяем ли время появления временем расцвета. Важно не превращать ответ в перечень геологических периодов, если требуется только порядок групп.

1. Рыбы появились раньше наземных позвоночных и относятся к древним группам, широко развивавшимся в палеозое.
2. Земноводные возникли позже рыб; они были среди первых позвоночных, осваивавших сушу, хотя размножение многих из них связано с водой.
3. Пресмыкающиеся появились после земноводных и лучше приспособились к наземному размножению.
4. Птицы и млекопитающие возникли позднее пресмыкающихся; обе группы имеют древнюю историю и не являются потомками современных пресмыкающихся.

Ответ: рыбы → земноводные → пресмыкающиеся → птицы и млекопитающие. Птицы и млекопитающие возникли в мезозое, но их широкое распространение и расцвет пришлись на более позднее время. Следовательно, их положение в последовательности не означает, что одна из этих современных групп произошла от другой.

Задача 2. Объясните, почему появление конечностей и лёгких помогло позвоночным освоить сушу. Рассмотрим отдельно движение и дыхание, поскольку эти органы решают разные задачи. Затем свяжем их действие с особенностями наземной среды: на суше тело не поддерживается водой, а кислород можно получать из воздуха.

1. Конечности с внутренней опорой помогали удерживать тело и передвигаться по поверхности, преодолевая действие силы тяжести.
2. Лёгкие обеспечивали газообмен с атмосферным воздухом, поэтому животное могло получать кислород вне воды.
3. Оба приобретения действовали совместно: возможность дышать воздухом без способности опираться и двигаться по суше не обеспечила бы полноценного освоения новой среды.

Ответ: конечности обеспечивали опору и движение, а лёгкие — дыхание атмосферным воздухом. Эти признаки открыли позвоночным доступ к наземным местообитаниям, но для независимого размножения на суше требовались и другие изменения.

Задача 3. Определите, какие изменения являются ароморфозами, а какие — идиоадаптациями: появление челюстей, покровительственная окраска, четырёхкамерное сердце, специализация конечностей к плаванию. Не оцениваем, полезно ли изменение: все перечисленные признаки могут быть полезными. Вместо этого проверяем, повышает ли оно общий уровень организации или решает частную задачу в определённых условиях.

1. Появление челюстей расширило способы добывания и обработки пищи, поэтому его относят к ароморфозам.
2. Покровительственная окраска помогает скрываться в конкретной среде, не повышая общий уровень организации: это идиоадаптация.
3. Четырёхкамерное сердце связано с более эффективным разделением потоков крови и относится к крупным изменениям организации — ароморфозам.
4. Специализация конечностей к плаванию помогает передвигаться в воде и является частным приспособлением, то есть идиоадаптацией.

Ответ: ароморфозы — появление челюстей и четырёхкамерного сердца; идиоадаптации — покровительственная окраска и специализация конечностей к плаванию. Проверка проста: частное ли это приспособление к условиям или изменение, расширяющее общие возможности организации?

Типичные ошибки

Ошибка — представлять эволюцию как обязательное превращение одной современной группы в другую. Так думают, когда читают последовательность возникновения групп как цепочку прямых предков. Проверяйте себя вопросом: речь идёт о древних предках или о современных животных? Современные беспозвоночные не являются непосредственными предками современных позвоночных.

Ошибка — считать, что все крупные изменения возникли одновременно. Её провоцирует краткое изложение длительной истории в виде одного перечня приобретений. Проверяйте, к какой группе и какому времени относится признак: изменения появлялись постепенно и в разных линиях не обязательно в один момент.

Ошибка — называть ароморфозом любую полезную адаптацию. Это происходит, если оценивать только пользу признака, а не его значение для организации организма. Чтобы проверить ответ, спросите, расширяет ли изменение общие возможности группы или помогает в конкретных условиях: во втором случае это обычно идиоадаптация.

Ошибка — отождествлять время расцвета группы со временем её появления. Группу могут хорошо знать по периоду наибольшего разнообразия, и тогда кажется, будто она возникла именно тогда. Сверяйте оба события отдельно: возникновение и расцвет могут разделять большие промежутки времени.

Связь с другими темами

Для понимания этапов эволюции нужны знания геологической шкалы времени, естественного отбора, наследственной изменчивости и уровней организации животных. Геологическая шкала помогает не смешивать последовательность событий, а представления об отборе объясняют, почему признаки распространяются в популяциях. Далее эти знания пригодятся при изучении происхождения человека и разнообразия позвоночных. Сравнительная анатомия позволяет сопоставлять строение животных и разбираться, какие признаки связаны с общим происхождением, а какие — с приспособлением к сходным условиям.

Что запомнить

• Эволюция животного мира происходила на протяжении геологической истории Земли.
• Крупные приобретения расширяли возможности животных осваивать новые среды.
• Ароморфоз повышает общий уровень организации, а идиоадаптация обеспечивает частное приспособление.
• Освоение суши позвоночными сопровождалось изменениями конечностей, дыхания и размножения.
• Появление новой группы не означает исчезновения всех ранее возникших групп.
• Современные животные — результат длительной эволюции, а не ступени одной прямой лестницы.