4.13. Доказательства эволюции органического мира

Определения и обозначения

Палеонтологические доказательства — ископаемые остатки и отпечатки организмов, по которым судят об изменении жизни во времени. Ископаемые сохраняются в горных породах, а их положение в слоях помогает установить относительную последовательность существования форм. Эти данные нужны, чтобы восстановить историю жизни и сравнить древние организмы с современными.

Гомологичные органы — органы общего происхождения и сходного плана строения, которые могут выполнять разные функции. Например, передние конечности человека, кита и летучей мыши служат для разных действий, но имеют сходное расположение основных частей. Такое сходство помогает судить о родстве, даже если образ жизни организмов различен.

Рудименты — недоразвитые органы, утратившие своё прежнее значение в ходе эволюции. Они не исчезли полностью и сохраняются у современных организмов в изменённом виде. Их изучение помогает понять, какие особенности были полезны предкам и как органы менялись при смене условий жизни.

Атавизмы — появление у отдельных организмов признаков, характерных для далёких предков. Обычно такой признак встречается редко и не является обычной чертой всего вида. Атавизмы помогают обнаружить историческую связь с предками, но сами по себе не объясняют весь путь эволюции.

Как это устроено

Слои земной коры формировались в разное время, поэтому ископаемые в них представляют последовательность, а не случайный набор находок. В более древних слоях обнаруживают организмы, отличающиеся от тех, что жили позднее; некоторые формы сочетают особенности разных групп. Сопоставляя возраст слоёв и признаки находок, учёные прослеживают смену форм жизни и возможные изменения их строения. Именно временной порядок позволяет использовать ископаемые как свидетельство эволюции.

У гомологичных органов сходен общий план строения, потому что они унаследованы от общего предка. В ходе приспособления к разным условиям отдельные части могли измениться, и органы стали выполнять разные задачи. Поэтому функция не обязана совпадать: передняя конечность может служить для хватания, плавания или полёта. Сходство внутреннего плана при различии функций указывает на происхождение, а не просто на одинаковый образ действий.

В эволюции органы могут менять значение, уменьшаться или терять прежнюю функцию, если условия жизни изменились. Остаток такого органа сохраняется у потомков как рудимент, поскольку изменение организма происходит постепенно, а не мгновенно. Атавизм возникает иначе: у отдельной особи проявляется признак, который был обычен у далёких предков, но обычно не выражается у современных представителей вида. Оба явления связывают современные организмы с их историей, но рудимент характерен для вида, а атавизм — редкое индивидуальное проявление.

У зародышей позвоночных на ранних стадиях можно заметить сходные черты строения и развития. Это объясняется тем, что организмы унаследовали основные особенности развития от общих предков. По мере роста различия становятся заметнее, поскольку у каждого вида формируются признаки, связанные с его образом жизни. Поэтому особенно ранние стадии полезны для сравнения, хотя одного сходства эмбрионов недостаточно для полного вывода о родстве.

Биогеография рассматривает, где обитают виды и как их распространение связано с историей материков, островов и изоляцией популяций. Виды на близких территориях нередко оказываются родственными, а изолированные группы со временем приобретают различия. Сравнительная анатомия, эмбриология и молекулярная биология дополняют картину: первая сопоставляет строение, вторая — развитие, третья — молекулы, например последовательности генов. Совпадение выводов независимых наук делает предположение о родстве убедительнее.

Основные группы доказательств эволюции

При работе с таблицей сначала определите, какие именно данные приведены в условии, а затем найдите соответствующую группу доказательств. Столбец «Что подтверждает» помогает сформулировать вывод, а пример показывает, как связать данные с эволюцией. Если сведения относятся сразу к нескольким группам, их можно рассматривать совместно.

Разбор задач

Задача 1. У ископаемых остатков из более древних слоёв обнаружены признаки, отличающиеся от признаков родственных современных организмов. Определите, к какой группе доказательств относятся эти данные и что они показывают.

1. Условие описывает ископаемые остатки и их положение в слоях земной коры.
2. Значит, речь идёт о палеонтологических доказательствах, а не о сравнении живых организмов или их генов.
3. Древний возраст находок и различие признаков позволяют заключить, что организмы менялись со временем. Само по себе отличие не объясняет все этапы изменений, но подтверждает историческую смену форм жизни.

Ответ. Это палеонтологические данные; они показывают изменение организмов в ходе истории жизни.

Задача 2. Передние конечности человека, кита и летучей мыши различаются по функциям, но имеют сходный план строения. Объясните, какой вывод можно сделать.

1. Сначала сравним не назначение конечностей, а их устройство: в условии указано, что план строения сходен.
2. Такие органы называют гомологичными; их сходство связано с общим происхождением.
3. Разные функции объясняются последующими изменениями, связанными с разными способами жизни. Следовательно, различие функций не отменяет вывода о родстве.

Ответ. Передние конечности гомологичны и свидетельствуют об общем происхождении соответствующих организмов.

Задача 3. У двух видов сходны ранние стадии эмбрионального развития, строение определённых органов и последовательности некоторых генов. Оцените, как эти данные вместе подтверждают эволюционное родство.

1. Сходство ранних стадий относится к эмбриологическим доказательствам, а сходство органов — к сравнительно-анатомическим.
2. Сходство последовательностей генов представляет молекулярно-биологическое свидетельство. Оно дополняет сведения о развитии и строении, поскольку основано на другом типе данных.
3. Все три совпадения согласуются с предположением об общем происхождении. Чем больше независимых признаков совпадает, тем убедительнее вывод, хотя точную степень родства по одному описанию определить нельзя.

Ответ. Совокупность эмбриологических, сравнительно-анатомических и молекулярных данных убедительно поддерживает гипотезу о родстве видов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любые органы с одинаковой функцией доказательством общего происхождения. Так думают, потому что сходство назначения заметно сразу, но оно могло независимо возникнуть у неродственных организмов. Проверьте себя: сравните не только функцию, но и план строения и происхождение органов. Если строение существенно различается, перед вами могут быть аналогичные органы.

Ошибка — называть рудиментом орган, который вообще не развивается. Рудимент сохраняется у организма, хотя его прежнее значение ослабло или исчезло, поэтому слово «недоразвитый» не означает полного отсутствия. Путаница возникает из-за того, что такой орган выглядит уменьшенным. Проверьте себя: спросите, есть ли у него сохраняющаяся структура и встречается ли он у представителей вида.

Ошибка — считать атавизм обычным признаком всего вида. Атавизм проявляется редко у отдельного организма, тогда как признак вида характерен для его представителей в целом. Их путают, потому что оба явления связаны с признаками предков. Проверьте себя: если признак обнаружен как исключение у одной особи, это может быть атавизмом, а не постоянной особенностью вида.

Ошибка — делать окончательный вывод о родстве по одному факту. Отдельное сходство может иметь разные объяснения или быть недостаточно информативным. Надёжный вывод получают, когда согласуются независимые данные: например, строение органов, эмбриональное развитие и молекулярные признаки. Проверьте себя: назовите, какие именно свидетельства поддерживают заключение и к каким группам они относятся.

Связь с другими темами

Для понимания доказательств эволюции нужны основные положения эволюционного учения: представление об изменении организмов и их общем происхождении. Также важно знать, что такое вид, и уметь сравнивать признаки организмов, не смешивая сходство строения со сходством функции. Эти знания помогают правильно истолковать ископаемые находки, органы и данные о развитии. Позже они пригодятся при изучении происхождения человека, систематики организмов и механизмов эволюции.

Что запомнить

• Разные группы научных данных подтверждают историческое развитие органического мира.
• Ископаемые остатки позволяют судить о последовательности смены организмов.
• Гомологичные органы свидетельствуют об общем происхождении, даже если выполняют разные функции.
• Рудименты и атавизмы связаны с признаками предков.
• Сходство ранних стадий развития организмов может указывать на их родство.
• Биогеографические и молекулярно-биологические данные дополняют другие доказательства.