§ 50. Доказательства эволюции

Определения и обозначения

Гомологичные органы — органы общего происхождения и сходного плана строения, которые могут выполнять разные функции. Например, рука человека и ласта кита приспособлены к разным действиям, но сохраняют общий план строения. Сравнение таких органов помогает распознать родство, даже если внешний вид организмов сильно различается.

Аналогичные органы — органы разного происхождения и строения, выполняющие сходные функции. Крыло птицы и крыло насекомого позволяют летать, но устроены по-разному. Это различие нужно учитывать, чтобы не принимать сходство, вызванное одинаковой задачей, за свидетельство близкого родства.

Рудименты — органы, утратившие своё основное значение, но сохранившиеся у организмов. Они могут оставаться частью тела или выполнять другую, менее важную функцию. Их изучают как след прежних особенностей предков и изменений, происходивших в ходе эволюции.

Атавизмы — редкое появление у отдельных особей признаков, характерных для далёких предков. В отличие от рудимента, такой признак обычно не встречается у всех представителей вида. Атавизмы напоминают, что наследственная история может сохранять возможности проявления древних особенностей.

Как это устроено

Сравнение строения организмов позволяет искать не просто похожие детали, а общий план их устройства. Если органы построены по сходной схеме, но выполняют разные функции, это объясняется тем, что они унаследованы от общего предка и позднее приспособились к разным условиям. Поэтому гомологичные органы служат аргументом в пользу родства. Различие их функций показывает, что эволюционные изменения могут менять назначение органа, не стирая полностью его исходную структуру.

Сходная среда и похожие задачи могут приводить к возникновению сходных приспособлений у организмов, которые не являются близкими родственниками. Так, крылья птицы и насекомого помогают летать, но имеют разное устройство и происхождение. В этом случае сходство объясняется действием похожих условий, а не наследованием одного и того же органа от общего предка. Значит, для вывода о родстве нужно выяснять, как орган устроен и откуда он произошёл, а не только что он делает.

Рудименты и атавизмы сохраняют сведения о признаках предков, хотя выглядят по-разному. Рудимент присутствует у представителей вида, но утратил прежнее основное значение или изменил функцию. Атавизм проявляется редко и напоминает признак далёкого предка. Оба явления можно объяснить наследованием: изменения в организме не всегда сразу устраняют все следы прежнего строения или развития.

Палеонтология изучает ископаемые остатки организмов и их следы, сохранившиеся в породах. Сопоставляя находки из слоёв разного возраста, учёные устанавливают, какие формы жили раньше, а какие появились позднее. Переходные формы сочетают признаки двух крупных групп и помогают представить промежуточные этапы изменений. Такая последовательность не показывает каждое поколение, но даёт основания восстановить отдельные этапы истории жизни.

Другие направления исследований дополняют картину родства. На ранних стадиях развития зародыши разных организмов могут иметь общие черты, поскольку унаследовали некоторые особенности развития от предков. Биогеография изучает распространение организмов и помогает объяснить, почему виды на разных территориях связаны с историей их расселения. Сравнение молекул, например наследственного материала и белков, выявляет сходство на уровне строения; согласование этих данных с другими доказательствами укрепляет выводы об эволюции.

Основные группы доказательств эволюции

В таблице собраны способы изучения организмов и выводы, которые они помогают сделать. Сравнивайте не только предмет исследования, но и то, как именно он связан с историей видов. Примеры показывают, какие наблюдения могут служить основанием для вывода.

Разбор задач

Задача 1. Органы позвоночных

У крыла птицы, ласты кита и руки человека сходный план строения, но разные функции. Нужно определить тип сходства и объяснить, какой вывод из него следует. Одного сравнения назначений органов здесь недостаточно: решающим признаком будет их общее устройство.

1. Сопоставляем план строения органов, а не только их внешний вид.
2. Замечаем, что строение сходно, хотя рука служит для захвата предметов, ласта — для плавания, а крыло — для полёта.
3. Определяем, что это гомологичные органы: общий план указывает на общее происхождение, а различия функций — на приспособление к разным условиям.

Ответ: органы гомологичные. Их сходный план строения свидетельствует о родстве организмов и происхождении от общего предка.

Задача 2. Крылья птицы и насекомого

Крылья птицы и насекомого выполняют функцию полёта, но устроены по-разному. Требуется понять, доказывает ли одинаковое назначение близкое родство. Для решения сравним происхождение и строение органов, а не остановимся на совпадении функции.

1. Устанавливаем общий признак: оба органа позволяют летать.
2. Проверяем их строение и происхождение: крыло птицы связано со скелетом передней конечности, а крыло насекомого устроено иначе.
3. Делаем вывод, что это аналогичные органы. Сходная функция могла возникнуть как приспособление к полёту, поэтому сама по себе она не доказывает близкое родство.

Ответ: сходство крыльев функциональное, а не свидетельство общего происхождения этих органов. Для вывода о родстве нужны другие признаки, например сходство плана строения или молекул.

Задача 3. Находки в слоях пород

В ископаемых слоях найдены остатки организмов с признаками двух крупных групп, а в более древних слоях встречаются более древние формы. Нужно объяснить, почему это важно для доказательства эволюции. Следует учесть и сочетание признаков, и порядок, в котором организмы обнаружены.

1. Сначала связываем возраст находок с положением слоёв: более древние слои содержат остатки более ранних форм.
2. Затем отмечаем, что сочетание признаков двух групп позволяет считать найденный организм переходной формой.
3. Сопоставляем находки: их последовательность показывает, что признаки могли изменяться постепенно, а группы организмов имеют общую историю.

Ответ: ископаемые переходные формы и их возраст помогают восстановить отдельные этапы эволюции. Они не показывают всю цепь поколений, но подтверждают историческую последовательность изменений.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любые органы со сходной функцией гомологичными. Так думают, потому что органы могут выглядеть похожими или решать одну задачу. Но функция не говорит об их происхождении: сравните строение и план организации. Если они различаются, сходство может быть аналогичным.

Ошибка: считать рудименты совершенно бесполезными. Это впечатление возникает из-за того, что орган утратил своё прежнее основное значение. Однако функция может измениться, а сам орган — сохранять второстепенную роль. Проверяя себя, уточняйте: утрачена ли именно основная функция, а не всякое значение.

Ошибка: называть атавизм обычным признаком вида. Её допускают, смешивая редкое появление признака у особи с постоянной особенностью всех представителей. Атавизм проявляется у отдельных организмов и напоминает черту предков. Проверьте, встречается ли он у всех представителей вида: если нет, это не обычный видовой признак.

Ошибка: сводить все доказательства эволюции к ископаемым находкам. Ископаемые важны, но не позволяют одни описать все связи и изменения. Родство изучают также по строению и развитию организмов, их распространению и молекулам. Чтобы не сузить вывод, проверьте, подтверждают ли его независимые группы данных.

Связь с другими темами

Для изучения доказательств эволюции нужны знания о виде, наследственности, изменчивости и приспособленности: они помогают объяснить, как признаки сохраняются и меняются. Сравнение органов связано с темой строения органов и систем, а сопоставление зародышей — с закономерностями индивидуального развития. Эти представления пригодятся при изучении происхождения видов, естественного отбора и эволюции человека, где важно уметь различать наблюдаемые признаки и объяснение их происхождения.

Что запомнить

• Гомологичные органы свидетельствуют об общем происхождении, даже если выполняют разные функции.
• Аналогичные органы сходны по функции, но имеют разное происхождение.
• Рудименты и атавизмы указывают на связь современных организмов с предками.
• Переходные формы помогают проследить исторические изменения организмов.
• Разные группы доказательств дополняют друг друга.
• Сходство организмов оценивают по его происхождению и характеру, а не только по внешнему виду или функции.