§ 36. Органический мир как результат эволюции

Определения и обозначения

Эволюция — историческое, направленное и необратимое развитие живой природы. Она охватывает изменения организмов, популяций и видов на протяжении поколений. Это понятие помогает объяснить, как возникло современное разнообразие жизни.

Органический мир — совокупность всех живых организмов и систем их взаимодействия. В него входят бактерии, грибы, растения, животные и человек, а также связи между ними и средой. Понятие нужно, чтобы рассматривать жизнь как единую, взаимосвязанную систему.

Общий предок — древняя форма жизни, от которой произошли родственные группы организмов. У двух видов может не быть прямого общего предка в виде одного известного организма, но их линии развития сходятся в далёком прошлом. Эта идея объясняет сходство признаков у разных групп.

Доказательства эволюции — факты, подтверждающие историческое развитие и родство организмов. К ним относятся данные палеонтологии, сравнительной анатомии, эмбриологии, молекулярной генетики и биогеографии. Они важны потому, что позволяют проверять выводы об эволюции разными независимыми способами.

Как это устроено

Современные организмы сильно различаются по строению, образу жизни и среде обитания, поэтому их разнообразие нельзя объяснить появлением всех видов одновременно. В течение огромного времени потомки древних организмов накапливали изменения и приспосабливались к новым условиям. Разветвление родственных линий постепенно сформировало многообразие видов, которое наблюдается сегодня.

Клеточное строение, сходный химический состав и единый принцип записи наследственной информации связывают все формы жизни. Например, генетический код почти универсален, а белки строятся из одних и тех же типов аминокислот. Такое единство трудно считать случайным: оно указывает на происхождение организмов от общих предков и сохранение древних признаков.

Сравнительная анатомия сопоставляет строение органов у разных организмов, а эмбриология — их развитие. Гомологичные органы могут выполнять разные функции, но сохраняют общий план, потому что унаследованы от предка; сходство зародышей родственных групп показывает общность ранних этапов развития. Сочетание таких данных помогает установить родство и последовательность изменений, хотя эволюция не обязана вести к одинаковому усложнению всех линий.

Ископаемые остатки — это сохранившиеся части или следы древних организмов: кости, раковины, отпечатки, следы жизнедеятельности. Их возраст и положение в слоях земной коры позволяют сравнивать организмы разных эпох и прослеживать смену форм. Переходные формы особенно ценны, поскольку объединяют признаки двух групп и показывают возможный этап их расхождения.

Источником эволюционных изменений служит наследственная изменчивость: мутации и новые сочетания генов создают различия между особями. Естественный отбор сохраняет в данных условиях те признаки, которые повышают выживание и успешное размножение. Если полезные наследственные признаки накапливаются в популяции, она приспосабливается, а при длительном расхождении линий могут возникнуть новые виды.

Основные доказательства эволюции

При работе с таблицей сначала определите, какой объект изучают: ископаемый, анатомический, зародышевый, молекулярный или географический. Затем свяжите его с выводом о происхождении, родстве или истории расселения. Наиболее убедительную картину даёт совокупность разных групп доказательств.

Разбор задач

Задача 1

Распределите наличие хвоста у зародыша человека, крыло птицы и руку человека, отпечаток древнего папоротника по группам доказательств эволюции. Нужно определить не только название группы, но и вывод, который следует из каждого факта. Объект исследования подсказывает способ рассуждения.

1. Наличие хвоста у зародыша относится к эмбриологическим доказательствам, поскольку рассматривается развитие организма.
2. Крыло птицы и рука человека — сравнительно-анатомические объекты; их общий план строения указывает на гомологию.
3. Отпечаток древнего папоротника относится к палеонтологическим доказательствам, так как сохранился след древней жизни.

Ответ: хвост зародыша — эмбриологическое доказательство, конечности птицы и человека — сравнительно-анатомическое, отпечаток папоротника — палеонтологическое. Вместе эти факты подтверждают историческое развитие и родство организмов.

Задача 2

Сравните конечности человека, кита и летучей мыши и объясните, почему их считают гомологичными, хотя функции различаются. Человек использует руку для захвата, кит — переднюю конечность для плавания, а летучая мышь — для полёта. Значит, сравнивать нужно не назначение, а происхождение и внутренний план.

1. У всех трёх конечностей есть сходные отделы: плечо, предплечье и кисть, хотя их размеры и форма изменены.
2. Различия возникли как приспособления к наземному, водному и воздушному образу жизни.
3. Общий план строения при разных функциях свидетельствует о наследовании от общего предка, поэтому органы гомологичны.

Ответ: конечности человека, кита и летучей мыши гомологичны. Их сходство по происхождению важнее различий функций, а одинаковая функция без общего плана сама по себе родство не доказывает.

Задача 3

Ископаемая форма имеет признаки пресмыкающихся и птиц. Нужно объяснить, почему сочетание признаков считают переходным, и сделать вывод о связи двух групп. Один признак ещё не решает задачу: значение имеет именно совокупность особенностей.

1. Признаки пресмыкающихся показывают сходство формы с более древней группой.
2. Птичьи признаки указывают на появление особенностей, характерных для другой линии развития.
3. Их сочетание занимает промежуточное положение и позволяет предположить историческую связь групп, а не независимое появление всех признаков.

Ответ: форму считают переходной, потому что она объединяет признаки пресмыкающихся и птиц. Она подтверждает, что современные группы связаны общими предками и могли формироваться постепенно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что эволюция всегда означает усложнение всех организмов. Так думают, потому что развитие часто связывают с появлением новых органов, но отбор сохраняет полезность, а не максимальную сложность. Проверка: спросите, помогает ли упрощение конкретному образу жизни.

Ошибка: путать гомологичные и аналогичные органы. Сходная функция кажется доказательством родства, хотя аналогичные органы могли возникнуть независимо. Проверка: сравните общий план строения и происхождение, а не только внешнее назначение органа.

Ошибка: считать единицей эволюции отдельную особь. Особь может получить наследственное изменение, но закрепляется и распространяется оно только в популяции через размножение. Проверка: выясните, передаётся ли признак потомкам и меняет ли его частота в группе.

Ошибка: представлять ископаемые остатки прямой цепочкой превращения одного современного вида в другой. Ископаемые формы отражают отдельные этапы и ветви развития, но летопись неполна. Проверка: говорите о древних формах и родстве, не объявляя каждый остаток непосредственным предком.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о клеточном строении, наследственности, изменчивости, виде и основных положениях учения Чарльза Дарвина. Эти сведения объясняют, откуда берутся различия между организмами и как они наследуются.

Тема подготавливает изучение механизмов эволюции, образования видов и происхождения человека. Дальше можно будет подробнее разобрать роль мутаций, изоляции, борьбы за существование и отбора.

Знания пригодятся при объяснении биологического разнообразия, классификации организмов и доказательств родства в генетике и палеонтологии. Одни и те же эволюционные связи рассматриваются на уровне органов, молекул, ископаемых форм и распространения видов.

Что запомнить

• Современный органический мир сформировался в результате длительной эволюции.
• Все живые организмы связаны общностью происхождения.
• Единство живой природы проявляется в клеточном строении, химическом составе и генетическом коде.
• Ископаемые остатки подтверждают историческую смену организмов.
• Гомологичные органы свидетельствуют об общем происхождении, а аналогичные — о сходстве функций.
• Наследственная изменчивость и естественный отбор обеспечивают приспособление организмов и образование новых видов.