§ 35. Макроэволюция. Основные доказательства эволюции

Определения и обозначения

Макроэволюция — эволюционные преобразования, приводящие к возникновению надвидовых групп организмов. К таким группам относятся, например, роды, семейства и классы. Она охватывает длительные изменения, которые складываются из процессов на уровне популяций и видов. Это понятие помогает описывать крупные этапы истории жизни.

Гомологичные органы — органы, имеющие общее происхождение и сходный план строения. Их форма и функции могут различаться, потому что органы приспосабливались к разным условиям. Например, передние конечности человека и птицы служат разным задачам, но имеют сходное расположение костей. Сравнение таких органов помогает выявлять родство организмов.

Аналогичные органы — органы, сходные по выполняемой функции, но различающиеся происхождением и планом строения. Их сходство возникает не из-за наследования одного и того же органа от общего предка, а при приспособлении к похожим условиям. Так, крылья птицы и насекомого позволяют летать, но устроены по-разному. Это различие важно учитывать при оценке родства.

Рудименты — органы, утратившие основное значение в ходе эволюции, но сохранившиеся в уменьшенном или упрощённом виде. Они обычно встречаются у представителей вида, хотя их первоначальная функция стала менее значимой или исчезла. Рудименты помогают предположить, какие особенности были у предков. Поэтому их рассматривают как свидетельство исторических преобразований организмов.

Как это устроено

Наследственные изменения возникают в популяциях, а естественный отбор и другие факторы меняют их распространённость. Если популяции длительно развиваются в разных условиях, между ними накапливаются различия и могут образоваться новые виды. Последующие изменения уже разных видов приводят к появлению более крупных групп организмов. Так макроэволюция складывается из множества взаимосвязанных процессов, а не из одного скачка.

Сравнивая органы, учёные выясняют, связано ли сходство с общим происхождением или с похожими условиями жизни. У гомологичных органов сохраняется общий план строения, потому что он унаследован от предка, хотя естественный отбор мог изменить их функции. Аналогичные органы формируются независимо, когда сходные задачи требуют похожих приспособлений. Поэтому одинаковая функция сама по себе не доказывает близкое родство.

Рудименты сохраняют следы строения, которое было более развито или выполняло иную роль у предков. Атавизмом называют редкое появление у отдельной особи признака предков, обычно не проявляющегося у представителей вида. Оба явления становятся понятны, если изменения происходят постепенно и наследственные особенности могут сохраняться. Они позволяют увидеть, что современные организмы связаны с историей более ранних форм.

Ископаемые остатки организмов находят в геологических слоях, которые образовывались в разные периоды. Сопоставляя возраст слоёв и строение находок, учёные восстанавливают последовательность появления и изменения форм. Если обнаруживаются переходные особенности, это помогает связать группы организмов и проследить возможные этапы их истории. Чем полнее такая последовательность, тем точнее можно судить о происхождении и преобразованиях групп.

Эмбриология сравнивает развитие зародышей, биогеография — распространение организмов по Земле, а молекулярная биология — сходство ДНК и белков. Сходные особенности раннего развития и молекулярных последовательностей могут отражать наследование от общего предка. Географическое распределение помогает понять, как изоляция и история материков влияли на расхождение групп. Эти сведения дополняют данные о строении и ископаемых, поскольку рассматривают родство с разных сторон.

Основные группы доказательств эволюции

При работе с таблицей сначала определите, какие именно признаки сравниваются, а затем выясните, что может объяснить их сходство. Не приравнивайте сходную функцию к общему происхождению: для вывода важны строение, развитие и независимые данные других наук. Согласование нескольких групп свидетельств делает обоснование эволюционного родства надёжнее.

Разбор задач

У птицы и человека обнаружены кости передней конечности, сходно расположенные, но выполняющие разные функции. Нужно определить тип органов и объяснить значение наблюдения. Для решения следует оценить не только назначение конечностей, но и общий план их строения.

1. Сначала сравним функции: конечность птицы связана с полётом, а рука человека — с захватом и манипулированием предметами. Значит, функции не совпадают. Однако различие функций ещё не решает вопрос о происхождении.
2. Затем учитываем условие: кости расположены сходно. Общий план строения при разных функциях — характерный признак гомологичных органов. Такой план объясняется наследованием от общего предка и последующими изменениями.

Ответ: передние конечности птицы и человека — гомологичные органы. Их сходное строение указывает на общее происхождение, а различие функций отражает приспособление к разным образам жизни. Наблюдение поддерживает вывод о родстве, но его следует сопоставлять с другими данными.

Сравните два наблюдения: сходство ранних стадий развития позвоночных и сходство крыла птицы с крылом насекомого по функции. Требуется определить, какие данные подтверждают родство, а какие показывают аналогию. Для этого важно различить объект сравнения и причину сходства.

1. Сходство ранних стадий развития относится к эмбриологическим данным. Оно может объясняться общими особенностями развития, унаследованными от предков, поэтому служит свидетельством возможного родства позвоночных. Само по себе оно не заменяет проверку другими данными.
2. Крылья птицы и насекомого сравниваются по функции — полёту. Их происхождение и план строения различны, следовательно, функциональное сходство не доказывает близкого родства. Это пример аналогичных органов, возникших при сходной потребности.

Ответ: сходство ранних стадий развития позвоночных является эмбриологическим свидетельством родства. Сходство крыльев птицы и насекомого по функции — аналогия, а не доказательство близкого происхождения. Различие становится ясным, если проверять не только функцию, но и происхождение и строение органов.

В геологических слоях найдены последовательные ископаемые формы, связывающие две группы организмов. Нужно назвать группу доказательств и объяснить, какой вывод допустим. Ключ к решению — сочетание ископаемых находок с их положением в слоях.

1. Остатки организмов и сведения об их возрасте изучает палеонтология. Поэтому последовательность форм в слоях относится к палеонтологическим доказательствам эволюции. Более ранние и поздние находки позволяют восстановить временной порядок изменений.
2. Если формы обладают признаками обеих групп, они помогают проследить возможные этапы преобразования. Такая последовательность поддерживает вывод об историческом изменении организмов и связи групп. При этом находки не всегда позволяют установить все детали перехода.

Ответ: это палеонтологическое доказательство. Последовательные ископаемые формы позволяют судить о преобразовании организмов во времени и возможном происхождении одной группы от предковых форм, связанных с другой. Вывод становится убедительнее при согласовании с анатомическими и молекулярными данными.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что гомологичные органы обязательно выполняют одинаковую функцию. Её допускают, когда обращают внимание только на назначение органа, а не на его строение. Проверьте, сохраняется ли общий план строения при различии функций. Если да, это не мешает признать органы гомологичными.

Ошибка — принимать аналогичные органы за доказательство близкого родства. Сходная функция кажется очевидным признаком общего происхождения, но она может независимо возникнуть в похожих условиях. Чтобы проверить себя, сравните не только функцию, но и происхождение с планом строения. Различия по этим признакам указывают на аналогию.

Ошибка — смешивать рудименты и атавизмы. Оба явления напоминают о предках, поэтому их легко объединить, хотя рудименты характерны для представителей вида, а атавизмы редко встречаются у отдельных особей. Проверьте, проявляется ли особенность обычно у многих представителей или единично. Первый случай соответствует рудименту, второй — атавизму.

Ошибка — считать каждый вид доказательств достаточным сам по себе. Отдельное сходство может иметь несколько объяснений, а часть ископаемой истории может быть неизвестна. Сопоставьте анатомические, эмбриологические, палеонтологические и другие данные. Если независимые источники согласуются, вывод об эволюции обоснован лучше.

Связь с другими темами

Для понимания макроэволюции нужны основные положения эволюционного учения, знания о наследственной изменчивости и естественном отборе. Видообразование объясняет, как возникают новые виды, из изменений которых складываются более крупные преобразования. Эти темы связывают процессы внутри популяций с историей надвидовых групп.

Сравнение доказательств пригодится при изучении происхождения человека, систематики и эволюционной истории организмов. Систематика упорядочивает группы, а данные о строении, развитии и молекулах помогают оценивать их родство. При изучении человека те же принципы позволяют сопоставлять его особенности с особенностями других организмов.

Что запомнить

• Макроэволюция охватывает изменения, ведущие к возникновению надвидовых групп.
• Гомологичные органы указывают на общее происхождение, даже если выполняют разные функции.
• Аналогичные органы сходны по функции, но имеют разное происхождение.
• Рудименты сохраняются у представителей вида в изменённом или упрощённом виде.
• Ископаемые остатки помогают восстановить последовательность исторических изменений организмов.
• Доказательства эволюции получают из разных областей биологии.