§ 10. Сравнительно-анатомические и эмбриологические свидетельства эволюции

Определения и обозначения

Гомологичные органы — органы общего происхождения и сходного плана строения, которые могут выполнять разные функции. Их сравнивают, чтобы выявить родство организмов даже тогда, когда внешне органы непохожи или служат разным целям. Например, конечности позвоночных могут быть приспособлены к ходьбе, плаванию или полёту.

Аналогичные органы — органы разного происхождения и строения, выполняющие сходные функции. Они помогают понять, что одинаковая задача способна приводить к похожим приспособлениям у неродственных групп. Поэтому по одной лишь функции нельзя судить о близком родстве организмов.

Рудимент — недоразвитый орган, унаследованный от предков и обычно утративший прежнее значение. Его рассматривают как след изменений, произошедших в ходе эволюции, например при смене образа жизни. Рудимент не обязательно полностью бесполезен: он может сохранять или приобретать функцию.

Атавизм — появление у отдельного организма признака, характерного для его далёких предков. Это редкое проявление помогает проследить наследственную связь с предками и отличить такой случай от обычного строения вида. В отличие от рудимента, атавизм встречается не у всех представителей вида.

Как это устроено

У организмов с общим предком могут сохраняться одинаковые основные элементы строения органов. Поэтому сходство их внутреннего плана объясняется происхождением, даже если внешняя форма и функция со временем изменились. При освоении разных условий естественный отбор сохраняет варианты, которые лучше подходят к конкретному образу жизни. Так, один исходный тип конечности может стать крылом, ластом или ногой.

Если неродственные организмы сталкиваются с похожими условиями, у них могут независимо появиться органы со сходной функцией. Причина такого сходства — сходные требования среды, а не обязательно общий предок с таким же органом. Поэтому крылья разных групп могут помогать летать, хотя устроены и произошли по-разному. Для вывода о родстве сравнивают не только функцию, но и строение, развитие и происхождение органов.

Рудименты сохраняются, когда прежняя функция органа становится менее важной или условия жизни меняются. Естественный отбор может уменьшать орган, если его развитая форма больше не даёт прежнего преимущества; при этом он не всегда исчезает полностью. Некоторые рудиментарные структуры продолжают выполнять ограниченную или новую функцию. Их наличие показывает, что современное строение организма складывалось постепенно.

Атавизм возникает, когда в развитии отдельной особи проявляется признак, обычный для далёких предков, но редкий или отсутствующий у современных представителей вида. Возможность такого проявления связана с сохранением наследственной информации, участвующей в развитии признака. Обычно механизмы развития подавляют или изменяют её действие, поэтому атавизм не становится нормой для вида. В отличие от рудимента, он проявляется у отдельных особей.

На ранних этапах развития зародыши родственных групп могут иметь общие черты, поскольку используют сходные механизмы формирования организма, унаследованные от общего предка. По мере развития различия накапливаются: структуры изменяются, исчезают или приобретают разные функции. Такое сходство согласуется с общностью происхождения и служит эмбриологическим свидетельством эволюции. Но оно не означает, что зародыш буквально повторяет взрослые стадии предков.

Сравнительно-анатомические и эмбриологические свидетельства эволюции

Пользуясь таблицей, сначала определите, что именно сравнивают: строение, функцию, отдельный признак или этап развития. Затем проверьте, указывает ли сходство на общее происхождение или объясняется сходными условиями. Примеры помогают применить критерий, но вывод о родстве лучше подтверждать несколькими видами данных.

Разбор задач

Задача 1. Установите, являются ли рука человека и крыло летучей мыши гомологичными органами, и объясните ответ. Сравнивать только назначение этих органов недостаточно: рука нужна для действий, а крыло — для полёта. Нужно выяснить, совпадают ли их происхождение и общий план строения.

1. Определите, к какому типу относятся органы: оба являются передними конечностями позвоночных.
2. Сопоставьте строение: в них сохраняется общий план, хотя пропорции костей и форма различаются.
3. Учтите, что различия связаны с приспособлением к разным функциям.

Ответ: рука человека и крыло летучей мыши — гомологичные органы. Их сходство связано с общим происхождением и планом строения, а не с одинаковой функцией. Разные условия существования привели к специализации передних конечностей.

Задача 2. Крылья птицы и насекомого служат для полёта. Определите, гомологичны они или аналогичны, и обоснуйте вывод. Их функция совпадает, но это ещё не говорит о том, что органы возникли у общего предка в одинаковом виде. Для решения сравните происхождение и строение.

1. Зафиксируйте общий признак: оба органа обеспечивают полёт.
2. Сравните устройство и происхождение: крылья птиц — передние конечности позвоночных, а крылья насекомых имеют другое происхождение и строение.
3. Сделайте вывод по главному критерию: сходство функции сочетается с различием происхождения.

Ответ: крылья птицы и насекомого аналогичны. Они выполняют сходную функцию, но не являются органами общего происхождения. Пример показывает, почему функцию нельзя использовать как единственный признак родства.

Задача 3. У двух видов позвоночных на ранней стадии развития обнаружены сходные признаки, которые позднее исчезают или преобразуются. Объясните, какое эволюционное свидетельство это даёт и чего из него нельзя заключать. В условии речь идёт о сходстве развития, а не обязательно о сходстве взрослых организмов. Следует связать признак с родством, не преувеличивая значение наблюдения.

1. Определите тип данных: сравниваются зародыши на ранних этапах развития.
2. Укажите вывод: общие черты согласуются с наличием общего предка и служат эмбриологическим свидетельством эволюции.
3. Ограничьте вывод: преобразование или исчезновение признаков не означает буквального повторения зародышем взрослых стадий предков.

Ответ: сходство даёт эмбриологическое свидетельство возможного общего происхождения видов. Оно помогает обосновать родство, особенно вместе с другими данными. Нельзя заключать, что зародыш проходит все взрослые этапы эволюции предков.

Типичные ошибки

Ошибка — считать гомологичными любые органы с одинаковой функцией. Так думают, потому что функция заметна сразу, а происхождение и внутренний план требуют сравнения. Проверьте себя вопросом: сходно ли строение и происходят ли органы от общей структуры предка? При разном происхождении одинаковая функция может указывать на аналогию.

Ошибка — называть рудимент полностью бесполезной частью тела. Её допускают из-за того, что рудимент обычно утратил прежнее значение и выглядит уменьшенным. Чтобы проверить вывод, спросите, может ли структура выполнять ограниченную или новую функцию. Рудимент свидетельствует об изменении органа, а не обязательно о полном исчезновении его роли.

Ошибка — путать рудимент с атавизмом. Оба понятия связаны с признаками предков, поэтому легко не заметить разницу в распространении. Проверьте, где наблюдается признак: рудимент характерен для представителей вида, а атавизм появляется у отдельных особей. Критерий — обычность или редкость проявления.

Ошибка — считать, что зародыш буквально проходит все взрослые стадии предков. Такое толкование возникает, когда сходство ранних стадий принимают за точную копию истории эволюции. Проверьте, говорит ли наблюдение только об общих чертах развития или действительно позволяет утверждать повторение взрослых форм. Эмбриональное сходство подтверждает родство, но не доказывает буквальное повторение.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в сравнении организмов, нужно знать, что такое вид и приспособленность, а также понимать наследственную изменчивость и естественный отбор. Эти понятия помогают объяснить, как признаки передаются, меняются и закрепляются в разных условиях. Тогда сходство органов можно связать с происхождением, а различия — с историей приспособления. Без этих основ проще перепутать наследование общего плана с независимым появлением сходной функции.

Сравнительно-анатомические и эмбриологические данные используют вместе с палеонтологическими и молекулярно-генетическими свидетельствами. Ископаемые остатки позволяют изучать прошлое организмов, а сравнение наследственного материала — проверять их родство на другом уровне. Если разные способы исследования указывают на общий вывод, аргумент становится надёжнее. Поэтому отдельный признак оценивают в контексте других данных.

Что запомнить

• Гомологичные органы имеют общее происхождение, даже если выполняют разные функции.
• Аналогичные органы сходны по функции, но возникли независимо.
• Рудименты сохраняются у представителей вида как следы эволюционной истории.
• Атавизм — редкое проявление признака предков у отдельной особи.
• Сходство ранних стадий развития родственных организмов служит эмбриологическим свидетельством эволюции.
• Ни один отдельный признак не следует оценивать вне его происхождения и других данных.