Макроэволюция

Макроэволюция — процесс исторического развития органического мира как в целом, так и отдельных его систематических групп или таксонов высокого ранга: родов, семейств, отрядов, классов, типов, царств.

Микроэволюция изучает образование новых видов и работает внутри популяций. В то же время она объясняет, как появились рыбы, почему вымерли динозавры и как млекопитающие заселили планету.

Палеонтологические методы

Эти методы основаны на изучении ископаемых остатков вымерших организмов и позволяют восстанавливать историю развития жизни на Земле. Филогенетические ряды показывают последовательную смену форм в процессе эволюции.

Классический пример — эволюционная линия лошади. В. О. Ковалевский показал, что древние предки лошадей были небольшими животными, по размеру сравнимыми с лисицей, обитали в лесах и имели многопалые конечности. При переходе к жизни на открытых равнинах у них произошли изменения: увеличились размеры тела, а боковые пальцы на конечностях редуцировались. В итоге сохранился один развитый палец, который стал копытом.

Переходные формы сочетают в себе признаки древних и более молодых групп организмов. Они доказывают родство между таксонами:

• Риниофиты — переходная форма между водорослями и высшими наземными растениями.
• Ихтиостега — переход от рыб к земноводным. У неё были лёгкие и лапы, но сохранялся рыбий хвост и чешуя.
• Сеймурия — переход от земноводных к пресмыкающимся.
• Зверозубые ящеры — переход от пресмыкающихся к млекопитающим. Имели дифференцированные зубы.
• Археоптерикс — от пресмыкающихся к птицам. Имел перья, но сохранял зубы на челюстях и длинный костный хвост.

Биогеографические методы

Эти методы изучают закономерности возникновения и распространения жизни на Земле. Мы можем анализировать флору и фауну островов, сравнивая их с материковыми формами.

Важным понятием здесь являются виды-эндемики. Это организмы, которые обитают только на определённой ограниченной территории. Например, утконос и ехидна сохранились только в Австралии благодаря раннему отделению этого материка или дрейфу континентов.

Разделение биосферы на биогеографические области помогает понять, почему организмы в схожих условиях на разных материках развивались различными путями.

Эмбриологические методы

Эмбриологические доказательства эволюции основаны на изучении закономерностей индивидуального развития организмов на стадии эмбриогенеза (зародышевого развития).

Ключевым положением здесь является закон зародышевого сходства, сформулированный К. Бэром. Он утверждает, что на ранних этапах развития эмбрионы разных систематических групп очень похожи между собой. По мере дальнейшего развития у них постепенно проявляются признаки, характерные для конкретных классов и видов. Например, у человеческого эмбриона на определённых стадиях можно обнаружить жаберные щели и хвостовой отдел, что указывает на общее эволюционное происхождение с другими позвоночными, включая рыб.

Другой важный принцип — биогенетический закон, предложенный Э. Геккелем и Ф. Мюллером. Согласно ему, индивидуальное развитие организма в общих чертах повторяет историческое развитие его вида. Иными словами, в процессе онтогенеза организм как бы «проходит» ключевые этапы своей эволюционной истории.

Сравнительно-анатомические методы

Сравнительно-анатомические методы позволяют устанавливать степень родства организмов на основе сравнения их строения.

Одним из ключевых понятий являются гомологичные органы. Они имеют общее происхождение и единый план строения, но могут выполнять разные функции. Наличие таких органов свидетельствует о дивергенции — расхождении признаков в процессе эволюции.

Примеры у животных: рука человека, крыло летучей мыши, ласт кита и передняя конечность лошади. Все они имеют сходное строение, несмотря на различие функций. У растений к гомологичным структурам относятся видоизменённые листья: усики гороха, колючки кактуса и сочные чешуи луковицы.

Аналогичные органы — это органы, которые имеют разное происхождение и строение, но выполняют одну и ту же функцию. Они появляются у организмов, живущих в похожих условиях, и являются примером конвергенции (схождения признаков).

Примеры у животных: крыло птицы и крыло бабочки, глаз осьминога и глаз зайца. Они выполняют одинаковые функции, но устроены по-разному. У растений: шипы розы (образуются из покровной ткани) и колючки кактуса (это видоизменённые листья).

Рудименты — это недоразвитые органы, которые утратили своё основное значение в процессе эволюции. Они сохраняются у всех представителей вида, но уже не выполняют прежние функции.

Примеры: аппендикс, третье веко и копчик у человека, а также остатки тазовых костей у китов.

Атавизмы — это редкое появление у отдельных особей признаков, которые были характерны для их далёких предков.

Примеры: рождение человека с сильным волосяным покровом на лице, многососковость, появление у жеребят дополнительных пальцев.

Молекулярно-биохимические и генетические методы

Все живые организмы имеют сходный химический состав клеток, что указывает на единство органического мира. Особенно важным доказательством является универсальность генетического кода: у бактерий, растений и человека одни и те же триплеты нуклеотидов кодируют одни и те же аминокислоты. Также для установления родства используют генетические методы, например кариотипирование. Оно позволяет сравнивать количество и строение хромосом у разных видов.

Эволюция живого мира может идти в двух противоположных направлениях:

1. Биологический прогресс означает успешное развитие вида или группы. Он проявляется в увеличении численности, расширении ареала и появлении новых групп внутри вида.
2. Биологический регресс, наоборот, показывает ухудшение положения вида. Он выражается в снижении численности, сужении ареала и повышенном риске вымирания из-за неспособности приспособиться к изменениям среды.

Биологический прогресс достигается тремя основными путями эволюции: ароморфозом, идиоадаптацией и общей дегенерацией.

• Ароморфоз — это крупные эволюционные изменения, которые повышают общий уровень организации организма. Благодаря им виды могут осваивать новые среды обитания. Примеры: появление цветка и плода у покрытосеменных растений, возникновение теплокровности у птиц и млекопитающих, развитие лёгочного дыхания.
• Идиоадаптация — это частные приспособления к конкретным условиям среды, не изменяющие общий уровень организации. Например, разнообразие форм клювов у птиц, защитная окраска у насекомых, сплющенное тело у камбалы.
• Общая дегенерация — это упрощение строения организма, чаще связанное с паразитическим или прикреплённым образом жизни. При этом могут редуцироваться целые системы органов (например, отсутствие пищеварительной системы у ленточных червей или ухудшение зрения у подземных животных). Несмотря на упрощение, такие организмы могут быть хорошо приспособлены к своей среде и успешно размножаться.

• Дивергенция — расхождение признаков у близкородственных групп организмов, живущих в разных условиях. Происходит от одного предка.
• Конвергенция — схождение признаков у неродственных групп организмов, обитающих в одинаковых условиях. Формирует аналогичные органы. Пример: обтекаемая форма тела у акулы, ихтиозавра и дельфина.
• Параллелизм — независимое развитие сходных признаков в эволюции близкородственных, но разделившихся групп организмов. Пример: развитие саблезубости у разных семейств хищных млекопитающих.
• Филетическая эволюция — постепенное преобразование одного вида в другой без образования дополнительных ветвей. Тот самый филогенетический ряд лошади.

• Правило необратимости эволюции по Луи Долло. Организм никогда не может вернуться к точно такому же состоянию, какое было у его предков. Например, пресмыкающиеся, вторично вернувшиеся в воду, не приобрели жабры, а сохранили лёгочное дыхание. Киты никогда не станут наземными существами с лапами, идентичными их предкам.
• Правило прогрессирующей специализации по Шарлю Депере. Если группа организмов вступила на путь узкой специализации, её дальнейшее развитие идёт по пути углубления этой специализации. Например, киты идеально приспособлены к жизни в воде и не могут эволюционировать обратно в универсального наземного хищника.
• Правило происхождения от неспециализированных предков. Новые крупные систематические группы происходят от более примитивных и универсальных форм, а не от высокоспециализированных. Специализированному виду сложно кардинально измениться.
• Правило направленности в сторону лучшей приспособленности. Любое эволюционное изменение делает организм более адаптированным к текущим условиям среды.
• Правило чередования путей эволюции по Ивану Шмальгаузену. Крупные ароморфозы обязательно сменяются периодами долгих идиоадаптаций. После появления цветка растения начали приобретать мелкие приспособления для опыления ветром или определёнными насекомыми.
• Правило неравномерности темпов эволюции. Эволюция накапливает изменения постепенно, но смена условий среды может провоцировать быстрые скачки видообразования и ускорение темпов эволюции. Присутствуют фазы долгого покоя и периоды бурного развития.
• Правило неограниченности эволюции. Этот процесс не имеет конечной цели или предела совершенства, поскольку условия окружающей среды меняются непрерывно.

Задание 1

Установите соответствие между примерами и направлениями эволюции.

Примеры:
А) Редукция волосяного покрова у ластоногих.
Б) Исчезновение пищеварительной системы у цепней.
В) Редукция глаз у крота.
Г) Формирование присосок у сосальщиков.
Д) Исчезновение головы у двустворчатых моллюсков.
Е) Формирование различных ротовых аппаратов у насекомых.

Направления:
1. Идиоадаптация.
2. Общая дегенерация.

Решение

Вспоминаем определения. Идиоадаптация понижает или повышает уровень организации? Нет, она сохраняет его, модифицируя органы. Общая дегенерация снижает уровень организации, упрощая организм из-за паразитизма или сидячего образа жизни.

А) Киты и морские котики потеряли шерсть из-за обитания в воде. Системы органов остались на месте. Это частное приспособление. Ответ 1.

Б) Цепни — паразиты желудочно-кишечного тракта. Они всасывают готовую пищу всей поверхностью тела. У них исчезла целая система органов из-за паразитизма. Это дегенерация. Ответ 2.

В) Крот живёт под землёй. У него исчезли глаза, но все остальные системы усложнились или сохранились. Это частная адаптация к конкретной среде. Ответ 1.

Г) Присоски — это мелкое дополнение для удержания в теле хозяина. Уровень организации не упал. Это идиоадаптация. Ответ 1.

Д) Моллюски перешли к сидячему образу жизни, фильтруя воду. Они потеряли голову и органы чувств на ней. Это дегенерация. Ответ 2.

Е) Многообразие признаков без изменения класса — это типичная идиоадаптация. Ответ 1.

Ответ: 121121.

Ученики часто любую редукцию относят к дегенерации. Важно помнить: редукция или утрата отдельных органов у активных животных относится к идиоадаптации. Если эта редукция не связана с сидячим образом жизни или паразитизмом, то это идиоадаптация.

Задание 2

Почему понятия «общая дегенерация» и «биологический регресс» не являются тождественными? Ответ обоснуйте, объяснив каждое понятие. Какое из этих понятий применимо к бычьему цепню? Ответ аргументируйте.

Решение

1. Формулируем определение каждого термина. Открываем нашу теоретическую базу. Дегенерация — это путь достижения прогресса через упрощение строения. Биологический регресс — это направление вымирания вида, сопровождаемое падением численности.

2. Выбор для бычьего цепня. Бычий цепень — паразит. Он отлично размножается, его ареал широк, численность высока. Следовательно, он находится в состоянии биологического прогресса. Но его строение максимально упрощено, он не имеет пищеварительной системы органов. Значит, к нему применимо понятие общей дегенерации.

Задание 1

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны примеры конвергенции.

(1) В процессе эволюции приспособленность и разнообразие организмов достигались разными путями. (2) У лошадей или слонов прогрессивные изменения в строении конечностей происходили внутри поколений одного вида. (3) У неродственных групп организмов, живущих в сходных условиях среды, развиваются сходные адаптации, например плавники акул и дельфинов, лапы крота и медведки. (4) Внутри одной группы возникали различия в строении конечностей у представителей типа Членистоногих. (5) Очень часто можно наблюдать возникновение у животных органов, имеющих разное анатомическое строение и происхождение, но выполняющих сходные функции, например крылья птиц и бабочек, глаза осьминога и зайца. (6) В растительном мире такие приспособления возникают при сходстве видоизменённых, но разных по происхождению органов, например листьев барбариса и колючек на стебле ежевики.

Задание 2

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны примеры атавизмов животных.

(1) У предков китообразных животных в связи с переходом в водную среду обитания произошла редукция тазового пояса и скелета задних конечностей. (2) Но иногда рождаются дельфины, имеющие заднюю пару плавников с костным скелетом. (3) Аналогичное явление может наблюдаться у змей, когда из яйца вылупляется детёныш с недоразвитыми лапами. (4) При этом существует семейство ложноногих змей с маленькими когтеобразными задними конечностями. (5) У представителей этого семейства присутствуют некоторые элементы таза. (6) Ещё одним примером необычного развития конечностей является рождение жеребят с двумя дополнительными пальцами на каждой ноге.

Задание 3

В задании представлен аммонит и трилобит в виде окаменелостей. Определите: тип доказательств эволюции (А), название изображённого организма (Б), историческое время существования (В).

Список элементов:
1. Трилобит.
2. Архей.
3. Аммонит.
4. Сравнительно-анатомическое.
5. Мезозой.
6. Палеонтологическое.
7. Белемнит.
8. Биогеографическое.

Теперь ты лучше понимаешь, как происходит историческое развитие органического мира и формируются крупные систематические группы. Умеешь различать основные методы доказательства эволюции: палеонтологические, биогеографические, эмбриологические и сравнительно-анатомические, а также применять их для анализа родства организмов. Кроме того, ты знаешь пути достижения биологического прогресса — ароморфоз, идиоадаптацию и общую дегенерацию — и различаешь основные формы эволюции: дивергенцию, конвергенцию и параллелизм.

Практика заданий ЕГЭ (линии № 7, 17, 18 и 26) помогла закрепить теорию и отработать навыки решения задач. Эти знания позволят увереннее выполнять задания повышенной сложности и лучше понимать эволюционные процессы.