Макроэволюция, её доказательства. Направления эволюции

Макроэволюция – процесс образования новых семейств, отрядов, классов и типов, а также других надвидовых систематических единиц (таксономических групп живых существ). Микроэволюция – сложнейший эволюционный процесс возникновения нового вида. При этом новый вид превращается в обособленную совокупность организмов. Микроэволюцию называют надвидовой эволюцией, в ходе которой виды еще больше обособляются друг от друга, образуя более крупные систематические группы. Так, виды пшеница твердая и пшеница мягкая образуют род пшеница, а в свою очередь пшеница, рожь, ячмень и другие злаки составляют семейство злаковые. Все представители семейства произошли от какого-то одного общего предка в результате микроэволюции, осуществленной в популяциях этого предка. Для воссоздания процесса макроэволюции одновременно используются данные сравнительной анатомии, палеонтологии и эмбриологии

Доказательства макроэволюции:

1. Эмбриологические – зародыши организмов многих систематических групп сходны между собой, причем, чем ближе организмы, тем до более поздней стадии развития сохраняется сходство зародышей. Биогенетический закон – каждая особь в онтогенезе (индивидуальном развитии) повторяет зародышевые стадии своих предков в филогенезе (эволюционном развитии).

2. Палеонтологические – найдены ископаемые переходные формы между многими систематическими группами. Для некоторых видов построены филогенетические ряды – последовательности предков.

Направление макроэволюции:

1. Ароморфоз

Приспособительное изменение общего значения, повышающее уровень организации и жизнеспособность особей, популяций видов. Усложнение организации, которое сохраняется при дальнейшей эволюции и приводит к возникновению новых крупных систематических групп

возникновение автотрофного питания у растений

появление побеговых растений, семенного размножения

возникновение у животных скелета, теплокровности, свободных конечностей

живорождение, вскармливание детенышей молоком

3. Идиодиптация

Частные приспособительные изменения, полезные в данной среде обитания и возникающие без изменения общего уровня организации. Возникают после ароморфоза, когда группа организмов заняла новую среду обитания и начались приспособительные изменен ия у о тдельных популяций

различные формы тела рыб

оперение у птиц

приспособления к опылителям у цветковых растений

4. Дегенерация

Приспособительные изменения организмов, приобретаемые путем понижения уровня общей организации – упрощения строения и функций

у кротов редуцированы глаза

Согласно синтетической теории эволюции, протекающий в природе эволюционный процесс разделяется на два этапа: микроэволюцию и макроэволюцию.

Макроэволюция включает процессы, приводящие к появлению систематических единиц крупнее вида. Изучая макроэволюцию, современное естествознание накопило ряд научных фактов, доказывающих эволюцию органического мира. Доказательством эволюции может считаться любой научный факт, который доказывает хотя бы одно из следующих положений.

1. Единство происхождения жизни (наличие общих признаков у всех живых организмов).
2. Родственные связи между современными и вымершими организмами или между организмами в крупной систематической группе (наличие общих признаков у современных и вымерших организмов или у всех организмов в систематической группе).
3. Действие движущих сил эволюции (факты, подтверждающие действие естественного отбора).

Доказательства эволюции, добытые и накопленные в рамках определенной науки, составляют одну группу доказательств и называются по названию данной науки. Рассмотрим палеонтологические, эмбриологические, сравнительно-анатомические и молекулярно-генетические примеры доказательств эволюции.

Палеонтологические доказательства эволюции

Палеонтология — наука об ископаемых остатках вымерших организмов. Основателем эволюционной палеонтологии считается русский ученый В. О. Ковалевский . К доказательствам эволюции можно отнести ископаемые переходные формы и филогенетические ряды современных видов.

Ископаемые переходные формы — это вымершие организмы, сочетающие в себе признаки более древних и эволюционно более молодых групп. Они позволяют выявить родственные связи, доказывающие историческое развитие жизни. Такие формы установлены как среди животных, так и среди растений. Переходной формой от кистеперых рыб к древним земноводным — стегоцефалам — является ихтиостега . Эволюционную связь между пресмыкающимися и птицами позволяет установить первоптица (археоптерикс) . Связующим звеном между пресмыкающимися и млекопитающими является звероящер из группы терапсид. Среди растений переходной формой от водорослей к высшим споровым являются псилофиты (первые наземные растения). Происхождение голосеменных от папоротниковидных доказывают семенные папоротники , а покрытосеменных от голосеменных — саговниковые .

Филогенетические (от греч. phylon — род, племя, genesis — происхождение) ряды — последовательности ископаемых форм, отражающие историческое развитие современных видов (филогенез ). В настоящее время такие ряды известны не только для позвоночных, но и для некоторых групп беспозвоночных животных. Русский палеонтолог В. О. Ковалевский восстановил филогенетический ряд современной лошади.

Эмбриологические доказательства эволюции

Эмбриология — наука, изучающая зародышевое развитие организмов. В рамках данной науки были сформулированы закон зародышевого сходства (К. Бэр) и биогенетический закон (Э. Геккель, Ф. Мюллер), доказывающие эволюцию.

Сравнивая зародышевые стадии представителей разных классов позвоночных животных, натуралист К. Бэр в начале XIX в. сформулировал закон зародышевого сходства: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между разными организмами . Этот закон доказывает родственные связи между организмами в крупной систематической группе.

Во второй половине XIX в. ученые Э. Геккель и Ф. Мюллер установили наличие связи между индивидуальным развитием особей (онтогенезом) и историческим развитием видов (филогенезом). Они сформулировали биогенетический закон: онтогенез есть краткое повторение филогенеза .

Позже биогенетический закон был дополнен А. Н. Северцовым и И. И. Шмальгаузеном. Они показали, что в онтогенезе повторяются не взрослые формы предков, а их зародышевые стадии, причем некоторые из них могут выпадать. Например, у человека зародыш имеет жаберные щели, сходные с таковыми у зародыша рыбы, а не у взрослой особи.

Биогенетический закон доказывает наличие родственных связей между современными организмами и их предками.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Сравнительная анатомия изучает строение организмов разных систематических групп в сравнительном плане. К доказательствам эволюции, установленным данной наукой, относятся: гомологичные и аналогичные органы, рудименты, атавизмы.

Гомологичные органы формируются из одинаковых эмбриональных зачатков (на одной генетической основе) и занимают на теле организмов одинаковое положение. Например, передние конечности у разных позвоночных животных могут существенно отличаться в зависимости от выполняемой функции, но все они имеют сходное строение.

Пары гомологичных органов у животных составляют: плавательный пузырь рыб и легкие наземных позвоночных; ядовитые железы змей и слюнные железы других организмов; зубы млекопитающих и чешуя акул; жало пчелы и яйцеклад других насекомых.

Гомологичными органами у растений являются: колючки кактуса и барбариса, усики гороха, ловчие кувшины насекомоядных растений, почечные чешуи, пленчатые редуцированные листья хвоща. Все эти органы являются листьями по происхождению, но выполняют разные функции.

Гомологичные органы позволяют установить родственные связи между организмами и доказывают действие разнонаправленного естественного отбора.

Аналогичные органы формируются из разных эмбриональных зачатков (на разной генетической основе) и занимают на теле и внутри тела организмов неодинаковое положение. Например, разные по происхождению колючки у растений. У животных к аналогичным органам относятся: жабры головастиков, рыб, морских кольчатых червей, личинок стрекоз; бивни моржа и слона; крылья птицы и бабочки; конечности крота и медведки.

Аналогичные органы не позволяют установить родственные связи между организмами, но доказывают действие однонаправленного естественного отбора.

Рудименты (от лат. rudimentum — зачаток) — недоразвитые органы современных организмов, которые были хорошо развиты у их предков. Они постепенно утратили свое значение и сейчас находятся на стадии исчезновения. Рудименты сохраняются в течение всей жизни у всех особей данного вида. Примерами рудиментов являются: недоразвитые глаза у пещерных видов животных и кротов, зачатки крыльев у птицы киви, редуцированные зубы у муравьедов, зачатки задних конечностей у китов и дельфинов, задняя пара крыльев у мух (жужжальца), зачатки тазовых костей у змей. У человека к рудиментам относятся: аппендикс, мышцы ушной раковины, третье веко, копчик.

Рудименты подтверждают наличие родственных связей между современными и вымершими организмами. Они также доказывают действие естественного отбора, удаляющего ненужный признак.

Атавизмы (от лат. atavus — предок) — признаки отдаленных предков, появляющиеся у некоторых современных организмов как отклонение от нормы. Они были утрачены в процессе эволюции. Возникновение атавизмов доказывает, что в генотипах современных организмов сохранились гены предков, отвечающие за эти признаки. Но действие этих генов заблокировано. В случаях, когда блокирование снимается, проявляется признак предков. В отличие от рудиментов атавизмы присутствуют только у отдельных особей. К атавизмам относятся: выраженный волосяной покров на всем теле, развитый хвост и дополнительные пары молочных желез у человека, трехпалые конечности у лошади. Атавизмы доказывают родственные связи между современными и вымершими организмами.

Молекулярно-генетические доказательства эволюции

Молекулярная биология — наука, изучающая процессы жизнедеятельности организмов на молекулярном уровне. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов. В рамках этих наук было доказано, что у всех организмов наследственная информация хранится в ДНК, состоящей из четырех типов нуклеотидов. Эта информация зашифрована с помощью универсального триплетного кода. Как вы уже знаете, ДНК входит в состав хромосом, количество которых является видовой характеристикой. Расшифровка наследственной информации у всех организмов происходит в процессе транскрипции и трансляции с участием иРНК и тРНК. Все эти факты доказывают единство происхождения жизни и, следовательно, являются доказательствами эволюции.

Доказательства эволюции накоплены в области разных наук. Палеонтология установила наличие ископаемых переходных форм и филогенетические ряды современных видов. В эмбриологии были открыты закон зародышевого сходства и биогенетический закон. К сравнительно-анатомическим доказательствам эволюции относятся: гомологичные и аналогичные органы, рудименты и атавизмы. В рамках молекулярной биологии и генетики получены доказательства единства происхождения жизни.

В отличие от микроэволюции, обозначающей происхождение видов, макроэволюция, - это процесс образования надвидовых таксонов, таких как род, семейство, отряд и т. д. Кроме того, макроэволюция - это развитие биосферы в целом.

Сходство микроэволюции и макроэволюции

Принципиально эти понятия не различаются и имеют одни и те же причины (движущие силы):

• борьба за существование;
• естественный отбор.

Результатом любой эволюции является образование новых групп организмов.

Доказательства макроэволюции такие же, как у эволюции видов:

• палеонтологические;
• эмбриологические;
• сравнительно-анатомические.

Дивергенция

Основным путём макроэволюции является дивергенция, или расхождение признаков, обусловленное приспособлением организмов к разным условиям ареала группы.

ТОП-2 статьи которые читают вместе с этой

От общего предка (одного вида) постепенно образуются роды, семейства, классы. Результатом дивергенции является образование гомологичных органов.

Рис. 1. Гомологичные органы.

При дивергенции различия между организмами усиливаются, а при попадании организмов в сходные условия среды (конвергенция), наоборот, стираются. Например, китообразные и рыбы принадлежат к разным классам, но имеют конвергентное сходство в строении и аналогичные органы.

Рис. 2. Аналогичные органы.

Дивергенция и конвергенция являются основными направлениями эволюции.

Эволюция биосферы

Биосфера как совокупность всех живых организмов, также прошла свой путь развития. Появление и распространение зелёных растений насытило атмосферу кислородом, а также создало кормовую базу для животных. Возникновение насекомых сопутствовало появлению насекомоядных млекопитающих, в том числе, приматов.

Прогресс не может идти обособленно от эволюции биосферы в целом. Развитие каждого таксона тесно связано с развитием экосистем.

Фазы эволюционного процесса

В процессе макроэволюции происходит закономерная смена фаз:

• ароморфоз;
• идиоадаптация;
• катаморфоз.

Ароморфозы - это приспособления универсального значения, поднимающие организмы на качественно новый уровень. Они приводят к образованию самых крупных таксонов - типов и классов.

Идиоадаптацией называют приспособление к частным условиям среды.

У бобра идиоадаптациями будут приспособления к полуводному образу жизни, а у белки - к древесному.

Рис. 3. Схема эволюционных преобразований.

Катаморфоз - это упрощение. Он также является адаптацией, но биологические последствия адаптации путём катаморфоза обычно регрессивны.

В то же время катаморфоз иллюстрирует одно из правил макроэволюции: эволюция не всегда идёт от простого к сложному.

Таблица «Направления макроэволюции»

Скорость эволюции

Темпы развития жизни постоянно возрастали. Наиболее молодые таксоны развивались значительно быстрее, чем древние.

«Живыми ископаемыми» называют виды и роды, длительно существующие без изменений. Например, крокодил и опоссум - по 110 млн лет, устрица 135 млн лет, а гаттерия 180 млн лет.

Многие проблемы макроэволюции, например, вопрос о её направленности, ещё не решены, т. к. имеют философский характер.

Что мы узнали?

Макроэволюция - происхождение надвидовых таксонов. Процесс образования новых видов является составной частью и макроэволюции, и микроэволюции. Глобальные адаптации - это ароморфозы. Небольшие приспособления к различным условиям - идиоадаптации. Основные виды макроэволюции - это дивергенция и конвергенция признаков в ходе процессов приспособления к разным условиям среды.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.4 . Всего получено оценок: 267.

Вопрос 1. В чем различие макро- и микроэволюции?
Микроэволюция - эволюция внутри вида; происходит на основе мутационной изменчивости под контролем естественного отбора. Таким образом, микроэволюция - это самый начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени, и ее можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате наследственной (мутационной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Мутации чаще всего рецессивны и, кроме того, редко бывают полезными для вида. Однако если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то она получает некоторые преимущества перед другими особями популяции: получает больше пищи или делается устойчивее к влияниям болезнетворных бактерий и вирусов и т.п. Например, возникновение длинной шеи позволило предкам жирафа питаться листьями с высоких деревьев, что обеспечивало им больше корма, чем особям популяции с короткой шеей.
Макроэволюция - эволюция на надвидовом уровне; приводит к образованию крупных таксонов (от родов до типов и царств природы). Макроэволюция органического мира - это процесс формирования крупных систематических единиц: из видов - новых родов, из родов - новых семейств и т.д. Процессы макроэволюции требуют огромных промежутков времени, поэтому непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее, в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение. Так же, как и микроэволюция, макроэволюция имеет дивергентный характер.

Вопрос 2. Какие процессы являются движущими силами макроэволюции? Приведите примеры макроэволюционных изменений.
В основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение. Так же, как и микроэволюция, макроэволюция имеет дивергентный характер.
Результатом макроэволюционных процессов становятся существенные изменения внешнего строения и физиологии организмов - такие, например, как формирование замкнутой системы кровообращения у животных или появление устьиц и эпителиальных клеток у растений. К фундаментальным эволюционным приобретениям такого рода относятся образование соцветий или превращение передних конечностей рептилий в крылья и ряд других.
Вопрос 3. Какие факты лежат в основе изучения и доказательств макроэволюции?
Наиболее убедительные доказательства макроэволюционных процессов дают нам палеонтологические данные. К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых оснанков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. К сожалению, изучение ископаемых форм дает нам неполную картину эволюции флоры и фауны. Большинство остатков состоит из твердых частей организмов: костей, раковин, внешних опорных тканей растений. Боль-шой интерес вызывают окаменелости, сохранившие на себе следы нор и ходов древних животных, отпечатки конечностей или целых организмов, оставленных на когда-то мягких отложениях.

Вопрос 4. Какое значение имеет исследование филогенетических рядов?
На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции. Исследование филогенетических рядов, построенных на основе данных палеонтологии, сравнительной анатомии и эмбриологии, важно для дальнейшего развития общей теории эволюции, построения естественной системы организмов, воссоздания картины эволюции конкретной систематической группы организмов.
В настоящее время для построения филогенетических рядов ученые все больше привлекают данные таких наук, как генетика, биохимия, молекулярная биология, биогеография, этология и др.

Макроэволюция - это процесс, который ведет к образованию надвидовых, систематических категорий (родов, семейств, отрядов). Для изучения макроэволюции требуются огромные промежутки времени, поэтому возникают трудности во время исследований. В конце 20 ст. с этой целью стали применять компьютерное моделирование.

Изучение макроэволюции и ее закономерности

При изучении макроэволюции были выявлены следующие закономерности:

1. Необоротность макроэволюционных изменений - возникшие новые формы жизни уже не вернутся к обличию предков.
2. Постоянное приспособление к меняющимся условиям среды - усложнение внутреннего строения, поведения.
3. Непредсказуемость - эволюция не имеет конкретной цели, а определяется естественным отбором.

Процессы, которые происходят на микро- или макроэволюционном уровне не имеют существенных отличий. Систематические единицы (таксоны) высшего ранга самостоятельно не возникают. Они образуются в результате появления новых видов, что обусловлено изменением генетической информации, дивергенцией и естественным отбором.

Макроэволюционные процессы возможны только благодаря микроэволюционным. Макроэволюция в отличие от микроэволюции ведет к образованию новых родов, семейств, классов, всех высших таксонов.

Микроэволюция обеспечивает изменения только внутривидовые и популяционные. Макроэволюция приводит к появлению новых органов, примеры: внутриутробное развитие потомства млекопитающих, живорождение, появление молочных желез.

Доказательства макроэволюции

Данные, подтверждающие возникновение новых надвидовых таксонов в эволюционной истории организмов сводятся к следующей таблице:

Какие доказательства макроэволюции дают нам палеонтологические данные?

Палеонтологические раскопки позволяют получить информацию о растениях и животных прошлого, возобновить прежний облик давно вымерших существ, установить связь между древними предками и современными потомками.

Изучение останков, полученных из земных пластов различных эр и эпох, дает возможность установить закономерности появления и развития разных видов. К примеру, самые древние пласты - это источники останков беспозвоночных животных, а более поздние пласты - хордовых. Молодые геологические слои содержат тела, похожие на современных животных и растений.

Ученые обнаружили также переходных существ, которые обладали свойствами древних и молодых видов. Такие находки доказывают существование макроэволюции. Ископаемая первоптица археоптерикс - связывает рептилий и птиц. Археоптерикс, как и рептилии, обладает длинным хвостом и несросшимися позвонками, а как птица - крыльями и покрывающими тело перьями.

Доказательством макроэволюции служат и филогенетические ряды. Сходство между остатками ранее живших животных и растений свидетельствует о происхождении одних видов от других.