Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Докази еволюції органічного світу

Палеонтологічні докази

Палеонтологія — наука, яка вивчає вимерлі організми, намагається реконструювати за знайденими останками їхній зовнішній вигляд, біологічні особливості, способи живлення, розмноження тощо, а також відновити на основі цих відомостей хід біологічної еволюції. Палеонтологи досліджують не лише останки власне тварин і рослин, але і їх скам’янілі сліди, залишки оболонок та інші свідчення їх існування. На основі вивчення залишків живих організмів минулих епох визначають вік відкладів, гірських порід, які їх містять, виділяють стратиграфічні одиниці. Основними палеонтологічними доказами біологічної еволюції є філогенетичні ряди, викопні перехідні форми.

Філогенез (філогенія) — історичний розвиток світу живих організмів як у цілому, так і окремих таксономічних груп: царств, типів (відділів), класів, рядів (порядків), родин, родів, видів. Термін «філогенез» запровадив Е. Геккель у 1866 р. у праці «Загальна морфологія організмів».

Розділ біології, який вивчає філогенез і його закономірності, називають філогенетикою.

Дослідження філогенезу та його реконструкція необхідні для розвитку загальної теорії еволюції та побудови природної системи організмів; висновки філогенетики важливі для історичної геології і стратиграфії. Е. Геккель запропонував використати для дослідження філогенезу метод потрійного паралелізму — зіставлення даних палеонтології, порівняльної анатомії та ембріології. Філогенетичні зміни, пов’язані з історичними перетвореннями морфофункціональної організації, доволі різноманітні, але основні їх способи можна об’єднати у дві групи. До першої групи входять зміни органів, зумовлені змінами їх функцій. Другу групу становлять зміни органів, пов’язані із заміщенням одних органів іншими. Функціональні зміни органів базуються на такій їх властивості, як мультифункціональність (виконання органом кількох функцій).

Кількісні функціональні зміни органів

Розширення функцій (Л. Плате) — набуття органом нових функцій. Наприклад, вуха слона зі збільшенням їх поверхні, крім функції резонатора, стали використовуватися для теплорегуляції як віяло й теплообмінник із середовищем, тобто набули додаткових функцій.

Звуження функцій (Л. Плате) — зменшення кількості функцій у результаті прогресувальної спеціалізації органа. Так, кінцівка коней у міру кращого її пристосування до виконання головної функції — пересування по твердому ґрунті — втратила початкові функції п’ятипалої кінцівки (напр., функції лазіння або хапання).

Інтенсифікація функцій (Л. Плате) — посилення функціональної діяльності органів у зв’язку з їх прогресивним розвитком (збільшення розмірів і маси органа, інтенсивності обмінних процесів). Посилення одних функцій часто тягне за собою набуття нових корисних ознак. Так, набуття більш густого хутрового покриву тіла одночасно забезпечило кращий захист від фізичних і хімічних пошкоджень. Інтенсифікація функцій — істотний фактор прогресивної еволюції організмів.

Активація функцій (О. М. Сєверцов) — перетворення пасивних органів в активні. У всіх представників родини котячих кігті активно висовуються і втягуються, що забезпечує їм перевагу під час добування їжі. У всіх інших тварин кігті не висовуються. Активацію функцій не потрібно змішувати з інтенсифікацією функцій. За активації відбувається перетворення пасивного органу в активний, а за інтенсифікації — лише посилюється дія органа, який уже працює.

Іммобілізація функцій (О. М. Сєверцов) — перетворення активного органа в пасивний у результаті втрати функції. З втратою функції орган перетворюється в рудиментарний. Наприклад, у процесі еволюції кінцівки коней, усі пальці, крім середнього, втратили значення опорного органа.

Якісні функціональні зміни органів

Зміна функцій (А. Дорн) — із багатьох функцій органа завжди головна та, за якою орган найбільше спеціалізується. Наприклад, у четвероногих тварин головна функція кінцівки — пересування. За змін умов життя головна функція втрачає попереднє значення і на її місце стає раніше другорядна функція (крило птаха виникло в результаті поступового перетворення функції передньої кінцівки предків, яка виконувала в них функцію лазіння по деревах).

Розділення функцій (О. М. Сєверцов) — диференціація органа на відділи, які виконують самостійні функції. Класичний приклад цього способу функціонального диференціювання організму — розділення непарного плавця риб на спинний та анальний відділи, що функціонують як кермо, та на хвостовий відділ, який слугує основним руховим органом.

Фіксація фаз (О. М. Сєверцов) — закріплення проміжної фази в діяльності органа в якості постійної його функції. Під час швидкого бігу тварини піднімаються на пальцях. У цьому можна переконатися й на власному прикладі.

Філогенетичні ряди — це послідовність історичних змін організмів чи їхніх частин у межах певної систематичної групи.

Незаперечними доводами еволюції є факти, що свідчать про наступність перетворення живих істот. Передусім це палеонтологічні дані, що дають змогу детально, на достатньо повному ряді форм, що змінюють одна одну в часі, проаналізувати перетворення первинної форми у нову, якісно відмінну. Класичним прикладом схожих випадків може бути еволюція предків сучасного коня (еоґіппус — епіґіппус — мезоґіппус — міоґіппус — параґіппус — пліоґіппус — сучасний кінь), яку вперше вивчав В. О. Ковалевський. Eohippus належить до початку третинного періоду, в той час як сучасний кінь Eguus відомий лише з плейстоцену, тобто належить до четвертинного періоду.

Еволюція предків сучасного коня

Сучасна форма коня, яка виникнула в Америці та була представлена кількома видами, згодом проникає в Євразію. Нарешті, всі американські коні вимерли, а європейські вцілили та з часом знову потрапили до Америки, на цей раз завезені сюди європейцями на початку XVI ст. Отже, еволюція коней переконливо показує процес еволюції, що веде до виникнення нових видів шляхом перетворення їхніх предків.

Викопні перехідні форми

Свідченням спорідненості сучасних і викопних тварин є знахідки так званих перехідних форм. У їхній будові поєднуються риси низькоорганізованих і високоорганізованих тварин (наприклад, звірозубі ящери). Знайдені скелети давніх кистеперих риб допомогли встановити походження земноводних. Давній птах археоптерикс — перехідна форма між плазунами й птахами. Чіткі відбитки кісток і пір’я цієї тварини дали змогу зрозуміти походження птахів від давніх плазунів.

Порівняльно-анатомічні докази еволюції

Для багатьох сучасних тварин не знайдено викопних предків. У таких випадках для з’ясування їхнього походження велике значення мають дані, здобуті в результаті порівняння їхньої будови з будовою тварин інших видів. Наприклад, лусочки на ногах птахів за формою та будовою такі самі, як і лусочки ящірок і змій. Порівняння скелета передніх кінцівок різних наземних хребетних свідчить про те, що предки в них були спільні

Серед сучасних груп тварин теж є перехідні форми, які свідчать про спільність їхнього походження. Так, яйцекладні ссавці (наприклад, качконіс) багато чим схожі з плазунами та ссавцями. Вони, як і плазуни, мають клоаку та відкладають яйця, але, на відміну від плазунів, вигодовують малят молоком.

Біогенетичний закон Геккеля-Мюллера

Біогенетичний закон Геккеля-Мюллера — це твердження, що індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму є стислим повторенням історичного розвитку (філогенезу) виду, до якого він належить, тобто в онтогенетичному розвитку можна побачити й відтворити послідовну історію розвитку предків. Сформульований у 1860-х рр. німецькими зоологами Ф. Мюллером та Е. Геккелем Пізніше був розкритикований, бо суперечив низці фактів ембріології та міг бути справедливим лише в загальних рисах з відповідними поправками:

у зародків повторення філогенезу може порушуватись у зв’язку з пристосуванням життя в онтогенезі (зовнішні зябра пуголовка);
онтогенез не повністю відображає філогенез (у зародка змії закладаються відразу всі хребці, тобто їх кількість не збільшується поступово);
в онтогенезі відбувається повторення зародкових стадій розвитку, а не дорослих форм (у зародків ссавців утворюється не зябровий апарат дорослої риби, а лише закладка зябрового апарату зародків риб).

Сучасні уявлення про біогенетичний закон:

у процесі онтогенезу трапляється випадання окремих етапів історичного розвитку;
відбувається повторення зародкових стадій предків, а не дорослих форм;
виникають зміни й мутації, які були відсутні в предків.

Біогеографічні докази еволюції

Біогеографія — наука, що вивчає закономірності географічного поширення тварин і рослин та їхніх угруповань, а також характер фауни і флори окремих територій; перебуває на стику біології та географії. Предметами вивчення біогеографії є поширення біоценозів, тобто географічно обумовлених сукупностей живих організмів та характер фауни й флори окремих територій. Біогеографію відносять до числа наук про біосферу, вчення про яку було розроблено В. І. Вернадським. Вона тісно пов’язана з біоценологією, екологією, біогеоценологією. Біогеографія поділяється на зоогеографію (географію тварин) та фітогеографію (географію рослин). Вивчення флори й фауни різних материків дозволяє відновити загальний перебіг еволюційного процесу.

Релікти — реліктові рослини й тварини, види, що входять до складу рослинного покриву або тваринного світу даної країни чи області як пережитки флори і фауни минулих геологічних епох та перебувають у деякій невідповідності із сучасними умовами існування. Вивчення реліктових форм дозволяє відновити вигляд зниклих організмів, відтворити умови їх проживання та спосіб життя. Реліктовими є гатерія, латимерія, єхидна, довгоп’ят, мечохвіст, гінкго дволопатеве, тис ягідний, сосна крейдяна та ін.

Ендеміки — таксони в біології та біогеографії, представники яких мають порівняно обмежений ареал. Розвиток ендемії тісно пов’язаний з географічною ізоляцією. Наприклад, не відчуваючи тиску з боку хижаків, в Австралії збереглися першозвірі (єхидна, проєхидна, качкодзьоб) та сумчасті (коала, кенгуру). Термін «ендемічний» щодо таксона позначає поняття, за значенням протилежне термінам «космополітичний» та «акліматизований». Поняття «ендемічний» не є тотожним поняттю «аборигенний»: види (або інші таксони), що є аборигенними на деякій території, можуть також траплятися в інших місцях.

Дивергенція

Еволюція порід і сортів іде у різних напрямах, тобто дивергентно. Дивергенція — це розходження ознак і властивостей у споріднених організмів у ході еволюції, результат існування у різних умовах і неоднаково спрямованого природного добору.

Дивергентний розвиток видів

Діаграма показує, що дивергентний розвиток виду А — джерело різноманітності родів, родин, рядів, класів і типів (пунктиром позначено види, що не залишили потомства)

Ч. Дарвін, який увів це поняття, зазначав, що у природній обстановці деякі види еволюціонують у різних напрямах, тобто дивергентно. Дарвін тісно пов’язує дивергентний характер еволюції з функцією природного добору та з еволюцією пристосувань. Найбільша сума життя, тобто найбільша кількість особин даного виду, може проіснувати лише в разі достатньо великої їх різноманітності. Насправді, що різноманітніші організація й потреби особин даного виду, то більше шансів на те, що вони зможуть оволодіти новими місцями проживання, а це сприятиме збільшенню їх кількості. Отже, відмінності між різновидами з огляду на корисність розходження в рядах поколінь неухильно зростатимуть під дією природного добору. Нарешті різновиди настільки відрізнятимуться один від одного, що вони, як висловлювався Дарвін, «переходять у ступінь виду». Таким чином, в результаті дивергенції початковий вид зникає і немовби розколюється на молоді нові види.

Дивергентний розвиток — цілком реальна і до того ж провідна ознака органічної еволюції. Усі основні групи починають своє існування з відносно примітивних рис еволюційного процесу, який можна спостерігати як у часі, так і в просторі.

Конвергенція

Конвергенція — це процес формування подібного фенотипового вигляду особин двох або кількох груп. Конвергенція (конвергентний розвиток) — один із яскравих феноменів у розвитку життя на Землі. Класичним прикладом конвергентного розвитку в зоології вважають виникнення подібних форм тіла в акулових (первинноводні форми), іхтіозаврів (плазуни) та китоподібних (ссавці) — вторинноводні форми. Не завжди просто відрізнити конвергентну подібність від дивергенції. Так, наприклад, до середини XX ст. вважали, що спорідненість зайцеподібних зі справжніми гризунами ґрунтується на дивергенції груп від спільних предків. Лише спеціальні дослідження дозволили з упевненістю віднести зайців, кролів, пищух до особливого ряду, близького за походженням до копитних, а не до справжніх гризунів. Тепер зрозуміло, що подібність зайцеподібних і гризунів конвергентна, а не дивергентна. Конвергенція як форма еволюції груп характерна для еволюційного процесу на будь-якому рівні; можна знайти конвергенцію видів різних класів (подібність за формою тіла акул, іхтіозаврів і дельфінів). Прикладом конвергентного розвитку всередині одного класу може слугувати виникнення тих самих біологічних форм «вовків», «ведмедів», «кротів» тощо серед сумчастих і плацентарних ссавців. Виникнення тасманійського сумчастого вовка та звичайного вовка визначається подібним напрямом еволюційного процесу цілих угруповань, у яких на різній філогенетичній основі виникають зовні схожі, але внутрішньо різні форми, що займають схожі місця у відповідних екосистемах.

Терміни «дивергенція» і «конвергенція» запровадив Ч. Дарвін (1859 р. «Походження видів»).