Біологія. Повторне видання. 9 клас. Остапченко

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 44. Роль різних наук в обґрунтуванні теорії еволюції

Пригадайте, що таке дивергенція, конвергенція, атавізми. Що таке біосфера? Які особливості будови та функцій хлоропластів та мітохондрій? Які види називають «екологічно пластичними» та «екологічно непластичними»? Що вивчає молекулярна генетика?

Залучати дані різних наук для підтвердження реальності процесу еволюції та з’ясування напрямів еволюції окремих груп організмів уперше запропонував видатний німецький учений Е. Геккель (мал. 44.1). Саме його вважають засновником філогенетичного напряму в еволюційній теорії.

Мал. 44.1. Ернст Генріх Геккель (1834-1919): видатний німецький біолог, один з авторів біогенетичного закону, автор терміна «екологія»; перший запропонував зіставляти дані різних наук для встановлення родинних зв’язків між різними групами організмів; розробив спосіб графічного відображення історичного розвитку певних груп організмів у вигляді філогенетичних дерев

Філогенез (від грец. філон — рід та генезис — походження) — це шляхи історичного розвитку як окремих систематичних груп, так і всієї живої матерії.

Для з’ясування філогенезу певної систематичної групи Е. Геккель запропонував зіставляти дані трьох біологічних наук: палеонтології, порівняльних анатомії та ембріології.

Палеонтологія - наука про організми, які мешкали в колишні геологічні періоди. Учені-палеонтологи знаходять рештки таких організмів у вигляді скам’янілостей, відбитків у шарах вугілля, сліди їхньої життєдіяльності тощо (мал. 44.2). Вони реконструюють їхній зовнішній вигляд (див мал. 2.1), встановлюють час, коли жили ці організми, визначають їхнє систематичне положення, намагаються з’ясувати особливості біології (середовище життя, спосіб живлення, особливості розмноження та ін.).

Мал. 44.2. Палеонтологічні дослідження: 1 - розкопки решток викопних організмів; 2 - скам’янілий скелет динозавра; 3 - відбитки давніх рослин

Мал. 44.3. Філогенетичний ряд коня. Завдання. Проаналізуйте зміни, які відбувалися із цими тваринами у процесі еволюції

Викопні та сучасні форми організмів учені зв’язують в єдиний філогенетичний ряд - послідовність історичних змін організмів у межах певної систематичної групи. Вивчаючи такий ряд організмів, можна простежити зміни, які в них відбувалися, починаючи від предкових форм і аж до сучасних (мал. 44.3). Так, сучасні однопалі коні походять від п’ятипалих невеликих предків, які мешкали в лісах 60-70 млн років тому. Зміни клімату змусили предків сучасного коня адаптуватись до нового середовища - відкритих просторів, де їм доводилось долати значні відстані в пошуках їжі та тікаючи від хижаків. Тому їхня еволюція супроводжувалася зменшенням числа пальців на кінцівках від п’яти до одного (поміркуйте чому), видовженням кінцівок, збільшенням розмірів тіла, змінами форми черепа тощо.

Порівняльна ембріологія - наука, що досліджує особливості зародкового розвитку різних груп організмів; виявляє риси подібності та відмінності в зародковому розвитку споріднених груп організмів.

Вивчаючи особливості індивідуального розвитку (онтогенезу) різних груп тварин, Е. Геккель та інший німецький учений Ф. Мюллер (1822-1897) встановили зв’язки між історичним (філогенезом) та індивідуальним розвитком (онтогенезом) певних груп організмів. Сформульований ними біогенетичний закон стверджує, що індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму - це вкорочене і стисле повторення історичного розвитку (філогенезу) цього виду. Так, аналіз фаз зародкового розвитку різних класів хребетних показує наявність у всіх них на певних стадіях розвитку зябрових щілин, хорди, двокамерного серця тощо (мал. 44.4). Це, на думку Е. Геккеля та Ф. Мюллера, має свідчити про походження наземних хребетних від рибоподібних предків. Отже, на більш ранніх етапах онтогенезу ніби відтворюються ознаки більш давніх предків, на завершальних - найбільш близьких.

Мал. 44.4. Біогенетичний закон базується на порівнянні послідовних стадій розвитку: 1 - риби; 2 - саламандри; 3 - черепахи; 4 - пацюка; 5 - людини

Мал. 44.5. Приклади гомологічних (І): передні кінцівки: мавпи (1); коня (2); кита (3); крота (4); птаха (5); саламандри (6); кажана (7) (завдання: укажіть функції цих кінцівок); та аналогічних (II) органів

Порівняльна анатомія вивчає особливості будови тіла, органів, їхніх систем різних систематичних груп організмів та визначає закономірності їхніх змін у процесі еволюції.

Завдяки дослідженням у галузі порівняльної анатомії та ембріології було розроблено поняття про аналогічні та гомологічні органи, рудименти та атавізми. Гомологічні (від грец. гомологія - відповідність) органи мають спільне походження і тому в них подібний загальний план будови. Прикладами гомологічних органів є передні кінцівки різних представників ссавців або видозміни підземних пагонів квіткових рослин (цибулина тюльпана, бульбоцибулина шафрану, кореневище конвалії, стеблова бульба картоплі) (мал. 44.5, І).

Аналогічні (від грец. аналогія - подібність) органи - це зовнішня подібність будови органів, які виконують однакові функції. Вони мають різне походження і тому - різний план будови. Приклади аналогічних органів наведені на малюнку 44.5, II.

Рудименти (від лат. рудиментум - зачаток) - структури або органи, недорозвинені в особин певного виду внаслідок втрати своїх функцій протягом їхнього історичного розвитку (мал. 44.6). Вони є в усіх особин певного виду (наприклад, залишки тазового поясу в китів, недорозвинені очі кротів, рудименти листків у вигляді лусочок на кореневищі конвалії тощо; мал. 44.6). Рудименти або не виконують жодних функцій, як-от рудимент третьої повіки - мигальної перетинки - у ссавців, або беруть на себе нові функції. Наприклад, дзижчальця мух (рудимент другої пари крил) втрачають функцію польоту, але допомагають зберігати рівновагу під час польоту (мал. 44.6, 2).

Мал. 44.6. Приклади рудиментів: 1 - рудименти листків кореневища конвалії; 2 - дзижчальця - рудиментарна друга пара крил у мух; 3 - рудиментарна мигальна перетинка у ссавців

Раніше ми згадували, що в окремих представників виду можуть проявлятись атавізми - варіанти ознак, притаманних їхнім предкам (див. мал. 40.4).

У гомологічних органів подібний план будови тому, що вони мають спільне походження. Нащадки спільного предка, потрапляючи в різні умови мешкання, адаптовувалися до нових умов, тому зовнішній вигляд гомологічних органів змінювався: так, ласти кита пристосовані до плавання, крило кажана - для польоту, передня кінцівка крота - для прокладання ходів у ґрунті. Отже, гомологічні органи виникають шляхом дивергенції, їхня наявність свідчить про спорідненість організмів.

Аналогічні органи не мають подібного плану будови тому, що не мають спільного походження. Вони зовнішньо подібні, оскільки такі неспоріднені організми мешкають в однакових середовищах. Це приклад конвергенції. Так, і кажани, і комахи здатні до польоту. Але крила кажана - це видозмінені передні кінцівки, а крила комахи - вирости покривів грудних сегментів.

Отже, вивчення рудиментів та атавізмів є необхідним етапом під час з’ясування родинних зв’язків різних груп організмів, тобто спільності їх походження.

Молекулярна біологія та генетика. Порівнюючи послідовності нуклеотидів молекул ДНК або РНК різних видів за ступенем їхньої подібності, учені з’ясовують ступінь спорідненості різних видів. Два види, які походять від спільного предка (два види одного роду), мають подібніші послідовності нуклеотидів, аніж види, які належать до близьких, але різних родів. У генетиці людини цей метод застосовують для з’ясування родинних зв’язків між окремими людьми.

Цікаво знати

Методи встановлення послідовності нуклеотидів молекул ДНК дістали назву секвенування ДНК. Із цими методами тісно пов’язаний метод молекулярної біології, який має назву полімеразна ланцюгова реакція (метод ПЛР). Цей метод дає змогу досить швидко збільшувати кількість певних фрагментів молекул ДНК або РНК, які цікавлять дослідників. Метод ПЛР також широко використовують для діагностики певних інфекційних захворювань (наприклад, коронавірусу), встановлення батьківства тощо.

Ключові терміни та поняття: філогенетичний ряд, біогенетичний закон.

Перевірте здобуті знання

1. Що таке філогенез і філогенетичний ряд? 2. Про що твердить біогенетичний закон? 3. Які органи називають гомологічними та аналогічними? 4. Що таке рудименти? 5. Яке значення для еволюційної теорії мають дані молекулярно-генетичних досліджень?

Поміркуйте. З допомогою вчителя/вчительки наведіть приклади гомологічних та аналогічних органів у тварин і рослин, обґрунтуйте свої думки.