Біологія. 9 клас. Козленко

Макроеволюція. Докази еволюції

Запам’ятайте терміни: гомологічні органи, аналогічні органи, рудименти, атавізми, перехідні форми, релікти, конвергенція, дивергенція

Макроеволюція. Літопис Землі

Вивчені досі еволюційні явища на рівні виду включаються до процесів мікроеволюції. Макроеволюційний процес веде до утворення надвидових категорій (родів, класів, родин тощо).

Порівняльний аналіз різних представників цих груп організмів дозволяє простежити спільність та відмінність певних етапів їх розвитку, а отже, й сформулювати докази еволюції.

Докази еволюції

Історично першими групами доказів, сформульованими дослідниками на базі доступних їм фактів, були порівняльно-анатомічні та палеонтологічні докази.

Порівняльний аналіз анатомії та морфології організмів дозволяє зробити висновок про спільність їх розвитку та походження одних груп організмів від інших. Перш за все це стосується явищ гомології та аналогії органів. Аналогічні органи (мал. 59) мають різне походження, однак у різних систематичних груп організмів виконують подібну функцію унаслідок спільності умов середовища проживання організмів. До таких органів належать зябра різних груп водних організмів, колючки та вусики різного походження у рослин тощо.

Мал. 59. Аналогія — крила комахи, птеродактиля, птаха та кажана

Походження гомологічних органів є спільним, при цьому вони можуть виконувати однакову або різні функції (мал. 60). Ілюстрацією гомології є різноманітність функцій кінцівок у ссавців та ротових апаратів у комах.

Мал. 60. Гомологія — кінцівки різних груп ссавців

Важливими доказами еволюції людини є рудименти — органи, що у процесі еволюції втратили свої функції і збереглися в недорозвиненому стані та атавізми — випадки появи ознак, притаманних предковим формам. Рудиментами у людини є залишок третьої повіки, м’язи навколо вушної раковини, апендикс тощо, атавізмами — поява хвоста та надмірного оволосіння у деяких людей. Сучасна наука володіє даними про виконання рудиментарними органами деяких функцій, зокрема апендикс людини бере участь у функціонуванні імунної системи.

За кілька століть вченим вдалося нагромадити велику кількість палеонтологічних знахідок, що слугують доказами еволюції. Перш за все це викопні рештки, що демонструють ознаки спільних предкових форм деяких організмів або перехідних форм між двома групами організмів (мал. 61). Деякі з таких перехідних форм збереглися до наших днів і слугують живими доказами еволюції.

На молекулярному рівні сучасна еволюційна наука володіє великою кількістю доказів. Найбільш універсальним серед них є факт єдності хімічного складу клітин усіх відомих організмів. Співвідношення елементів у клітинному вмісті є спільним для усіх організмів і допускає лише незначні відхилення. Ще більше доказів спільного розвитку усіх організмів дає будова ДНК та структура генетичного матеріалу.

Доказами еволюції також є зміни у формі та числі хромосом. Зокрема, вважають, що друга хромосома людини є наслідком злиття двох хромосом предкових видів приматів. Це підтверджується аналізом структури цих хромосом, а також тим фактом, що каріотип більшості приматів складає 24 пари хромосом, а людини — 23.

Аналіз особливостей розселення організмів дозволяє сформулювати низку біогеографічних доказів еволюції. Розселення видів тварин і рослин відповідає історії їх еволюції. Зокрема, фауна Австралії складається з великої кількості унікальних видів тварин. Це зумовлюється ранньою ізоляцією Австралії від решти материків.

Дослідження острівної фауни та флори дає можливість виявити спільні та відмінні риси острівних видів від видів, що мешкають на материку, і таким чином прослідкувати їх еволюцію. Прикладом цього є вже згадувані раніше досліджені Ч. Дарвіном в’юрки.

Ембріологічні докази еволюційного процесу полягають у доведенні подібності стадій ембріонального розвитку організмів. Відмінність організмів різних груп один від одного посилюється з ходом ембріонального розвитку, а отже найбільш консервативними є ранні стадії ембріогенезу. Аналіз ознак зародків різних організмів дозволяє провести аналогію між структурами, що будуть притаманні дорослому організму. Таким чином, зокрема, було підтверджене походження слухових кісточок людини від кісток, які у плазунів утворювали щелепний суглоб. Деякі стадії розвитку організмів також можуть нагадувати предкові види. Наприклад, личинки асцидій — хордових тварин, дорослі представники яких втратили притаманні хордовим риси будови тіла, нагадують своєю будовою предкову форму — ланцетника.

Така подібність ембріонів була досліджена Е. Геккелем і сформульована ним у вигляді біогенетичного закону. На даний час, однак, формулювання даного закону уточнене і підтверджує повторення лише ознак певних стадій розвитку організмів, а не ознак дорослих форм.

Мал. 61. Викопна перехідна форма між рибами (зверху) та амфібіями (знизу) — тіктаалік (посередині)

Філогенез

Індивідуальний розвиток особини (онтогенез) є основою філогенезу — історичного розвитку організмів. Це пояснюється тим, що саме окремі особини є матеріалом природного добору. Зміни, що впливають на філогенез, можуть відбуватися на різних стадіях життя організму.

До основних форм філогенезу належать дивергенція, конвергенція та паралелізм. Дивергенція полягає у розгалуженні напрямків розвитку таксонів, що походять від спільної предкової лінії. Вона виникає внаслідок дії елементарних факторів еволюції — мутаційного процесу, популяційних хвиль та ізоляції. Вплив цих факторів на певному етапі розвитку стає настільки значним, що призводить до розгалуження предкового таксону. Прикладом дивергенції на рівні мікроеволюції є різноманітність форм Дарвінових в’юрків (див. мал. 51), на рівні макроеволюції — різниця у фенотипах птахів та ссавців, що походять від однієї предкової лінії, однак мешкають у різних середовищах.

Конвергенцією називають формування подібних ознак фенотипу у груп, що не мають спільного походження, однак мешкають у тому самому середовищі і виконують у природі одну і ту ж функцію (мал. 62). Наприклад, акули (хрящові риби) та дельфіни (ссавці) мають подібну форму тіла, що є адаптацією до проживання в океані у подібних умовах. Аналізуючи лише зовнішні ознаки, складно визначити, є подібність представників певних таксонів результатом дивергенції чи конвергенції. Зокрема, ряд Зайцеподібні довгий час вважали близьким до ряду Гризуни. Однак глибші дослідження показали спорідненість зайцеподібних з копитними, а отже їх подібність до гризунів має конвергентне походження.

Мал. 62. Конвергенція тварин, що мешкають у повітряному середовищі

Паралелізм — форма конвергенції, за якої формування спільних ознак відбувається у близьких за походженням груп, які піддалися процесу дивергенції. Прикладами паралелізму є формування подібного типу кінцівок у двох різних груп копитних (парно- та непарнокопитні) та формування органів світіння у деяких груп глибоководних риб.

Шляхи макроеволюції

До основних напрямків еволюції відносять ароморфоз, ідіоадаптацію та загальну дегенерацію.

Ароморфозами називають підвищення рівня організації представників групи унаслідок набуття ними радикально нових ознак, що дозволяють розширити межі їх існування. За історію органічного світу на Землі виникала невелика кількість потужних ароморфозів. До них можна віднести, зокрема, формування нервових вузлів, виникнення чотирикамерного серця у деяких рептилій, розділення кіл кровообігу тощо.

Ідіоадаптація полягає у формуванні низки часткових пристосувань без підвищення рівня загальної організації групи. Такі адаптації дозволяють різним видам великого таксону опановувати різні природні зони та географічні пояси. Зокрема, представники ряду Горобцеподібні мешкають практично у всіх широтах, у кожній з них пристосовуючись до певної природної зони та екологічної ніші. Найбільш яскравим прикладом ідіоадаптацій цієї групи птахів є пристосування форми їхнього дзьоба до споживання певного виду їжі. Зокрема, ластівки мають короткий, розширений при основі дзьоб, що дозволяє їм ефективно ловити комах на льоту; дятли — долотоподібний дзьоб, пристосований до розколупування кори дерев; дрозди — видовжений дзьоб, з допомогою якого зручно добувати черв’яків з ґрунту тощо.

Ароморфози та ідіоадаптації є анатомо-морфологічними шляхами досягнення біологічного прогресу — вдосконалення у процесі еволюції певних груп організмів.

Відносний комфорт умов існування веде до біологічного регресу, що досягається шляхом загальної дегенерації. Результатом загальної дегенерації є спрощення будови організму та втрата деяких рис високої організації, набутих предковими формами. Зокрема, будова паразитичних червів має значні спрощення у порівнянні з вільноживучими родичами: редукуються травна та нервова системи та органи чуттів, натомість розвивається статева система. Двостулкові молюски унаслідок сидячого способу життя зазнали редукції голови. Асцидії, хордові тварини, зберегли хорду лише на личинковій стадії, в той час як дорослі форми зазнали значного спрощення будови та ведуть сидячий спосіб життя.

Правила еволюції груп

Аналіз проходження процесів еволюції у різних груп організмів дав змогу помітити певні закономірності. Ці закономірності дозволили сформулювати правила проходження еволюції у групах:

  1. Правило незворотності еволюції (правило Долло) — процес еволюції незворотній і повернення організму до стану предкових груп є неможливим;
  2. Правило прогресуючої спеціалізації (правило Депере) — група, що вступила на шлях спеціалізації, у майбутньому йтиме шляхом поглиблення цієї спеціалізації;
  3. Правило походження від неспеціалізованих предків (правило Копа) — як правило, початок новим групам дають не спеціалізовані предкові групи, а групи з нижчим рівнем спеціалізації;
  4. Правило адаптивної радіації — філогенез завжди розділяється на декілька окремих відгалужень, що розходяться у різних напрямках від середнього стану.
  • 1. Наведіть приклади аналогічних і гомологічних органів, рудиментів у рослин.
  • 2. Яка з форм філогенезу (конвергенція чи дивергенція) є доказом адаптивності еволюції?
  • 3. Чи можна вважати правила еволюції груп законами? Які підтвердження є до цих правил?
  • 4. Чому внаслідок еволюції інколи утворюються непотрібні (не функціональні) органи. Наведіть приклади.

Обговоріть у групах

Поняття прогресу отримало різну оцінку у різних вчених. Зокрема, Дж. Гекслі у своїх наукових пошуках прийшов до питання, у напрямку чого розвивається еволюція і що можна вважати критерієм прогресу, адже за різних умов вигода від адаптацій може бути різною, як і здатність особин до виживання. Внаслідок цього сформувався парадокс Гекслі — хто є більш прогресивним, людина чи туберкульозна бактерія, яка веде до загибелі людини? Сформулюйте свої критерії біологічного прогресу. Які з організмів будуть найбільш прогресивними за ними?