Объясните с точки зрения закономерностей эволюции

Ответ оставил Гость

1)В исходной популяции появились мутации, которые привели к появлению расчленяющей окраски.
2)Расчленяющая окраска делала животное более незаметным на фоне окружающей среды, что повысило шансы на выживание в борьбе за существование.
3)В результате естественного отбора мутации закрепились, распространились благодаря размножению, что привело к возникновению ее генофонда.

Если ответа нет или он оказался неправильным по предмету Биология, то попробуй воспользоваться поиском на сайте или задать вопрос самостоятельно.

Если же проблемы возникают регулярно, то возможно Вам стоит обратиться за помощью. Мы нашли великолепную онлайн школу, которую без всяких сомнений можем порекомендовать. Там собраны лучшие преподаватели, которые обучили множество учеников. После обучения в этой школе, Вы сможете решать даже самые сложные задачи.

В чём проявляется относительный характер любого приспособления организмов к среде обитания?
=В чем проявляется относительный характер приспособленности?

При изменении условий приспособленность может стать бесполезной или вредной. Например, белая березовая пяденица хорошо заметна на красной стене.

Бабочка павлиний глаз имеет яркие глазчатые пятна только на верхней стороне крыльев. Назовите тип ее окраски, объясните значение окраски, а также относительный характер приспособленности.

Тип окраски – мимикрия.
Значение окраски: хищник может принять глазчатые пятна на крыльях бабочки за глаза крупного хищника, испугаться и замешкаться, что даст бабочке время на спасение.
Относительность приспособленности: яркая окраска делает бабочку заметной для хищников, хищник может не испугаться глазчатого рисунка на крыльях бабочки.

Муха-осовидка сходна по окраске и форме тела с осой. Назовите тип ее защитного приспособления, объясните его значение и относительный характер приспособления.

Тип защитного приспособления – мимикрия.
Значение: сходство с осой отпугивает хищников.
Относительность: сходство с осой не дает гарантии выживания, т.к. существуют молодые птицы, еще не выработавшие рефлекс, и специализированные птицы-осоеды.

Назовите тип защитного приспособления от врагов, объясните его назначение и относительный характер у мелкой рыбки морского конька – тряпичника, обитающей на небольшой глубине среди водных растений.

Тип защитного сприспособления – маскировка.
Сходство конька с водорослями делает его незаметным для хищников.
Относительность: такое сходство не дает им полной гарантии выживания, так как при движении конька и на открытом пространстве он становится заметными для хищников.

Назовите тип приспособления, значение защитной окраски, а также относительный характер приспособленности камбалы, которая живет в морских водоемах близ дна.

Тип окраски – покровительственная (слияние с фоном морского дна). Значение: рыбу незаметна на фоне грунта, это позволяет ей скрываться от врагов и от возможной добычи.
Относительность: приспособленность не помогает при движении рыбы, и она становится заметной для врагов.

В промышленных районах Англии на протяжении XIX-XX веков увеличилось число бабочек березовой пяденицы с темной окраской крыльев, по сравнению со светлой окраской. Объясните это явление с позиции эволюционного учения и определите форму отбора.
=Объясните причину индустриального меланизма у бабочек березовой пяденицы с позиции эволюционного учения и определите форму отбора.

Сначала у одной из бабочек возникла мутация, которая позволила ей приобрести немного более темную окраску. Такие бабочки чуть менее заметны на закопченных стволах, поэтому чуть реже, чем обычные бабочки, уничтожались птицами. Они чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество темных бабочек увеличивалось.
Затем у одной из чуть более темных бабочек произошла мутация, которая позволила ей стать еще более темной. Такие бабочки за счет маскировки чаще выживали и давали потомство, количество темных бабочек увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у бабочек возникла темная маскирующая окраска. Форма отбора: движущая.

Форма тела бабочки калиммы напоминает лист. Как сформировалась подобная форма тела у бабочки?
=Гусеницы бабочки репной белянки имеют светло-зеленую окраску и незаметны на фоне листьев крестоцветных. Объясните на основе эволюционной теории возникновение покровительственной окраски у этого насекомого.

Сначала у одной из гусениц возникла мутация, которая позволила ей приобрести частично зеленую окраску. Такие гусеницы чуть менее заметны на зеленых листьях, поэтому чуть реже, чем обычные гусеницы, уничтожались птицами. Они чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество бабочек, имеющих зеленых гусениц, увеличивалось.
Затем у одной из частично зеленых гусениц произошла мутация, которая позволила ей стать еще более зеленой. Такие гусеницы за счет маскировки чаще, чем остальные гусеницы, выживали, превращались в бабочек и давали потомство, количество бабочек с еще более зелеными гусеницами увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у гусениц возникла светло-зеленая маскирующая окраска.

Пчеловидные мухи, не имеющие жалящего аппарата, по внешнему виду сходны с пчелами. Объясните на основе эволюционной теории возникновение мимикрии у этих насекомых.

Сначала у одной из мух возникла мутация, которая позволила ей приобрести небольшое сходство с пчелой. Такие мухи чуть реже поедались птицами, чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество мух, имеющих сходство с пчелами, увеличивалось.
Затем у одной из таких мух произошла мутация, которая позволила ей стать еще более более похожей на пчелу. Такие мухи за счет мимикрии чаще, чем остальные мухи, выживали и давали потомство, количество мух с еще большим сходством с пчелами увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у мух возникла мимикрия под пчел.

На теле зебры, обитающей в африканских саваннах, чередуются, темные и светлые полосы. Назовите тип ее защитной окраски, объясните ее значение, а также относительный характер приспособленности.

У зебры расчленяющая окраска. Во-первых, такая окраска прячет от хищника реальные контуры животного (непонятно, где кончается одна зебра и начинается другая). Во-вторых, полоски не дают хищнику точно определить направление движения и скорость зебры. Относительность: на фоне саванны ярко окрашенные зебры хорошо заметны.

Гусеница бабочки-пяденицы живет на ветвях деревьев и в момент опасности становится похожей на сучок. Назовите тип ее защитного приспособления, объясните его значение и относительный характер.

Тип приспособления: маскировка. Значение: гусеница, похожая на сучок, менее заметна и реже поедается птицами. Относительность: на дереве другого цвета или столбе такая гусеница будет хорошо заметна.

В процессе эволюции у зайца-беляка сформировалась способность к изменению окраски шерсти. Объясните, как сформировалась такая приспособленность к среде обитания. Каково ее значение и в чем проявляется относительный характер приспособленности?

Значение: заяц имеет белую шерсть зимой и серую летом для того, чтобы быть менее заметным для хищников.
Формирование: случайно возникли мутации, дающие зайцу такой цвет шерсти; эти мутации были сохранены естественным отбором, поскольку незаметные для хищников зайцы чаще выживали.
Относительность: если заяц зимой попадает на поверхность без снега (скала, пожарище), то он очень хорошо заметен.

Назовите тип защитной окраски от врагов у самок открыто гнездящихся птиц. Объясните её значение и относительный характер.

Тип окраски: маскировка (сливаются с фоном).
Значение: птица, сидящая на гнезде, незаметна для хищника.
Относительность: при изменении фона или движении птица становится заметной.

Объясните с точки зрения закономерностей эволюции

17 апреля Кратко о специальной теории относительности.

14 апреля Вариант резервного дня ЕГЭ по математике.

13 апреля Вариант досрочного ЕГЭ по физике.

12 апреля Вариант досрочного ЕГЭ по информатике.

25 декабря На нашем сайте размещён курс русского языка Людмилы Великовой.

− Учитель Думбадзе
из школы 162 Кировского района Петербурга.

Наша группа ВКонтакте
Мобильные приложения:

Объясните с точки зре­ния закономерностей эво­лю­ции появление рас­чле­ня­ю­щей окраски у по­ло­са­той рыбы-бабочки.

1) в исходной популяции возникли мутации, ведущие к появлению окраски, расчленяющей контур животного;

2) расчленяющая окраска делала животного незаметным на фоне окружающей среды и повышала шанс выживания в борьбе за существование;

3) в результате естественного отбора мутация закрепилась, распространилась благодаря размножению в популяции, что привело к изменению ее генофонда.

Задание со свободным развёрнутым ответом на тему : «Эволюция» ( 11 класс)

за привлеченного слушателя на курсы профессиональной переподготовки

Какие формы естественного отбора изменяют норму реакции признака? Ответ поясните.

Движущий отбор – норма реакции признака сменяется постепенно, появляются особи с крайним значением признака (либо в сторону уменьшения, либо в сторону увеличения);

Дизруптивный (разрывающий) – норма реакции разрывается, остаются особи с крайними значениями признака, а особи со средним значением признака вытесняются;

Дестабилизирущий отбор – норма реакции признака расширяется; преимущество получают особи с более широкой нормой реакции.

Что такое борьба за существование по Ч. Дарвину? Каковы причины возникновения борьбы за существование?

борьба за существование – это совокупность сложных взаимоотношений между организмами и внешней средой, в результате которой погибают одни особи и выживают другие;

способность организмов к неограниченному размножению (размножение организмов в геометрической прогрессии);

ограниченность природных ресурсов, ограниченность средств к жизни.

Охарактеризуйте социально-экономические предпосылки эволюционного учения Ч. Дарвина.

Интенсивное развитие капитализма в первой половине XIX века в Англии привело к быстрому росту городов, городского населения; быстрый рост городов требовал быстрого повышения продуктивности сельского хозяйства;

Спрос промышленности на сырьё и населения на продукты питания способствовал развитию селекции; проводились научные экспедиции;

Появились экономическое учение А. Смита о свободной конкуренции и Т. Мальтуса о народонаселении.

Какие виды изменчивости описал Ч. Дарвин в своей теории как один из движущих факторов эволюции? Ответ поясните.

Определённая (групповая) – появление сходных признаков у особей одного вида под влиянием одинаковых условий среды; ненаследственная изменчивость;

Неопределённая (индивидуальная) – возникновение различных изменений у особей одного вида под влиянием сходных условий; наследственная изменчивость;

Соотносительная ( корреляционная) – изменение одного органа влечёт за собой изменение других органов; наследственная изменчивость.

Ч. Дарвин создал эволюционную теорию. К чему сводится учение Дарвина? Укажите не менее четырёх положений.

Каждая особь того или иного вида обладает индивидуальностью ( изменчивость);

Черты индивидуальности (хотя и не все) могут передаваться по наследству (наследственность);

Особи производят большее количество потомков, чем доживает до половой зрелости и начала размножения, то есть в природе идёт борьба за существование;

Преимущество в борьбе за существование остаётся за наиболее приспособленными особями, которые имеют больше шансов оставить после себя потомство (естественный отбор);

В результате естественного отбора происходит постепенное усложнение уровней организации жизни и возникновение видов.

Лечение антибиотиками болезней человека, вызванных микроорганизмами со временем становится малоэффективным. Необходимо вести поиски новых лекарственных препаратов. Объясните с точки зрения эволюционного процесса, как развивается устойчивость к антибиотикам .

В результате мутаций возникают микроорганизмы с устойчивостью к антибиотикам, что оказывается полезным признаком;

Микроорганизмы обладают высокой скоростью размножения, возникшие полезные мутации быстро распространяются;

В результате борьбы за существование и естественного отбора возникает новая популяция, невосприимчивая к антибиотику.

Почему ныне живущую кистепёрую рыбу латимерию нельзя считать предком земноводных? Приведите не менее трёх доказательств.

Предки земноводных жили в пресных водоёмах, в прибрежной зоне, а латимерия приспособлена к жизни в глубинах солёных водоёмов (океана);

Предки земноводных могли дышать атмосферным кислородом с помощью лёгких, а латимерия атмосферным кислородом не дышит;

Предки земноводных могли передвигаться по дну водоёма с помощью парных плавников, латимерия с помощью парных плавников может только плавать в воде.

• Фомина Евгения АлександровнаНаписать 5554 07.08.2017

Номер материала: ДБ-623299

ВНИМАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ: хотите организовать и вести кружок по ментальной арифметике в своей школе? Спрос на данную методику постоянно растёт, а Вам для её освоения достаточно будет пройти один курс повышения квалификации (72 часа) прямо в Вашем личном кабинете на сайте «Инфоурок».

Пройдя курс Вы получите:
— Удостоверение о повышении квалификации;
— Подробный план уроков (150 стр.);
— Задачник для обучающихся (83 стр.);
— Вводную тетрадь «Знакомство со счетами и правилами»;
— БЕСПЛАТНЫЙ доступ к CRM-системе, Личному кабинету для проведения занятий;
— Возможность дополнительного источника дохода (до 60.000 руб. в месяц)!

Пройдите дистанционный курс «Ментальная арифметика» на проекте «Инфоурок»!

07.08.2017 2241

07.08.2017 546

07.08.2017 283

07.08.2017 667

07.08.2017 175

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Приспособленность и относительность

В чём проявляется относительный характер любого приспособления организмов к среде обитания?
=В чем проявляется относительный характер приспособленности?

При изменении условий приспособленность может стать бесполезной или вредной. Например, белая березовая пяденица хорошо заметна на красной стене.

Бабочка павлиний глаз имеет яркие глазчатые пятна только на верхней стороне крыльев. Назовите тип ее окраски, объясните значение окраски, а также относительный характер приспособленности.

Тип окраски – мимикрия.
Значение окраски: хищник может принять глазчатые пятна на крыльях бабочки за глаза крупного хищника, испугаться и замешкаться, что даст бабочке время на спасение.
Относительность приспособленности: яркая окраска делает бабочку заметной для хищников, хищник может не испугаться глазчатого рисунка на крыльях бабочки.

Муха-осовидка сходна по окраске и форме тела с осой. Назовите тип ее защитного приспособления, объясните его значение и относительный характер приспособления.

Тип защитного приспособления – мимикрия.
Значение: сходство с осой отпугивает хищников.
Относительность: сходство с осой не дает гарантии выживания, т.к. существуют молодые птицы, еще не выработавшие рефлекс, и специализированные птицы-осоеды.

Назовите тип защитного приспособления от врагов, объясните его назначение и относительный характер у мелкой рыбки морского конька – тряпичника, обитающей на небольшой глубине среди водных растений.

Тип защитного сприспособления – маскировка.
Сходство конька с водорослями делает его незаметным для хищников.
Относительность: такое сходство не дает им полной гарантии выживания, так как при движении конька и на открытом пространстве он становится заметными для хищников.

Назовите тип приспособления, значение защитной окраски, а также относительный характер приспособленности камбалы, которая живет в морских водоемах близ дна.

Тип окраски – покровительственная (слияние с фоном морского дна). Значение: рыбу незаметна на фоне грунта, это позволяет ей скрываться от врагов и от возможной добычи.
Относительность: приспособленность не помогает при движении рыбы, и она становится заметной для врагов.

В промышленных районах Англии на протяжении XIX-XX веков увеличилось число бабочек березовой пяденицы с темной окраской крыльев, по сравнению со светлой окраской. Объясните это явление с позиции эволюционного учения и определите форму отбора.
=Объясните причину индустриального меланизма у бабочек березовой пяденицы с позиции эволюционного учения и определите форму отбора.

Сначала у одной из бабочек возникла мутация, которая позволила ей приобрести немного более темную окраску. Такие бабочки чуть менее заметны на закопченных стволах, поэтому чуть реже, чем обычные бабочки, уничтожались птицами. Они чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество темных бабочек увеличивалось.
Затем у одной из чуть более темных бабочек произошла мутация, которая позволила ей стать еще более темной. Такие бабочки за счет маскировки чаще выживали и давали потомство, количество темных бабочек увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у бабочек возникла темная маскирующая окраска. Форма отбора: движущая.

Форма тела бабочки калиммы напоминает лист. Как сформировалась подобная форма тела у бабочки?
=Гусеницы бабочки репной белянки имеют светло-зеленую окраску и незаметны на фоне листьев крестоцветных. Объясните на основе эволюционной теории возникновение покровительственной окраски у этого насекомого.

Сначала у одной из гусениц возникла мутация, которая позволила ей приобрести частично зеленую окраску. Такие гусеницы чуть менее заметны на зеленых листьях, поэтому чуть реже, чем обычные гусеницы, уничтожались птицами. Они чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество бабочек, имеющих зеленых гусениц, увеличивалось.
Затем у одной из частично зеленых гусениц произошла мутация, которая позволила ей стать еще более зеленой. Такие гусеницы за счет маскировки чаще, чем остальные гусеницы, выживали, превращались в бабочек и давали потомство, количество бабочек с еще более зелеными гусеницами увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у гусениц возникла светло-зеленая маскирующая окраска.

Пчеловидные мухи, не имеющие жалящего аппарата, по внешнему виду сходны с пчелами. Объясните на основе эволюционной теории возникновение мимикрии у этих насекомых.

Сначала у одной из мух возникла мутация, которая позволила ей приобрести небольшое сходство с пчелой. Такие мухи чуть реже поедались птицами, чаще выживали и давали потомство (происходил естественный отбор), поэтому постепенно количество мух, имеющих сходство с пчелами, увеличивалось.
Затем у одной из таких мух произошла мутация, которая позволила ей стать еще более более похожей на пчелу. Такие мухи за счет мимикрии чаще, чем остальные мухи, выживали и давали потомство, количество мух с еще большим сходством с пчелами увеличивалось.
Таким образом, за счет взаимодействия движущих факторов эволюции (наследственной изменчивости и естественного отбора) у мух возникла мимикрия под пчел.

На теле зебры, обитающей в африканских саваннах, чередуются, темные и светлые полосы. Назовите тип ее защитной окраски, объясните ее значение, а также относительный характер приспособленности.

У зебры расчленяющая окраска. Во-первых, такая окраска прячет от хищника реальные контуры животного (непонятно, где кончается одна зебра и начинается другая). Во-вторых, полоски не дают хищнику точно определить направление движения и скорость зебры. Относительность: на фоне саванны ярко окрашенные зебры хорошо заметны.

Гусеница бабочки-пяденицы живет на ветвях деревьев и в момент опасности становится похожей на сучок. Назовите тип ее защитного приспособления, объясните его значение и относительный характер.

Тип приспособления: маскировка. Значение: гусеница, похожая на сучок, менее заметна и реже поедается птицами. Относительность: на дереве другого цвета или столбе такая гусеница будет хорошо заметна.

В процессе эволюции у зайца-беляка сформировалась способность к изменению окраски шерсти. Объясните, как сформировалась такая приспособленность к среде обитания. Каково ее значение и в чем проявляется относительный характер приспособленности?

Значение: заяц имеет белую шерсть зимой и серую летом для того, чтобы быть менее заметным для хищников.
Формирование: случайно возникли мутации, дающие зайцу такой цвет шерсти; эти мутации были сохранены естественным отбором, поскольку незаметные для хищников зайцы чаще выживали.
Относительность: если заяц зимой попадает на поверхность без снега (скала, пожарище), то он очень хорошо заметен.

Назовите тип защитной окраски от врагов у самок открыто гнездящихся птиц. Объясните её значение и относительный характер.

Тип окраски: маскировка (сливаются с фоном).
Значение: птица, сидящая на гнезде, незаметна для хищника.
Относительность: при изменении фона или движении птица становится заметной.

Объясните с точки зрения закономерностей эволюции

Подробное решение Раздел стр. 125 по биологии для учащихся 9 класса, авторов С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, И.Б. Агафонова, Н.И. Сонин 2016

• Гдз рабочая тетрадь по Биологии за 9 класс можно найти тут

Вопрос 1. Чем можно объяснить господство представлений о неизменности видов в XVIII в.?

В XVIII в. в Европе господствовало мировоззрение, основанное на догматах христианской церкви. Ученые считали, что поскольку все живые организмы созданы Богом, то они совершенны, отвечают цели своего существования и неизменны во времени. Такое метафизическое направление в биологии получило название «креационизм».

Вопрос 2. Какой вклад в биологию внёс Ж. Б. Ламарк? Изложите основные положения эволюционной теории Ламарка.

В 1809 году он выпустил в свет трактат “Философия зоологии”, в котором изложил основные принципы эволюционной теории. Он впервые вел термин “биология”, который впоследствии использовался повсеместно. Развил идею эволюции органического мира и пытался ее доказать.

Совершенствовал уже существовавшую в то время классификацию животных. Пытался определить основные причины эволюционного процесса.

Высказывал идею о развитии и происхождении человека от обезьяноподобных предков.

Основные положения эволюционной теории Ламарка:

1.Идея изменяемости видов

2.Возникновение первых живых организмов из неорганической природы

3.Целенаправленное развитие видов от простых форм к сложным (градации) . Разделил животных на 14 классов, расположив их на 6 ступенях градации по степени усложнения нервной и кровеносной систем (от инфузорий до птиц и млекопитающих). Впервые разделил животных на позвоночных и беспозвоночных.

4.Связь эволюции живых организмов с изменениями условий окружающей среды.

Вопрос 3. Охарактеризуйте верные и ошибочные положения теории эволюции Ж. Б. Ламарка.

К верным положениям следует отнести утверждение об усложнении организации в процессе развития организмов, а также закон упражнения и неупражнения органов. Положение о постоянном самозарождении жизни из неорганической природы неверно. Неверен и принцип наследования благоприобретенных признаков, который был экспериментально опровергнут опытами Августа Вейсмана (1834— 1914). Исследователь отрезал хвосты мышам в течение двадцати двух поколений, однако укорочения хвостов потомков так и не произошло.

Вопрос 4. Опираясь на знания генетических закономерностей, объясните, могут ли наследоваться признаки, приобретённые в течение жизни организма.

Признаки, приобретенные в течение жизни организма, наследуются, только если их причиной является мутация, затрагивающая генетический материал гамет. Во всех иных случаях наследование признаков, приобретенных в течение жизни (например, в результате упражнения и неупражнения органов), невозможно.

Вопрос 5. Обсудите в классе, почему теория эволюции Ж. Б. Ламарка не получила признания современников.

Эволюционная теория Ж.Б. Ламарка не получила признания современников. Доказательство причин изменяемости видов не были достаточно убедительными. Отводя решающую роль в эволюции прямому влиянию внешней среды, упражнению и неупражнению органов и наследованию приобретённых признаков, Ж.Б Ламарк не мог объяснить возникновения ряда приспособлений. Так, окраска скорлупы птичьих яиц носит явно приспособительный характер, но объяснить этот факт с позиций теории Ж.Б. Ламарка невозможно.

Объясните с точки зрения закономерностей эволюции

В этой главевы научитесь

объяснять сточки зрения науки причины и характер биологической эволюции.

Для этого выдолжны уметь:

— объяснять эволюцию органического мира и её закономерности (следствия эволюционной теории, основные положения теории естественного отбора Ч. Дарвина, синтетической теории эволюции, учения о виде и видообразовании, о путях эволюции А.Н. Северцова);

— приводить примеры приспособлений у растений и животных и объяснять их биологический смысл;

— характеризовать происхождение и основные этапы эволюции жизни;

— объяснять место человека среди животных и биологические предпосылки происхождения человека;

— характеризовать основные этапы происхождения человека.

Использоватьв быту знания закономерностей эволюции.

Для этого выдолжны уметь:

— использовать знания по теории эволюции для оптимальной организации борьбы с инфекционными заболеваниями, вредителями домашнего и приусадебного хозяйства.

• Приведите сведения, которые, на ваш взгляд, убедят собеседников в том, что человек произошёл путём биологической эволюции.

§ 39. На пути к объяснению эволюции

Постановка проблемы урока

Гипотеза 1.Если виды организмов созданы Творцом, то и сходство между ними должно ограничиваться поверхностными чертами.

Гипотеза 2.Если виды организмов имеют общее происхождение, превращаются друг в друга или хотя бы изменяются с течением времени, то сходство между ними должно нести черты преемственности.

• Что может послужить причиной для изменения точки зрения? Какая из гипотез могла возникнуть раньше?

Как проверить эти гипотезы?

• Сформулируйте вопрос для обсуждения на уроке.

Сравните его с вариантом авторов на с. 397.

Необходимые базовые знания

• Чем отличаются точки зрения Ж.Б. Ламарка и Ч. Дарвина? (9 класс)

• Какова роль К. Линнея в развитии биологии? (9 класс)

• Что такое систематика?

• Что такое адаптивная модификация и почему её относят к ненаследственной изменчивости? (§ 32-33)

Система организмов К. Линнея

• Что значит «система организмов» и почему она плохо увязывается с Божественным сотворением разнообразия видов?

Представление о неизменяемости видов в ряду поколений берёт начало от религиозных учений о Сотворении мира, имеющих в своей основе житейский опыт: мир для человека выглядит неизменной в существенных чертах данностью, крупномасштабная эволюция на наших глазах не происходит. Но если все виды, по словам Карла Линнея (1707 — 1778), были созданы «в самом начале бесконечным Существом», независимо друг от друга, то их ничего не должно связывать.

Для К. Линнея сама возможность различения и диагностики видов была главным аргументом в пользу их постоянства. Однако он счёл возможным построить иерархическую систему организмов путём последовательного объединения близких видов по общим признакам в один род, а близких родов животных — по общим признакам в один отряд и т.д. (рис. 39.1). Построенная система явно свидетельствовала о наличии близких и удалённых друг от друга видов организмов, т.е. о наличии определённых связей между ними.

39.1. Иерархичность систематических категорий, установленная К. Линнеем

• Приведите примеры иерархически соподчинённых систематических групп среди растений или животных.

На дальнейшее развитие систематики большое влияние оказалиосновные подходы К. Линнея:

1. Последовательное проведение иерархического принципа соподчинения систематических категорий.

2. Отделение научной задачи построения естественной системы организмов от уточнения искусственной системы, носящей прикладной характер.Естественнаясистемастроится по многим существенным признакам, отражающим свойства, присущие той или иной группе организмов «по их природе», как выражался Линней. Искусственная система служит для определения организмов по немногим постоянным и удобным для определения признакам. К. Линней создал лучшую искусственную систему своего времени. В создании естественной системы растений он сделал лишь первые шаги.

3. Последовательное разделение функции названий и диагнозов систематических групп. Названия — «клички», по выражению Линнея, — должны быть краткими и легко запоминаемыми. Диагнозы — более пространные характеристики систематических групп. Они либо позволяют различать виды (искусственная система), либо содержат их существенные особенности с достаточной полнотой (естественная система).

4. Введение биологической номенклатуры. Высшим систематическим группам, начиная от рода и выше, предлагалось давать названия, состоящие из одного слова. Виды получали бинарную номенклатуру из двух слов: родового названия и видового эпитета (как, например, Но m о sapiens -человек разумный). Во времена К. Линнея латынь была интернациональным языком науки. Поэтому все системы научных названий организмов со времен К. Линнея состоят из латинских или латинизированных слов, заимствованных из других языков. Видовой эпитет присваивается виду при первом научном описании. Если оно признано научным сообществом, то данное название закрепляется за видом раз и навсегда.

• Какие факты для будущей победы эволюционного учения собрали честные учёные, не разделявшие легкомысленных, по их мнению, эволюционных воззрений?

Последователи К. Линнея находили всё больше черт сходства и закономерных различий между организмами. Идея творения не давала последовательного объяснения этим фактам. Между тем разнообразие организмов постепенно складывалось в естественную систему. Наиболее известный продолжатель его работ, Жорж Кювье (1769 — 1832), первым обратил внимание на важность внутреннего строения (анатомии) животных для определения их места в систематике. Он заметил, что существенные признаки сходства организмов образуют взаимосвязанные комплексы(корреляции). Самые крупные группы животного царства (теперь мы их называем типами) имеют общие планы строения основных систем органов. Существование четырёх не сводимых друг к другу планов строения животных было, по мнению Ж. Кювье, важным аргументом против линейной упорядоченности организмов, которую его противники считали доводом в пользу эволюции существ от простых к сложным. Наличие комплексов признаков позволило ему приступить к восстановлению облика ископаемых животных по их фрагментарным ископаемым остаткам. А это, в свою очередь, позволило Ж. Кювье последовательно включать ископаемых животных в общую естественную систему с современными животными.

К началу XIX в., благодаря успехам геологии и палеонтологии, стало ясно, что в ходе истории Земли организмы изменялись. Для объяснения этого феномена Ж. Кювье предложил теорию катастроф. Она гласила: медленные постепенные преобразования в истории Земли время от времени прерывались относительно кратковременными резкими переворотами («революциями», по его выражению): море наступало на сушу, или, наоборот, возникали крупные горные системы, менялся климат и т.п. Катаклизмы такого рода сопровождались новыми актами творения, с чем были связаны и крупные перемены в органическом мире. Последователи Ж. Кювье насчитали 27 таких переворотов.

На главный недостаток теории катастроф указал великий английский геолог Чарлз Лайель, старший друг Чарлза Дарвина. Если в наше время катастрофы, или «революции» Кювье, не имеют аналогов, то мы не можем восстановить эти события. Прошлое мы способны реконструировать лишь постольку, поскольку оно сходно с событиями современности: «Настоящее — ключ к пониманию прошлого». Этот необходимый принцип, лежащий в основе любых исторических реконструкций, Ч. Лайель назвалпринципом актуализма.

В те же годы российский учёный Карл Бэр открылзакон зародышевого сходства,т.е. наличие фундаментального сходства эмбрионов животных. Замечательно, что выделенные им четыре типа индивидуального развития совпали с четырьмя планами строения Ж. Кювье. Вместе с тем он обнаружил у всех многоклеточных три основных типа эмбриональных тканей (позже их стали называть зародышевыми листками), указывающих на преемственность строения всех животных.

Все упомянутые фундаментальные признаки сходства организмов требовали естественно-научного объяснения. Они получили наконец обобщённое выражение в трудах английского сравнительного анатома Ричарда Оуэна, считавшего себя учеником и последователем Жоржа Кювье, — в его представлении огомологияхианалогиях.Под гомологией понималось существенное, под аналогией — поверхностное сходство.

Таким образом, учёными, не разделявшими эволюционную точку зрения на происхождение организмов, были выявлены и документированы факты поразительного сходства живых организмов разных систематических групп, которые были признаны их потомками как доказательства эволюции.

Первая эволюционная теория

• Почему теория Ламарка считается первой теорией эволюции?

К началу XIX в. идея трансформизма — исторического изменения и превращения растений и животных — уже разделялась многими учёными. Но лишь Ж.Б. Ламарк (1744 — 1829) предпринял попытку объяснить накопившиеся факты. Он изложил свою теорию эволюции в книге «Философия зоологии», опубликованной в 1809 году.

Занимаясь систематикой животных, Ламарк расположил выделенные им 14 классов животных в виде ступеней лестницы существ (рис. 39.2) в соответствии с развитием у них нервной и кровеносной систем. Такой подход был популярен в науке ещё со времён Аристотеля, но при этом всегда последовательность читали сверху вниз, от высших ступеней к низшим. Ламарк прочёл свою лестницу существ наоборот, предположив наличие непрерывного поступательного прогрессивного движения от низших форм к высшим, которое он назвал градацией, илизаконом градации.

Причины градации живых организмов

• Какими причинами Ламарк объяснял изменения в органическом мире?

Для объяснения градации Ламарк предложил существование особого механизма —стремления к самосовершенствованию.Но почему же тогда ещё существуют просто устроенные формы? Пришлось допустить постоянное самозарождение жизни: выходит, предки сложно устроенных форм появились на Земле раньше, вот и успели пройти длительную эволюцию по пути прогресса. Значит, самые просто устроенные формы жизни, по Ламарку, — наиболее молодые.

39.2. Лестница существ Ламарка

• Объясните устройство лестницы существ с позиции Ламарка и его предшественников.

Закон градации предлагает объяснение прогресса в живой природе, но не даёт ключа к раскрытию феномена ошеломляющего разнообразия живого. Кошка и собака имеют одинаковый уровень организации, в чём же причина их различий? Для объяснения многообразия внутри одной ступени Ламарк предлагает другой механизм — прямое или косвенноевлияние внешней среды.

На растения и низших животных окружающая среда влияет прямо, изменяя организм в направлении наибольшего приспособления к ней —закон прямого влияниясреды.Так, благоприятные весенние условия (тепло, влага) приводят к распусканию листьев, осенью при похолодании листья желтеют и опадают.

На высших животных, ведущих более активный образ жизни, среда действует иначе. В реакции на её воздействие участвует нервная система. Изменение среды приводит к изменению потребностей и поведения животного. В результате упражнение органа усиливает его, а неупражнение ослабляет. В этом и проявляется действиезакона упражнения органа.Так Ламарк объяснял длинную шею жирафа, пытающегося достать листья с деревьев (упражнение органа), исчезновение глаз у крота в связи с подземным образом жизни (неупражнение органа).

Чтобы эти закономерности имели эволюционные последствия, приспособительные достижения родителей должны наследоваться их потомками. Поэтому теория Ламарка включаетзакон наследования благоприобретённых признаков:приспособительные черты, приобретённые родителями в процессе индивидуальной жизни, наследуются их потомками. В поддержку закона Ламарк приводил следующее соображение: белый человек загорает на солнце, приобретая тёмный цвет кожи, а у чернокожих жителей жарких стран этот признак превратился в наследственный.

Недостатки теории Ламарка

• Какие противоречия в теории Ламарка привели к тому, что она так и не была принята современниками?

Ламарк создал первую целостную эволюционную теорию, в которой противопоставил идею исторического развития живой природы господствующим идеям неизменяемости видов. Он правильно представлял общую картину исторического развития, впервые употребил термины «родство», «родственные связи» в традиционном ныне смысле — для обозначения единства происхождения живых существ. Но ошибочное определение движущих сил эволюции привело его теорию к противоречиям, несоответствию фактам и практически перечеркнуло её объяснительное значение.

Внутреннее стремление к прогрессу, «заложенное в организмах самой природой», подразумевает существование каких-то сверхъестественных сил, наделяющих организмы знанием того, к чему они должны стремиться, и способностью к достижению цели. К тому же это стремление предполагает для всех одну и ту же цель совершенства — видимо, в образе человека, стоящего на верхней ступени. Но примеры из зоологии показывают, что есть, по крайней мере, два других пути прогрессивного усложнения и развития в совершенно ином направлении: к плану строения головоногих моллюсков и насекомых.

Законы прямого влияния среды и упражнения органов также предполагают изначальную целесообразность действий: любой организм замечательным образом «знает» наперёд, как лучше реагировать на новые условия, с которыми он раньше не сталкивался. Например, существо, никогда не имевшее шерсти, попав в холодный климат, «догадывается», что нужно «одеваться».

Наивность «законов» Ламарка очевидна для современного человека. Предполагая «стремление к совершенству», Ламарк наделял живые существа чисто человеческой способностью к разумным действиям, которой они не обладают. Теория Ламарка не способна объяснить, какие «упражнения» приводят к развитию покровительственной окраски или изменению кровеносной системы. К тому же упражнение органа должно было каким-то образом влиять на половые клетки, чтобы передаться потомству. Наследование приобретённых признаков не подтвердилось дальнейшими исследованиями биологов.

• Вспомните, чьи признаки составляют основную, наибольшую часть наследственной информации.

• Вспомните, имеют ли наследственные изменения (комбинации, мутации) приспособительную направленность.

• В любых ли условиях модификации адаптивны?

• Что наследуется: конкретная модификация или способность организма целесообразно реагировать на нормальные изменения среды?

Таким образом, доказательства эволюционной теории, выдвинутые Ламарком, оказались недостаточными, и поэтому она не получила всеобщего признания.

Обобщение новых знаний

Гипотеза независимого творения всех видов организмов вошла в противоречие с лавиной исследований, обнаруживших глубокие черты сходства групп организмов по строению и эмбриональному развитию. Естественно-научное объяснение этим наблюдениям могла дать только теория, предполагающая изменяемость видов организмов и единство их происхождения. Ж.Б. Ламарк предложил первую эволюционную теорию, но из-за неполного соответствия фактам она не получила широкого признания.

Естественная система организмов.Принцип актуализма

1. Чем гипотеза независимого сотворения видов не удовлетворяла натуралистов?

2. В чём прав, а в чём не прав оказался Ламарк в своей теории?

3. Почему обнаружение черт фундаментального сходства у внешне непохожих организмов приводило мысли натуралистов в эволюционное русло?

4. Поспорьте с товарищем об изменяемости форм организмов. Пусть один из_васприводит факты в поддержку этой точки зрения, а другой — находит противоположные примеры.

5. Почему многие люди верят в наследование благоприобретённых изменений несмотря на то, что в школе учат иному? Какие явления в окружающем мире заставляют их так думать?

6.3. Результаты эволюции: приспособленность организмов к среде обитания, многообразие видов. Доказательства эволюции живой природы.

Доказательства эволюции живой природы

В разных областях биологии еще до Ч. Дарвина и после публикации его теории эволюции был получен целый ряд свидетельств, подкрепляющих ее. Эти свидетельства называют доказа­тельствами эволюции. Наиболее часто приводят палеонтологические, биогеографические, срав- нительно-эмбриологические, сравнительно-анатомические и сравнительно-биохимические доказа­тельства эволюции, хотя нельзя сбрасывать со счетов и данные систематики, а также селекции растений и животных.

Палеонтологические доказательства основываются на изучении ископаемых остатков орга­низмов. К ним относятся не только хорошо сохранившиеся организмы, вмерзшие в лед или за­ключенные в янтарь, но и «мумии», обнаруженные в кислых торфяных болотах, а также сохра­нившиеся в осадочных породах остатки организмов и окаменелости. Наличие в древних породах более простых организмов, чем в позднейших слоях, и то, что виды, встречающиеся на одном уровне, исчезают на другом, считают одним из наиболее значимых доказательств эволюции и объ­ясняют возникновением и вымиранием видов в соответствующие эпохи вследствие изменения условий окружающей среды.

Несмотря на то, что ископаемых остатков обнаружено пока немного и в палеонтологической летописи отсутствуют многие фрагменты вследствие низкой вероятности сохранения органиче­ских остатков, все же найдены формы организмов, у которых имеются признаки как эволюци- онно более древних, так и более молодых групп организмов. Такие формы организмов называют переходными формами. Яркими представителями переходных форм, иллюстрирующими переход от рыб к наземным позвоночным, являются кистеперые рыбы и стегоцефалы, а между рептилия­ми и птицами определенное место занимает археоптерикс.

Ряды ископаемых форм, последовательно связанных между собой в процессе эволюции не только общими, но и частными чертами строения, называются филогенетическими рядами. Они могут быть представлены ископаемыми остатками с разных континентов, и претендовать на боль­шую или меньшую полноту, однако их изучение невозможно без сравнения с живущими ныне формами, чтобы продемонстрировать поступательность эволюционного процесса. Классическим примером филогенетического ряда является эволюция предков лошади, исследованная основате­лем эволюционной палеонтологии В. О. Ковалевским (рис. 6.3).

Биогеографические доказательства. Биогеография как наука изучает закономерности распро­странения и распределения по поверхности нашей планеты видов, родов и других групп живых организмов, а также их сообществ.

Отсутствие в какой-либо части земной поверхности видов организмов, которые приспособлены к такой среде обитания и хорошо приживаются при искусственном завозе, как кролики в Австра­лии, а также наличие близких форм организмов в отстоящих на значительных расстояниях друг от друга частях суши свидетельствуют, прежде всего, о том, что облик Земли не всегда был таким, и геологические преобразования, в частности, дрейф континентов, образование гор, подъем и опу­скание уровня Мирового океана влияют на эволюцию организмов. Например, в тропических об­ластях Южной Америки, в Южной Африке и Австралии обитают четыре сходных вида двоякоды­шащих рыб, ареалы же относящихся к одному отряду верблюдов и лам располагаются в Северной Африке, большей части Азии и в Южной Америке. Палеонтологические исследования показали, что верблюды и ламы происходят от общего предка, обитавшего некогда в Северной Америке, а затем распространившегося в Азию через существовавший ранее перешеек на месте Берингова пролива, а также через Панамский перешеек в Южную Америку. Впоследствии все представителиданного семейства в промежуточных областях вымерли, а в краевых в процессе эволюции сфор­мировались новые виды. Более раннее отделение Австралии от остальных массивов суши позво­лило сформироваться там совершенно особой флоре и фауне, в которой сохранились такие формы млекопитающих, как однопроходные — утконос и ехидна.

С точки зрения биогеографии можно объяснить и разнообразие дарвиновых вьюрков на Гала­пагосских островах, отстоящих от побережья Южной Америки на 1200 км и имеющих вулкани­ческое происхождение. По-видимому, некогда на них залетели или были занесены представители единственного в Эквадоре вида вьюрков, а затем, по мере размножения, часть особей расселялась по остальным островам. На центральных крупных островах борьба за существование (пищу, места гнездования и т. д.) была наиболее острой, поэтому и сформировались незначительно отличающи­еся друг от друга по внешним признакам виды, потребляющие различную пищу (семена, плоды, нектар, насекомых и т. д.).

Влияли на распространение различных групп организмов и изменения климатических усло­вий на Земле, способствовавшие процветанию одних групп и вымиранию других. Отельные виды или группы организмов, сохранившиеся от широко распространенных ранее флор и фаун, называ­ют реликтами. К ним относятся гинкго, секвойя, тюльпанное дерево, кистеперая рыба латимерия и др. В более широком смысле виды растений и животных, обитающие на ограниченных участках территории или акватории, называются эндемичными, или эндемиками. Например, эндемиками являются все представители аборигенной флоры и фауны Австралии, а во флоре и фауне озера Байкал таковых до 75 %.

Изучение анатомии родственных групп животных и растений дает убедительные свидетельства сход­ства строения их органов. Несмотря на то, что экологические факторы, безусловно, накладыва­ют свой отпечаток на строение органов, у покры­тосеменных растений при всем их поразительном разнообразии цветки имеют чашелистики, лепест­ки, тычинки и пестики, а у наземных позвоноч­ных животных конечность построена по плану пя­типалой. Органы, имеющие сходное строение, занимающие одно и то же положение в организме и развивающиеся из одних и тех же зачатков у родственных организмов, но выполняющие раз­ные функции, называются гомологичными (рис. 6.4). Так, слуховые косточки (молоточек, наковальня и стремечко) гомологичны жаберным дугам рыб, ядовитые железы змей — слюнным железам других позвоночных, молочные железы млекопитающих — потовым, ласты тюленей и ки­тообразных — крыльям птиц, конечностям лоша­дей и кротов.

Нефункционирующие длительное время ор­ганы, вероятнее всего, в процессе эволюции пре­вращаются в рудиментарные (рудименты) — не­доразвитые по сравнению с предковыми формами структуры, которые потеряли основное значение. К ним относят малую берцовую кость у птиц, гла­за у кротов и слепышей, волосяной покров, коп­чик и червеобразный отросток (аппендикс) у че­ловека и др.

У отдельных особей, тем не менее, могут проявляться признаки, отсутствующие у данного вида, но имевшиеся у отдаленных предков — атавизмы, например, трехпалость у современных лошадей, развитие дополнительных пар молочных желез, хвоста и волосяного покрова на всем теле человека.

Если гомологичные органы являются свидетельством в пользу родства организмов и дивер­генции в процессе эволюции, то аналогичные органы — сходные у организмов различных групп структуры, выполняющие одинаковые функции, наоборот, относятся к примерам конвергенции

(конвергенцией называется в целом незави­симое развитие сходных признаков у раз­ных групп организмов, существующих в одинаковых условиях) и подтверждают тот факт, что окружающая среда наклады­вает значительный отпечаток на организм (рис. 6.5). Аналогами являются крылья на­секомых и птиц, глаза позвоночных и го­ловоногих (кальмаров, осьминогов), члени­стые конечности членистоногих и наземных позвоночных.

Сравнительно-эмбриологические дока­зательства. Изучая эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоноч-ных, К. Бэр обнаружил их поразительное структурное единство, особенно на ранних стадиях развития (закон зародышевого сходства). Позднее Э. Геккель сформулировал биогенетический закон, согласно которому онтогенез является кратким повторением филогенеза, т. е. стадии, ко­торые организм проходит в процессе своего индивидуального развития, повторяют историческое развитие той группы, к которой он принадлежит.

Так, зародыш позвоночного на первых стадиях развития приобретает черты строения, харак­терные для рыб, а затем земноводных и, в конце концов, той группы, к которой он относится. Это превращение объясняется тем, что каждый из вышеперечисленных классов имеет общих предков с современными рептилиями, птицами и млекопитающими (рис. 6.6).

Однако биогенетический закон обладает целым рядом ограничений, и поэтому русский ученый А. Н. Северцов существенно ограничил область его применения повторением в онтогенезе исклю­чительно особенностей зародышевых стадий развития предковых форм.

Сравнительно-биохимические доказательства. Разработка более точных методов биохимиче­ского анализа предоставила ученым-эволюционистам новую группу данных в пользу историче­ского развития органического мира, поскольку наличие одинаковых веществ у всех организмов указывает на возможную биохимическую гомологию, подобной таковой на уровне органов и тка­ней. Сравнительно-биохимические исследования первичной структуры таких широко распростра­ненных белков, как цитохром с и гемоглобин, а также нуклеиновых кислот, особенно рРНК, по­казали, что многие из них имеют практически одинаковое строение и выполняют те же функции у представителей различных видов, при этом, чем ближе родство, тем большее сходство обнару­живается в строении исследуемых веществ.

Таким образом, теория эволюции подтверждается значительным количеством данных из раз­личных источников, что лишний раз свидетельствует о ее достоверности, но она еще будет из­меняться и уточняться, поскольку многие аспекты жизни организмов остаются вне поля зрения исследователей.

Результаты эволюции: приспособленность организмов к среде обитания, многообразие видов

Помимо общих признаков, свойственных представителям того или иного царства, виды жи­вых организмов характеризуются поразительным разнообразием особенностей внешнего и вну­треннего строения, жизнедеятельности и даже поведения, появившихся и отобранных в про­цессе эволюции и обеспечивающих приспособление к условиям обитания. Однако не следует считать, что поскольку у птиц и насекомых есть крылья, то это связано с непосредственным действием воздушной среды, ведь и бескрылых насекомых и птиц предостаточно. Вышеупомя­нутые приспособления были отобраны в процессе естественного отбора из всего спектра имею­щихся мутаций.

Эпифитные растения, обитающие не на почве, а на деревьях, приспособились к поглощению атмосферной влаги при помощи корней без корневых волосков, но со специальной гигроскопич­ной тканью — веламенож. Некоторые бромелии могут впитывать водяные пары во влажной ат­мосфере тропиков с помощью волосков на листьях.

У насекомоядных растений (росянки, венериной мухоловки), обитающих на почвах, где азот недоступен по тем или иным причинам, выработался механизм привлечения и поглощения мел­ких животных, чаще всего насекомых, являющихся для них источником искомого элемента.

Для защиты от поедания травоядными животными у многих растений, ведущих прикреплен­ный способ жизни, сформировались пассивные средства защиты, такие как колючки (боярыш­ник), шипы (роза), жгучие волоски (крапива), накопление кристаллов щавелевокислого кальция (щавель) биологически активных веществ в тканях (кофе, боярышник) и др. У некоторых из них даже семена в незрелых плодах окружены каменистыми клетками, не дающими вредителям до­браться до них, и лишь к осени происходит процесс раздревеснения, что позволяет семенам по­пасть в почву и прорасти (груша).

Среда оказывает формирующее влияние и на животных. Так, многие рыбы и водные млекопи­тающие имеют обтекаемую форму тела, которая облегчает им передвижение в ее толще. Однако не стоит считать, что вода непосредственно влияет на форму тела, просто в процессе эволюции наиболее приспособленными к ней оказались именно те животные, которые обладали данным признаком.

Тело китов и дельфинов не покрыто при этом волосяным покровом, тогда как у родственной им группы ластоногих имеется в той или иной мере редуцированный шерстный покров, посколь­ку, в отличие от первых, они часть времени проводят на суше, где без шерсти их кожа тотчас бы обледенела.

Тело большинства рыб покрыто чешуей, которая на нижней стороне более светло окрашена, нежели на верхней, вследствие чего сверху эти животные малозаметны для естественных врагов на фоне дна, а снизу — на фоне неба. Окраска, обеспечивающая незаметность животных для их врагов или жертв, называется покровительственной. Она широко распространена в природе. Ярким примером такой окраски является окраска нижней стороны крыльев бабочки каллимы, которая, сев на веточку и сложив крылья вместе, оказывается похожей на сухой листочек. Другие насекомые, например палочники, маскируются под веточки растений.

Пятнистая или полосатая окраска также имеет приспособительное значение, поскольку на фо­не почвы таких птиц, как перепела или гаги, не видно даже на близком расстоянии. Незаметны и пятнистые яйца птиц, гнездящихся на земле.

Окраска животных не всегда настолько же постоянна, как у зебры, например, камбала и хаме­леон способны менять ее в зависимости от характера того места, где они находятся. Кукушки же, подкладывая свои яйца в гнезда различных птиц, могут варьировать окраску их скорлупы таким образом, чтобы «хозяева» гнезда не заметили различий между ним и собственными яйцами.

Окраска животных далеко не всегда может делать их незаметными — многие из них просто бросаются в глаза, что должно предупреждать об опасности. Большинство таких насекомых и пре­смыкающихся в той или иной степени ядовиты, как, например, божья коровка или оса, поэтому хищник, несколько раз испытав неприятные ощущения после употребления в пищу подобногообъекта, избегает его. Тем не менее, предупреждающая окраска не является универсальной, по­скольку некоторые птицы приспособились питаться ими (осоед).

Увеличение шансов на выживание у особей с предупреждающей окраской способствовало ее появлению у представителей других видов без должных для того оснований. Это явление носит название мимикрии. Так, неядовитые гусеницы некоторых видов бабочек подражают ядовитым, а божьим коровкам — один из видов тараканов. Однако птицы довольно быстро могут научиться отличать ядовитые организмы от неядовитых и потреблять последних, избегая особей, послужив­ших образцом для подражания.

В некоторых случаях может наблюдаться и обратное явление — хищные животные подражают по окраске безобидным, что позволяет им приближаться к жертве на близкое расстояние, а затем нападать (саблезубая морская собачка).

Защиту многим видам обеспечивает и приспособительное поведение, которое связано с запаса­нием пищи на зиму, заботой о потомстве, замирание на месте или наоборот, принятие угрожаю­щей позы. Так, речные бобры заготавливают на зиму несколько кубометров веток, частей стволов и другой растительной пищи, затапливая ее в воде возле «хаток».

Забота о потомстве присуща в основном млекопитающим и птицам, однако и у представителей других классов хордовых она также встречается. Например, известно агрессивное поведение сам­цов колюшки, отгоняющих всех врагов от гнезда, в котором находится икра. Самцы шпорцевых лягушек наматывают на лапки икру и носят ее до вылупливания из нее головастиков.

Даже некоторые насекомые способны обеспечивать своему потомству более благоприятную среду обитания. Например, пчелы выкармливают своих личинок, а молодые пчелы первое время «работают» только в улье. Муравьи переносят своих куколок вверх и вниз в муравейнике, в зави­симости от температуры и влажности, а при угрозе наводнения вообще уносят их с собой. Жуки- скарабеи заготавливают для своих личинок специальные шарики из отходов жизнедеятельности животных.

Многие насекомые при угрозе нападения застывают на месте и принимают вид сухих палочек, веточек и листочков. А гадюки, наоборот, поднимаются и раздувают свой капюшон, тогда как гремучая змея издает специальный звук погремушкой, расположенной на конце хвоста.

Поведенческие адаптации дополняются и физиологическими, связанными с особенностями среды обитания. Так, человек способен находиться под водой без акваланга всего несколько ми­нут, после чего он может потерять сознание и погибнуть из-за недостатка кислорода, а киты не всплывают на протяжении достаточно длительного времени. Объем легких у них не слишком велик, однако существуют другие физиологические приспособления, например, в мышцах высока концентрация дыхательного пигмента — миоглобина, который как бы запасает кислород и отдает его во время погружения. Кроме того, у китов есть особое образование — «чудесная сеть», которая позволяет использовать кислород даже венозной крови.

Животные жарких мест обитания, например пустыни, постоянно подвергаются риску перегре­ва и потери избыточного количества влаги. Поэтому лисичка-фенек имеет чрезвычайно большие ушные раковины, позволяющие излучать тепло. Земноводные пустынных регионов во избежание потери влаги через кожу вынуждены перейти к ночному образу жизни, когда влажность повы­шается и появляется роса.

Птицы, освоившие воздушную среду обитания, помимо анатомо-морфологических приспосо­блений к полету, имеют и важные физиологические особенности. Например, из-за того, что пере­движение в воздухе требует чрезвычайно больших затрат энергии, для этой группы позвоночных характерна высокая интенсивность обмена веществ, а выделяемые продукты метаболизма выво­дятся тотчас же, что способствует снижению удельной плотности тела.

Приспособления к среде обитания, несмотря на все их совершенство, относительны. Так, не­которые виды молочая вырабатывают ядовитые для большинства животных алкалоиды, однако гусеницы одного из видов бабочек — данаиды — не только питаются тканями молочая, но и на­капливают эти алкалоиды, становясь несъедобными для птиц.

Кроме того, адаптации являются целесообразными только в конкретной среде обитания и бес­полезны в другой среде. Например, редкий и крупный хищник уссурийский тигр, как и все кош­ки, имеет мягкие подушечки на лапах и втягивающиеся острые когти, острые зубы, отличное зрение даже в темноте, острый слух и сильные мышцы, что позволяет ему обнаружить жертву, незаметно подкрасться к ней и напасть из засады. Однако его полосатая окраска маскирует его только весной, летом и осенью, тогда как на снегу он становится хорошо заметным и тигр может рассчитывать только на молниеносное нападение.

Соцветия инжира, дающие ценные соплодия, имеют настолько специфическое строение, что опыляются только осами бластофагами, и поэтому, введенные в культуру, они длительное время не плодоносили. Только выведение партенокарпических сортов инжира (образующих плоды без оплодотворения) смогло спасти ситуацию.

Несмотря на то, что описаны примеры видообразования в течение совсем коротких промежут­ков времени, как в случае с погремком на кавказских лугах, который из-за регулярного скашива­ния сначала разделился на две популяции — раноцветущие и плодоносящие и поздноцветущие, на самом деле микроэволюция, скорее всего, требует гораздо больших сроков — многих столетий, ведь человечество, разные группы которого тысячелетиями были оторваны друг от друга, тем не менее, так и не разделилось на разные виды. Однако, поскольку эволюция располагает практи­чески неограниченным временем, за сотни миллионов и миллиарды лет на Земле обитало уже несколько миллиардов видов, большая часть которых вымерла, а дошедшие до нас являются ка­чественными этапами этого незатухающего процесса.

Согласно современным данным на Земле насчитывается свыше 2 млн видов живых организ­мов, большая часть из которых (приблизительно 1,5 млн видов) относится к царству животных, около 400 тыс. — к царству растений, свыше 100 тыс. — к царству грибов, а остальные — к бак­териям.

Такое поразительное разнообразие является результатом дивергенции (расхождения) видов по различным морфологическим, физиолого-биохимическим, экологическим, генетическим и репро­дуктивным признакам. Например, один из наибольших родов растений, относящийся к семей­ству Орхидные, — дендробиум — включает свыше 1 400 видов, а род жуков-калоедов — свыше 1 600 видов.

Классификация организмов является задачей систематики, которая в течение уже 2 тыс. лет пытается построить не просто стройную иерархию, а «естественную» систему, отражающую сте­пень родства организмов. Однако все попытки сделать это пока еще не увенчались успехом, так как в ряде случаев в процессе эволюции наблюдалась не только дивергенция признаков, но и кон­вергенция (схождение), в результате чего у весьма отдаленных групп органы приобрели черты сходства, как, например, глаз головоногих и глаз млекопитающих.

6.4. Макроэволюция. Направления и пути эволюции (А.Н. Северцов, И.И. Шмальгаузен). Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация. Причины биологического прогресса и регресса. Гипотезы возникновения жизни на Земле. Эволюция органического мира. Основные ароморфозы в эволюции растений и животных.

Образование вида ознаменовывает собой новый виток эволюционного процесса, поскольку осо­би этого вида, будучи более приспособленными к условиям среды, нежели особи материнского вида, постепенно расселяются на новые территории, и уже в его популяциях играют свою созида­тельную роль мутагенез, популяционные волны, изоляция и естественный отбор. Со временем эти популяции дают начало новым видам, которые вследствие генетической изоляции имеют гораздо больше признаков сходства между собой, чем с видами того рода, от которого отпочковался вид- родоначальник, и, таким образом, возникает новый род, затем — новое семейство, отряд (поря­док), класс и т. д. Совокупность эволюционных процессов, которые приводят к возникновению надвидовых таксонов (родов, семейств, отрядов, классов и т. п.), называется макроэволюцией. Макроэволюционные процессы как бы обобщают микроэволюционные изменения, происходящие в течение длительного времени, выявляя при этом основные тенденции, направления и законо­мерности эволюции органического мира, которые не поддаются наблюдению на более низком уровне. До сих пор никаких специфических механизмов макроэволюции не выявлено, поэтому считается, что она осуществляется только посредством микроэволюционных процессов, однако эта позиция постоянно подвергается вполне обоснованной критике.

Возникновение сложной иерархической системы органического мира в значительной степени является результатом неодинаковой скорости эволюционирования различных групп организмов. Так, уже упоминавшийся гинкго двулопастный как бы «законсервировался» на тысячи лет, тогда как достаточно близкие к нему сосны существенно изменились за это время.

Направления и пути эволюции (А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен). Биологический прогресс и регресс, ароморфоз, идиоадаптация, дегенерация

Анализируя историю органического мира, можно заметить, что в определенные промежутки времени господствовали отдельные группы организмов, которые затем клонились к упадку либо исчезали вовсе. Таким образом, можно различить три магистральных направления эволюции: био­логический прогресс, биологический регресс и биологическая стабилизация. Значительный вклад в разработку учения о направлениях и путях эволюции внесли русские эволюционисты А. Н. Се­верцов и И. И. Шмальгаузен.

Биологический прогресс связан с биологическим процветанием группы в целом и характери­зует ее эволюционный успех. Он отражает закономерное развитие живой природы от простого к сложному, от более низкой степени организации к более высокой. По А. Н. Северцову, критери­ями биологического прогресса являются увеличение численности особей данной группы, расши­рение ее ареала, а также появление и развитие в ее составе групп низшего ранга (преобразование вида в род, рода в семейство и т. д.). В настоящее время биологический прогресс наблюдается у покрытосеменных растений, насекомых, костистых рыб и млекопитающих.

По А. Н. Северцову, биологический прогресс может достигаться вследствие определенных мор- фофизиологических преобразований организмов, при этом он выделил три основные пути дости­жения: арогенез, аллогенез и катагенез (рис. 6.7).

Арогенез, или морфофизиологический прогресс, связан со значительным расширением ареала данной группы организмов вследствие приобретения больших изменений строения — ароморфо- зов.

Ароморфозом называют эволюционное преобразование строения и функций организма, ко­торое повышает его уровень организации и открывает новые возможности для приспособления к разнообразным условиям существования.

Примерами ароморфозов являются возникновение эукариотической клетки, многоклеточно- сти, появление сердца у рыб и разделение его полной перегородкой у птиц и млекопитающих, формирование цветка у покрытосеменных и т. п.

Аллогенез, в отличие от арогенеза, не сопровождается расширением ареала, однако внутри старого возникает значительное разнообразие форм, имеющих частные приспособления к среде обитания — идиоадаптации.

Идиоадаптация — это мелкое морфофизиологическое приспособление к специальным услови­ям среды, полезное в борьбе за существование, но не изменяющее уровня организации. Эти изме­нения иллюстрируют покровительственная окраска у животных, разнообразие ротовых аппаратов у насекомых, колючки растений и др. Не менее удачным примером являются дарвиновы вьюрки, специализирующиеся на различных видах пищи, у которых преобразования вначале затронули клюв, а затем и другие части тела — оперение, хвост и т. п.

Как это ни парадоксально, но и упрощение организации может вести к биологическому про­грессу. Этот путь называется катагенезом.

Дегенерация — это упрощение организмов в процессе эволюции, которое сопровождается по­терей определенных функций или органов.

Большей частью она характерна для паразитических организмов и животных, перешедших к прикрепленному способу жизни. Так, растение-паразит повилика европейская лишена хлоро­филла, а ее листья редуцированы до чешуек, питается же она за счет поглощения питательных веществ из тела растения-хозяина с помощью специальных присосок. Паразитирующие в тонком кишечнике человека и других животных цепни и лентецы в процессе эволюции принесли свою пищеварительную систему и почти все органы чувств в жертву гипертрофированной половой си­стеме, обеспечивающей необычайную плодовитость (до 11 млрд яиц в течение жизни). Сидячий образ жизни привел у взрослых представителей одной из групп хордовых — асцидий — к исчез­новению не только органов чувств и пищеварительной системы, но и самой хорды, обнаружива­ющейся только у личинок.

Фаза биологического прогресса сменяется фазой биологической стабилизации, сущность ко­торой заключается в сохранении признаков данного вида как наиболее благоприятных в данном микроокружении. По И. И. Шмальгаузену, она вовсе «не означает прекращения эволюции, наобо­рот, означает максимальную согласованность организма с изменениями среды». В фазе биологи­ческой стабилизации находятся «живые ископаемые» латимерия, гингко и др.

Антиподом биологического прогресса является биологический регресс — эволюционный упа­док данной группы вследствие невозможности приспособиться к изменениям окружающей среды. Он проявляется в снижении численности популяций, сужении ареалов, уменьшении количества групп низшего ранга в составе высшего таксона. Группе организмов, которая пребывает в состоя­нии биологического регресса, угрожает вымирание. В истории органического мира можно увидеть много примеров такого явления, и в настоящее время регресс характерен для некоторых папорот­ников, амфибий и рептилий. С появлением человека биологический регресс зачастую обусловлен его хозяйственной деятельностью.

Направления и пути эволюции органического мира не являются взаимоисключающими, то есть появление ароморфоза не означает, что идиоадаптация или дегенерация произойти уже не может. Напротив, согласно разработанному А. Н. Северцовым и И. И. Шмальгаузеном правилу смены фаз, различные направления эволюционного процесса и пути достижения биологического прогресса закономерно сменяют друг друга. В ходе эволюции эти пути сочетаются: достаточно редкие ароморфозы переводят группу организмов на качественно новый уровень организации, а в дальнейшем историческое развитие идет по пути идиоадаптации либо дегенерации, обеспечи­вающих приспособление к конкретным условиям среды обитания.

Причины биологического прогресса и регресса

В процессе эволюции планку естественного отбора преодолевают и, соответственно, прогресси­руют только те группы организмов, у которых наследственная изменчивость создает достаточное количество комбинаций, которые могут обеспечить выживание группы в целом.

Те же группы, у которых по каким-то причинам не имеется такого резерва, в большинстве слу­чаев обречены на вымирание. Зачастую это связано с низким давлением отбора на предыдущих этапах эволюционного процесса, приведшим к узкой специализации группы или даже дегенера­тивным явлениям. Следствием этого является невозможность приспособиться к новым условиям среды при ее резких изменениях. Ярким примером тому является внезапная гибель динозавров вследствие падения гигантского небесного тела на Землю 65 млн лет назад, которое повлекло за собой землетрясение, поднятие в воздух миллионов тонн пыли, резкое похолодание, гибель боль­шей части растений и растительноядных животных. В то же время предки современных млеко­питающих, не имея узких предпочтений источников питания и будучи теплокровными, смогли пережить эти условия и занять на планете господствующее положение.

Гипотезы возникновения жизни на Земле

Из всего спектра гипотез образования Земли наибольшее количество фактов свидетельствует в пользу теории «Большого взрыва». Ввиду того, что данное научное допущение зиждется в ос­новном на теоретических расчетах, подтвердить его экспериментально призван большой адронный коллайдер, сооруженный в Европейском центре ядерных исследований вблизи г. Женева (Швей­цария). Согласно теории «Большого взрыва», Земля образовалась свыше 4,5 млрд лет назад вме­сте с Солнцем и другими планетами Солнечной системы в результате конденсации газопылевого облака. Снижение температуры планеты и миграция химических элементов на ней способствова­ли ее расслоению на ядро, мантию и кору, а происходившие затем геологические процессы (дви­жение тектонических плит, вулканическая деятельность и т. д.) стали причиной формирования атмосферы и гидросферы.

Жизнь существует на Земле также очень давно, о чем свидетельствуют ископаемые остатки разнообразных организмов в горных породах, однако физические теории не могут дать ответа на вопрос о времени и причинах ее возникновения. Существуют две противоположные точки зрения на возникновение жизни на Земле: теории абиогенеза и биогенеза. Теории абиогенеза утверждают возможность происхождения живого из неживого. К ним относят креационизм, гипотезу самоза­рождения и теорию биохимической эволюции А. И. Опарина.

Фундаментальным положением креационизма являлось сотворение мира неким сверхъесте­ственным существом (Творцом), что нашло свое отражение в мифах народов мира и религиозных культах, однако возраст планеты и жизни на ней намного превышает указанные в этих источни­ках сроки, да и несоответствий в них предостаточно.

Основателем теории самозарождения жизни считается древнегреческий ученый Аристотель, который утверждал, что возможно многократное появление новых существ, например, дождевых червей из луж, а червей и мух — из гнилого мяса. Однако эти воззрения были опровергнуты в XVII-XIX веках смелыми опытами Ф. Реди и JI. Пастера.

Итальянский врач Франческо Реди в 1688 году поместил кусочки мяса в горшки и плотно запечатал их, однако никаких червей в них не завелось, тогда как в открытых горшках они по­явились. Дабы опровергнуть бытовавшее тогда убеждение, что жизненное начало содержится в воздухе, он повторил свои опыты, однако горшки не запечатал, а закрыл несколькими слоями кисеи, и вновь жизнь не появилась. Несмотря на убедительные данные, полученные Ф. Реди, ис­следования А. ван Левенгука дали новую пищу для дискуссий о «жизненном начале», которые продолжились в течение всего следующего века.

Другой итальянский исследователь — Ладзаро Спалланцани — в 1765 году видоизменил опы­ты Ф. Реди, прокипятив в течение нескольких часов мясные и овощные отвары и запечатав их. По прошествии нескольких дней он также не обнаружил там никаких признаков жизни и сделал вывод, что живое может возникнуть только от живого.

Последний удар теории спонтанного самозарождения нанес великий французский микробио­лог Луи Пастер в 1860 году, поместивший прокипяченный бульон в колбу с S-образным горлыш­ком и не получивший никаких зародышей. Казалось бы, это свидетельствовало в пользу теорий биогенеза, однако оставался открытым вопрос о том, каким же путем возник самый-самый пер­вый организм.

Ответить на него попытался советский биохимик А. И. Опарин, пришедший к выводу о том, что состав атмосферы Земли на первых этапах ее существования был совсем не таким, как в на­ше время. Скорее всего, она состояла из аммиака, метана, углекислого газа и водяных паров, но не содержала свободного кислорода. Под действием электрических разрядов высокой мощности и при высокой температуре в ней могли синтезироваться простейшие органические соединения, что и было подтверждено экспериментами С. Миллера и Г. Юри в 1953 году, получивших из вы­шеупомянутых соединений несколько аминокислот, простые углеводы, аденин, мочевину, а так­же простейшие жирные, муравьиную и уксусную кислоты.

Тем не менее синтез органических веществ еще не означает возникновения жизни, поэтому А. И. Опарин выдвинул гипотезу биохимической эволюции, согласно которой разнообразные ор­ганические вещества возникали и объединялись в более крупные молекулы на мелководьях морей и океанов, где условия для химического синтеза и полимеризации являются наиболее благопри­ятными.

Некоторые из этих веществ постепенно образовывали в воде устойчивые комплексы — коа- церваты, или коацеватные капли, напоминающие капли жира в бульоне. В эти коацерваты по­ступали разнообразные вещества из окружающего раствора, которые подвергались химическим превращениям, происходящим в каплях. Как и органические вещества, коацерваты сами по себе не являлись живыми существами, а были очередной ступенью в их возникновении.

Те из коацерватов, которые имели удачное соотношение веществ в своем составе, в особен­ности белки и нуклеиновые кислоты, благодаря каталитическим свойствам белков-ферментов со временем приобрели способность воспроизводить себе подобных и осуществлять реакции обмена веществ, при этом структуру белков кодировали нуклеиновые кислоты.

Однако, помимо размножения, для живых систем характерна зависимость от поступления энергии извне. Эта проблема первоначально решалась за счет бескислородного расщепления ор­ганических веществ из окружающей среды (кислорода в атмосфере на тот момент не было), т. е. гетеротрофного питания. Некоторые из поглощаемых органических веществ оказались способны­ми аккумулировать энергию солнечного света, как, например, хлорофилл, что дало возможность ряду организмов перейти к автотрофному питанию. Выделение кислорода в атмосферу в процессе фотосинтеза привело к появлению более эффективного кислородного дыхания, возникновению озонового слоя и, в конечном итоге, выходу организмов на сушу.

Таким образом, результатом химической эволюции явилось появление протобионтов — пер­вичных живых организмов, от которых в результате биологической эволюции произошли все существующие в настоящее время виды.

Теория биохимической эволюции в наше время является наиболее подтвержденной, однако представление о конкретных механизмах возникновения жизни изменились. Например, выясни­лось, что образование органических веществ начинается еще в космосе, а органические вещества играют важную роль даже в самом образовании планет, обеспечивая слипание мелких частей. Так­же формирование органических веществ происходит и в недрах планеты: при одном извержении вулкан выбрасывает до 15 т органики. Существуют и другие гипотезы относительно механизмов концентрирования органических веществ: замораживания раствора, абсорбции (связывания) на поверхности определенных минеральных соединений, действия природных катализаторов и т. п.

Возникновение жизни на Земле в настоящее время невозможно, поскольку любые органиче­ские вещества, спонтанно образовавшиеся в любой точке планеты, тотчас же были бы окислены свободным кислородом атмосферы или использованы гетротрофными организмами. Это понимал еще в 1871 году Ч. Дарвин.

Теории биогенеза отрицают самопроизвольное зарождение жизни. Основными из них являют­ся гипотеза стационарного состояния и гипотеза панспермии. Первая из них базируется на том, что жизнь существует вечно, тем не менее, на нашей планете есть очень древние породы, в кото­рых следы деятельности органического мира отсутствуют.

Гипотеза панспермии утверждает, что зародыши жизни были занесены на Землю из космоса некими пришельцами либо божественным провидением. В пользу этой гипотезы свидетельствуют два факта: необходимость для всего живого достаточно редкого на планете, но часто встречающе­гося в метеоритах молибдена, а также находка организмов, похожих на бактерии, на метеоритах с Марса. Однако каким образом жизнь возникла на других планетах, остается невыясненным.

Основные ароморфозы в эволюции растений и животных

Растительные и животные организмы, представляющие различные ветви эволюции органи­ческого мира, в процессе исторического развития независимо приобретали определенные черты строения, которые будут охарактеризованы далее.

У растений важнейшими из них являются переход от гаплоидности к диплоидности, незави­симость от воды в процессе оплодотворения, переход от наружного оплодотворения к внутреннему и возникновение двойного оплодотворения, расчленение тела на органы, развитие проводящей си­стемы, усложнение и усовершенствование тканей, а также специализация опыления с помощью насекомых и распространения семян и плодов.

Переход от гаплоидности к диплоидности сделал растения более устойчивыми к действию факторов окружающей среды вследствие снижения риска проявления рецессивных мутаций. По- видимому, это преобразование коснулось предков сосудистых растений, в число которых не вхо­дят моховидные, характеризующиеся преобладанием в жизненном цикле гаметофита.

Главные ароморфозы в эволюции животных связаны с возникновением многоклеточности и все большим расчленением всех систем органов, возникновением прочного скелета, развитием центральной нервной системы, а также общественного поведения в различных группах высоко­организованных животных, что дало толчок и к прогрессу человека.

Усложнение живых организмов в процессе эволюции

Историю органического мира на Земле изучают по сохранившимся остаткам, отпечаткам и другим следам жизнедеятельности живых организмов. Она является предметом науки палеон­тологии. Исходя из того, что остатки разных организмов расположены в различных пластах гор­ных пород, была создана геохронологическая шкала, согласно которой историю Земли разделили на определенные промежутки времени: зоны, эры, периоды и века (табл. 6.1).

Эоном называют большой промежуток времени в геологической истории, объединяющий не­сколько эр. В настоящее время выделяют только два зона: криптозой (скрытая жизнь) и фанеро- зой (явная жизнь). Эра — это промежуток времени в геологической истории, являющийся подраз­делением эона, объединяющий, в свою очередь, периоды. В криптозое выделяют две эры (архей и протерозой), тогда как в фанерозое — три (палеозой, мезозой и кайнозой).

Важную роль в создании геохронологической шкалы сыграли руководящие ископаемые — остатки организмов, которые были многочисленны в определенные промежутки времени и хоро­шо сохранились.

Развитие жизни в криптозое. Архей и протерозой составляют большую часть истории жизни (период 4,6 млрд лет — 0,6 млрд лет назад), однако сведений о жизни в тот период недоста­точно. Первые остатки органических веществ биогенного происхождения имеют возраст около 3,8 млрд лет, а прокариотические организмы существовали уже 3,5 млрд лет назад. Первые прокариоты входили в состав специфических экосистем — цианобактериальных матов, благо­даря деятельности которых образовались специфические осадочные породы строматолиты («ка­менные ковры»).

Понять жизнь давних прокариотических экосистем помогло открытие их современных анало­гов — строматолитов в заливе Шарк-Бей в Австралии и специфических пленок на поверхности почвы в заливе Сиваш в Украине. На поверхности цианобактериальных матов расположены фото- синтезирующие цианобактерии, а под их слоем — чрезвычайно разнообразные бактерии других групп и архей. Минеральные вещества, которые оседают на поверхность мата и образовываются за счет его жизнедеятельности, откладываются пластами (приблизительно 0,3 мм в год). Такие примитивные экосистемы могут существовать лишь в непригодных для жизни других организмов местах, и действительно, оба вышеупомянутые местообитания характеризуются чрезвычайно вы­сокой соленостью.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что поначалу Земля имела атмосферу воз­обновляемого характера, в состав которой входили: углекислый газ, водяной пар, оксид серы, а также угарный газ, водород, сероводород, аммиак, метан и т. п. Первые организмы Земли были анаэробами, однако благодаря фотосинтезу цианобактерий в среду выделялся свободный кисло­род, который сначала быстро связывался с восстановителями, находящимися в среде, и лишь по­сле связывания всех восстановителей среда начала приобретать окислительные свойства. О таком переходе свидетельствуют отложение окисленных форм железа — гематита и магнетита.

Около 2 млрд лет назад в результате геофизических процессов практически все несвязанное в осадочных породах железо переместилось к ядру планеты, а кислород начал накапливаться в ат­мосфере из-за отсутствия этого элемента — произошла «кислородная революция». Она явилась переломным этапом в истории Земли, который повлек за собой не только смену состава атмосфе­ры и образование озонового экрана в атмосфере — главной предпосылки для заселения суши, но и состава пород, формирующихся на поверхности Земли.

В протерозое произошло и другое важное событие — возникновение эукариот. В последние годы удалось собрать убедительные доказательства теории эндосимбиогенетического происхожде­ния эукариотической клетки — путем симбиоза нескольких прокариотических клеток. Вероятно, «главным» предком эукариот стали архей, которые перешли к поглощению пищевых частиц пу­тем фагоцитоза. Наследственный аппарат переместился вглубь клетки, сохранив, тем не менее, связь с мембраной благодаря переходу внешней мембраны возникшей ядерной оболочки в мембра­ны эндоплазматической сети.

Поглощенные клеткой бактерии могли не перевариваться, а оставаться живыми и продол­жать свое функционирование. Считают, что митохондрии ведут свое происхождение от пурпур­ных бактерий, утративших способность к фотосинтезу и перешедших к окислению органических веществ. Симбиоз с другими фотосинтезирующими клетками привел к возникновению пластид у растительных клеток. Вероятно, жгутики эукариотических клеток возникли вследствие симби­оза с бактериями, которые, подобно современным спирохетам, были способны к извивающимся движениям. Поначалу наследственный аппарат эукариотических клеток был устроен приблизи­тельно так же, как у прокариот, и лишь позднее, вследствие необходимости управления большой и сложной клеткой, образовались хромосомы. Геномы внутриклеточных симбионтов (митохон­дрий, пластид и жгутиков) в целом сохранили прокариотическую организацию, но большая часть их функций перешла к ядерному геному.

Эукариотические клетки возникали неоднократно и независимо друг от друга. Например, красные водоросли возникли в результате симбиогенеза с цианобактериями, а зеленые водорос­ли — с бактериями-прохлорофитами.

Остальные одномембранные органеллы и ядро эукариотической клетки, согласно эндомем- бранной теории, возникли из впячиваний мембраны прокариотической клетки.

Точное время появления эукариот неизвестно, поскольку уже в отложениях возрастом около 3 млрд лет присутствуют отпечатки клеток, имеющих похожие размеры. Точно эукариоты за­фиксированы в породах возрастом около 1,5-2 млрд лет, но только после кислородной революции (около 1 млрд лет назад) сложились условия, благоприятные для них.

В конце протерозойской эры (не менее 1,5 млрд лет назад) уже существовали и многоклеточ­ные эукариотические организмы. Многоклеточность, как и эукариотическая клетка, неоднократ­но возникала у разных групп организмов.

Существуют различные взгляды на происхождение многоклеточных животных. По одним дан­ным их родоначальниками были многоядерные, подобные инфузориям, клетки, которые затем распались на отдельные одноядерные клетки.

Другие гипотезы связывают происхождение многоклеточных животных с дифференцировкой клеток колониальных одноклеточных. Расхождения между ними касаются возникновения слоев клеток у первоначального многоклеточного животного. Согласно гипотезы гастреи Э. Геккеля, то происходит путем впячивания одной из стенок однослойного многоклеточного организма, как у кишечнополостных. В противовес ей И. И. Мечников сформулировал гипотезу фагоцител- лы, считая предками многоклеточных однослойные шарообразные колонии наподобие вольвокса, которые поглощали пищевые частицы путем фагоцитоза. Клетка, захватившая частицу, теряла жгутик и переходила вглубь организма, где и осуществляла пищеварение, а по окончании процес­са возвращалась на поверхность. Со временем произошло разделение клеток на два слоя с опре­деленными функциями — внешний обеспечивал движение, а внутренний — фагоцитоз. Такой организм И. И. Мечников назвал фагоцителлой.

В течение продолжительного времени многоклеточные эукариоты проигрывали в конкурент­ной борьбе прокариотическим организмам, однако в конце протерозоя (800-600 млн лет тому) вследствие резкого изменения условий на Земле — снижения уровня морей, роста концентрации кислорода, уменьшения концентрации карбонатов в морской воде, регулярных циклов похоло­дания — многоклеточные эукариоты получили преимущества над прокариотами. Если до этого времени встречались только отдельные многоклеточные растения и, возможно, грибы, то с этого момента в истории Земли известны и животные. Из возникших в конце протерозоя фаун лучше других изучены эдиакарская и вендская. Животных вендского периода принято включать в со­став особой группы организмов или относить к таким типам, как кишечнополостные, плоские черви, членистоногие и др. Однако ни у одной из этих групп нет скелетов, что может свидетель­ствовать об отсутствии хищников.

Развитие жизни в палеозойской эре. Палеозойская эра, длившаяся более 300 млн лет, делит­ся на шесть периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный (карбон) и пермский.

В кембрийском периоде суша состояла из нескольких материков, расположенных преиму­щественно в Южном полушарии. Самыми многочисленными фотосинтезирующими организмами в этот период были цианобактерии и красные водоросли. В толще воды жили фораминиферы и радиолярии. В кембрии появляется огромное количество скелетных животных организмов, о чем свидетельствуют многочисленные ископаемые остатки. Эти организмы относились при­мерно к 100 типам многоклеточных животных, как современным (губки, кишечнополостные, черви, членистоногие, моллюски), так и исчезнувшим, например: огромный хищник аномалока- рис и колониальные граптолиты, которые плавали в толще воды или были прикреплены ко дну. Суша на протяжении кембрия оставалась почти незаселенной, однако процесс почвообразования уже начали бактерии, грибы и, возможно, лишайники, а в конце периода на сушу вышли мало- щетинковые черви и многоножки.

В ордовикском периоде уровень вод Мирового океана поднялся, что привело к затоплению материковых низменностей. Основными продуцентами в этот период были зеленые, бурые и крас­ные водоросли. В отличие от кембрия, в котором рифы строили губки, в ордовике их сменяют ко­ралловые полипы. Расцвет переживали брюхоногие и головоногие моллюски, а также трилобиты (ныне вымершие родственники паукообразных). В этом периоде впервые зафиксированы и хор­довые, в частности бесчелюстные. В конце ордовика произошло грандиозное вымирание, которое уничтожило около 35 % семейств и более 50 % родов морских животных.

Силурийский период характеризуется усилением горообразования, которое привело к осуше­нию материковых платформ. Ведущую роль в фауне беспозвоночных силура играли головоногие моллюски, иглокожие и гигантские ракоскорпионы, тогда как среди позвоночных сохраняется большое разнообразие бесчелюстных и появляются рыбы. В конце периода на сушу вышли первые сосудистые растения — риниофиты и плауновидные, которые начали колонизацию мелководья и приливно-отливной зоны побережий. На сушу вышли и первые представители класса пауко­образных.

В девонском периоде вследствие поднятия суши образовались большие мелководья, которые пересыхали и даже промерзали, поскольку климат становился еще более континентальным, чем в силуре. В морях преобладают кораллы и иглокожие, тогда как головоногие моллюски представ­лены спирально закрученными аммонитами. Среди позвоночных девона расцвета достигли рыбы, причем на смену панцирным пришли и хрящевые, и костные, а также двоякодышащие и кисте- перые. В конце периода появляются первые амфибии, которые сначала жили в воде.

В среднем девоне на суше появились первые леса из папоротников, плаунов и хвощей, которые были заселены червями и многочисленными членистоногими (многоножками, пауками, скорпио­нами, бескрылыми насекомыми). В конце девона появились первые голосеменные. Освоение суши растениями привело к уменьшению выветривания и усилению почвообразования. Закрепление почв привело к возникновению русел рек.

В каменноугольном периоде суша была представлена двумя материками, разделенными океа­ном, а климат стал заметно более теплым и влажным. К концу периода произошло небольшое под­нятие суши, а климат сменился более континентальным. В морях господствовали фораминиферы, кораллы, иглокожие, хрящевые и костные рыбы, а пресные водоемы населяли двухстворчатые моллюски, ракообразные и разнообразные земноводные. В середине карбона возникли мелкие на­секомоядные рептилии, а среди насекомых появились крылатые (тараканы, стрекозы).

Для тропиков были характерны заболоченные леса, в которых доминировали гигантские хво­щи, плауны и папоротники, отмершие остатки которых образовали впоследствии залежи камен­ного угля. В середине периода в умеренной зоне, благодаря их независимости от воды в процессе оплодотворения и наличию семени, началось распространение голосеменных.

Пермский период отличался слиянием всех материков в единый суперконтинент Пангею, от­ступлением морей и усилением континентальности климата до такой степени, что во внутренних районах Пангеи образовались пустыни. К концу периода на суше почти исчезли древовидные папоротники, хвощи и плауны, а господствующее положение заняли засухоустойчивые голосе­менные.

Несмотря на то, что крупные амфибии еще продолжали существовать, возникли разные груп­пы рептилий, в том числе крупных растительноядных и хищных. В конце перми произошло са­мое большое вымирание в истории жизни, так как исчезли многие группы кораллов, трилобиты, большинство головоногих, рыб (в первую очередь хрящевых и кистеперых), а также амфибий. Морская фауна потеряла при этом 40-50% семейств и около 70% родов.

Развитие жизни в мезозое. Мезозойская эра продолжалась около 165 млн лет и характеризо­валась поднятием суши, интенсивным горообразованием и снижением влажности климата. Она делится на три периода: триасовый, юрский и меловой.

В начале триасового периода климат был засушливым, однако позднее вследствие поднятия уровня морей он стал более влажным. Среди растений преобладали голосеменные, папоротники и хвощи, однако древесные формы споровых практически полностью вымерли. Высокого разви­тия достигли некоторые кораллы, аммониты, новые группы фораминифер, двухстворчатых мол­люсков и иглокожих, тогда как разнообразие хрящевых рыб уменьшилось, изменились и группы костных рыб. Господствовавшие на суше рептилии начали осваивать и водную среду, как ихтио­завры и плезиозавры. Из пресмыкающихся триаса до нашего времени дожили крокодилы, гатте- рии и черепахи. В конце триаса появились динозавры, млекопитающие и птицы.

В юрском периоде суперконтинент Пангея раскололся на несколько меньших. Большая часть юры была очень влажной, а к его концу климат стал более засушливым. Доминирующей группой растений были голосеменные, из которых от того времени сохранились секвойи. В морях про­цветали моллюски (аммониты и белемниты, двухстворчатые и брюхоногие), губки, морские ежи, хрящевые и костные рыбы. Крупные амфибии практически полностью вымерли в юрском перио­де, однако появились современные группы земноводных (хвостатые и бесхвостые) и чешуйчатых (ящериц и змей), возросло разнообразие млекопитающих. К концу периода возникли и возмож­ные предки первых птиц — археоптериксы. Однако во всех экосистемах доминировали пресмыка­ющиеся — ихтиозавры и плезиозавры, динозавры и летающие ящеры — птерозавры.

Меловой период получил название в связи с образованием мела в осадочных породах того времени. На всей Земле, кроме приполярных областей, был стойкий теплый и влажный климат. В этом периоде возникли и приобрели широкое распространение покрытосеменные, вытеснявшие голосеменных, что повлекло за собой резкое увеличение разнообразия насекомых. В морях, по­мимо моллюсков, костистых рыб, плезиозавров, вновь появилось огромное количество форами-нифер, раковинки которых и образовали залежи мела, а на суше преобладали динозавры. Лучше приспособленные к воздушной среде птицы начали постепенно вытеснять летающих ящеров.

В конце периода произошло глобальное вымирание, в результате которого исчезли аммониты, белемниты, динозавры, птерозавры и морские ящеры, древние группы птиц, а также некоторые голосеменные. С лица Земли в целом исчезло около 16% семейств и 50% родов животных. Кри­зис в конце мела связывают с падением большого метеорита в Мексиканский залив, однако он, скорее всего, не был единственной причиной глобальных изменений. В ходе последующего похо­лодания выжили только небольшие рептилии и теплокровные млекопитающие.

Развитие жизни в кайнозое. Кайнозойская эра началась около 66 млн лет назад и продолжа­ется до настоящего времени. Она характеризуется господством насекомых, птиц, млекопитающих и покрытосеменных растений. Кайнозой делят на три периода — палеоген, неоген и антропо- ген — последний из которых является самым коротким в истории Земли.

В раннем и среднем палеогене климат оставался теплым и влажным, к концу периода стало прохладнее и суше. Доминирующей группой растений стали покрытосеменные, однако, если в на­чале периода преобладали вечнозеленые леса, то в конце появилось много листопадных, а в за­сушливых зонах образовались степи.

Среди рыб господствующее положение заняли костистые рыбы, а количество видов хрящевых, несмотря на их заметную роль в соленых водоемах, незначительно. На суше из рептилий сохра­нились только чешуйчатые, крокодилы и черепахи, тогда как млекопитающие заняли большую часть их экологических ниш. В середине периода появились основные отряды млекопитающих, в том числе насекомоядные, хищные, ластоногие, китообразные, копытные и приматы. Изоляция материков сделала фауну и флору географически более разнообразными: Южная Америка и Ав­стралия стали центрами развития сумчатых, а другие материки — плацентарных млекопитающих.

Неогеновый период. Земная поверхность в неогене приобрела современный вид. Климат стал более прохладным и сухим. В неогене уже сформировались все отряды современных млекопита­ющих, а в африканских саванах возникло семейство Гоминид и род Человек. К концу периода в приполярных областях континентов распространились хвойные леса, появились тундры, а сте­пи умеренного пояса заняли злаки.

Четвертичный период (антропоген) характеризуется периодическими сменами оледенений и потеплений. Во время оледенений высокие широты покрывались ледниками, резко снижался уровень океана, суживались тропический и субтропический пояса. На близлежащих к ледникам территориях устанавливался холодный и сухой климат, который способствовал формированию холодоустойчивых групп животных — мамонтов, гигантских оленей, пещерных львов и др. Со­путствовавшее процессу оледенения снижение уровня Мирового океана привело к образованию сухопутных мостов между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами и т. д. Миграции животных, с одной стороны, привели к взаимообогащению флор и фаун, а с другой, к вытеснению реликтов пришельцами, например, сумчатых и копытных в Южной Америке. Эти процессы, однако, не затронули Австралию, оставшуюся изолированной.

В целом, периодические изменения климата привели к формированию чрезвычайно обильного видового разнообразия, характерного для нынешнего этапа эволюции биосферы, а также оказали влияние на эволюцию человека. На протяжении антропогена несколько видов рода Человек рас­селились из Африки в Евразию. Около 200 тысяч лет назад в Африке возник вид Человек разум­ный, который после продолжительного периода существования в Африке около 70 тысяч лет на­зад вышел в Евразию и около 35-40 тыс. лет назад — в Америку. После периода сосуществования с близкородственными видами он вытеснил их и расселился по всей территории земного шара.

Около 10 тыс. лет назад хозяйственная деятельность человека в умеренно теплых областях земного шара начала оказывать влияние как на облик планеты (распашка земель, выжигание лесов, перевыпас пастбищ, опустынивание и т. д.), так и на животный и растительный мир вследствие сокращения ареалов их обитания и истребления, и вступил в действие антропогенный фактор.