Главные направления эволюции

Учение о главных направлениях и путях эволюции создано А.Н.Северцовым, который предложил различать два направления в эволюционном процессе — биологический прогресс и регресс, показал три основных пути достижения прогресса. Биологический прогресс характеризуется увеличением численности, расширением ареала, увеличением числа популяций, ускорением процессов видообразования. В состоянии биологического прогресса находятся, например, насекомые, цветковые растения.

Для биологического регресса характеристики противоположные, в результате возможно полное вымирание этой группы организмов. По пути биологического регресса пошли динозавры, псилофиты, семенные папоротники. В настоящее время вымирание грозит многим видам растений и животных, для спасения которых созданы заповедники, заказники, они занесены в Красные книги.

Состояние биологического прогресса достигается за счет ароморфозов, идиоадаптаций и дегенераций.

Ароморфозы — морфофизиологические изменения, которое приводит к повышению уровня организации, приспосабливают организмы к новым условиям обитания. Ароморфозы приводят к образованию крупных систематических единиц — классов, типов. Например, выход на сушу растений сопровождался появлением механических, проводящих, покровных тканей. Появление семенных растений, опыление в воздушной среде, появление цветка и плода — яркие примеры ароморфозов в растительном мире. В животном мире появление классов позвоночных животных сопровождалось ароморфозами в кровеносной, дыхательной, выделительной и других системах. Например, двухкамерное сердце рыб заменилось трехкамерным у земноводных, у пресмыкающихся в желудочке появляется неполная перегородка, полностью четырехкамерным сердце стало у птиц и млекопитающих. Внутреннее оплодотворение и откладывание яиц позволили пресмыкающимся освоить сушу, роговые покровы препятствуют испарению воды через кожные покровы и служат этой же цели.

Рис. 350. Идиоадаптации у рыб.

Идиоадаптации, напротив, не приводят к повышению общего уровня организации, это такие морфофизиологические изменения, которые приспосабливают организм к конкретным условиям обитания. Идиоадаптации приводят к появлению мелких систематических единиц — родов, семейств, отрядов.

Рыбы приспособились к жизни в различных условиях и имеют различную форму тела и окраску (рис. 350), древние земноводные приспособились к различным условиям жизни на Земле и в результате идиоадаптаций дали хвостатых, бесхвос-

тых и безногих земноводных. Иголки у ежа, клюв у утки или дятла, длинная шея и длинные ноги цапли — все это примеры идиоадаптаций. Ароморфозы позволяют освоить новые среды обитания, затем эволюция идет за счет идиоадаптаций (рис. 351).

Рис. 351. Соотношение между ароморфозами, идиоадаптациями и дегенерациями.

Дегенерация — третий путь, с помощью которого достигается биологический прогресс (рис. 352). При этом организмы приспосабливаются к более простому образу жизни, в результате происходит упрощение организации.

Рис. 352. Примеры дегенераций:   1 — повилика на крапиве; 2 —саккулина; 3 — корневидные отростки саккулины в теле краба; 4 — личинка асцидии с хордой и нервной трубкой; 5 — взрослая асцидия.

Например, переход к сидячему образу жизни у личиночнохордовых привел к редукции хорды и нервной трубки у взрослой асцидии. Паразитический образ жизни ленточных червей привел к полной утрате пищеварительного тракта. У паразитического цветкового растения повилики утратились корни, листья, хлорофилл и питательные вещества растение-паразит поглощает из растения-хозяина с помощью присосок. Рак саккулина, паразитирующий на крабе, имеет форму мешка, расположенного под брюшком краба, корневидные отростки которого пронизывают все тело краба.

Доказательства эволюции

Доказательства эволюции базируются на данных различных наук: палеонтологии, эмбриологии, анатомии, физиологии, биохимии, биогеографии.

Классические доказательства предоставляет сравнительная палеонтология, изучающая ископаемые организмы, жившие в прошлые эпохи. История развития живых организмов на Земле сохранилась в виде ископаемых остатков.

© Прямым доказательством эволюции является ярусность расположения остатков живых организмов: чем более древний слой изучается, тем более примитивные формы жизни в нем находятся, в верхних слоях находят остатки более поздних форм жизни.

© Обнаружены ископаемые переходные формы, позволяющие с уверенностью говорить о происхождении той или иной группы организмов. Например, псилофиты — переходная форма от водорослей к высшим наземным растениям, семенные папоротники доказывают образование голосеменных растений от папоротникообразных.

Рис. 353. Реконструкция археоптерикса.

В царстве животных наиболее известны находки археоптерикса (рис. 353), первоптицы размером с голубя, но имеющей многие признаки пресмыкающихся: зубы на челюстях; по три пальца с когтями, выступающие из крыльев; хвост, состоящий из большого количества позвонков с расположенными на нем перьями; наличие брюшных ребер. Ископаемые стегоцефалы имеют признаки рыб и земноводных, котилозавры — признаки земноводных и пресмыкающихся, зверозубый ящер — признаки пресмыкающихся и млекопитающих.

©

Рис. 354. Эмбрионы рыбы, саламандры, черепахи, крысы и человека сходны на ранних стадиях.

Палеонтологи по ископаемым остаткам сумели восстановить эволюцию многих групп животных — составлены филогенетические ряды лошади, хоботных, верблюдов.

Сравнительная эмбриология приводит убедительные доказательства в пользу эволюции. Еще Ч.Дарвин обратил внимание на связь между индивидуальным развитием — онтогенезом и историческим развитием вида — филогенезом. Немецкие ученые Э.Геккель и Ф.Мюллер сформулировали биогенетический закон, закон рекапитуляции:"онтогенез — есть краткое и быстрое повторение филогенеза".Например, зародыши млекопитающих на ранних стадиях развития имеют длинный хвост и жаберные щели и похожи на зародыш

Рис. 355. Схема кровеносной системы головастика:   1 — предсердие; 2 — желудочек; 3 — круг кровообращения.

рыбы, затем на зародыш земноводного, затем — пресмыкающегося, имеют клоаку (рис. 354). Рекапитуляция признаков объясняется тем, что на разных стадиях включаются сохранившиеся гены далеких предков — рыбы, земноводного, пресмыкающегося, обезьяны. Головастик лягушки имеет рыбообразную форму тела, боковую линию, двухкамерное сердце и один круг кровооб-

ращения (рис. 355). Он как бы повторяет признаки рыб, далеких предков земноводных.

Сравнительная анатомия показывает, что план строения позвоночных животных одинаков у различных классов. Например, в скелете земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих различают четыре отдела: скелет головы, туловища, конечностей и поясов конечностей. Отделы состоят из одинаковых костей, различия в строении появляются в результате приспособлений к конкретным условиям среды. Сходный план строения имеют и остальные системы органов, и отдельные органы. Для всех птиц, например характерна правая дуга аорты, а для млекопитающих — левая.

© В пользу эволюции свидетельствуют рудименты — органы утратившие свои функции и находящиеся на грани исчезновения (волосяной покров на конечностях и туловище у человека, копчик — рудимент хвоста, состоящий из 3 — 4 позвонков, остатки тазового пояса у кита).

© К сравнительно анатомическим доказательствам относятся и атавизмы — случаи возврата к признакам предков (у человека — случаи рождения с детей хвостом, с дополнительными парами сосков).

Физиологическими доказательствами служат сходства различных физиологических процессов у животных близких систематических групп: сходство в физиологии кровеносной, дыхательной, выделительной, пищеварительной, половой систем органов. Например, беременность человека и человекообразных обезьян продолжается около девяти месяцев и протекает сходно.

Данные биохимии, вероятно, одни из самых убедительных. Доказано, что у близкородственных групп организмов белки сходны по аминокислотному составу и сходна нуклеотидная последовательность ДНК в хромосомах. Например, гемоглобин человека и шимпанзе идентичен по аминокислотному составу, а между гемоглобином человека и гориллы отличия в двух аминокислотах. Сравнение аминокислотной последовательности в рибосомальных белках и нуклеотидной последовательности в рибосомальных РНК (как одних из наиболее консервативных) подтверждает классификацию всех основных групп живых организмов.

В настоящее время проведена гибридизация цепей нуклеотидов ДНК человека и шимпанзе. Для этого были разделены двойные цепи ДНК человека и шимпанзе, и затем одиночные цепи ДНК человека соединили с цепями нуклеотидов шимпанзе. Между комплементарными нуклеотидами восстановились химические связи, и оказалось, что ДНК человека и шимпанзе сходны на 91 — 92% (рис. 356).

	Рис. 356. Метод гибридизации ДНК.   В составной ДНК человека и шимпанзе все химические связи восстановились, кроме тех мест, где нуклеотиды не комплементарны.

Кроме того, универсальность генетического кода и единство аминокислотного состава белков свидетельствуют о происхождении всех живых организмов Земли от единого предка.

Интересные факты приводит и биогеография, наука о распространении растительного и животного мира. Поверхность Земли разделена на шесть биогеографических областей: 1) Палеоарктическую (Европа, Северная Африка, Северная и Средняя Азия, Япония); 2) Неоарктическую (Северная Америка); 3) Эфиопскую (Африка к югу от Сахары); 4) Индо-малайскую (Южная Азия и Малайский архипелаг); 5) Неотропическую (Центральная и Южная Америка); 6) Австралийскую.

Фауна и флора Палеоарктической и Неоарктической областей сходны, хотя и между ними находится Берингов пролив. Сходство объясняется тем, что в недалеком прошлом существовал сухопутный мост — Берингов перешеек. Эти две области объединены Голарктическую область.

Различия в растительном и животном мире между Неоарктической и Неотропической областями объясняются тем, что Панамский перешеек появился недавно. Только немногие виды сумели проникнуть в Северную Америку (броненосец, опоссум) и из Северной Америки в Южную.

Австралия отделилась от остальных материков более 100 млн. лет назад, тогда еще не было плацентарных животных, и изоляция сохранила примитивных яйцекладущих и сумчатых млекопитающих.

Фауны и флоры различных областей отличаются потому, что виды сформировались в определенном центре происхождения и расселялись до тех пор, пока не встречали какой-то естественной преграды.