Доказательства эволюции органического мира

План урока №31

ТЕМА: Возникновение жизни на Земле. Происхождение человека.

ЦЕЛИ:

1 Образовательная:

- рассмотреть основные доказательства эволюции органического мира

-познакомить студентов с этапами развития жизни на Земле и эволюцией человека

2 Развивающая:

- развить навык самостоятельной работы с дополнительной литературой

3 Воспитательная:

- воспитывать ответственное отношение к учебному процессу

Ход урока:

I Организационный момент

1 Ознакомление студентов с темой и целью урока.

2 Перед студентами ставится ряд заданий, которые необходимо выполнить в процессе урока:

- владеть знаниями о доказательствах эволюции органического мира

II Основная часть

1 Проверка домашнего задания

А) В чем состоит биологический прогресс и биологический регресс?

Б) Каковы главные направления биологической эволюции (прогресса)

В) В чем заключается биологическое значение ароморфозов и идиоадаптаций?

Г) Чем характеризуется дегенерация?

Д) Чем занимается наука систематика?

Е) Верно ли утверждение о том, что современная систематика является отражением эволюционного процесса?

Ж) Перечислите основные закономерности эволюционного процесса.

З) Поясните биологическую сущность дивергенции, конвергенции, параллелизма.

И) Расскажите о результатах эволюции.

2 Объяснение нового материала

- доказательства эволюции органического мира

- появление первых живых организмов

- гипотезы происхождения жизни.

- усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции.

- современные гипотезы о происхождении человека.

- доказательства родства человека с млекопитающими животными.

- эволюция человека.

- единство происхождения человеческих рас.

3 Закрепление нового материала

А) Перечислите основные доказательства эволюции органического мира

Б) Охарактеризуйте : палеонтологические, морфологические, эмбриологические и биогеографические доказательства эволюции . Приведите примеры.

В) Когда и как появились первые живые организмы? Назовите их.

Г) К чему привели ароморфозы на границе архейской и протерозойской эры?

Д) Подвести студентов к выводу о закономерностях эволюции

Е) Роль человека на современном этапе развития

III Подведение итогов урока

IV Домашнее задание

1 Учебник В.Б.Захарова, С.Т.Мамонтова «Биология» (стр.435,442-443)

2 Записи в тетради.

Занятие №31

Тема:«Возникновение жизни на Земле. Происхождение человека».

1. Доказательства эволюции органического мира.

2. Появление первых живых организмов

3. Гипотезы происхождения жизни.

4. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции.

5. Современные гипотезы о происхождении человека.

6. Доказательства родства человека с млекопитающими животными.

7. Эволюция человека.

8. Единство происхождения человеческих рас.

Доказательства эволюции органического мира

По данным науки, жизнь возникла на Земле 2—3 млрд. лет поэтому однозначного ответа, как зародилась жизнь на планете, нет. Л. Пастер доказал, что живое не может возникнуть из неживого. В. И. Вернадский выразил гипотезу о вечности жизни и расселения его из планеты на планету (гипотеза панспермии).

За гипотезой О. И. Опарина, жизнь возникла из неживой материи в результате создания благоприятных условий. Абиогенный синтез органических веществ стал первым шагом до возникновения жизни на Земле (опыты С. Миллера, Павловской). Следующий шаг — концентрация веществ и образование коацерватов.

Коацерваты — высококонцентрированные капли, которые образуются произвольно из органических веществ, что ведет к осложнению органических молекул. Для коацерватов характерны некоторые свойства живого: поглощение веществ и увеличение объема (рост); выделение веществ во внешнюю среду; дробление коацерватов на более мелких; гибель и разрушение.

Третий этап — появление самовоспроизводящих молекул — полинуклеотидов, возможность матричного синтеза белка.

Первичные организмы — полинуклеотидные коацерваты — прототип клетки. В первичном бульоне могли возникнуть первые гетеротрофные организмы, в которых отделились внешняя мембрана, цитоплазма и наследственный аппарат ДНК. В дальнейшем в результате ароморфозов и отбору происходило осложнение и развитие жизни.

Эволюцией называется необратимый процесс развития любой системы, в результате которого возникают новые структуры и новые функции. В биологии термин «эволюция» (от лат. evolutio – развитие, развертывание) впервые использовал швейцарский натуралист Шарль Бонне в 1762 г. в одной из эмбриологических работ.

По современным представлениям, биологическая эволюция – это необратимое и, в известной мере, направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом.

Существуют многочисленные доказательства эволюции органического мира Земли, которые одновременно являются и методами изучения эволюции. К классическим доказательствам эволюции относятся палеонтологические, сравнительно-морфологические, сравнительно-эмбриологические и биогеографические.

1. Палеонтологические - палеонтология изучает ископаемые организмы, условия их жизни и захоронения. Ранее существовавшие организмы оставляют после себя различные формы ископаемых остатков: окаменелости, отпечатки, скелеты, следы деятельности. По этим остаткам можно проследить изменение групп организмов во времени. Реконструированы филогенетические ряды лошадиных, хоботных, некоторых моллюсков. Обнаружено множество переходных форм между современными группами организмов. Однако из-за неполноты палеонтологической летописи не всегда удается реконструировать ход эволюции.

1. Смена фауны и флоры на Земле.

а) В самых древних пластах обнаружены только беспозвоночные.

б) Чем моложе пласт, тем ближе остатки к современным видам.

в) С помощью палеонтологических находок удалось установить филогенетические ряды и переходные формы.

2. Ископаемые переходные формы – формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых форм.

а) Зверозубые рептилии обнаружены на Северной Двине (род Иностранцевия). Имели сходство с млекопитающими в строении следующих органов: черепа; позвоночника; конечностей расположенных не по бокам туловища, как у рептилий, а под туловищем, как у млекопитающих; зубов, дифференцированных на клыки, резцы и коренные.

б) Археоптерикс– переходная форма между птицами и рептилиями, обнаруженная в слоях Юрского периода (150 млн. лет назад).

· Признаки птиц: задние конечности с цевкой, крылья и перья, внешнее сходство.

· Признаки рептилий: длинный хвост, состоящий из позвонков; брюшные ребра; наличие зубов; когти на передней конечности.

· Плохо летал по следующим причинам: грудина была без киля, т.е. грудные мышцы были слабыми; позвоночник и ребра не были жесткой опорой, как у птиц.

в) Псилофиты– переходная форма между водорослями и наземными растениями.

· Произошли от зеленых водорослей.

· От псилофитов произошли высшие споровые сосудистые растения – плауны, хвощи, папоротники.

· Появились в силуре, а распространились в девоне.

· Отличия от водорослей и высших споровых: псилофиты – травянистые и деревянистые растения, растущие по берегам морей; имели разветвленный стебель с чешуйками; кожица имела устьица; подземный стебель напоминал корневища с ризоидами; стебель был дифференцирован на проводящие, покровные и механические ткани.

3. Филогенетические ряды – ряды некоторых форм, последовательно сменявших друг друга в ходе эволюции (филогенеза).

а) В.О. Ковалевский восстановил эволюцию лошади, построив ее филогенетический ряд.

· Эогиппус, живший в палеоген, был размером с лисицу, имел четырехпалую переднюю конечность и трехпалую заднюю. Зубы были бугорчатые (признак всеядности).

· В неогене климат стал более засушливым, изменилась растительность, эогиппус эволюционировал через ряд форм: эогиппус, меригиппус, гиппарион, современная лошадь.

· Признаки эогиппуса изменились: ноги удлинились; коготь превратился в копыто; сократилась поверхность опоры, поэтому число пальцев уменьшилось до одного; быстрый бег привел к упрочнению позвоночника; переход на грубые корма привел к образованию складчатых зубов.

2. Сравнительно-морфологические - изучает форму и строение отдельных органов и их эволюционные изменения. Системы органов современных организмов образуют ряд последовательных изменений. Например, на современных организмах можно проследить судьбу отдельных костей мозгового и висцерального черепа. К сравнительно-морфологическим доказательствам близки сравнительно-биохимические. Например, на современных организмах можно проследить изменение структуры гемоглобина. Однако в этих рядах имеются и пробелы, поскольку далеко не все переходные формы дожили до нашего времени

1. Клеточное строение организмов показало единство происхождения органического мира.

а) Организмы разных царств состоят из клеток.

б) Все клетки имеют сходный план строения.

2. Общий план строения позвоночных.

а) Двухсторонняя симметрия.

б) Сходные полости тела.

в) Наличие позвоночника и черепа.

г) Сходная нервная система.

д) две пары конечностей.

3. Гомология – сходство органов по строению и происхождению, независимо от их функции.

а) Гомологичен скелет конечностей у разных классов позвоночных.

б) Усики гороха, колючки кактусов и иглы барбариса гомологичны листьям.

в) Корневища, клубни и луковицы гомологичны стеблю (это подземные побеги).

4. Аналогия – сходство органов, выполняющих однородные функции, но не имеющих сходного плана строения и происхождения.

а) Аналогия не играет роли при установлении родства между видами.

б) Примеры:

· крылья бабочки аналогичны крыльям птицы и летучей мыши;

· жабры рака и рыбы;

· колючки кактуса (листья), боярышника (побеги), розы и малины (выросты кожицы).

5. Рудименты – органы, утратившие в процессе эволюции первоначальное значение для сохранения вида и находящиеся в стадии исчезновения.

а) Примеры:

· безногая ящерица веретиница имеет рудиментарный плечевой пояс конечностей, китообразные – рудиментарный тазовый поя;

· у птиц на крыле 1-й и 3-й пальцы рудиментарны (грифельные косточки);

на корневищах растений имеются чешуйки – рудименты листьев.

· в краевых цветках подсолнечника находятся рудиментарные тычинки и пестики.

б) Рудименты доказывают отсутствие целесообразности признаков.

в) Рудименты свидетельствуют об историческом развитии мира.

6. Атавизмы– случаи возврата у отдельных особей к признакам предков.

а) Примеры:

· три пары сосков у коров;

· многососковость у человека;

· зеброобразная окраска жеребят.

б) Гены, ответственные за эти признаки, сохранились, но по разным причинам не проявляются.

в) Атавизмы являются доказательством эволюции животных и растений.

7. Переходные формы соединяют в своем строении признаки низших и высших классов.

а) Примеры:

· у низших млекопитающих (утконоса и ехидны) имеются черты, сходные с признаками пресмыкающихся: (клоака, откладывание яиц);

· подотряд Зверозубые ящеры (род Иностранцевия) – переходная форма между пресмыкающимися и млекопитающими (ископаемая).

б) Используя переходные формы, можно построить филогенетические ряды, показывающие историю развития вида.

3. Сравнительно-эмбриологические - эмбриология изучает зародышевое развитие организма. В ходе эмбрионального развития у зародышей часто наблюдаются черты сходства с зародышами предковых форм. Например, у всех позвоночных на ранних стадиях развития появляются внутренние жабры (или их зачатки – жаберные карманы).

1. Сходство зародышей.

а) Строение зародыша хордовых последовательно напоминает тело животных других типов:

· яйцеклетка – простейших;

· гаструла – кишечнополостных;

· круглых червей;

· представителей подтипа Бесчерепные.

б) Это свидетельствует об общности происхождения всех хордовых.

2. Расхождение признаков зародышей (эмбриональная дивергенция).

а) По мере развития черты сходства между зародышами разных видов ослабевают.

б) Сначала появляются признаки рода, а затем вида.

· Первоначальное сходство в строении головы у ребенка и детеныша обезьян постепенно исчезает.

3. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера: каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) кратко и сжато повторяет историю развития своего вида (филогенез).

а) Примеры у животных:

· Сосуды зародышей сухопутных позвоночных похожи на сосуды рыб;

· У человеческого зародыша есть жаберные щели.

· Гусеницы бабочки и личинки жуков сходны по строению с кольчатыми червями.

· Головастики земноводных сходны с рыбами.

б) Примеры у растений:

· Почечные чешуйки в почке растений развиваются как листья.

· Лепестки бутонов сначала зеленые, а затем приобретают свойственную им окраску.

· Из споры мха сначала появляется зеленая нить, похожая на нитчатую водоросль (предросток).

в) Поправки к биогенетическому закону.

· У зародышей повторение филогенеза может нарушаться в связи с приспособлениями к условиям жизни в онтогенезе. Появляются: зародышевые оболочки, желточный мешок у икринки рыб, наружные жабры у головастика, кокон у шелкопряда.

· Онтогенез не полностью отражает филогенез за счет появления мутаций, изменяющих ход развития зародыша (у зародыша змеи закладываются сразу все позвонки, т.е. их количество не увеличивается постепенно; у птиц выпала пятипалая стадия развития конечности, у зародыша закладываются 4 пальца, а не 5, вырастают же в крыле только 3 пальца).

· В онтогенезе происходит повторение зародышевых стадий развития, а не взрослых форм (Ланцетник повторяет в онтогенезе общие стадии со свободно плавающей личинкой асцидии, а не с ее взрослой, закрепленной формой).

г) Современные представления о биогенетическом законе.

· Северцев показал, что за счет изменений в развитии могут: выпадать некоторые стадии развития зародыша; возникать изменения органов зародыша, которых не было у предков; возникать новые виды; выявляться новые признаки (например, хвостатые (тритоны) и бесхвостые (лягушки) амфибии произошли от одного предка: личинка тритона длинная, т.к. имеет много позвонков, у личинки лягушки число позвонков уменьшилось за счет мутации; у эмбриона ящерицы меньше число позвонков, чем у эмбриона змеи, за счет мутаций развития).

На основании закона зародышевого сходства был сформулирован биогенетический закон Мюллера–Геккеля, который в краткой формулировке гласит: «Онтогенез (индивидуальное развитие) есть быстрое и краткое повторение филогенеза (исторического развития)». Однако в этих рядах эмбрионального развития сходство между зародышами лишь самое общее, проявляются не все признаки. Например, у зародышей амниот (рептилий, птиц и млекопитающих) не появляются наружные жабры, характерные для личинок анамний (рыб и земноводных), а развитие жаберных щелей останавливается на стадии жаберных карманов. Поэтому биогенетический закон в трактовке Мюллера-Геккеля носит ограниченный характер.

В ходе эволюции наблюдаются эволюционные преобразования процессов онтогенеза, связанные с адаптациями взрослых (половозрелых) организмов. В ходе таких преобразований могут появляться новые органы, но могут и утрачиваться старые органы (полностью или превращаться в рудименты). При этом могут изменяться: начальная масса зачатка органа, место и время закладки органа. Эти преобразования могут происходить на разных стадиях онтогенеза: на самых ранних (закладка хорды, нервной трубки), средних (закладка чешуи у рыб, перьев у птиц, видоизменение побегов растений) и поздних (редукция хвоста у головастиков, формирование четырехкамерного сердца у птиц и млекопитающих, изменение формы листьев). При изменениях органов на поздних стадиях онтогенеза и может действовать филогенетический закон.

4.Биогеографические-биогеография изучает распределение животных и растений на Земле.

1. Существует 5 зоогеографических зон, которые не различаются по классам и типам животных:

а) Голарктическая;

б) Индо-Малазийская;

в) Эфиопская;

г) Австралийская;

д) Неотропическая зона.

2. Зоны различаются по семействам, отрядам и родам.

а) В Австралии все млекопитающие сумчатые.

б) В Новой Зеландии обитает единственный представитель отряда клювоголовых ящеров – гаттерия.

в) Существуют американские и европейские виды клена, ясеня, сосны.

г) В Австралии существуют древние голосеменные (саговники) и древовидные папоротники.

3. Причины сходства и различия фауны и флоры.

а) Изоляция ареалов.

· Если изоляция произошла недавно, то сходства больше, чем различий: Беренгов пролив образовался недавно, поэтому фауна Азии мало отличается от фауны Америки; Северная и Южная Америки объединились недавно, поэтому их фауны различны; Австралия отделилась от остальных континентов давно, поэтому имеет своеобразную флору и фауну, эволюция шла медленно, так как Австралия относительно невелика; своеобразны фауна и флора островов и замкнутых водоемов (своеобразие Галапагосских островов, в Байкале ¾ видов эндемичны).

4. Современное географическое распределение животных и растений можно объяснить только с эволюционной точки зрения.

В настоящее время для изучения эволюционного развития той, или иной группы организмов используется целый комплекс методов: биогеографические, экологические, генетические, молекулярно-биологические, иммунологические, биохимические, а также методы палеоэкологии, сравнительной физиологии и этологии; широко используются методы компьютерного моделирования.