Урок 3. Доказательства эволюции
Данные наук
Доказательства эволюции базируются на данных различных наук: биохимии, эмбриологии, сравнительной анатомии, палеонтологии, физиологии, биогеографии.
Данные молекулярной биологии, вероятно, одни из самых убедительных. Универсальность генетического кода и единство аминокислотного состава белков свидетельствуют о едином происхождении всех живых организмов Земли.
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. Чем ближе родство, тем меньше отличий в строении ДНК и белков.
|
Метод гибридизации ДНК.
В составной ДНК человека и шимпанзе все химические связи восстановились, кроме тех мест, где нуклеотиды не комплементарны.
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 рыбы, затем на зародыш земноводного, затем — пресмыкающегося, имеют клоаку. 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 кровообращения. Он как бы повторяет признаки рыб, далеких предков земноводных. Взрослая асцидия неподвижна, похожа на беспозвоночное животное, а личинка асцидии имеет хорду и нервную трубку и сходна с ланцетником. На этом основании асцидию относят к типу хордовых, подтипу личиночно-хордовых.
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).
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.
В царстве животных наиболее известны находки археоптерикса, 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.
Палеонтологи по ископаемым остаткам сумели восстановить эволюцию многих групп животных — составлены филогенетические ряды лошади, хоботных, верблюдов.
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 островов также отличаются от материковых, причем, чем раньше была потеряна связь с материком и чем дальше они расположены друг от друга, тем больше разница между обитателями островов и материка. Например, на Мадагаскаре нет высших обезьян, типичных для Африканского континента, но сохранились лемуры. Это объясняется появлением водной преграды между континентом и островом в то время, когда еще не было высших обезьян.
Карточка для работы у доски.
1. Какие органические молекулы состоят из сходных компонентов?
2. Что характерно для генетического кодирования аминокислот у всех живых организмов?
3. Какие жизненные свойства протекают сходно у всех живых организмов?
4. Какие стадии проходят эмбрионы большинства многоклеточных организмов?
5. Приведите другие данные эмбриологии, свидетельствующие об эволюции.
6. Приведите пример гомологичных органов?
7. Приведите пример рудиментарных органов.
8. Между какими областями находился Берингов перешеек?
9. Между какими областями находится Панамский перешеек?
10. Почему на Мадагаскаре много лемуров, но нет высших обезьян?
Письменная работа с карточками на 10 мин:
1. Какие данные биохимии и молекулярной биологии свидетельствуют об эволюции?
2. Животный и растительный мир Северной Америки и Евразии сходен между собой, а флора и фауна Северной Америки и Южной Америки сильно различаются. Как вы объясните эти факты?
3. Приведите палеонтологические доказательства эволюции.
4. Приведите эмбриологические доказательства эволюции.
Работа с компьютерами:
**Тест 1. Данные молекулярной биологии, подтверждающие эволюцию:
1. Белки всех живых организмов построены из одних и тех же 20 видов аминокислот.
2. Углеводы и жиры всех живых организмов состоят из одинаковых компонентов.
3. Нуклеиновые кислоты всех живых организмов построены из сходных компонентов.
4. У всех живых организмов Земли одинаковый генетический код.
**Тест 2. Особенности функционирования организмов, подтверждающие эволюцию:
1. Биосинтез белков у всех живых организмов происходит сходно у всех живых организмов.
2. Биосинтез нуклеиновых кислот происходит сходно у всех живых организмов.
3. У подавляющего большинства организмов основным источником энергии является АТФ.
4. Для всех живых организмов необходим кислород.
5. Сходно протекают процессы деления клеток.
**Тест 3. Данные эмбриологии, свидетельствующие об эволюции:
1. У подавляющего большинства многоклеточных организмов в процессе эмбрионального развития есть стадия бластулы и гаструлы.
2. У эмбрионов всех наземных позвоночных закладываются жаберные щели.
3. У эмбрионов всех наземных позвоночных закладывается волосяной покров.
4. У эмбрионов беззубых китов закладываются зубы.
**Тест 4. Сравнительная морфология. Верные суждения:
1. Эвглена зеленая совмещает признаки, характерные для растений и животных.
2. Взрослая асцидия не имеет хорды, поэтому относится к беспозвоночным животным.
3. Утконос и ехидна — переходные формы между птицами и млекопитающими.
4. Гомологичные органы — органы, выполняющие одинаковые функции, но имеющие различное происхождение.
5. Гомологичные органы — рука человека и крыло летучей мыши.
6. Рудименты — случаи возврата к признакам предков.
**Тест 5. Палеонтология. Верные суждения:
1. В более древних пластах находятся остатки более простых организмов.
2. Предки современных лошадей жили в лесах 60-70 млн. лет назад, были мелкими всеядными животными и имели пятипалые конечности.
3. Археоптерикс — представитель ископаемых переходных форм между пресмыкающимися и птицами.
4. Рептилии дали начало птицам и млекопитающим.
**Тест 6. Области, имеющие сухопутное сообщение, но сильно отличающиеся фауну и флору:
1. Австралийская.
2. Палеоарктическая.
3. Неоарктическая.
4. Неотропическая.
**Тест 7. Области, имеющие сходные фауну и флору:
1. Австралийская.
2. Палеоарктическая.
3. Неоарктическая.
4. Неотропическая.
**Тест 8. Панамский перешеек соединяет области:
1. Австралийская.
2. Палеоарктическая.
3. Неоарктическая.
4. Неотропическая.
**Тест 9. Берингов перешеек соединял области:
1. Австралийскую.
2. Палеоарктическую.
3. Неоарктическую.
4. Неотропическую.