в чем состоит значение реконструкции филогенетических рядов
В чем состоит значение реконструкции филогенетических рядов
Подробное решение параграф § 61 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. 2014
1. Какие факты могут свидетельствовать о связи между вымершими и современными растениями и животными?
Ответ. Согласно синтетической теории эволюции, протекающий в природе эволюционный процесс разделяется на два этапа: микроэволюцию и макроэволюцию.
Макроэволюция включает процессы, приводящие к появлению систематических единиц крупнее вида. Изучая макроэволюцию, современное естествознание накопило ряд научных фактов, доказывающих эволюцию органического мира. Доказательством эволюции может считаться любой научный факт, который доказывает хотя бы одно из следующих положений.
Единство происхождения жизни (наличие общих признаков у всех живых организмов).
Родственные связи между современными и вымершими организмами или между организмами в крупной систематической группе (наличие общих признаков у современных и вымерших организмов или у всех организмов в систематической группе).
Действие движущих сил эволюции (факты, подтверждающие действие естественного отбора).
Доказательства эволюции, добытые и накопленные в рамках определенной науки, составляют одну группу доказательств и называются по названию данной науки.
Палеонтология — наука об ископаемых остатках вымерших организмов. Основателем эволюционной палеонтологии считается русский ученый В. О. Ковалевский. К доказательствам эволюции можно отнести ископаемые переходные формы и филогенетические ряды современных видов.
Ископаемые переходные формы — это вымершие организмы, сочетающие в себе признаки более древних и эволюционно более молодых групп. Они позволяют выявить родственные связи, доказывающие историческое развитие жизни. Такие формы установлены как среди животных, так и среди растений. Переходной формой от кистеперых рыб к древним земноводным — стегоцефалам — является ихтиостега. Эволюционную связь между пресмыкающимися и птицами позволяет установить первоптица (археоптерикс). Связующим звеном между пресмыкающимися и млекопитающими является звероящер из группы терапсид. Среди растений переходной формой от водорослей к высшим споровым являются псилофиты (первые наземные растения). Происхождение голосеменных от папоротниковидных доказывают семенные папоротники, а покрытосеменных от голосеменных — саговниковые.
Филогенетические (от греч. phylon — род, племя, genesis — происхождение) ряды — последовательности ископаемых форм, отражающие историческое развитие современных видов (филогенез). В настоящее время такие ряды известны не только для позвоночных, но и для некоторых групп беспозвоночных животных. Русский палеонтолог В. О. Ковалевский восстановил филогенетический ряд современной лошади
2. Какие виды древних растений и животных вам известны?
Ответ. Ровно 75 лет назад у берегов южной части Африки была обнаружена самая древняя рыба в мире – латимерия, которая существовала на Земле ещё сотни миллионов лет назад. В честь этого события предлагаем вам узнать о ней и других древних животных и растениях, которые населяют нашу планету и сегодня.
Ранее считалось, что эти рыбы вымерли в позднем мелу (100,5 – 66 миллионов лет назад), однако в декабре 1938 года куратор Ист-Лондонского музея (ЮАР) Марджори Кортни-Латимер в улове местных рыбаков обнаружила рыбу с жесткой чешуей и необычными плавниками. Впоследствии выяснилось, что эта рыба жила ещё сотни миллионов лет назад, и представляет собой живое ископаемое.
2. Гинкго двулопастный.
В дикой природе это растение произрастает только на востоке Китая. Однако 200 миллионов лет назад оно было распространено по всей планете, особенно в Северном полушарии, в районах с умеренным климатом и высокой влажностью. В Сибири юрского и раннего мелового периода растений класса гинкговых было так много, что их остатки встречаются в большинстве отложений тех периодов. По убеждению исследователей, осенью того времени земля была буквально покрыта листьями гинкго, словно ковром.
4. Миссисипский панцирник.
Похожая на аллигатора рыба, миссисипский панцирник – одна из самых древних рыб, живущих сегодня на Земле. В мезозойскую эру её предки населяли многие водоемы. Сегодня миссисипский панцирник обитает в долине нижнего течения реки Миссисипи, а также в некоторых пресноводных озерах США.
Эти небольшие пресноводные ракообразные считаются самыми древними существами, живущими сегодня на Земле. Представители этого вида почти не изменились с триасового периода. В то время ещё только появились динозавры. Сегодня эти животные обитают почти на каждом материке, кроме Антарктиды. Однако щитни вида Triops cancriformis наиболее распространены в Евразии.
6. Метасеквойя глиптостробоидная.
Эти хвойные растения были широко распространены по всему Северному полушарию с мела по неоген. Однако сегодня в диком виде метасеквойю можно увидеть лишь в центральной части Китая, в провинциях Хубэй и Сычуань.
О роде Mitsukurina, к которому принадлежит этот вид акул, впервые стало известно благодаря окаменелостям, которые датируются средним эоценом (около 49-37 миллионов лет назад). Единственный ныне существующий вид этого рода, акула-гоблин, обитающая в Атлантическом и Индийском океанах, сохранила некоторые примитивные черты своих древних сородичей, и сегодня является живым ископаемым.
Вопросы после § 61
1. Что такое макроэволюция? Что общего между макро– и микроэволюцией?
Ответ. Макроэволюция – надвидовая эволюция, в отличие от микроэволюции, происходящей внутри вида, внутри его популяций. Однако принципиальных различий между этими процессами нет, так как в основе макроэволюционных процессов лежат микроэволюционные. В макроэволюции действуют те же факторы – борьба за существование, естественный отбор и связанное с ним вымирание. Макроэволюция, так же как микроэволюция, носит дивергентный характер.
Макроэволюция происходит в исторически грандиозные промежутки времени, поэтому она недоступна непосредственному изучению. Несмотря на это, наука располагает множеством доказательств, свидетельствующих о реальности макроэволюционных процессов.
2. Какие доказательства макроэволюции дают нам палеонтологические данные? Приведите примеры переходных форм.
Ответ. Палеонтология изучает ископаемые остатки вымерших организмов и устанавливает их сходство и различия с современными организмами. Палеонтологические данные позволяют узнать о растительном и животном мире прошлого, реконструировать внешний облик вымерших организмов, обнаружить связь между древнейшими и современными представителями флоры и фауны.
Убедительные доказательства изменений органического мира во времени дает сопоставление ископаемых остатков из земных пластов разных геологических эпох. Оно позволяет установить последовательность возникновения и развития разных групп организмов. Так, например, в самых древних пластах находят остатки представителей типов беспозвоночных животных, а в более поздних пластах – уже и остатки хордовых. В еще более молодых геологических пластах содержатся остатки животных и растений, относящихся к видам, похожим на современные.
Данные палеонтологии дают большой материал о преемственных связях между различными систематическими группами. В одних случаях удалось установить переходные формы между древнейшими и современными группами организмов, в других – реконструировать филогенетические ряды, т. е. ряды видов, последовательно сменяющих один другой.
На берегах Северной Двины была найдена группа зверозубых рептилий. Они совмещали признаки млекопитающих и пресмыкающихся. Зверозубые рептилии имеют сходство с млекопитающими в строении черепа, позвоночника и конечностей, а также в делении зубов на клыки, резцы и коренные.
Большой интерес с эволюционной точки зрения представляет находка археоптерикса. Это животное величиной с голубя имело признаки птицы, но сохраняло еще черты пресмыкающихся. Признаки птиц: задние конечности с цевкой, наличие перьев, общий вид. Признаки пресмыкающихся: длинный ряд хвостовых позвонков, брюшные ребра и наличие зубов. Археоптерикс не мог быть хорошим летуном, так как у него слабо развиты грудная кость (без киля), грудные мышцы и мышцы крыльев. Позвоночник и ребра не являлись жесткой костной системой, устойчивой при полете, как у современных птиц. Археоптерикса можно считать переходной формой между пресмыкающимися и птицами. Переходные формы сочетают в себе одновременно признаки как древних, так и более эволюционно молодых групп. Еще одним примером служат ихтиостеги – переходная форма между пресноводными кистеперыми рыбами и земноводными.
3. В чем состоит значение реконструкции филогенетических рядов?
Ответ. Филогенетические ряды. По целому ряду групп животных и растений палеонтологам удалось воссоздать непрерывные ряды форм от древнейших до современных, отражающие их эволюционные изменения. Отечественный зоолог В. О. Ковалевский (1842–1883) воссоздал филогенетический ряд лошадей. У лошадей по мере перехода к быстрому и длительному бегу уменьшалось число пальцев на конечностях и одновременно увеличивались размеры животного. Эти изменения явились следствием изменений образа жизни лошади, перешедшей на питание исключительно растительностью, в поисках которой было необходимо перемещаться на большие расстояния. Считается, что на все эти эволюционные преобразования ушло 60–70 млн лет.
Исследование филогенетических рядов, построенных на основе данных палеонтологии, сравнительной анатомии и эмбриологии, важно для дальнейшего развития общей теории эволюции, построения естественной системы организмов, воссоздания картины эволюции конкретной систематической группы организмов. В настоящее время для построения филогенетических рядов ученые все больше привлекают данные таких наук, как генетика, биохимия, молекулярная биология, биогеография, этология и др
Реконструкция филогенетических отношений
На основе рассмотрения этого фактического материала он пришел к выводу о том, что «. принцип Долло, по крайней мере в его классической формулировке и строгом применении, нуждается в переоценке» (1915, с. 14—15).
Если допустить возможность возврата к утраченным признакам, то при реконструкции филогенетических отношений исчезает необходимость ставить на место родоначальных групп «схему, лишенную приспособлений». Исчезает и необходимость апеллировать только к параллельному развитию и конвергенции при объяснении сходства отдаленных предков и их потомков по ряду признаков, если у непосредственных предков таких признаков нет.
Факторы, обусловливающие возврат признаков, не всегда ясны, но главным из них, по Сушкину, является вновь возникающая полезность утраченного признака при тех или иных переменах условий существования. Эволюционный возврат не может осуществиться и тем более закрепиться, не будучи адаптивным преобразованием. Решающую роль в этом процессе играет естественный отбор, действующий либо прямо, либо косвенным образом, когда данный признак коррелятивно связан с другим, отбор по которому сопровождается реверсионным изменением первого признака (1915, с. 30—32). Возврат утраченных признаков может достигаться за счет преждевременной остановки онтогенеза с исключением его последних фаз.
Естественно, что в таком случае возможен возврат только тех морфологических структур, закладки которых сохранились в онтогенезе. Эволюция обратима лишь «постольку, поскольку онтогенез похож на филогенез», подчеркивал Сушкин (1922, с. 13). Следовательно, можно говорить только о частичной обратимости эволюции. Он считал вполне реальной обратимость отдельных простых признаков. Обратимость же сравнительно несложных их комбинаций уже менее вероятна, что же касается сложных органов и тем более целостной организации, то их эволюция необратима.
Возражения Сушкина были направлены, как это видно, против абсолютизации закона необратимости и отрицания возможности даже частичных реверсий в эволюции. Его работы в значительной мере определили дальнейшую разработку проблемы необратимости в отечественной литературе. Выводы Сушкина были приняты практически всеми советскими эволюционистами и подтверждены в процессе дальнейшего исследования проблемы.