Что такое сравнительно анатомические ряды

Сравнительно-анатомические ряды

Для того чтобы понять пути эволюции органического мира, необходимо изучать строение современных видов систематических групп. На земном шаре до настоящего времени существуют неизмененные реликтовые формы организмов. Такие «живые ископаемые» чаще всего обитают на островах океана (слон, черепаха, гаттерия) или на многовековых изолированных сушах. Палеонтологическими «музеями» «живых ископаемых» можно назвать Австралию (утконос, ехидна, сумчатые), Новую Зеландию (гигантские птицы киви и моа), Южную Америку (некоторые сумчатые, броненосцы, ленивцы, муравьеды) (рис. 30).

Рис. 30. Гигантская птица моа, существовавшая в Новой Зеландии до появления человека

Мечехвост и кистеперая рыба-латимерия обитают в океанах со времен палеозоя. Они мало чем отличаются от кистеперых рыб, существовавших в девоне. Сравнение между собой простейших и высокоорганизованных организмов помогает составить сравнительно-анатомические ряды. По количеству пальцев на конечности современных непарнокопытных млекопитающих — тапира, носорога, лошади — можно составить сравнительно-анатомический ряд. Число пальцев тапира, обитающего во влажных тропических лесах, равно 4; число пальцев носорога, привыкшего к жизни в саванне, — 3; лошади, живущей на открытой местности, — 1. Сравнив современных однопроходных (первых зверей), сумчатых и высокоорганизованных млекопитающих, можно представить основной путь их эволюции:

1. От откладывания яиц однопроходными до рождения живых, но недоразвитых детенышей сумчатых и, наконец, до прикрепления организма зародыша к стенке матки в организме матери (плацентарные).

2. Переход от хладнокровных млекопитающих к теплокровным с температурой тела 27—28°С (у первых зверей) до 36—37°С (у высших млекопитающих).

3. Усложнение мозга.

Сравнительные эмбриологические (онтогенетические) доказательства эволюции. Все многоклеточные животные развиваются из оплодотворенной яйцеклетки. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) они проходят стадии дробления; образования 2— 3-слойного зародыша; формирования из зародышевого листка органов. Сходство зародышевого развития животных свидетельствует об их обшем происхождении. Явление зародышевого сходства различных животных определил академик К. М. Бэр (1792—1876).

Рис. 31. Сравнение зародышей позвоночных на разных стадиях развития

На ранних стадиях развития зародыши позвоночных (рыба, ящерица, заяц, зародыш человека) животных (рис. 31) состоят из головы, туловища, хвоста. Видны зачатки конечностей, зачатки жабер по бокам тела. В дальнейшем, по мере развития черты сходства между зародышами представителей различных классов становятся менее заметными. Сначала скелет всех позвоночных животных состоит из плотной упругой хорды, образованной из особых белковых клеток. Хорда постепенно переходит в хрящ, затем — в позвоночник. Нервная система сначала имеет трубчатую форму, мозг проходит 3 или 5 пузырчатых стадий. К. М. Бэр доказал, что сначала в зародыше позвоночных формируются признаки типа хорды, нервных трубок, жаберного аппарата, затем выделяются признаки класса. Например, у рыб парные конечности превращаются в плавники, у птиц — в крылья. В это время зародышевые сходства у животных одного класса сохраняются. После признаков класса появляются признаки отряда, затем семейства, рода, в конце — вида. Такая закономерность в развитии зародыша сначала показывает их родство, а затем систематическое расхождение каждой группы в процессе эволюции.

Во второй половине XIX в. немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель установили биогенетический закон. Основное положение этого закона состоит в том, что каждая особь в процессе индивидуального развития повторяет историю развития своего вида. Индивидуальное развитие — краткое повторение этапов исторического развития. Биогенетический закон полностью доказал связь между индивидуальным и историческим развитием организмов.

Впоследствии академики А. Н. Северцов (1866—1936) и И. И. Шмальгаузен (1884—1963) определили, что в процессе онтогенеза могут повторяться признаки соответствующих стадий развития их предков.

Например, в процессе индивидуального развития рыб и млекопитающих (онтогенеза) в зародыше появляются жаберные дуги.

У зародышей рыб они превращаются в органы дыхания — жаберный аппарат. У млекопитающих развиваются совсем другие органы (хрящи, гортань и пищевод).

Молекулярно-генетические доказательства. Несмотря на разнообразие видов живых форм организмов, наблюдается много сходств, указывающих на единство их происхождения. Все живые организмы в основе состоят из нуклеиновых кислот, белков, углеводов и других химических веществ.

Сходство структуры молекулы ДНК всех живых организмов, хромосомы клеток, связь генетического аппарата с копией в процессе деления клеток, сосредоточение энергетического запаса в макроэнергетических связях АТФ — все это указывает на единство происхождения живых форм.

Сравнительно-анатомические доказательства. Сравнительно-эмбриональные доказательства. Биогенетический закон.

1. Австралия, Новая Зеландия, Южная Америка — «музей живых ископаемых».

2. По ходу развития наблюдается расхождение признаков зародышей, приобретающих черты, характеризующие тип, класс, отряд, семейство, род и, наконец, вид, к которому они принадлежат.

3. Тесную связь между индивидуальным и историческим развитием организмов доказывает биогенетический закон.

1. Почему Австралия, Новая Зеландия и Южная Америка получили название «музеи живых ископаемых»?

2. Назовите признаки зародышей позвоночных животных на самых ранних этапах развития.

1. Назовите по порядку закономерности, показывающие родственные признаки в развитии зародыша позвоночных. Объясните.

2. Назовите основное положение биогенетического закона.

1. Как вы объясните понятие «живые ископаемые»? Приведите примеры.

2. Составьте сравнительно-анатомический ряд класса червей (плоские, круглые).

Источник

Доказательства эволюции

Пути эволюции

В своих работах советский ученый Северцов А.Н. выделил понятия биологического прогресса и регресса.

Ароморфоз представляет собой прогрессивное эволюционное преобразование, повышающее уровень организации организмов. В результате ароморфоза становится возможным освоение новых, ранее недоступных для жизни, территорий. К примеру, теплокровность птиц позволила им заселить места с холодным климатом.

Идиоадаптация подразумевает незначительные, частные изменения в строении и функциях организма, которые помогают приспособиться к условиям среды обитания. Идиоадаптации существенно не повышают уровень организации.

Общей дегенерацией называют упрощение организации, которое заключается в утрате отдельных органов и систем органов. У многих этот пункт вызывает внутреннее противоречие: как общая дегенерация может относиться к биологическому прогрессу?

У многих паразитов отсутствуют различные органы, к примеру, у ленточных червей нет пищеварительной системы. А зачем она им, когда пища в кишке, где они обитают, уже переварена и расщеплена организмом хозяина?

Биологический регресс характеризуется признаками, противоположными биологическому прогрессу:

Главная причина биологического регресса в том, что скорость эволюции вида отстает от скорости изменения внешней среды, эволюции других видов: это несоответствие снижает приспособленность организмов. Часто деятельность человека молниеносно меняет окружающую среду: далеко не все виды могут приспособиться к этому, происходит вымирание.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

В строении нынешних животных можно найти признаки древних предковых форм, которые также свидетельствуют об эволюции. Сейчас мы обсудим рудименты и атавизмы.

У человека к рудиментарным органам относятся: зубы мудрости, копчик, ушные мышцы, аппендикс (червеобразный отросток), третье веко (эпикантус).

У человека атавизмами могут являться хвост, волосатое тело, добавочные молочные железы, незаращение межпредсердной перегородки.

Переходные формы

Такими формами являются, к примеру, утконос и ехидна из класса млекопитающих. При многих признаках млекопитающих, они откладывают яйца, тем самым подтверждают родство млекопитающих с пресмыкающимися.

Эмбриологические доказательства

Немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX века сформулировали биогенетический закон, гласящий, что онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития вида).

Биогенетический закон Мюллера-Геккеля объясняет повторение этапов (на стадии зародыша), которые были свойственны нашим далеким предкам. Таким образом, мы проходим их этапы, но, не останавливаясь на них, двигаемся дальше к более совершенным этапам.

Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства, который гласит, что на ранних стадиях развития зародыши позвоночных животных настолько похожи друг на друга, что практически неразличимы между собой. Это также указывает и подтверждает единство происхождения животного мира.

Палеонтологические доказательства эволюции

Палеонтология (греч. palaios – древний) изучает ископаемые останки вымерших животных, их сходства и различия с ныне живущими видами. Сопоставляя друг с другом ископаемые останки разных геологических эпох, можно увидеть как происходила эволюция различных видов животных и растений.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции. Гомологичные и аналогичные органы

С помощью сравнительной анатомии доказывают родство организмов, сравнивая строение беспозвоночных и ископаемые остатки.

Сравнительно-анатомические исследования обнаруживают черты сходства передних конечностей у некоторых позвоночных животных, хотя выполняющие функции их различны (рис. 28). Приведем в качестве примера плавники кита, передние конечности крота и крокодила, крылья птиц и летучей мыши, руки человека. В зависимости от функции некоторые кости конечностей атрофируются или срастаются. Несмотря на некоторые отличия в размерах, сходные признаки показывают их родство.

Рис. 28. Эволюция передних конечностей наземных позвоночных

Органы, соответствующие друг другу по строению и происхождению независимо от выполняемых ими функций, называются гомологичными.

Рассмотрим гомологичные органы животных на примере крыльев летучей мыши и передних конечностей крота.

Как вы знаете из курса зоологии, крылья летучей мыши приспособлены для полета, а передние конечности крота — для копания земли. Но, несмотря на различные функции, в строении их костей много общего. Конечности крота и летучей мыши состоят из сходных элементов: лопатки, костей плеча, предплечья, запястья, пясти, фаланг пальцев. Отличие только в том, что кости запястья у летучей мыши слаборазвиты, у крота фаланги пальцев короткие. Несмотря на эти небольшие различия, у них сохраняется общее сходство костей.

Гомологичные органы растений. К гомологии листа относятся колючки барбариса, кактуса, шиповника и усики гороха. Так, колючки барбариса и шиповника, легко отделяющиеся от коры веток, — это видоизмененные листья, защищающие их от поедания животными. Кактусы из-за обитания в условиях засушливости имеют видоизмененные листья-колючки, которые способны экономно расходовать влагу. Усики гороха цепляются за растения, чтобы поднять на свет свои слабые стебли. Несмотря на внешние отличия — колючки, усики, растения имеют общее происхождение.

К гомологии стебля относятся корневища ландыша, касатика, пырея. Клубень картофеля, луковицы лука, шипы боярышника — это видоизмененный стебель. Хотя в зависимости от функции они видоизменены, их общий предок — побег.

Аналогичные органы. Внешне очень сложно определить общность происхождения сходных органов. Например, крылья бабочки и птицы служат для полета. Но крылья бабочки — особое образование на спинной стороне груди, а крылья птицы — измененные передние конечности. Внешние сходства связаны с приспособлениями к среде, но родства не имеют.

Органы, выполняющие однородные функции, но не имеющие сходного плана строения и происхождения, называются аналогичными.

Например, конечности крота и медведки (рис. 29) хотя выполняют сходные функции, но их строение и происхождение различны.

Рис. 29. Аналогичные (конечности крота и медведки) органы

Сравнительная анатомия устанавливает родство отдаленных друг от друга видов. Например, зубы человека и млекопитающих похожи на хрящ акулы. В древности зубы позвоночных животных появились из чешуй, перешедших в ротовую полость. Также слуховая косточка-молоточек млекопитающих входила в состав нижней челюсти костных рыб, земноводных, пресмыкающихся и птиц. Особенности строения костей верхних и нижних конечностей и скелет рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих одинаковы. Это является доказательством единства происхождения всех позвоночных животных.

Промежуточная форма. Между крупными систематическими группами существуют промежуточные формы, свидетельствующие о единстве органического мира. Например, размножение низших яйцекладущих млекопитающих (ехидны и утконоса), наличие клоаки доказывают их сходство с пресмыкающимися.

Сравнительно-анатомические доказательства. Гомологичные органы. Аналогичные органы.

1. Гомологичные органы с общим происхождением и строением развиваются из сходных зачатков.

2. Аналогичные органы выполняют сходные функции, но имеют различное происхождение.

1. В каких случаях проводится сравнительная анатомия?

2. Приведите примеры гомологичных органов у животных.

1. Назовите гомологичные органы растений.

2. В чем различие между аналогичными и гомологичными органами?

1. Приведите примеры аналогичных органов.

2. Дайте определение аналогичных и гомологичных органов.

Лабораторная работа № 4

Примеры сравнительно-анатомических доказательств эволюции

Приборы и оборудование: гербарии гороха, барбариса, шиповника, верблюжьей колючки, малины, клубень картофеля, кактус, корневище ландыша (можно взять касатик ), лук; рисунки таракана, кузнечика, водомер (если есть коллекции), рисунок бабочки, чучело птицы, рисунок летучей мыши; влажные препараты речного рака, рыбы, лягушки, ящерицы.

1. Знакомство с гомологичными органами растений.

2. Гомологичные органы животных.

3. Аналогичные органы растений.

4. Аналогичные органы животных.

5. В конце работы заполните таблицу.

Примеры аналогии растений

Примеры аналогии животных

1. К каким органам относятся колючки барбариса, усики, гороха?

2. К каким органам относятся клубень, луковица, корневище?

3. К каким органам относятся конечности таракана, пчелы, кузнечика, жука- плавунца?

4. К каким органам относятся шипы боярышника?

5. К каким органам можно отнести жабры рыбы и речного рака?

Источник

Сравнительно-анатомические ряды

Этот метод заключается в сравнении строения органов ряда специально подобранных современных организмов для изучения путей эволюции. Рассмотрим примеры подобного анализа.

На рис. изображен ряд конечностей современных непарнокопытных млекопитающих: тапира, носорога, лошади,- показывающий путь эволюции, приведший к возникновению однопалой ноги у лошади. При переходе от обитания во влажных тропических лесах (тапир) к жизни в саванне (носорог) происходит редукция пальцев до трех. При переходе к жизни на открытых пространствах (лошадь) редукция пальцев идет еще дальше — до сохранения лишь единственного центрального пальца (с биомеханической точки зрения хождение на одном пальце чрезвычайно выгодно для обеспечения мгновенного отталкивания и быстрого бега).

Сравнение современных однопроходных, сумчатых и плацентарных млекопитающих позволяет представить основной путь эволюции зверей — от откладывания яиц (ехидна и утконос) к рождению живых, но очень недоразвитых детенышей (сумчатые) и, наконец, к соединению организма зародыша с организмом матери (плацентарные).

Популяционная морфология

Морфологические методы также оказались удобным инструментом для изучения процессов микроэволюции. Они позволяют улавливать направления естественного отбора по изменению значений количественных признаков в популяции во времени или при сравнении разных популяций (рис.).

Морфологические методы позволяют выявлять признаки, которые находятся под большим или меньшим давлением отбора, хотя само адаптивное значение признака может быть установлено лишь дополнительными эколого-физиологическими исследованиями.

Эмбриологические методы

Главные эмбриологические методы изучения эволюционного процесса – это выявление зародышевого сходства и изучение рекапитуляции.

Выявление зародышевого сходства. В первой половине XIX в. выдающийся натуралист Карл Бэр сформулировал «закон зародышевого сходства»: чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между различными организмами. Например, на ранних стадиях развития эмбрионы позвоночных не отличаются друг от друга. Лишь на средних стадиях развития в сравниваемом ряду у зародышей появляются особенности, характерные для рыб и амфибий; на ее более поздних стадиях — особенности рептилий, птиц и млекопитающих (рис.).

Принцип рекапитуляции. Явление зародышевого сходства позволило Ф. Мюллеру, Ч.Дарвину и Э. Геккелю заключить, что в процессе онтогенеза как бы повторяются (рекапитулируют) многие черты строения предковых форм: на ранних стадиях развития зародыша повторяются признаки более отдаленных предков (менее родственных форм), а на поздних стадиях — близких предков (или более родственных современных форм).

В результате этого открытия ими был сформулирован биогенетический закон: «онтогенез есть быстрое и краткое повторение филогенеза».

Все многоклеточные организмы проходят в развитии одноклеточную стадию, что указывает на происхождение многоклеточных от одноклеточных. Они проходят также стадию однослойного «шара» (бластула) — ей соответствует строение некоторых современных простых организмов (например, вольвокса). Следующая стадия развития животных — обычно двухслойный мешок (гаструла); этой стадии онтогенеза соответствует строение современных кишечнополостных (например, гидры). У всех позвоночных животных на определенной стадии развития существует хорда (спинная струна); вероятно, у предков позвоночных хорда существовала всю жизнь.

Строение личиночных форм нередко позволяет устанавливать родственные связи взрослых организмов, порой неузнаваемо различающихся. Для многих низших ракообразных характерна личинка науплиус с тремя парами конечностей и одним глазком (рис.). Взрослая форма непохожа на ракообразное, но у науплиусов всегда есть роговидные выступы. Такие же «рожки» есть и у науплиуса саккулины (Sacculina) (рис.). Это усоногое во взрослом состоянии паразитирует в тканях высших ракообразных, прорастая в них корневидными выростами, полностью теряя облик ракообразного.

Принцип рекапитуляции распространяется не только на морфологические изменения, но и на метаболизм. В процессе эволюции позвоночных происходит постепенная утрата ферментов, необходимых для распада мочевой кислоты (конечного продукта обмена пуринов). Так, у некоторых рептилий и птиц конечный продукт такого обмена — мочевая кислота (совсем нет этих ферментов), у земноводных и большинства рыб — мочевина, у беспозвоночных — аммиак. Биохимические исследования показали, что зародыш птиц на ранних стадиях развития выделяет аммиак, на более поздних — мочевину, а на последних стадиях развития — мочевую кислоту. Сходным образом у головастиков — личинок бесхвостых амфибий — конечный продукт обмена — аммиак, а у взрослых лягушек — мочевина.

Концепция рекапитуляции помогает восстановить ход эволюционного развития многих групп и органов, палеонтологические материалы по которым отсутствуют или недостаточны.

Экологические методы

Экологические взаимоотношения видов также влияют на пути их эволюции, в таких случаях мы говорим о коэволюции. Приведем примеры. В Центральной Америке и Мексике при отсутствии муравьев (Pseudomyrmex ferruginea), обычно поселяющихся колониями во вздутых шипах акации (Acacia cornigera), это дерево погибает из-за объедания ее листвы другими насекомыми. Бабочка-монарх (Danaus plexippus) делается несъедобной для хищников из-за накопления в теле при поедании листвы ядовитых растений высокотоксичных гликозидов.

Для обоснования теории естественного отбора чрезвычайно важными оказались опыты экологов на модельных популяциях по изучению роли окраски, поведения и формы тела у некоторых насекомых.

Генетические методы

Генетические методы изучения эволюции разнообразны. Это и прямое определение генетической совместимости сравниваемых форм (например, посредством скрещивания), и анализ цитогенетических особенностей организмов.

Анализ числа и особенностей строения хромосом в группах близких видов часто позволяет выявлять направления возможной эволюции генома таких форм, т. е. выяснять их эволюционные взаимоотношения. На рис. приведены хромосомные наборы ряда близких форм, которые могли возникнуть лишь в процессе последовательной полиплоидизации генома исходного типа, а в табл. — примеры рядов полиплоидных видов у некоторых растений.

С развитием генетики стало возможным широкое применение экспериментальных подходов в решении эволюционных задач, а также применение точного (сравнительно с тем, что есть в других разделах биологии) математического аппарата.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Источник