Что такое сравнительно анатомические в биологии
СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ
СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ — раздел анатомии, изучающий закономерности строения и развития животных организмов и их органов в процессе эволюции от низших форм к высшим путем сопоставления животных различных систематических групп. С. а. помогает понять историю развития организма человека.
Благодаря фактам, накопленным С. а., было опровергнуто утверждение о вечности единожды сотворенной природы, раскрыты причины и пути преобразования органов и организмов животных, объяснено существование рудиментарных органов (см.) и аномалий развития органов.
Зарождение С. а. как науки связывают с именем древнегреческого философа и естествоиспытателя Аристотеля, предложившего первую научную систематику животных. Более совершенная классификация была создана в эпоху Возрождения. Экспериментальное направление в анатомии, основоположником к-рого был А. Везалий, способствовало накоплению обширного фактического материала, его упорядочению и систематизации. Такая работа была предпринята К. Линнеем, заслуги к-рого высоко оценены Ф. Энгельсом. Большой вклад в развитие С. а. внесли Ж. Кювье, Жоффруа Сент-Илер (E. Geoffroy Saint-Hilaire), Ж. Ламарк, Оуэн (В. Owen) и др. Достижения С. а. во многом предопределили создание эволюционной теории, важнейшие положения к-рой сформулированы Ч. Дарвином (1859). Русские ученые А. О. Ковалевский, И. И. Мечников, а затем А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен и другие использовали новейшие открытия в области исторических взаимосвязей в природе для познания морфол. закономерностей эволюции животных. С другой стороны, эволюционная теория помогла переходу С. а. от идеалистических позиций на позиции диалектического материализма.
Главный аргумент С. а. в защиту эволюционной теории — наличие гомологичных органов — опирается на закон причинности, на диалектическую общность структуры и функции. Метод сравнения, общепринятый в С. а., дает возможность выделить аналогичные и гомологичные органы. Аналогичными называются органы, сходные по функции, но не имеющие генетического родства (напр., крыло птицы и крыло бабочки). Предметом изучения С. а. являются гомологичные органы, внешне различные, но имеющие родственное происхождение, поскольку на их примере легко проследить исторические (иредковые) связи. Анатомические различия таких органов (напр., ласт кита и рука человека) причинно обусловлены экологическими условиями. Время появления этих различий может быть установлено, а обстоятельства, вызвавшие соответствующие отклонения, могут быть точно определены. Сопоставляя строение верхней конечности (руки) человека и передней конечности обезьяны, исследователи устанавливают наличие одних и тех же костей в скелете, идентичное расположение мышц, сосудов и нервов. Несмотря на то, что рука человека и передняя конечность наземных животных выполняют различные функции, их гомология очевидна. Больше того, основные анатомические части скелета конечности обнаруживают и в крыле птиц, и в плавниках рыб.
В С. а. можно выделить 3 главных раздела: органологию, архитектонику и учение о морфол. закономерностях эволюции. Если органология сосредоточивает свое внимание на сравнении организации органов в анатомо-физиологических системах (пищеварительной, дыхательной, нервной и др.) у животных на всех ступенях эволюционной лестницы, то архитектоника связана с изучением плана строения животных, становления принципов строения тела (осевая структура, симметрия, сегментация, кавитация, канализация), что позволяет составить представление о путях эволюции животного мира, понять происхождение различных типов животных, выяснить материальный базис приспособляемости животных к условиям их жизни.
Сравнительно-анатомические данные помогают в решении вопроса о направлении развития живых организмов, выявляя прогресс одних видов и регресс других. На примерах изменения строения гомологичных органов прослеживают этапы разделения функций в эволюции живых существ, последовательность дифференциации анатомических образований, усложнения строения анатомо-физиологических систем.
С. а. объединяется со сравнительной (эволюционной) гистологией (см.) и использует данные сравнительной эмбриологии (см.), представляющей важные доказательства сходства развивающихся органов человека с органами ближайших его предков.
С. а, как наука стремится к интеграции данных зоологии, анатомии, эмбриологии, палеонтологии, привлекает для объяснения исторических преобразований формы органа функциональные и экологические критерии, что имеет существенное значение для прогнозирования структурных изменений.
В середине 19 в. в Петербургской медико-хирургической академии была учреждена кафедра С. а., к-рую возглавил К. М. Бэр. В дальнейшем существование специальной кафедры С. а. в высших мед. учебных заведениях было признано нецелесообразным. В наст, время сведения но С. а. включены в программы кафедр общей биологии, анатомии человека, гистологии. Т. о., в общебиологическую подготовку будущих врачей органически входит исторический метод. Специальный курс С. а. проходят студенты биол. факультетов ун-тов. Научные исследования по С. а. ведутся в Ин-те эволюционной морфологии и экологии животных им. А. Н. Северцова, в Палеонтологическом ин-те АН СССР, в зоологических ин-тах, в Ин-те биологии моря Дальневосточного научного центра АН СССР и в других учреждениях страны.
Исследователи, занимающиеся вопросами С. а., являются членами Московского и Ленинградского об-в испытателей природы, Всесоюзного научного об-ва анатомов, гистологов и эмбриологов. Материалы по С. а. публикуются в монографиях и в периодической печати («Зоологический журнал», «Архив анатомии, гистологии и эмбриологии», «Успехи современной биологии» и др).
Сравнительная анатомия
Вы будете перенаправлены на Автор24
Понятие сравнительной анатомии
Сравнительная анатомия, которая еще называется сравнительной морфологией – это исследование закономерностей строения и развития органов с помощью сопоставления различных видов живых существ.
Данные, полученные сравнительной анатомией, являются основой биологической классификации.
Под понятием морфологии понимается как строение организмов, так и наука о нем. В данном случае речь идет и о внешних особенностях, и о внутренних.
Внутренние структуры являются более многочисленными, а функции внутренних структур и их взаимоотношение являются более существенными и разнообразными.
«Анатомия» в переводе с греческого означает «разрезание». Изначально этот термин использовали только в отношении человеческого организмы. В современной науке под анатомией рассматривается раздел морфологии, который занимается изучением органов любых организмов.
Все организмы образуют естественные группы со сходными анатомическими признаками входящих в них особей. При этом более крупные группы делятся на более мелкие, представители которых имеют все большее количество общих признаков.
Взаимодействие сравнительной анатомии с эмбриологией и физиологией
Известно, что организмы, имеющие сходное анатомическое строение, имеют и схожее эмбриональное развитие. Но при этом даже виды, сильно отличающиеся друг от друга, к примеру птицы и черепахи, на начальных стадиях индивидуального развития практически не имеют различий. Поэтому эмбриология и анатомия настолько тесно взаимодействуют между собой, что специалисты в области классификации – таксономисты – используют данные обеих наук для разработки схем распределения вида по семействам и отрядам. Такая корреляции объясняется тем, что анатомическое строение является итоговым результатом эмбрионального развития.
Сравнительная анатомия и эмбриология являются основой исследования эволюционных родословных. Организмы, произошедшие от общего предка, имеют не только сходства в эмбриональном развитии, но и проходят последовательно повторяющиеся стадии развития этого предка. Правда, необходимо отметить, что повторяются стадии не с абсолютной точностью.
Готовые работы на аналогичную тему
Таким образом, сравнительная анатомия играет важную роль для понимания процесса эволюции и для эмбриологии.
Сравнительная физиология также имеет в своей основе сравнительную анатомию, и тесно связана с ней. Сравнительная физиология представляет собой исследование функций анатомических структур. Чем сильнее сходство анатомических структур, тем более близкими они являются по своей физиологии. Анатомия подразумевает исследование достаточно крупных структур, которые можно увидеть невооруженным глазом. Существует и микроскопическая анатомия, которая называется гистологией, которая занимается изучением тканей и их клеток.
Сравнительная анатомия требует препарирования организмов и изучает, прежде всего, их макроскопическое строение. Несмотря на то, что сравнительная анатомия занимается изучением структур, физиологические данные привлекаются для понимания связей между ними. Таким образом, у высших животных различается десять физиологических систем, при этом деятельность каждой системы зависит от одного или нескольких органов.
Принципы сравнительной анатомии
В процессе сравнения структур животных необходимо учитывать принципы анатомии, являющиеся общими. К таким принципам относятся:
Симметрией называется расположение частей тела по отношению к какой-либо оси или точке. В биологии различаются два типа симметрии – двусторонняя (билатеральная) и радиальная.
У животных, имеющих радиальную симметрию, сходные части тела располагаются вокруг центра, наподобие спиц в колесе. Примерами таких животных являются иглокожие и кишечнополостные. Эти организмы являются малоподвижными, часто прикреплены ко дну. Питаются такие организмы взвешенными в воде пищевыми объектами.
У организмов с двусторонней симметрией ее плоскость проходит вдоль тела и разделяет его на левую и правую части, которые являются зеркально подобными. Верхняя часть, или спинная и нижняя, брюшная у таких животных всегда четко различимы.
Под цефализацией понимается доминирование головного конца тела над хвостовым. Обычно головной конец тела является утолщенным, располагается у движущегося животного спереди и, как правило, определяет направление его движения. На голове почти всегда присутствуют органы чувств – уши, глаза, щупальца и т.д. С головной частью также связаны мозг, ротовое отверстие и часто даже средства защиты и нападения, присущие животному. Кроме перечисленного, физиологические процессы в этой части организма протекают интенсивнее, чем в остальных. Обособление головы, как правило, сопровождается наличием хвоста на конце тела. У позвоночных животных изначально хвост являлся органом передвижения в воде, однако в процессе эволюции хвост стал использоваться и иными способами.
Сегментация является характерной чертой для трех типов животных, к которым относятся членистоногие, хордовые и кольчатые черви. Тела этих животных, являющихся двустороннесимметричными, состоят из частей, сходных между собой. Эти части называются сегментами, или сомитами. Несмотря на то, что отдельные кольца червя являются практически идентичными, все же между ними существуют различия.
Сегментация может быть, кроме внешней, еще и внутренней. В случае внутренней сегментации системы внутренних органов разделены на части, сходные между собой, и расположенные рядом в соответствии с границами сомитов.
Сегментацию хордовых не связывают с сегментацией членистоногих и червей, она, скорее всего, возникла в процессе эволюции независимо.
Двусторонняя симметрия, сегментация и цефализация являются характерными для тех животных, которые быстро передвигаются в воздухе, на суше или в воде.
Происхождение гомологичных органов животных одинаково независимо от выполняемой функции. Например, руки человека и крылья птиц, хвосты обезьян и рыб.
Аналогичные структуры имеют сходные функции, но разное эволюционное происхождение. Например, крылья птиц и насекомых, ноги лошадей и пауков.
Сравнительная анатомия
Сравнительная анатомия (сравнительная морфология) — биологическая дисциплина, изучающая общие закономерности строения и развития органов и систем органов при помощи их сравнения у животных разных таксонов на разных этапах эмбриогенеза.
История
Основы сравнительной анатомии были заложены Аристотелем. С 4 века до нашей эры до XVIII века нашей эры было описано значительное количество эмбрионов животных. В XVII веке одним из наиболее ранних трактатов, посвященных сравнительной анатомии веке был трактат «Демокритова зоотомия» (1645) итальянского анатома и зоолога М.А. Северино. В начале XIX века Жорж Кювье обобщил накопленные материалы в пятитомной монографии «Лекции по сравнительной анатомии», опубликованной в 1800—1805 годах. В области сравнительной анатомии работали и Карл Бэр, установивший закон сходства зародышей. Материалы, накопленные со времен Аристотеля, были одними из первых доказательств эволюции, использованными Чарльзом Дарвином в своих работах. В XIX веке сравнительная анатомия, эмбриология и палеонтология стали важнейшими опорами эволюционной теории. В области сравнительной анатомии были опубликованы работы Мюллера и Геккеля, разработавших учение о рекапитуляции органов в онтогенезе — Биогенетический закон. В советские времена в области сравнительной анатомии работал акад. Северцов, Шмальгаузен и их последователи.
Гомологичные и аналогичные органы
В сравнительной анатомии часто используют следующие понятия:
Впервые правила развития частных признаков были описаны Карлом Бэром.
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.