Методи криичного мислення в быологыъ

 

4. Макроеволюція. Біогенетичний закон. Дивергенція, конвергенція, паралелізм

Макроеволюція - еволюційні процеси, що призводять до формування надвндових систематичних категорій: родів, родин, рядів, класів, типів.

Між процесами, що здійснюються на мікро- і макроеволюційному рівнях, немає принципової різниці, у них діють одні й ті ж закономірності. Над-видові систематичні категорії (рід, родина, ряд тощо) умовні і введені людиною. Самі по собі надвидові категорії виникнути не можуть. Поява їх — результат утворення нових видів, що пов'язано з перетворенням генофонду і дивергенцією в популяціях, боротьбою за існування і природним добором.

Макроеволюційні зміни - наслідок процесів, що відбуваються на мі-кроеволюційному рівні. Нагромаджуючись, ці зміни призводять до макроево-люційних перетворень. Отже, особини одного виду походять від спільного кореня. Найбільш споріднені види, які виникли в результаті дивергенції і природного добору, становлять один рід. Наприклад: вид - миша хатня, вид - миша польова, об'єднуються у рід миша. Найбільш спорідненні роди, які також виникли в результаті дивергенції і природного добору, складають родину, родини - ряд, ряди - класи, класи – тип [16].

Ботаніки  і зоологи при класифікації рослин і тварин враховують ознаки спорідненості видів як за сучасними, так і за вимерлими видами.

Дивергенція - розходження ознак у споріднених організмів порівняно з їхньою предковою формою у процесі еволюції, яке викликає виникнення нових систематичних груп.

Адаптивну радіацію, за якої один предковий тип дає початок кільком лініям організмів, різним чином пристосованих до різних умов життя, називають дивергентною еволюцією.

Ч. Дарвін тісно пов'язує дивергентний характер еволюції з функцією природного добору і з виникненням пристосувань. Найбільша кількість особин даного виду може проіснувати тільки в разі великої їх різноманітності. Чим різноманітніші організація і потреби особин даного виду, тим більше шансів на те, що вони зможуть оволодіти новими місцями проживання, а це сприятиме збільшенню їх кількості. Уявімо собі, міркує Дарвін, якусь хижу тварину, кількість особин якої досягла деякої межі, оскільки дальше збільшення чисельності виду неможливе через нестачу засобів живлення. Якщо індивідуальний склад цього виду буде однорідним, то ніяких можливостей до збільшення чисельності не відкриється. Якщо внаслідок спадкової мінливості і схрещувань виникнуть форми з відхиленнями у морфофізіологічній організації, з дещо іншими потребами, відмінним складом поведінки тощо, то це дасть особинам даного виду шанси на захоплення нових територій проживання.

Конвергенція  — поява у результаті еволюційних  процесів схожих рис у порівняно  далеких за походженням груп організмів.

Порівняльний  огляд кінцівок

Часто у природі  трапляється протилежне явище дивергенції, коли дві або кілька несхожих груп адаптуються до певних умов середовища (наприклад — вода), і в них виробляються риси, що мають поверхневу подібність. Прикладом конвергенції є розвиток крил у літаючих птахів, ссавців, комах, плазунів. У дельфінів (ссавців), вимерлих іхтіозаврів (плазуни), риб виробились обтічні контури тіла, плавники і пастоподібні кінцівки — ознаки, які надають усім цим тваринам схожості.

 

 

 

 

 

 

Паралелізм  — один із методів, який застосовується при вивченні шляхів еволюції будь-якої групи організмів. Згідно з цим методом, висновок еволюції робиться в результаті зіставлень даних кількох біологічних дисциплін. У XIX ст. такими дисциплінами [13]

були  ембріологія, порівняльна анатомія дорослих форм і палеонтологічні дані. Наприклад, дані ембріології показують, що в зародку коня закладено три пальці. Якщо ми порівняємо ногу тапіра, носорога і коня, то стане ясним, що єдиний, одягнутий у копито палець коня, гомологічний (спільний за походженням) третьому пальцеві інших непарнокопитих.

Палеонтологічні дані також свідчать про те, що предок коня був багатопалим. Отже, всі три дисципліни ведуть до загального висновку, а це підвищує вірогідність його правильності.

Біогенетичний закон. Е.Геккель та Ф. Мюллер відкрили біогенетичний закон (закон Геккеля-Мюллера, 1866 р.), який показує зв'язок між філогенезом (історичним розвитком) та онтогенезом (індивідуальним розвитком). Індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму - це вкорочене і стисле повторення історичного розвитку (філогенезу) даного виду. Наприклад, у багатоклітинних тварин є наявність однакових початкових фаз ембріонального розвитку (яйце, бластула, гаструла), що свідчить про їхнє спільне походження. У певних фазах у ембріонів різних класів хребетних є стадії розвитку зябрових щілин, хорди, нервової трубки. Це свідчить про походження наземних хребетних від рибоподібних предків.

 

Основні напрямки еволюції.

Вивчаючи еволюцію певних груп організмів (переважно  хребетних), О.М.Сєвєрцов у 20-х роках XX ст. розробив гіпотезу про біологічний прогрес і шляхи його досягнення та біологічний регрес.

Еволюційний розвиток має пристосувальний характер і супроводжується зміною середовища для кожної еволюційної групи. Звідси — підвищення організації, прогресивний розвиток життя. Основні напрямки еволюції це: біологічний прогрес і регрес [8].

Під біологічним прогресом розуміється  біологічне «процвітання» таксона:

• підвищення кількості особин;
• розширення ареалу;
• збільшення кількості дочірніх таксонів.

Наприклад, на сьогодні у стані біологічного прогресу перебувають покритонасінні, комахи, молюски, птахи, ссавці тощо. Біологічний прогрес є наслідком еволюційного успіху певної групи.

Біологічний регрес настає через неспроможність певної групи організмів пристосуватись до змін довкілля. Він проявляється у зменшенні чисельності особин, звуженні ареалу та може призвести до вимирання певної групи. Наприклад, до регресуючих належать рід хохулевих, представлений всього двома видами; родина гінкгових, представлена тільки одним видом; плазуни, розквіт яких припадав на мезозой.

Поняття «біологічний прогрес» і «біологічний регрес»  не мають реального відображення в природі, а є узагальнюючими термінами, які показують ступінь видової різноманітності певної групи в певний геологічний час.

Основні шляхи реалізації еволюції. Узагальнюючий характер мають також уявлення про морфологічні шляхи досягнення біологічного прогресу: ароморфоз, ідіоадаптацію та загальну дегенерацію.

Ароморфоз (від грец. айро — піднімаю та морфозіс — форма) — еволюційне перетворення, яке підвищує рівень організації організму в цілому і відкриває нові можливості для пристосування до різноманітних умов існування [13]. Ароморфози ведуть до утворення великих систематичних таксонів: клас, відділ, тип. Приклади ароморфозів: виникнення щелеп у хребетних дало їм можливість живитись великою здобиччю, утворення чотирикамерного серця і двох кіл кровообігу сприяло пристосуванню до різноманітних високих і низьких температурних режимів; утворення квітки у покритонасінних привело до запилення за участю комах, захищеності насінини тощо.

 

Ідіоадаптація (від грец. ідіос - особливий, своєрідний та лат. адаптацій -пристосування) - зміна без підвищення рівня організації організмів, що веде до особливого пристосування його до конкретних умов існування.

Ідіоадаптації ведуть до збільшення видової різноманітності, швидкого підвищення кількості особин і утворення великих таксономічних  одиниць: рід, ряд, родина. Приклади ідіоадаптацій — різноманітна будова, форма, колір, аромат, розмір квіток покритонасінних; різноманітні ротові органи у комах; утворення захисного забарвлення тіла у тварин тощо.

Загальна дегенерація (від лат. дегенеро - вироджуюсь), або морфофі-зіологічний регрес - шлях спрощення організмів і зниження активних функцій ряду органів. Дегенерація - явище, протилежне ароморфозу, це ніби сходинка вниз. Але організми, які розвиваються шляхом дегенерації можуть бути дуже добре пристосованими до умов існування. Пристосування, що виникли зі спрощенням організації, спостерігаються в організмів, які перейшли до малорухливого способу життя, паразитизму. Стьожкові черви втратили кишки, паразитичні рослини - повитиця - листки, замість коренів у них присоски. Отже, дегенерація пов'язана з вузькою спеціалізацією і часто супроводжується втратою окремих органів та систем.

Ароморфоз та ідіоадаптація взаємозв’язані - вони взаємозамінюють одне одного у ході еволюції [9].

 

5. Розвиток біосфери

Палеонтологія та її роль у вивченні історичного розвитку біосфери.

Теорію  еволюції шляхом природного добору підтверджують дані багатьох наук - палеонтології, порівняльної анатомії й фізіології, ембріології, біохімії, біогеографії тощо.

Дарвін  вважав, що саме палеонтологія, яка вивчає рештки попередніх мешканців Землі, повинна дати найбільш вагомі докази на користь еволюції. На основі палеонтологічного літопису можна досить точно описати умови життя мільйонів років тому організмів, що існували на той час. Проте цей літопис неповний, в ньому бракує багатьох ланок - перехідних форм, тобто організмів, які є попередниками між предковими та сучасними формами. Поступово вченим вдалося з'ясувати деякі перехідні форми, наприклад археоптерикс (плазуни - птахи), циногнатус (плазуни - ссавці). Існує також думка, що проміжних форм взагалі не існувало, а нові види виникали раптово («стрибкоподібна еволюція»). Класичним прикладом відтворюючої картини історичного розвитку виду може бути еволюція коня [12].

Давній предок коня, знайдений у відкладах третинного періоду, був заввишки 30 см, мав по чотири пальці на передніх і по три - на задніх кінцівках. Він пересувався, спираючись на всі фаланги пальців, що було пристосуванням до існування в болотистій місцевості, їжею йому були плоди і насіння рослин. Далі, в зв'язку зі зміною клімату, лісів ставало все менше, і на наступному етапі еволюції предки коня виявилися на відкритій місцевості типу степів. Це призвело до виживання тих особин, які були здатні бігати (щоб врятуватися від хижаків), це сприяло появі видовжених кінцівок і збільшенню поверхні їх опори, тобто зменшенню кількості пальців, які торкаються землі. Одночасно добір йшов в напрямку пристосування до живлення степовими травами. З'явились складні зуби з великою поверхнею жування, необхідною для пережовування щільної рослинної їжі.

Поступово дедалі більших розмірів набував середній палець, бокові пальці зменшувались, а згодом редукувалися. В результаті викопний кінь, як і сучасний, мав вже на кожній нозі лише

по  одному пальцю, на кінець якого він  спирався. Висота тіла збільшилась  до 150 см. Вся будова організму добре пристосувалась до існування у відкритих степових просторах.

На  сьогодні геологічна історія Землі  вивчена досить детально. Відомо, що в найдавніших її пластах є залишки різних типів безхребетних, і лише у більш пізніх з'являються залишки хребетних. Встановлено, що чим молодші пласти Землі, тим рештки рослин і тварин більш схожі до сучасних. Серед викопних решток виявлені насіннєві папороті, які мали ознаки частково папоротей і частково голонасінних. Це служить доказом походження насіннєвих рослин від папоротеподібних.

Неокатастрофізм (від грец. нео - новий та катастрофе - переворот) система поглядів, яка ґрунтується на факті етапності розвитку життя на Землі.

Етапність історичного розвитку організмів полягає  в тому, що протягом кожного з послідовних геологічних періодів існували більш-менш стабільні кліматичні умови, а отже, і стійкі фауни і флори, які на їхніх межах відносно швидко (сотні тисяч років) змінювались іншими. Об'єктивні підтвердження цьому явищу дає вивчення темпів вимирання одних та поява інших систематичних груп організмів.

Впродовж  досить тривалого часу вимирання  одних груп врівноважується появою інших, екологічно близьких їм; на межах періодів та епох спостерігається незбалансоване вимирання в кінці попереднього та бурхливе виникнення певних груп організмів на початку наступного геологічного періоду (епохи).

Отже, на межі геологічних періодів та епох відбуваються різні зміни видового складу біосфери, тобто зміна одних біогеоценозів іншими. Причини цього явища вчені вбачають у неперіодичній зміні інтенсивності екологічних факторів, які перевищують межі витривалості біогеоценозів, руйнуючи їх, що і спричиняє масове вимирання видів. Нові організми, більш пластичніші чи пристосованіші, освоюють простір зниклих екосистем і формують там нові стійкі біогеоценози.

У житті  біосфери геологічні катастрофи спричиняють  загальні (глобальні) або місцеві (локальні) біогеоценотичні кризи. До них можуть призводити не лише геологічні фактори (зсув материкових платформ, горотворчі процеси, затоплення тощо), а й біогенні фактори (поява покритонасінних, ссавців). Сучасна екологічна криза - результат дії антропогенного фактора, техногенні впливи тощо [10].

Отже, основною причиною вимирання певних груп організмів є розпад біогеоценозів, до складу яких вони входять. Це залежить від ступеня досконалості пристосування виду до певних умов (спеціалізація): чим він вищий, тим нижча екологічна пластичність виду та його адаптивні можливості в нових умовах.