Что является морфологическими доказательствами эволюции гомологичные органы
Эмбриологические, палеонтологические и морфологические доказательства эволюции органического мира
Вопрос 1. Докажите существование эволюции с точки зрения эмбриологии.
Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. (закон зародышевого сходства К. Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается, и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза, то есть зародыш в индивидуальном развитии повторяет историю развития своего вида.
Таким образом, все хордовые животные произошли от единых предков.
Вопрос 2. Расскажите о палеонтологических доказательствах эволюционного процесса.
Палеонтологические доказательства. К таким доказательствам относятся найденные остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить путь от одной группы живых существ к другой. Например, обнаружение трехпалого и пятипалого предков современной лошади, имеющей один палец, доказывает, что у предков лошади было пять пальцев на каждой конечности. Обнаружение ископаемых останков археоптерикса позволило сделать вывод о существовании переходных форм между пресмыкающимися и птицами. Нахождение остатков вымерших цветковых папоротников позволяет решить вопрос об эволюции современных покрытосеменных и т.п. На основании палеоантологических находок были выстроены филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции.
Вопрос 3. Какие органы называют гомологичными, какие — аналогичными?
Гомологичные органы формируются в процессе эмбрионального развития из одних и тех же зачатков и выполняют сходные функции. Примером гомологичных органов являются конечности всех наземных позвоночных.
Аналогичные органы имеют разное происхождение и строение, но характеризуются внешним сходством и выполняют одинаковые функции. В качестве примера можно привести конечности собаки и конечности муравья, крыло бабочки и крыло летучей мыши.
Вопрос 4. Приведите примеры сходства строения органов у неродственных групп животных, обитающих в одинаковых условиях.
Примером может являться развитие крыльев у организмов, освоивших воздушную среду обитания. Крылья бабочек и стрекоз не родственны крыльям птиц и летучих мышей, хотя и выполняют те же функции. Другие примеры: хвостовые плавники акулы, дельфина и ихтиозавра; «стреляющие» языки лягушки и хамелеона; глаз осьминога и глаз человека.
Вопрос 5. В чем причина появления рудиментов и атавизмов? Почему они служат доказательствами процесса эволюции?
Рудименты — это органы, утратившие в процессе эволюции свое значение. Они закладываются во время эмбриогенеза, но полностью не развиваются. Причиной наличия рудиментов является то, что у предковых форм была необходимость в соответствующих органах, однако затем она исчезла, и органы подверглись дегенерации. Наличие рудиментов — доказательство процесса эволюции, как изменения строения органов при изменении условий окружающей среды. Примерами рудиментов являются третье веко и ушные мышцы человека, остатки тазового пояса у змей и китообразных, «глаза» пещерных и подземных животных.
Атавизмы — это появляющиеся у отдельных особей признаки, характерные для предковых форм, но утраченные в процессе эволюции. Причиной возникновения атавизмов является активация обычно заблокированных генов, ответственных за развитие таких признаков. В норме эти гены, доставшиеся организму от предков, не проявляются. Например, у современной лошади может развиться трехпалая конечность вместо однопалой. Атавизмы встречаются и у человека, например дополнительная пара молочных желез, хвост, волосяной покров на лице.
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.
Биология. 11 класс
Доказательства существования эволюционного процесса
Доказательства эволюции
Необходимо запомнить
Доказательства существования эволюционного процесса учёные получили из достоверных данных эмбриологии, морфологии, сравнительной анатомии, систематики, палеонтологии, биогеографии, молекулярной биологии.
Все доказательства эволюции можно сгруппировать по направлениям:
1. Эмбриологические доказательства эволюции.
2. Морфологические доказательства эволюции (сравнительно-анатомические или сравнительно-морфологические).
3. Палеонтологические доказательства эволюции.
4. Биогеографические доказательства эволюции.
5. Молекулярно-биологические доказательства эволюции.
Эмбриологические доказательства эволюции.
На поразительное сходство эмбрионов позвоночных животных было обращено внимание многих исследователей задолго до Ч. Дарвина. Отечественные и зарубежные ученые глубоко изучили сходства начальных стадий эмбрионального развития животных.
Карл Бэр в 1828 году открыл закон зародышевого сходства, согласно которому на начальных этапах эмбрионального развития зародыши животных разных видов сходны по своему строению. Особенное сходство стадий эмбрионального развития наблюдается в пределах отдельных типов или классов.
Подобное сходство эмбриональных стадий объясняется единством происхождения всех живых организмов.
В 60-е годы XIX века Э. Геккель и Ф. Мюллер независимо друг от друга сформулировали биогенетический закон, который описывает онтогенез (индивидуальное развитие) как краткое и сжатое повторение филогенеза (исторического развития вида).
В начале XX века биогенетический закон был развит и уточнён российским учёным А.Н. Северцовым, который установил, что в эмбриогенезе повторяются признаки зародышей, а не взрослых особей.
Морфологические доказательства эволюции основываются на присутствии у многих живых организмов гомологичных, рудиментарных и атавистических органов.
Гомологичные органы – это органы, имеющие сходный план строения, выполняющие как сходные, так и различные функции и развивающиеся из сходных зачатков. Изучение анатомии конечностей млекопитающих позволило установить их сходный план строения и формирования.
Рудиментарные органы (лат. rudimentum – зачаток, первооснова) – это органы, утратившие в филогенезе своё значение и функцию и остающиеся у организмов в виде недоразвитых образований. Рудиментарные косточки на месте тазового пояса у китообразных, рудиментарные задние конечности питона указывают на происхождение от типичных четвероногих. Рудиментами человека являются: копчиковые позвонки, мигательная перепонка (остаток третьего века), остатки волосяного покрова по всему телу, аппендикс – отросток слепой кишки, сильно развитые ушные мышцы, позволяющие двигать ими.
Атавистические органы (лат. atavus – предок) – это органы (или структуры), показывающие «возврат к предкам», в норме не встречающиеся у современных форм.
Атавизмами человека являются: многососковость, гипертрихоз (обильное оволосение тела и лица), случаи рождения детей с небольшим мягким хвостиком, полидактилией (многопальцевость) кистей и стоп.
Отличия рудиментов от атавизмов:
1) рудименты встречаются у всех особей популяции, атавизмы – у отдельных индивидов;
2) рудимент всегда имеет определённую функцию, атавизм не имеет специальных функций, важных для вида.
Палеонтологические доказательства эволюции.
Ископаемые переходные формы – формы организмов, сочетающие признаки более древних и молодых групп. Находки и описание таких форм позволяют восстанавливать филогенез отдельных групп животных (например, ихтиостега – ископаемая форма, связывающая рыб с наземными позвоночными; археоптерикс – переходная форма от рептилий к птицам юрского периода).
Палеонтологические ряды – это ряды ископаемых форм, связанные друг с другом в процессе эволюции и отражающие ход филогенеза.
В.О. Ковалевский (известный русский зоолог середины XIX века, основоположник эволюционной палеонтологии) определил задачи эволюционной палеонтологии:
— отыскать связи между ископаемыми формами для установления их родства;
— изучать эволюцию ископаемых организмов как процесс, в котором морфологические изменения связаны с функциональными изменениями, с изменениями в условиях жизни и с геологическими преобразованиями.
Биогеографические доказательства эволюции.
Распространение животных и растений по поверхности нашей планеты, сравнение флоры и фауны различных материков, островов, выявление реликтовых растений и животных разных природных зон указывает на то, что особенности распределения живых существ на планете тесно связаны с преобразованием земной коры и с эволюционными изменениями видов. Примером является Австралия, где на протяжении более 120 млн. лет после отделения от остальных материков происходило формирование сумчатых и клоачных млекопитающих.
Для понимания эволюционного процесса интерес представляют флора и фауна островов, оказавшихся полностью зависящими от истории происхождения этих островов.
Реликтовые формы – это ныне живущие виды с комплексом признаков, характерных для давно вымерших групп организмов прошлых эпох Земли (например, гаттерия, латимерия (целкант), гинкго двулопастный).
Молекулярно-биологические доказательства эволюции.
Реконструкция истории жизни на основе молекулярных данных показывает, что вся земная жизнь представляет собой единое филогенетическое древо и все современные виды связаны неразрывными нитями родства. Используя ДНК, мы можем проанализировать сходство и различия между генами, давно вымерших видов в ископаемых останках и современных организмов.
Исходя из данных такого анализа, все живые организмы имеют одинаковые механизмы записи, передачи и считывания наследственной информации:
1) записывание в последовательности нуклеотидов ДНК (РНК у некоторых вирусов);
2) передача из поколения в поколение благодаря механизму репликации;
3) транскрипция в последовательность нуклеотидов и-РНК;
4) трансляция в последовательность аминокислот в белках с использованием одного и того же генетического кода.
Это свидетельствует о том, что все ныне живущие на Земле организмы происходят от одного общего предка.
В геноме каждого вида записана генетическая история, летопись его эволюции. Сравнение генов разных видов дает ключ к построению единой родословной всего живого на Земле.
В большинстве случае гены передавались без изменений, но изредка возникали случайные изменения – мутации. Многие мутации представляют собой замены одних нуклеотидов на другие. Мутации возникают во время репликации ДНК, следовательно, чем больше поколений прошло со времени дивергенции двух видов от общего предка, тем больше случайных замен нуклеотидов может накопиться в геномах следующих поколений. Соответственно, тем больше аминокислот отличают один и тот же белок у этих видов. Общий предок человека и мартышки существовал более 30 млн. лет назад, а общий предок человека и кошки — более 80 млн. лет назад.
Основные свидетельства эволюции
Доказательства эволюции
Доказательства эволюции — научные данные и концепции, подтверждающие происхождение всех живых существ на Земле от общего предка. Количественная оценка различий между видами по множеству генов позволяет построить генеалогическое древо, показывающее родство различных таксонов (видов, отрядов, семейств, классов), и определить относительное время их дивергенции на основе морфологических, эмбриологических и палеонтологических данных.
Благодаря этим доказательствам основы эволюционного учения получили признание в научном сообществе, а ведущей системой представлений о процессах видообразования стала синтетическая теория эволюции.
Гомологичные и аналогичные органы
Как репетитору ЕГЭ по биологии, мне кажется важным помнить о каких именно типах эволюционных преобразований идет речь?
Это дивергентный и конвергентный типы преобразований организмов, приводящие к формированию надвидовых (макроэволюция) систематических единиц.
Конвергенция — приобретение сходных признаков у не родственных организмов. Конвергенцией объясняется появление аналогичных органов, имеющих различное происхождение, но выполняющих сходные функции.
Почему приходится заострять на этом ваше внимание
Да все просто. Поскольку базовых понятий два (дивергенция и конвергенция), объясняющих появление в эволюции двух типов органов (гомологичных и аналогичных), то с вероятностью 50% они запоминаются неправильно.
Возможно, табличка из пособия Т.Л.Богдановой поможет кому-то не путать функции и пути образования гомологичных и аналогичных органов в процессе макроэволюции. Но привожу эту табличку без изменений: именно в таком виде она объясняет почему у учащихся возникает так много путаницы при ответах на многочисленные тестовые задания по выявлению гомологичных и аналогичных органов.
Что неверного в этой таьблице? Первый и третий отличительные признаки «Происхождение» и «Путь образования» действительно подходят для сравнительной характеристики гомологичных и аналогичных органов.
Например, ноги лошади и ноги человека — явно гомологичные органы, так как имеют общее происхождение, но и функция то у них тоже сходная.
Какой вывод следует сделать
Как репетитор ЕГЭ по биологии, могу посоветовать всегда стараться выделять что-то главное, а что-то второстепенное.
Ничего не запоминайте чисто механически, а выстраивайте в своей голове четкую логическую цепочку из приведенных фактов и следствий. Только тогда можно судить о том, что новый материал не просто запомнился, а именно усвоился.
Ниже приводятся 52 примера заданий из тестовых вариантов ЕГЭ на определение гомологичных и аналогичных органов, присланные мне преподавателем Владимиром Анатольевичем. Решил разместить их в этой статье. Все приводимые здесь примеры гомологичных органов — результат дивергентной эволюции, а примеры аналогичных органов — результат конвергенции.
Примеры заданий на гомологичные органы
Примеры заданий на аналогичные органы
Считаю совершенно неправильным, когда в тесты КИМов ЕГЭ помещают задания на определение гомологов или аналогов, по которым в разных учебниках даются противоположные ответы.
К данной статье было довольно много полезных комментариев, касающихся не четкости в критериях дивергентного и конвергентного путей образования гомологичных и аналогичных органов, которые я поместил в отдельную статью.
Для подготовки к сдаче ЕГЭ или ОГЭ, у меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты Открытого Банка Заданий ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).
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.