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).
Сходства зародышей представителей разных групп позвоночных
Сходства зародышей представителей разных групп позвоночных
Развитие всех животных начинается с одной клетки.
Органогенез происходит в определенной последовательности. У хордовых животных он начинается с образования зачатка хорды и нервной системы. На спинной стороне зародыша происходит обособление группы клеток эктодермы в виде длинной пластинки. Эти клетки начинают активно делиться, погружаясь в тело зародыша и образуя желобок, края которого постепенно сближаются, а затем смыкаются, формируя первичную нервную трубку.
Кроме нервной системы из эктодермы возникают также кожные железы, эмаль зубов, волосы, ногти, кожный эпителий. Энтодерма дает начало тканям, выстилающим кишечник и дыхательные пути, образует печень и поджелудочную железу. Из мезодермы образуются мышцы, хрящевой и костный скелет, органы выделительной, половой и кровеносной систем организма.
В процессе эмбриогенеза между частями развивающегося зародыша существует тесное взаимодействие: зачаток одного органа или системы органов определяет (индуцирует) местоположение и время образования другого органа или системы органов.
Дифференцировка клеток зародыша возникает не сразу, а на определенном этапе развития. На ранних стадиях дробления клетки зародыша еще не специализированы, поэтому каждая из них может дать начало целому организму. Если по какой-либо причине эти клетки разъединяются, образуются два одинаковых эмбриона, содержащих идентичную генетическую информацию, каждый из которых развивается в полноценную особь. В итоге рождаются однояйцевые, или монозиготные близнецы. В человеческой популяции — это единственные люди, имеющие идентичный генотип и являющиеся копиями друг друга,
Взаимовлияние частей зародыша было продемонстрировано в много численных экспериментах. Немецкие исследователи Ханс Шпеман и Хилд Мангольд брали у зародышей тритона на стадии ранней гаструлы участок спинной стороны тела, из которого в дальнейшем должна была развиться хорда и мезодерма, и пересаживали его на брюшную сторону другой гаструлы. В результате на брюшной стороне второго зародыша из клеток, которые должны были дать начало кожным покровам, формировалась дополнительная нервная трубка. Это явление получило название Эмбриональная индукция.
Создание сравнительной эмбриологии
К.М. Бэр впервые применил эмбриологический критерий в систематике и обосновал его значение. Сравнивая способы развития животных, ученый пришел к выводу, что существует 4 типа организации — тип позвоночные, тип удлиненные или членистые, тип массивные и тип периферические или лучистые. Каждый тип соответствует особому плану развития. Внутри каждого типа можно выделить разные уровни развития, соответствующие классам. Животные отличаются друг от друга и типом онтогенеза, и степенью гетерогенности.
Таким образом, к середине XIX в., с одной стороны, были обрисованы различия в онтогенезе животных разных типов и классов. С другой стороны, стало ясно, что эмбриональное развитие весьма несходных организмов протекает с образованием зародышевых листков, что позволяет говорить о гомологичных структурах у представителей разных групп. Появилась возможность сопоставить данные эмбриологии и сравнительной анатомии.
В начале XIX в. И. Меккель, Л. Окен, М. Ратке, Гидемман выдвинули утверждение, что эмбрионы высших животных проходят в своем развитии все стадии, соответствующие взрослому состоянию низших животных.
К.М. Бэр, тщательно изучив индивидуальное развитие представителей разных групп позвоночных и беспозвоночных, пришел к выводу, что можно сравнивать лишь зародышей животных. В процессе зародышевого развития первыми появляются признаки типа, затем класса, отряда, семейства, рода и вида. Чем моложе зародыши, относящиеся к разным классам одного типа, тем они более сходны между собой. Иначе говоря, представители разных групп, например, классов подтипа позвоночных, на ранних стадиях онтогенеза обычно более сходны, чем взрослые особи. Эта закономерность получила название Закона зародышевого сходства.
Результаты эмбриологических изысканий К.М. Бэра были использованы Ч. Дарвином в качестве одного из доказательств эволюции.
Сравнительная эмбриология
Фон Бэр (1792-1867), изучая эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоночных, обнаружил удивительное структурное сходство во всех этих группах, особенно на стадиях дробления, гаструляции и дифференцировки зарождающегося организма.
Геккель (1834—1919) высказал мысль, что это сходство имеет эволюционное значение. Он сформулировал закон рекапитуляции, согласно которому «онтогенез повторяет филогенез», т. е. стадии, через которые проходит организм в процессе своего развития, повторяют эволюционную историю той группы, к которой он относится. Изучение одних только ранних зародышей любых позвоночных показывает, что определить группу, к которой они принадлежат, невозможно. Только на относительно поздних стадиях развития эмбрион начинает приобретать некоторое сходство с соответствующей взрослой формой. Изначальное сходство между эмбрионами объясняется тем, что все они, а следовательно, и классы, к которым они относятся, имели общего предка. Закон рекапитуляции, однако, не может быть принят безоговорочно, так как ни у одного из ныне живущих организмов нельзя обнаружить всех признаков его предполагаемых эволюционных предков. Но кажется вероятным, что организмы сохраняют механизмы развития, унаследованные от предков. Поэтому возможно, что на разных стадиях развития у данного организма будут черты структурного сходства с зародышами предковых форм. Последующие адаптации к иным условиям среды и образу жизни изменяют дальнейший ход развития. Как показывают наблюдения, чем ближе группы, к которым относят два данных организма на основании общих гомологических структур, тем дольше сохраняется их сходство на эмбриональных стадиях. Организмы, приспособленные к определенному образу жизни и определенному местообитанию, не типичному для крупной группы, к которой они принадлежат, менее сходны с другими членами этой группы и в процессе эмбрионального развития.
Закон зародышевого сходства
Исследователи начала XIX в. впервые стали обращать внимание на сходство стадий развития эмбрионов высших животных со ступенями усложнения организации, ведущими от низкоорганизованных форм к прогрессивным. Сопоставляя стадии развития зародышей разных видов и классов хордовых, К. Бэр сделал следующие выводы.
1. Эмбрионы животных одного типа на ранних стадиях развития сходны.
2. Они последовательно переходят в своем развитии от более общих признаков типа ко все более частным. В последнюю очередь развиваются признаки, указывающие на принадлежность эмбриона к определенному роду, виду, и, наконец, индивидуальные черты.
3. Эмбрионы разных представителей одного типа постепенно обособляются друг от друга
Сходства зародышей и эмбриональная диверенция признаков (закон К. Бэра)
биогенетический закон (Э. Геккель и Ф. Мюллер) работы А. Н. Северцева
Содержание
1. Введение
2. Сходства зародышей и эмбриональная дивергенция признаков (закон К. Бэра)
3. Биогенетический закон (Э. Геккель и Ф. Мюллер)
4. Работы Северцова А.Н.
Список литературы
1. Введение
2. Сходства зародышей и эмбриональная дивергенция признаков (закон К. Бэра)
1. Общее каждой более крупной группы животных образуется в зародыше раньше, чем специальное.
2. Из более общего. образуется менее общее, и так далее, пока, наконец, не возникает самое специальное.
3. Зародыш каждой формы животных отнюдь не повторяет при развитии другие формы животных, а напротив, скорее обособляется от них.
4. В основе своей, значит, зародыш высшей формы животного никогда не бывает подобен другой форме животного, а лишь ее зародышу.
3. Биогенетический закон (Э. Геккель и Ф. Мюллер)
4. Работы А. Н. Северцова
Список литературы
1. Большой энциклопедический словарь. Большая Российская Энциклопедия, СПб, Норинт, 2001.
2. Воронцов Н. Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: Издат. Отдел УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.
3. Рефф Р., Кофмен Т. Эмбрионы, гены, эволюция, М.: Мир, 1986.
4. Токин Б. П. Общая эмбриология. М.: Высшая Школа, 1987.
5. Тощенко В. П. Введение в теорию эволюции: курс лекций /под. Ред. Полянско-
6. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия, Т. 2. Мир природы. М., Издательский Дом «Инфра-М», «Весь Мир», 1999.
7. А. С. Северцов. Основные теории эволюции. М., изд-во МГУ, 1987
