Головні напрямки еволюції. Еволюція рослин і тварин

Питання походження життя і її розвитку з давніх часів спантеличували вчених. Люди завжди прагнули наблизитися до цих таємниць, зробивши світ, таким чином, більш зрозумілим і передбачуваним. Багато століть панувала думка про божественне початку Всесвіту і життя. Теорія еволюції ж завоювала почесне місце головною і найбільш вірогідною версією розвитку всього живого на нашій планеті відносно недавно. Основні положення її сформулював Чарльз Дарвін в середині XIX століття. Наступне за цим сторіччя подарувало світові масу відкриттів в галузі генетики та біології, які зробили можливим довести справедливість вчення Дарвіна, розширити його, об`єднати з новими даними. Так з`явилася синтетична теорія еволюції. Вона увібрала в себе всі ідеї знаменитого дослідника і результати наукових пошуків у різних галузях від генетики до екології.

Від особини до класу

Біологічна еволюція являє собою історичний розвиток організмів, засноване на унікальних процесах функціонування генетичної інформації в певних умовах навколишнього середовища.

Початковий етап всіх перетворень, у результаті приводить до появи нового виду, - це мікроеволюція. Такі зміни з плином часу накопичуються і закінчуються формуванням нового більш високого рівня організації живих істот: роду, сімейства, класу. Освіта надвідових структур прийнято називати макроеволюцією.

Аналогічні процеси

Обидва рівня в основі своїй протікають однаково. Рушійними силами і мікро-, і макрозмін є природний відбір, ізоляція, спадковість, мінливість. Істотна відмінність двох процесів в тому, що між різними видами практично виключено схрещування. В результаті в основі макроеволюції лежить міжвидової відбір. Величезний внесок у мікроеволюції вносить вільний обмін генетичною інформацією між особинами одного виду.

Сходження і розбіжність ознак

Головні напрямки еволюції можуть протікати в декількох формах. Потужне джерело різноманітності життя - це дивергенція ознак. Вона діє як усередині конкретного виду, так і на більш високих рівнях організації. Умови середовища і природний відбір призводять до розділення однієї групи на дві і більше, що відрізняються певними ознаками. На рівні виду дивергенція може бути оборотна. У цьому випадку утворилися популяції знову зливаються в одну. На більш високих же рівнях процес незворотній.

Ще одна форма - філетична еволюція, передбачає перетворення виду без виділення всередині нього окремих популяцій. Кожна нова група є нащадком попередньої і предком для наступної.

Значний внесок у різноманітність життя вносить і конвергенція або «сходження» ознак. У процесі розвитку неспоріднених груп організмів, що знаходяться під впливом однакових умов середовища, у особин формуються аналогічні органи. Вони мають схожу будову, але різне походження і виконують практично однакові функції.

До конвергенції дуже близький паралелізм - форма еволюції, коли спочатку дівергірующім групи розвиваються схожим чином під впливом однакових умов. Конвергенцію і паралелізм розділяє досить тонка грань, і часто буває непросто віднести еволюцію конкретної групи організмів до тій чи іншій формі.

Біологічний прогрес

Головні напрямки еволюції вперше були викладені в працях А.Н. Северцова. Він запропонував виділити поняття біологічного прогресу. У роботах вченого викладені способи його досягнення, а також основні шляхи та напрямки еволюції. Ідеї Северцова розвивав І.І. Шмальгаузен.

Головні напрямки еволюції органічного світу, виділені вченими, - це біологічний прогрес, регрес і стабілізація. За назвами легко зрозуміти, чим ці процеси відрізняються один від одного. Прогрес призводить до формування нових ознак, що підвищують ступінь адаптації організму до середовища. Регрес виявляється у скороченні чисельності групи та її різноманітності, приводячи у результаті до вимирання. Стабілізація тягне закріплення набутих ознак і передачі їх від покоління до покоління у відносно незмінних умов.

У більш вузькому сенсі, позначаючи головні напрямки органічної еволюції, мають на увазі саме біологічний прогрес і його форми.

Виділяють три основних способи досягнення біологічного прогресу:

• арогенез;
• аллогенез;
• катагенез.

Арогенез

Даний процес робить можливим підвищення загального рівня організації в результаті формування ароморфоза. Пропонуємо з`ясувати, що розуміється під цим поняттям. Так, ароморфоз - напрям еволюції, що приводить до якісної зміни живих організмів, що супроводжується їх ускладненням і підвищенням адаптивних властивостей. В результаті зміни будови стає більш інтенсивним функціонування особин, вони отримують можливість використовувати нові, раніше незадіяні ресурси. Як наслідок організми стають в певному сенсі вільними від умов середовища. На більш високому рівні організації їх пристосування носять в значній мірі універсальний характер, що дає здатність розвиватися незалежно від навколишніх умов.

Хорошим прикладом ароморфоза є перетворення кровоносної системи хребетних: поява чотирьох камер в серці і розділення двох кіл кровообігу - великого і малого. Еволюція рослин характеризується значним стрибком вперед у результаті формування пилкової трубки і насіння. Ароморфози призводять до появи нових таксономічних одиниць: класів, відділів, типів і царств.

Ароморфоз, по Северцову, являє собою відносно рідкісне еволюційне явище. Він знаменує собою морфофизиологический прогрес, який, у свою чергу, ініціює прогрес загальнобіологічий, що супроводжується значним розширенням адаптивної зони.

Соціальний ароморфоз

Розглядаючи напрямки еволюції людського роду, деякі вчені вводять поняття «соціальний ароморфоз». Їм позначаються універсальні зміни у розвитку соціальних організмів і їх систем, що призводять до ускладнення, більшої пристосованості і збільшенню взаємовпливу товариств. У число подібних ароморфозов входить, наприклад, поява держави, книгодрукування і комп`ютерних технологій.

Аллогенез

У ході біологічного прогресу формуються і зміни менш глобального характеру. Вони складають суть аллогенеза. У цього напряму еволюції (таблиця наведена нижче) є суттєва відмінність від ароморфоза. Воно не призводить до підвищення рівня організації. Головний наслідок аллогенеза - це идиоадаптация. По суті, вона являє собою приватні зміни, завдяки яким організм отримують можливість пристосуватися до певних умов. Цей напрямок еволюції органічного світу дозволяє близьким видам жити в дуже різних географічних зонах.

Виразний приклад подібного процесу - сімейство вовчих. Його види зустрічаються в самих різних кліматичних зонах. Кожен має певним набором пристосувань до свого середовища проживання, при цьому не перевершуючи істотно будь-який інший вид за рівнем організації.

Вчені виділяють кілька типів идиоадаптаций:

• за формою (наприклад, обтічне тіло водоплавних) ;
• за забарвленням (сюди відноситься мімікрія, попереджувальна та захисне забарвлення);
• по размноженію;
• по пересуванню (перетинки водоплавних, повітряний мішок птахів) ;
• пристосування до умов середовища.

Відмінності ароморфоза і идиоадаптации

Деякі вчені не погоджуються з Северцовим і не бачать достатніх причин для розрізнення идиоадаптаций і ароморфозов. Вони вважають, що ступінь прогресу може бути оцінена тільки через значний час після появи зміни. За фактом складно усвідомити, до яких еволюційним процесам призведе нову якість або розвинена здатність.

Послідовники Северцова схиляються до думки, що під идиоадаптацией слід розуміти перетворення форми тіла, надлишковий розвиток або редукцію органів. Ароморфози ж являють собою істотні зміни в ембріональному розвитку та утворення нових структур.

Катагенез

Біологічна еволюція може протікати і зі спрощенням структури організмів. Катагенез - загальна дегенерація, процес, що призводить до зниження організації живих істот. Головний результат цього напрямку еволюції (таблиця, що порівнює три шляхи, наведена нижче) полягає в появі так званих катаморфоз або примітивних ознак, які приходять на зміну втраченим прогресивним. Прикладом організмів, що пройшли етап загальної дегенерації, може бути будь паразит. У більшості своїй вони втрачають здатність до самостійного пересування, у них сильно спрощуються нервова і кровоносна системи. Зате з`являються різні пристосування для кращого впровадження в тіло господаря і закріплення на відповідних органах.

Співвідношення

Головні напрямки еволюції взаємопов`язані і в ході історичного розвитку постійно змінюють один одного. Після кардинальних перетворень у вигляді ароморфоза або дегенерації настає період, коли нова група організмів починає розшаровуватися в результаті освоєння окремими її частинами різних географічних зон. Починається еволюція шляхом идиоадаптаций. Через час накопичилися зміни призводять до нового якісного стрибка.

Напрямок еволюції рослин

Сучасна флора з`явилася не відразу. Як і всі організми, вона пройшла тривалий шлях становлення. Еволюція рослин включала придбання кількох важливих ароморфозов. Першим з них була поява фотосинтезу, що дозволив примітивним організмам використовувати енергію сонячного світла. Поступово в результаті перетворень морфології і фотосинтетичних властивостей виникли водорості.

Наступним етапом було освоєння суші. Для успішного проходження «місії» знадобився ще один ароморфоз - диференціація тканин. З`явилися мохи, спорові рослини. Подальше ускладнення організації пов`язано з перетворенням процесу і способів розмноження. Такі ароморфозів, як семязачаток, пилкові зерна і, нарешті, насіння, характеризують голонасінні рослини, еволюційно більш розвинені, ніж спорові.

Далі шляхи та напрямки еволюції рослин рухалися в бік ще більшої адаптації їх до умов середовища, підвищенню стійкості до несприятливих факторів. В результаті появи маточки і зародкового листка сформувалися квіткові або покритонасінні рослини, що знаходяться сьогодні в стані біологічного прогресу.

Царство тварин

Еволюція еукаріотів (Еукаріотична клітина містить оформлене ядро) з гетеротрофним типом харчування (гетеротрофи не здатні створювати органіку за допомогою хемо- або фотосинтезу) також на перших етапах супроводжувалася диференціацією тканин. Кишковопорожнинні володіють одним з перших значних ароморфозов в еволюції тварин: у зародків формуються два шари, екто- і ендодерми. У круглих і плоских хробаків структура вже ускладнюється. Для них характерний третій зародковий листок, мезодерма. Цей ароморфоз робить можливим подальшу диференціацію тканин і поява органів.

Наступний етап - формування вторинної порожнини тіла і подальший поділ його на відділи. Кільчасті черви вже мають параподии (примітивний тип кінцівок), а також кровоносну і дихальну системи. Перетворення параподій в членисті кінцівки і деякі інші зміни стало причиною появи типу Членистоногих. Уже після їх виходу на сушу стали активно розвиватися комахи за рахунок появи зародкових оболонок. Вони сьогодні найбільше пристосовані до життя на землі.

Такі великі ароморфози, як формування хорди, нервової трубки, черевної аорти та серця, зробили можливою появу типу Хордових. Завдяки ряду прогресивних змін різноманітність живих організмів поповнилося рибами, амніот і рептиліями. Останні через наявність зародкових оболонок перестали залежати від води і вийшли на сушу.

Далі еволюція йде по шляху перетворення кровоносної системи. Виникають теплокровні тварини. Адаптації до польоту зробили можливою появу птахів. Такі ароморфозів, як четирехкамерное серце і зникнення правої дуги аорти, збільшення півкуль переднього мозку і розвиток кори, формування вовняного покриву і молочних залоз і ще ряд змін призвели до появи ссавців. Серед них в процесі еволюції виділилися плацентарні тварини, і сьогодні перебувають у стані біологічного прогресу.

Напрями еволюції людського роду

Питання про походження і еволюції предків сучасних людей вивчений поки не досконально. Завдяки відкриттям палеонтології та порівняльної генетики змінилися вже сформовані уявлення про нашу «родоводу». Ще 15 років тому панувала точка зору, що еволюція гомінід йшла за лінійним типом, тобто складалася з послідовно змінювали один одного все більш розвинених форм: австралопітек, людина уміла, архантропи, неандерталець (палеоантроп), неоантроп (сучасний чоловік). Основні напрямки еволюції людини, як і у випадку з іншими організмами, приводили до формування нових адаптацій, підвищенню рівня організації.

Дані, отримані в останні 10-15 років, однак, внесли серйозні корективи у вже сформовану картину. Нові знахідки і уточнена датування вказують на те, що еволюція мала більш складний характер. Підродина гомінін (відноситься до сімейства Гомініди) виявилося що складається з практично вдвічі більшого числа видів, ніж вважалося раніше. Еволюція його не носила лінійний характер, а містила кілька одночасно розвивалися ліній або гілок, прогресивних і тупикових. У різний час разом співіснували три-чотири або більше видів. Звуження цього розмаїття сталося через витіснення еволюційно більш розвиненими групами інших, менш розвинених. Наприклад, зараз вже загальновизнано, що неандертальці і люди сучасного типу жили одночасно. Перші не були нашими предками, але представляли собою паралельну гілку, яку витіснили більш розвинені представники гомінін.

Прогресивні зміни

Безперечними залишаються основні ароморфози, що призвели до процвітання підродини. Це прямоходіння і збільшення головного мозку. Про причини формування першого вчені розходяться в думках. Довгий час вважалося, що це був вимушений захід, необхідна для освоєння відкритих просторів. Проте останні дані дозволяють стверджувати, що предки людей ходили на двох ногах ще в період життя на деревах. Така здатність з`явилася у них відразу після відділення від лінії шимпанзе. За однією з версій гомініни спочатку пересувалися подібно до сучасних орангутанам, стоячи двома ногами на одній гілці і тримаючись руками за іншу.

Зростання мозку проходив у декілька етапів. Вперше він почався у Homo habilis (людини умілої), який навчився виготовляти найпростіші знаряддя. Зростання обсягу головного мозку збігся зі збільшенням частки м`яса в раціоні гомінін. Хабіліси, мабуть, були падальщиками. Наступне збільшення мозку також супроводжувалося зростанням кількості м`ясної їжі і розселенням наших предків за межі рідного африканського континенту. Вчені припускають, що зростання частки м`яса в раціоні пов`язаний з необхідністю заповнювати витрати енергії, що йде на підтримку роботи збільшився головного мозку. Імовірно, наступний етап цього процесу збігся з освоєнням вогню: приготовлена їжа відрізняється не тільки якістю, а й калорійністю, крім того, істотно зменшується час, необхідний для пережовування.

Головні напрямки еволюції органічного світу, діючи на протязі багатьох століть, сформували сучасну флору і фауну. Рух процесу в бік адаптації до мінливих умов середовища привело до величезного розмаїття форм життя. Головні напрямки еволюції діють однаково на всіх рівнях організації, про що свідчать дані біології, екології та генетики.