Я ИДУ НА УРОК

С.А. ЮРЬЕВА,
учитель биологии,
г. Ковдор, Мурманская обл.

Доказательства происхождения человека от животных

Урок-лекция (11-й класс, 2 ч)

Задачи урока: показать родство человека с животными на основе сравнения; объяснить качественное отличие человека от животных; подвести к выводу, что человек сформировался под воздействием биологических и социальных факторов эволюции; показать, как теория эволюции объясняет процессы формирования признаков вида Человек разумный; развивать способность критически рассматривать факты, теории.

Оборудование: рисунки, таблицы, указанные в лекции; модели головного мозга разных классов хордовых: рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих; скелет человека; таблица «Эволюция кровеносной системы хордовых»; объемная таблица «Развитие эмбрионов позвоночных».

ХОД УРОКА

I. Вступление

Приступая к изучению чрезвычайно интересного раздела «Происхождение человека», хочу предложить вам сравнительную оценку времени, в течение которого человек живет на Земле, и продолжительность некоторых важных периодов в истории Земли. Если принять возраст нашей планеты равным одному году, то в таком календаре один день составит 12,3 млн лет, а один час – 525 тыс. лет. Тогда история Земли и человечества может быть представлена в виде следующей таблицы.

1 января
28 марта
12 декабря
31 декабря

1.00
17.30
18.16
23.54
23.59.46
24.00

Образование Земли (возраст вселенной – немногим более трех лет)
Появление первых бактерий
Время расцвета динозавров
Появление предка обезьяны и человека
Появление Люси и ее собратьев-австралопитеков
Появление первых людей
Появление неандертальцев
Возникновение христианства
Человек шагнул на Луну

По этой шкале – человек появился меньше чем за 6 ч до наступления Нового года, а средняя продолжительность жизни человека в наше время – полсекунды. Как говорил персидский философ и поэт О.Хайям:

Я пришел – не прибавилась небу краса,
Я ушел – так же будут цвести небеса...

Каково же происхождение человека, как он появился на Земле? По этому поводу существует множество мнений. Накопление научных данных, особенно в последние годы, когда были расшифрованы геномы человека и многих других организмов, позволило построить и обосновать теорию происхождения человека от животных. Сегодня мы рассмотрим доказательства происхождения человека от животных, лежащие в основе этой теории.

II. Изучение нового материала

План лекции

1. Особенности человеческого организма.
2. Доказательства родства с животными:

а) череп, челюсти, зубы;
б) кожа;
в) нервы и органы чувств;
г) мозг;
д) легкие, кровообращение, почки;
е) размножение и эмбриональное развитие.

3. Изъяны человеческого организма.
4. Сходство и различия человека и человекообразных обезьян.
5. Ч.Дарвин о происхождении человека.

По морфофизиологическим признакам можно определить положение человека в системе живой природы. Эти выводы подкрепляются и данными генетических исследований.

1. Вид
2. Род
3. Семейство
4. Отряд
5. Класс
6. Царство

Человек разумный
Человек
Гоминиды
Приматы
Млекопитающие
Животные

Homo sapiens
Homo
Hominidae
Primates

Особенности человеческого организма

Организм человека разумного построен из тех же основных химических элементов, что и организм любого другого живого существа, т.е. из углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Мы отличаемся от других млекопитающих лишь устройством и функционированием клеток, тканей и систем органов.

Организм человека обладает четырьмя важнейшими особенностями, сочетание которых присуще только ему, – это прямостоячий скелет, подвижные руки, способные манипулировать предметами, трехмерное цветовое зрение и уникальный по сложности мозг.

Прямостоячий скелет позволяет нам, в отличие от других животных, передвигаться на двух ногах. Не испытывая потребности опираться на передние конечности, мы пользуемся гибкими и чуткими пальцами рук, чтобы исследовать поверхность предметов (рис. 1).

Смотрящие вперед глаза обеспечивают бинокулярное зрение и позволяют нам точно фокусировать изображения, определять расстояние, различать не только цвет, но и форму. Мы можем следить за перемещением предмета, не поворачивая головы, – при помощи лишь движения глаз.

По сравнению с другими животными, головной мозг человека очень крупный относительно размеров тела. Благодаря ему человек обладает великолепными способностями к обучению, логическому мышлению, управлению речью; координацией зрения и движений рук.

(Учитель поясняет рисунки на доске. Некоторые из них ученики переносят в тетрадь.)

Рис. 1.

Рис. 1. Ходьба на двух ногах.
Вес тела переносится с пятки через наружный край ступни на подушечки и большой палец. Нога и ступня действуют подобно рычагу: а – нагрузка передается через большеберцовую кость; б – точка опоры приходится на пальцы; в – усилие создается ахиллесовым сухожилием, которое при сокращении икроножной мышцы поднимает пятку

Рис. 2.

Рис. 2. Разнообразие функций рук: а – силовой захват; б – точный захват; в – ладони, образующие чашу

Рис. 3.

Рис. 3. Бинокулярное (стереоскопическое) зрение. Оба глаза могут быть сфокусированы на объектах, расположенных в различных направлениях и удаленных на разные расстояния:
а – близко; б – слева; в – справа; г – далеко

Рис. 4.

Рис. 4. Если смотреть на человеческий мозг сверху, видно, что он изборожден извилинами, за счет чего площадь поверхности мозга увеличивается: а – такую площадь занимала бы поверхность мозга, если бы была гладкой; б – площадь поверхности головного мозга с «расправленными извилинами» (2090 см²). От величины площади поверхности мозга зависят умственные способности человека

Доказательства родства с животными

Данные сравнительной анатомии

В сходстве строения тела человека и некоторых современных и вымерших животных лежит ключ к решению вопроса об их общих предках.

Тело ранних червеобразных предков человека приобрело двустороннюю симметрию: каждая сторона представляла зеркальное отражение другой. Это облегчало продвижение вперед, поворот в ту или иную сторону и сохранение правильного курса движения. Парность наших конечностей, ушей и ноздрей является следствием такого строения тела.

Рис. 5.

А. Череп, челюсти и зубы

Наши череп, челюсти и зубы имеют разное и сложное происхождение.

Рис. 6.

Рис. 7. Образование зубов из выростов плакоидной чешуи.
На поперечных разрезах чешуи акулы и зуба млекопитающего видны черты сходства, свидетельствующие о том, что зубы развились из элементов кожного покрова. А – чешуйка акулы; Б – коренной зуб млекопитающего: а – полость пульпы; б – дентин (вещество зуба); в – эмалеподобный витродентин (у акулы) или эмаль (у млекопитающего)

Рис. 8. Развитие челюстей. На рисунке показано, как жаберные перегородки рыбы превращаются в челюсти: А – бесчелюстная рыба, костные перегородки (окрашены) перемежаются с жабрами; Б – первая пара жабр, уменьшаясь, превращается в брызгальце – крохотное отверстие для всасывания очищенной от ила воды; В – первая пара жаберных перегородок смещается, образуя подвижные челюсти.

Б. Кожа

Наша кожа водонепроницаема, как и у рептилий, но от роговой чешуи, которой были покрыты тела пресмыкающихся, у нас остались только ногти – уплощенные щитки на пальцах рук и ног, развившиеся из когтей. Способствующие цепкости папиллярные линии на пальцах рук и ног остались у нас от жестких подушечек, помогавших нашим предкам ходить и лазать.

Рис. 9.

Рис. 9. Строение кожи. На поперечных разрезах кожи рыбы (1), пресмыкающегося (2) и человека (3) видно сходство их строения: толстая волокнистая соединительная ткань – дерма – располагается под более тонким поверхностным слоем – эпидермисом. Наличие этих двух слоев предполагает общее происхождение кожи всех позвоночных.
1. Разрез кожи рыбы: а – эпидермис; б – чешуя; в – дерма.
2. Разрез кожи пресмыкающегося: а – роговая чешуя; б – эпидермис; в – дерма.
3. Разрез кожи человека: а – эпидермис; б – дерма; в – волосы; г – канал потовой железы

Рис. 10.

Рис. 10. Подушечки и папиллярные линии: 1 – лапа насекомоядного животного, на которой видны нестирающиеся кожные подушечки, богатые кератином – роговым протеином эпидермиса; 2 – рука человека с папиллярными линиями, помогающими удерживать предметы; папиллярные линии напоминают узор на подушечках лап наших насекомоядных предков

В. Нервы и органы чувств

У нас, как и у ранних позвоночных, основные органы чувств сосредоточены в голове – бывшем переднем конце тела. У человека, как и у рыб, эти органы обеспечивают восприятие сигналов из внешней среды, обусловленные химическим, механическим или электромагнитным воздействием. Так, вкусовые сосочки языка человека различают вещества, растворенные в воде, влажные носовые мембраны – запахи.

Рис. 11.

Рис. 11. Развитие нервной системы.
Нервные системы двух беспозвоночных
(изображенных при большом увеличении)
представляют основные стадии эволюции
нервной системы: А – гидра, пресноводная
родственница медуз и актиний (морских анемонов),
имеет нервную сеть – охватывающую все
тело систему нервных клеток. Б – планария,
плоский червь, имеет двустороннюю симметри
и центральную нервную систему:
а – головной ганглий (мозг); б – нервные тяжи
(предшественники нашего спинного мозга)

Рис. 12.

Рис. 12. Обоняние (слева). На продольном схематическом разрезе четырех голов показано развитие органов обоняния: 1 – у рыбы обонятельные мембраны находятся в полостях, отделенных ото рта; 2 – у пресмыкающихся обонятельные мембраны находятся в носовой полости, связанной со ртом; 3 – у типичного млекопитающего органы обоняния увеличились и позволяют ощущать слабые запахи; 4 – у человека органы обоняния уменьшились, что свидетельствует о большей зависимости человека от других органов чувств, в частности зрения
Развитие органов слуха (справа). Поперечный разрез тех же четырех голов показывает, как перемещение косточек помогло усиливать звуки, приносимые колебаниями воздуха, и передавать их во внутреннее ухо.
А – внутреннее ухо;
Б – среднее ухо;
В – наружное ухо: подъязычная кость (а) превращается в стремечко (б); квадратная челюстная кость (в) превращается в наковальню (г); артикулярная кость (д) превращается в молоточек (е);
ж – барабанная перепонка, передающая звуковые волны в среднее ухо

Г. Мозг

Головной мозг, в качестве координирующего центра, появился уже у таких примитивных животных, как плоские черви, а у ранних рыб мозг, как и у нас, состоял из трех основных частей: задней, средней, передней. У млекопитающих мозг становится значительно более крупным и сложным. Функция координации деятельности органов чувств передалась в переднюю часть, из которой развился крупный, обладающий многочисленными извилинами отдел головного мозга, управляющий процессами запоминания и обучения. Огромные большие полушария головного мозга человека – местопребывание разума – превосходят своими размерами остальные части мозга и обусловили изменения строения черепа.

(Демонстрация муляжей головного мозга животных разных классов.)

Рис. 13.

Рис. 13. Слои мозга. Согласно одной из теорий, наш мозг состоит из трех слоев, которые отражают стадии его эволюции: а – стадия пресмыкающихся, задний и средний мозг – рудименты прошлых эпох; б – стадия древних млекопитающих, область вокруг верхней части мозгового ствола – центр эмоций; в – стадия поздних млекопитающих, кора головного мозга – центр разума

Д. Легкие, кровообращение, почки

Легкие происхождят, вероятнее всего от влажных мешочков в горле кистеперых рыб, в которых накапливался атмосферный воздух, необходимый для жизни в болотных лужах с низким содержанием кислорода.
Только у теплокровных – птиц и млекопитающих – имеется четырехкамерное сердце.
Почки, по-видимому, произошли от имевшихся у беспозвоночных мальпигиевых сосудов. У рыб они сгруппировались в виде двух длинных полосок, у пресмыкающихся это уже два плотных скопления, у млекопитающих – две почки.

Рис. 14.

Рис. 14. Как возникли легкие. На продольных разрезах видно общее происхождение легких у наземных позвоночных и плавательного пузыря у рыб: 1 – примитивное легкое двоякодышащей рыбы развилось из горлового кармана (мешка, камеры); 2 – модификация легкого двоякодышащей рыбы; 3 – наполненный воздухом плавательный пузырь, придающий плавучесть костистым рыбам; 4 – легкое наземного позвоночного с имеющей много складок внутренней стенкой, которая позволяет дышать эффективнее, чем более простые легкие рыбы

Рис. 15. Развитие почек.
1 – у низших позвоночных почки образуют две длинные полоски, выделяющие мочу через клоакальную полость вместе с твердыми продуктами обмена; 2 – у млекопитающих почки представляют собой два бобовидных органа, выделяющих мочу через мочевой пузырь: а – почки; б – клоака; в – мочевой пузырь

Данные сравнительной эмбриологии

Е. Эмбриональное развитие

Сходство человеческого эмбриона с эмбрионами других животных является убедительным доводом в пользу эволюционного родства. Развитие зародыша человека, как и любого другого животного, начинается с образования двух слоев клеток: эктодермы (внешнего) и энтодермы (внутреннего), подобных двум слоям клеток таких примитивных беспозвоночных, как медузы. Затем, как и у всех животных, кроме губок и кишечнополостных, образуется третий зародышевый слой – мезодерма. В результате на стадии гаструляции образуется трехслойный (как у всех высших позвоночных) зародыш. Из этих трех слоев клеток развиваются все органы тела. За период между четвертой и шестой неделями развития человеческий эмбрион превращается из рыбоподобного организма в организм, неотличимый от зародыша обезьяны. В двухмесячном возрасте зародыш уже, без всякого сомнения, является крошечным человеческим существом.

(Демонстрация таблицы «Эмбрионы животных».)

Рис. 16.

Рис. 16. Эмбрионы и эволюция.
На изображениях трех разрезов прослеживаются изменения в защите и питании зародыша, развивающегося в теле матери. А – эмбрион земноводного; Б – эмбрион пресмыкающегося; В – эмбрион человека (млекопитающего): а – эмбрион; б – желток (запас пищи); в – белок (запас пищи); г – оболочка (защита); д – водяная оболочка, или амнион (амортизирующий мешочек); е – хорион (воздушное пространство, через которое поступает кислород и удаляются газовые отбросы; ж – аллантоис, мочевой мешок (место, где собираются отходы метаболизма); з – плацента (временный орган с хорионовой или аллантоидной структурой): проходящая через плаценту кровь матери снабжает эмбрион питательными веществами и кислородом и удаляет продукты распада; и – матка (орган, в котором происходит внутриутробное развитие зародыша

Организм человека приспособлен к его образу жизни, сложившемуся в процессе эволюции. Всякое приспособление сопровождается улучшением одних функций организма и ослаблением других. В результате организм современного человека имеет несколько «слабых мест», или изъянов. Большинство из них связано с вертикальным положением скелета.

Рис. 17.

Рис. 17. Образование мезодермы: 1 – эктодерма, 2 – мезодерма, 3 – энтодерма

Рис. 18.

Рис. 18. Тридцатидневный зародыш человека: а, б – зачатки верхних и нижних конечностей, в – жаберные щели, г – сомиты

Зубы. Слишком тесное расположение зубов является следствием уменьшения размеров челюстей, которое произошло в процессе эволюции сравнительно недавно.

Выпадение диска. Заболевания нижней части позвоночника обычно являются следствием дегенеративных возрастных изменений, связанных с передачей нагрузки через позвоночник на две, а не на четыре конечности, как это было у наших древних млекопитающих предков.

Рис. 19.

Рис. 19. Выпадение межпозвоночного диска. Выпадение хрящевого диска, являющегося буфером между двумя спинными позвонками, приводит к увеличению механической нагрузки на спинномозговой нерв (сопровождается болями) и уменьшает подвижность позвоночника: 1 – нормальный диск; 2 – выпавший диск: а – позвонок; б – нерв; в – диск

Аппендикс. Аппендицит – заболевание, связанное с инфекционным заражением и воспалением аппендикса – рудиментарного червеобразного отростка слепой кишки.

Грыжа – выпячивание, например, участка кишок из брюшной полости под кожу через естественные или искусственно образовавшиеся в этой полости отверстия.

Варикозное расширение вен – заболевание, выражающееся в потере венами эластичности, вследствие чего они растягиваются и даже расширяются, образуя «узлы». Это приводит к замедлению кровотока и часто к образованию тромбов.

Рис. 20. Узкие бедра являются свидетельством того, что у женщины слишком узкий таз, препятствующий нормальным родам (А); это является распространенной причиной операционного вмешательства при рождении ребенка. Широкие бедра означают, что отверстие таза имеет нормальную ширину и не создаст дополнительных проблем при родах (Б)

Плоскостопие. Ослабление свода стопы широко распространено и связано с тем, что вес человеческого тела распределяется только между ступнями ног.

Сходство и различия человека и человекообразных обезьян

О родстве человекообразных обезьян (антропоидов) и человека свидетельствует сходство многих анатомических и физиологических особенностей. Впервые это установил соратник Ч.Дарвина – Т.Гексли.

Уже во внешнем облике много общего: крупные размеры тела, длинная шея, широкие плечи, отсутствие седалищных мозолей, выступающий нос, сходная форма ушной раковины. Очень похожа на человеческую мимика человекообразных обезьян. Во внутреннем строении следует отметить сходное число долей легких, число сосочков в почке, наличие червеобразного отростка слепой кишки, сходное строение гортани...

Сроки полового созревания и продолжительность беременности у антропоидов почти такие же, как у человека. Исключительно близкое сходство отмечается по биохимическим показателям: четыре группы крови, сходство белкового обмена, заболеваний. Виды близки также по числу хромосом (46 – у человека, 48 – у шимпанзе, гориллы, орангутана).

Теперь о различиях. Мозг у человека в 2–2,5 раза больше, мозговая часть преобладает над лицевой. Эти и другие очень существенные отличия приводят к мысли, что современные человекообразные обезьяны не могли быть предками человека. В таком случае, что представляли собой предки современного человека?

Ч.Дарвин о происхождении человека

Биологическую теорию происхождения человека разработал Ч.Дарвин. В книгах «Происхождение человека и половой отбор», «О выражении эмоций у человека и животных» (1871–1872 гг.) он приходит к выводу, что человек – часть живой природы и что его возникновение – не исключение из общих закономерностей развития органического мира.

Прежде всего он доказал происхождение человека от «нижестоящей животной формы». Тем самым человек был включен в общую цепь эволюционных изменений природы. На основании сравнительно-анатомических и эмбриологических данных он обосновал идею родства человека и антропоидов.

Так родилась симиальная – «обезьянья» теория антропогенеза. Согласно этой теории человек и современные антропоиды произошли от общего предка, жившего в эпоху неогена и представляющего собой, по мнению Ч.Дарвина, обезьяноподобное существо. Немецкий ученый Э.Геккель назвал недостающую переходную форму питекантропом – обезьяночеловеком. В 1891 г. голландский антрополог Э.Дюбуа открыл на острове Ява части существа, которое он назвал питекантропом прямоходящим. За истекшее столетие были обнаружены остатки существ – промежуточных между обезьяньим предком и человеком.

Так как вы считаете, подтверждается ли симиальная теория?

III. Повторение изученного

Фронтальная беседа

1. Назовите признаки человека, позволяющие отнести его к подтипу позвоночных животных.
2. Укажите признаки, определяющие положение человека в классе млекопитающих.
3. Какие признаки являются общими для человека и человекообразных обезьян?
4. Почему нельзя считать современных человекообразных обезьян предками человека?
5. Перечислите особенности строения, присущие только человеку.

Дискуссия

Вместе со всем классом обсуждается вопрос: «У кого есть сомнения в нашем происхождении от животных?»
Формируются две группы по 3 человека, дается 4 минуты на подготовку для аргументации своей позиции.
Как показывает опыт работы, завязывается оживленная дискуссия. Оптимальное ее время – около 10 мин.