КАМЕНСКИЙ А.А.,
СОКОЛОВА Н.А.,
ТИТОВ С.А.

Продолжение. См. No 16, 17, 18, 19, 20/2000

Ответы на вопросы по биологии

(11-й класс)

98. Приведите доказательства относительности приспособительных признаков в данных условиях существования.

Все признаки живых существ приспособлены к условиям их существования.
Так, например, интенсивность размножения выше у тех видов, потомство которых в своей массе погибает. Треска, не заботящаяся о своем потомстве, мечет за период нереста около 5 млн икринок. У маленькой морской рыбки пятнадцатииглой колюшки самец охраняет гнездо с икринками, поэтому самка мечет всего несколько десятков икринок. Слониха, потомству которой в природе ничто не угрожает, в течение долгой жизни приносит не более 6 слонят, а вот человеческая аскарида, абсолютное большинство потомства которой гибнет, в течение года откладывает по 200 000 яиц каждые сутки.
Ветроопыляемые растения производят огромное количество мелкой, сухой, очень легкой пыльцы. Рыльца пестиков их цветков – большие и имеют перистую форму. Это повышает эффективность опыления. У опыляемых насекомыми растений образуется гораздо меньше пыльцы, но она крупная и липкая. Цветки этих растений имеют нектарники и яркую окраску для привлечения насекомых-опылителей.
Эволюционная теория Дарвина объясняет появление приспособленности наследственной изменчивостью и естественным отбором.
Яркие примеры приспособленности – покровительственная окраска и мимикрия. Мимикрия – подражание незащищенных видов защищенным – наблюдается у многих животных (рис. 30). Например, некоторые неядовитые змеи приобрели значительное сходство с ядовитыми сородичами, что помогает им избегать нападения хищников.

Рис. 30. Мимикрия у насекомых: 1 – несъедобная бабочка геликонида; 2 – подражающая ей бабочка пиерида

Однако всегда надо учитывать, что приспособленность относительна и любое приспособление помогает выживать лишь в тех условиях, в которых оно сформировалось. При изменении условий ранее полезный признак может превратиться во вредный и привести к гибели организма. Например, прекрасно летающий стриж имеет очень длинные узкие крылья, это привело к тому, что он не может взлетать с ровных поверхностей и, если ему не с чего спрыгнуть – погибает. Этот факт, как и многие другие, свидетельствует о том, что приспособленность носит относительный характер.

99. К каким биологическим последствиям может привести приобретение популяциями и видами новых приспособительных признаков?

Приспособительными признаками являются защитные окраска и форма тела, мимикрия и т.п.
Так, например, в промышленных районах Европы, где кора деревьев загрязнена сажей и копотью, темноокрашенные особи насекомых вытеснили светлоокрашенных особей. Это объясняется тем, что светлые насекомые хорошо заметны на темном фоне и преимущественно их поедают птицы. В сельских районах, наоборот, темные насекомые хорошо заметны на светлых, незагрязненных стволах.
Мокасиновая змея благодаря окраске чешуи практически незаметна среди сухих листьев; некоторые богомолы повторяют цвет и форму цветков или листьев; гусеницы пяденицы неразличимы среди засохших веточек. Мастерами камуфляжа являются многие виды камбалы, которые могут менять окраску в зависимости от цвета дна.
Многие ядовитые животные ярко окрашены, что предостерегает хищников об опасности.
Некоторые безобидные животные выработали признаки, делающие их похожими на опасные виды. Это защищает их от нападения хищников. Такие приспособления получили название мимикрии. Например, бабочка данаида питается растениями, вызывающими у животных рвоту. Яркой окраской она предостерегает животных о своей несъедобности. У бабочки нимфалиды в процессе естественного отбора сформировалась сходная окраска, поэтому хищники избегают и ее. Муха журчалка окраской, поведением и жужжанием подражает пчелам. Это гарантирует мухе полную неприкосновенность.

100. Объясните возможные причины возникновения предостерегающей окраски у насекомых.

Многие ядовитые животные имеют предостерегающую окраску, предупреждающую хищников о том, что они несъедобны или даже опасны. Например, у бабочек-медведиц одни железы вырабатывают яд, а другие выделяют вещества с сильным неприятным запахом. Этот пример иллюстрирует действие естественного отбора, совершенствующего полезные приспособления, который обеспечивает преимущественное выживание наиболее приспособленных форм.

101. Дайте характеристику основных критериев вида. Почему для определения видовой принадлежности необходимо учитывать несколько критериев вида?

Вид представляет собой основную структурную единицу в системе живых организмов. Однако определить принадлежность особей к одному виду иногда бывает трудно. Для этого используется целый ряд критериев.

1. Морфологический критерий – это главный критерий, использовавшийся до середины нашего века. Он основывается на внешних различиях между видами животных или растений. Однако иногда встречаются виды-двойники, которые внешне почти не отличаются друг от друга.

2. Географический критерий основан на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (ареала). Однако существуют виды, занимающие огромные пространства. Кроме того, многие близкие виды занимают практически одни и те же ареалы.

3. Экологический критерий предполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения и т.д., то есть занимает собственную экологическую нишу. Однако некоторые виды занимают очень близкие экологические ниши. Кроме того, часто один и тот же вид, обитающий на большой территории, занимает в разных районах ареала различные ниши.

4. Этологический критерий основан на том, что поведение животных разных видов различно. Но этот критерий нельзя считать абсолютным, так как поведение многих близких видов почти одинаково.

5. Генетический критерий основан на главном свойстве вида – его генетической изоляции: животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой. Если же такое иногда и происходит, то потомство, как правило, нежизнеспособно и, во всяком случае, бесплодно из-за того, что хромосомы у разных видов несовместимы и не могут конъюгировать во время мейоза. Но и этот критерий нельзя считать абсолютным, так как межвидовые гибриды в природе иногда встречаются, особенно среди растений.

Таким образом, определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основе совокупности всех или большинства критериев.

102. Какие способы образования новых видов вы знаете? Приведите примеры.

Основным фактором образования новых видов является изоляция популяций. Пока особи различных популяций могут хотя бы иногда скрещиваться, то есть обмениваться генами, вид остается целостной системой. Но если связь между популяциями прервется, они постепенно смогут развиться в отдельные виды. Наиболее распространенной и изученной является географическая (пространственная) изоляция, когда между популяциями возникают преграды в виде гор, водных пространств и т.д. (рис. 31).

Рис. 31. Географически разделенные популяции большой синицы (Parus major). А – популяция синиц с зеленой окраской спинки в Западной Евразии; Б – популяция синиц с серой окраской спинки в Южной Азии; В – гибридные зоны между этими популяциями в Иране и Южном Китае

Иногда случается, что отделившаяся популяция в силу случайных причин имеет другую частоту аллелей, чем исходная, т.е. происходит дрейф генов. Например, некий аллель встречается в популяции в 1% случаев. Допустим, что 10 животных из этой популяции были занесены на изолированный остров и там образовали новую популяцию. Если среди этих десяти животных одно было носителем данного аллеля, то его частота в новой популяции будет составлять уже 10%. Если же не было ни одного, то в образовавшейся популяции этот аллель будет отсутствовать.
Кроме того, в изолированной популяции могут возникать мутации, которые не наблюдаются в других популяциях. Наконец, в различных условиях может по-разному сказываться влияние естественного отбора. Со временем генофонды этих популяций будут различаться настолько, что скрещивание между ними станет невозможным и произойдет образование нового вида. Наглядным примером видообразования вследствие географической изоляции можно считать эндемичные виды озера Байкал, которое около 20 млн лет изолировано от других водоемов. Там обитает множество видов живых организмов, более нигде на Земле не встречающихся. Такую же картину можно наблюдать на многих островах Океании.
Кроме географической возможна экологическая изоляция, когда популяции занимают различные экологические ниши (местообитания в пределах одного водоема или леса, сроки размножения и т.д.). В этом случае скрещивание также становится невозможным, что приводит к образованию новых видов.
Существует и так называемое внезапное видообразование из-за возникновения полиплоидии или крупных хромосомных мутаций. Образовавшиеся особи уже не способны скрещиваться со своими родичами и образуют новую генетически изолированную систему.

103. Обоснуйте одновременное существование в природе высших и низших организмов.

Далеко не все виды живых организмов эволюционируют. Многие из них, хорошо приспособленные к условиям окружающей среды, сохраняются в неизменном виде в течение многих миллионов лет. Они не подвергаются действию движущего отбора, а стабилизирующий отбор способствует сохранению всех основных признаков популяций и вида в целом. Наоборот, виды плохо приспособленные к окружающим условиям, подвергаются интенсивному действию отбора, быстро эволюционируют и дают начало более высокоорганизованным видам. Так, приматы, в том числе и человек, произошли от низкоорганизованных насекомоядных млекопитающих. Поэтому на Земле обитают как высокоорганизованные, сравнительно недавно появившиеся виды, так и примитивные, возникшие много десятков миллионов лет тому назад.
Кроме того, для существования биосферы необходимо наличие многих видов, стоящих на самых различных ступенях организации. Так жизнь на Земле не могла бы существовать без примитивных организмов – бактерий и грибов, которые являются редуцентами, – важнейшим звеном в круговороте элементов, а также без одноклеточных океанских водорослей, производящих значительную часть кислорода атмосферы.

104. Охарактеризуйте понятие «популяция». Что объединяет особи в одну популяцию?

Популяцией называется совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Ввиду того, что живые организмы, входящие в одну популяцию, свободно скрещиваются между собой, можно говорить о генофонде популяции. В каждом поколении отдельные особи вносят больший или меньший вклад в общий генофонд в зависимости от их приспособительной ценности. Неоднородность организмов, входящих в популяцию, создает условия для действия естественного отбора, поэтому популяция считается наименьшей эволюционной единицей, с которой начинаются эволюционные преобразования вида. Популяция таким образом представляет собой надорганизменную форму организации жизни.
Популяция, однако, не является полностью изолированной группой. Иногда происходит скрещивание с особями других популяций. Если же популяция окажется полностью изолированной, она может дать начало новому подвиду, а впоследствии и виду.

105. Расскажите о половой, возрастной структуре популяций растений, животных.

Каждая популяция животных или растений состоит из особей разного пола и различного возраста. Соотношение численности этих особей может быть различно в зависимости от времени года, природных условий и т.д. Половой структурой популяции называется соотношение организмов мужского и женского пола, от которого зависит интенсивность размножения. Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп и тоже определяет способность популяции к размножению в данный момент, а также показывает, чего можно ожидать в этом отношении в будущем. Обычно в быстро растущих популяциях значительную часть составляют молодые особи, в стабильных популяциях распределение возрастных групп более или менее равномерно, а в популяциях с уменьшающейся численностью больше старых особей. Обычно в популяции существует тенденция к установлению стабильной возрастной структуры, и если это состояние временно нарушается, то при восстановлении прежних условий возрастная структура вновь будет стремиться к прежнему состоянию.

106. Что вам известно о пространственной структуре популяции? Дайте характеристику оседлому и кочевому образу жизни.

Расселение особей популяции в пространстве ее обитания может быть равномерным или групповым. Равномерное расселение происходит там, где между особями очень сильна конкуренция или существует антагонизм. Чаще всего наблюдается образование различного рода скоплений. Так, животные объединяются в пары или группы (например, прайд у львов, состоящий из нескольких родственных самок с потомством и возглавляющего их самца), растения образуют вегетативные клоны, каждый из которых является вегетативным потомством одного растения. Часто пространственная структура популяции определяется условиями среды, в которой она существует. Например, светолюбивые растения в лесу будут образовывать скопления в тех местах, где деревья растут реже.
Если популяция животных в течение длительного времени постоянно обитает на одной и той же территории, ее образ жизни называется оседлым. Если же она совершает относительно недалекие передвижения в поисках пищи, мест отдыха и т.д., такой способ существования называют кочевым. Например, животные кочуют из мест размножения к местам зимовок и наоборот. Часто кочевки приурочены к определенному времени года или суток. Так, водные животные в разное время суток находятся на разной глубине. Кочевки следует отличать от миграций, при которых происходят перемещения на большие расстояния чаще всего по определенным путям (например, перелеты птиц).

107. Расскажите о гомеостазе и динамике численности популяций.

Численность популяции определяется соотношением рождаемости и смертности составляющих ее особей. Если на протяжении достаточно длительного времени эти показатели равны, численность популяции не изменяется и она находится в состоянии гомеостаза. Количество особей в такой популяции зависит от многих факторов среды обитания (кормовые ресурсы, количество хищников или паразитов и т.д.). Если показатели рождаемости и смертности не равны между собой, численность популяции постепенно меняется. Когда за определенный период времени рождается больше особей, чем умирает, наблюдается положительная динамика численности. Это происходит, например, в том случае, когда популяция заселяет новую, благоприятную для нее среду. В противном случае имеет место отрицательная динамика, численность популяции сокращается вплоть до того, что она может прекратить свое существо-вание.
Состояние гомеостаза, однако, не означает, что численность популяции всегда одинакова – она не изменяется только в среднем. Вокруг этого среднего уровня могут происходить колебания, так называемые флуктуации, которые возникают либо в результате изменений среды, либо в результате взаимодействий особей популяции между собой или с организмами других популяций. Флуктуации могут быть сезонными (например, повышение численности в период размножения и постепенное ее снижение до начала следующего периода) или годичными (увеличение численности в годы с благоприятными условиями жизни и ее снижение при неблагоприятных условиях). Часто такое периодическое увеличение и снижение численности происходит через довольно постоянные промежутки времени. Например, популяционные циклы многих грызунов длятся обычно четыре года.

108. Приведите доказательства того, что популяция является единицей эволюции.

Продолжительность жизни любой отдельной особи в сопоставлении с временным масштабом эволюции настолько мала, что ее индивидуальный генотип не может играть какого-либо значения в эволюционном процессе. Поэтому реальные эволюционные сдвиги могут происходить только в популяциях, которые существуют в течение длительного времени. Популяция характеризуется относительной генетической обособленностью от других популяций того же вида и обладает общим генофондом, обеспечивающим генотипическое сходство входящих в нее особей. Но у отдельных особей популяции иногда возникают наследственные изменения, которые в результате свободного скрещивания распространяются в популяции. В результате этого внутри популяции создается генетическая неоднородность, которая создает условия для естественного отбора. Следовательно, популяция представляет собой элементарную эволюционную единицу.

109. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов. Каковы причины, препятствующие смешиванию популяций?

Основными причинами, обуславливающими различную частоту определенных генов (вернее, аллелей), среди популяций одного вида являются независимое появление в них мутаций различного типа и дрейф генов. Последний может возникнуть при отделении новой популяции от родительской из-за того, что процент определенных аллелей среди отделившихся особей будет иным, чем в исходной популяции. (См. ответ на вопрос 102.)
Второй причиной генетического дрейфа являются волны (флуктуации) численности популяций. Флуктуации могут быть сезонными (например, повышение численности в период размножения и постепенное ее снижение до начала следующего периода) или годичными (увеличение численности в годы с благоприятными условиями жизни и ее снижение при неблагоприятных условиях).
После очередного спада численности популяции оставшаяся часть особей отличается по генетическому составу от прежней, многочисленной, популяции, т.к. часть мутаций может полностью исчезнуть из популяции, а другая часть – возрасти. Поскольку такие изменения носят случайный характер, их результат в других популяциях будет совершенно иным.
Главной причиной, препятствующей смешиванию популяций, является их пространственная или экологическая изоляция. Наиболее распространенной и изученной является географическая (пространственная) изоляция, когда между популяциями возникают преграды в виде гор, водных пространств и т.д. Кроме географической, возможна экологическая изоляция, когда популяции занимают различные экологические ниши (местообитание в пределах одного водоема или леса, сроки размножения и т.д.). В этом случае скрещивание также становится невозможным, что приводит к образованию новых видов.

110. Сопоставьте понятие «популяция» с понятием «вид». Установите связь между ними.

Популяция является частью вида, но она значительно более однородна по генотипическому составу, т.к. между ее особями постоянно происходит обмен генами, что не типично для представителей всего вида в целом. Кроме того, генетическая обособленность популяции является относительной. При нарушении изоляции между различными популяциями их особи могут скрещиваться, т.е. происходит взаимный обмен генами. В результате популяции через некоторое время смешаются. Вид же представляет собой генетически замкнутую систему. Это означает, что представители одного вида не могут скрещиваться с животными и растениями других видов, а, следовательно, мутация, возникшая внутри одного вида, никогда не выйдет за его пределы.
Промежуточной формой между популяцией и видом является подвид, который представляет из себя группу популяций, заметно отличающуюся от других групп того же вида по генотипу и фенотипу. Иногда подвид образован только одной популяцией, что характерно для организмов, обитающих на изолированных островах.

111. Каковы главные направления биологической эволюции? Проиллюстрируйте их примерами.

Основными направлениями эволюционного процесса являются биологический прогресс и регресс.
Биологический прогресс означает успех данной группы живых организмов в борьбе за существование, что сопровождается повышением численности особей этой группы, расширением ее ареала и распадением на более мелкие систематические единицы (отряды на семейства, семейства на роды и т.д.). Все эти явления взаимосвязаны, т.к. увеличение численности требует расширения ареала, а в результате заселения новых мест обитания возникает идиоадаптация, что приводит к образованию новых подвидов, видов, родов и т.д.
Биологическим регрессом называют упадок данной группы живых организмов из-за того, что она не смогла приспособиться к изменениям условий среды или была вытеснена более удачливыми конкурентами. Для регресса характерно уменьшение числа особей в данной группе, сужение ее ареала и уменьшение количества входящих в нее более мелких систематических единиц. Регресс в конце концов может привести к полному вымиранию данной группы.
Прогресс достигается с помощью ароморфозов, идиоадаптаций или общей дегенерации, которые в свою очередь также можно рассматривать как главные направления эволюции (рис. 32).

Рис. 32. Видообразование у медведей, обусловленное различными факторами среды: 1 – белый медведь Арктики; 2 – горный медведь гризли; 3 – бурый лесной медведь

Ароморфозом (морфофизиологическим прогрессом) называется эволюционное преобразование строения и функций организма, повышающее общий уровень его организации, но не имеющее узкоприспособительного значения к условиям окружающей среды. Наиболее крупными ароморфозами, возникшими еще в докембрии, были возникновение фотосинтеза, появление многоклеточных организмов и полового размножения.
Идиоадаптацией называется частное приспособление организмов к определенному образу жизни в конкретных условиях внешней среды. В отличие от ароморфоза идиоадаптация существенно не сказывается на общем уровне организации данной биологической группы. Благодаря формированию различных идиоадаптаций животные близких видов могут жить в самых различных географических зонах.
В некоторых случаях переход организмов в новые, обычно более простые, условия существования сопровождается упрощением их строения, т.е. общей дегенерацией.

112. Приведите доказательства взаимосвязи основных направлений эволюции.

Ароморфозы возникают в эволюции значительно реже и быстрее, чем идиоадаптации или общая дегенерация. Ароморфозы определяют крупные вехи в истории живой природы, поднимая организацию группы организмов на более высокий уровень и открывая для нее новые пути для освоения внешней среды. После очередного ароморфоза развитие продолжается путем идиоадаптаций, когда новая, более высоко организованная группа осваивает всю доступную для нее среду обитания. В некоторых случаях переход организмов в новые, обычно более простые, условия существования сопровождается упрощением их строения, т.е. общей дегенерацией. Таким образом, каждый ароморфоз открывает новые возможности для последующих идиоадаптаций. Идиоадаптацией называется частное приспособление организмов к определенному образу жизни в конкретных условиях внешней среды. В отличие от ароморфоза идиоадаптация существенно не сказывается на общем уровне организации данной биологической группы. Благодаря формированию различных идиоадаптаций животные близких видов могут жить в самых различных географических зонах. Развитие ароморфозов и идиоадаптаций объясняется одними и теми же эволюционными механизмами, различающимися только по своему значению в целом. Так, у кистеперых рыб появление легких представляло собой идиоадаптацию, благодаря которой они могли существовать в воде с пониженным содержанием кислорода. Для их потомков позвоночных, вышедших на сушу, развитие легочного дыхания стало ароморфозом.

113. Раскройте содержание понятия «идиоадаптация» и на конкретных примерах покажите значение этого явления для эволюции.

Идиоадаптацией называется частное приспособление организмов к определенному образу жизни в конкретных условиях внешней среды. В отличие от ароморфоза идиоадаптация существенно не сказывается на общем уровне организации данной биологической группы. Благодаря формированию различных идиоадаптаций животные близких видов могут жить в самых различных географических зонах (рис. 33). Например, представителей семейства волчьих можно встретить на всей территории от Арктики до тропиков, что значительно снижает конкуренцию между видами. Идиоадаптация обеспечила этому семейству значительное расширение ареала и увеличение числа видов, что является критерием биологического прогресса. Но при этом ни про один вид нельзя сказать, что он находится на более высоком уровне эволюции, чем другие. Примерами идиоадаптаций могут служить различные типы клювов у птиц в связи с типом пищи и способом ее добывания или различные приспособления к опылению и распространению семян у растений. В результате идиоадаптаций возникают мелкие систематические группы (до семейств включительно).

Рис. 33. Конвергентное развитие формы тела и плавников у акулы (1), ихтиозавра (2) и дельфинов (3, 4)

114. Охарактеризуйте понятие «ароморфоз». Раскройте его значение для эволюции, приведите примеры.

Ароморфозом (морфофизиологическим прогрессом) называется эволюционное преобразование строения и функций организма, повышающее общий уровень его организации, но не имеющее узкоприспособительного значения к условиям окружающей среды. Наиболее крупными ароморфозами, возникшими еще в докембрии, были возникновение фотосинтеза, появление многоклеточных организмов и полового размножения. В числе крупных ароморфозов можно назвать также развитие гомойотермии (поддержания постоянной температуры тела) у птиц и млекопитающих, возникновение живорождения и выкармливания детенышей молоком у млекопитающих, переход к размножению семенами у семенных растений и т.п. Эволюция кровеносной системы от трубчатого сердца к четырехкамерному также шла путем ряда последовательных ароморфозов.
Ароморфозы имеют широкое приспособительное значение и предоставляют возможности для освоения новой среды обитания. Так, появление у пресмыкающихся яйца в яйцевых оболочках позволило им освоить даже засушливые местобитания, тогда как их предки земноводные должны были, по крайней мере на период размножения, уходить в воду.

115. Приведите примеры биологического прогресса и регресса, раскройте значение этих процессов для эволюции.

См. ответ на вопрос 111.
В процессе эволюции многие виды и более крупные систематические единицы обнаруживали заметный прогресс, который затем сменялся регрессом. Так, в каменноугольном периоде прогрессировали споровые растения (псилофиты) и земноводные. Затем наступил их регресс, который сопровождался прогрессом голосеменных растений и пресмыкающихся. Наконец, в кайнозое и эти группы подверглись регрессу, в результате чего численность их особей и систематических групп резко сократилась, а некоторые отряды (динозавры) исчезли вовсе. Наступил прогресс покрытосеменных растений, млекопитающих и птиц. В настоящее время в результате антропогенного давления на среду происходит регресс многих видов животных, в первую очередь крупных млекопитающих. Напротив, виды, приспособившиеся к деятельности человека (серая крыса, ворона, таракан) могут обнаруживать тенденцию к прогрессу.

116. Объясните причины конвергенции, дивергенции, параллелизма и проиллюстрируйте примерами данные явления.

Конвергенцией называется развитие сходных признаков у разных групп живых организмов при существовании в близких условиях. Такое сходство называется аналогией, а органы, выполняющие одинаковые функции, – аналогичными. Так, например, акула, дельфин и ихтиозавр имеют схожую форму тела (рис. 34). Крыло птицы и крыло бабочки являются аналогичными органами, т.к. служат для одной и той же функции – полета, хотя и имеют совершенно различное эволюционное происхождение. В Австралии эволюция сумчатых привела к формированию многих видов, конвергентных с видами высших млекопитающих, обитающими на других континентах (волк – сумчатый волк, крот – сумчатый крот и т.д.).

Рис. 34. Схема эволюционных преобразований:
а1 – а4 – ароморфозы (подъем на более высокий уровень; плоскости II и III); b1 – b3 – идиоадаптация (показано в виде отклонений в пределах плоскостей); S – специализация: r1 – r2 морфофизиологический регресс показан в виде спуска на нижележащую плоскость

Дивергенция – это расхождение признаков организмов в ходе их эволюции от общего предка. В результате дивергенции органы, имеющие общее происхождение, могут стать совершенно непохожими по выполняемым функциям и внешнему виду. Так, различаются, например, крыло птицы, нога лошади, ласт тюленя и рука человека, несмотря на то, что все они образовались из пятипалой конечности, план строения которой одинаков у всех наемных позвоночных. Такие органы называются гомологичными.
Параллелизмом называют независимое развитие сходных признаков в эволюции близкородственных групп организмов, в результате чего вторично приобретенное сходство разных групп накладывается на их сходство, обусловленное общностью происхождения. Так, например, у нескольких групп летающих насекомых передние крылья преобразовались в жесткие надкрылья. Параллелизм может объясняться тем, что в генофондах родственных видов закономерно появляются сходные мутации, что хорошо иллюстрирует закон гомологических рядов Н.И. Вавилова.

117. Каковы доказательства эволюции органического мира?

Доказать, что в живой природе осуществляется историческое развитие и что виды образуются в результате изменения других видов можно, в частности, с помощью результатов палеонтологических исследований. Исследуя историю развития лошадей, В.О. Ковалевский показал, что предком современной лошади было мелкое пятипалое животное, жившее 60–70 млн лет назад. Он обнаружил последовательные ряды ископаемых животных, на которых можно проследить, как происходила их эволюция: постепенное уменьшение числа пальцев, увеличение размера тела, изменение формы черепа и строения зубов. Такие ряды видов, постепенно сменяющих друг друга, называются филогенетическими. Они являются свидетельством эволюционного процесса. Важным свидетельством в пользу эволюции служит также существование переходных форм, сочетающих признаки древних и более новых групп (кистеперые рыбы, семенные папоротники, яйцекладущие млекопитающие).
К эмбриологическим доказательствам эволюции можно отнести биогенетический закон Геккеля–Мюллера, который утверждает, что онтогенез есть краткое и сжатое повторение филогенеза этого вида и сходство зародышевого развития, заключающееся в том, что зародыши даже достаточно отдаленных видов в раннем онтогенезе обладают сходным строением. Большое значение имеет также существование рудиментарных органов, т.е. таких органов, которые были развиты у предковых видов, а у их потомков сохраняются лишь в зачаточном состоянии (остатки задних конечностей у кита, мышцы, двигающие ушную раковину у человека). У отдельных индивидов рудиментарные органы могут развиваться до нормальных размеров. В этом случае они носят название атавизмов.
Наконец, сравнение животного и растительного мира разных континентов, показывающее, что различия между ними тем больше, чем древнее и сильнее их изоляция друг от друга, дает основания для биогеографического доказательства эволюции.

118. Раскройте сущность биогенетического закона Ф.Мюллера и Э.Геккеля.

Во второй половине XIX в. немецкие ученые Ф.Мюллер и Э.Геккель установили закон соотношения онтогенеза, который позже получил название биогенетического закона. Этот закон утверждает, что каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида (филогенез), т.е. онтогенез есть краткое и сжатое повторение филогенеза этого вида. Биогенетический закон позволяет использовать данные, полученные при изучении развития зародышей, для понимания хода эволюции. Но поскольку короткий онтогенез не может воспроизвести все стадии филогенеза, длившегося сотни миллионов лет, то в нем воспроизводятся лишь отдельные эволюционные этапы. У позвоночных на ранних стадиях эмбрионального развития наблюдается большое сходство между представителями различных классов: у всех имеется головной туловищный и хвостовой отделы, зачатки конечностей и жабр. Но в дальнейшем у рыб из зачатков жаберных дуг образуется жаберный аппарат, а у млекопитающих – совершенно иные органы (хрящи гортани и трахеи). Таким образом в онтогенезе млекопитающих повторяется не строение взрослых рыб, а строение закладок эмбриональных органов.

119. Дайте краткую характеристику эволюции животных в палеозойскую эру.

Палеозойская эра продолжалась около 450 млн лет и закончилась приблизительно 230 млн лет назад. Она включает шесть периодов: кембрий, ордовик, силур, девон, карбон и пермь. В начале эры из-за повышения солености морей животные, усваивая минеральные соли, смогли образовывать жесткий скелет. Начиная с этого времени сохраняется значительно больше ископаемых остатков, благодаря чему наши знания о жизни в это время значительно полнее, чем о предыдущих эпохах.
В кембрий жизнь существовала исключительно в морях, где обитали уже все известные типы животных. Большого распространения достигли древнейшие членистоногие – трилобиты, а также кишечнополостные, моллюски и иглокожие. В конце ордовика происходит выход жизни на сушу: первые споровые растения (псилофиты) начинают заселять берега пресных водоемов. В морях распространяются полухордовые животные, напоминающие современного ланцетника.

Рис. 35. Ископаемые остатки силурийского трилобита, обитавшего в морях более 500 млн лет назад

Основными характеристиками силура можно считать расцвет моллюсков и членистоногих, а также появление первых позвоночных – панцирных «рыб», которые на самом деле принадлежали к другому классу позвоночных – круглоротым (рис. 35). В это же время продолжается заселение суши растениями, а в конце силура–начале девона на суше появляются и первые животные. Ими были паукообразные, похожие на современных скорпионов. В девоне в морях появляются настоящие рыбы, а затем происходит окончательное заселение суши растениями (сначала плауны, хвощи и папоротники, а затем голосеменные) и возникают первые леса. Тогда же на суше появляются первые позвоночные. Вначале они представлены земноводными, которые достигают расцвета в карбоне, но затем, в перми, когда климат становится более засушливым, постепенно вытесняются пресмыкающимися, способными не просто выходить на сушу, но и удаляться от воды на значительные расстояния.

120. Какие крупные изменения в развитии живых организмов наблюдались в мезозойскую эру и каково их значение для эволюции?

Мезозойская эра закончилась 65–70 млн лет назад. Она продолжалась около 170 млн лет и включала три периода: триасовый, юрский и меловой. Эту эру называют эрой пресмыкающихся, которые широко распространились по Земле и достигли огромного разнообразия (рис. 36–37). Они заселили всю сушу и водоемы, а некоторые даже освоили воздушное пространство. Наибольшего распространения, по крайней мере среди пресмыкающихся суши, достигли динозавры. В триасе размеры динозавров были относительно небольшими – не более 6 м в длину, но в юрском периоде, когда они стали настоящими властелинами планеты, среди них появились гиганты. Так, самые крупные из известных наземных животных – брахиозавры – достигали более 30 м в длину и весили до 50 т. После бурного расцвета динозавров внезапно в конце мелового периода началось их быстрое вымирание. Причины этого явления до сих пор окончательно не установлены. Скорее всего, это связано с тем, что в меловом периоде происходили резкие колебания климата и уменьшилось количество растительной пищи.

Рис. 36. Морские ящеры мезозоя: 1 – ихтиозавр; 2 – мезозавр

Рис. 37. Мезозойские рептилии: 1 – трицератопс; 2 – стиракозавр

В триасовом периоде появились первые теплокровные животные – примитивные млекопитающие, а в юрском – птицы, представляющие собой ветвь пресмыкающихся, приспособившихся к полету. Особенно большое сходство с пресмыкающимися имела юрская первоптица – археоптерикс.
Среди растений на протяжении почти всего мезозоя господствовали голосеменные, однако в начале мелового периода появились цветковые (покрытосеменные) растения. Имея значительные преимущества перед голосеменными в борьбе за существование (двойное оплодотворение, обеспечение зародыша большим количеством питательных веществ, защита его околоплодником), цветковые растения начали быстро и широко распространяться.

121. Раскройте причины биологического процветания земноводных в каменноугольный период.

Для каменноугольного периода (карбона) характерен влажный и теплый климат. Земля была покрыта мелкими морями и огромными заболоченными территориями. Еще не было сезонных колебаний погоды и в условиях постоянного лета развились обширные и густые тропические леса, состоящие в основном из папоротников, хвощей и плаунов.
Первые позвоночные, потомки кистеперых рыб, вышли на сушу еще в конце девона. Будучи способными к передвижению по суше и к дыханию атмосферным кислородом, эти животные могли на некоторое время удаляться от воды, что и привело к появлению нового класса животных – земноводных (амфибий). Климат каменноугольного периода способствовал процветанию земноводных. Появились стегоцефалы и лабиринтодонты, напоминавшие внешним видом современных тритонов и саламандр. Эти животные жили на суше, у них развились настоящие пятипалые конечности с плечевым и бедренным суставами, усовершенствовалось легочное дыхание. Но амфибии размножались с помощью выметываемой в воду икры, не могли освоить удаленные от воды территории, и по этой причине их господство на Земле было непродолжительным. Пресмыкающиеся, появившиеся примерно через 50 млн лет после амфибий, стали их быстро вытеснять, особенно в пермском периоде, когда влажность сильно уменьшилась и климат стал засушливым.

122. Какие крупные изменения в развитии живых организмов наблюдались в кайнозойскую эру и каково их значение для эволюции?

Кайнозойская эра началась почти 70 млн лет назад и продолжается до настоящего времени. Это время преобладания цветковых растений, насекомых, птиц и млекопитающих. Млекопитающие существовали еще в период господства динозавров, но их расцвет начался после вымирания этих ящеров в первом периоде кайнозоя (в палеогене), когда они заняли практически все освободившиеся экологические ниши на суше, в воде и в воздухе. Уже в палеогене возникли все современные отряды млекопитающих. Растительный мир в эпоху палеогена и следующего за ним периода – неогена характеризуется прогрессом покрытосеменных растений, возникновением их новых систематических трупп.
В последнем периоде кайнозое, антропогене, живая природа принимает современный вид. В это время происходит заметное похолодание. Северное полушарие Земли четыре раза подвергается оледенению. Вымирают мамонты, саблезубые тигры и многие другие крупные животные. В антропогене появился и широко расселился по Земле человек.
Примечание: в некоторых учебниках палеоген и неоген объединяются под общим названием «третичный период», а антропоген носит название «четвертичного периода».

123. Объясните, какие эволюционные преимущества имели млекопитающие животные.

В течение первых 150 млн лет своего существования первые млекопитающие, еще мелкие и несовершенные животные, не обнаруживали заметного прогресса, т.к. не могли успешно конкурировать с господствовавшими пресмыкающимися. В конце мелового периода возникли сумчатые и плацентарные млекопитающие. Целый ряд ароморфозов (постоянная температура тела, вынашивание детенышей в теле матери и питание их через плаценту, более развитый мозг с корой больших полушарий) обеспечили млекопитающим в кайнозойскую эру меньшую зависимость от внешней среды, что является большим преимуществом в борьбе за существование. После вымирания динозавров млекопитающие занимают освободившиеся экологические ниши и начинают быстро эволюционировать, обнаруживая все признаки биологического прогресса. В результате адаптивной радиации образуется большое количество отрядов и семейств этого класса. Наибольшее количество семейств млекопитающих (140) существовало в конце палеогена. К настоящему времени, в значительной мере в связи с деятельностью человека, их число сократилось до 95.

124. Укажите важнейшие факторы эволюции человека и на конкретных примерах раскройте значение каждого из них.

Рис. 38. Сравнительный ряд скелетов: 1 – горилла; 2 – неандерталец; 3 – современный человек

Эволюционное отделение ветви, приведшей к появлению современных людей, произошло от 15 до 6 млн лет назад. Основными тенденциями в развитии человека были прямохождение, увеличение объема мозга и усложнение его организации, развитие руки, удлинение периода роста и развития (рис. 38). Развитая рука с хорошо выраженной хватательной функцией позволила человеку успешно использовать, а затем и изготавливать орудия, что дало ему преимущества в борьбе за существование, хотя по своим физическим качествам он значительно уступал другим животным. Важнейшей вехой в развитии человека было приобретение умения сначала использовать и поддерживать, а затем и добывать огонь. Сложная деятельность по изготовлению орудий, добыванию и поддержанию огня и т.д. не могла обеспечиваться врожденным поведением, а требовала индивидуального обучения. Поэтому возможности обмена сигналами требовали значительного расширения и появилась речь – фактор, принципиально отличающий человека от других животных. Важно, что появление новых функций в свою очередь способствует ускоренному развитию. Так, использование рук для охоты и защиты и питание размягченной на огне пищей сделало ненужным наличие мощных челюстей, что позволило увеличить объем мозговой части черепа за счет его лицевой части и обеспечить дальнейшее развитие умственных способностей человека. Возникновение речи способствовало развитию более совершенной структуры сообщества, разделению обязанностей между его членами, что также давало преимущества в борьбе за существование.

Продолжение следует