Г. Е. Дементьева

Повторение и обобщение материала по теме: «Эволюционное учение»

Цели урока:

– ознакомить учащихся с жизнью и творчеством великого английского ученого Чарльза Дарвина;
– систематизировать, закрепить и обобщить знания о виде, популяции, движущих силах эволюции, механизмах видообразования, главных направлениях эволюции, характерных признаках микро- и макроэволюции;
– стимулировать интеллектуальную деятельность учащихся, развивать умения систематизировать, сравнивать, высказывать собственную точку зрения.

Оборудование и материалы: портрет Ч.Дарвина; таблицы и схемы к лабораторным работам по ароморфозам, идиоадаптациям и дегенерации; видеофильм о приспособленности организмов к условиям обитания.

Ход урока

«Наука – это драма идей». Эти слова принадлежат великому физику XX в. Альберту Эйнштейну. Творцы открытий – люди, виновники ошибок – люди. На арене науки сражаются, соревнуются, отстаивают свою правоту идеи, теории и гипотезы, созданные людьми. Сегодня мы будем говорить о величайшем открытии XIX в. – теории естественного отбора Ч.Дарвина.

Жизнь и творчество Ч.Дарвина

Если мы позволим себе волю воображения, может вдруг оказаться, что животные – наши братья по боли, болезням,
смерти, страданиям и бедствиям, наши рабы в самой тяжелой работе, спутники в развлечениях –
разделяют с нами происхождение от общего предка – и все мы слеплены из той же глины.

Ч.Дарвин

В автобиографии Дарвин писал: «Довольно рано я прочел оказавшийся у товарищей том «Чудес природы» и нередко вступал с другими мальчиками в споры относительно правильности сообщаемых в этой книге сведений. К концу моей школьной жизни мой брат увлекся химией и устроил порядочную лабораторию с самодельными аппаратами в чулане. Он позволял прислуживать ему при опытах. Я очень интересовался этим, и наши занятия нередко затягивались до глубокой ночи. Эти занятия имели наиболее глубокое образовательное значение из всего того, чему я научился в школьные годы. Они на практике познакомили меня со значением экспериментальной науки».

Учеба в Кембридже шла вяло. Изучать богословские догмы Дарвину было скучно. Зато он с головой окунулся в любимое занятие – изучение природы. Этому способствовало знакомство с крупными учеными-естествоиспытателями, жившими в этом научном центре.

Экспедиция на корабле «Бигль» (сообщение учащегося)

Книга «Введение в философию естествознания» профессора Генсло пробудила в Дарвине горячее желание своими скромными силами хоть сколько-нибудь содействовать возведению величественного здания естествознания. Такая возможность представилась ему после окончания университета. Он был рекомендован профессором Генсло в качестве натуралиста на корабль «Бигль», отправлявшийся в кругосветное путешествие.

«Бигль» снаряжался военным министерством Великобритании для осуществления топографических и гидрологических исследований в районе Южно-Американского континента и Фолклендских островов. Именно туда обратило свои взоры правительство Великобритании, чтобы найти территории, которые бы еще больше раздвинули рамки колоний этой державы. Кроме того, «Бигль» должен был собрать налоги в Австралии, Новой Зеландии и других колониях.

Натуралист в этой экспедиции был не самым главным лицом. Ему даже не платили жалование. Более того, все научное оборудование он должен был купить сам. Условия не лучшие. Тем не менее, Чарльз охотно принял это предложение, хотя отец и другие родственники не одобряли его намерений.

27 декабря 1831 г. «Бигль» отправился из Девон-Порта. Он посетил остров Гран-Канария, острова Зеленого мыса, Рио-де-Жанейро, прошел вдоль восточного побережья Южной Америки с заходом на Фолклендские острова, много времени провел у берегов Патагонии, далее прошел мимо острова Огненная Земля, вдоль Западного побережья Южной Америки с заходом на острова Галапагосского архипелага, Таити, Маврикий, Мадагаскар, мыс Доброй Надежды, остров Святой Елены, снова к Южной Америке и оттуда в Англию. Путешествие продолжалось 5 лет (до 1836 г.).

Особую роль в становлении научных взглядов Дарвина сыграли палеонтологические находки в Патагонии. Изучая эти материалы, он пришел к мысли о существовании близкого родства между вымершими и современными ленивцами, муравьедами и броненосцами Южной Америки.

В результате подробного изучения флоры и фауны Галапагосских островов он пришел к выводу, что большинство видов животных и растений свойственны только этому архипелагу. В то же время, все они обнаруживают явное сходство с обитателями Южной Америки. Значит, они происходят от материковых видов, которые переселились на острова и приспособились к весьма своеобразным местным условиям существования.

Так впервые он ответил на вопрос о причинах возникновения специфических видов и их приспособленности к условиям обитания.

На острове Святой Елены Дарвин столкнулся с таким фактором воздействия на флору и фауну, как инородный вид. При колонизации острова сюда завезли свиней и коз. В течение десятилетий они полностью уничтожили густые леса, и на их месте развилась жесткая травянистая растительность. Вследствие этого изменилась и фауна острова. Вымерло 8 видов моллюсков.

В Австралии Дарвин столкнулся со своеобразным миром сумчатых, которые больше нигде не встречаются, хотя в Южной Америке и на юге Африке климат для них вполне подходящий. Оставалось предположить, что фауна Австралии развилась в условиях изоляции.

«Бигль» достиг берегов Англии 2 октября 1836 г. Материал, собранный Дарвином, был разнообразен и многочислен и представлял огромную ценность. В его обработке принимали участие, кроме Дарвина, другие крупные ученые Англии – зоологи, геологи. На Дарвине лежало общее руководство, написание вводных статей и монографий по некоторым группам (птицы, усоногие раки и др.)

И, наконец, самое главное. Выпускник богословского факультета, Дарвин перед отправлением в путешествие был верующим человеком. За 5 лет путешествия его мировоззрение резко изменилось: как в результате проведенных наблюдений, так и под влиянием идей геолога Лайеля, чью книгу «Основы геологии» он читал во время экспедиции, Дарвин приходит к заключению об историческом развитии органического мира. Из путешествия он вернулся убежденным в существовании вполне материальных причин эволюции.

В марте 1839 г. Дарвин женился на своей кузине Эмме Веджвуд, веселой, привлекательной, образованной женщине. Супружество оказалось счастливым. Эмма неутомимо ухаживала за больным мужем. Она была его опорой в жизни и не сомневалась в его добропорядочности даже тогда, когда Дарвин работал над теорией естественного отбора, атеистическую сущность которой она поняла раньше других. Ведь Эмма Дарвин была набожной, как все ее современницы.

Дарвин много лет работал над обоснованием своей теории. Он завершил ее приблизительно к 1858 г., но опубликовывать не торопился. В 1858 г. он получил письмо от Альфреда Рассела Уоллеса, работавшего в Малайе, с рукописью статьи, в которой Уоллес в сжатой форме изложил свою теорию естественного отбора. Эта теория во многом совпадала с выводами самого Дарвина. Это его ошеломило, и он пишет профессору Лайелю: «Ваши слова, что меня кто-либо опередит, оправдались с лихвой. Я никогда не видел более разительного сходства. Если бы у Уоллеса была моя рукопись… он не смог бы сделать более удачного и краткого обзора».

Лайель и ботаник Джозеф Гукер сумели найти тонкое и справедливое решение вопроса. По их предложению на заседании Линнеевского общества в том же 1858 г. были зачитаны обе работы. Затем по настоянию Лайеля и Гукера Дарвин начал готовить свою рукопись к публикации. Друзья считали, что он имеет на это право, т.к. сформулировал свою гипотезу еще во время кругосветного путешествия, а в последующие 22 года собирал факты, подтверждающие ее.

Оба ученых были благородными людьми. Они признавали вклад друг друга в теорию. Уоллес писал: «Я всегда сознавал и теперь сознаю, что господин Дарвин начал заниматься этим вопросом раньше меня и исполнение трудной задачи изложения происхождения видов не выпало на мою долю. Давно я уже испытывал свои силы и убедился, что их бы не хватило на эту трудную задачу. Я чувствую, что у меня нет такого неутомимого терпения при собирании многочисленных фактов, этой удивительной способности выводить заключения… наконец, того бесподобного слога, ясного и убедительного, – словом, всех тех качеств, которые делают из господина Дарвина человека совершенного и, быть может, наиболее способного для громадного труда, который он предпринял и выполнил».

А Дарвин говорил друзьям: «Лучше б я сжег свою книгу, только бы он (Уоллес) или кто-либо иной не счел мой поступок неблаговидным».

Труд Дарвина под названием «Происхождение видов путем естественного отбора» был опубликован 24 ноября 1859 г. Интерес к этой книге превзошел все ожидания. Весь тираж (1250 экз.) был раскуплен за один день. Еще при жизни Дарвина «Происхождение видов» выдержало 6 изданий и было переведено на все европейские языки, в том числе и на русский. Чарльз Дарвин скончался в 1882 г. и был похоронен как национальный герой в Вестминстерском аббатстве, в Лондоне, рядом с Исааком Ньютоном.

В чем сущность теории Дарвина?

Беседа

• Созданию Дарвином учения об эволюции органического мира способствовали определенные естественно-научные и экономические предпосылки. Назовите их.

• В XIX в. многие ученые не признавали идею эволюции органического мира. Приведите доказательства эволюции растений и животных. Какие из них можно считать прямыми, а какие косвенными?

• В середине XIX в. Дарвин создал эволюционную теорию, которая и сегодня признана большинством ученых мира. Назовите основные положения эволюционной теории Дарвина. Каковы результаты и движущие силы эволюции по Дарвину?

• Известно, что все организмы имеют сходную организацию молекулярных процессов. О чем это свидетельствует?

• Объясните с точки зрения К.Линнея, Ж.Б. Ламарка и Ч.Дарвина образование длинной шеи у жирафа и отсутствие органов зрения у слепыша.

• Во время кругосветного путешествия Ч.Дарвин в Южной Америке ознакомился с находками скелетов ископаемого гигантского ленивца и обнаружил их сходство со скелетами ныне живущих видов. Он описал различия в видовом составе фауны Северной и Южной Америки, обнаружил высокий процент эндемизма среди птиц и рептилий Галапагосского архипелага. Какие выводы можно сделать из этих его наблюдений?

• Проводя наблюдения в Дауне, Ч.Дарвин установил, что на одинаковых по площади участках почвы размещается большее число особей растений, если они принадлежат не к одному, а к нескольким видам. В чем причина таких различий?

Выводы

• Дарвин доказал, что в природных условиях приспособление организмов к среде и возникновение новых видов происходит при участии естественного отбора. Выживают и лучше размножаются те особи, которые имеют изменения, полезные для организма. Естественный отбор – это преимущественное выживание и размножение наиболее приспособленных.

• Причиной естественного отбора, по Дарвину, является постоянная борьба за существование. Дарвин различал три формы борьбы за существование: межвидовую, внутривидовую и борьбу с неблагоприятными условиями неорганической среды.

• Естественный отбор создает разнообразные приспособления организмов к окружающей среде.

Современное состояние эволюционного учения

(сообщение учащегося)

В развитии дарвинизма было три периода.

1. Романтический (с 1859 г. до середины XIX в.), когда эволюционное учение одержало победу над метафизическим подходом, что дало толчок к развитию новых областей науки: эволюционной палеонтологии, сравнительной анатомии, эволюционной эмбриологии и др. Пропагандистами и сторонниками учения Ч.Дарвина были Тимирязев, братья Ковалевские, Сеченов, Геккель, Мюллер и др.

2. Период отрицания (1900–1926). Становление и развитие генетики привело к противопоставлению ее дарвинизму. В это время эволюционное учение продолжает развиваться, а теория естественного отбора стала подвергаться жесточайшей критике. Этой теории были противопоставлены другие: мутационная (автор де Фриз), хромосомная (автор Томас Морган), миграционная, гибридизационная теории, которые утверждали, что виды образуются не постепенно, эволюционно, а скачкообразно – революционно.

3. Современный синтетический период. Разработана синтетическая теория эволюции. Временем ее возникновения считают 1926 г., когда советский ученый С.С. Четвериков сформулировал основные положения популяционной генетики и соединил дарвинизм с современной генетикой. На этой базе сформировалось современное учение о микроэволюции.

Сегодня мы различаем микроэволюцию и макроэволюцию. Микроэволюция – это начальный этап эволюционного процесса, который протекает внутри вида (в популяциях) и приводит к образованию новых видов. Она доступна непосредственному наблюдению и изучению, т.к. может происходить в исторически короткое время. При этом популяции рассматриваются как элементарные эволюционные единицы, в которых происходит микроэволюция. Мутации и комбинации генов, лежащие в основе наследственной изменчивости, называются элементарным эволюционным материалом.

Наследственная изменчивость, различные виды изоляции, популяционные волны и естественный отбор в свете современной синтетической теории эволюции являются движущими силами или элементарными эволюционными факторами. Под влиянием этих факторов изменяется генетический состав популяции (генофонд). Изменение генетического состава популяции называется элементарным эволюционным событием (явлением). Это обязательная предпосылка эволюционного процесса. Генотип особей в популяциях характеризуется разнокачественностью из-за мутационной и комбинативной изменчивости. В результате борьбы за существование и естественного отбора особи с одними генотипами сохраняются в популяции, другие погибают. Процесс длится на протяжении ряда поколений и может привести к значительным изменениям генотипа. Следствием этого является образование новых подвидов и видов.

Признак появления нового вида – невозможность отделившейся популяции скрещиваться с особями исходной популяции и давать плодовитое потомство. Это репродуктивная изоляция – главный признак появления нового вида.

Как главный признак вида критерий репродуктивной изоляции предложен в 1968 г. Майером, который предложил следующее определение вида: «Вид – это система популяций, близких по своим генетическим и морфологическим особенностям, полностью репродуктивно изолированная от других таких же систем». Вид – это система генетически закрытая (изолированная), но как биологическая система он является системой открытой, т.к. связан обменом веществ и превращением энергии с внешней средой. В связи с этим изоляцию следует рассматривать как фактор видообразования.

Изоляция – это нарушение свободных скрещиваний и генетическая разобщенность популяций. Изоляция – это самое существенное свойство вида, которое обеспечивает его реальность и целостность. Способность к изоляции является ценным видовым приспособлением. Изоляция не обязательно подразумевает полное прекращение скрещивания между популяциями. Для поддержания своеобразия генофонда, а тем самым и направления его преобразований, достаточны лишь определенные ограничения.

На внутривидовом уровне различают:

– географическую или пространственную изоляцию;
– морфологическую изоляцию;
– генетическую изоляцию;
– биологическую изоляцию.

Макроэволюция – это процесс возникновения и развития более крупных таксономических категорий. Она протекает на огромных пространствах, охватывает порой всю биосферу и отрезки времени в сотни миллионов лет. При ее изучении экспериментировать невозможно. До сих пор специалисты изучали ход макроэволюции по ископаемым останкам. И только теперь ученые смогли построить компьютерные модели эволюционного процесса. Для моделирования макроэволюции оказалось вполне достаточно дарвинского принципа естественного отбора на основе случайных наследственных изменений. Эта серия компьютерных экспериментов по моделированию прогрессивной эволюции блестяще подтвердила теорию Дарвина.

Вопросы к беседе

• В чем сущность учения И.И. Шмальгаузена о формах естественного отбора?

• В чем сущность и каковы результаты микроэволюции?

• Дайте характеристику различных способов видообразования.

• Какие направления эволюционного процесса вы знаете?

• Чем отличается биологический прогресс от биологического регресса?

• Охарактеризуйте основные пути эволюции, ведущие к биологическому прогрессу.

Основные направления эволюции

Лабораторная работа «Основные пути биологического прогресса»

1. Ароморфозы

Проанализируйте анатомо-функциональные особенности мозга позвоночных животных (рыбы, птицы, млекопитающие). Заполните табл. 1 и сделайте вывод о взаимосвязи между усложнением различных отделов мозга и особенностями поведения животных.

Головной мозг рыб. Различают отделы: передний мозг, промежуточный мозг, средний мозг, мозжечок и продолговатый мозг. Все отделы имеют большое значение в жизнедеятельности рыбы. Мозжечок управляет координацией движений и равновесием животного. Продолговатый мозг играет важную роль в управлении дыханием, кровообращением, пищеварением и другими важнейшими функциями организма.

Головной мозг птиц. Хорошо развиты зрительные бугры среднего мозга. Мозжечок значительно больше, чем у других позвоночных, т.к. он – центр координации и согласованности движений, а птицы в полете совершают очень сложные движения. По сравнению с рыбами у птиц увеличены полушария переднего мозга, поэтому и поведение птиц отличается большей сложностью. Правда, многие действия являются врожденными, инстинктивными (образование пар, постройка гнезда, насиживание). В течение жизни у птиц появляется большое количество условных рефлексов.

Головной мозг млекопитающих. Головной мозг состоит из тех же отделов, что и у других позвоночных, однако большие полушария имеют более сложное строение. Наружный слой больших полушарий состоит из нервных клеток, образующих кору мозга. Она может образовывать складки, извилины. Кора отвечает за формирование условных рефлексов. Хорошо развит и мозжечок, он также имеет много извилин. Это связано с координацией сложных движений млекопитающих. Млекопитающие отличаются сложным поведением. Вследствие того что окружающая среда крайне изменчива, у млекопитающих постоянно вырабатываются новые условные рефлексы, а те, которые не подкрепляются условными раздражителями, утрачиваются. Эта особенность позволяет млекопитающим быстро и очень хорошо приспосабливаться к условиям окружающей среды.

Таблица 1

2. Идиоадаптации

Рассмотрите строение ног различных птиц, сделайте вывод о приспособительном значении изменений, заполните табл. 2.

Строение ног птиц в зависимости от их образа жизни.
На рисунке изображены ноги: 1 – фазан, 2 – орел, 3 – воробей, 4 – страус

Существование зависимости строения организма от его образа жизни доказывает, например, строение ног у разных видов птиц. Ноги хищных птиц (орлы, ястребы) снабжены длинными и острыми когтями. У птиц, ноги которых приспособлены для ходьбы (фазан), когти короткие. У бегающих птиц (дрофа, страус) ноги очень сильные, с короткими и толстыми пальцами.

Продолжение следует