Роль палеонтології, молекулярної генетики в обгрунтуванні теорії еволюції

Філогенез (від грец. філон - рід та генезіс - походження) - це шляхи історичного розвитку як окремих систематичних груп (від видів до царств включно), так і всієї живої матерії. Для з’ясування філогенезу певної систематичної групи Е. Геккель запропонував зіставляти дані трьох біологічних наук: палеонтології, порівняльних анатомії та ембріології.

Палеонтологія

Палеонтологія - наука про організми, які мешкали в колишні геологічні періоди. Учені-палеонтологи знаходять рештки таких організмів у вигляді скам’янілостей, відбитків у шарах вугілля, сліди їхньої життєдіяльності. Вони реконструюють їхній зовнішній вигляд, встановлюють час, коли жили ці організми, визначають їхнє систематичне положення, намагаються з’ясувати особливості біології (середовище життя, спосіб живлення, особливості розмноження).

Палеонтологічні дослідження: 1 - розкопки решток викопних організмів; 2 - скам’янілий скелет динозавра; 3 - відбитки давніх рослин; 4 - реконструкція зовнішнього вигляду хижого динозавра Тиранозавра Рекса

Викопні та сучасні форми організмів учені зв’язують в єдиний філогенетичний ряд - послідовність історичних змін організмів у межах певної систематичної групи. Вивчаючи такий ряд організмів, можна простежити зміни, які в них відбувалися, починаючи від предкових форм і аж до сучасних.

Філогенетичний ряд коня, створений В. О. Ковалевським

Видатний учений у галузі палеонтології В. О. Ковалевський відновив філогенетичний ряд коня. Він встановив, що сучасні однопалі коні походять від п’ятипалих невеликих предків, які мешкали в лісах 60-70 млн років тому. Зміни клімату змусили предків сучасного коня адаптуватись до нового середовища - відкритих просторів, де їм доводилось долати значні відстані в пошуках їжі та тікаючи від хижаків. Тому їхня еволюція супроводжувалася зменшенням числа пальців на кінцівках від п’яти до одного, видовженням кінцівок, збільшенням розмірів тіла, змінами форми черепа.

Порівняльна ембріологія

Порівняльна ембріологія - наука, що досліджує особливості зародкового розвитку різних груп організмів; виявляє риси подібності та відмінності в зародковому розвитку різних, але споріднених груп організмів. Вивчаючи особливості індивідуального розвитку (онтогенезу) різних груп тварин, Е. Геккель та інший німецький учений Фрідріх Мюллер встановили зв’язки між історичним (філогенезом) та індивідуальним розвитком (онтогенезом) певних організмів. Згодом їхні висновки дістали назву біогенетичний закон. Цей закон стверджує, що індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму - це вкорочене і стисле повторення історичного розвитку (філогенезу) цього виду.

Біогенетичний закон базується на порівнянні послідовних стадій розвитку: 1 - риби; 2 - саламандри; 3 - черепахи; 4 - пацюка; 5 - людини

Так, аналіз фаз зародкового розвитку різних класів хребетних показує наявність у всіх них на певних стадіях розвитку зябрових щілин, хорди, двокамерного серця. Це, на думку Е. Геккеля та Ф. Мюллера, має свідчити про походження наземних хребетних від рибоподібних предків. На більш ранніх етапах онтогенезу ніби відтворюються ознаки більш давніх предків, на завершальних - найбільш близьких.

Порівняльна анатомія

Порівняльна анатомія вивчає особливості будови тіла, органів, їхніх систем різних систематичних груп організмів та визначає закономірності їхніх змін у процесі еволюції. Ще дослідження XIX ст. показали, що серед усього різноманіття тварин і рослин можна виділити певні групи, у межах яких усі представники мають подібний план будови. Такі групи тварин назвали "типами", а рослин - "відділами".

Завдяки дослідженням у галузі порівняльної анатомії та ембріології було розроблено поняття про аналогічні та гомологічні органи, рудименти та атавізми. Гомологічні (від грец. гомологія - відповідність) органи мають спільне походження і тому мають подібний загальний план будови. Прикладами гомологічних органів є передні кінцівки різних ссавців (нога коня, крило кажана, передня кінцівка мавпи, ласти дельфіна, передня кінцівка крота тощо) або видозміни підземних пагонів квіткових рослин (цибулина тюльпана, бульбоцибулина шафрану, кореневище конвалії, стеблова бульба картоплі).

Приклади гомологічних (І): 1 - передня кінцівка мавпи; 2 - коня; 3 - кита; 4 - крота; 5 - птаха; 6 - саламандри; 7 - кажана (завдання: укажіть функції цих кінцівок); та аналогічних (II) органів

Аналогічні (від грец. аналогія - подібність) органи - це зовнішня подібність будови органів, які виконують однакові функції. Вони мають різне походження і тому - різний план будови. Аналогічними органами є, наприклад, крила кажанів і комах, зябра риб і молюсків, у рослин - колючки, які є видозмінами пагона (глід) чи листків (кактуси).

Зовнішній вигляд синього кита (1) та китової акули (2). Ознаки, що виникли внаслідок конвенгенції, часто є прикладом аналогічних органів. Так, хвостовий плавець кита є лише згорткою шкіри

Рудименти (від лат. рудиментум - зачаток) - структури або органи, недорозвинені чи спрощені в особин певного виду внаслідок втрати своїх функцій протягом їхнього історичного розвитку. Вони є в усіх особин певного виду (наприклад, залишки тазового поясу в китів, недорозвинені очі кротів, рудименти листків у вигляді лусочок на кореневищі пирію, конвалії). Рудименти або не виконують жодних функцій, як-от рудимент третьої повіки - мигальної перетинки - у ссавців, або беруть на себе нові функції. Наприклад, дзижчальця мух - рудимент другої пари крил - втрачають функцію польоту, але допомагають зберігати рівновагу під час польоту. В окремих представників виду можуть проявлятись атавізми - варіанти ознак, притаманних їхнім предкам.

Приклади рудиментів: 1 - рудименти листків кореневища конвалії; 2 - дзижчальця - рудиментарна друга пара крил у мух; 3 - рудиментарна мигальна перетинка у ссавців

Біогеографія

Біогеографія - наука про закономірності поширення на земній кулі видів живих істот і їхніх угруповань - біогеографічних комплексів. Дані біогеографії використовують для з’ясування походження флори і фауни певних регіонів нашої планети. Наприклад, на території Євразії та Північної Америки існують подібні екосистеми, до складу яких входять близькі види тварин і рослин, наприклад звичайний та американський клени, європейська та американська норки, європейський та канадський бобри.

Цитологія

Дослідження будови клітин різних еукаріотичних організмів (рослин, грибів, тварин), проведені ще в першій половині XIX ст., показали єдність їхнього плану будови. Кожному виду організмів притаманний свій каріотип - певний хромосомний набір, розміщений у ядрі клітини. Наприклад, такі види мавп, як шимпанзе та горила, мають однакову кількість хромосом - по 48. Але їхні хромосоми відрізняються за будовою. Досить близькі каріотипи шимпанзе і людини (каріотип людини нараховує 46 хромосом). Отже, вивчаючи каріотипи різних видів (кількість хромосом та особливості будови окремих пар гомологічних хромосом), можна зробити висновок, чи тісні їхні родинні зв’язки: у споріднених видів особливості будови каріотипу більш подібні, аніж у неспоріднених.

Екологія

Сучасний етап розвитку еволюційної теорії характеризується синтезом її даних з даними екології. Зокрема, екологічні фактори водночас вважають і чинниками еволюції.

Молекулярна біологія та генетика

Порівнюючи послідовності нуклеотидів молекул ДНК різних видів за ступенем їхньої подібності, учені з’ясовують ступінь спорідненості різних видів. Два види, які походять від спільного предка (два види одного роду), мають подібніший спадковий матеріал, аніж види, які належать до двох близьких, але різних родів. У генетиці людини цей метод застосовують для з’ясування родинних зв’язків між окремими людьми.

Дайте відповіді на запитання:

1. Що таке філогенез і філогенетичний ряд?

2. Про що твердить біогенетичний закон?

3. Що таке рудименти та атавізми?
   

Складіть філогенетичний ряд тварини (на ваш вибір) та прикріпіть файл у це поле.