В чем проявляется биологический прогресс у современных костистых рыб?
Большинство современных костистых рыб находятся в состоянии биологического прогресса. Приведите не менее трёх доказательств, подтверждающих это положение.
Ответ
1) У костистых рыб очень большой ареал и он не уменьшается.
2) Количество костистых рыб очень велико и продолжает возрастать.
3) Внутри класса костистых рыб продолжается возникновение новых таксонов (отрядов, семейств, родов).
Каковы причины биологического прогресса?
Ответ
Причина биологического прогресса – хорошая приспособленность вида к условиям окружающей среды. Приспособленность является следствием взаимодействия движущих сил эволюции (в первую очередь – естественного отбора).
Почему разнообразие адаптации способствует биологическому прогрессу группы?
Ответ
Разнообразие адаптации позволяет жить в разных условиях окружающей среды. Следовательно, увеличивается ареал вида и численность его особей.
Почему высокая численность вида служит показателем биологического прогресса?
Ответ
Высокая численность вида говорит о том, что он хорошо приспособлен к условиям окружающей среды.
Почему расширение ареала вида считают признаком биологического прогресса? Приведите 3 доказательства.
Ответ
1) увеличивается разнообразие условий среды, обеспечивающих размножение и развитие особей вида;
2) расширяются возможности питания, улучшения кормовой базы;
3) ослабевает внутривидовая конкуренция.
Почему высокая плодовитость особей может привести к биологическому прогрессу вида? Укажите не менее трёх причин.
Ответ
1) высокая плодовитость ведет к большой численности особей;
2) из-за большой численности расширяется ареал;
3) увеличивается количество мутаций и комбинаций, т.е. материала для естественного отбора; отбор становится более эффективным.
Почему к биологическому прогрессу может привести не только ароморфоз, но и идиоадаптация и дегенерация? Приведите не менее трёх доказательств.
Ответ
Признаками биологического прогресса являются увеличение численности вида, расширение ареала, видообразование.
1) Хорошо приспособившись к конкретным условиям среды (идиоадаптация), вид увеличит свою численность. Упростив свою организацию (дегенерация) вид сможет потратить сэкономленные ресурсы на дополнительную защиту или размножение, тем самым также увеличив свою численность.
2) Увеличив свою численность, вид сможет шире распространиться, т.е. расширить свой ареал.
3) Расширив свой ареал, вид будет попадать в новые экологические ниши, в которых будут образовываться новые виды.
Ответ
Чем характеризуется в природе биологический регресс?
Ответ
Уменьшением числа особей, сужением ареала, уменьшением количества подчиненных систематических единиц.
Современные кистеперые рыбы находятся в состоянии биологического регресса. Приведите не менее трех доказательств, подтверждающих это явление.
Ответ
Признаками биологического регресса являются уменьшение численности вида, сужение ареала, сокращение количества систематических единиц.
1) Количество современных кистеперых рыб невелико.
2) Их ареал небольшой.
3) На земле остался только один вид кистеперых рыб (латимерия).
Почему уменьшение ареала вида приводит к биологическому регрессу?
Ответ
1) Уменьшение ареала приводит к уменьшению численности вида.
2) Уменьшается генетическое разнообразие, начинаются близкородственные скрещивания.
3) Уменьшается разнообразие экологических условий, в которых существует вид – уменьшается количество подвидов и рас.
Понятие макроэволюции
Определение 1
Макроэволюция – это эволюционные процессы, приводящие к образованию надвидовых таксономических групп (родов, семейств классов и т.д.).
Еще Ч. Дарвин указывал, что реально в природе существуют лишь виды. Все остальные надвидовые категории искусственно придуманы человеком. Принадлежность вида к тому или иному роду, семейству, классу ученые-исследователи определяют на основании степени их исторического родства.
Отдельных механизмов макроэволюция не имеет. Ее «закономерности» являются следствием обобщений исследователями сведений о накопленных в ходе исторического развития определенной систематической группой различий между родственными видами. Эти изменения и различия возникли в результате длительных микроэволюционных изменений и последовательного ряда видообразований.
Основу современной классификации составляет принцип монофилии. Это означает, что виды одного рода, одного семейства имеют единого общего предка. Разнообразие видов возникает в результате приспособления предыдущих поколений к разным условиям среды обитания. Это явление носит название адаптивной радиации. Ярким примером адаптивной радиации может служить возникновение среди млекопитающих животных таких форм, как рукокрылые, ластоногие, китообразные, копытные. Они приспособлены к различным условиям воздушной, водной и наземной среды.
Биологический прогресс и регресс
В начале $XX$ века появилась гипотеза о биологическом прогрессе и регрессе. Ее автором был известный ученый А. М. Северцов. Он сделал такой вывод на основе анализа происхождения и развития (филогении) отдельных групп животных.
Определение 2
Биологический прогресс – это явление увеличения численности популяций, расширения ареала и образования новых подвидов и видов в пределах определенной группы.
В настоящее время в стадии биологического прогресса пребывают покрытосеменные растения, насекомые, птицы, млекопитающие. Биологический прогресс является следствием эволюционного успеха определенной группы организмов.
Противоположным процессом является биологический регресс. Он является следствием неспособности некоей группы организмов приспособиться к изменениям среды.
Определение 3
Биологический регресс – это явление уменьшения численности популяций, сокращения ареалов и может привести к вымиранию определенной группы.
За прошедшую историю развития нашей планеты вымерли многие виды животных и растений. Папоротники и хвощи, имевшие когда-то древовидные формы и заселявшие огромные просторы, сейчас находятся на грани вымирания. Останки хоботных находят во многих местах земного шара. Но на сегодняшний день мы знаем только лишь два вида - африканского и индийского слона, находящихся тоже на грани вымирания.
Некоторые группы животных периодически переживали расцвет и упадок несколько раз. Самый яркий пример – динозавры.
Пути достижения биологического прогресса
Пути биологического прогресса разнообразны и неоднозначны. Их можно объединить в три направления:
- ароморфоз,
- идиоадаптация,
- дегенерация.
Определение 4
Ароморфоз – это эволюционное превращение, сопровождающееся повышением уровня организации организма в целом и открывающее новые возможности для приспособления к разнообразным условиям существования.
Например, образование цветка привело к опылению с участием насекомых, прямохождение стимулировало развитие головного мозга у человека и руки. как органа труда.
Определение 5
Общая дегенерация (морфологический регресс ) – это явление упрощения организмов в процессе эволюции.
Определение 6
Идиоадаптация – это изменения строения организма, которые носят характер приспособления к определенным условиям, без изменения уровня его организации.
Примером идиоадаптации могут служить разнообразие цветков у растений, различная окраска у птиц. Различные варианты строения ротового аппарата у насекомых. Благодаря этому процессу разные виды могут избежать межвидовой борьбы и сосуществовать на определенной территории, максимально приспосабливаться к существующим условиям.
Все указанные три формы биологического прогресса способствуют выживанию видов в различных изменяющихся условиях среды.
Биологический прогресс осуществляется различными способами.
Первый способ заключается в усовершенствовании в историческом процессе важнейшей для жизнедеятельности организмов системы органов. Поэтому он называется морфофизиологическим прогрессом. При втором способе изменяется система органов, второстепен-ных для жизнедеятельности организмов, в связи с чем их строение не усложняется, но они приспосабливаются к окружающей среде. При третьем способе организмы претерпевают биологический прогресс в результате изменения их организации от простого к сложному.
Под ароморфозом , т. е. морфофизиологическим прогрессом, понимают эволюционные изменения, обусловливающие общий подъем степени организации, повышение интенсивности жизнедея-тельности организмов. Ароморфозы дают живым существам значи-тельные преимущества в борьбе за существование и открывают возможности для освоения новых мест обитания.
Среди примеров приспособлений, возникших в результате прогрессивного направления эволюции, можно назвать:
- возникновение многоклеточных;
- переход к половому размножению;
- образование хорды;
- образование позвоночного столба;
- появление пятипалых конечностей;
- образование плавников;
- образование трёхкамерного сердца у земноводных;
- образование двух кругов кровообращения у земноводных;
- развитие теплокровности;
- усложнение головного мозга;
- переход к внутреннему оплодотворению у позвоночных;
- переход у
Если проанализировать историю развития органического мира, то можно заметить, что многие таксономические группы организмов с ходом времени становились более совершенными и многочисленными. Однако отдельные группы постепенно сокращали свою численность и исчезали с арены жизни. Следовательно, эволюция протекала в двух направлениях. Учение об основных направлениях эволюции — биологическом прогрессе и биологическом регрессе было разработано А. Н. Северцовым и дополнено его учеником И. И. Шмальгаузеном.
Биологический прогресс (от лат. progressus — движение вперед) — направление эволюции, характеризующееся повышением приспособленности организмов определенной систематической группы к окружающей среде. Появление новых приспособлений обеспечивает организмам успех в борьбе за существование, сохранение и размножение в результате естественного отбора. Это приводит к вспышке численности и, как следствие, к освоению новых мест обитания и формированию многочисленных популяций. Популяции, оказавшиеся в разных условиях среды, подвергаются действию разнонаправленного естественного отбора. В результате они постепенно превращаются в новые виды, виды — в роды и т. д. В результате систематическая группа (вид, род, семейство и др.) находится в состоянии процветания, так как включает много подчиненных форм.
Таким образом, биологический прогресс является результатом успеха систематической группы в борьбе за существование, благодаря повышению приспособленности ее особей.
Биологический регресс (от лат. regressus — возвращение, движение назад) — направление эволюции, характеризующееся снижением приспособленности организмов определенной систематической группы к условиям обитания. Если у организмов темпы эволюции (формирование приспособлений) отстают от изменений внешней среды и родственных форм, то они не могут конкурировать с другими группами организмов. Это значит, что они будут удаляться естественным отбором. Произойдет снижение численности особей. В результате уменьшится площадь заселенной ими территории и, как следствие, сократится число таксонов. В результате может произойти вымирание данной группы.
Таким образом, биологический регресс — постепенное вымирание систематической группы (вида, рода, семейства и др.) вследствие снижения приспособленности ее особей. Деятельность человека также может приводить к биологическому регрессу некоторых видов. Причиной может быть прямое истребление (зубр, соболь, стеллерова корова и др.). Но это может произойти и в результате сокращения ареалов при освоении новых территорий (дрофа, журавль белый, жаба камышовая и др.). Виды, находящиеся в состоянии биологического регресса, заносятся в Красную книгу и подлежат охране.
В четвертое издание Красной книги Республики Беларусь включено 202 вида животных, 189 — растений, 34 — мхов, 21 — водорослей, 25 — лишайников и 34 вида грибов. Очень важным природоохранным мероприятием является создание так называемых красных тетрадей — списков редких видов данной местности, составляемых юными экологами в школах.
Признаки, характерные для биологического прогресса и биологического регресса, представлены в таблице:
Пути достижения биологического прогресса
Биологический прогресс может достигаться тремя основными путями — посредством арогенеза, аллогенеза и катагенеза. Каждый из путей характеризуется возникновением у организмов определенных приспособлений (адаптаций).
Арогенез (от греч. airо — поднимаю, genesis — развитие) — путь развития адаптаций, повышающих уровень организации особей и их приспособленность к различным средам обитания до такой степени, что это позволяет им перейти в новую среду жизни (например, из водной среды в наземно-воздушную). Эти адаптации называются ароморфозами (от греч. airо — поднимаю, mоrphоsis — образец, форма). Они представляют собой глубокие изменения в строении и функциях организмов. В результате появления данных адаптаций значительно повышается уровень организации и интенсивность процессов жизнедеятельности организмов. Поэтому Северцов называл ароморфозы морфофизиологическим прогрессом . Примеры основных ароморфозов представлены в таблице:
| Животные | Растения |
|---|---|
| Двусторонняя (билатеральная) симметрия тела | Хлорофилл и хлоропласты (фотосинтез) |
| Два типа половых систем | Ткани (покровная, механическая, проводящая) |
| Подвижные конечности | Органы (корень, стебель, лист) |
| Трахейное дыхание у беспозвоночных животных | Чередование поколений (спорофит и гаметофит) |
| Легочное дыхание у позвоночных животных | Цветок и плод |
| Центральная нервная система, развитые отделы головного мозга | Двойное оплодотворение (без воды) |
| Четырехкамерное сердце | |
| Два круга кровообращения (теплокровность) | |
| Альвеолярные легкие |
Арогенез приводит к появлению крупных систематических групп (классов, отделов, типов, царств). Примерами арогенеза является возникновение отделов голо- и покрытосеменных растений, классов наземных позвоночных животных и др.
Аллогенез (от греч. allos — другой, иной, genesis — происхождение, возникновение) — путь развития частных адаптаций, не изменяющих уровень организации особей. Но они позволяют особям более полно заселить прежнюю среду обитания. Эти адаптации называются алломорфозами . Алломорфозы возникают на основе ароморфозов и представляют собой разнообразие форм органов без изменения их внутреннего строения. Примерами алломорфозов могут быть разные формы конечностей у позвоночных, клювов и ног у птиц, разные типы листьев, стеблей, цветков у растений и др. За счет алломорфозов аллогенез приводит к увеличению видового разнообразия в пределах крупных систематических групп. Например, увеличение видового разнообразия класса двудольных растений произошло за счет появления разной формы цветков.
А. Н. Северцов также отмечал, что в ходе эволюции наблюдается закономерная смена путей эволюции (закон Северцова). Любая крупная систематическая группа начинает свое развитие по пути арогенеза благодаря появлению ароморфозов. Это позволяет ей перейти в новую среду обитания. Далее организмы расселяются в различные местообитания. На основе ароморфозов возникают алломорфозы, и эволюция протекает по пути аллогенеза. В результате происходит полное заселение новой среды и т. д. Северцов рассматривал катагенез как частный случай при арогенезе и аллогенезе.
Основными направлениями эволюции являются биологический прогресс (процветание таксономической группы) и биологический регресс (вымирание таксономической группы). Биологический прогресс может достигаться разными путями: посредством арогенеза, аллогенеза и катагенеза.
Цели урока: сформировать у учащихся понятие о главных направлениях эволюции, показать соотношение путей эволюции; познакомить с типами эволюционных изменений, с понятиями биологический прогресс и биологический регресс.
Оборудование: таблицы, схемы, иллюстрирующие конвергенцию, ароморфоз, физиологические и поведенческие адаптации организмов, диск “Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Общая биология. 11 класс, урок № 19. Биологический прогресс и биологический регресс”.
Ход урока
1. Проверка знаний.
Фронтальная беседа по вопросам:
- Кто заложил основы научной систематики? (Карл Линней.)
- Перечислите основные систематические группы, используемые при классификации растений? (Вид, род, семейство, порядок, отдел, царство.)
- Перечислите основные систематические группы, используемые при классификации животных? (Вид, род, семейство, отряд, класс, тип, царство.)
- Что такое бинарная номенклатура? (Двойное видовое название.)
- На каком основании мы относим организмы к одному виду? (Организмы должны быть похожи по внешним и внутренним признакам, проживать на одной территории, свободно скрещиваться друг с другом с образованием плодовитого потомства.)
- Почему систему Карла Линнея называют искусственной? (Потому что он не учитывал родственных связей между организмами.)
- Почему современная классификация называется естественной? (Современная система классификации учитывает признаки родства видов как с ныне живущими, так и с вымершими видами.)
2. Изучение нового материала.
Естественный отбор определяет пути эволюции. Каким образом шло формирование современных систематических групп? Почему в одних случаях организация живых существ усложнялась, а в других – наоборот, упрощалась? Ответы на эти вопросы вы можете узнать, познакомившись с основными типами эволюционных изменений и главными направлениями эволюции.
2.1. Типы эволюционных изменений.
Параллелизм – это процесс эволюционного развития в сходном направлении двух или нескольких первоначально дивергированных видов. Например, среди млекопитающих китообразные и ластоногие независимо друг от друга перешли к обитанию в водной среде и приобрели соответствующие приспособления – ласты.
Конвергенция – тип эволюционного изменения, в результате которого сходные признаки приобретают неродственные организмы. Классическим примером конвергентного развития является возникновение сходных форм тела у акулы, ихтиозавра, дельфина. Сходство между неродственными организмами бывает только внешним. У птиц и у бабочек имеются крылья, но происхождение этих органов различно. В первом случае – это измененные конечности, во втором – складки кожи.
Дивергенция – наиболее общий тип эволюционного процесса, основа образования новых систематических групп. Дивергенция – расходящаяся эволюция. Процесс дивергенции представляют обычно в виде эволюционного древа с расходящимися ветвями. Общий предок дал начало двум или большему количеству форм, которые, в свою очередь, стали родоначальниками многих видов и родов. Примером дивергенции форм является возникновение разнообразных по морфофизиологическим особенностям вьюрков от одного или немногих предковых форм на Галапагосских островах. Расхождение внутривидовых форм и видов по разным местообитаниям определяется конкуренцией в борьбе за одинаковые условия, выход из которых и заключается в расселении по разным экологическим нишам.
2.3. Главные направления эволюции.
Развитие живой природы шло от простого к сложному и имело прогрессивный характер. Наряду с этим происходило приспособление видов к конкретным условиям жизни, осуществлялась их специализация. Биологический прогресс достигается различными путями. А.Н. Северцов назвал их главными направлениями эволюционного прогресса: ароморфозы, идиоадаптации и дегенерации.
Ароморфоз – представляет собой такие крупные, масштабные, эволюционные изменения, которые ведут к общему подъему организации, повышают интенсивность жизнедеятельности, но не являются узкими приспособлениями к резко ограниченным условиям существования. Ароморфозы дают значительные преимущества в борьбе за существование, делают возможным переход в новую среду обитания. К ароморфозам у животных можно отнести появление живорождения, способности к поддержанию постоянной температуры тела, возникновение замкнутой системы кровообращения, а у растений – появление цветка, сосудистой системы, способности к поддержанию и регулированию газообмена в листьях. (Урок “Биологический прогресс и регресс”. Слайд 3)
Путем ароморфоза возникают в процессе эволюции крупные систематические группы, рангом выше семейства.
Ароморфозы способствуют повышению выживаемости и снижению смертности в популяциях. Численность организмов увеличивается, расширяется их ареал, образуются новые популяции, ускоряется формирование новых видов. Все это составляет сущность биологического прогресса. Типичными ароморфозами у беспозвоночных являются: половая дифференцировка, появление билатеральной организации, возникновение трахейной системы дыхания, концентрация центральной нервной системы, переход на легочное дыхание; у млекопитающих – разделение сердца на правую и левую половину с дифференциацией двух кругов кровообращения, увеличение рабочей емкости объема легких. Следствием этих ароморфозов является более совершенное окисление крови и обильное снабжение органов кислородом, а значит, и интенсификация функций органов. Дифференцировка и специализация органов пищеварения приводит к более полному использованию пищевых веществ, что способствует усилению процессов метаболизма, повышению общей активности, возникновению теплокровности, усилению активности двигательных органов и усовершенствованию их конструкции. Все эти и другие ароморфозы связаны между собой, а арогенные признаки оказываются полезными в самых разных условиях существования. Например, обладание животными подвижными конечностями открывает возможности их многообразного использования в пустыне, в лесу, долине, горах, в воде, для рытья почвы и т.д. Или такие ароморфозы, как образование поперечно-полосатой мускулатуры, развитие ходильных конечностей и крыльев у насекомых. Эти ароморфозы открыли перед насекомыми возможности завоевания суши и частично воздуха. Крупными ароморфозами в развитии растений были: возникновение эпидермиса, устьиц, проводящей и механической системы, закономерная смена поколений в цикле растения, образование цветков, плодов и т.д.
Идиоадаптация – представляет собой мелкие эволюционные изменения, которые повышают приспособленность организмов к определенным условиям среды обитания. В противоположность ароморфозу идиоадаптация не сопровождается изменением основных черт организации, общим подъемом ее уровня и повышением интенсивности жизнедеятельности организма. Обычно мелкие систематические группы – виды, роды, семейства – в процессе эволюции возникают путем идиоадаптации.
Идиоадаптация так же как и ароморфоз, приводит к увеличению численности вида, расширению ареала, ускорению видообразования, то есть к биологическому прогрессу.
Типичные идиоадаптации у животных – особенности строения конечностей (например у крота, копытных, ластоногих), особенности клюва (у хищных птиц, куликов, попугаев), приспособления придонных рыб (у скатов, камбаловых), покровительственная окраска у насекомых. Примерами идиоадаптаций у растений могут служить многообразные приспособления к опылению, распространению плодов и семян. (Урок “Биологический прогресс и регресс”. Слайд 4)
В природе наблюдается и биологический регресс. Он характеризуется чертами, противоположными биологическому прогрессу: уменьшением численности, сужением ареала, уменьшением числа видов, популяций. В итоге регресс часто ведет к вымиранию вида.
Из многочисленных ветвей древнейших земноводных остались только те, которые привели к образованию современных классов земноводных и пресмыкающихся. Исчезли древние папоротникообразные, многие другие группы растений и животных. (Слайд 8)
С развитием цивилизации человека причины биологического прогресса и биологического регресса все чаще связаны с изменениями, которые человек вносит в ландшафты Земли, нарушая связи живых существ со средой, сложившиеся в процессе эволюции.
Деятельность человека является мощным фактором прогресса одних видов, нередко вредных для него, и биологического регресса других, нужных и полезных ему. Например, появление насекомых, устойчивых к ядохимикатам, болезнетворных микробов, устойчивых к действию лекарств, бурное развитие сине – зеленых водорослей в сточных водах. При посевах человек вторгается в живую природу, уничтожает на больших площадях множество диких популяций, заменяя их искусственными. Усиленное истребление человеком многих видов ведет к их биологическому регрессу, который грозит им вымирание. (Слайд 9.)
2.4. Соотношение путей эволюции.
Из всех рассмотренных путей достижения биологического прогресса наиболее редки ароморфозы. Ароморфозы можно рассматривать как переломные пункты развития жизни. Для групп, подвергнувшихся соответствующим морфофизиологическим преобразованиям, открываются новые возможности в освоении внешней среды.
За каждым ароморфозом следует множество идиоадаптаций, которые обеспечивают более полное использование всех имеющихся ресурсов и освоение новых местообитаний.
3. Закрепление изученного материала.
3.1. Беседа по вопросам.
- Приводят ли идиоадаптации к морфологическому прогрессу? (Нет. Идиоадаптации не повышают уровень организации.)
- Приводят ли идиоадаптации к биологическому прогрессу? (Различные идиоадаптации приводят к заселению различных сред обитания и к усиленному видообразованию, увеличивают приспособленность к конкретным условиям и численность, способствуют более широкому распространению данной группы и следовательно, приводят к биологическому прогрессу.)
- Приведите примеры дегенераций у печеночного сосальщика и у бычьего цепня. (Происходит упрощение нервной системы и органов чувств, у бычьего цепня полностью отсутствует пищеварительная система.)
- Приведите примеры дегенераций у повилики. (Отсутствие листьев, корней и хлорофилла.)
- Приводят ли дегенерации к биологическому прогрессу? (Морфофизиологический регресс может привести к возрастанию численности, увеличению приспособленности к особым условиям и к более широкому распространению организмов, появлению новых видов и, следовательно, к биологическому прогрессу.)
- Какие пути эволюции ведут к биологическому прогрессу? (Ароморфозы приводят к повышению уровня организации и заселению новых сред обитания. Затем наступает период идиоадаптаций, и образуется большое количество новых видов, хорошо приспособленных к разным конкретным условиям обитания. После упрощения также наступает период идиоадаптаций. Таким образом, к биологическому прогрессу приводят все три пути.)
- Какие пути эволюции ведут к морфофизиологическому прогрессу? (К морфофизиологическому прогрессу ведут только ароморфозы.)
3.2. Итоговое тестирование (по вопросам к уроку “Биологический прогресс и регресс. Слайд 13).
