Базовая опора: Свидетельства эволюции: ископаемые, родство органов, эмбрионы и ДНК
Повторение материала базового уровня перед углублённым разбором. Научимся различать линии независимых свидетельств и их ограничения: ни один одиночный скелет, эмбрион или участок ДНК не содержит всю историю жизни.
Федеральная программа · углублённый уровень · 11 класс
Зарождение и развитие эволюционных представлений в биологии
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- История эволюционных идей и теория Дарвина
- Ископаемые и последовательность геологических слоёв
- Биогеография материков и островов
- Эмбриологические сходства и различия
- Гомологичные, аналогичные и рудиментарные структуры
- Молекулярные данные и общность метаболических путей
Как это устроено
Эволюционная теория формировалась постепенно. Дарвин и другие исследователи собрали данные о разнообразии, ископаемых, географии и искусственном отборе и предложили объяснение естественным отбором. Современная теория включает генетику, популяционную биологию и молекулярные данные, которых Дарвин не знал. История науки не заканчивается именем одного автора: новые методы уточняют пути родства и механизмы, но не превращают эволюцию в недоказанную догадку.
Ископаемые показывают, какие формы существовали в датированных слоях, и могут сохранять сочетания признаков. Летопись неполна: многие организмы не сохранялись или ещё не найдены. Возраст слоя получают геологическими методами, а не угадывают по внешнему виду кости. Переходная форма не обязана быть прямым предком; она может быть близкой боковой ветвью, показывающей возможный набор признаков той эпохи.
Гомология связана с общим происхождением структуры, аналогия — с независимым возникновением сходной функции. Одно и то же образование можно сравнивать на разных уровнях: крыло птицы и рука человека гомологичны как передние конечности, а крыло птицы и насекомого аналогичны как летательные поверхности. Рудимент не означает «совершенно ненужный»: функция могла измениться. Эмбриональные данные также требуют сравнивать конкретные стадии и строение, а не повторять устаревшую формулу «зародыш проходит взрослых предков».
Молекулярные последовательности, ископаемые, анатомия и география отвечают на разные вопросы и позволяют взаимно проверять деревья родства. Похожая последовательность может быть результатом общего происхождения, но отдельный ген может иметь свою историю, отличающуюся от истории видов; нужны подходящие участки и статистическая оценка. На дереве современные виды находятся на ветвях, а не выстроены лестницей от «низших» к «высшим». Современная обезьяна не является стадией превращения в современного человека.
Молекулярно-биохимические свидетельства не ограничены сходством букв ДНК: сравнивают также генетический код, работу механизмов передачи информации и некоторые общие метаболические пути. Например, часть реакций гликолиза распространена в очень разных линиях. Но сходство одного пути само по себе не устанавливает точную степень родства: путь мог сохраняться очень долго, а его ферменты и регуляция менялись. Эмбрионы тоже сравнивают по соответствующим стадиям и структурам с учётом различий, не утверждая, что развитие одной особи повторяет последовательность взрослых предков.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Биологическая эволюция
Изменение наследственных характеристик популяций на протяжении поколений, приводящее к разнообразию линий и их родству.
Пример: Частота варианта гена у популяции может изменяться между поколениями, а линии видов — расходиться.
- Общий предок
Древняя популяция или линия, от которой через разветвление произошли сравниваемые группы организмов.
Пример: Современные птицы и крокодилы имеют общего предка среди древних архозавров.
- Ископаемый остаток
Сохранившийся в геологическом материале след организма, часть тела или отпечаток, возраст и условия сохранения которого исследуют отдельно.
Пример: Отпечаток листа в осадочной породе помогает судить о прошлом растительном мире, если известен возраст слоя.
- Переходная форма
Ископаемая или современная форма с сочетанием признаков, помогающих понять эволюционное изменение между линиями, не обязательно прямой предок нынешнего вида.
Пример: Древние пернатые динозавры помогают изучать происхождение птиц, хотя не каждый образец лежит на прямой линии к современным птицам.
- Биогеография
Исследование географического распределения организмов во времени и связи этого распределения с историей Земли и расселением.
Пример: Состав островной фауны сравнивают с материковой и учитывают расстояние, возраст острова и пути миграции.
- Эмбриологическое свидетельство родства
Сходство конкретных этапов и структур развития организмов, проверяемое вместе с их различиями и другими данными как возможное свидетельство общего происхождения.
Пример: Соответствующие закладки конечностей у зародышей разных позвоночных сравнивают по строению и стадии, не называя зародыш одного вида взрослым другого.
- Гомологичная структура
Структура у разных организмов, происходящая от соответствующей структуры общего предка, даже если выполняет разные функции.
Пример: Передние конечности человека, летучей мыши и кита гомологичны как производные конечности древнего четвероногого.
- Аналогичная структура
Структура с похожей функцией или внешней формой, возникшая независимо в сравниваемых линиях, а не из одной соответствующей структуры общего предка.
Пример: Крыло насекомого и крыло птицы аналогичны как летательные поверхности, хотя устроены и произошли по-разному.
- Рудиментарная структура
Наследуемая структура, изменившая исходную функцию или размеры относительно предковой формы; она не обязана быть полностью бесполезной.
Пример: Остатки тазовых костей у некоторых китов связаны с историей четвероногих предков, но могут иметь нынешние функции.
- Атавизм
Редкое появление у отдельной особи признака, напоминающего состояние предков, возникающее из особенностей развития и требующее проверки причин.
Пример: Редкая дополнительная наружная структура может обсуждаться как возможный атавизм только после точного анатомического исследования.
- Молекулярная гомология
Сходство последовательностей или структур молекул, объясняемое наследованием от общего предкового участка с последующими изменениями.
Пример: Сопоставление соответствующих генов разных млекопитающих помогает восстанавливать их ветвящееся родство.
- Общий метаболический путь
Похожая последовательность биохимических превращений у разных организмов, сравниваемая по веществам и ферментам как один из признаков глубокой общности и последующих изменений.
Пример: Часть реакций гликолиза встречается в разных линиях организмов, но способ получения энергии в целом у них может существенно различаться.
- Филогенетическое дерево
Проверяемая модель ветвящихся отношений происхождения групп, построенная по признакам и данным с указанием неопределённости.
Пример: На дереве две соседние ветви имеют более позднего общего предка друг с другом, чем с далёкой третьей ветвью.
Пример по шагам
У китов есть остатки тазовых костей, а у летучих мышей и людей сходный порядок костей передней конечности. Какие выводы допустимы?
- Сопоставление порядка костей передних конечностей поддерживает гомологию и общий план строения у четвероногих предков.
- Тазовые остатки китов согласуются с историей предков с задними конечностями, но могут иметь нынешние функции и не описывают путь одной особи.
- Для восстановления конкретных ветвей нужны также ископаемые, датировки и молекулярные данные.
Вывод: Анатомия даёт сильные свидетельства родства, но точную историю проверяют независимыми методами.
Практическая работа
Сравнение независимых свидетельств по готовым материалам
- На подписанном изображении ископаемого отметьте сохранённые признаки и сведения о слое; не выводите возраст только из внешнего вида.
- На схеме конечностей трёх позвоночных сравните порядок гомологичных костей, затем укажите пример аналогичной функции у неродственной структуры.
- На готовом дереве родства найдите общий предковый узел двух групп и добавьте, какие молекулярные или географические данные могли бы проверить вывод.
Что можно заключить: Разные источники ограничивают одни и те же исторические гипотезы и делают вывод надёжнее.
Безопасность: Используйте готовые изображения и музейные экспонаты по правилам коллекции; не извлекайте ископаемые из опасных обрывов.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.