Базовая опора: Освоение суши: ключевые изменения растений и животных
Повторение материала базового уровня перед углублённым разбором. Проследим, какие признаки помогали разным линиям использовать наземные среды и почему новый признак не делает его обладателя «выше» остальных организмов.
Федеральная программа · углублённый уровень · 11 класс
Происхождение и развитие жизни на Земле
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Основные этапы эволюции растительного и животного мира
- Освоение суши разными линиями организмов
- Проводящие ткани, покровы, пыльца, семя и цветок у растений
- Челюсти, конечности и зародышевые оболочки в истории позвоночных
- Примеры школьных ароморфозов и границы этого термина
- Независимое возникновение, наследование и вторичная утрата признаков
- Проверка исторических выводов по ископаемым и сравнительному строению
Как это устроено
На суше организм сталкивается с потерей воды, действием силы тяжести и иным способом обмена газов, чем в толще воды. У ранних наземных растений защитный покров уменьшал высыхание, а устьица позволяли регулировать газообмен ценой потери части воды. Это не один «идеальный» набор: мхи, папоротники и семенные растения сохранились до наших дней и используют разные жизненные стратегии. При сравнении нельзя подменять реальные ископаемые и родство схемой, где одна современная группа буквально превращается в следующую.
Ксилема и флоэма дали сосудистым растениям более эффективное распределение воды и продуктов фотосинтеза. Споры служат расселению папоротников и многих других растений, но сами по себе не устраняют зависимость полового процесса папоротника от внешней воды. Пыльца переносит мужской гаметофит семенного растения, а семя защищает зародыш и помогает переживать часть неблагоприятных условий. Цветок и плод характерны для покрытосеменных; хвойные — семенные, но не образуют цветков и плодов. Ни один из этих признаков не возник ради будущего «венца эволюции»: отбор сохранял варианты в конкретных условиях.
У животных сушу осваивали разные ветви, включая членистоногих и позвоночных. Челюсти относятся к древней истории челюстноротых позвоночных и не являются исключительно наземным признаком. Конечности четвероногих связаны с определённой линией потомков лопастепёрых рыб; первые их формы не были непременно ногами для быстрого бега по суше. Нынешние рыбы, земноводные, птицы и млекопитающие — не последовательные возрастные стадии одного вида, а ветви с общими предками. Гомологичные кости и ископаемые переходных форм помогают восстановить историю признака.
Амнион и другие внезародышевые оболочки возникли у предков амниот и позволили зародышу развиваться в защищённой жидкой среде; это помогло размножению вне открытого водоёма. Не следует сводить амниот к «животным, откладывающим яйца с твёрдой скорлупой»: человек и другие плацентарные млекопитающие тоже амниоты, но зародыш развивается внутри тела матери. Термины «ароморфоз» и «идиоадаптация» полезны для школьного разговора о масштабе некоторых изменений, однако современное дерево не ранжирует живые линии по «совершенству». Признак может появиться, изменить функцию или быть утрачен в одной из ветвей.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Освоение суши
Историческое заселение наземных сред различными эволюционными линиями, сопровождавшееся приспособлениями к воде, опоре, газообмену и размножению вне водной толщи.
Пример: Растения, членистоногие и позвоночные осваивали сушу разными путями и в разные интервалы времени.
- Кутикула растения
Наружный слой на поверхности многих надземных частей растения, который уменьшает неконтролируемую потерю воды, но не заменяет обмен газов.
Пример: Восковая кутикула листа затрудняет испарение через его поверхность; часть газообмена идёт через устьица.
- Устьице
Пора эпидермиса растения, открывание которой регулируют замыкающие клетки, влияя на поступление углекислого газа и потерю воды.
Пример: При открытом устьице углекислый газ легче поступает в лист, но водяной пар также выходит наружу.
- Проводящие ткани
Специализированные ткани сосудистых растений, переносящие воду с минеральными веществами и продукты фотосинтеза между частями организма.
Пример: Ксилема доставляет воду от корней к листьям, а флоэма переносит вещества от источников к потребляющим частям.
- Ксилема
Проводящая ткань сосудистых растений, по которой движутся вода и растворённые минеральные вещества; её элементы также помогают механической опоре.
Пример: При рассмотрении среза стебля проводящие элементы ксилемы отличаются от наружной покровной ткани.
- Флоэма
Проводящая ткань сосудистых растений, распределяющая сахара и другие вещества из органов-источников к органам, где они расходуются или запасаются.
Пример: Сахара из фотосинтезирующего листа могут поступать по флоэме к растущему корню.
- Спора
Клетка размножения и расселения, из которой при подходящих условиях развивается новая стадия жизненного цикла без слияния с другой клеткой в момент прорастания.
Пример: Папоротник образует споры, но для его полового процесса обычно необходима доступная вода.
- Пыльца
Мужской гаметофит семенного растения на стадии переноса, содержащий клетки, участвующие в доставке мужских гамет к семязачатку.
Пример: Пыльцевое зерно сосны переносится ветром; пыльца не является готовым семенем.
- Семя
Структура семенного растения, возникающая из семязачатка после оплодотворения и содержащая зародыш, защитные покровы и запас или доступ к питательным веществам.
Пример: Семя сосны и семя фасоли развиваются в разных группах семенных растений, но оба содержат зародыш.
- Цветок
Репродуктивный орган покрытосеменных растений, включающий части, связанные с образованием половых клеток, опылением и последующим развитием семян и плода.
Пример: Цветки яблони связаны с образованием семян внутри завязи; у сосны шишки, а не цветки.
- Челюсти позвоночных
Парные структуры ротовой области челюстноротых позвоночных, возникшие в их эволюционной линии и расширившие способы захвата и обработки пищи.
Пример: У акулы и человека челюсти различаются, но их происхождение изучают как признак общего предка челюстноротых.
- Конечности четвероногих
Парные придатки с характерным внутренним планом скелета, возникшие в древней линии четвероногих и позднее изменявшиеся для ходьбы, плавания, полёта или других функций.
Пример: Передняя конечность человека и крыло птицы имеют общий план костей, хотя работают по-разному.
- Амнион
Зародышевая оболочка амниот, окружающая развивающийся зародыш и создающая жидкую среду; вместе с другими оболочками она участвует в развитии вне свободной воды.
Пример: Амнион есть и у птицы в яйце, и у млекопитающего при внутриутробном развитии.
- Амниоты
Эволюционная ветвь четвероногих, у предка которой возникли внезародышевые оболочки, включая амнион; к ней относятся современные птицы, прочие рептилии и млекопитающие.
Пример: Лягушка — четвероногое, но не амниот; человек — амниот, хотя не откладывает яйца с твёрдой скорлупой.
- Ароморфоз
Исторический термин школьной биологии для крупного изменения строения или жизненного цикла, связанного с освоением новых способов существования; он не задаёт универсальную шкалу «высоты» организмов.
Пример: Появление проводящих тканей у предков сосудистых растений обсуждают как школьный пример ароморфоза, не называя мхи «неудачными».
- Идиоадаптация
Исторический школьный термин для более частного приспособительного изменения в конкретной линии без предположения, что оно поднимает организм на общую ступень сложности.
Пример: Разные формы клюва птиц связаны с пищей и средой, но не образуют рейтинг «лучших» видов.
Пример по шагам
На плакате: «Папоротник превратился в сосну, сосна — в цветок, рыба — в лягушку, лягушка — в человека». Перепишите как сравнение ветвей и признаков.
- Папоротники и семенные растения имеют общих более древних сосудистых предков; современный папоротник не предок современной сосны.
- У семенных растений есть пыльца и семена; цветки возникли в линии покрытосеменных, а сосна относится к другой живой линии семенных.
- Четвероногие связаны с древней линией лопастепёрых рыб; современные лягушки и люди — отдельные ветви четвероногих.
- Амнион есть у предков и потомков амниот, включая человека, но его нет у лягушки; это признак ветви, а не знак «высшего» организма.
Вывод: Общих предков и распределение признаков показывают ветвлением, а не цепью из ныне живущих видов.
Практическая работа
Карта признаков двух ветвящихся линий
- Возьмите готовые изображения мха, папоротника, сосны и яблони; для каждого проверьте наличие сосудистых тканей, семени и цветка по учебным источникам, не делая вывода по одной фотографии.
- Отдельно сравните готовые схемы акулы, лягушки, птицы и человека по челюстям, конечностям четвероногих и амниону; не рисуйте современный вид предком следующего.
- Постройте две ветвящиеся карты с отметками появления признаков в общих предковых линиях, оставив неизвестные положения помеченными как предположения.
- Под каждой картой запишите, какую пользу мог давать признак в заданной среде и почему это не универсальный показатель «более развитого» организма.
Что можно заключить: Сравнение распределения признаков помогает проверять гипотезы родства и сохраняет различие между функцией признака и историей его происхождения.
Безопасность: Работайте с готовыми изображениями, гербарием и разрешённой коллекцией; не собирайте редкие растения и не извлекайте ископаемые из опасных мест.
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.