Эволюция, Дарвин и современная классификация организмов
Научимся отличать сходство по общему происхождению от случайного сходства и читать эволюционное дерево без представления о «лестнице совершенства».
Федеральная программа · углублённый уровень · 7 класс
Введение
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Современная классификация организмов и её принципы
- Связь классификации с эволюционным учением
- Основные идеи теории эволюции Чарльза Дарвина
Как это устроено
Постройте рассуждение об отборе по шагам. В популяции есть наследуемые различия. Организмы производят больше потомков, чем обычно может выжить и размножиться в данных условиях. Если носители одного варианта в среднем оставляют больше потомков, этот вариант способен стать чаще в следующих поколениях. Изменяется популяция, а не отдельная особь по собственному желанию. Случайность и другие эволюционные процессы тоже влияют на историю популяций; отбор — не единственная причина изменения частот.
Дарвин объяснил, как наследственная изменчивость, борьба за существование в широком смысле и различия в успехе размножения могут приводить к естественному отбору. Современная биология расширила объяснение данными генетики, палеонтологии и молекулярных сравнений. Нельзя приписывать Дарвину открытие ДНК или считать, что он уже знал все сегодняшние механизмы наследования.
Классификация нужна, чтобы именовать организмы и сопоставлять сведения. В традиционной иерархии вид входит в род, род в семейство и так далее; научное название вида обычно состоит из названия рода и видового эпитета. Это удобная система рангов, но родство проверяют не по красивому названию и не по одной форме тела. На дереве группа, включающая предка и всех потомков, называется кладой; только такой охват ветви не оставляет часть потомков за искусственной границей.
Систематика группирует организмы, а филогенетика проверяет их родство. Внешнее сходство бывает наследием общего предка или результатом независимого приспособления. Поэтому классификацию уточняют по совокупности признаков, ископаемым данным и последовательностям ДНК. Одно похожее крыло или лист не является достаточным доказательством близкого родства.
Прочтите простое дерево с концами А, Б, В: если А и Б соединяются в более близком к концам узле, чем каждая из них с В, А и Б — сестринские линии на этой модели. Поворот ветвей вокруг узла меняет рисунок слева направо, но не это отношение. Без шкалы длина ветви и горизонтальное положение не дают возраста линий. Дерево — гипотеза, которую проверяют независимыми признаками; при новых данных оно может уточняться.
На филогенетическом дереве узел соответствует предполагаемому общему предку линий. Расстояние между кончиками на схеме без масштабной оси не обязательно равно времени или «степени развития». Все современные линии прошли собственную историю; никто из живущих организмов не стоит на «низшей ступени» только потому, что выглядит проще.
Иерархия «царство — отдел/тип — класс — порядок — семейство — род — вид» удобна для названий и учебной навигации. Однако ранги не заменяют эволюционное дерево: например, группа, названная «водоросли», объединяет организмы нескольких линий. Изменение системы при новых данных — нормальная часть науки, а не её несостоятельность.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Систематика
Область биологии, которая изучает разнообразие организмов, устанавливает их родственные связи и строит обоснованные системы групп. Для этого сопоставляют признаки строения, развития, молекулярные данные и историю происхождения.
Пример: Если новые данные ДНК меняют представление о родстве водных растений, систематики проверяют прежнее положение групп в классификации.
- Классификация
Упорядоченное распределение объектов по группам на основании явных признаков и цели сравнения. Современная биологическая классификация стремится по возможности отражать эволюционное родство, поэтому может уточняться при появлении новых данных.
Пример: Берёзу помещают в вид, род, семейство и более крупные группы; внешняя белая кора одна не определяет все эти уровни.
- Эволюция
Изменение наследуемых признаков популяций организмов в ряду поколений; на больших промежутках времени это приводит к расхождению линий и появлению разнообразия.
Пример: Разные виды дарвиновых вьюрков произошли от общих предков и приспособились к разным условиям.
- Популяция
Совокупность особей одного вида на определённой территории, между которыми в ряду поколений возможны связи через размножение и обмен наследственными вариантами. Границы популяции зависят от расселения организма и изучаемого масштаба.
Пример: Локальная группа берёз в лесном массиве может быть частью более крупной популяционной системы.
- Наследственная изменчивость
Различия признаков между организмами, связанные с вариантами наследственного материала и способные передаваться потомкам.
Пример: У растений одного вида могут наследоваться разные варианты окраски цветка.
- Естественный отбор
Изменение частот наследуемых вариантов, когда их носители в данных условиях различаются по выживанию и оставлению потомства.
Пример: Если наследуемый признак повышает образование жизнеспособных семян в данной среде, его вариант может стать чаще.
Важно: Отбор не «старается» заранее создать нужный признак и не действует ради блага вида.
- Общий предок
Предковая популяция или эволюционная линия, от которой в прошлом разошлись сравниваемые группы. На дереве её обычно обозначают узлом как научно обоснованную реконструкцию, а не как фотографию конкретной особи.
Пример: Родственные виды берёз имеют более недавнего общего предка друг с другом, чем с сосной.
- Гомологичные признаки
Признаки, сходство которых связано с общим происхождением структуры, даже если современные функции отличаются.
Пример: Листовые колючки кактуса и обычные листья других цветковых — видоизменения структур общего происхождения.
- Конвергенция
Независимое возникновение похожих признаков в разных эволюционных линиях под действием сходных функциональных задач или условий. Такое сходство само по себе не доказывает, что сравниваемая структура возникла у их ближайшего общего предка.
Пример: Обтекаемая форма тела акулы и дельфина сходна, но эти животные принадлежат к разным крупным линиям.
- Филогенетическое дерево
Разветвлённая проверяемая модель гипотезы об общем происхождении организмов: концы ветвей обозначают изучаемые группы, внутренние узлы — предполагаемых общих предков, а ветви — линии между ними. Порядок кончиков на странице можно менять вращением вокруг узла без изменения родства.
Пример: На дереве можно отметить общего предка двух групп в узле их ветвей.
Важно: Современный вид на конце ветви обычно не является прямым предком другого современного вида на соседней ветви.
- Таксон
Выделенная и названная группа организмов в классификации. Таксон может иметь ранг вида, рода, семейства и выше, но одинаковое название ранга не говорит, сколько времени назад разошлись две группы.
Пример: Род Берёза и семейство Берёзовые — таксоны разных рангов; в семейство входят и другие роды.
- Вид
Базовая единица систематики: эволюционно обособленная линия организмов. Для многих современных половых организмов важным признаком служит возможность обмена наследственным материалом в природе; у ископаемых, бесполых и гибридизирующихся групп границы вида устанавливают с учётом иных данных.
Пример: Берёза повислая и берёза пушистая имеют разные научные названия видов, хотя внешне иногда похожи и в отдельных условиях могут гибридизироваться.
Важно: Определение вида не сводится к правилу «все особи всегда дают плодовитое потомство» для любых организмов.
- Клада
Группа, включающая общего предка и всех его потомков в рассматриваемом дереве. Такая группа соответствует полному ответвлению эволюционной истории, в отличие от произвольного набора внешне похожих организмов.
Пример: Если выбрать внутренний узел учебного дерева и все отходящие от него концевые ветви, получится клада на этой модели.
- Сестринские группы
Две ветви филогенетического дерева, отходящие непосредственно от одного внутреннего узла и потому имеющие ближайшего общего предка друг с другом среди показанных групп. Это отношение задаётся выбранным деревом, а не соседством названий на странице.
Пример: В условном дереве ((А, Б), В) группы А и Б сестринские; перестановка А и Б вокруг их общего узла не меняет этого отношения.
- Приспособление
Наследуемая особенность, способствующая выживанию или размножению её носителей в определённых условиях по сравнению с альтернативными вариантами. Выгодность зависит от среды и не означает идеального устройства организма.
Пример: Форма клюва, полезная для добычи твёрдых семян, может быть менее удобной при питании мягкими насекомыми.
- Искусственный отбор
Выбор человеком особей для размножения по желательным ему наследуемым признакам. Этот процесс помог Дарвину показать, что наследственная изменчивость и последовательный отбор способны менять популяцию в ряду поколений, но цели человека не являются целью естественного отбора.
Пример: Селекционер оставляет семена растений с нужным для хозяйства признаком и сравнивает потомство в следующих поколениях.
Пример по шагам
У акулы и дельфина похожая форма тела. Доказывает ли это, что дельфин ближе к акуле, чем к корове?
- Укажите наблюдение: сходная обтекаемая форма помогает движению в воде.
- Сравните другие признаки: молочные железы, дыхание воздухом, развитие потомства, строение скелета и молекулярные данные.
- Разделите сходство от общего происхождения и независимое приспособление.
Вывод: Дельфин — млекопитающее; сходство формы тела с акулой — пример конвергенции, не доказательство ближайшего родства.
Практическая работа
Отдельно классификация и дерево родства
- На предоставленной учителем схеме сравните иерархию таксонов и филогенетическое дерево трёх-четырёх известных групп.
- Подчеркните названия таксонов на первой схеме и точки общего происхождения на второй.
- Запишите, каких данных не хватает для доказательства того, что внешне похожие группы — ближайшие родственники.
Что можно заключить: Таксономический ранг и эволюционная ветвь — разные способы описания разнообразия.
Безопасность: Работа проводится с учебными схемами без сбора живых организмов.
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.