Чем обусловлена целесообразность возникающих приспособлений

Относительная целесообразность приспособлений (адаптаций)

Ни одна адаптация не является абсолютно идеальной. Некоторые из них достигают своего предела, например, глаз человека способен воспринимать отдельные фотоны (при соблюдении всех условий можно видеть пламя свечи на расстоянии двух км!), но в обычной жизни эта возможность не может быть достигнута, поскольку мешает атмосферная пыль, другие источники света, да и потребности такой у человека нет. Следовательно, такие адаптации (они называются абсолютными) не используются в полной мере. Однако большинство адаптации не достигает своего предельного значения (относительные адаптации).

Следует помнить, что все приспособления, сколь бы совершенными они не были, носят относительный характер. Дело в том, что естественный отбор есть результат переживания и более эффективного размножения в данном месте и в данное время. Значит, естественный отбор конкретен, т. е. обеспечивает развитие приспособлений к существующим, а не ко всем возможным условиям среды. Понятно, что развитие способности к полету не очень хорошо совмещается с возможностью быстро бегать. Поэтому птицы, обладающие наилучшими способностями к полету, плохие бегуны. Напротив страусы, которые не способны летать, прекрасно бегают. Приспособление к определенным условиям может быть бесполезно или даже вредно при появлении новых условий. Однако условия обитания меняются постоянно и иногда очень резко. В этих случаях накопленные ранее адаптации могут затруднить формирование новых, что может вести к вымиранию больших групп организмов, как это случилось более 60—70 миллионов лет назад с некогда очень многочисленными и разнообразными динозаврами.

Восторгаясь адаптацией видов к условиям существования, мы часто приходим к неверному заключению о том, что каждая черта строения и функционирования организма имеет существенное адаптивное значение. В действительности дело обстоит не так. Одна из причин этого состоит в целостности организма и плейотропном действии генов. Пусть в данных условиях преимущество получают организмы с ферментной системой, обеспечивающей детоксикацию ядовитых веществ в среде путем их превращения в нерастворимый пигмент. Приспособленность организмов к условиям среды возрастет, однако изменение окраски может не иметь к этому никакого отношения. Хотя в других условиях, как видно в примере с индустриальным меланизмом, окраска бабочек имеет принципиальное значение для выживания вида.

Рассмотрим другой пример: у носорогов Юго-Восточной Азии один рог, а у их африканских родственников два. Нет оснований думать, что это морфологическое различие у носорогов имеет принципиальное значение для адаптации одних в Азии, а других в Африке. Наиболее вероятно, что это «побочный» результат естественного отбора двух исходно различающихся генетических систем. Возникает вопрос: означает ли это, что в последующей эволюции виду легко «расстаться» с признаком, не имеющим прямого адаптивного значения? Как ни странно, сделать это, по-видимому, сложно. Можно прибегнуть к аналогии. Большое ли значение имеет для здания цвет одного кирпича в основании? По-видимому, нет, однако извлечь такой кирпич не просто. Обратимся к эксперименту с дрозофилой — в ряду поколений был проведен отбор на изменение числа щетинок на брюшной поверхности четвертого и пятого сегментов. В исходной линии число щетинок составляло в среднем 36. Попытки отобрать мух с меньшим числом щетинок были малоуспешными — такие особи гибли либо оказывались стерильными. Отбор на увеличение числа щетинок оказался более успешным — за 20 поколений удалось увеличить число щетинок до 56, однако в результате такого отбора стала сильно проявляться стерильность и после прекращения отбора число щетинок за 1—2 поколения стало почти равным исходному — 39. Один из важных выводов, который следует сделать, состоит в том, что существует немало признаков, не имеющих большого адаптивного значения, их появление в значительной мере случайно, однако они тесно увязаны в, единую систему фенотипа организма.

Суммируя, следует подчеркнуть, что формирование адаптации — сложный результат взаимодействия факторов эволюционного процесса, где направляющую роль играет естественный отбор, который связует требования среды со структурой генотипа и фенотипа организмов.

Вопросы для устного отчета:

1. Естественный отбор.

2. Причины вымирания видов.

3. Основные направления эволюционного процесса.

4. Биологический прогресс и биологический регресс.

для выполнения лабораторной работы № 14

по дисциплине «Биология»

Тема: Приспособленность организмов к различным средам обитания

Цель занятия: закрепить знания о механизмах образования приспособлений, показать относительный характер приспособлений

Норма времени: 2 часа

Оснащение рабочего места: комнатные растения, фотографии животных из разных мест обитания.

Особые правила техники безопасности на рабочем месте:

Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами

Содержание работы и последовательность выполнения операций:

1. Изучите предложенные объекты. Определите их среду обитания (водная, наземно-воздушная, почвенная, живой организм)

2. Заполните таблицу:

3. Сделайте вывод о характере приспособлений

Практическая работа № 5 Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни и человека

Необходимый теоретический минимум:

Представление о происхождении человека:

Аристотель признавал отдаленное родство человека с животными. Ж.-Б. Ламарк первым установил непосредственное родство человека с человекообразными обезьянами, сформулировал антропогенную гипотезу происхождения человека. Далекие предки человека перешли от жизни на деревьях к наземному существованию, положение их тела стало вертикальным. В новых условиях произошла перестройка органов и систем, в том числе и черепа. Они вытеснили другие породы. В группах возникла необходимость в общении, постепенно возникли речь, умственная деятельность, психика. Ч. Дарвин сформулировал симиальную теорию, основываясь на том, что современный человек представляет собой последнее высокоорганизованное звено в цепи развития живых существ и имеет общих с современными человекообразными обезьянами предков. Гипотеза околоводного происхождения предков человека говорит о том, что обезьяноподобные существа, жившие на илистых отмелях, вынуждены были подниматься на задние конечности при поиске пищи в воде. Это способствовало формированию прямохождения.

Гипотеза происхождения предков человека на открытых пространствах саванн говорит о том, что в связи с изменением климата площади, покрытые лесами, превратились в саванны. Из-за недостатка пищи предки человека стали охотится на мелких животных. В более выгодном положении оказались особи, способные к передвижению на задних конечностях.

Вопросы для устного отчета:

1. Гипотезы происхождения жизни.

2. Краткая история развития органического мира.

3. Усложнение живых организмов на Земле в процессе эволюции.

4. Современные гипотезы о происхождении человека.

5. Доказательства родства человека с млекопитающими животными.

6. Эволюция человека.

7. Единство происхождения человеческих рас.

для выполнения практической работы № 5

по дисциплине «Биология»

Тема: Анализ и оценка различных гипотез происхождения жизни и человека

Цель занятия: Изучить различные гипотезы происхождения жизни, историю развития органического мира, описать изменения живых организмов на Земле в процессе эволюции, рассмотреть современные гипотезы о происхождении человека.

Норма времени: 2 часа

Оснащение рабочего места:

Особые правила техники безопасности на рабочем месте:

Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами

Содержание работы и последовательность выполнения операций:

1. С помощью учебника заполните таблицы. Являются ли представленные гипотезы доказательными? Допускают ли они эволюционное развитие природы? Можно ли считать данные гипотезы научными? Укажите знаком (+) или (-).

Источник

Основные положения эволюционной теории Чарлза Дарвина

Вопрос 1. Какие наблюдения Чарлза Дарвина поколебали его веру в неизменность видов?
Определяющую роль в формировании научных взглядов Ч. Дарвина сыграло путешествие на корабле «Бигль». В Южной Америке Ч. Дарвин нашел ископаемые остатки гигантских ленивцев и броненосцев. Современные виды этих животных, обитающие в тех же местах, были очень похожи на вымерших, что навело Дарвина на мысль о возможном родстве этих организмов.
Большое впечатление произвели на Ч. Дарвина обнаруженные им различия в видовом составе флоры и фауны разных материков. В частности, в Австралии он изучил сумчатых — древних млекопитающих, практически вымерших в других местах земного шара. Наконец, чрезвычайно важными оказались наблюдения Ч. Дарвина за животными океанических островов, зачастую демонстрирующими прямую связь с исходными материковыми формами. Так, на Галапагосских вулканических островах Дарвин обнаружил разнообразные виды вьюрков, которые отличались по размеру и строению клюва, но были очень похожи на материковый вид. Дарвин предположил, что когда-то птицы попали на острова с материка и видоизменились, приспособившись к разным источникам питания (твердые семена, фрукты, насекомые).

Вопрос 2. Каковы причины возникновения групповой изменчивости?
Выделенная Ч. Дарвином групповая, или определенная, изменчивость возникает под влиянием факторов внешней среды и у всех особей популяции проявляется примерно одинаково. Вместе с тем эта изменчивость не передается по наследству. Например, удобряя растения, можно получить хороший урожай. Но чтобы получить такой же урожай на следующий год, необходимо вновь вносить удобрения. Данную изменчивость в настоящее время называют ненаследственной (фенотипической, модификационной).

Вопрос 3. Что такое искусственный отбор?
Искусственный отбор — это процесс создания новых пород животных и сортов растений путем систематического сохранения и размножения особей с определенными, ценными для человека признаками и свойствами в ряду поколений. Если отбор ведут по совокупности признаков, т. е. просто отбирают «лучших» особей, не ставя перед собой определенной цели, то такой отбор называют бессознательным. Если же селекционер ставит перед собой конкретную задачу и ведет отбор по какому-то одному (двум) признакам, такой отбор называют методическим.
Благодаря искусственному отбору к середине XIX в. от одного вида дикого голубя было выведено более 150 пород, от банкивской курицы — десятки пород кур, от дикого тура — породы крупного рогатого скота.

Вопрос 4. Каковы причины борьбы за существование в живой природе?
Наиболее общей причиной борьбы за существование является несоответствие между запросами (потребностями) организма и условиями окружающей среды. Обычно реальные условия значительно отличаются от идеальных. Это позволило Ч. Дарвину выделить три основных формы борьбы за существование.
Борьба с неблагоприятными факторами внешней среды. Чаще всего причина этой борьбы — различные погодные явления, засухи, наводнения и многие другие природные катаклизмы. Как правило, при изменении условий обитания выживают и оставляют потомство особи, наиболее приспособленные к этим новым условиям. Межвидовая борьба. В ее основе лежит взаимодействие видов. Выделяют два основных ее варианта: «хищник — жертва» и конкуренция схожих видов. Например, ель с плотной кроной не дает развиваться в своей тени соснам. Внутривидовая борьба. Ее основной причиной является конкуренция особей внутри одного биологического вида. В этом случае борьба идет не только за пищу, но и за гнездовую (охотничью) территорию, а также за партнеров для размножения. Яркий пример — брачные турниры, когда самцы соревнуются за самку и лишь победитель может продолжить свой род, передав генетический материал потомству.

Вопрос 5. Следствием каких взаимоотношений является естественный отбор?
Естественный отбор — следствие борьбы за существование; обусловливает относительную целесообразность строения и функций организмов; творческая роль естественного отбора выражается в преобразовании популяций, приводящем к появлению новых видов. Понятие о естественном отборе как основном движущем факторе исторического развития живой природы введено Ч. Дарви-ном. Следствиями естественного отбора являются: развитие приспособлений видов к условиям их существования (обусловливающее «целесообразность» строения организмов), дивергенция (развитие от общего предка нескольких дочерних видов, все большее расхождение их признаков в эволюции) и прогрессивная эволюция (усложнение и усовершенствование организации).
Частным случаем естественного отбора является половой отбор, который обеспечивает развитие признаков, связанных с функцией размножения.
Естественный отбор происходит автоматически. Все живые организмы из поколения в поколение проходят суровую проверку по всем мельчайшим деталям их строения, функционирования всех их систем в разнообразных условиях. Только те, кто выдержал эту проверку, оказываются отобранными и дают начало следующему поколению. Эффективность естественного отбора зависит от его интенсивности и запаса наследственной изменчивости, накопленного в популяции. Интенсивность отбора определяется тем, какая доля особей доживает до половой зрелости и участвует в размножении. Чем меньше эта доля, тем больше интенсивность отбора. Интенсивность отбора варьирует в широких пределах в зависимости от вида и экологической ситуации. Однако она никогда не бывает нулевой. Даже в человеческих популяциях его интенсивность весьма значительна. В природных популяциях микроорганизмов, растений и животных интенсивность естественного отбора гораздо выше. Однако даже самый интенсивный отбор будет неэффективен, если изменчивость особей в популяции незначительна или она носит ненаследственный характер. Если все особи в популяции совершенно одинаковы, то даже в условиях жесткой борьбы за существование все они имеют равные шансы уцелеть или погибнуть. Жизнь и размножение каждой такой особи зависит от случая. Из поколения в поколение генетический состав этой популяции будет оставаться неизменным.
Изменения не будут накапливаться и в том случае, если изменчивость особей в популяции родителей обусловлена не генетической изменчивостью, а разнообразием средовых условий (чистые линии (гомозиготные по всем генам), растения и животные и в клонах бесполых организмов.
Вопрос 6. Какова роль естественного отбора в эволюции?
Охарактеризовав вначале искусственный отбор и его способность к созданию новых пород и сортов, Ч. Дарвин затем убедительно доказал наличие в природе аналогичного процесса. Он назвал его естественным отбором. Естественный отбор — это преимущественное выживание и размножение наиболее приспособленных особей каждого вида и гибель менее приспособленных организмов. Принцип естественного отбора, который впервые выдвинул Ч. Дарвин, имеет основополагающее значение в теории эволюции. Именно естественный отбор является тем фактором, который направляет эволюционный процесс и обеспечивает закрепление в популяции определенных изменений. Естественный отбор основывается на генетическом разнообразии и избыточной численности особей в популяции. Большинство видов размножаются очень интенсивно. Несоответствие между потенциальными возможностями видов к размножению в геометрической прогрессии и ограниченностью ресурсов является главной причиной борьбы за существование. Гибель организмов может происходить по разным причинам. Иногда она может носить случайный характер, например, в результате пересыхания водоема или пожара. Однако обычно с большей вероятностью выживают и оставляют потомство те особи, которые максимально приспособлены к данным условиям обитания и имеют определенные преимущества. Наименее приспособленные организмы имеют меньше шансов оставить потомков и чаще погибают. Таким образом, естественный отбор — это результат борьбы за существование.
Естественный отбор играет в природе творческую роль, потому что из всего многообразия ненаправленных наследственных изменений он отбирает и закрепляет только те, которые обеспечивают популяции или виду в целом оптимальные приспособления к данным условиям существования.

Источник

Биология. 11 класс

Многообразие видов – основа устойчивости биосферы

Приспособленность. Видообразование

Необходимо запомнить

Приспособления – результат эволюции.

Приспособленность организмов. Живые организмы удивительно приспособлены к условиям окружающей среды. Каждый вид занимает определенное место в природе и находится в сложных и, как правило, гармоничных взаимоотношениях с условиями обитания. При рассмотрении примеров действия естественного отбора вы убедились, что все закрепляющиеся в ходе эволюции особенности строения, функционирования, поведения организмов представляют собой те или иные приспособления, или адаптации (от лат. adaptatio – приспособление, прилаживание). Приспособленный организм характеризуется жизнеспособностью, конкурентоспособностью.

Жизнеспособным является такой организм, который нормально развивается в типичной для него среде (генотип не подвергается существенным изменениям).

Конкурентоспособным будет такой организм, который выдерживает конкуренцию с другими организмами (побеждает в борьбе за существование). Известны случаи, когда организм может быть вполне жизнеспособным, но не конкурентоспособным. Например, подобранные и выхоженные человеком дикие звери и птицы, выросшие в неволе, жизнеспособны, но не всегда могут выдерживать конкуренцию, если их выпустить на волю.

Известно огромное количество самых разнообразных особенностей строения, функционирования и поведения организмов (адаптации), обеспечивающих высокий уровень приспособленности видов к окружающей среде.

Адаптации могут быть организменными, присущими каждому конкретному организму данного вида и позволяющими организму выживать в определенных условиях среды, и видовыми, направленными на существование вида как целостной системы.

Организменные адаптации. Среди организменных адаптации выделяют морфологические, физиологические, биохимические и поведенческие (этологические).

К морфологическим адаптациям относятся все средства пассивной защиты организмов, наличие которых определяет большую вероятность сохранения жизни особи в борьбе за существование. Примером средств пассивной защиты служат твердые защитные покровы у животных (хитиновый покров членистоногих, раковины моллюсков, роговые чешуи рептилий, панцирь черепах), иглы и колючки (кактус, молочай, шиповник, боярышник, еж, дикобраз), и др.

К физиологическим адаптациям относится устойчивость физиологических параметров: поддержание постоянной температуры тела, концентрации солей и сахара в крови и другие показатели. Физиологическими являются также адаптации, направленные на снижение воздействия вредного фактора. Например, рептилии и птицы, проводящие большую часть жизни в морских просторах и пьющие морскую солёную воду, имеют специальные железы, позволяющие им быстро выводить избыток солей из организма.

Интересны приспособления, развившиеся у ныряющих животных. Многие из них могут долго находиться под водой. Тюлени, например, ныряют на глубину до 600 м и находятся под водой до 40–60 мин. Биохимические адаптации охватывают все биохимические процессы. Сюда относятся строго упорядоченные процессы синтеза белков в клетках, расщепление веществ с помощью ферментов, образование глюкозы и других органических соединений в ходе фотосинтеза и т. д.

Поведенческие (этологические) адаптации включают в себя всё многообразие форм поведения, направленного на выживание организмов. Адаптивное поведение проявляется на всех стадиях онтогенеза и охватывает все стороны жизнедеятельности организмов: нахождение укрытий от неблагоприятных климатических факторов и врагов, добывание и запасание пищи, поиск партнеров для спаривания, брачные ритуалы, забота о потомстве (строительство гнезд, насиживание яиц, выкармливание потомства, защита его от врагов) и т. д.

Таким образом, организменные адаптации охватывают всё многообразие признаков особей.

Относительность приспособленности. Особи разных видов хорошо приспособлены к условиям существования. Однако любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке. При изменении условий среды они могут оказаться бесполезными или даже вредными. Например, постоянный рост резцов у грызунов и зайцеобразных – очень важная и полезная адаптация, но лишь при питании твердой пищей. Если же крысу или зайца кормить мягкой пищей, то резцы, не стачиваясь, вырастут до таких размеров, что самостоятельное питание животных станет невозможным.

Любая структура и любая функция являются приспособлениями к условиям конкретной среды обитания. Эволюционные изменения – возникновение или исчезновение органов, усложнение организации, появление новых популяций и видов – обусловлены развитием адаптации. Логическое следствие естественного отбора – создание новых и совершенствование имеющихся адаптаций. Механизм возникновения и совершенствования адаптации заключается в накоплении отбором преимущественно мелких изменений признаков, совершенствовании нормы реакции и т. п.

Лабораторная работа «Приспособленность организмов к среде обитания»

Эволюция и видообразование

Эволюция – непрерывный процесс. Новые виды формируются даже сейчас, когда вы читаете эти строки. Активней всего видообразование происходит в крупных водоёмах, таких как озеро Байкал или озеро Виктория. Так, буквально в восьмидесятых годах нашли новый вид рыб-цихлид. Он отличался от предшественников размерами и формой челюсти. А в Байкале наблюдается эволюция множества видов растений и беспозвоночных. Как происходит эволюция и можно ли получить новый вид животных в домашних условиях?

В результате действия эволюционных факторов в популяции накапливаются изменения генофонда. Это ведет сначала к образованию новых популяций, затем подвидов, и в конечном счете, к образованию новых видов.

То есть можно сказать, что видообразование – это центральное событие в эволюции, это главный результат эволюционного процесса.

Сейчас ученые выделяют два пути видообразования:

1. Географическое (аллопатрическое)

2. Биологическое (симпатрическое)

При географическом видообразовании новые виды возникают в результате появления пространственно-территориальных преград. Преграды могут быть самого разного свойства. Это такие и чисто географические понятия, как горы, реки, и какие-то антропогенные преграды, как, например, строительство крупных дорог или вспашка поля для нужд сельского хозяйства.

Кстати, именно географические видообразования Чарльз Дарвин и объяснял появлением такого большого количества видов дарвиновских вьюрков, которые обитают на островах Галапагосского архипелага.

Дарвин считал, что некоторое количество вьюрков могло быть занесено на эти острова во время бурь, шторма и сильного ветра.

Но так как условия подходили для их жизни, вьюрки обосновались на этих островах, при этом они были изолированы как от популяции на соседних островах, так и от первоначальной южно-американской популяции. Это привело к тому, что внутри таких популяций стали накапливаться изменения, что и привело к образованию новых видов.

Можно сказать, что географическое видообразование возникает и при преградах внутри ареала вида, при так называемом мозаичном ареале. Сейчас перед вами несколько видов одуванчиков, возникших из некогда предкового вида одуванчика, который занимал весь европейский континент.

Одуванчик обыкновенный сейчас занимает лесные опушки, обочины дорог, какие-то сорные места, и это растение вы знаете очень хорошо.

Одуванчик – кок-сагыз произрастает в засушливых местах, поэтому обратите внимание на форму его листьев: его листья немного тоньше и больше срезаны.

Одуванчик розовый освоил высокогорье Тянь-Шаня. Он очень похож на одуванчик обыкновенный, но отличается от него окраской лепестков.

Обратите внимание, что географическое видообразование протекает очень медленно. Необходима смена сотен тысяч поколений, для того чтобы совершился процесс образования нового вида.

Второй способ видообразования – это биологическое видообразование.

Биологическое видообразование происходит в пределах ареала одного вида, и в его основе лежит биологическая изоляция.

Пути возникновения биологических изоляций бывают различными. Например, одним из них может быть полиплоидия, когда внутри одной популяции в результате мутации возникают полиплоидные организмы. Эти организмы жизнеспособны, конкурентоспособны, но по своему генетическому составу они отличаются от остальных особей популяции и не могут с ними скрещиваться.

Так внутри одной популяции возникает другая популяция, которая потом формируется уже в отдельный вид. Также в основе биологического видообразования может лежать экологическая изоляция.

Экологическая изоляция – это, например, разобщение в сроках размножения внутри одного вида. Это также какие-то сезонные изоляции у части популяций, от целой популяции.

Все это приводит к накоплению изменений, вследствие чего возникает новый вид. Хочется отметить, что строки биологического видообразования значительно короче, нежели географического видообразования. Но результат у них один – образование новых видов.

Источник