3.2 Конвергенция и параллелизм
Конвергенция - это возникновение сходных черт организации на изначально различной основе. Конвергенция возникает в том случае, если группы организмов независимо друг от друга вселяются в одну и ту же адаптивную зону. При конвергенции возникают аналогичные признаки, то есть признаки, внешне сходные, но возникающие на различной генетической основе. В этом случае образуются аналогичные органы, то есть органы, имеющие сходное строение и сходные функции, но разное происхождение. Примеры аналогичных органов (признаков):
глаза головоногих моллюсков и глаза млекопитающих
крылья насекомых и крылья птиц;
Одна из задач систематики - выявление сборных полифилетических групп и их разграничение. Например, к разным отрядам относятся Дневные хищные птицы и Совы. Еще недавно в один отряд объединялись Грызуны и Зайцеобразные; в настоящее время считается, что сходство между этими животными конвергентное, и они должны относиться к разным отрядам. Вероятно, хвостатые и бесхвостые амфибии произошли от разных групп кистеперых рыб, а усатые и зубатые китообразные - от разных групп древних хищных.
Параллелизм - процесс развития в одном направлении двух и более первоначально дивергировавших групп. Примеры параллелизма:
внешнее сходство ушастых тюленей, настоящих тюленей и моржей;
внешнее сходство сумчатых и плацентарных млекопитающих, что видно даже из названий многих сумчатых (сумчатые кроты, сумчатые белки, сумчатые сони, сумчатые барсуки, сумчатые медведи);
внешнее сходство древних копытных Южной Америки и копытных Голарктики;
возникновение саблезубости в разных подсемействах кошачьих;
Между конвергенцией и параллелизмом на практике трудно провести четкую границу: все зависит от того, что подразумевается под адаптивной зоной и под общим предком. Явления полифилии и конвергенции характерны для грибов. К грибам относятся самые разнообразные гетеротрофные организмы, тело которых представлено различными типами мицелия: Высшие грибы (отдел Eumycota), Низшие грибы (отдел Oomycota), а также грибоподобные организмы - Слизевики (Myxomycota). Кроме того, вместе с грибами часто рассматриваются прокариотические Актиномицеты. Предками эукариотических грибов были древние гетеротрофные разножгутиковые эукариотические организмы, у которых имелись все органоиды эукариотической клетки и разнообразные формы полового и бесполого размножения. Разножгутиковость заключается в наличии переднего перистого жгутика и заднего гладкого (бичевидного) жгутика. В то же время разные группы эукариотических грибов и грибоподобных организмов произошли от разных групп древних эукариот. Такое происхождение и является полифилетическим. Дальнейшая эволюция грибов протекала под воздействием двух групп факторов:
. Выход на сушу (в наземно-воздушную среду обитания). Постепенно утрачиваются подвижные стадии в жизненном цикле, совершенствуются клеточные стенки, совершенствуются органы размножения и типы плодоношения.
. Гетеротрофный способ питания. В связи со способностью абсорбировать питательные вещества из растворов происходило совершенствование разнообразных мощных ферментных систем. Выход грибов на сушу не сопровождался ароморфозами. Грибы остались низшими эукариотами: у них так и не появились дифференцированные ткани. Сходство различных грибоподобных организмов между собой обусловлено конвергенцией - появлением сходных признаков в сходных условиях обитания [17, стр. 299-306].
3.3 Уровни организации
эволюция группа организм закономерность
Эволюционный процесс носит приспособительный характер и сопровождается усложнением среды для каждого из эволюционирующих групп организмов. Отсюда - повышение организации жизни, ее прогрессивное развитие. Говоря о прогрессивной эволюции природы в целом и животного мира в частности, следует определить понятие уровень организации. Это понятие прямо не связано со степенью сложности строения животного.
Действительно, степень сложности не только морфофизиологической организации, но и генома человека и современных человекообразных обезьян практически совпадает, но уровень организации человека, благодаря его социальности, несомненно, выше.
Предложено несколько вариантов оценки уровня организации животных. Наиболее приемлемым из них является, вероятно, определение уровня организации через характер взаимоотношения организмов данной группы со средой обитания. Примитивные организмы используют во взаимоотношениях со средой так называемую стратегию r. Они ведут себя в среде пассивно, а их выживание и дальнейшая эволюция обеспечиваются в первую очередь интенсивным размножением, благодаря которому компенсируются огромные потери, возникающие в процессе естественного отбора. Для них в высшей степени характерны резкие колебания численности популяций в зависимости от сезона и изменений природно-климатических условий. В противоположность им высокоорганизованные организмы более активно проявляют себя в среде обитания и не только противостоят ей, но и способны преобразовывать ее, приспосабливая для своих нужд. Плодовитость их невелика, а выживаемость высокая, часто благодаря заботе о потомстве. Выраженных регулярных колебаний численности их популяций в естественной природе обычно не происходит. Такая стратегия взаимодействия организмов со средой носит название стратегия К. В группу организмов первого типа входят практически все беспозвоночные, в особенности, ведущие паразитический образ жизни, а из позвоночных - большинство рыб и земноводных. Стратегия К характерна для птиц и млекопитающих.
Рассмотренный критерий уровня организации можно применять только по
отношению к группам организмов, связанных более или менее отдаленным родством.
Так, пресмыкающиеся более высоко организованы, чем земноводные, потому, что они
активнее ведут себя в среде обитания (размножение их может происходить в
разнообразных условиях), при более низкой плодовитости выживаемость их
потомства значительно выше. Уровень организации млекопитающих еще более высок
благодаря постоянной температуре тела, сложному поведению, внутриутробному
эмбриональному развитию и заботе о потомстве. Однако в одной и той же
систематической группе могут находиться организмы, уровни организации которых
разительно отличаются. Это касается, например, отряда Приматы, к которым
относятся как низшие полуобезьяны, так и человек, уровень организации которого
высок благодаря его социальному способу адаптации к среде и активному ее
преобразованию [25, гл. 13].
Глава 4. Направления эволюции
Для понимания исторического развития органического мира важно определить главные линии эволюции. В разработку проблемы направлений эволюции значительный вклад внесли крупные советские ученые А. Н. Северцов, И. И. Шмальгаузен. На макроэволюционном уровне можно проследить главные направления органической эволюции: биологический и морфологический прогрессы. Поскольку направление эволюции определяется естественным отбором, то пути эволюции совпадают с путями формирования приспособлений, определяющих те или иные преимущества одних групп над другими. Появление таких признаков обусловливает прогрессивность данной группы.
Биологический прогресс (от лат. прогрессус - движение вперед) группы организмов подразумевает увеличение численности ее особей, ее ареала и ее многообразия (числа видов), тогда как биологический регресс (от лат. регрессус - движение назад, возвращение) - противоположную динамику этих показателей.
Биологический прогресс характерен для исторически молодых в данное время групп организмов, обладающих новыми приспособлениями. К ним, в частности относятся классы Насекомые и Птицы, имеющие приспособления к полету, причем в каждом из этих классов можно выделить наиболее прогрессирующие отряды - Двукрылые (Мухи) и Воробьинообразные. В состоянии биологического прогресса могут находиться и достаточно древние группы, примером чего является класс Круглые черви. Этап биологического регресса прошли почти все вымершие группы организмов, проигравшие борьбу за существование своим более прогрессивным «родственникам». Однако примеры биологического регресса есть и среди существующих организмов, называемых реликтовыми (от лат. реликтум - остаток). Реликтовыми являются царство Архебактерии (подимперия Прокариоты), классы Мечехвосты (тип Членистоногие) и Ланцетники (тип Хордовые), подклассы Гаттерии (класс Пресмыкающиеся) и Лопастеперые с отрядами Кистеперые и Двоякодышащие (класс Костные рыбы) [17, стр. 315].
Биологический прогресс достигается различными путями. Можно выделить несколько путей эволюции (по А.Н. Северцову):
арогенез (ароморфоз или морфофизиологический прогресс)
аллогенез (идиоадаптацию)
катогенез (катоморфоз или дегенерацию)
гипергенез
Арогенез - такой путь эволюции, который характеризуется повышением организации, развитием приспособлений широкого значения, расширением среды обитания данной группы организмов. На арогенный путь развития группа организмов вступает, вырабатывая определенные приспособления, называемые в таком случае ароморфозами. Примером ароморфоза у млекопитающих является разделение сердца на левую и правую половины с развитием двух кругов кровообращения, что привело к увеличению легких и улучшению снабжения кислородом органов. Дифференцировка органов пищеварения, усложнение зубной системы, появление теплокровности - все это уменьшает зависимость организма от окружающей среды. У млекопитающих и птиц появилась возможность переносить снижение температуры среды значительно легче, чем, например, у рептилий, которые теряют активность с наступлением холодной ночи и холодного времени года. В связи с этим ночная активность рептилий в среднем ниже, чем дневная. Теплокровность млекопитающих и птиц позволила им овладеть поверхностью всего земного шара. Дифференцировка зубного аппарата у млекопитающих, приспособление его к жевательной функции, чего не было ни у одного из предшествующих классов хордовых, обеспечили большую возможность использования пищи. У них хорошо развиты большие полушария головного мозга, которые обеспечивают поведение «разумного типа», позволяют организмам приспосабливаться к быстрым изменениям среды без изменения своей морфологической организации. Ароморфозы сыграли важную роль в эволюции всех классов животных. Например, в эволюции насекомых большое значение имело появление трахейной системы дыхания и преобразование ротового аппарата. Трахейная система обеспечила резкое повышение активности окислительных процессов в организме, что вместе с появлением крыльев обеспечило им выход на сушу. Благодаря необычайному разнообразию ротового аппарата у насекомых (сосущий, колющий, грызущий) они приспособились к питанию самой разнообразной пищей. Ароморфозом можно считать образование у насекомых хитинового покрова и расчлененных конечностей. Немалую роль сыграло в их эволюции и развитие сложной нервной системы, а также органов обоняния, зрения, осязания [8, стр. 326].
Аллогенез - путь эволюции без повышения общего уровня организации. Организмы эволюционируют путем частных приспособлений к конкретным условиям среды. Такой тип эволюции ведет к быстрому повышению численности и многообразию видового состава. Все многообразие любой крупной систематической группы является результатом аллогенеза. Достаточно вспомнить многообразие млекопитающих, чтобы увидеть, насколько разнообразны пути их приспособления к самым различным факторам среды. Аллогенезы осуществляются благодаря мелким эволюционным изменениям, повышающим приспособление организмов к конкретным условиям обитания. Эти изменения называются идиоадаптацией. Хорошим примером идиоадаптаций служат защитная окраска у животных, разнообразные приспособления к перекрестному опылению ветром и насекомыми, приспособление плодов и семян к рассеиванию, приспособление к придонному образу жизни (уплощение тела у многих рыб). Аллогенез часто приводит к узкой специализации отдельных групп.
В ряде эволюционных ситуаций, когда окружающая среда стабильна, наблюдается явление общей дегенерации, то есть резкого упрощения организации, связанного с исчезновением целых систем органов и функций. Очень часто общая дегенерация наблюдается при переходе видов к паразитическому образу существования. У крабов известен паразит саккулина, имеющая вид мешка, набитого половыми продуктами, и обладающая как бы корневой системой, пронизывающей тело хозяина. Эволюция этого организма такова. Родоначальная форма принадлежала к усоногим ракам и прикреплялась не к водным камням, а к крабам и постепенно перешла к паразитическому способу существования, утратив во взрослом состоянии почти все органы. Несмотря на то, что общая дегенерация приводит к значительному упрощению организации виды, идущие по этому пути, могут увеличивать численность и ареал, то есть двигаться по пути биологического прогресса.
Гипергенез - путь эволюции, связанный с увеличением размеров тела и непропорциональным переразвитием органов. В различные периоды в различных классах организмов появлялись гигантские формы. Но, как правило, они довольно быстро вымирали, и наступало господство более мелких форм. Вымирание гигантских форм чаще всего объясняется нехваткой пищи, хотя некоторое время такие организмы могут иметь преимущество вследствие своей огромной силы и отсутствия по этой причине врагов.
Пути эволюции органического мира сочетаются друг с другом либо сменяют друг друга, причем ароморфозы происходят значительно реже идиоадаптаций. Но именно ароморфозы определяют новые этапы в развитии органического мира. Возникнув путем ароморфоза, новые, высшие по организации группы организмов занимают другую среду обитания. Далее эволюция идет по пути идиоадаптации, иногда и дегенерации, которая обеспечивает организмам обживание новой для них среды обитания.
Общие черты эволюционных процессов - прежде всего, это возникновение целесообразности организмов, то есть их соответствие условиям обитания и способность меняться по мере изменения этих условий.
Другая важнейшая характеристика эволюционного процесса - это видообразование, то есть постоянное образование новых видов. За время эволюции на Земле существовали десятки, а возможно, и сотни миллионов видов живых организмов.
И, наконец, третье неотъемлемое свойство эволюционного процесса - постоянное усложнение живых организмов от примитивных доклеточных форм вплоть до человека
В природе, однако, наблюдается и биологический регресс. Биологический регресс - направление эволюции, которое характеризуется уменьшением числа видов, подвидов, и популяций, сокращением численности особей и ареала. Биологический регресс означает снижение приспособленности организма.
Таким образом, пути эволюции крупных систематических групп очень сложны. В процессе филогенеза происходила смена одного пути эволюции другим.
В эволюции различных групп живых организмов ароморфоз происходит значительно реже, чем идиоадаптация, он знаменует новый этап в развитии органического мира.
Новые, более высоко организованные группы возникают путем ароморфоза и
при этом часто переходят в новую среду обитания (например: выход животных на
сушу). Далее эволюция продолжается уже путем идиоадаптации, иногда дегенерации.
Каждый ароморфоз открывает новые возможности для идиоадаптации, которая
обеспечивает более полное заселение среды благодаря захвату в ней различных
местообитаний для повышения уровня организации [18 стр. 19].
Заключение
В курсовой работе я рассмотрела основные закономерности эволюционного процесса групп организмов.
Эволюционный процесс - это развитие живой природы, в результате которого появляются новые формы групп организмов, лучше приспособленные к условиям среды своего обитания. Природные условия постоянно меняются. Приспособленность новых форм групп организмов, появившихся в результате эволюционного процесса и получивших широкое распространение выше приспособленности предыдущих форм. Живые организмы и их экологически взаимосвязанные сообщества, формирующиеся в ходе эволюции, постоянно усложняются и совершенствуются. Возникают новые принципы приспособления, а сами темпы эволюции ускоряются. Так, древние организмы, обитавшие на Земле, приспосабливались, в основном, за счет появления более сложных морфологических признаков, и это был очень медленный процесс. С появлением на Земле млекопитающих, в арсенале живых существ получил широкое распространение новый способ приспособления - за счет уместного адаптивного поведения. С появлением человека, жизнь на Земле постепенно приобрела разумные формы, и в настоящее время на Земле формируется Ноосфера.
Процесс эволюции живых организмов необратим. Ни один вид живых организмов не может превратиться в своего эволюционного предка. Отдельные группы могут регрессировать, приспосабливаясь к среде с помощью эволюционно устаревших способов, но, в целом, эволюционный процесс движется только вперед. Адаптивность (то есть приспособленность) той или иной группы живых организмов всегда относительна: она может быть оценена только в связи с условиями существования данной группы.