Биологические последствия приобретения приспособлений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Приобретение популяциями и видами разнообразных приспособлений способствует не только выживанию их в какой-то определённой среде. Новые признаки и свойства могут стать причиной освоения популяцией новых мест обитания, новых источников питания. В этом случае конкуренция с родственными организмами резко ослаблена или отсутствует. Это приводит к вспышке размножения и широкому расселению вида, что, в свою очередь, способствует формированию многочисленных популяций, каждая из которых оказывается в несколько различающихся условиях и подвергается неодинаково направленному действию отбора.

Генетическое разнообразие популяций служит основой для формирования новых, иногда многочисленных близкородственных видов. Показатель хорошей приспособленности группы организмов - её высокая численность, широкий ареал и большое количество починённых систематических групп. Систематическая группа находится в состоянии процветания или биологического прогресса, если в неё входит значительное число дочерних форм. Например, внутри отряда всегда есть семейства, внутри семейств - роды, отличающиеся по числу входящих в них видов.

Таким образом, биологический прогресс представляет собой результат успеха в борьбе за существование.

Отсутствие необходимого условия приспособленности приводит к биологическому регрессу - уменьшению численности, сокращению ареала, снижению числа систематических групп более низкого ранга. Биологический регресс чреват опасностью вымирания.

Эволюция крупных систематических групп называется макроэволюцией.

Пути достижения биологического прогресса (главные направления прогрессивной эволюции)

Ч. Дарвин считал, что естественный отбор не обязательно ведёт к повышению организации. Адаптационные изменения, благоприятные для выживания популяции, могут быть направлены на специализацию, в результате которой группа организмов устраняется от конкуренции. Приобретение специальных приспособлений к ограниченным условиям среды не меняет уровня организации, но способствует процветанию вида. В некоторых случаях оказывается выгодным переход к сидячему образу жизни, пассивному питанию или паразитизму. Такая адаптация, как правило, ведёт к упрощению организации, утрате органов активной жизни.

В соответствии с разнообразными преобразованиями строения организмов в процессе эволюции выделяют три главных направления, каждое из которых ведёт к биологическому прогрессу:

1. Арогенез (морфофизиологический прогресс);

2. Аллогенез;

3. Катагенез или общую дегенерацию.

Эти направления выявил и описал А.Н. Северцов.

Арогенез

Арогенез (от греч. Airo - поднимаю и genesis - развитие), или морфофизиологический прогресс, - эволюционное направление, сопровождающееся приобретением крупных изменений строения - ароморфозов. Ароморфоз (от греч. airo - поднимаю, morpha - образец, форма) означает усложнение организации, поднятие ее на более высокий уровень. Изменения в строении животных в результате ароморфоза не являются приспособлениями к каким-либо специальным условиям среды, они носят общий характер и дают возможность расширить использование условий внешней среды (новые источники пищи, новые места обитания).

Ароморфозы обеспечивают переход от пассивного питания к активному (появления челюстей у позвоночных), повышают подвижность животных (появление скелета как места прикрепления мышц, замена пластов гладкой мускулатуры у червей на пучки поперечнополосатой у членистоногих), дыхательную функцию (возникновение жабр и легких), снабжение тканей кислородом (появление сердца у рыб и разделение артериального и венозного кровотока у птиц и млекопитающих). Все эти приспособления, не будучи частными приспособлениями к конкретным условиям среды, повышают интенсивность жизнедеятельности животных, уменьшают их зависимость от условий существования. Общая черта ароморфозов заключается в том, что они сохраняются при дальнейшей эволюции и приводят к возникновению новых, крупных систематических групп - классов, типов, некоторых отрядов (у млекопитающих).

Аллогенез

Аллогенез (от греч. allos - иной, другой и genesis - развитие) эволюционное направление, сопровождающееся приобретением идиоадаптацией, или алломорфозов. Идиоадаптация (от греч. idios - особенность и лат. adaptation - приспособление) - приспособление к специальным условиям среды, полезное в борьбе за существование, но не изменяющее уровня организации. Поскольку каждый вид обитает в определённых местообитаниях, у него вырабатывается приспособление именно к этим условиям. К разным видам идиоадаптации относятся покровительственная окраска животных, колючки растений, определённая форма тела. В зависимости от условий обитания и образа жизни, многочисленным преобразованиям подвергается пятипалая конечность млекопитающих. Условия обитания накладывают различия на внешний облик животных одной систематической группы (рис.1). Форма конечности представителей одного отряда может быть одинаковой, но внешний вид разным и наоборот (рис. 2).

Рисунок 1. Экологическая дифференциация (идиоадаптация) в отряде насекомоядных млекопитающих. Наземные формы: А - прыгунчик, Б - землеройка, В - еж; земноводные формы: Г - кутора, Д - выдоровая землеройка, Е - выхухоль; роющие формы: Ж - крот, З - златокрот.

Рисунок 2. Экологическая дифференциация (идиоадаптация) в отряде парнокопытных млекопитающих: 1 - кабан, 2 - зубр, 3 - бегемот, 4 - баран аргали, 5 - северный олень, 6 - лось, 7 - косуля, 8 - европейский олень.

После возникновения ароморфозов и особенно при выходе группы животных в новую среду обитания начинается приспособление отдельных популяций к условиям существования именно путём идиоадаптации. Так, класс птиц в процессе расселения по суше дал громадное разнообразие форм. Рассматривая их строение можно прийти к выводу, что все различия между ними сводятся к частным приспособлениям, хотя основные черты строения у всех птиц одинаковы

Крайняя степень приспособления к очень ограниченным условиям существования носит название специализации. Переход к питанию только одним видом пищи, обитание в очень однородной и постоянной среде (например, в пещерах) приводят к тому, что вне этих условий организмы жить не могут. Таковы колибри, питающиеся нектаром тропических цветов, муравьеды, специализация которых обусловлена ограниченным родом пищи, хамелеоны, приспособленные к обитанию на тонких ветвях деревьев (рис. 3).

Рисунок 3. Хамелеон. Пример узкого приспособления к обитанию на ветвях деревьев.

Специализация подавляет эволюционные возможности группы и при быстром изменении условий среды приводит к вымиранию.

Катагенез

Биологическое процветание достигается и упрощением организации. Катагенез (от греч. kata - движение вниз и genesis - развитие) - эволюционное направление сопровождающееся упрощением организации. Упрощение организации - морфологический регресс, ведёт к исчезновению органов активной жизни и носит название общей дегенерации. Общая дегенерация, как путь биологического прогресса наблюдается у многих форм и связана главным образом с переходом к паразитическому или сидячему образу жизни. Виды, перешедшие к паразитизму, резко отличаются от свободноживущих видов. У растений-паразитов атрофируются корни, листья. Нередко утрачивается способность к фотосинтезу, и такое растение существует за счёт хозяина. У животных, например ленточных червей (рис. 4), редуцируются органы чувств, пищеварительная система, упрощается строение нервной системы. Взамен у них развиваются различные частные приспособления - присоски, прицепки, способствующие удержанию в кишечнике хозяина.

Рисунок 4. Общий вид бычьего цепня

Наиболее прогрессивного развития у паразитов достигает половая система. На рисунке 5 изображена самка одного из паразитических ракообразных, полностью утратившая признаки членистоногих и выполняющая только одну функцию - образование яиц. Плодовитость паразитов чрезвычайно велика. Бычий цепень, паразитирующий в кишечнике человека по 18-20 лет, производит около 11 млрд. яиц. Защищённость телом хозяина и высокая плодовитость обеспечивают их широкое распространение и биологическое процветание.

Рисунок 5. Общий вид самки одного из видов паразитических ракообразных.

Переход к сидячему образу жизни и пассивному питанию (например, асцидия) сопровождается упрощением организации и устранением от конкуренции с другими видами, что также ведет к сохранению вида.

Основные закономерности биологической эволюции

Морфофункциональные особенности живых организмов определяются двумя факторами: физиологическими потребностями и конкретными условиями среды обитания. При всем разнообразии частных особенностей строения и приспособлений организмов к внешней среде можно выделить некоторые общие закономерности эволюционного процесса.

Закономерности эволюционного процесса

Данные систематики, палеонтологии, сравнительной анатомии и других биологических дисциплин дают возможность с большой точностью восстановить ход эволюционного процесса на надвидовом уровне. Среди форм эволюции групп живых организмов можно выделить: дивергенцию, конвергенцию и параллелизм.

Дивергенция. Появление новых форм всегда связано с приспособлением к местным географическим и экологическим условиям существования. Так, класс млекопитающих состоит из многочисленных отрядов, представители которых отличаются родом пищи, особенностями мест обитания, то есть условиями существования (насекомоядные, рукокрылые, хищные, парнокопытные, китообразные и т. д.). Каждый из этих отрядов включает подотряды и семейства, которые, в свою очередь характеризуются не только специфическими морфологическими признаками, но и экологическими особенностями (формы бегающие, скачущие, лазающие, роющие, плавающие). Внутри любого семейства виды и роды различаются образом жизни, объектами питания и т. п. Как указывал Дарвин, в основе всего эволюционного процесса лежит дивергенция. Дивергенция любого масштаба есть результат действия естественного отбора в форме группового отбора (сохраняются или устраняются виды, роды, семейства и т. д.). Групповой отбор так же основан на индивидуальном отборе внутри популяции. Вымирание вида происходит за счёт гибели отдельных особей.

Своеобразие морфологических особенностей организмов, приобретаемых в процессе дивергенции, имеет некоторую единую основу в виде генофонда родственных форм. Конечности всех млекопитающих сильно отличаются, но имеют единый план строения и представляют собой пятипалую конечность. Поэтому органы, соответствующие друг другу по строению и имеющие общее происхождение, независимо от выполняемой функции, называют гомологичными. Примером гомологичных органов у растений являются усы гороха, колючки кактуса - всё это видоизменённые листья.

Конвергенция. В одинаковых условиях существования животные, относящиеся к разным систематическим группам, могут приобретать сходное строение. Такое сходство строения возникает при сходстве функций и ограничивается лишь органами, непосредственно связанными с одними и теми же факторами среды. Внешне очень похожи хамелеоны и агамы, лазающие по ветвям деревьев, хотя относятся к разным подотрядам (рис. 6, см. рис. 3).

Рисунок 6. Лазающая агама. Внешнее сходство с хамелеоном обусловлено сходной средой обитания.

У позвоночных животных конвергентное сходство обнаруживают конечности морских рептилий и млекопитающих (рис. 7). Схождение признаков затрагивает в основном лишь те органы, которые непосредственно связаны со сходными условиями среды.

Рисунок 7. Конвергенция. Сходство формы тела и плавников у неродственных быстро плавающих животных: акулы (А), ихтиозавра (Б), дельфинов (В, Г).

Конвергенция наблюдается и у групп животных, далеко отстоящих друг от друга в систематическом отношении. Организмы, обитающие в воздухе, имеют крылья (рис. 8). Но крылья птицы и летучей мыши - это изменённые конечности, а крылья бабочки - выросты стенки тела.

Рисунок 8. Конвергенция. Развитие приспособлений для парения в воздухе у позвоночных: А - летучая рыба, Б - летающая лягушка, В - летающая агама, Г - белка-летяга.

Органы, выполняющие сходные функции, но имеющие различное в принципе строение и происхождение, называют аналогичными.

биологический прогресс эволюция

Параллелизм. Параллелизм представляет собой форму конвергентного развития, свойственного для генетически близких групп организмов. Например, среди млекопитающих китообразные и ластоногие независимо друг от друга перешли к обитанию в водной среде и приобрели сходные приспособления для передвижения в этой среде - ласты. Известное общее сходство имеют неродственные млекопитающие тропического пояса, обитающие на разных континентах в близких климатических условиях (рис. 9).

Рисунок 9. Конвергентное сходство строения между неродственными млекопитающими дождевые леса Африки (слева) и Южной Америки: А - карликовый гиппопотам, Б - водосвинка, В - африканский оленек, Г - пака, Д - карликовая антилопа, Е - агути, Ж - серый дукер, З - мазама, И - панголин, К - гигантский броненосец.

Правила эволюции

Правило необратимости эволюции. К общим правилам эволюции групп живых организмов относится правило необратимости эволюционных преобразовании. Так, если на каком-то этапе от примитивных амфибий возникли рептилии, то при дальнейшей эволюции рептилии не могут вновь дать начало амфибиям, а земноводные, в свою очередь, не превратятся со временем в рыб. Вернувшиеся в воду наземные позвоночные (среди рептилий -- ихтиозавры, среди млекопитающих китообразные и ластоногие) не стали рыбами. Предыдущая история развития для любой группы организмов не проходит бесследно, и приспособление к среде, в которой когда-то обитали предки, осуществляется уже на иной генетической основе.

Правило чередования направленных эволюций. При рассмотрении главных направлений в эволюции групп арогенеза и аллогенеза подчеркивалось регулярное чередование этих типов развития в эволюции основных стволов древа жизни. Такое чередование главных направлений отражает распространенную эволюционную тенденцию в филогенезе - историческом развитии практически всех групп (рис. 10).

Рисунок 10. Схема развитии группы по путям аллогенеза внутри адаптивной зоны и арогенеза - с выходом в новую адаптивную зону.

Таким образом, эволюция представляет собой непрерывный процесс возникновения и развития новых адаптаций. Одни из вновь возникающих адаптаций оказываются очень частными, и их значение не выходит за рамки узких условий. Другие дают возможность выхода группы в новую среду и непременно ведут к более быстрому эволюционному развитию групп в новом направлении, к более высокой организации.

Размещено на Allbest.ru