Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

ЕВОЛЮЦІЙНЕ ВЧЕННЯ

ДОКАЗИ ЕВОЛЮЦІЇ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

Докази еволюції органічного світу дають досягнення багатьох біологічних наук: порівняльної анатомії і ембріології, палеонтології, біогеографії, систематики і генетики.

Порівняльна анатомія вивчає спільність і відмінності в будові організмів. Одним з перших вагомих доказів єдності органічного світу було відкриття клітинної будови тварин і рослин і створення клітинної теорії.

Доказом єдності походження всіх хребетних служить єдиний план їх будови: двостороння симетрія, наявність повторної порожнини тіла, осьового скелета, головного і спинного мозку, двох пар кінцівок і основних систем органів (кровоносної, дихальної, травної, виділення тощо).

Доказами єдності походження і еволюції органічного світу є наявність гомологічних і аналогічних органів, рудиментів і атавізмів. Так, передні кінцівки хребетних, не дивлячись на різний зовнішній вигляд і виконувані функції, мають єдиний план будови (скелет складається з плеча, передпліччя, утвореного ліктьовою і променевою кістками, кісток зап'ястка, п'ясті та фаланг пальців), розвиваються у зародків зі схожих зачатків і однаково розташовані на тілі тварин. Такі органи, схожі за загальним планом будови і походженням, але виконуючі різні функції, називаються гомологічними. Гомологічними є передні кінцівки крота і жаби, крила птахів, ласти тюленів, нога коні і рука людини. Органи, які мають різну будову і походження, але виконують однакові функції, називаються аналогічними. Так, крило метелика і крило птаха виконує однакові функції, але будова і походження їх різна: крила метелика розвинулися з шкірного покриву другого і третього сегментів грудей, а крила птаха є видозміненими передніми кінцівками. Для встановлення спорідненості між організмами і доказу еволюції аналогічні органи значення не мають.

Рудименти (від лат. rudimentum — зачаток, першооснова), рудиментарні органи — порівняно спрощені, недорозвинені (в порівнянні з гомологічними структурами предків і близьких форм) структури, що втратили своє основне значення в організмі в процесі філогенезу. Рудименти закладаються під час зародкового розвитку, але повністю не розвиваються. Приклади рудиментів у тварин: мала гомілкова кістка у птахів, очі у деяких печерних і риючих тварин (протей, сліпець, кріт), залишки волосяного покриву і тазових кісток у низки китоподібних. У людини до рудиментів відносяться хвостові хребці, волосяний покрив тулуба, вушні м'язи, апендикс тощо. На відміну від атавізмів рудименти зустрічаються у всіх особин виду.

Рис. 167. Скелет передньої кінцівки різних хребетних: 1 — ящірки; 2 — черепахи; 3 — крокодила; 4 — голуба; 5 — кажана; 6 — кита; 7 — крота; 8 — людини.

Атавізми (від лат. atavus — предок) — поява у окремих організмів даного виду ознак, які існували у віддалених предків, але були втрачені в процесі еволюції. Приклади атавізмів: трихпалість у сучасних коней, розвиток додаткових пар молочних залоз (полімастія), хвоста, волосяного покриву на всьому тілі (гіпертрихоз) у людини. Виникнення атавізмів в онтогенезі особини пояснюється тим, що гени (і морфо-генетичні системи), відповідальні за дану ознаку, зберігаються в еволюції даного виду, але їх дія при нормальному розвитку блокується іншими генами (репресорами). Через багато поколінь в онтогенезі окремих особин з різних причин блокуюча дія може бути знята й ознака виявляється знову. Іноді атавізм виникає при регенерації втрачених особиною органів. Атавізм може спостерігатися також при ретардації — затримці онтогенетичного розвитку якої-небудь ознаки на ранніх стадіях.

Порівняльно-анатомічне вивчення організмів дозволило встановити перехідні форми, які поєднують в своїй будові ознаки організмів нижчих і вищих систематичних одиниць. Наприклад, у нижчих ссавців (єхидна, качконіс) є клоака й вони відкладають яйця подібно плазуючим, але вигодовують дитинчат молоком, як ссавці. Вивчення перехідних форм дозволяє встановити спорідненість між представниками різних систематичних груп.

Ембріологія (від грец. embryon — зародок і ...логія) — наука, яка вивчає зародковий розвиток організмів. Всі багатоклітинні організми розвиваються із заплідненого яйця. Процеси розвитку зародків у тваринних, що відносяться до одного типу, багато в чому схожі. У всіх хордових тварин в ембріональному періоді закладається осьовий скелет — хорда, виникає нервова трубка, в передньому відділі глотки утворюються зяброві щілини. План будови хордових тварин також однаковий. На ранніх стадіях розвитку зародки хребетних надзвичайно схожі. Ці факти підтверджують справедливість сформульованого К. Бером закону зародкової схожості: «Ембріони виявляють вже починаючи з найраніших стадій деяку загальну схожість в межах типу». Схожість зародків служить свідоцтвом спільності їх походження. Надалі в будові зародків виявляються ознаки класу, роду, виду і, нарешті, ознаки, характерні для даної особини. Розбіжність ознак зародків у процесі розвитку називається ембріональною дивергенцією і пояснюється історією даного виду, відображаючи еволюцію тієї або іншої систематичної групи тварин.

Велика схожість зародків на ранніх стадіях розвитку і поява відмінностей на більш пізніх стадіях мають своє пояснення Вивчення ембріональної мінливості показує, що мінливі всі стадії розвитку. Мутаційний процес зачіпає і гени, зумовлюючі особливості будови й обміну речовин у наймолодших ембріонів. Але структури, виникаючі у ранніх ембріонів (давні ознаки, властиві далеким предкам), відіграють дуже важливу роль у процесах подальшого розвитку. Як вказувалося, зачаток хорди індукує формування нервової трубки, і його втрата приводить до припинення розвитку. Приклади взаємодії частин зародка в розвитку і функціональній важливості структур, що утворюються на ранніх стадіях, численні. Тому зміни на ранніх стадіях звичайно приводять до недорозвиненості та загибелі. Навпаки, зміни на пізніх стадіях можуть бути сприятливими для організму і тому підхоплюються природним відбором.

Рис. 168. Послідовні стадії розвитку ембріонів хребетних: 1 — акули; 2 — ящірки; З — курки; 4 — шимпанзе; 5 — людини.

Поява в ембріональному періоді розвитку сучасних тваринних ознак, властивих далеким предкам, відображає еволюційні перетворення в будові органів.

В своєму розвитку організм проходить одноклітинну стадію (стадія зиготи), що може розглядатися як повторення філогенетичної стадії первісної амеби. У всіх хребетних, включаючи вищих їх представників, закладається хорда, яка далі заміщається хребтом, а у їх предків, якщо судити по ланцетнику, хорда залишалася все життя. Під час ембріонального розвитку птахів і ссавців, включаючи людину, з'являються зяброві щілини в глотці і відповідні їм перегородки. Факт закладки частин зябрового апарату у зародків наземних хребетних пояснюється їх походженням від рибоподібних предків, які дихають зябрами. Будова серця людського зародка в цей період нагадує будову цього органу у риб: воно з одним передсердям і одним шлуночком. У беззубих китів у ембріональному періоді з'являються зуби. Зуби ці не прорізуються, вони руйнуються і розсмоктуються. Наведені тут і багато інших прикладів указують на глибокий зв'язок між індивідуальним розвитком організмів і їх історичним розвитком. Цей зв'язок знайшов свій вираз в біогенетичному законі, сформульованому Ф. Мюллером і Е. Геккелем в XIXст.: онтогенез (індивідуальний розвиток) кожної особини є коротке і швидке повторення філогенезу (історичного розвитку) виду, до якого ця особина належить.

Сучасні уявлення про біогенетичний закон. Біогенетичний закон відіграв видатну роль у розвитку еволюційних ідей. Багато учених у своїх працях піддали його подальшій розробці. Особливо великий внесок у поглиблення уявлень про еволюційну роль ембріональних перетворень нашого вітчизняного ученого О. М. Северцова. Він встановив, що в індивідуальному розвитку повторюються ознаки не дорослих предків, а їх зародків. Наприклад, у зародків птахів і ссавців закладаються зяброві щілини. Їх будова схожа з будовою зябрових щілин зародків риб, а не зябер дорослих риб.

Філогенез розглядається тепер не як зміна послідовного ряду дорослих форм, а як історичний ряд відібраних природним відбором онтогенезів. Боротьба за існування на різних стадіях розвитку може мати різний характер. Проте добір діє не ізольовано, а тільки на ту або іншу стадію, скажімо, на статевозрілу особину, яка перемагає в боротьбі за існування і залишає потомство або не витримує конкуренції і усувається від розмноження. Піддаються добору завжди цілі онтогенези і лише такі, які, не дивлячись на дію несприятливих чинників середовища, виживають на всіх стадіях розвитку, залишаючи життєздатне потомство. У ряді випадків зміни, які відрізняють будову дорослих організмів від будови предків, з'являються в ембріональному періоді. Іноді ці зміни накладаються на вже закінчене в загальному процесі формування органу і приводять до подовження розвитку даного органу. Так росте перо птаха — шляхом перетворення майже сформованого зачатка рогової луски рептилій.

У деяких випадках зміни виникають на середніх стадіях розвитку органів. Нарешті, зміни можуть торкнутися самого зачатка органу, і розвиток піде шляхом, відмінним від шляху розвитку даного зачатка у предків. Так, у процесі формування волосся у ссавців повністю випадає стадія утворення луски, як це було у їх предків — риб і рептилій. Випадають властиві предкам стадії при закладці хребців у змій, зубів у ссавців тощо. У разі відхилень від стадій розвитку предків або зміни самих зачатків біогенетичний закон не дотримується, тобто повторення ознак предків не відбувається.

Якщо нові ознаки спадкові, тобто є результатом мутацій відповідних генів і мають пристосувальне значення для дорослих організмів, то вони зберігаються відбором.

Таким чином, основу філогенезу складають зміни, що відбуваються в онтогенезі окремих особин.

Палеонтологія (від грец. palaios — стародавній, ontos — істота і ...логія) вивчає викопні залишки організмів. Палеонтологічні знахідки дозволяють відновити зовнішній вигляд вимерлих тварин, їх будову, схожість і відмінності з сучасними. Це дає можливість прослідити розвиток органічного світу в часі. Наприклад, в найдавніших геологічних пластах знайдені залишки лише представників безхребетних, в більш пізніх — хордових тварин, а в молодих відкладеннях — тварин, схожих із сучасними. Палеонтологічні знахідки підтверджують наявність наступних зв'язків між різними систематичними групами. В одних випадках вдалося знайти перехідні форми, які поєднують ознаки стародавніх і історично більш молодих тварин (наприклад, стегоцефали, археоптерикс) і рослин (наприклад, псилофіти, насінні папороті). У інших випадках палеонтологам вдалося встановити філогенетичні ряди, тобто форми, що послідовно змінюють один одного в процесі еволюції (наприклад, так було встановлено історичний розвиток коня). Таким чином, палеонтологічні знахідки чітко свідчать про те, що у міру переходу від більш давніх земних шарів до сучасних відбувається поступове підвищення організації тварин і рослин, наближення їх до сучасних.

Біогеографія (від біо... і географія) вивчає закономірності розповсюдження і розподіли по земній кулі співтовариств живих організмів і їх компонентів — видів, родів, таксонів рослин, тваринних, грибів і мікроорганізмів. Біогеографія відноситься до числа наук про біосферу, в її склад входять зоогеографія і ботанічна географія. Встановлено, що чим менше зв'язок між континентами і давніше ізоляція окремих частин планети, тим сильніше відмінності організмів, які населяють ці території. Так, тваринний світ Австралії дуже своєрідний: тут відсутні групи багатьох тварин, зате збереглися такі, яких немає в інших районах Землі, наприклад, яйцеродні (качконіс, єхидна) і сумчасті (кенгуру, сумчастий вовк) ссавці. У той же час тваринний світ деяких островів схожий з материковим (наприклад, Британські острови і Сахалін), що говорить про їх недавню ізоляцію від континенту. Таким чином, розподіл видів тварин і рослин по поверхні планети і їх угруповання по зонах відображає процес історичного розвитку Землі й еволюції живого.

Сучасна систематика (від грец. systematikos — впорядкований, що відноситься до системи) об'єднує всіх тварин і рослини в систематичні групи (роди, сімейства і т. д.), виходячи не тільки зі схожості будови, але і із спільності їх походження (спорідненості). Для побудови системи тієї або іншої групи учені використовують сукупність ознак: вивчають її історичний розвиток за викопними останками, досліджують анатомічну будову сучасних видів, особливості розмноження, порівнюють ембріональний розвиток, особливості хімічного складу і фізіологічних процесів, сучасний і минулий розподіл на Землі. Систематика відображає природну історичну систему родинних зв'язків живих організмів у природі.

Дані сучасної генетики (від грец. genesis — походження) розкривають матеріальні основи спадкоємності між поколіннями. Вивчення каріотипів є важливим систематичним тестом, а вивчення послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК і амінокислот у молекулах білків дає уявлення про еволюційні процеси на молекулярному рівні.

Таким чином, дані низки біологічних наук підтверджують природний розвиток органічного світу на Землі.