Биология. 11 класс

Клеточное строение живых организмов

В 17 веке Р. Гук рассмотрел под микроскопом в коре пробкового дуба строение растительной клетки. После этого открытия клетки обнаруживались в различных биологических образцах. В 1838 году Маттиас Якоб Шлейден (немецкий ботаник) написал, что он исследовал множество разных форм растений, и все они состоят из клеток. Клетка — это универсальная форма жизни. Из одной клетки вырастает весь живой организм.

В 1839 другой ученый — Теодор Шванн популяризовал и углубил идею коллеги. Он изучал ткани животных и пришел к выводу, что и животные состоят из клеток. Каждая клетка имеет мембрану, которая отделяет ее от внешней агрессивной среды внешнего мира.

Так родилась теория Шлейдена — Шванна о единстве клеточного строения органического мира. Постепенно ученые пришли к тому, что и гаметы (яйцеклетка и сперматозоиды) — это тоже клетки. Сформировалась устойчивая концепция единства жизни. Единое клеточное строение организмов всех царств свидетельствует о единстве происхождения органической жизни.

История эволюции в зародыше

На основании данных эмбриологии возможно проследить весь ход эволюции конкретного организма. Именно этот закон ввели в биологию Ф. Мюллер и Э. Геккель: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза. Например, у всех зародышей млекопитающих имеются зачатки жаберных дуг и мешков. В дальнейшем они превращаются в среднее ухо, миндалины, тимус и щитовидные железы. Но расположение кровеносных и нервных путей сохраняется. Вот почему гортанный возвратный нерв млекопитающих идет от мозга по гортани к аорте, огибает ее и возвращается к гортани. Именно так иннервируется круг нервных волокон вокруг жабр у рыб, что является эмбриологическим доказательством эволюции млекопитающих от водных предков.

Сравнительно-анатомические доказательства эволюции

Все организмы имеют клеточное строение (открытие клеточного строения живых организмов — одно из веских доказательств единства органического мира).

• общий план строениясвидетельствует о родстве той или иной крупной группы живых организмов; например, для позвоночных животных характерны двусторонняя симметрия тела, полость тела, позвоночник, две пары конечностей, череп, головной и спинной мозг, передние конечности единого плана имеют плечо, предплечье и кисть, задание бедро, голень и стопу, и пр.;
• наличие гомологичных органов(соответствующих друг другу по строению и происхождению независимо от выполняемых ими функций): рука человека, передняя конечность лягушки, ящерицы; усики гороха, листовые пластинки листа гороха; иглы барбариса, иглы боярышника; лист тюльпана и листочек цветка и пр.; аналогичные органы (выполняющие однородные функции, но не имеющие сходного строения и единого происхождение) не являются доказательством родства, к таким органам относятся крыло птицы и крыло насекомого;
• наличие рудиментов и атавизмов; рудименты: глаза у крота, правый яичник у птиц, копчик у человека; атавизмы: многососковость у человека, волосатость лица у человека;
• наличие переходных форм(эвглена зеленая, зверозубый ящер, иностранцевия и др.).

Выявление родства на основании биогенетического закона

Эта закономерность является подтверждением единства царства животных. Животные на ранних стадиях онтогенеза имеют сходства в развитии. На основании этих наблюдений Э. Геккель и Ф. Мюллер вывели основной биогенетический закон, который гласит, что онтогенез — это быстрое и краткое повторение филогенеза. Такая формулировка справедлива исключительно для ранних стадий развития.

Идею углубил русский ученый Карл Максимович Бэр. Именно он обнаружил сходство эмбрионов животных на ранних стадиях развития. Это наблюдение получило название закона зародышевого сходства. Многие наверняка видели картинку, где рыбы, саламандры, черепахи, крысы и человека. На самых ранних стадиях эмбрионы удивительно похожи. Это не может не являться свидетельством того, что все животные имеют одного единого предка и развиваются по сходному сценарию.

Нелишним здесь будет упомянуть о рудиментарных органах и атавизмах:

• Рудиментарными являются органы, которые появляются на определенной стадии онтогенеза и остаются у взрослых особей, не имея функции. Они указывают на предков, у которых они, будучи развитыми полностью, выполняли определенную функцию. Примеры рудиментов — бедренные кости кита и питона, аппендикс, копчик, зубы мудрости, третье веко, волосы на теле, мышцы движения ушей, рудиментарные глаза у подземных и пещерных животных.
• Атавизмы — изредка проявляющиеся морфологические признаки, которые встречались у предков. Примеры атавизмов: многососковость, густой волосяной покров некоторых частей тела (лицо, спина), удлиненный копчик (хвост), микроцефалия (маленький череп), икота (унаследована от амфибий). Микроцефалию и икоту также причисляют к атавизмам, но так считают не многие ученые.

Альтернативные факторы единства

1. О единстве органического мира свидетельствует круговорот веществ в природе. Это весьма очевидный фактор. Все на планете взаимосвязано и состоит из одних и тех же веществ. Все органические тела подвержены умиранию и разложению с возвращением компонентов в неживую природу, которая является источником этих компонентов.
2. Доказательства родства организмов на основе паразитологии. Близкородственные виды поражаются одинаковыми паразитами (например, вши определенных видов заводятся только в шерсти верблюдов и лам, хотя ламы живут в Южной Америке, а верблюды в Евразии и Африке).
3. Выявление родства на основе биогеографии. Биогеография помогает определить ход эволюции. Так, существуют эндемики и реликты, позволяющие доподлинно понимать степени родства организмов и их единство:
   • Эндемики — группы видов, возникшие в ходе эволюционного развития из немногочисленной группы особей одного вида, которым однажды удалось заселить определенную территорию (вьюрки Галапагосских островов, мухоловки Соломоновых островов и т. д. ).
   • Реликты — это формы, которые ранее были представлены на больших пространствах, но были вытеснены в определенную зону климатическими факторами или другими животными/растениями. Это организмы, представленные только в определенном месте и более не встречающиеся нигде (пицундская сосна).

Из приведенных доказательств становится абсолютно очевидно, что на планете имеется четкая взаимосвязь живой и неживой природы. Многие факторы указывают на то, что все многообразие живой природы нашей планеты произошло от небольшой группы древних предков. Впереди нас ждут удивительные открытия, которые позволят понимать мир еще лучше.

https://youtube.com/watch?v=PDRL5WBZiNA

Стадии эмбриогенеза

Как уже говорилось, развитие особей панмиктичных видов начинается с момента зачатия (оплодотворения женских гамет мужскими). Образовавшаяся зигота начинает делиться. В эмбриогенезе выделяют следующие стадии:

• Образование зиготы (оплодотворение).
• Стадия морулы, когда зигота поделилась на 32 клетки (бластомеры). Все клетки морулы одинаковы и полипотентны (могут развиваться в отдельный организм).
• Стадия бластулы, когда бластомеров уже 128. Зародыш представляет собой однослойный шар клеток, потерявших свойства полипотентности, с полостью внутри (бластоцель).
• Стадия гаструлы. Это двухслойный зародыш. Инвагинация клеток бластулы образует наружный слой (эктодерма) и внутренний слой (энтодерма) зародыша.
• Когда между экто- и энтодермальными слоями формируется слой мезодермы, стадия называется бластулой. Зародыш приобретает трехслойность, а слои называют зародышевыми листками. Именно из них сформируются ткани, органы и системы органов будущего организма.

Ввод в общую теорию

В биологии под понятием «эволюция» подразумевают длительный процесс развития жизни на Земле. В результате этого сложнейшего процесса образовалось все многообразие живых форм, четко приспособленных к условиям своего существования.

Существуют морфо-физиологические, генетические, микробиологические, палеонтологические и эмбриологические доказательства эволюции.

Эмбриология – биологическая наука, которая занимается изучением развития зародыша из зиготы до рождения детеныша. Сюда относится и развитие малька в икринках рыб, и развитие птенца в яйцах птиц, и развитие младенца в утробе матери.

Физиология и биохимия

Исследования физиологов и биохимиков подтверждают, что одни и те же группы химически компонентов представлены в составе тел абсолютно разных живых существ. Все физиологические биохимические процессы у разных групп живых организмов протекают сходно вне зависимости от того как далеко они отстоят друг от друга в генеалогическом родстве.

Первооткрывателем процессов метаболизма был английский ученый — Артур Хэрдэн.

Он получил энзимную вытяжку из дрожжевых клеток и отметил, что она разлагает сахара и выделяет углекислый газ. Процесс со временем замедлялся. Хэрдэн предполагал, что это связано с расходом энзима. В ходе эксперимента выяснилось, что происходит накопление промежуточных продуктов метаболизма. Он добавил фосфат натрия, и процесс возобновился, при этом в составе появился органический фосфат.

Далее биохимия развивалась взрывными темпами. Различные опыты подтверждали, что у разных представителей живых существ одни и те же процессы протекают одинаково. Это показательно в исследованиях английского биохимика Х. А. Кребса . Он открыл основные этапы разложения молочной кислоты до углекислого газа и воды. Этот каскад реакций одинаков у разных видов животных. Его называют циклом Кребса.

Палеонтологические доказательства

Палеонтология — наука, изучающая ископаемые остатки разных групп организмов или их отпечатки, следы и т. п., а также целые палеоценозы территорий. Изучение этих остатков обнаружило факты безусловного изменения растительного и животного мира во времени — в разных геологических пластах, различающихся по времени образования, присутствуют неодинаковые формы вымерших организмов. Показано, что и сами природные ландшафты целых регионов сильно изменялись во времени: моря наступали на сушу и отступали на обширных территориях, равнины сменялись горами, леса — степями или наоборот, и т. п. Ученым удалось также найти большое число переходных форм между ныне живущими и ископаемыми организмами (например, археоптерикс, сочетающий признаки птиц и рептилий; зверозубые ящеры, имеющие признаки млекопитающих; группа семенных папоротников, давшая начало голосеменным и т. д.).

Палеонтологам удалось установить ряд филогенетических рядов некоторых животных (например, прослежена эволюция лошади от мелкого по размерам эогиппуса с четырехпалыми передними и трехпалыми задними конечностями до современной лошади с однопалыми конечностями).

Доказательства эволюции

Раздел ЕГЭ: 6.3. Доказательства эволюции живой природы. Результаты эволюции: приспособленность организмов к среде обитания, многообразие видов

Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой природы, который сопровождается изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

ГРУППЫ ДОКАЗАТЕЛЬСТВ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА

1. Палеонтологические доказательства

• Ископаемые остатки и отпечатки древних организмов показывают, как шла их эволюция.
• Филогенетические ряды: ряды видов последовательно сменяют друг друга в процессе эволюции.
• Переходные формы: латимерия — происхождение земноводных от рыб; стегоцефал — рептилий от амфибий.

2. Эмбриологические доказательства

Эмбриологические — зародыши всех позвоночных животных на ранних стадиях очень похожи друг на друга.

• Сходство зародышей позвоночных животных:
  ► форма тела; наличие хорды, хвоста;
  ► зачатки конечностей;
  ► жаберные карманы;
  ► один круг кровообращения.
• Расхождение признаков зародышей:
  ► по мере развития черты сходства между зародышами разных видов ослабевают;
  ► сначала появляются признаки рода, а затем вида

Закон зародышевого сходства (К. М. Бэр): на ранних стадиях зародыши всех позвоночных сходны между собой, более развитые формы проходят этапы развития примитивных. Только на более поздних фазах появляются признаки класса, затем отряда, семейства, рода, вида и особи. В эмбриональном развитии организмы имеют признаки своих эволюционных предков: все организмы начинают развитие с зиготы; двухслойный зародыш (гаструла); сходные стадии зародышевого развития (сходная последовательность закладки органов).

Биогенетический закон Геккеля — Мюллера: каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенез) кратко и сжато повторяет историю развития своего вида (филогенез). Этот закон устанавливает соотношение между онтогенезом (процесс индивидуального развития организма) и филогенезом. Филогенез — историческое развитие органического мира, его типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов. Филогенетический ряд — ряд ископаемых форм, последовательно связанных между собой в процессе эволюции как общими, так и частными чертами строения.

3. Молекулярно-генетические и биохимические доказательства

Живые организмы обладают клеточным строением, общими принципами генетического кодирования наследственной информации и т. д.

4. Сравнительно-анатомические доказательства

Гомологичные органы — органы разных организмов, имеющие сходное строение и развитие из одинаковых эмбриональных зачатков, но выполняющие различные функции (передняя конечность позвоночных: лапа, крыло, ласт, рука).

Рудименты — органы, утратившие свою функцию, но сохраняющиеся в зачаточном состоянии (зубы мудрости, копчик).

Аналогичные органы — внешне подобные органы или их части, происходящие из различных исходных зачатков и имеющие неодинаковое внутреннее строение (крыло птиц и насекомых).

Атавизмы — развитие признака, присущего далёкому предку и в норме не встречающегося у современных форм (у человека появление хвоста, многососковость).

5. Биогеографические доказательства

Основываются на сравнении флоры и фауны разных континентов планеты и свидетельствуют о том, что виды возникали в определённых местах, а затем заселяли более широкую область.

АДАПТАЦИЯ

Адаптация — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции. Адаптации делятся на организменные (присущи каждому организму данного вида и позволяют ему выживать в определённых условиях среды) и видовые (направлены на существование вида как целостной системы). К организменным адаптациям относят:

Морфологические — средства пассивной защиты организмов, наличие которых определяет сохранение жизни особи в борьбе за существование,

Биохимические — все биохимические процессы.

Поведенческие — всё многообразие форм поведения, направленного на выживание организмов, к Физиологические — устойчивость физиологических параметров. При изменении условий среды эти адаптации становятся бесполезными.

Это конспект для 10-11 классов по теме «Доказательства эволюции». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по Биологии.
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по биологии

Сходный химический состав органических тел

Все живые организмы при ближайшем рассмотрении имеют примерно одинаковый химически элементарный состав. Жизнь определяют как способ существования белковых тел, называя ее углеродной, так как в составе любого органического вещества всегда присутствую молекулы углерода. В составе любого живого существа содержатся вода, органические соединения (белки, жиры, углеводы), а также неорганические соли.

Среди важнейших элементов, которые содержатся в протоплазме можно обозначить — углерод, кислород, водород, азот, серу, фосфор, калий, кальций, магний и железо. Эти компоненты мы называем макроэлементами. Среди микроэлементов в составе живых существ мы выделяем медь, цинк, бор, молибден, марганец, хлор, натрий, кремний, стронций, алюминий, фтор, бром.

Любой живой организм содержит воду. Вода — важнейшее соединение в составе живых клеток. Она является раствором, где протекают основные химические процессы, служит транспортной сетью для растворенных веществ, регулирует температуру.

В составе разных живых организмов представлено разное количество воды:

• Водоросли — до 98%,
• Листья деревьев — 50−97%,
• Сухие семена — 5−9%,
• Медузы — 95%,
• Кровь животных и человека — 79%,
• Сердце человека — 70%.

Морфологические доказательства

Морфология и анатомия — две близко связанные науки, изучающие внешнее и внутреннее строение организмов (растений и животных). Было установлено определенное сходство строения разных групп организмов и выявлены переходные формы между ними.

Большую роль для понимания процессов и направлений эволюции сыграло обнаружение рудиментов и атавизмов.

Атавизмы — возврат к признакам или появление органов, которые существовали у отдаленных предков, но были полностью утрачены в процессе эволюции. Например, появление хвоста, нескольких сосков на груди и животе или густого волосяного покрова у человека. Случаи появления атавизмов свидетельствуют о том, что гены, кодирующие их образование, не исчезли из генома, а находятся в нем в заблокированном состоянии. Если этот блок по каким-то причинам не срабатывает, то появляются атавизмы.

Рудиментами называются органы, имеющиеся у организмов, но давно утратившие свое исходное значение и поэтому находящиеся в недоразвитом состоянии. Эти органы были в активном состоянии у предков, но в связи с изменением условий жизни перестали быть необходимыми у потомков. Они закладываются на стадии эмбриогенеза, но не получают полного развития у взрослых форм растений и животных. Примерами могут быть ушные мышцы, отросток слепой кишки (аппендикс) и «третье веко»у человека (всего у человека более 90 рудиментарных органов). Рудиментами являются неразвитые кости задних конечностей у китообразных, глаза у пещерных и роющих животных (слепышей, кротов и др.) и т. п. В отличие от атавизмов, рудиментарные органы всегда присутствуют у организмов.

Изучение жизненных форм (или биоморф) растений и животных убедительно доказало возможность перехода от одних из них к другим. Например, у близких видов растений древесные формы могут заменяться на кустарниковые или стелющиеся в зависимости от условий обитания.