Bioloogilise evolutsiooni ja geneetilise mitmekesisuse teooria. Evolutsiooniliste ideede arendamine

Evolutsioon on ajaloolise arengu protsess orgaaniline maailm. Selle protsessi olemus seisneb elusolendite pidevas kohanemises mitmekesiste ja pidevalt muutuvate tingimustega. keskkond, elusolendite korralduse muutumises aja jooksul. Evolutsiooni käigus toimub ühe liigi muundumine teisteks.

Peamised evolutsiooniteoorias– võrdlevalt ajaloolise arengu idee lihtsad kujundid elu paremini organiseeritud. Teadusliku materialistliku evolutsiooniteooria aluse pani suur inglise loodusteadlane Charles Darwin. Enne Darwinit domineeris bioloogias peamiselt ebaõige arusaam liikide ajaloolisest muutumatusest, et neid on nii palju, kui palju on Jumala loodud. Ent juba enne Darwinit mõistsid kõige läbinägelikumad bioloogid religioossete vaadete vastuolulisust looduse suhtes ja mõned neist jõudsid spekulatiivselt evolutsiooniliste ideedeni.

Silmapaistvaim loodusteadlane ja Charles Darwini eelkäija oli kuulus prantsuse teadlane Jean Baptiste Lamarck. Tema omas kuulus raamat“Zooloogiafilosoofia” tõestas ta liikide varieeruvust. Lamarck rõhutas, et liikide püsivus on vaid näiline nähtus, see on seotud liikide vaatluste lühikese kestusega. Lamarcki sõnul arenesid kõrgemad eluvormid evolutsiooni käigus madalamatest. Lamarcki evolutsiooniline õpetus ei olnud piisavalt veenev ega pälvinud tema kaasaegsete seas laialdast tunnustust. Alles pärast Charles Darwini silmapaistvaid töid sai evolutsiooniline idee üldtunnustatud.

Kaasaegsel teadusel on palju fakte, mis tõestavad evolutsiooniprotsessi olemasolu. Need on andmed biokeemiast, embrüoloogiast, anatoomiast, süstemaatikast, biograafiast, paleontoloogiast ja paljudest teistest teadusharudest.

Embrüoloogilised tõendid- sarnasus esialgsed etapid Loomade embrüo areng. Uurides embrüonaalset arenguperioodi erinevates rühmades, avastas K. M. Baer nende protsesside sarnasuse erinevates organismirühmades, eriti varajases arengujärgus. Hiljem avaldas E. Haeckel nendele järeldustele tuginedes mõtte, et sellel sarnasusel on evolutsiooniline tähendus ja selle põhjal formuleeritakse “biogeneetiline seadus” – ontogenees on fülogeneesi põgus peegeldus. Iga indiviid läbib oma individuaalses arengus (ontogeneesis) esivanemate vormide embrüonaalsed etapid. Ainult ühegi selgroogse embrüo varase arengufaasi uurimine ei võimalda meil täpselt kindlaks teha, millisesse rühma nad kuuluvad. Erinevused tekivad üle hilised etapid arengut. Mida lähemal on rühmad, kuhu uuritavad organismid kuuluvad, seda kauem säilivad ühised tunnused embrüogeneesis.?

Morfoloogilised– paljud vormid ühendavad endas mitme suure süstemaatilise üksuse omadused. Erinevaid organismirühmi uurides selgub, et mitmete tunnuste poolest on need põhimõtteliselt sarnased. Näiteks kõigi neljajalgsete loomade jäseme ehitus põhineb viiesõrmelisel jäsemel. See põhistruktuur on erinevat tüüpi tõttu muudetud erinevad tingimused olemasolu: see on hobuslase jäse, mis kõndides toetub vaid ühele sõrmele, ja mereimetaja lest, muti urguv jäse ja nahkhiire tiib.

Ühe plaani järgi ehitatud ja üksikutest algetest arenevaid oreleid nimetatakse homoloogilisteks. Homoloogsed elundid ei saa iseenesest olla evolutsiooni tõendid, kuid nende olemasolu näitab sarnaste organismirühmade päritolu ühisest esivanemast. Evolutsiooni ilmekas näide on vestigiaalsete organite ja atavismide olemasolu. Esialgse funktsiooni kaotanud, kuid kehasse jäänud elundeid nimetatakse vestigiaalseteks. Algendite näidete hulka kuuluvad: inimestel, mis mäletsejalistel imetajatel toimivad seedimise funktsioon; vaagna luud maod ja vaalad, kes ei täida nende jaoks mingit funktsiooni; inimesel sabalülid, mida peetakse meie kaugetel esivanematel olnud saba algeteks. nimetada esivanemate vormidele iseloomulike struktuuride ja elundite avaldumist organismides. Klassikalised näited atavismidest on mitme rinnanibu ja sabad inimestel.

Paleontoloogiline– paljude loomade fossiilseid jäänuseid saab omavahel võrrelda ja sarnasusi tuvastada. Põhineb organismide fossiilsete jäänuste uurimisel ja võrdlusel elusvormidega. Neil on omad plussid ja miinused. Eelised hõlmavad võimalust näha omal nahal, kuidas see organismirühm muutus erinevad perioodid. Puuduste hulka kuulub see, et paleontoloogilised andmed on paljudel põhjustel väga puudulikud. Nende hulka kuuluvad näiteks surnud organismide kiire paljunemine raipest toituvate loomade poolt; pehme kehaga organismid on äärmiselt halvasti säilinud; ja lõpuks, et avastatakse vaid väike osa fossiilsetest jäänustest. Seda silmas pidades on paleontoloogilistes andmetes palju lünki, mis on evolutsiooniteooria vastaste peamiseks kriitikaobjektiks.

Evolutsiooniõpetus

Evolutsiooniõpetus (evolutsiooniteooria)– teadus, mis uurib elu ajaloolist arengut: põhjuseid, mustreid ja mehhanisme. On olemas mikro- ja makroevolutsioon.

Mikroevolutsioon- evolutsiooniprotsessid populatsiooni tasandil, mis viivad uute liikide tekkeni.

Makroevolutsioon- supraspetsiifiliste taksonite evolutsioon, mille tulemusena moodustuvad suuremad süstemaatilised rühmad. Need põhinevad samadel põhimõtetel ja mehhanismidel.

Evolutsiooniliste ideede arendamine

Herakleitos, Empidocles, Demokritos, Lucretius, Hippokrates, Aristoteles ja teised antiikfilosoofid sõnastasid esimesed ideed eluslooduse arengust.
Carl Linnaeus uskus looduse loomisse Jumala poolt ja liikide püsivusse, kuid võimaldas uute liikide tekkimise võimalust ristumise teel või keskkonnatingimuste mõjul. Raamatus “Looduse süsteem” põhjendas C. Linnaeus liike kui universaalset üksust ja elusolendite olemasolu põhivormi; määras igale looma- ja taimeliigile topeltnimetuse, kus nimisõna on perekonna nimi, omadussõna liigi nimi (näiteks Homo sapiens); kirjeldatud suur summa taimed ja loomad; töötas välja taimede ja loomade taksonoomia põhiprintsiibid ning lõi nende esimese klassifikatsiooni.
Jean Baptiste Lamarck lõi esimese tervikliku evolutsioonilise õpetuse. Oma töös “Zooloogia filosoofia” (1809) tuvastas ta evolutsiooniprotsessi peamise suuna - organisatsiooni järkjärgulise komplitseerimise madalamatest vormidest kõrgematesse. Ta töötas välja ka hüpoteesi selle kohta looduslikku päritolu inimesed ahvilaadsetest esivanematest, kes läksid üle maapealsele elustiilile. Lamarck uskus edasiviiv jõud evolutsioon, organismide iha täiuslikkuse järele ja kinnitas omandatud omaduste pärilikkust. See tähendab, et treeningu tulemusena arenevad uutes tingimustes vajalikud elundid (kaelkirjaku kael) ja ebavajalikud organid atroofeeruvad vähese koormuse tõttu (mutti silmad). Kuid Lamarck ei suutnud paljastada evolutsiooniprotsessi mehhanisme. Tema hüpotees omandatud omaduste pärilikkusest osutus vastuvõetamatuks ja tema väide organismide sisemisest paranemissoovist oli ebateaduslik.
Charles Darwin lõi olelusvõitluse ja loodusliku valiku kontseptsioonidel põhineva evolutsiooniteooria. Charles Darwini õpetuste tekkimise eeldused olid järgmised: selleks ajaks rikkaliku materjali kogumine paleontoloogia, geograafia, geoloogia, bioloogia kohta; valiku arendamine; edusammud taksonoomias; rakuteooria tekkimine; teadlase enda tähelepanekud Beagle’il ümbermaailmareisi ajal. Charles Darwin kirjeldas oma evolutsioonilisi ideid mitmetes töödes: “Liikide teke loodusliku valiku teel”, “Muutused koduloomades ja kultuurtaimedes kodustamise mõjul”, “Inimese päritolu ja seksuaalne valik” jne.

Darwini õpetus taandub järgmisele:

• igal konkreetse liigi isendil on individuaalsus (muutlikkus);
• Isiksuseomadused (kuigi mitte kõik) võivad olla päritud (pärilikkus);
• isendid toodavad rohkem järglasi, kui jäävad ellu puberteedieani ja sigimise alguseni, see tähendab, et looduses käib olelusvõitlus;
• olelusvõitluse eelis jääb kõige kohanenud isenditele, kellel on suurem võimalus järglasi maha jätta ( looduslik valik);
• Loodusliku valiku tulemusena muutuvad elukorralduse tasandid järk-järgult keerukamaks ja tekivad liigid.

Charles Darwini evolutsioonitegurid- See

• pärilikkus,
• varieeruvus,
• võitlus olemasolu eest,
• looduslik valik.

Pärilikkus - organismide võime kanda edasi oma tunnuseid põlvest põlve (ehituse, arengu, funktsiooni tunnused).
Muutlikkus - organismide võime omandada uusi omadusi.
Võitlus olemasolu eest - kogu organismide ja keskkonnatingimuste vaheliste suhete kompleks: elutu loodusega (abiootilised tegurid) ja teiste organismidega (biootilised tegurid). Olelusvõitlus ei ole "võitlus" selle sõna otseses tähenduses, tegelikult on see organismi ellujäämisstrateegia ja eksisteerimisviis. Toimuvad liigisisesed võitlused, liikidevahelised võitlused ja võitlused ebasoodsate keskkonnategurite vastu. Liigisisene võitlus- võitlus samasse populatsiooni kuuluvate isikute vahel. See on alati väga stressirohke, kuna sama liigi isendid vajavad samu ressursse. Liikidevaheline võitlus- võitlus erinevate liikide populatsioonide isendite vahel. See tekib siis, kui liigid konkureerivad samade ressursside pärast või kui neid ühendavad kiskja ja saakloomade suhted. Võitlus ebasoodsate abiootiliste keskkonnateguritega eriti avaldub keskkonnatingimuste halvenemisel; intensiivistab liigisisest võitlust. Olelusvõitluses selgitatakse välja antud elutingimustega kõige enam kohanenud isendid. Olelusvõitlus viib loodusliku valikuni.
Looduslik valik- protsess, mille tulemusena jäävad ellu ja jätavad järglasi valdavalt antud tingimustes kasulike pärilike muutustega isendid.

Kõik bioloogia- ja paljud teised loodusteadused struktureeriti ümber darvinismi alusel.
Praegu on kõige üldisemalt aktsepteeritud sünteetiline evolutsiooniteooria (STE). Võrdlevad omadused Charles Darwini ja STE evolutsiooniõpetuse peamised sätted on toodud tabelis.

Charles Darwini evolutsiooniõpetuse põhisätete ja sünteetilise evolutsiooniteooria (STE) võrdlevad omadused

Seadmete tekkimine. Iga kohanemine töötatakse välja päriliku varieeruvuse alusel olelusvõitluses ja valikuprotsessis põlvkondade sees. Looduslik valik toetab ainult otstarbekaid kohandusi, mis aitavad organismil ellu jääda ja järglasi saada.
Organismide kohanemisvõime keskkonnaga ei ole absoluutne, vaid suhteline, kuna keskkonnatingimused võivad muutuda. Seda tõestavad paljud faktid. Näiteks kalad on suurepäraselt kohanenud veekeskkonnaga, kuid kõik need kohandused on teistesse elupaikadesse täiesti sobimatud. Koid koguvad nektarit heledatelt õitelt, mis on öösel selgelt nähtavad, kuid lendavad sageli tulle ja hukkuvad.

Evolutsiooni elementaarsed tegurid- tegurid, mis muudavad alleelide ja genotüüpide esinemissagedust populatsioonis (populatsiooni geneetiline struktuur).

Evolutsioonil on mitu peamist elementaarset tegurit:
mutatsiooniprotsess;
populatsioonilained ja geneetiline triiv;
isolatsioon;
looduslik valik.

Mutatsiooniline ja kombinatiivne muutlikkus.

Mutatsiooniprotsess toob kaasa uute alleelide (või geenide) ja nende kombinatsioonide tekke mutatsioonide tulemusena. Mutatsiooni tulemusena on võimalik geeni üleminek ühest alleelsest seisundist teise (A→a) või geeni muutumine üldiselt (A→C). Mutatsiooniprotsessil ei ole mutatsioonide juhuslikkuse tõttu suunda ja see ei saa ilma muude evolutsiooniliste tegurite osaluseta suunata muutusi looduslikus populatsioonis. See varustab loodusliku valiku elementaarset evolutsioonimaterjali. Retsessiivsed mutatsioonid heterosügootses olekus moodustavad varjatud varieeruvuse reservi, mida looduslik valik saab kasutada, kui eksisteerimistingimused muutuvad.
Kombinatiivne varieeruvus tekib nende vanematelt päritud juba olemasolevate geenide uute kombinatsioonide moodustumisel järglastel. Kombinatiivse varieeruvuse allikad on kromosoomide ristumine (rekombinatsioon), homoloogsete kromosoomide juhuslik lahknemine meioosis ja sugurakkude juhuslik kombineerimine viljastamise ajal.

Populatsioonilained ja geneetiline triiv.

Rahvastiku lained(elulained) – populatsiooni suuruse perioodilised ja mitteperioodilised kõikumised nii üles- kui allapoole. Populatsioonilaineid võivad põhjustada perioodilised muutused keskkonnategurid keskkond (temperatuuri, niiskuse jne hooajalised kõikumised), mitteperioodilised muutused ( looduskatastroofid), uute territooriumide koloniseerimine liikide kaupa (millega kaasneb arvukuse järsk tõus).
Populatsioonilained toimivad evolutsioonilise tegurina väikestes populatsioonides, kus võib esineda geneetiline triiv. Geneetiline triiv- juhuslikud mittesuunalised muutused alleeli ja genotüübi sagedustes populatsioonides. Väikestes populatsioonides põhjustab juhuslike protsesside toime märgatavaid tagajärgi. Kui elanikkond on väikesearvuline, siis selle tulemusena juhuslikud sündmused mõned isendid, olenemata nende geneetilisest ülesehitusest, võivad järglasi jätta või mitte, mille tulemusena võivad mõne alleeli sagedused ühe või mitme põlvkonna jooksul dramaatiliselt muutuda. Seega võib populatsiooni suuruse järsu vähenemise korral (näiteks hooajaliste kõikumiste, toiduvarude vähenemise, tulekahju jms tõttu) väheste ellujäänud isendite hulgas esineda haruldasi genotüüpe. Kui tulevikus nende isendite tõttu arvukus taastub, toob see kaasa juhusliku muutuse populatsiooni genofondis alleelisagedustes. Seega on populatsioonilained evolutsioonilise materjali tarnijad.
Isolatsioon on põhjustatud erinevate tegurite esilekerkimisest, mis takistavad vaba ületamist. Geneetilise informatsiooni vahetus tekkivate populatsioonide vahel lakkab, mille tulemusena suurenevad ja kinnistuvad esialgsed erinevused nende populatsioonide genofondides. Isoleeritud populatsioonid võivad läbida mitmesuguseid evolutsioonilisi muutusi ja muutuda järk-järgult erinevateks liikideks.
Seal on ruumiline ja bioloogiline isolatsioon. Ruumiline (geograafiline) eraldatus seotud geograafiliste takistustega (veetõkked, mäed, kõrbed jne) ja väheliikuvate elanike jaoks lihtsalt pikkade vahemaadega. Bioloogiline isolatsioon on põhjustatud paaritumise ja viljastumise võimatusest (sigimise ajastuse, struktuuri või muude ristamist takistavate tegurite muutumise tõttu), sügootide surm (sugurakkude biokeemiliste erinevuste tõttu), järglaste steriilsus (kahjustuse tagajärjel). kromosoomide konjugatsioon gametogeneesi ajal).
Isolatsiooni evolutsiooniline tähtsus seisneb selles, et see säilitab ja suurendab populatsioonide vahelisi geneetilisi erinevusi.
Looduslik valik. Eespool käsitletud evolutsiooniliste tegurite poolt põhjustatud muutused geenide ja genotüüpide sagedustes on juhuslikud ja mittesuunatud. Evolutsiooni juhtiv tegur on looduslik valik.

Looduslik valik– protsess, mille tulemusena jäävad ellu ja jätavad järglasi valdavalt populatsioonile kasulike omadustega isendid.

Valik toimib populatsioonides, selle objektid on üksikute indiviidide fenotüübid. Fenotüüpidel põhinev valik on aga genotüüpide valik, kuna järglastele ei anta edasi mitte tunnuseid, vaid geene. Selle tulemusena suureneb populatsioonis teatud omadust või omadust omavate isendite suhteline arv. Seega on looduslik valik genotüüpide diferentsiaalse (selektiivse) paljunemise protsess.
Valimisele ei kuulu mitte ainult omadused, mis suurendavad järglaste lahkumise tõenäosust, vaid ka omadused, mis ei ole otseselt paljunemisega seotud. Mõnel juhul võib selektsiooni eesmärk olla liikide vastastikune kohanemine (taimede lilled ja neid külastavad putukad). Võib luua ka tegelasi, mis on küll isendile kahjulikud, kuid tagavad liigi kui terviku püsimajäämise (nõelanud mesilane sureb, vaenlast rünnates aga päästab pere). Üldiselt mängib selektsioon looduses loomingulist rolli, kuna suunamatutest pärilikest muutustest fikseeritakse need, mis võivad viia uute indiviidrühmade moodustumiseni, mis on antud eksistentsitingimustes täiuslikumad.
Looduslikul valikul on kolm peamist vormi: stabiliseeriv, edasiviiv ja häiriv (häiriv) (tabel).

Loodusliku valiku vormid

Orgaanilise maailma evolutsiooni lühiajalugu

Maa vanus on umbes 4,6 miljardit aastat. Elu Maal tekkis ookeanis enam kui 3,5 miljardit aastat tagasi.
Novell orgaanilise maailma areng on toodud tabelis. Peamiste organismirühmade fülogenees on näidatud joonisel.
Elu arengu ajalugu Maal uuritakse organismide fossiilsetest jäänustest või nende elutegevuse jälgedest. Neid leidub erineva vanusega kivimites.
Maa ajaloo geokronoloogiline skaala jaguneb ajastuteks ja perioodideks.

Geokronoloogiline mastaap ja elusorganismide arengulugu

Täna räägime sellest, mis on evolutsioon bioloogias ja mis tähtsus sellel on. Loomulikult ei saa me sellel teemal rääkides ignoreerida Charles Darwini evolutsiooniteooriat, kes selle maailmale välja pakkus ja mis eksisteerib tänaseni.

Mis on siis evolutsioon bioloogias? Seda mõistet mõistetakse tavaliselt kui järkjärgulisi muutusi, mis ei ole eriti märgatavad. Kuid selle protsessi tulemusena ilmnevad ka põhimõttelised muutused. Bioloogia evolutsioon võib viia isegi uute elusolendiliikide tekkeni või vanade radikaalse muutumiseni ja kohanemiseni. Mis tähtsus on evolutsioonil loodusteadustes? Kindlasti võti. Saate sellest aru pärast selle töö lugemist.

Evolutsioon

Räägime nüüd veidi meie artikli kõige olulisemast kontseptsioonist. Mis on evolutsioon bioloogias? Oluline on mõista, et see nähtus on pöördumatu ja on sellega otseselt seotud ajalooline protsess, eluslooduse arendamine. Võime käsitleda biosfääri üksikute osade või üldiselt kõigi meie planeedi elusolendite arengut. Pidage meeles, et areneda saab ainult elusorganism.

Varem oli evolutsioon vastandatud sellisele mõistele nagu "revolutsioon". Kuid nende kahe protsessi usina uurimise käigus selgus, et evolutsiooni ja revolutsiooni on üsna raske üksteisest eristada. Miks? Evolutsioon võib kesta miljoneid aastaid või juhtuda kiiresti. Seega on piirid nende kahe protsessi vahel muutunud väga häguseks.

Mõned usuvad, et inimesed on evolutsiooni tulemus, see tähendab, et me põlvnesime iidsetest ahvidest. Selle teooria esitas kuulus teadlane Charles Darwin. Ja seda teooriat nimetati evolutsiooniliseks. Kas uskuda või mitte, otsustab igaüks ise, sest nüüd on palju muid võimalikke hüpoteese. Kuid kuna me räägime oma töös evolutsioonist, ei saa me ignoreerida Darwini teooriat. Soovitame teil seda kohe alustada.

Darwini teooria

Charles Darwin oli esimene, kes selgitas inimkonnale, mis on evolutsioon bioloogias. Olgu veel mainitud, et tema teooria põhines T. Malthuse töödel, kes esitas 1778. aastal maailmale oma “Raktaadi rahvastikust”. Pärast selle töö uurimist suutis Charles Darwin sõnastada põhiseadused, jõud, mis juhivad evolutsiooni. Millest T. Malthuse looming räägib? Ta selgitas, mis juhtuks meist, kui rahvastiku kasvu ei piiraks ükski tegur.

Samuti märgime, et Darwin kandis Malthuse teooria üle teistele elussüsteemidele; tema peamine panus teadusesse on evolutsiooni toimumise selgitus. Esmalt tutvustas ta mõistet "looduslik valik". Võib ka mainida, et teine ​​teadlane (A.R. Wallace) suutis samale järeldusele jõuda. Seejärel ühinesid Darwin ja Wallace ning esitasid 1858. aastal toimunud kohtumisel ühise ettekande ning juba 1859. aastal esitles Charles Darwin maailmale teost “Liikide päritolu”.

Kaasaegne teooria

Niisiis, mis on evolutsioon bioloogias, oleme Charles Darwini teooria kohaselt juba määratluse esitanud. Kuid on ka kaasaegne (nimetatakse ka sünteetiliseks) evolutsiooniteooria. Teeme ettepaneku seda lühidalt kaaluda.

Neodarvinismi teooria on Darwin-Wallace'i teooria, mida uuendati 20. sajandil. See juhtus järgmiste piirkondade andmete värskendamise ja lisamise tulemusena:

• geneetika;
• paleontoloogia;
• molekulaarbioloogia;
• ökoloogia;
• etoloogia.

Miks nimetatakse seda teooriat sünteetiliseks? Just sellepärast, et see esindab Charles Darwini esitatud peamiste seisukohtade sünteesi.

Evolutsiooni seadused

• evolutsiooni kiirus ei ole sama;
• uute liikide teke toimub lihtvormides;
• on täheldatud regressiivse evolutsiooni juhtumeid;
• evolutsioon toimub teatud tegurite mõjul (mutatsioonid, looduslik valik, geneetiline triiv).

Evolutsiooni tegurid

Saime teada, mis on evolutsioon bioloogias ja selle olemus. Räägime nüüd teguritest. Need saadi kõigi evolutsiooni kohta kogunenud teadmiste uurimise ja süstematiseerimise tulemusena. See on ainus viis näha ja mõista edasiviiv jõud, mis võimaldavad paljudel liikidel (ellujäämiseks vähem kohanenud) meie planeedile jääda.

Seega on ainult kolm peamist tegurit:

• rahvastiku lained;
• rühma isoleerimine.

Valikuvormid

Evolutsioonist rääkides võime eristada mitmeid loodusliku valiku vorme:

• stabiliseeriv;
• kolimine;
• häiriv.

Esimene tüüp on suunatud konkreetse liigi jätkusuutlikkuse säilitamisele. Vaatame varblaste näidet. Tugeva tormi ajal leiti 136 surevat lindu. 64 neist surid, kuna neil olid kas lühikesed või pikad tiivad. Keskmise suurusega isendid jäid ellu, kuna osutusid vastupidavamaks.

Liigutaja avaldub järgmiselt: madudel jäsemete või koopaloomadel silmade, sõralistel sõrmede kadumine jne. See tähendab, et elund (või osa sellest), mida loom ei vaja, kaob lihtsalt ära.

Häiriva valiku näiteks võivad olla teod (täpsemalt nende värvus). Kui muld on pruun, on kest pruuni või kollase varjundiga.

Evolutsioon bioloogias- eluslooduse pöördumatu ajalooline areng. Võime käsitleda kogu biosfääri ja üksikute loomadest, taimedest ja mikroorganismidest koosnevate koosluste evolutsiooni, üksikute süsteaatiliste rühmade ja isegi organismide osade – elundite – arengut (näiteks hobuse ühevarbalise jäseme areng), kuded (näiteks lihased, närvid), funktsioonid (hingamine, seedimine) ja isegi üksikud valgud (näiteks hemoglobiin). Kuid selle sõna otseses tähenduses saavad areneda ainult organismid, mis ühiselt moodustavad üksikute liikide populatsioonid.

Evolutsiooni vastandati sageli revolutsioonile – kiiretele ja olulistele mastaabimuutustele. Nüüd on aga selgunud, et eluslooduse arenguprotsess koosneb nii järkjärgulistest kui järskudest muutustest; nii kiired kui kestavad miljoneid aastaid.

Millised on bioloogilise evolutsiooni iseloomulikud tunnused?

Esiteks – järjepidevus. Elu tekkimise hetkest ei teki eluslooduses uut mitte nullist, mitte millestki, vaid vanast. Meid ja esimesi primitiivseid mikroorganisme, mis tekkisid umbes 4 miljardit aastat tagasi, ühendab katkematu põlvkondade ahel.

Hominiidid põlvnesid ühisest esivanemast

Mitte vähem iseloomulik evolutsioon - organismide struktuuride komplitseerimine ja täiustamine ühest geoloogilisest ajastust teise. Algul eksisteerisid Maal ainult mikroorganismid, seejärel ilmusid ainuraksed loomad - algloomad, seejärel mitmerakulised selgrootud. Pärast "kalade ajastut" tuli "kahepaiksete ajastu", seejärel "roomajate, peamiselt dinosauruste ajastu, ja lõpuks "imetajate ja lindude ajastu". Viimaste aastatuhandete jooksul on inimene hakanud saavutama biosfääris domineerivat kohta.

Evolutsioon ei tundu meile enam üllatav. Kuid see ei olnud alati nii. Kuigi Vana-Kreeka salvei Herakleitos ütles: "Kõik voolab", keskaja inimestele ja isegi neile, kes olid meie ajale lähemal. Elav loodus tundus midagi tardunud, liikumatut, mille Issand Jumal loomispäevadel lõplikult lõi. Üksikuid mässulisi kiusati taga ja peaaegu keegi ei olnud selles veendunud. Näiteks tundus tollal üks zooloogide avastatud tõsiasi olevat tugev argument evolutsiooni vastu: kassid, kelle muumiad olid Egiptuse hauakambrites, ei erinenud tänapäevastest. Seega, laps, kes vaatab oma kella ühe minuti, väidab seda tunniosuti liikumatuks. Lõppude lõpuks ei ole need paar tuhat aastat, mis meid püramiidiehitajatest eraldavad, kasside arengus rohkem kui üks sekund.

Kedagi ei veennud fossiilsete loomade jäänused, mida Maal enam ei eksisteeri. Parimal juhul uskusid üsna tõsised teadlased, et piibellik Noa ei võtnud mammuteid oma laeva ruumipuuduse tõttu. Seetõttu oli mõiste "veeveekogude eelsed loomad" laialt levinud. Loomade ja taimede võimalike muutuste üle põlvest põlve sai spekuleerida puhteoreetiliselt. Kuid millised on nende muutuste mehhanismid? Mis on evolutsiooni liikumapanevad jõud? Keegi ei teadnud seda.

Prantsuse loodusteadlane J. B. Lamarck kirjeldas 1809. aastal esimest korda üksikasjalikult esimest terviklikku evolutsioonikontseptsiooni oma teoses “Zooloogia filosoofia”. Kuid ta selgitas evolutsiooni olemust ja selle liikumapanevaid jõude isegi tolle aja kohta ebarahuldavalt ning tema kontseptsioon (lamarckism) ei olnud edukas. Tõsi, ühel või teisel kujul kerkib aeg-ajalt esile Lamarcki ideid evolutsiooni kohta, kuigi tõelised teadlased neid tõsiselt ei võta.

Alates Lamarcki ajast on bioloogia kogunud tohutul hulgal uusi fakte, mis kinnitavad evolutsiooniprotsessi olemasolu. 1859. aastal sõnastas inglise loodusteadlane Charles Darwin esimese teaduslik teooria evolutsioon. Evolutsioonidoktriin arenes edasi. Pärilikkuse ja muutlikkuse seaduste lahtiharutamine ning nende kombineerimine darvinismiga andis aluse tänapäevasele evolutsiooniteooriale.

Ajaloolise arengu käigus mõned liigid surevad välja, teised muutuvad ja tekitavad uusi liike. Mis liigid on? Kas liigid on looduses tõesti olemas?

Mõiste "liik" võttis esmakordselt kasutusele inglise botaanik John Ray (1628-1705). Rootsi botaanik K. Linnaeus pidas seda liiki peamiseks süstemaatiliseks üksuseks. Ta ei olnud evolutsiooniliste vaadete pooldaja ja uskus, et liigid ajas ei muutu.

J. B. Lamarck märkis, et erinevused osade liikide vahel on väga tühised ja sellisel juhul on liike üsna raske eristada. Ta jõudis järeldusele, et looduses liike ei eksisteeri ja taksonoomia leiutas inimene mugavuse huvides. Ainult indiviid on tegelikult olemas. Orgaaniline maailm on üksikisikute kogum, mis on omavahel seotud peresidemete kaudu.

Nagu näete, olid Linnaeuse ja Lamarcki seisukohad liigi tegeliku olemasolu kohta otse vastupidised: Linnaeus uskus, et liigid on olemas, nad on muutumatud; Lamarck eitas liikide tegelikku olemasolu looduses.

Praegu on Charles Darwini üldtunnustatud seisukoht, et liigid on looduses tegelikult olemas, kuid nende püsivus on suhteline; liigid tekivad, arenevad ja siis kas kaovad või muutuvad, tekitades uusi liike.

Vaade on eluslooduse olemasolu supraorganismiline vorm. See on morfoloogiliselt ja füsioloogiliselt sarnaste isendite kogum, kes ristuvad vabalt ja annavad viljakaid järglasi, hõivavad teatud ala ja elavad sarnastes keskkonnatingimustes. Liigid erinevad paljude kriteeriumide järgi. Kriteeriumid, mille järgi isendid kuuluvad samasse liiki, on toodud tabelis.

Tüübi kriteeriumid

Määrates, kas isend kuulub mõnda liiki, ei saa piirduda ainult ühe kriteeriumiga, vaid tuleb kasutada kogu kriteeriumide kogumit. Seega ei saa piirduda ainult morfoloogiline kriteerium, kuna sama liigi isendid võivad välimuselt erineda. Näiteks paljudel lindudel - varblastel, härglinnudel, faasanidel erinevad isased emasloomadest oluliselt välimuselt.

Looduses on loomadel levinud albinism, mille puhul on mutatsiooni tagajärjel häiritud pigmendi süntees üksikute isendite rakkudes. Selliste mutatsioonidega loomad on valget värvi. Nende silmad on punased, kuna iirises pole pigmenti, ja nad paistavad läbi veresooned. Vaatamata sellele välised erinevused, kuuluvad sellised isendid, näiteks valged varesed, hiired, siilid, tiigrid, oma liiki ja neid ei eristata iseseisvate liikidena.

Looduses on väliselt peaaegu eristamatud kaksikliigid. Nii nimetati varem malaariasääski kuueks liigiks, mis on välimuselt sarnased, kuid ei ristu ja erinevad muude kriteeriumide poolest. Kuid neist ainult üks liik toitub inimverest ja levitab malaariat.

Erinevate liikide eluprotsessid kulgevad sageli väga sarnaselt. See räägib relatiivsusest füsioloogiline kriteerium. Näiteks on mõnel Arktika kalaliigil sama ainevahetuskiirus kui troopilistes vetes elavatel kaladel.

Sa ei saa kasutada ainult ühte molekulaarbioloogiline kriteerium, kuna paljudel makromolekulidel (valgud ja DNA) ei ole mitte ainult liigiline, vaid ka individuaalne spetsiifilisus. Seetõttu vastavalt biokeemilised parameetrid Alati ei ole võimalik kindlaks teha, kas isendid kuuluvad samasse või erinevasse liiki.

Geneetiline kriteerium ka mitte universaalne. Esiteks võib erinevatel liikidel kromosoomide arv ja isegi kuju olla samad. Teiseks võib ühes liigis olla isendeid erinevad numbrid kromosoomid. Seega on üht tüüpi kärsakas diploidne (2p), triploidne (Zp) ja tetraploidne (4p) vorm. Kolmandaks võivad mõnikord eri liikide isendid ristuda ja saada viljakaid järglasi. Tuntud on hundi ja koera, jaki ja veise, soobli ja märdi hübriide. Taimeriigis on liikidevahelised hübriidid üsna tavalised, mõnikord leidub ka kaugemaid liikidevahelisi hübriide.

Ei saa pidada universaalseks geograafiline kriteerium, kuna paljude liikide levila looduses langeb kokku (näiteks dahuri lehise ja lõhnava papli levila). Lisaks leidub kosmopoliitseid liike, mis on üldlevinud ja mille levila ei ole selgelt piiratud (mõned umbrohuliigid, sääsed, hiired). Mõne kiiresti laieneva liigi, näiteks toakärbse leviala on muutumas. Paljudel rändlindudel on erinevad pesitsus- ja talvitusalad. Ökoloogiline kriteerium ei ole universaalne, kuna samas elupaigas elavad paljud liigid väga erinevalt looduslikud tingimused. Nii võivad paljud taimed (näiteks roomav nisuhein, võilill) elada nii metsas kui lamminiitudel.

Liigid on looduses tegelikult olemas. Need on suhteliselt püsivad. Liike saab eristada morfoloogiliste, molekulaarbioloogiliste, geneetiliste, keskkonna-, geograafiliste ja füsioloogiliste kriteeriumide järgi. Otsustades, kas isend kuulub konkreetsesse liiki, tuleks arvesse võtta mitte ainult ühte kriteeriumi, vaid kogu nende kompleksi.

Teate, et liik koosneb populatsioonidest. Rahvaarv on rühm sama liigi morfoloogiliselt sarnaseid isendeid, kes ristuvad üksteisega vabalt ja asuvad liigi levila kindlas elupaigas.

Igal populatsioonil on oma genofond- populatsiooni kõigi isendite genotüüpide kogum. Erinevate populatsioonide, isegi sama liigi genofondid võivad erineda.

Uute liikide tekkeprotsess algab populatsiooni sees, see tähendab, et populatsioon on evolutsiooni elementaarne üksus. Miks peetakse evolutsiooni elementaarseks ühikuks populatsiooni, mitte liiki või isendit?

Üksikisik ei saa areneda. See võib muutuda, kohanedes keskkonnatingimustega. Kuid need muutused ei ole evolutsioonilised, kuna need ei ole päritud. Liik on tavaliselt heterogeenne ja koosneb mitmest populatsioonist. Populatsioon on suhteliselt iseseisev ja võib eksisteerida pikka aega ilma ühenduseta liigi teiste populatsioonidega. Kõik evolutsioonilised protsessid toimuvad populatsioonis: isendites esinevad mutatsioonid, indiviidide vahelised ristumised, toimivad olelusvõitlus ja looduslik valik. Selle tulemusena muutub aja jooksul populatsiooni genofond ja sellest saab uue liigi esivanem. Seetõttu on evolutsiooni elementaarne ühik populatsioon, mitte liik.

Vaatleme populatsioonide tunnuste järjestuse mustreid erinevad tüübid. Need mustrid on iseviljastuvate ja kahekojaliste organismide puhul erinevad. Iseviljastumine on eriti levinud taimede puhul. Isetolmlevates taimedes, nagu hernes, nisu, oder, kaer, koosnevad populatsioonid nn homosügootsetest liinidest. Mis seletab nende homosügootsust? Fakt on see, et isetolmlemise käigus homosügootide osakaal populatsioonis suureneb ja heterosügootide osakaal väheneb.

Puhas joon- need on ühe isiku järeltulijad. See on isetolmlevate taimede kogum.

Populatsioonigeneetika uurimist alustas 1903. aastal Taani teadlane V. Johannsen. Ta uuris isetolmleva oataime populatsiooni, mis tekitab kergesti puhast liini – grupi järeltulijaid, kelle genotüübid on identsed.

Johannsen võttis ühe oasordi seemned ja määras ühe tunnuse – seemne massi – varieeruvuse. Selgus, et see varieerub vahemikus 150 mg kuni 750 mg. Teadlane külvas eraldi kahte rühma seemneid: kaaluga 250–350 mg ja 550–650 mg. Värskelt kasvanud taimede seemne keskmine kaal oli kerges rühmas 443,4 mg ja raskes rühmas 518 mg. Johannsen jõudis järeldusele, et algne oasort koosnes geneetiliselt erinevatest taimedest.

6-7 põlvkonda valis teadlane igalt taimelt rasked ja kerged seemned, see tähendab, et ta viis läbi puhaste liinide selektsiooni. Selle tulemusena jõudis ta järeldusele, et puhaste liinide valik ei toonud kaasa nihet ei kergete ega raskete seemnete poole, mis tähendab, et puhaste liinide valik ei ole efektiivne. Ja seemnemassi varieeruvus puhta liini piires on modifikatsioon, mittepärilik ja ilmneb keskkonnatingimuste mõjul.

Kahekojaliste loomade ja risttolmlevate taimede populatsioonide iseloomude pärimise mustrid kehtestasid üksteisest sõltumatult inglise matemaatik J. Hardy ja saksa arst W. Weinberg aastatel 1908–1909. See muster, mida nimetatakse Hardy-Weinbergi seaduseks, peegeldab seost alleelide sageduste ja genotüüpide vahel populatsioonides. See seadus selgitab, kuidas säilib populatsioonis geneetiline tasakaal, st domineerivate ja retsessiivsete tunnustega isendite arv jääb teatud tasemele.

Selle seaduse kohaselt jäävad domineerivate ja retsessiivsete alleelide sagedused populatsioonis teatud tingimustel põlvest põlve konstantseks: populatsioonis on suur arv isendeid; nende vaba ületamine; isikute valiku ja rände puudumine; sama arv erinevate genotüüpidega isendeid.

Vähemalt ühe tingimuse rikkumine viib ühe alleeli (näiteks A) nihkumiseni teise (a) poolt. Loodusliku valiku, populatsioonilainete ja muude evolutsiooniliste tegurite mõjul tõrjuvad domineeriva alleeliga A isikud retsessiivse alleeliga a välja.

Populatsioonis võib erineva genotüübiga isendite suhe muutuda. Oletame, et populatsiooni geneetiline koostis oli järgmine: 20% AA, 50% Aa, 30% aa. Evolutsiooniliste tegurite mõjul võib see kujuneda järgmiselt: 40% AA, 50% Aa, 10% aa. Kasutades Hardy-Weinbergi seadust, saate arvutada mis tahes domineeriva ja retsessiivse geeni esinemissageduse populatsioonis, samuti mis tahes genotüübi.

Populatsioon on evolutsiooni elementaarne üksus, kuna sellel on suhteline sõltumatus ja selle genofond võib muutuda. Pärimismustrid on erinevat tüüpi populatsioonides erinevad. Isetolmlevate taimede populatsioonides toimub selektsioon puhaste liinide vahel. Kahekojaliste loomade ja risttolmlevate taimede populatsioonides järgivad pärimismustrid Hardy-Weinbergi seadust.

Hardy-Weinbergi seaduse kohaselt jääb alleelide esinemissagedus populatsioonis suhteliselt muutumatutel tingimustel põlvest põlve muutumatuks. Nendes tingimustes on populatsioon geneetilises tasakaalus ja evolutsioonilisi muutusi ei toimu. Ideaalseid tingimusi looduses aga pole. Evolutsiooniliste tegurite – mutatsiooniprotsess, isoleeritus, looduslik valik jne – mõjul on populatsiooni geneetiline tasakaal pidevalt häiritud ning toimub elementaarne evolutsiooniline nähtus – populatsiooni genofondi muutus. Vaatleme erinevate evolutsiooniliste tegurite mõju.

Üks evolutsiooni peamisi tegureid on mutatsiooniprotsess. Mutatsioonid avastati 20. sajandi alguses. Hollandi botaanik ja geneetik De Vries (1848-1935).

Ta pidas evolutsiooni peamiseks põhjuseks mutatsioone. Sel ajal olid teada ainult suured fenotüüpi mõjutavad mutatsioonid. Seetõttu uskus De Vries, et liigid tekivad suurte mutatsioonide tagajärjel kohe, spasmiliselt, ilma loodusliku valikuta.

Edasised uuringud näitasid, et paljud suured mutatsioonid on kahjulikud. Seetõttu arvasid paljud teadlased, et mutatsioonid ei saa olla evolutsiooni materjaliks.

Alles 20ndatel. meie sajandil näitasid kodumaised teadlased S. S. Chetverikov (1880-1956) ja I. I. Shmalgauzen (1884-1963) mutatsioonide rolli evolutsioonis. Leiti, et iga looduslik populatsioon on nagu käsn küllastunud mitmesuguste mutatsioonidega. Enamasti on mutatsioonid retsessiivsed, heterosügootses olekus ja ei avaldu fenotüüpiliselt. Just need mutatsioonid on uue evolutsiooni geneetiliseks aluseks. Heterosügootsete isendite ristamise korral võivad need järglaste mutatsioonid muutuda homosügootseteks. Selekteerimine põlvest põlve säilitab kasulike mutatsioonidega isendeid. Kasulikud mutatsioonid säilivad loodusliku valiku abil, kahjulikud aga kogunevad populatsiooni varjatud kujul, luues varieeruvuse reservi. See toob kaasa muutuse populatsiooni genofondis.

Pärilike erinevuste kuhjumist populatsioonide vahel soodustab isolatsioon, tänu millele ei toimu eri populatsioonide isendite ristumist ja seega ka geneetilise informatsiooni vahetust.

Igas populatsioonis kogunevad loodusliku valiku tõttu teatud kasulikud mutatsioonid. Pärast mitut põlvkonda elasid isoleeritud populatsioonid erinevad tingimused, erineb mitmel viisil.

Laialt levinud ruumiline, või geograafiline isolatsioon kui populatsioone eraldavad erinevad tõkked: jõed, mäed, stepid jne. Näiteks isegi lähedal asuvates jõgedes elavad sama liigi kalade erinevad populatsioonid.

Samuti on olemas keskkonnaisolatsioon kui sama liigi eri populatsioonide isendid eelistavad erinevad kohad ja elutingimused. Nii kujunesid Moldovas kollakurguliste metshiire seas metsa- ja stepipopulatsioonid. Metsapopulatsioonide isendid on suuremad ja toituvad puuliikide seemnetest, stepipopulatsioonide isendid aga teraviljaseemnetest.

Füsioloogiline isolatsioon tekib siis, kui erinevate populatsioonide indiviididel toimub sugurakkude küpsemine erinevad terminid. Selliste populatsioonide üksikisikud ei saa ristuda. Näiteks Sevani järves on kaks forellipopulatsiooni, mille kudemine toimub erinevatel aegadel, mistõttu nad ei ristu.

On olemas ka käitumuslik isolatsioon. Erinevate liikide isendite paaritumiskäitumine on erinev. See takistab nende ületamist. Mehaaniline isolatsioon seotud erinevustega suguelundite struktuuris.

Alleelisageduse muutused populatsioonides võivad toimuda mitte ainult loodusliku valiku mõjul, vaid ka sellest sõltumatult. Alleeli sagedus võib juhuslikult muutuda. Näiteks indiviidi - mis tahes alleeli ainsa omaniku - enneaegne surm toob kaasa selle alleeli kadumise populatsioonis. Seda nähtust nimetatakse geneetiline triiv.

Oluline geneetilise triivi allikas on rahvastiku lained- perioodilised olulised muutused populatsiooni isendite arvus. Isendite arv on aasta-aastalt erinev ja sõltub paljudest teguritest: toidukogusest, ilmastikutingimustest, röövloomade arvukusest, massilised haigused Populatsioonilainete rolli evolutsioonis tegi kindlaks S. S. Chetverikov, kes näitas, et muutused populatsiooni isendite arvus mõjutavad loodusliku valiku tõhusust. Seega võivad populatsiooni suuruse järsu vähenemise korral teatud genotüübiga isendid kogemata ellu jääda. Näiteks võivad populatsiooni jääda järgmiste genotüüpidega isendid: 75% Aa, 20% AA, 5% aa. Kõige arvukamad genotüübid, in sel juhul Aa, nemad määravad järgmise “laineni” populatsiooni geneetilise koostise.

Geneetiline triiv vähendab tavaliselt populatsiooni geneetilist varieerumist, peamiselt haruldaste alleelide kadumise kaudu. See evolutsioonilise muutuse mehhanism on eriti tõhus väikestes populatsioonides. Elupaigale vastava kindla genotüübiga isendite säilimisele aitab aga kaasa vaid olelusvõitlusel põhinev looduslik valik.

Elementaarne evolutsiooniline nähtus - muutus populatsiooni genofondis toimub evolutsiooni elementaarsete tegurite - mutatsiooniprotsessi, isolatsiooni, geneetilise triivi, loodusliku valiku - mõjul. Geneetiline triiv, isoleeritus ja mutatsiooniprotsess ei määra aga evolutsiooniprotsessi suunda, st teatud keskkonnale vastava genotüübiga isendite ellujäämist. Ainus evolutsiooni juhtiv tegur on looduslik valik.

Charles Darwini evolutsiooniõpetuse põhisätted.

1. Pärilik varieeruvus on evolutsiooniprotsessi aluseks;
2. Soov paljuneda ja piiratud eluvahendid;
3. Olelusvõitlus on evolutsiooni peamine tegur;
4. Looduslik valik päriliku muutlikkuse ja olelusvõitluse tulemusena.

LOODUSLIK VALIK VORMI

LOODUSLIK VALIK LIIGID

Ülesanded ja testid teemal "Teema 14. "Evolutsiooniline õpetus"."

• Kui olete need teemad läbi töötanud, peaksite olema võimeline:

  1. Sõnastage oma sõnadega määratlused: evolutsioon, looduslik valik, olelusvõitlus, kohanemine, alge, atavism, idioadaptatsioon, bioloogiline progress ja taandareng.
  2. Kirjeldage lühidalt, kuidas konkreetne kohanemine valiku abil säilib. Millist rolli mängivad selles geenid, geneetiline varieeruvus, geenide sagedus, looduslik valik.
  3. Selgitage, miks valik ei tekita identsete, ideaalselt kohanenud organismide populatsiooni.
  4. Sõnastage, mis on geneetiline triiv; tooge näide olukorrast, milles ta mängib oluline roll ja selgitage, miks on selle roll väikestes populatsioonides eriti oluline.
  5. Kirjeldage kahte liikide tekkimise viisi.
  6. Võrrelge looduslikku ja kunstlikku valikut.
  7. Loetlege lühidalt aromorfoosid taimede ja selgroogsete evolutsioonis, idioadaptatsioonid lindude ja imetajate evolutsioonis, katteseemnetaimed.
  8. Nimeta antropogeneesi bioloogilised ja sotsiaalsed tegurid.
  9. Võrrelge taimse ja loomse toidu tarbimise tõhusust.
  10. Kirjeldage lühidalt kõige iidsema, iidseima, fossiilse inimese, kaasaegse inimese tunnuseid.
  11. Märkige inimrasside arengujooned ja sarnasused.

  Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Üldbioloogia". Moskva, "Valgustus", 2000

  • Teema 14. "Evolutsiooniline õpetus." §38, §41–43, lk 105–108, lk 115–122
  • Teema 15. "Organismide kohanemisvõime. Spetsifikatsioon." §44-48 lk 123-131
  • Teema 16. "Evolutsiooni tõendid. Orgaanilise maailma areng." §39–40, lk 109–115, §49–55, lk 135–160
  • Teema 17. "Inimese päritolu". §49-59 lk 160-172