Макроэволюция. Развитие жизни на Земле

Тема 3.2. Макроэволюция. Возникновение и развитие жизни на Земле

Теоретическое обучение:

1.Макроэволюция. Формы и основные направления макроэволюции (А.Н. Северцов). Пути достижения биологического прогресса. Сохранение биоразнообразия на Земле.

2.Гипотезы и теории возникновения жизни на Земле. Появление первых клеток и их эволюция. Прокариоты и эукариоты. Происхождение многоклеточных организмов. Возникновение основных царств эукариот

Макроэволюция

• Макроэволюция органического мира — это процесс формирования крупных систематических единиц (из видов — новых родов, из родов — новых семейств и т.д.) в ходе эволюции на протяжении всей истории Земли

• Развитие жизни на Земле в целом, включая её происхождение, называется макроэволюцией

Сравнение микроэволюции и макроэволюции

Макроэволюция

Микроэволюция

• Действуют те же процессы – борьба за существование, естественный отбор и связанное с ним вымирание.
• Носят дивергентный характер

Сравнение микроэволюции и макроэволюции

Микроэволюция

Макроэволюция

Образование из популяций новых подвидов, из подвидов – видов .

Образование из видов новых родов, из родов – семейств и т. д.

Происходит за длительное время (исторические эпохи)

Происходит в относительно короткое время

Происходит внутри вида

Надвидовая эволюция

• Результатом макроэволюционных процессов становятся существенные изменения внешнего строения и физиологии организмов.

Доказательства макроэволюции

Доказательства макроэволюции

Палеонтологические доказательства

Эмбриологические доказательства

Сравнительно-анатомические доказательства

палеонтология

• Наука об ископаемых организмах – палеонтология – неопровержимо доказывает, что в прошлые эпохи животный и растительный мир Земли резко отличался от современного.

Палеонтологические Доказательства

• ископаемые остатки;
• ископаемые переходные формы;
• филогенетические ряды

Некоторые из раскопок палеонтологии

• Скелет ископаемого котилозавтра сеймурии, занимавшей промежуточное положение между амфибиями и рептилиями .

• Окаменевшие яйца динозавров

Переходные формы

• Переходные формы служат доказательством эволюции, поскольку свидетельствуют об исторической связи разных групп организмов.

Археоптерикс

Семенные папоротники

Ихтиостег

• Эти открытия относятся к недавнему времени и касаются форм, называемых Ихтиостега. Скелет этих форм отчетливо свидетельствует о переходном характере этой группы. Хвост и лучи хвостового плавника обладают еще характерными рыбьими признаками, тогда как грудные и брюшные плавники уже изменились в передние и задние конечности, служащие для передвижения по суше. Поэтому эти формы заслуживают того, чтобы их поместить между классом рыб и классом земноводных.

Филогенетические ряды

• Филогенетические ряды – это ряды видов, последовательно сменявших друг друга в процессе эволюции различных групп животных и растений

Филогенетические ряды

В результате перехода к жизни на открытых пространствах и изменения характера питания из-за остепнения произошло увеличение размера тела, удлинение конечности и уменьшение количества пальцев

Сравнительно-анатомические доказательства

• Сравнение строения организмов, нахождение черт сходства

Сравнительно-анатомические Доказательства эволюции

гомологи

аналоги

рудименты

атавизмы

Гомологичные органы

• Гомологичные органы – это органы, имеющие одинаковый план строения, развивающиеся из сходных зачатков и одинаково расположенные, но выполняющие разные функции.

• Гомология указывает на общность происхождения обладающих ею организмов, различия в строении гомологичных органов – результат дивергенции.

Примеры гомологичных органов у растений

Это все видоизмененные листья

Колючки кактуса

Усики гороха

Иглы барбариса

Аналогичные органы

• Крылья – это…

Видоизменённые передние конечности

Кожная перепонка

Складки хитинового покрова

Аналогичные органы

• Главный признак аналогии – сходство функций вне связи со строением и происхождением.
• Аналогичные органы – результат конвергенции.

Аналогичные органы у растений

1 – колючка барбариса возникают из листьев;

2 – белой акации из прилистников;

3 – боярышника – из побега;

4 – ежевики – из коры

Рудименты

• Рудименты – недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свои биологические функции.

Атавизмы

• У некоторых особей рудименты могут развиваться в органы нормальных размеров. Такой возврат к строению органа предковых форм называют атавизмом

Эмбриологические доказательства

• Эмбриология – это наука, изучающая зародышевое развитие организмов.

Эмбриологические доказательства

• Развитие многоклеточных животных из оплодотворённого яйца.
• Сходство зародышевого развития животных.
• Расхождение признаков зародышей в процессе эмбрионального развития.

Биогенетический закон

• Биогенетический закон – индивидуальное развитие особи (онтогенез)является коротким и быстрым повторением (рекапитуляцией) важнейших этапов эволюции вида (филогенеза).

немецкий учёный Э. Геккель (1866)

Домашнее задание:

• Заполнить таблицу «Сравнительная характеристика этапов эволюционного процесса»

Этап

В каких группах организмов осуществляется

Микроэволюция

Материал для эволюционного процесса

Макроэволюция

Главный эволюционный фактор

Результаты

Макроэволюция — эволюционное развитие надвидовых групп (родов, семейств, отрядов, классов, типов).

Алексей Николаевич Северцов 

Учение о главных направлениях эволюции в 1925 г . разработал российский зоолог

А.Н. Северцов

(1866-1936).

Шмальгаузен Иван Иванович

В 1934 г. российский биолог И.И. Шмальгаузен (1884-1963) уточнил и дополнил разработанное А.Н. Северцовым учение.

ГЛАВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ

БИОЛОГИЧЕКИЙ

ПРОГРЕСС

(ПРОЦВЕТАНИЕ)

НАПРАВЛЕНИЕ

ЭВОЛЮЦИИ-1

БИОЛОГИЧЕКИЙ

РЕГРЕСС

(УПАДОК)

НАПРАВЛЕНИЕ

ЭВОЛЮЦИИ-2

Биологический прогресс

эволюционные изменения живых систем, выражающиеся в

• повышении их приспособленности,
• увеличении разнообразия,
• увеличении численности,
• расширении ареала,
• появление новых видов

Биологический регресс

эволюционные изменения живых систем, выражающиеся в

• понижение приспособленности,
• снижении разнообразия,
• уменьшении численности,
• сужении ареалов,
• исчезновение видов

Биологический прогресс

Биологический регресс

• Увеличение плодовитости и численности особей вида

• Уменьшение (снижение) плодовитости и численно­сти особей вида

• Расширение ареала

• Сужение (уменьшение) ареала

• Образование новых популяций, видов и других систематических категорий

• Вымирание видов

Причины:

• ароморфоз;
• идиоадаптация;
• общая дегенерация

• факторы неживой природы;
• жизненное состояние;
• деятельность человека

Биологический прогресс

Ароморфоз

Ароморфоз (арогенез, морфофизиологи­ческий прогресс)

Процесс возникно­вения крупных морфофизиологических изменений, повы­шающих общий уро­вень организации групп организмов, приводящий к вы­ходу в новую среду обитания (вся со­вокупность условий окружающей среды); организмы приобре­тают принципиально новые, прогрессив­ные возможности для освоения новой адап­тивной зоны; при­водит к появлению в природе новых круп­ных таксонов — клас­сов, типов, отделов

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

Уровень обмена веществ становится гораздо выше, чем у земноводных и пресмыкающихся, что проявляется в приобретении птицами теплокровности (гомойотермии). Температура тела птиц более не зависит от окружающей среды, они могут осваивать среды обитания с низкими температурами

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

У пресмыкающихся происходит усложнение строения дыхательной системы: появляются ячеистые легкие , обеспечивающие более эффективный газообмен.

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

Примеры

Ароморфоз

Ароморфозы общего типа: фотосинтез, клеточное ядро, многоклеточность, половой процесс;

ароморфозы животных: двусторонняя симметрия; кожномускульный мешок у плоских червей; хитиновый покров, членистые конечности у членистоногих; трахейное дыхание у насекомых; хорда, пятипалая конечность, лёгочное дыхание, трёхкамерное сердце у земноводных; амнион у рептилий; теплокровность, четырёхкамерное сердце у птиц и млекопитающих; внутриутробное развитие, развитая центральная нервная система у млекопитающих;

ароморфозы растений: появление тканей, сосудистой системы, вегетативных органов, размножение с помощью спор, семенное размножение, образование цветка

Идиоадаптация

Идиоадаптация (аллогенез)

Процесс возникно­вения более мелких прогрессивных мор­фофизиологических изменений в рам­ках существующей адаптивной зоны, не влияющих на об­щий уровень орга­низации; частные приспособления к условиям окружаю­щей среды; приводит к образованию более мелких таксонов — отрядов, семейств, видов

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Идиоадаптация

Специализация — край­няя степень приспособленности организ­ма к ограниченным условиям среды; нор­ма реакции признака чрезвычайно узка, по­этому существует воз­можность вымирания вида, особенно при резких изменениях условий среды

КОЛИБРИ

МУРАВЬЕД

Примеры

Идиоадаптация

Идиоадаптации жи­вотных : особенности строения конечно­стей (роющие, пла­вательные, бегательные, прыгательные); особенности строе­ния клюва у птиц (хищные, насекомо­ядные, зерноядные); покровительствен­ная окраска; осо­бенности формы тела у обита­телей воды, почвы, суши;

идиоадаптации рас­тений: приспособ­ления к опылению, распространению плодов и семян; ви­доизменения вегета­тивных органов;

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Примеры

Идиоадаптация

Дегенерация

Дегенерация (катагенез, морфофизиологический регресс)

Процесс приобретения морфофизиологических изменений, приводящих к резкому упрощению уровня организации , строения и функций,

к морфофизиологи­ческой деградации ;

связана с переходом к пещерному, сидя­чему или паразитиче­скому образу жизни

Примеры

Дегенерация

Асцидия – хордовое животное. Личинка ведет подвижный образ жизни, имеет хорду, плавает в воде. Этим она похожа на эмбрионы позвоночных животных. Однако затем асцидия прикрепляется к поверхности и утрачивает признаки хорды, в то время как у других позвоночных развивается скелет позвоночного столба. Утрата видом хорды во взрослом состоянии является примером общей дегенерации.

Примеры

Дегенерация

Повилика

не имеет корней и листьев .

Стебель нитевидный или шнуровидный, желтоватый, зеленовато-жёлтый или красноватый. Повилика обвивается вокруг растения-хозяина, внедряет в его ткань «присоски» (гаустории) и питается его соками.

Примеры

Дегенерация

Петров крест

Растение-паразит, лишенное хлорофилла , развивается на корнях древесных растений (обычно орешник, ольха или граб). Период цветения приходится на весну, когда происходит сокодвижение у растения-хозяина

Примеры

Дегенерация

Внимательно!

• Появление, а не исчезновение органов у паразита – это идиоадаптация, а не дегенерация!

• Исчезновение органа у НЕ паразита - это идиоадаптация, а не дегенерация

Происхождение и начальные этапы развития жизни на Земле.

План урока

• Гипотезы происхождения жизни

1.1 . Абиогенеза

1.2. Биогенеза

1.3. Креационизма

1.4. Стационарного состояния

1.5. Панспермии

1.6. Биохимической эволюции

2. Развитие жизни на Земле в Архейскую, Протерозойскую, Палеозойскую, Мезозойскую и Кайнозойскую эры.

Гипотеза самозарождения, или абиогенеза

Жизнь зарождается из неживой материи

Гипотеза самозарождения, или абиогенеза

Эксперименты Франческо Реди нанесли удар по гипотезе абиогенеза

Гипотеза биогенеза

Гипотеза биогенеза

Данная гипотеза не отвечает на вопрос о первоначальном зарождении жизни

Опровержение гипотезы абиогенеза

Опытным путем доказали, что в прокипяченном мясном бульоне, закрытом крышкой, жизнь не зарождается.

Но их опыт посчитали недостаточно достоверным, т.к. полагали, что из-за крышки в бульон не проникает жизненная сила из воздуха.

Опыт Луи Пастера

(1822-1895) французский ученый

Гипотеза креационизма

- представления о возникновении жизни, как акте Творца (воле Бога). Эту гипотезу можно принимать на веру, но с научной точки зрения ее рассматривать нельзя.

Эта гипотеза существует до сих пор.

Гипотезы стационарного состояния

Гипотезы стационарного состояния

Теория биохимической эволюции

Теория биохимической эволюции

Основоположники теории биохимической эволюции

Независимо друг от друга считали, что органические вещества возникли из неорганических под действием коротковолнового УФ

Стэнли Миллер проиллюстрировал 1-ую стадию биопоэза

Установка Стэнли Миллера

Этап химической эволюции

Длительность – десятки миллионов лет

H 2 H 2 O CO 2 CH 4 NH 3

Этап предбиологической эволюции

коацерват

пробионт

Этап биологической эволюции

• Атмосфера обогатилась кислородом
• Озоновый экран защищал Землю от губительных УФ лучей

• Анаэробы – гетеротрофы - прокариоты
• Анаэробы – автотрфы - прокариоты

3. Аэробы – гетеротрофы и автотрофы – прокариоты

4. Аэробы – гетеротрофы и автотрофы - эукариоты

Русские ученые в начале 20 века развили гипотезу о симбиозе бесхлорофилльной клетки с клеткой сине-зеленой водоросли

Возникновение многоклеточности по гипотезе И. И. Мечникова

энтодерма

фагоцителла

эктодерма

Гипотеза Эрнста Геккеля о дифференцировке клеток колонии

Архей (1 млрд лет): атмосфера не содержала кислорода; возникло все разнообразие прокариот, в том числе фотосинтезирующих.

В Протерозое (2 млрд лет) появилось ядро, половой процесс и многоклеточные, водоросли, озоновый слой, первые наземные лишайники и первые хордовые.

Сформировались все царства живой природы.

Губки, кишечнополостные,

черви

Появились рыбы, земноводные, пресмыкающиеся и большое количество членистоногих. Эволюция растений от псилофитов до голосеменных.

Кембрий и Ордовик: расцвет медуз, кораллов, древних членистоногих - трилобитов, бесчелюстные рыбообразные, головоногие моллюски.

Силур: развитие ракоскорпионов, массовое распространение панцирных рыб, на сушу выходят псилофиты – первые наземные споровые растения и древние паукообразные.

Девон: на смену панцирным рыбам приходят древние хрящевые – акулы и скаты, появляются первые костные рыбы; в мелких водоемах – кистеперые рыбы; к концу Девона – стегоцефалы – первые земноводные, многоножки, древовидные папоротники.

Карбон: распространяются леса из гигантских хвощей, плаунов и папоротников; крылатые насекомые; к концу карбона появляются первые пресмыкающиеся.

Пермь: продолжается похолодание, сокращается разнообразие земноводных, распространяются пресмыкающиеся, появляются голосеменные (гинкго и араукарии встречаются и сейчас).

Появились классы млекопитающих и птиц , в царстве растений - отдел покрытосеменных.

Триас: начало расцвета динозавров, появляются крокодилы и черепахи; важнейшим достижением является появление теплокровности и первых млекопитающих, резко сокращается видовое разнообразие амфибий и почти полностью вымирают семенные папоротники

Юра: господствуют голосеменные растения и пресмыкающиеся, в появившемся Атлантическом океане развиваются головоногие моллюски; в конце периода появляются археоптериксы.

Мел: характеризуется образованием высших млекопитающих и настоящих птиц; появляются и быстро распространяются покрытосеменные растения, некоторые сохранились до наших дней – дубы, ивы, эвкалипты, пальмы; в конце периода массовое вымирание динозавров.

Палеоген климат более континентальный, ледяные шапки на полюсах, бурный расцвет млекопитающих и птиц, первые приматы, в воздухе господствовали птицы, в морях – костистые рыбы, расцвет головоногих моллюсков

Неоген: климат стал более сухим, леса отступили, степи, саванны, злаки, парнокопытные, непарнокопытные, все хищники, 4,5 млн лет назад – австралопитек, 2,5 млн лет назад – человек прямоходящий – прямой предок человека

Антропоген: климат стал холоднее, мамонты, шерстистые носороги, пещерные медведи, саблезубые тигры, овцебыки, человек-разумный, потепление климата, вымирание крупных млекопитающих

Трилобиты

Стегоцефал

Стегозавр

Птерадонт

Мегалодон

Цинодонт

Практическая работа

Эра, период

Жизнь в море

беспозвоночные

позвоночные

Жизнь на суше

растения

беспозвоночные

позвоночные

растения

Главные катаклизмы в истории развития жизни на Земле

Эра, период

Катаклизмы