Основные закономерности эволюции

Эволюция органического мира — это непрерывный процесс развития живой природы, который сопровождается изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Эволюционные процессы продолжаются и в настоящее время. Однако для того что бы их зафиксировать необходимо знать какие формы и признаки имели или имеют организмы, и уже на их основе устанавливать факты появления новых.

Наука, изучающая ископаемые остатки, которые существовали в прошлые геологические периоды, называется палеонтология.

Палеонтология — это наука об организмах, существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых остатков, а также следов их жизнедеятельности.

Главной задачей учёных палеонтологов является реконструкция внешнего вида, биологических особенностей, способов питания, размножения вымерших организмов.

А также установление хода эволюции на основе полученных сведений.

То есть благодаря палеонтологическим данным, можно установить последовательность сменявших друг друга организмов, то есть филогенетические ряды.

На основе сравнительных методов, учёные выделяют несколько типов эволюционных изменений.

·         Параллелизм

·         Конвергенцию

·         Дивергенцию

Параллелизм

Параллельная эволюция — это независимое развитие сходных признаков в эволюции близкородственных, но выделившихся групп организмов, протекающее в одном направлении.

Примером параллельной эволюции является эволюция представителей отряда грызунов, семейства дикобразовых. 

Один вид обитает в Африке, а второй в Южной Америке 70 млн лет назад, когда материки ещё не разошлись, они имели общего предка, который был похож на большую покрытую шерстью крысу.

Но когда два континента разошлись популяция разделилась на две части, каждая из них эволюционировала независимо друг от друга.

И благодаря тому, что условия обитая новых популяций были сходны, то и развитие дикобразов шло параллельными путями.

Дикобразовые необычны тем что располагают самыми длинными иголками среди всех млекопитающих. В эволюционном отношении иголки являются видоизменёнными волосами.

Некоторые из них достигают в длину 40 см и в диаметре 7 мм, являются острыми и могут вызвать воспаление, если ими уколоться.

Благодаря действию параллельной эволюции некоторые виды бабочек, которые принадлежат к разным видам, приобрели защитный окрас, в виде глазков на крыльях. 

Этот признак независимо возникал у разных видов, и не был унаследован от общих предков. От общих предков все бабочки унаследовали гены, мутации которых приводят к образованию глазков.

Таким образом причиной параллелизма, по-видимому, является высокая вероятность похожих мутаций одних и тех же генов у разных видов.

Другой пример параллельной эволюции того же рода — независимое возникновение саблезубых форм у млекопитающих.

Широко известны вымершие саблезубые кошки. Которые появились в раннем или среднем миоцене в Африке. А вымерли саблезубые кошки в позднем плейстоцене приблизительно 10 000 лет назад в Америке.

Саблезубые кошки обязаны своим названием очень длинным изогнутым клыкам, достигавшим у некоторых видов 20 см. Так же в палеонтологической летописи Австралии есть сумчатый саблезубый волк.

Таким образом, один и тот же признак в разных группах млекопитающих возник независимо.

Параллельная эволюция происходит у организмов, которые находятся в схожих местах обитания.

Например, животные обитающие в темных пещерах и глубинах океана для ориентации в пространстве используют эхолокацию.

Конвергентная эволюция

При конвергентном развитии сходство между неродственными организмами бывает всегда только внешним.

Например, по форме тела акулы и дельфины сходны, но по таким существенным чертам, как строение кожных покровов, черепа, мускулатуры, кровеносной системы, дыхательной и других систем, эти позвоночные различны. Да и относятся они к разным классам. Дельфины к классу млекопитающих, а акулы к классу хрящевые рыб.

Предполагают, что дельфины и киты, произошли от группы наземных млекопитающих, которые называюся Мезонихии. Эти существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям.

При переходе наземных животных в водную среду изменяется строение конечностей. При этом во внутреннем строении плавников дельфина и кита сохранены признаки пятипалой конечности млекопитающих.

Так, например, у представителей млекопитающих подотряда ластоногие: ушастого тюленя и настоящего тюленя приспособления к водному образу жизни шло параллельно.

Ластоногих объединяет веретенообразное тело, передние конечности, которые в процессе эволюции превратились в плавники. Однако предки этих млекопитающих очень отличаются. Ушастые тюлени — сестринская группа по отношению к медвежьим. А настоящих тюленей связывают с куньими.

Между этими двумя группами существуют значительные различия как в строении черепа, так и в строении остального скелета, которые приводят к разным способам перемещения. Внешнее сходство считают конвергентным, связанным с приспособлением к обитанию в водной среде.

Конвергентное сходство животных наблюдается у млекопитающих, питающихся муравьями.

Из-за большого количества муравьёв и термитов в Австралии, Африке и Южной Америке независимо друг от друга появились животные муравьеды.

В Австралии это сумчатый муравьед и ехидна, которая принадлежит к подклассу яйцекладущих млекопитающих.

В Африке трубкозубы, дальние родственники слонов и панголины, принадлежащие к отряду ящеров.

В Южной Америке эту нишу заняли броненосцы и муравьеды – представители отряда неполнозубых.

Последний общий предок этих животных существовал более 100 миллионов лет назад.

Таким образом выбор экологической ниши и действие естественного отбора способствовали формированию определённых приспособлений для поедания этих мелких насекомых.

Все муравьеды имеют длинный липкий язык и вытянутый хоботком нос, что позволяет им извлекать муравьёв и термитов из их укрытий.

Однако основное анатомическое строение этих видов позволяет безошибочно относить их к разным таксонам, несмотря на их конвергентное сходство.

Данные молекулярно- генетического анализа убедительно показывают, что эти виды разделяют десятки миллионов лет независимой эволюции.

Конвергенция — это процесс эволюционного развития неродственных групп в сходном направлении и приобретение ими сходных признаков в процессе адаптации к одинаковым условиям среды.

При параллельной эволюции возникают гомологичные органы.

Это органы, сходные между собой по происхождению, строению, но выполняющие разные функции.

Передние конечности у животных являются примером гомологичных органов. Они состоят из одинаковых костей и имеют одинаковое происхождение, но выполняют разные функции. Гомологичные органы уже в эмбриональный период развиваются по одинаковым генетическим программам.

А при конвергентном способе эволюции возникают аналогичные органы.

Например, крыло летучей мыши и бабочки, роющие конечности медведки и крота имеют общие черты в строении и функционировании.

Аналогичные органы внешне сходны, но различны по происхождению, и не имеют филогенетической общности.

Перейдём к следующему типу эволюционных изменений.

Дивергентная или расходящаяся эволюция

Это форма эволюции, при которой развиваются отличительные признаки у организмов, которые происходят от одного предка.

Дивергенция начинается в популяциях, которые попадают в разные условия окружающей среды. К которым особи по-разному приспосабливаются под действием естественного отбора. В результате появляются новые формы.

И именно процесс появления новых форм, которые произошли от одного предка и есть дивергентная эволюция. 

Например, класс млекопитающих распался на многочисленные отряды: хищные, рукокрылые, насекомоядные, и другие отряды.  

Определённую роль в дивергенции играет и дрейф генов. Это закрепление одних аллелей при одновременной утрате других.

Например, представим себе популяцию из ста растений, населяющих изолированную горную долину. 3 растения из которой несут в себе особенные варианты гена, отвечающие за красный цвет лепестков.  Если в результате какого-либо происшествия, например, затопления эти 3 цветка погибнут. Тогда этот особенный вариант гена исчезнет из популяции и не достанется бедующему поколению. Которое будет иметь уже иную окраску лепестков.

Рассмотрим пример дивергенции у медведей. В раннем плейстоцене, около 2,5 млн. лет назад, существовал древний европейский медведь. Во время миндельского оледенения (раннеплейстоценового оледенения в Альпах), произошёл разрыв общего ареала. Возникла западная и восточная популяции.

Западная популяция со временем превратилась в пещерного травоядного медведя. В межледниковый период восточный медведь расселился в тундре, до берегов арктического бассейна.

Затем наступило вюрмское оледенение (последнее плейстоценовое оледенение). И восточная популяция снова разделилась.

Одни медведи остались у моря, другие откочевали на юг вместе с отступающими лесами. В течение длительного периода в этих популяциях шёл разнонаправленный естественный отбор. Под его влиянием, а также под влиянием других факторов эволюции в конце ледникового периода появился белый медведь.

Именно дивергентной эволюцией обусловлено поразительное разнообразие живых существ.

Итак, мы с вами рассмотрели основные типы эволюционных изменений.

Главные линии эволюции

В процессе исторического развития крупных таксономических групп, такие как классы, типы, происходят изменения, которые ведут к смене различных эволюционных путей.

Изменения, которые ведут к эволюции, называют главными линиями эволюции. К ним относят:

·         Ароморфоз.

·         Идиоадаптацию.

·         Дегенерацию.

Ароморфоз – это существенные эволюционные изменения, которые связаны с усложнением организации и повышением жизнедеятельности.

Благодаря ароморфозам организмы приобретают новые свойства, повышающие вероятность выживания. И дающие возможность перехода в новую среду обитания.

Так, например,

Примером ароморфозных изменений является эволюция кровеносной системы от одного круга кровообращения и двухкамерного сердца у рыб к трехкамерному (у земноводных и рептилий) и четырехкамерному сердцу (у птиц и млекопитающих), сопровождавшаяся обособлением большого и малого кругов кровообращения.

Так же примером ароморфозных изменений является переход у растений от размножения спорами к размножению семенами, образование цветка.

Ещё одним примером, является появление теплокровности у животных. Что позволило им заселить холодные зоны Арктики и Антарктиды.

Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости, естественного отбора и являются приспособлениями широкого значения.

Идиоадаптация – это прогрессивные, но мелкие эволюционные изменения.

Примером идиоадаптации может являться защитная окраска многих видов рыб, а также приспособление к жизни у дна.

Например, морская камбала отличается сильно сплющенным телом. И необычным расположением глаз на одной стороне.

Сторона, обращённая к поверхности, гладкая и замаскирована под цвет дна.

Камбала выработала у себя удивительную способность сливаться с дном. Спина затаившейся на дне камбалы приобретает цвет и узор окружающих ее предметов, с которыми рыба буквально сливается.

Каким же образом происходит изменение окраски тела этой донной рыбы? Дело в том, что камбала глазами считывает рисунок и окрас дна. Сигнал о полученной информации поступает в спинной мозг, который передаёт сигнал специальным клеткам на поверхности тела – хроматофорам. А они всего за 5 минут меняют свой цвет на камуфляжный.

Вообще строение тела камбаловых это удивительный пример приспособляемости к условиям окружающей среды.

Однако камбала не всегда была такой «плоской», когда-то она имела такой же вид, как и большинство рыб.  Она претерпела такие удивительные изменения, потому что тысячи лет, чтобы выжить приспосабливалась к условиям окружающей среды. В том, что рыба изначально была «как все», можно убедиться, наблюдая за мальками.

Мальки камбалы от мальков прочих рыб не особо отличаются, и плавают как все рыбы – вертикально.

Эволюция не всегда ведёт к изменениям от простого к сложному.

Иногда в результате эволюции происходит упрощение организации. Утрата ряда систем и органов.

Такую эволюцию называют дегенеративной или «регрессивной».

Вот, например, такие бескрылые птицы, как казуары, произошли от птиц, которые были способны летать. Безногие змеи — от рептилий, имевших конечности. Киты, не имеющие задних конечностей, — произошли от четвероногих млекопитающих.