Forze motrici dell'evoluzione. Le forze motrici dell'evoluzione: variabilità ereditaria e selezione naturale Le forze motrici dell'evoluzione sono la variabilità ereditaria
Gli organismi viventi sono capaci di “modificazioni fenotipiche compensative”, cioè cambiamenti intravitali che compensano gli effetti di varie lesioni (un esempio tipico è la rigenerazione). Questa capacità, che sorge durante l'evoluzione, può essa stessa influenzare l'ulteriore evoluzione, poiché le modifiche compensative sorgono non solo in risposta a lesioni, ma anche in risposta a mutazioni che interrompono il normale corso di sviluppo dell'organismo. Le modifiche compensative possono contribuire al consolidamento di tali mutazioni, il che porta a rapide trasformazioni evolutive.
Due tipi di variabilità. L’evoluzione biologica si basa sulla famosa “triade darwiniana”: ereditarietà, variabilità e selezione. Oggi, dietro ciascuno di questi tre concetti ci sono teorie ben sviluppate, complesse e altamente dettagliate, supportate da innumerevoli fatti, esperimenti e osservazioni. Lungi dall’essere statiche, queste teorie continuano ad evolversi rapidamente man mano che emergono nuovi dati (e quelli vecchi vengono compresi).
Per quanto riguarda la variazione, il focus della biologia evoluzionistica è stato tradizionalmente sulla cosiddetta variazione ereditaria (cioè geneticamente determinata). La variabilità ereditaria è determinata dalle differenze nel genotipo degli individui, si trasmette dai genitori alla prole, ed è con essa che “lavora” direttamente la selezione naturale. Esiste però anche la cosiddetta variabilità modificativa, che non è ereditaria nel senso stretto del termine. La variabilità della modificazione è un cambiamento nella struttura (fenotipo) che si verifica in risposta a cambiamenti nelle condizioni in cui l'organismo si sviluppa (per uno degli esempi eclatanti, vedere la nota "È stato allevato un bruco che cambia colore quando riscaldato". ”, 9/02/06).
La variabilità della modificazione è uno di quei fenomeni naturali che esistono come se fossero apposta per confondere i teorici. Una comprensione errata della natura della variabilità delle modificazioni e delle sue relazioni di causa-effetto con il processo evolutivo nel passato ha spesso portato a vari malintesi e conclusioni inadeguate. Attualmente sono generalmente accettate le seguenti disposizioni fondamentali:
- Il genotipo non determina il fenotipo in quanto tale, ma la norma della reazione: un certo ambito di possibilità di sviluppo. Quale di queste possibilità si realizzerà non dipende più dai geni, ma dalle condizioni in cui avverrà lo sviluppo dell'organismo. Le variazioni fenotipiche all'interno della norma di reazione sono variabilità di modificazione.
- Tuttavia, le modifiche non vengono ereditate (non sono “scritte” nei geni). capacità sono, ovviamente, ereditati, cioè è geneticamente determinato.
- Modificare la variabilità è spesso opportuno (adattivo). Ad esempio, l’abbronzatura causata dai raggi solari ci protegge dagli effetti nocivi delle radiazioni ultraviolette. Tuttavia, la capacità di modifiche adattive non è caduta dal cielo per noi. Non c'è nulla di mistico in esso, non è una manifestazione di qualche incomprensibile “finalità interna della natura” o il risultato dell'intervento di forze soprannaturali. La capacità di modifiche adattative si sviluppa sotto l'influenza della selezione, basata sul consolidamento di alcuni ereditario cambiamenti (mutazioni), proprio come qualsiasi altra proprietà adattativa dell'organismo.
- La capacità di modificabilità della variabilità, da un lato, è il risultato dell'evoluzione, dall'altro può essa stessa avere un impatto significativo sull'evoluzione. Nell'articolo in discussione di N.N. Iordansky, stiamo parlando di uno degli aspetti di questa influenza.
Il ruolo evolutivo della variabilità delle modificazioni. Già alla fine del XIX secolo alcuni biologi cominciarono a pensare che la capacità di modificare la variabilità che si verifica durante l’evoluzione (in senso lato, inclusa la capacità di cambiare nel corso della vita il comportamento, l’apprendimento, ecc.) potesse avere un effetto inverso sul corso del processo evolutivo e la natura di questa influenza può variare.
Da un lato, la capacità di modifiche adattative può rallentare l’evoluzione. Se un organismo, senza modificare il proprio genotipo, può adattarsi a diverse condizioni di vita durante la sua vita, ciò può portare ad un indebolimento dell'effetto della selezione quando queste ultime cambiano.
D'altro canto, questa capacità può in parte predeterminare ulteriori percorsi di trasformazioni evolutive. Se le condizioni sono cambiate “seriamente e per lungo tempo”, così che gli organismi di generazione in generazione devono subire le stesse trasformazioni modificative durante il loro sviluppo, ciò può portare al fatto che le mutazioni che portano ad una rigorosa “fissazione” genetica di queste trasformazioni verrà supportata la selezione, e quindi la modifica si trasformerà in un cambiamento ereditario. In questo caso può sorgere l’illusione dell’“ereditarietà di una caratteristica acquisita” di Lamarck. Questo fenomeno è noto come “effetto Baldwin” (vedi al riguardo nella nota “I geni controllano il comportamento e il comportamento controlla i geni”. “Elements”, 12/11/08). In questo modo, ad esempio, alcune abilità acquisite da un animale durante la sua vita in seguito all'addestramento possono col tempo trasformarsi in un istinto ereditario. Inoltre, un nuovo modo di comportamento - non importa se è istintivo o “cosciente”, l'importante è che questo comportamento si riproduca per molte generazioni - crea nuovi vettori di selezione e può portare alla fissazione di mutazioni che “fanno vita più facile” proprio con questo comportamento. Ad esempio, lo sviluppo dell’allevamento animale ha portato alla diffusione di una mutazione specifica nelle popolazioni umane “bestiame” che consente agli adulti di digerire il lattosio, lo zucchero del latte (inizialmente le persone avevano questa capacità solo durante l’infanzia). Ancora una volta vediamo l’illusione dell’eredità lamarckiana: i nostri antenati hanno dedicato molto tempo ad “addestrarsi” a bere il latte da adulti, e alla fine i “risultati dell’addestramento” sono diventati ereditari. In effetti, ovviamente, il meccanismo di questo cambiamento evolutivo è completamente diverso: il cambiamento del comportamento (bere il latte degli animali domestici) ha portato al fatto che si verificano periodicamente mutazioni che disabilitano il meccanismo per disattivare (per salvare) la sintesi di l'enzima lattasi negli adulti ha cessato di essere dannoso e, al contrario, è diventato utile. Le persone con questa mutazione mangiavano meglio e lasciavano più figli. Pertanto, queste mutazioni hanno cominciato a diffondersi nella popolazione in stretta conformità con le leggi della genetica delle popolazioni.
Anche all'inizio del XX secolo è stato stabilito che per quasi ogni modifica è possibile trovare una mutazione che porterà a conseguenze fenotipiche simili, solo strettamente determinate, indipendenti dalle condizioni esterne. Questo si chiama "modifiche di genocopia". Come osserva N.N. Iordansky, ciò essenzialmente non sorprende. Il genotipo determina la “norma di reazione”, cioè un insieme di possibili percorsi di sviluppo individuale. Se esistono varianti delle condizioni esterne che portano alla scelta di uno di questi percorsi, allora potrebbero esserci anche mutazioni che renderanno questo percorso l’unico possibile (o il più probabile) indipendentemente dalle condizioni esterne. In definitiva, le modifiche sono causate da cambiamenti nell'attività (espressione) di determinati geni in determinate cellule del corpo. È noto che i cambiamenti nell'espressione genica possono essere causati sia da fluttuazioni delle condizioni esterne che da mutazioni. Il significato evolutivo delle "modificazioni genocopia" è discusso in dettaglio nei lavori di Waddington, Kirpichnikov, Shishkin e altri evoluzionisti; queste idee sono utilizzate nella teoria della selezione stabilizzante di Schmalhausen; su questa base si tentò addirittura di formulare una speciale “teoria epigenetica dell’evoluzione”.
Modifiche compensative. N.N. Iordansky attira l'attenzione su un gruppo speciale di modifiche adattative, vale a dire reazioni compensative degli organismi a vari disturbi dei processi ontogenetici e lesioni traumatiche agli organismi adulti. Ad esempio, sono stati descritti molti casi in cui un anfibio, un rettile, un uccello o un mammifero ha perso un arto, ma ha compensato gli effetti della lesione attraverso cambiamenti comportamentali e ha prodotto con successo prole anno dopo anno. Sono stati più volte osservati pesci che hanno perso completamente la pinna caudale (a volte insieme a parte della colonna vertebrale), ma sono in buona forma fisica. In questi pesci spesso ricrescono le pinne dorsale e anale, che formano intorno all'area danneggiata qualcosa di simile ai lobi dorsale e ventrale della pinna caudale.
Ciò suggerisce che nelle biocenosi naturali la lotta per l'esistenza e la selezione non è sempre così grave. In ogni caso, la “sopravvivenza selettiva del più adatto” è un processo statistico e gli individui feriti spesso hanno la possibilità di sopravvivere e persino di lasciare prole.
L’idea principale dell’articolo di N.N. Iordansky è che la capacità di modifiche compensative può portare a rapide trasformazioni evolutive poiché l’effetto di molte mutazioni dannose può essere attenuato grazie a modifiche compensative. Di conseguenza, tali mutazioni possono talvolta persistere e persino diffondersi in tutta la popolazione. Il fatto è che le modifiche compensative possono compensare non solo le lesioni, ma anche le conseguenze di mutazioni dannose.
Immaginiamo che un pesce abbia una mutazione a seguito della quale non sviluppa la pinna caudale. È del tutto possibile che durante l’ontogenesi di un simile pesce “funzioni” lo stesso meccanismo di modifica compensativa che si attiva quando si perde la coda a causa di un infortunio. In altre parole, la pinna dorsale e quella anale inizieranno a ricrescere e formeranno una sorta di pinna caudale perduta. Naturalmente, ciò porterà a un serio cambiamento nella struttura del pesce. Ma questo cambiamento non sarà necessariamente del tutto incompatibile con la vita, perché si basa su una modifica compensatoria “opportuna”, la cui capacità è stata affinata dalla selezione in milioni di generazioni precedenti di pesci.
Forse è così che sono nati i pesci luna e i suoi parenti, la cui struttura delle pinne è molto simile a quella ottenuta in altri pesci a seguito della perdita traumatica della pinna caudale.
Pertanto, la capacità di subire modifiche compensative aumenta la probabilità della fissazione di grandi mutazioni, il cui significato evolutivo è solitamente considerato estremamente insignificante (perché la probabilità che una grande mutazione sia benefica o addirittura non molto dannosa) è estremamente ridotta. . Tuttavia, prendere in considerazione le modifiche compensative ci costringe a riconsiderare questa valutazione delle probabilità.
N.N. Iordansky sottolinea che l'idea da lui proposta non è un argomento a favore del cosiddetto. modello saltazionista di evoluzione. I saltazionisti vedono le saltazioni (bruschi cambiamenti nella struttura) come il principale meccanismo dell'evoluzione, garantendo l'emergere di innovazioni evolutive senza la partecipazione della selezione. Al contrario, N.N. Iordansky suggerisce che i grandi cambiamenti nell’organismo che si sono verificati attraverso le mutazioni “insieme a piccole variazioni che si verificano più frequentemente possono servire come materiale evolutivo elementare da cui, sotto l’influenza della selezione, si formano nuovi adattamenti e nuovi tipi di organizzazione. "
Va notato che il ruolo evolutivo dei meccanismi di compensazione (compresi tutti i tipi di feedback negativi) si manifesta chiaramente a livello genetico molecolare. Ciò si riflette nel concetto di “oscillazione evolutiva”, sviluppato da N.A. Kolchanov e dai suoi colleghi dell’Istituto di citologia e genetica di Novosibirsk (vedi: N.A. Kolchanov, V.V. Suslov, K.V. Gunbin. Modeling of BIological Evolution: Regulatory genetic Systems and coding the complessità dell’organizzazione biologica). Secondo i ricercatori, nelle reti di interazioni intergeniche, come risultato dell'azione di stabilizzazione della selezione in condizioni relativamente costanti, si verifica lo sviluppo di meccanismi compensatori basati sul principio del feedback negativo. In sostanza, questi meccanismi forniscono la possibilità di modifiche compensative a livello molecolare. Rendono il sistema più stabile, capace di compensare meglio le fluttuazioni delle condizioni esterne. Ma lo sviluppo di meccanismi di compensazione porta anche al fatto che molte mutazioni che potrebbero essere dannose e sbilanciare il sistema, in realtà non causano danni, perché i loro effetti vengono compensati allo stesso modo degli influssi esterni. Di conseguenza, tali mutazioni non vengono eliminate dalla selezione e possono accumularsi. Ciò continua fino a quando alcuni cambiamenti molto grandi (ad esempio, la transizione verso un nuovo habitat) disabilitano i meccanismi di compensazione - e quindi possono apparire improvvisamente mutazioni "latenti", che portano ad un aumento esplosivo della variabilità degli organismi.
Pertanto, la capacità di modifiche compensative che si verifica durante l'evoluzione è un fattore importante che indirizza (limiti, “canali”) possibili percorsi di ulteriore evoluzione.
Variabilità ereditaria
Memorizzazione casuale (non direzionale) di funzionalità
Ondate di popolazione- fluttuazioni periodiche della dimensione della popolazione. Ad esempio: il numero di lepri non è costante, ogni 4 anni ce ne sono molte, poi segue una diminuzione del numero. Significato: durante il declino si verifica la deriva genetica.
Deriva genetica: se la popolazione è molto piccola (a causa di disastri, malattie, declino dell'onda pop), i tratti persistono o scompaiono indipendentemente dalla loro utilità, per caso.
Lotta per l'esistenza
Causa: Nascono molti più organismi di quanti possano sopravvivere, quindi non c'è abbastanza cibo e territorio per tutti loro.
Definizione: l'insieme delle relazioni di un organismo con gli altri organismi e con l'ambiente.
Forme:
- intraspecifico (tra individui della stessa specie),
- interspecifico (tra individui di specie diverse),
- con le condizioni ambientali.
Conseguenza: selezione naturale
Selezione naturale
Questo è il fattore principale, principale e direttivo dell'evoluzione, che porta all'adattabilità, all'emergere di nuove specie.
Isolamento
Graduale accumulo di differenze tra popolazioni isolate l'una dall'altra può portare al fatto che non saranno in grado di incrociarsi - ci sarà contenimento biologico, appariranno due visualizzazioni diverse.
Tipi di isolamento/speciazione:
- Geografico - se esiste una barriera insormontabile tra le popolazioni - una montagna, un fiume o una distanza molto grande (si verifica con una rapida espansione dell'areale). Ad esempio, il larice siberiano (in Siberia) e il larice dauriano (in Estremo Oriente).
- Ecologico - se due popolazioni vivono nello stesso territorio (all'interno della stessa area), ma non possono incrociarsi. Ad esempio, diverse popolazioni di trote vivono nel lago Sevan, ma si recano in diversi fiumi che sfociano in questo lago per deporre le uova.
Inserisci i termini mancanti dall'elenco proposto nel testo “Fluttuazioni nel numero di individui”, utilizzando a questo scopo notazioni numeriche. Il numero di individui nelle popolazioni non è costante. Le sue oscillazioni periodiche sono chiamate (A). Il loro significato per l'evoluzione sta nel fatto che man mano che la popolazione cresce, il numero di individui mutanti aumenta tante volte quanto aumenta il numero di individui. Se il numero di individui in una popolazione diminuisce, allora essa (B) diventa meno diversificata. In questo caso, come risultato di (B), gli individui con determinati (D) potrebbero scomparire da esso.
1) ondata di popolazione
2) lotta per l'esistenza
3) variabilità
4) pool genetico
5) selezione naturale
6) genotipo
7) fenotipo
8) ereditarietà
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. La variabilità combinativa viene definita come
1) le forze motrici dell'evoluzione
2) direzioni di evoluzione
3) i risultati dell'evoluzione
4) stadi dell'evoluzione
Risposta
1. Stabilire la sequenza di formazione degli adattamenti in una popolazione vegetale durante il processo di evoluzione. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) consolidamento di un nuovo tratto stabilizzando la selezione
2) l'azione della forma trainante della selezione sugli individui della popolazione
3) cambiamento nei genotipi degli individui nella popolazione in nuove condizioni
4) cambiamento nelle condizioni dell'habitat della popolazione
Risposta
2. Stabilire la sequenza di formazione della forma fisica delle piante nel processo di evoluzione. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) riproduzione di individui con cambiamenti utili
2) il verificarsi di varie mutazioni nella popolazione
3) lotta per l'esistenza
4) conservazione di individui con alterazioni ereditarie utili per determinate condizioni ambientali
Risposta
3. Stabilire la sequenza dei processi di microevoluzione. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) l'azione di guida della selezione
2) la comparsa di mutazioni benefiche
3) isolamento riproduttivo delle popolazioni
4) lotta per l'esistenza
5) formazione di una sottospecie
Risposta
4. Stabilire la sequenza d'azione delle forze motrici dell'evoluzione. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati.
1) lotta per l'esistenza
2) riproduzione di individui con cambiamenti utili
3) la comparsa di vari cambiamenti ereditari nella popolazione
4) conservazione di individui prevalentemente con cambiamenti ereditari utili in determinate condizioni ambientali
5) formazione di adattamento all'ambiente
Risposta
5. Stabilire la sequenza di formazione della popolazione della farfalla falena di betulla di colore scuro nelle aree industriali inquinate.
1) la comparsa di farfalle di colore diverso nella prole
2) un aumento del numero di farfalle dai colori più scuri
3) conservazione a seguito della selezione naturale di farfalle dai colori scuri e morte con colori chiari
4) l'emergere di una popolazione di farfalle di colore scuro
Risposta
6n. Stabilire la sequenza dei processi durante la speciazione. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) distribuzione dei caratteri utili in popolazioni isolate
2) selezione naturale di individui con tratti utili in popolazioni isolate
3) rottura dell’areale della specie a causa di cambiamenti di rilievo
4) l'emergere di nuovi tratti in popolazioni isolate
5) formazione di nuove sottospecie
Risposta
1. Indicare la sequenza dei processi di speciazione geografica. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente
1) distribuzione di un carattere in una popolazione
2) la comparsa di mutazioni in nuove condizioni di vita
3) isolamento spaziale delle popolazioni
4) selezione di individui con cambiamenti utili
5) formazione di una nuova specie
Risposta
2. Determinare la sequenza dei processi caratteristici della speciazione geografica
1) formazione di una popolazione con un nuovo pool genetico
2) la comparsa di una barriera geografica tra le popolazioni
3) selezione naturale di individui con caratteristiche adattive a determinate condizioni
4) la comparsa di individui con nuove caratteristiche in una popolazione isolata
Risposta
3. Indicare la sequenza dei processi durante la speciazione geografica
1) accumulo di mutazioni in nuove condizioni
2) isolamento territoriale della popolazione
3) isolamento riproduttivo
4) formazione di una nuova specie
Risposta
4. Indicare la sequenza delle fasi della speciazione geografica
1) divergenza dei tratti in popolazioni isolate
2) isolamento riproduttivo delle popolazioni
3) l'emergere di barriere fisiche nell'areale delle specie originarie
4) l'emergere di nuove specie
5) formazione di popolazioni isolate
Risposta
5. Stabilire la sequenza delle fasi della speciazione geografica. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) la comparsa di nuove mutazioni casuali nelle popolazioni
2) isolamento territoriale di una popolazione di una specie
3) cambiamento nel pool genetico della popolazione
4) conservazione mediante selezione naturale di individui con nuove caratteristiche
5) isolamento riproduttivo delle popolazioni e formazione di una nuova specie
Risposta
Stabilire la sequenza delle fasi della speciazione ecologica. Scrivi la sequenza di numeri corrispondente.
1) isolamento ecologico tra popolazioni
2) isolamento biologico (riproduttivo).
3) selezione naturale in nuove condizioni ambientali
4) l'emergere di razze ecologiche (ecotipi)
5) l'emergere di nuove specie
6) sviluppo di nuove nicchie ecologiche
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. Nella speciazione ecologica, a differenza della speciazione geografica, nasce una nuova specie
1) a seguito del crollo dell'area originaria
2) all'interno della vecchia gamma
3) a seguito dell'ampliamento della gamma originaria
4) a causa della deriva genetica
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. Un fattore evolutivo che contribuisce all'accumulo di varie mutazioni in una popolazione è
1) lotta intraspecifica
2) lotta interspecifica
3) isolamento geografico
4) fattore limitante
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. Variabilità ereditaria nel processo di evoluzione
1) corregge l'attributo creato
2) è il risultato della selezione naturale
3) fornisce materiale per la selezione naturale
4) seleziona organismi adattati
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. Un esempio di speciazione ecologica
1) Larice siberiano e dauriano
2) lepre bianca e lepre bruna
3) Scoiattolo europeo e Altai
4) popolazioni di trota Sevan
Risposta
Scegli tre risposte corrette su sei e scrivi i numeri sotto i quali sono indicate. Indicare le caratteristiche che caratterizzano la selezione naturale come forza trainante dell'evoluzione
1) Fonte di materiale evolutivo
2) Fornisce una riserva di variabilità ereditaria
3) L'oggetto è il fenotipo di un individuo
4) Fornisce la selezione dei genotipi
5) Fattore direzionale
6) Fattore casuale
Risposta
1. Stabilire una corrispondenza tra il processo che si verifica in natura e la forma di lotta per l'esistenza: 1) intraspecifica, 2) interspecifica
A) competizione tra individui di una popolazione per il territorio
B) l'uso di un tipo da parte di un altro
B) competizione tra individui per la femmina
D) spostamento di un ratto nero da parte di un ratto grigio
D) predazione
Risposta
2. Stabilire una corrispondenza tra un esempio di lotta per l'esistenza e la forma a cui appartiene questa lotta: 1) intraspecifica, 2) interspecifica. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corretto.
A) identificazione dei siti di nidificazione nel bosco mediante crociere
B) la tenia bovina utilizza il bestiame come habitat
B) competizione tra maschi per il dominio
D) spostamento di un ratto nero da parte di un ratto grigio
D) caccia alla volpe per le arvicole
Risposta
3. Stabilire una corrispondenza tra esempi e tipi di lotta per l'esistenza: 1) intraspecifica, 2) interspecifica. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) spostamento di un ratto nero da parte di un ratto grigio
B) comportamento dell'alce maschio durante la stagione degli amori
B) topi cacciatori di volpi
D) crescita di piantine di barbabietola della stessa età in un letto
D) il comportamento di un cuculo nel nido di un altro uccello
E) rivalità tra leoni nello stesso orgoglio
Risposta
4. Stabilire una corrispondenza tra i processi che si verificano in natura e le forme di lotta per l'esistenza: 1) interspecifica, 2) intraspecifica. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) marcatura del territorio da parte di un topo selvatico maschio
B) accoppiamento del gallo cedrone maschio nella foresta
C) inibizione delle piantine di piante coltivate da parte delle infestanti
D) Gara per la luce tra gli abeti rossi del bosco
D) predazione
E) spostamento dello scarafaggio nero da parte di quello rosso
Risposta
1. Stabilire una corrispondenza tra la causa della speciazione e il suo metodo: 1) geografico, 2) ecologico. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corretto.
A) ampliamento dell'areale delle specie originarie
B) stabilità dell'areale delle specie originarie
C) divisione dell'areale della specie da varie barriere
D) diversità di variabilità degli individui all'interno dell'intervallo
D) diversità degli habitat entro un intervallo stabile
Risposta
2. Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche della speciazione e i loro metodi: 1) geografici, 2) ecologici. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) isolamento delle popolazioni a causa di una barriera d'acqua
B) isolamento delle popolazioni a causa dei diversi tempi di riproduzione
B) isolamento delle popolazioni a causa dell'emergere delle montagne
D) isolamento delle popolazioni a causa delle grandi distanze
D) isolamento delle popolazioni all'interno dell'areale
Risposta
3. Stabilire una corrispondenza tra i meccanismi (esempi) e i metodi di speciazione: 1) geografici, 2) ecologici. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) ampliamento dell'areale delle specie originarie
B) preservazione di un unico areale originario della specie
C) la comparsa di due specie di gabbiani nel Mare del Nord e nel Mar Baltico
D) formazione di nuovi habitat all'interno dell'areale originario
E) la presenza di popolazioni di trote Sevan che differiscono nei periodi di deposizione delle uova
Risposta
4. Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche e le modalità di speciazione: 1) geografica, 2) ecologica. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) persistenza a lungo termine dell'esistenza dell'areale delle specie originarie
B) divisione dell'areale della specie originaria da una barriera insormontabile
C) diverse specializzazioni alimentari all'interno dell'offerta originaria
D) divisione dell'area in più parti isolate
D) sviluppo di vari habitat all'interno dell'areale originario
E) isolamento delle popolazioni a causa dei diversi tempi di riproduzione
Risposta
5. Stabilire una corrispondenza tra le caratteristiche e le modalità di speciazione: 1) geografica, 2) ecologica. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corrispondente alle lettere.
A) stabilità dell'habitat
B) l'emergere di barriere fisiche
C) l'emergere di popolazioni con periodi di riproduzione diversi
D) isolamento delle popolazioni nella foresta tramite strada
D) ampliamento della gamma
Risposta
1. Scegli tre frasi dal testo che descrivono il metodo ecologico di speciazione nell'evoluzione del mondo organico. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) L'isolamento riproduttivo causa la microevoluzione. (2) Il libero incrocio consente lo scambio di geni tra popolazioni. (3) L'isolamento riproduttivo delle popolazioni può verificarsi all'interno dello stesso intervallo per vari motivi. (4) Popolazioni isolate con mutazioni diverse si adattano alle condizioni di diverse nicchie ecologiche all'interno del primo intervallo. (5) Un esempio di tale speciazione è la formazione di specie di ranuncolo che si sono adattate alla vita nei campi, nei prati e nelle foreste. (6) La specie costituisce il più piccolo sistema sopraorganismo geneticamente stabile nella natura vivente.
Risposta
2. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono i processi di speciazione ecologica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) Durante la speciazione, l'areale di una specie è suddiviso in frammenti. (2) Ci sono diverse popolazioni nel Lago Sevan, che differiscono nei periodi di deposizione delle uova. (3) La speciazione può essere associata a un cambiamento nella nicchia ecologica di una specie. (4) Se le forme poliploidi sono più vitali delle forme diploidi, possono dare origine a una nuova specie. (5) A Mosca e nella regione di Mosca vivono diverse specie di cince, che differiscono nei metodi per procurarsi il cibo.
Risposta
3. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono la speciazione ecologica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) Le specie in natura esistono sotto forma di popolazioni separate. (2) A causa dell'accumulo di mutazioni, una popolazione può formarsi in condizioni mutate nell'area originaria. (3) Talvolta la microevoluzione è associata ad una graduale espansione dell'areale. (4) La selezione naturale consolida le differenze persistenti tra piante di diverse popolazioni della stessa specie, che occupano lo stesso habitat, ma crescono in un prato arido o in una pianura alluvionale fluviale. (5) Ad esempio, in questo modo si sono formati i tipi di ranuncoli che crescono nei boschi, nei prati e lungo le rive dei fiumi. (6) L'isolamento spaziale causato dalla costruzione delle montagne può essere un fattore di speciazione.
Risposta
4. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono la speciazione ecologica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) La speciazione può verificarsi all'interno di un singolo intervallo contiguo se gli organismi abitano nicchie ecologiche diverse. (2) Le cause della speciazione sono le discrepanze nei tempi di riproduzione negli organismi, la transizione verso un nuovo cibo senza modificare l'habitat. (3) Un esempio di speciazione è la formazione di due sottospecie di sonaglio maggiore che crescono nello stesso prato. (4) L'isolamento spaziale di gruppi di organismi può verificarsi quando l'areale si espande e la popolazione entra in nuove condizioni. (5) Come risultato degli adattamenti, si formarono le sottospecie dell'Asia meridionale ed eurasiatica della cinciallegra. (6) Come risultato dell'isolamento, si sono formate specie animali endemiche insulari.
Risposta
5. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che si adattino alla descrizione della speciazione ecologica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) Il risultato dell'azione delle forze motrici dell'evoluzione è la diffusione della specie in nuove aree. (2) La speciazione può essere associata ad un'espansione dell'areale delle specie originarie. (3) A volte si verifica a causa della rottura dell'areale originale di una specie da parte di barriere fisiche (montagne, fiumi, ecc.). (4) Nuove specie possono padroneggiare condizioni di vita specifiche. (5) Come risultato della specializzazione alimentare, si formarono diverse specie di cince. (6) Ad esempio, la cinciallegra si nutre di grandi insetti e la cincia dal ciuffo mangia i semi delle conifere.
Risposta
1. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono le caratteristiche della speciazione geografica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicate le affermazioni selezionate. (1) Associato all'isolamento spaziale dovuto all'espansione o alla frammentazione della portata, nonché all'attività umana. (2) Si verifica in caso di un rapido aumento del corredo cromosomico degli individui sotto l'influenza di fattori mutageni o di errori nel processo di divisione cellulare. (3) Si verifica più spesso nelle piante che negli animali. (4) Si verifica attraverso la dispersione degli individui in nuovi territori. (5) In diverse condizioni di vita si formano razze ecologiche che diventano gli antenati di nuove specie. (6) Le forme vitali poliploidi possono dare origine a una nuova specie e sostituire completamente una specie diploide dal suo areale.
Risposta
2. Scegli tre frasi dal testo che caratterizzano il metodo geografico di speciazione nell'evoluzione del mondo organico. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) Lo scambio di geni tra popolazioni durante la riproduzione degli individui preserva l'integrità della specie. (2) Se si verifica l'isolamento riproduttivo, l'incrocio diventa impossibile e la popolazione intraprende la via della microevoluzione. (3) L’isolamento riproduttivo delle popolazioni avviene quando sorgono barriere fisiche. (4) Le popolazioni isolate espandono il loro areale mantenendo gli adattamenti alle nuove condizioni di vita. (5) Un esempio di tale speciazione è la formazione di tre sottospecie della cinciallegra, che colonizzarono i territori dell'Asia orientale, meridionale e occidentale. (6) La specie costituisce il più piccolo sistema sopraorganismo geneticamente stabile nella natura vivente.
Risposta
3. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono la speciazione geografica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) La speciazione è il risultato della selezione naturale. (2) Uno dei motivi della speciazione è la discrepanza tra i tempi di riproduzione degli organismi e il verificarsi dell'isolamento riproduttivo. (3) Un esempio di speciazione è la formazione di due sottospecie di sonaglio maggiore che crescono nello stesso prato. (4) L'isolamento spaziale di gruppi di organismi può essere accompagnato dall'espansione dell'areale, in cui le popolazioni si trovano in nuove condizioni. (5) Come risultato degli adattamenti, si formarono le sottospecie dell'Asia meridionale ed eurasiatica della cinciallegra. (6) Come risultato dell'isolamento, si sono formate specie animali endemiche insulari.
Risposta
4. Leggi il testo. Seleziona tre frasi che descrivono la speciazione geografica. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) Una specie in natura occupa una determinata area ed esiste sotto forma di popolazioni separate. (2) A causa dell'accumulo di mutazioni, all'interno dell'area originaria può formarsi una popolazione con un nuovo pool genetico. (3) L'espansione dell'areale della specie porta alla comparsa di nuove popolazioni isolate ai suoi confini. (4) All’interno dei nuovi confini dell’areale, la selezione naturale consolida differenze persistenti tra popolazioni spazialmente separate. (5) La libera ibridazione tra individui della stessa specie è interrotta dalla comparsa di barriere montuose. (6) La speciazione è graduale.
Risposta
Scegli tre risposte corrette su sei e scrivi i numeri sotto i quali sono indicate. I processi che portano alla formazione di nuove specie in natura includono
1) divisione cellulare mitotica
2) processo di mutazione spasmodica
4) isolamento geografico
5) riproduzione asessuata degli individui
6) selezione naturale
Risposta
Stabilire una corrispondenza tra l'esempio e il metodo di speciazione che questo esempio illustra: 1) geografico, 2) ecologico. Scrivi i numeri 1 e 2 nell'ordine corretto.
A) l'habitat di due popolazioni di persico reale nella zona costiera e a grandi profondità del lago
B) l'habitat di diverse popolazioni di merli in fitte foreste e vicino all'abitazione umana
C) disgregazione della catena del mughetto di maggio in aree isolate a causa della glaciazione
D) la formazione di diversi tipi di tette in base alla specializzazione alimentare
D) la formazione del larice dahuriano a seguito dell'espansione dell'areale del larice siberiano verso est
Risposta
Scegli tre opzioni. Sotto l'influenza di quali fattori evolutivi avviene il processo di speciazione ecologica?
1) variabilità della modifica
2) forma fisica
3) selezione naturale
4) variabilità mutazionale
5) lotta per l'esistenza
6) convergenza
Risposta
Scegli tre opzioni. Quali fattori sono le forze trainanti dell’evoluzione?
1) variabilità della modifica
2) processo di mutazione
3) selezione naturale
4) adattabilità degli organismi al loro ambiente
5) ondate di popolazione
6) fattori ambientali abiotici
Risposta
1) attraversamento
2) processo di mutazione
3) variabilità della modificazione
4) isolamento
5) varietà di specie
6) selezione naturale
Risposta
Scegli tre opzioni. Le forze trainanti dell'evoluzione includono
1) isolamento degli individui
2) adattabilità degli organismi all'ambiente
3) varietà di specie
4) variabilità mutazionale
5) selezione naturale
6) progresso biologico
Risposta
Leggi il prossimo. Seleziona tre frasi che indicano le forze trainanti dell'evoluzione. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati. (1) La teoria sintetica dell'evoluzione afferma che le specie vivono in popolazioni in cui iniziano i processi evolutivi. (2) È nelle popolazioni che si osserva la lotta più intensa per l'esistenza. (3) Come risultato della variabilità mutazionale, emergono gradualmente nuove caratteristiche. Compresi gli adattamenti alle condizioni ambientali - idioadattamenti. (4) Questo processo di graduale emergenza e ritenzione di nuovi caratteri sotto l'influenza della selezione naturale, che porta alla formazione di nuove specie, è chiamato divergenza. (5) La formazione di nuovi grandi taxa avviene attraverso aromorfosi e degenerazione. Quest'ultimo porta anche al progresso biologico degli organismi. (6) Pertanto, la popolazione è l'unità iniziale in cui si verificano i principali processi evolutivi: cambiamenti nel pool genetico, comparsa di nuove caratteristiche, comparsa di adattamenti.
Risposta
Stabilire una corrispondenza tra i fattori di speciazione e il suo metodo: 1) geografico, 2) ecologico, 3) ibridogenico. Scrivi i numeri 1-3 nell'ordine corretto.
A) poliploidizzazione di ibridi da consanguineità
B) differenze negli habitat
B) divisione dell'area in frammenti
D) l'habitat di diversi tipi di mughetto in Europa e in Estremo Oriente
D) specializzazione alimentare
Risposta
Analizza la tabella “Lotta per l’esistenza”. Per ciascuna cella con lettere, seleziona il termine appropriato dall'elenco fornito. Annotare i numeri selezionati nell'ordine corrispondente alle lettere.
1) lotta alle condizioni ambientali
2) risorse naturali limitate
3) lotta alle condizioni sfavorevoli
4) vari criteri ecologici della specie
5) gabbiani in colonie
6) maschi durante la stagione degli amori
7) betulla ed esca
8) la necessità di scegliere un partner sessuale
Risposta
Scegline uno, l'opzione più corretta. Può portare alla separazione delle popolazioni della stessa specie in base ai tempi di riproduzione
1) ondate di popolazione
2) convergenza di caratteristiche
3) intensificazione della lotta tra le specie
4) speciazione ecologica
Risposta
Seleziona due frasi che indicano processi NON legati alla lotta intraspecifica per l'esistenza. Annotare i numeri sotto i quali sono indicati.
1) Competizione tra lupi della stessa popolazione per le prede
2) La lotta per il cibo tra ratti grigi e neri
3) Distruzione di animali giovani con popolazione in eccesso
4) La lotta per il dominio in un branco di lupi
5) Riduzione delle foglie in alcune piante del deserto
Risposta
© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019
Darwin considerava la selezione artificiale il principale meccanismo responsabile della nascita e della diversità delle piante coltivate e degli animali domestici. Nel processo di studio della selezione artificiale, lo scienziato è giunto all'idea che un fenomeno simile esiste in natura. Quali sono le forze trainanti dell’evoluzione delle specie? Darwin vedeva la risposta a questa domanda in due componenti.
In primo luogo, ha sottolineato la presenza di una incerta variabilità (individuale) degli organismi nel loro habitat naturale.
Darwin determinò la presenza della variabilità individuale in natura sulla base di una serie di fatti. Ad esempio, le api distinguono le api dalla propria alveare e da quelle vicine. Le piante cresciute dalle ghiande di una quercia differiscono in molte piccole caratteristiche esterne, ecc.
In secondo luogo, Darwin giunse alla conclusione che l'idoneità delle specie selvatiche, come quelle coltivate, è il risultato della selezione. Ma questa selezione non è opera dell’uomo, bensì dell’ambiente. La variabilità individuale in natura è materiale per la selezione. Proprio come le razze animali e le varietà vegetali si adattano adeguatamente ai bisogni umani, le specie si adattano alla vita in determinate condizioni ambientali.
Come già accennato, gli organismi tendono a riprodursi in modo esponenziale. Tuttavia, non tutti gli individui nati sopravvivono fino alla maturità sessuale. Le ragioni di ciò sono varie. La morte degli organismi può essere osservata a causa della mancanza di risorse alimentari, di fattori ambientali sfavorevoli, di malattie, di nemici, ecc. Sulla base di ciò, Darwin arrivò alla conclusione che in natura esiste una lotta costante per l'esistenza tra gli organismi.
La lotta per l'esistenza è un insieme di interazioni diverse e complesse degli organismi tra loro e con le condizioni ambientali che li circondano.
Darwin identificò tre forme di lotta per l’esistenza: intraspecifica, interspecifica e lotta contro condizioni ambientali sfavorevoli.
Lotta intraspecifica- rapporti tra individui della stessa specie. Darwin considerava la lotta intraspecifica la più intensa. Naturalmente, gli organismi appartenenti alla stessa specie hanno esigenze simili in termini di cibo, condizioni di riproduzione, rifugi, ecc. Tale lotta è più acuta con un aumento significativo del numero di individui della specie e un deterioramento delle condizioni di vita. Ciò porta alla morte di alcuni individui o alla loro eliminazione dalla riproduzione. Ad esempio, la lotta intraspecifica si manifesta sotto forma di competizione per i siti di nidificazione negli uccelli o per un partner sessuale negli animali della stessa specie. I semi germinati di piante, come le betulle, spesso muoiono perché il terreno è già densamente ricoperto di piantine della stessa specie. Le giovani piantine sperimentano una mancanza di luce, nutrimento, ecc. Nello scarabeo della farina, il superamento del numero consentito di individui per unità di substrato alimentare porta all'interruzione dei cicli sessuali e al cannibalismo.
Lotta contro le condizioni ambientali avverse- sopravvivenza degli individui, delle popolazioni e delle specie più adattati alle mutate condizioni della natura inanimata. Questa forma di controllo è più acuta quando uno qualsiasi dei fattori ambientali abiotici è in carenza o in eccesso. Tali situazioni si verificano durante gravi siccità, inondazioni, gelate, incendi, eruzioni vulcaniche, ecc. Ad esempio, nei deserti, la lotta per l'esistenza tra le piante è finalizzata al consumo economico di umidità. Di conseguenza, alcune piante hanno sviluppato adattamenti sotto forma di foglie o steli carnosi per immagazzinare l'acqua. Altri hanno foglie spinose per ridurre l'evaporazione, radici che penetrano in profondità per utilizzare le acque sotterranee, ecc. Un altro esempio di lotta alle condizioni ambientali sfavorevoli è la migrazione degli uccelli migratori verso paesi caldi quando arriva il freddo.
Il risultato naturale di tutte le forme di lotta è una diminuzione del numero degli individui meno adattati di generazione in generazione. Ciò è dovuto sia alla loro morte immediata che al minor numero di discendenti prodotti. D'altra parte, gli individui più adattati aumentano il loro numero. Allo stesso tempo, in ogni generazione successiva, sottraggono ai meno adattati sempre più risorse necessarie per la vita. Ciò porta gradualmente al completo spostamento di quest'ultimo dal biotopo. Darwin chiamò questo processo, che avviene costantemente in natura, selezione naturale.
Secondo Darwin la selezione naturale è il processo di sopravvivenza e riproduzione degli individui più adattati alle condizioni di vita e la morte di quelli meno adattati.
La selezione avviene continuamente per un certo numero di generazioni e preserva prevalentemente quelle forme che sono più adatte a determinate condizioni ambientali. La selezione naturale e la lotta per l'esistenza sono indissolubilmente legate e costituiscono le forze trainanti dell'evoluzione delle specie. Queste forze motrici contribuiscono al miglioramento degli organismi, che si traduce nella loro adattabilità all’ambiente e alla diversità delle specie in natura.
Principali risultati dell'evoluzione
Secondo Darwin, i risultati dell'evoluzione sono l'adattabilità degli organismi al loro ambiente e la diversità delle specie in natura. Fitness- una serie di adattamenti (caratteristiche della struttura esterna e interna e del comportamento degli organismi) che forniscono a una data specie un vantaggio nella sopravvivenza e nel lasciare la prole in determinate condizioni ambientali.
Varietà di specie- il secondo importante risultato dell'evoluzione. In primo luogo, la variabilità indefinita e la selezione naturale che procede sulla sua base portano a una varietà di relazioni tra gli organismi. In secondo luogo, il nostro pianeta è caratterizzato da numerosi biotopi che differiscono per la forza dei fattori ambientali. Sulla base di quanto sopra, si forma la diversità delle specie in natura. In questo caso, i più altamente organizzati e adattati alle condizioni ambientali ricevono un vantaggio. Darwin sottolineò che l'esistenza simultanea di specie di organismi viventi con diversi livelli di organizzazione si spiega con il fatto che la loro evoluzione procedette simultaneamente in più direzioni.
La lotta per l'esistenza è un insieme di interazioni diverse e complesse degli organismi tra loro e con le condizioni ambientali che li circondano. La conseguenza della lotta per l'esistenza è la selezione naturale. Come risultato dell'azione della selezione naturale, si ottengono i principali risultati dell'evoluzione: l'idoneità degli organismi e la diversità delle specie in natura.
Domanda 1
Le principali forze trainanti (fattori) del processo evolutivo, secondo Charles Darwin, sono la variabilità ereditaria degli individui, la lotta per l'esistenza e la selezione naturale. Attualmente, la ricerca nel campo della biologia evoluzionistica ha confermato la validità di questa affermazione e ha identificato una serie di altri fattori che svolgono un ruolo importante nel processo di evoluzione.
Diversi naturalisti inglesi arrivarono all'idea dell'esistenza della selezione naturale indipendentemente l'uno dall'altro e quasi contemporaneamente: V.
Wells (1813), P. Matthew (1831), E. Blythe (1835, 1837), A. Wallace (1858), C. Darwin (1858, 1859); ma solo Darwin riuscì a rivelare il significato di questo fenomeno come fattore principale dell'evoluzione e creò la teoria della selezione naturale. A differenza della selezione artificiale operata dall’uomo, la selezione naturale è determinata dall’influenza dell’ambiente sugli organismi.
Secondo Darwin, la selezione naturale è la “sopravvivenza degli organismi più adatti”, per cui l’evoluzione avviene sulla base di una incerta variabilità ereditaria nel corso di una serie di generazioni.
La selezione naturale è la principale forza trainante dell'evoluzione e qualsiasi tipo di organismo vivente che sia mai vissuto sulla Terra si è formato, in un modo o nell'altro, sotto l'influenza della selezione naturale
La teoria evoluzionistica afferma che ogni specie si sviluppa e cambia intenzionalmente per adattarsi al meglio al suo ambiente.
Nel processo di evoluzione, molte specie di insetti e pesci acquisirono colori protettivi, il riccio divenne invulnerabile grazie ai suoi aghi e l'uomo divenne proprietario di un sistema nervoso molto complesso.
Possiamo dire che l'evoluzione è il processo di ottimizzazione di tutti gli organismi viventi e il principale meccanismo dell'evoluzione è la selezione naturale. La sua essenza è che gli individui più adattati hanno maggiori opportunità di sopravvivenza e riproduzione e, quindi, producono più prole rispetto agli individui scarsamente adattati.
Inoltre, grazie al trasferimento di informazioni genetiche ( eredità genetica) i discendenti ereditano le loro qualità fondamentali dai genitori. Pertanto, anche i discendenti di individui forti saranno relativamente ben adattati e la loro quota nella massa totale degli individui aumenterà.
Dopo un cambiamento di diverse decine o centinaia di generazioni, la forma fisica media degli individui di una determinata specie aumenta notevolmente.
La selezione naturale avviene automaticamente. Di generazione in generazione, tutti gli organismi viventi vengono sottoposti a test rigorosi in tutti i più piccoli dettagli della loro struttura e del funzionamento di tutti i loro sistemi in una varietà di condizioni.
Solo coloro che superano questa prova vengono selezionati e danno origine alla generazione successiva. Darwin scriveva: “La selezione naturale esamina ogni giorno e ogni ora in tutto il mondo le più piccole variazioni, scartando quelle cattive, preservando e sommando quelle buone, lavorando silenziosamente e impercettibilmente, ovunque e ogni volta che se ne presenti l’opportunità, per migliorare ogni essere organico in relazione alle condizioni la sua vita, organica e inorganica.
Non notiamo nulla di questi lenti cambiamenti nello sviluppo finché la lancetta del tempo non segna i secoli trascorsi.
Pertanto, la selezione naturale è l'unico fattore che garantisce l'adattamento di tutti gli organismi viventi alle condizioni ambientali in costante cambiamento e regola le interazioni armoniose tra i geni all'interno di ciascun organismo.
Domanda 2
Qualsiasi cellula, come ogni sistema vivente, nonostante i continui processi di decadimento e sintesi, assunzione e rilascio di vari composti chimici, ha la capacità intrinseca di mantenere la sua composizione e tutte le sue proprietà a un livello relativamente costante.
Questa costanza è preservata solo nelle cellule viventi e quando muoiono viene violata molto rapidamente.
L'elevata stabilità dei sistemi viventi non può essere spiegata dalle proprietà dei materiali con cui sono costruiti, poiché proteine, grassi e carboidrati hanno poca stabilità.
La stabilità delle cellule (così come di altri sistemi viventi) viene mantenuta attivamente come risultato di complessi processi di autoregolamentazione o autoregolazione.
La base per la regolazione dell'attività cellulare sono i processi di informazione, cioè i processi in cui la comunicazione tra i singoli collegamenti del sistema avviene tramite segnali. Un segnale è un cambiamento che avviene in qualche collegamento del sistema.
In risposta al segnale, viene avviato un processo a seguito del quale la modifica risultante viene eliminata. Quando viene ripristinato lo stato normale del sistema, ciò funge da nuovo segnale per arrestare il processo.
Come funziona il sistema di segnalazione cellulare, come garantisce i processi di autoregolazione al suo interno? La ricezione dei segnali all'interno della cellula viene effettuata dai suoi enzimi. Gli enzimi, come la maggior parte delle proteine, hanno una struttura instabile. Sotto l'influenza di una serie di fattori, inclusi molti agenti chimici, la struttura dell'enzima viene interrotta e la sua attività catalitica viene persa.
Questo cambiamento è solitamente reversibile, cioè, dopo aver eliminato il fattore attivo, la struttura dell'enzima ritorna normale e la sua funzione catalitica viene ripristinata.
Come risultato di questa interazione, la struttura dell'enzima viene deformata e la sua attività catalitica viene persa.
Domanda 3
La mutagenesi artificiale è una nuova importante fonte per la creazione di materiale di partenza nella selezione delle piante. Le mutazioni indotte artificialmente sono il materiale di partenza per ottenere nuove varietà di piante, microrganismi e, meno comunemente, animali.
Le mutazioni portano all'emergere di nuovi tratti ereditari, dai quali gli allevatori selezionano quelle proprietà benefiche per l'uomo.
In natura, le mutazioni si osservano relativamente raramente, quindi gli allevatori utilizzano ampiamente mutazioni artificiali. Gli impatti che aumentano la frequenza delle mutazioni sono chiamati mutageni. La frequenza delle mutazioni è aumentata dagli ultravioletti e dai raggi X, nonché dalle sostanze chimiche che agiscono sul DNA o sull'apparato che garantisce la divisione.
Il significato della mutagenesi sperimentale per la selezione delle piante non è stato immediatamente compreso.
L. Stadler, che per primo nel 1928 ottenne mutazioni artificiali nelle piante coltivate sotto l'influenza dei raggi X, riteneva che queste non avrebbero avuto alcun significato per la selezione pratica.
Ha concluso che la probabilità di ottenere sperimentalmente attraverso la mutagenesi cambiamenti superiori alle forme presenti in natura è trascurabile. Anche molti altri scienziati avevano un atteggiamento negativo nei confronti della mutagenesi.
A. A. Sapegin e L. N. Delaunay furono i primi ricercatori a dimostrare l'importanza delle mutazioni artificiali per la selezione delle piante.
Nei loro esperimenti condotti nel 1928-1932. a Odessa e Kharkov sono state ottenute nel grano una serie di forme mutanti economicamente utili. Nel 1934, A. A. Sapegin pubblicò l'articolo "La mutazione dei raggi X come fonte di nuove forme di piante agricole", in cui indicava nuovi modi per creare materiale di partenza nella selezione vegetale basata sull'uso di radiazioni ionizzanti.
Ma anche in seguito l’uso della mutagenesi sperimentale nella selezione delle piante continuò a essere visto negativamente per molto tempo.
Solo alla fine degli anni '50 si manifestò un crescente interesse per il problema dell'utilizzo della mutagenesi sperimentale nell'allevamento. È stato associato, in primo luogo, a grandi successi nella fisica e nella chimica nucleare, che hanno permesso di utilizzare varie fonti di radiazioni ionizzanti (reattori nucleari, acceleratori di particelle, isotopi radioattivi, ecc.) e sostanze chimiche altamente reattive per ottenere mutazioni e, in secondo luogo, con questi metodi si ottengono cambiamenti ereditari praticamente preziosi su un'ampia varietà di colture.
Il lavoro sulla mutagenesi sperimentale nella selezione delle piante si è sviluppato in modo particolarmente ampio negli ultimi anni.
Vengono condotti in modo molto intenso in Svezia, Russia, Giappone, Stati Uniti, India, Cecoslovacchia, Francia e alcuni altri paesi.
Di grande valore sono le mutazioni resistenti ai funghi (ruggine, oidio, oidio, sclerotinia) e ad altre malattie. La creazione di varietà immunitarie è uno dei compiti principali della selezione e i metodi di radiazione e mutagenesi chimica dovrebbero svolgere un ruolo importante nella sua soluzione di successo.
Con l'aiuto di radiazioni ionizzanti e mutageni chimici, è possibile eliminare alcune carenze nelle varietà di colture e creare forme con caratteristiche economicamente utili: non-allettanti, resistenti al gelo, resistenti al freddo, a maturazione precoce, con un alto contenuto di proteine e glutine.
Esistono due modalità principali di sfruttamento delle mutazioni artificiali: 1) utilizzo diretto delle mutazioni ottenute dalle migliori varietà rilasciate; 2) l'uso di mutazioni nel processo di ibridazione.
Nel primo caso, il compito è migliorare le varietà esistenti secondo alcune caratteristiche economiche e biologiche e correggerne le carenze individuali.
Questo metodo è considerato promettente nella selezione della resistenza alle malattie. Si presuppone che da qualsiasi varietà pregiata si possano ottenere rapidamente mutazioni di resistenza e che le altre caratteristiche economiche e biologiche possano essere conservate intatte.
Il metodo di utilizzo diretto delle mutazioni è progettato per la creazione rapida di materiale di partenza con le caratteristiche e le proprietà desiderate.
Tuttavia, l'uso diretto e rapido delle mutazioni, date le elevate esigenze poste alle moderne varietà di selezione, non sempre dà risultati positivi.
Ad oggi, nel mondo sono state create più di 300 varietà mutanti di piante agricole.
Alcuni di loro presentano vantaggi significativi rispetto alle varietà originali. Negli ultimi anni negli istituti di ricerca del nostro paese sono state ottenute preziose forme mutanti di grano, mais, soia e altre colture agricole e vegetali.
Sviluppo di concetti evolutivi. Prove di evoluzione.
Evoluzioneè il processo di sviluppo storico del mondo organico.
L'essenza di questo processo è il continuo adattamento degli esseri viventi a condizioni ambientali diverse e in costante cambiamento, e la crescente complessità dell'organizzazione degli esseri viventi nel tempo. Nel corso dell'evoluzione avviene la trasformazione di alcune specie in altre.
I principali nella teoria evoluzionistica– l’idea dello sviluppo storico da forme di vita relativamente semplici a forme più altamente organizzate.
Le basi della teoria scientifica materialista dell'evoluzione furono gettate dal grande naturalista inglese Charles Darwin. Prima di Darwin, la biologia era dominata principalmente dal concetto errato dell’immutabilità storica delle specie, secondo cui ce ne sono tante quante sono state create da Dio. Tuttavia, anche prima di Darwin, i biologi più perspicaci comprendevano l’incoerenza delle visioni religiose sulla natura, e alcuni di loro arrivarono speculativamente a idee evoluzionistiche.
Il più eminente scienziato naturale, predecessore del cap.
Darwin era il famoso scienziato francese Jean Baptiste Lamarck. Nel suo famoso libro "Filosofia della zoologia" dimostrò la variabilità delle specie. Lamarck sottolineava che la costanza delle specie è solo un fenomeno apparente ed è associato alla breve durata delle osservazioni delle specie. Le forme di vita superiori, secondo Lamarck, si sono evolute da quelle inferiori nel processo di evoluzione.
La dottrina evoluzionistica di Lamarck non era sufficientemente conclusiva e non ricevette ampio riconoscimento tra i suoi contemporanei. Solo dopo gli eccezionali lavori di Charles Darwin l’idea evoluzionistica venne generalmente accettata.
La scienza moderna dispone di molti fatti che dimostrano l'esistenza del processo evolutivo.
Si tratta di dati provenienti da biochimica, genetica, embriologia, anatomia, sistematica, biografia, paleontologia e molte altre discipline.
Evidenze embriologiche– somiglianza delle fasi iniziali dello sviluppo embrionale degli animali. Studiando il periodo embrionale dello sviluppo in vari gruppi di vertebrati, K. M. Baer ha scoperto la somiglianza di questi processi in vari gruppi di organismi, specialmente nelle prime fasi di sviluppo. Successivamente, sulla base di questi risultati, E.
Haeckel esprime l'idea che questa somiglianza abbia un significato evolutivo e sulla base di essa viene formulata la "legge biogenetica": l'ontogenesi è un breve riflesso della filogenesi. Ogni individuo nel suo sviluppo individuale (ontogenesi) attraversa gli stadi embrionali di forme ancestrali. Studiare solo le prime fasi di sviluppo dell'embrione di qualsiasi vertebrato non consente di determinare con precisione a quale gruppo appartiene. Le differenze si formano nelle fasi successive dello sviluppo.
Quanto più vicini sono i gruppi a cui appartengono gli organismi studiati, tanto più a lungo le caratteristiche comuni verranno preservate nell'embriogenesi.?
Morfologico– molte forme combinano le caratteristiche di più grandi unità sistematiche. Quando si studiano diversi gruppi di organismi, diventa ovvio che in una serie di caratteristiche sono fondamentalmente simili.
Ad esempio, la struttura dell'arto in tutti gli animali a quattro zampe si basa su un arto a cinque dita. Questa struttura di base in diverse specie si trasforma in relazione alle diverse condizioni di vita: questo è l'arto di un animale equide, che poggia su un solo dito quando cammina, e la pinna di un mammifero marino, e l'arto scavatore di una talpa, e l'ala di un pipistrello.
Gli organi costruiti secondo un unico progetto e sviluppatisi da singoli rudimenti sono detti omologhi.
Gli organi omologhi non possono di per sé servire come prova dell'evoluzione, ma la loro presenza indica l'origine di gruppi simili di organismi da un antenato comune. Un esempio lampante di evoluzione è la presenza di organi vestigiali e atavismi. Gli organi che hanno perso la loro funzione originaria ma rimangono nel corpo sono chiamati vestigiali. Esempi di rudimenti includono: l'appendice nell'uomo, che svolge una funzione digestiva nei mammiferi ruminanti; le ossa pelviche dei serpenti e delle balene, che per loro non svolgono alcuna funzione; vertebre coccigee negli esseri umani, che sono considerati i rudimenti della coda che avevano i nostri lontani antenati.
Gli atavismi sono la manifestazione negli organismi di strutture e organi caratteristici delle forme ancestrali. Esempi classici di atavismo sono i capezzoli multipli e la coda negli esseri umani.
Paleontologico– i resti fossili di molti animali possono essere confrontati tra loro e si possono individuare somiglianze. Basato sullo studio dei resti fossili di organismi e sul confronto con forme viventi. Hanno i loro vantaggi e svantaggi. I vantaggi includono la possibilità di vedere in prima persona come è cambiato un dato gruppo di organismi in periodi diversi.
Gli svantaggi includono che i dati paleontologici sono molto incompleti per molte ragioni. Questi includono come la rapida riproduzione di organismi morti da parte di animali che si nutrono di carogne; gli organismi dal corpo molle sono estremamente mal conservati; e infine che solo una piccola parte dei resti fossili viene scoperta.
In considerazione di ciò, ci sono molte lacune nei dati paleontologici, che sono il principale oggetto di critica da parte degli oppositori della teoria dell'evoluzione.
Biogeografico– distribuzione di animali e piante sulla superficie del nostro pianeta. Confronto tra la flora e la fauna dei diversi continenti, che mostra che le differenze tra la flora e la fauna sono tanto maggiori quanto più antico e forte è il loro isolamento l'uno dall'altro.
Come è noto, lo stato della crosta terrestre subisce costantemente cambiamenti e l'attuale posizione dei continenti si è formata in tempi (geologici) recenti.
Prima di ciò, tutti i continenti erano avvicinati e uniti in un unico continente.
La separazione dei continenti avvenne gradualmente, alcuni si separarono prima, altri dopo. Ogni nuova specie altamente organizzata cercava di diffondersi nel territorio più vasto possibile. L'assenza di forme più altamente organizzate in qualsiasi territorio indica che questo territorio si è separato prima che alcune specie si formassero o avessero il tempo di diffondersi in esso. Ciò di per sé non spiega il meccanismo attraverso il quale le specie sono emerse, ma indica che specie diverse si sono formate in aree diverse e in tempi diversi.
La moderna classificazione degli organismi fu proposta da Linneo molto prima della teoria dell'evoluzione proposta da Darwin.
Naturalmente, si può presumere che tutta la diversità delle specie vegetali e animali sia stata creata simultaneamente e che ciascuna di esse sia stata creata indipendentemente l'una dall'altra.
Tuttavia, la tassonomia, basata sulle somiglianze morfologiche degli organismi, li unisce in gruppi. L'esistenza di tali gruppi (generi, famiglie, ordini) suggerisce che ciascun gruppo tassonomico è il risultato dell'adattamento di varie specie a specifiche condizioni ambientali.
Dottrina evoluzionistica di Charles Darwin.
Le sue principali disposizioni e significato.
Tipo, tipo criteri. Popolazioni.
Le precondizioni dell’evoluzione da sole non possono portare all’evoluzione. Perché avvenga il processo evolutivo, che porta alla comparsa di adattamenti e alla formazione di nuove specie e altri taxa, sono necessarie le forze motrici dell'evoluzione.
Attualmente, la dottrina creata da Darwin sulle forze trainanti dell'evoluzione (la lotta per l'esistenza e la selezione naturale) è stata integrata con nuovi fatti grazie alle conquiste della genetica e dell'ecologia moderne.
La lotta per l'esistenza e le sue forme
Secondo i concetti dell'ecologia moderna, gli individui della stessa specie sono uniti in popolazioni e in determinati ecosistemi esistono popolazioni di specie diverse.
Le relazioni degli individui all'interno delle popolazioni e con individui di popolazioni di altre specie, nonché con le condizioni ambientali negli ecosistemi, sono considerate come lotta per l'esistenza.
Darwin credeva che la lotta per l’esistenza fosse il risultato della moltiplicazione esponenziale delle specie e dell’emergere di un numero eccessivo di individui con risorse alimentari limitate.
Cioè, la parola “lotta” significava essenzialmente competizione per il cibo in condizioni di sovrappopolazione.
Secondo le idee moderne, qualsiasi relazione - sia competitiva che reciprocamente vantaggiosa (cura della prole, assistenza reciproca) può essere elementi della lotta per l'esistenza. La sovrappopolazione non è una condizione necessaria per la lotta per l’esistenza. Di conseguenza, oggi la lotta per l'esistenza è intesa in modo più ampio rispetto a quella di Darwin, e non si riduce a una lotta competitiva nel senso letterale del termine.
Esistono due forme principali di lotta per l’esistenza: la lotta diretta e la lotta indiretta.
Lotta diretta- qualsiasi relazione in cui vi è contatto fisico in un modo o nell'altro tra individui della stessa specie o di specie diverse all'interno delle loro popolazioni.
Le conseguenze di questa lotta possono essere molto diverse per le parti interagenti. La lotta diretta può essere intraspecifica o interspecifica.
Esempi di lotta intraspecifica diretta possono essere: competizione tra famiglie di torri per i siti di nidificazione, tra lupi per la preda e tra maschi per il territorio.
Ciò significa anche nutrire i piccoli con il latte nei mammiferi, assistenza reciproca nella costruzione dei nidi negli uccelli, protezione dai nemici, ecc.
Lotta indiretta- qualsiasi relazione tra individui di popolazioni diverse che utilizzano risorse alimentari, territorio, condizioni ambientali comuni senza contatto diretto tra loro.
Il controllo indiretto può essere intraspecifico, interspecifico e con fattori ambientali abiotici.
Esempi di lotta indiretta possono essere il rapporto tra singole betulle in un fitto boschetto di betulle (lotta intraspecifica), tra orsi polari e volpi artiche, leoni e iene come prede e piante amanti della luce e dell'ombra (lotta interspecifica).
Inoltre, il controllo indiretto è la diversa resistenza delle piante all'apporto di umidità e minerali al suolo e degli animali alle condizioni di temperatura (lotta contro i fattori ambientali abiotici).
Il risultato della lotta per l'esistenza è il successo o il fallimento di questi individui nel sopravvivere e nel lasciare la prole, cioè la selezione naturale, nonché i cambiamenti nei territori, i cambiamenti nei bisogni ambientali, ecc.
La selezione naturale e le sue forme
Secondo Darwin, la selezione naturale si esprime nella sopravvivenza preferenziale e nell’abbandono della prole da parte degli individui più idonei e nella morte dei meno idonei.
La genetica moderna ha ampliato questa idea. La diversità dei genotipi nelle popolazioni, derivante dalle precondizioni dell'evoluzione, porta alla comparsa di differenze fenotipiche tra gli individui. Come risultato della lotta per l'esistenza in ogni popolazione, gli individui con fenotipi e genotipi utili in un dato ambiente sopravvivono e lasciano la prole.
Di conseguenza, l'azione della selezione è la differenziazione (conservazione selettiva) dei fenotipi e la riproduzione dei genotipi adattivi. Poiché la selezione avviene in base ai fenotipi, ciò determina il significato della variabilità fenotipica (modifica) nell'evoluzione.
La varietà delle modificazioni influenza il grado di diversità dei fenotipi analizzati dalla selezione naturale e consente a una specie di sopravvivere in condizioni ambientali mutevoli. Tuttavia, la variabilità delle modifiche non può essere un prerequisito per l’evoluzione, poiché non influisce sul pool genetico della popolazione.
La selezione naturale è un processo storico diretto di differenziazione (conservazione selettiva) di fenotipi e riproduzione di genotipi adattivi nelle popolazioni.
A seconda delle condizioni ambientali delle popolazioni in natura, si possono osservare due forme principali di selezione naturale: guida e stabilizzazione.
Selezione di guida opera in condizioni ambientali che cambiano gradualmente in una certa direzione.
Preserva i fenotipi devianti utili e rimuove i fenotipi devianti vecchi e inutili. In questo caso, si verifica uno spostamento del valore medio della norma di reazione delle caratteristiche e uno spostamento della loro curva di variazione in una direzione specifica senza modificarne i limiti.
Se la selezione agisce in questo modo in una serie di generazioni (F1 → F2 → F3), allora porta alla formazione di una nuova norma di reazione dei personaggi.
Non si sovrappone alla norma di reazione precedente. Di conseguenza, nella popolazione si formano nuovi genotipi adattivi. Questo è il motivo della graduale trasformazione della popolazione in una nuova specie. Era questa forma di selezione che Darwin considerava la forza trainante dell'evoluzione.
Come risultato dell'azione di selezione, alcune caratteristiche possono scomparire in nuove condizioni, mentre altre possono svilupparsi e migliorare.
L'azione unidirezionale della selezione naturale porta all'allungamento delle radici negli sclerofiti, all'aumento dell'acuità visiva, dell'udito e dell'olfatto nei predatori e nelle loro prede.
Selezione stabilizzante opera in condizioni ambientali costanti ed ottimali per le popolazioni.
Mantiene lo stesso fenotipo e rimuove eventuali fenotipi che si discostano da esso. In questo caso, il valore medio della norma di reazione dei tratti non cambia, ma i limiti della loro curva di variazione si restringono. Di conseguenza, la diversità genotipica e fenotipica che risulta dalle precondizioni dell'evoluzione è ridotta.
Ciò aiuta a consolidare i genotipi precedenti e a preservare le specie esistenti. Il risultato di questa forma di selezione è l'attuale esistenza di antichi organismi (relitti).
Reliquia(dal latino relictum - resto) tipi- organismi viventi conservati nella flora e nella fauna moderne o in una determinata regione come residuo di un gruppo ancestrale. Nelle ere geologiche passate erano diffusi e giocavano un ruolo importante negli ecosistemi.
Le forze trainanti dell'evoluzione sono la selezione naturale e la lotta per l'esistenza.
Esistono due forme di lotta per l'esistenza: lotta diretta e lotta indiretta. In natura esistono due forme principali di selezione naturale: guida e stabilizzante.
Il fattore guida dell'evoluzione secondo Darwin
Tutta la nostra dignità sta nel pensiero. Non è lo spazio o il tempo, che non possiamo riempire, che ci eleva, ma è lei, il nostro pensiero.
Impariamo a pensare bene: questo è il principio fondamentale della moralità.
Charles Darwin nacque nel freddo inverno del 1809 in Inghilterra. Suo padre era Robert Waring, figlio del famoso scienziato e talentuoso poeta Erasmus Darwin.
La madre del piccolo Charles morì quando lui non aveva nemmeno 8 anni.
Ben presto Charles fu mandato a studiare in una scuola elementare e dopo un anno fu trasferito dal dottor Beutler, il capo della palestra. C. Darwin studiò in modo molto mediocre, anche se il suo amore per la natura si “risvegliò” molto presto, così come un interesse “vivo” per la flora e la fauna. Il fattore guida dell'evoluzione secondo Darwin Gli piaceva collezionare insetti, minerali vari, fiori e conchiglie.
Dopo essersi diplomato al liceo nel 1825, il giovane Darwin entrò brillantemente all'Università di Edimburgo. Ha studiato lì solo per due anni. Dopo un tentativo fallito di diventare medico, Darwin decide di provare a diventare prete. Per questo, il giovane entra a Cambridge. Completò i suoi studi senza distinguersi affatto dal resto degli studenti. Era attratto da qualcosa di completamente diverso: società di naturalisti e botanici, escursioni dedicate alle scienze naturali. In questi anni esce il primo lavoro dello scienziato, che conteneva i suoi appunti e le sue osservazioni sul mondo naturale.
Nel 1831 Darwin iniziò un viaggio intorno al mondo, durante il quale per 5 anni conobbe la natura delle parti più diverse del pianeta. Come risultato delle osservazioni fatte durante i suoi viaggi, scrisse diverse opere dedicate alle osservazioni geologiche delle isole vulcaniche e delle barriere coralline.
Hanno portato la fama di Darwin negli ambienti scientifici.
Nel 1839 Darwin si sposò, cosa che lo costrinse a rimanere a Londra. La cattiva salute di Charles porta a trasferirsi a Doane, dove Darwin rimarrà per il resto della sua vita. Lì sviluppa la questione dell'origine delle specie e formula l'idea della selezione naturale. Il fattore guida dell'evoluzione secondo Darwin Viene pubblicato il saggio “L'origine delle specie attraverso la selezione naturale”, in cui la sua teoria è ampiamente dimostrata e fornisce prove indiscutibili.
Il suo nome ha ottenuto riconoscimenti e fama in tutto il mondo. Tutte le opere successive di Darwin rappresentano ulteriori sviluppi dei suoi insegnamenti. Ad esempio, alcune spiegazioni sull'origine dell'uomo dalle scimmie.
Dopo aver diffuso la sua teoria, C.Darwin ricevette numerosi premi per il suo lavoro, diventando membro onorario di numerose società scientifiche.
Lo scienziato morì nel 1882, avendo vissuto fino all'età di 74 anni. L'insegnamento di Darwin ha glorificato per secoli il suo nome, segnando un nuovo approccio alla dottrina dell'origine dell'umanità.
Affinché l'educazione dei figli abbia successo, è necessario che le persone che li allevano si istruiscano continuamente.
Fattori elementari dell'evoluzione- fattori che modificano la frequenza degli alleli e dei genotipi in una popolazione (la struttura genetica della popolazione). Esistono diversi fattori elementari fondamentali dell'evoluzione: processo di mutazione, variabilità combinatoria, ondate di popolazione e deriva genetica, isolamento, selezione naturale.
Processo di mutazione porta alla comparsa di nuovi alleli (o geni) e alle loro combinazioni come risultato di mutazioni.
Come risultato della mutazione, è possibile la transizione di un gene da uno stato allelico a un altro (A→a) o un cambiamento nel gene in generale (A→C). Il processo di mutazione, a causa della casualità delle mutazioni, non ha direzione e, senza la partecipazione di altri fattori evolutivi, non può dirigere i cambiamenti nella popolazione naturale.
Fornisce solo materiale evolutivo elementare per la selezione naturale. Le mutazioni recessive nello stato eterozigote costituiscono una riserva nascosta di variabilità che può essere utilizzata dalla selezione naturale quando cambiano le condizioni di esistenza.
Variabilità combinatoria nasce come risultato della formazione nei discendenti di nuove combinazioni di geni già esistenti ereditati dai loro genitori.
Le cause della variabilità combinatoria sono: incrocio cromosomico (ricombinazione); segregazione casuale dei cromosomi omologhi nella meiosi; combinazione casuale di gameti durante la fecondazione.
Onde di vita- fluttuazioni periodiche e non periodiche della dimensione della popolazione, sia verso l'alto che verso il basso.
Le cause delle ondate di popolazione possono essere:
- cambiamenti periodici dei fattori ambientali ambientali (fluttuazioni stagionali di temperatura, umidità, ecc.);
- cambiamenti non periodici (calamità naturali);
- colonizzazione di nuovi territori da parte della specie (accompagnata da un forte aumento numerico).
Le ondate di popolazione agiscono come un fattore evolutivo nelle piccole popolazioni in cui può verificarsi la deriva genetica.
Deriva genetica- cambiamento casuale non direzionale nelle frequenze alleliche e genotipiche nelle popolazioni. Nelle piccole popolazioni, l'azione di processi casuali porta a conseguenze evidenti. Se la popolazione è di piccole dimensioni, a seguito di eventi casuali, alcuni individui, indipendentemente dalla loro costituzione genetica, possono o meno lasciare la prole, per cui le frequenze di alcuni alleli possono cambiare significativamente nel corso di una o più generazioni .
Pertanto, con una forte riduzione delle dimensioni della popolazione (ad esempio, a causa di fluttuazioni stagionali, riduzione delle risorse alimentari, incendi, ecc.), Tra i pochi individui sopravvissuti potrebbero esserci genotipi rari.
Se in futuro la dimensione della popolazione verrà ripristinata grazie a questi individui, ciò porterà a un cambiamento casuale nelle frequenze alleliche nel pool genetico della popolazione. Pertanto, le ondate di popolazione fungono da fornitore di materiale evolutivo.
Isolamentoè causato dall'emergere di vari fattori che impediscono il libero attraversamento.
Lo scambio di informazioni genetiche tra le popolazioni risultanti cessa, a seguito del quale le differenze iniziali nei pool genetici di queste popolazioni aumentano e si fissano. Le popolazioni isolate possono subire vari cambiamenti evolutivi e trasformarsi gradualmente in specie diverse.
Ci sono isolamento spaziale e biologico. L'isolamento spaziale (geografico) è associato ad ostacoli geografici (barriere d'acqua, montagne, deserti, ecc.) e, per le popolazioni sedentarie, semplicemente a lunghe distanze.
L'isolamento biologico è causato dall'impossibilità di accoppiamento e fecondazione (a causa di cambiamenti nei tempi di riproduzione, nella struttura o altri fattori che impediscono l'incrocio), la morte degli zigoti (a causa di differenze biochimiche nei gameti) e la sterilità della prole (come a causa di un'alterata coniugazione cromosomica durante la gametogenesi).
Il significato evolutivo dell’isolamento è che perpetua e migliora le differenze genetiche tra le popolazioni.
I cambiamenti nelle frequenze dei geni e dei genotipi causati dai fattori evolutivi discussi sopra sono casuali e non direzionali.
Il fattore guida dell’evoluzione è la selezione naturale.
Selezione naturale- un processo attraverso il quale sopravvivono e lasciano prole prevalentemente individui con caratteristiche utili alla popolazione. La selezione opera nelle popolazioni; i suoi oggetti sono i fenotipi dei singoli individui. Tuttavia, la selezione basata sui fenotipi è una selezione di genotipi, poiché non sono i tratti, ma i geni che vengono trasmessi ai discendenti.
Di conseguenza, in una popolazione si verifica un aumento del numero relativo di individui che possiedono una determinata proprietà o qualità. Pertanto, la selezione naturale è il processo di riproduzione differenziale (selettiva) dei genotipi.
Sono soggette a selezione non solo le proprietà che aumentano la probabilità di lasciare la prole, ma anche i tratti che non sono direttamente correlati alla riproduzione. In alcuni casi, la selezione può mirare a creare adattamenti reciproci delle specie tra loro (fiori di piante e insetti che le visitano).
Possono apparire anche segnali dannosi per l'individuo, ma che assicurano la sopravvivenza della specie nel suo insieme (un'ape che punge muore, ma attaccando un nemico salva la famiglia). In generale, la selezione gioca in natura un ruolo creativo, poiché da cambiamenti ereditari non orientati si fissano quelli che possono portare alla formazione di nuovi gruppi di individui più perfetti in determinate condizioni di esistenza.
Esistono tre forme principali di selezione naturale: stabilizzante, trainante e dirompente.
Selezione stabilizzante ha lo scopo di preservare le mutazioni che portano a una minore variabilità nel valore medio del tratto.
Funziona in condizioni ambientali relativamente costanti, vale a dire mentre persistono le condizioni che hanno portato alla formazione dell'uno o dell'altro segno (proprietà).
Ad esempio, la conservazione della dimensione e della forma del fiore nelle piante impollinate dagli insetti, poiché i fiori devono corrispondere alla dimensione corporea dell'insetto impollinatore.
Conservazione delle specie relitte.
La selezione guida ha lo scopo di preservare le mutazioni che modificano il valore medio di un tratto. Si verifica quando le condizioni ambientali cambiano. Gli individui di una popolazione presentano alcune differenze nel genotipo e nel fenotipo e, con cambiamenti a lungo termine nell'ambiente esterno, alcuni individui della specie con alcune deviazioni dalla norma possono ottenere un vantaggio nell'attività vitale e nella riproduzione.
La curva di variazione si sposta nella direzione dell'adattamento alle nuove condizioni di esistenza. Ad esempio, l’emergere della resistenza ai pesticidi negli insetti e dei roditori e la resistenza agli antibiotici nei microrganismi.
O il melanismo industriale, ad esempio, lo scurimento del colore della farfalla della falena di betulla nelle aree industriali sviluppate dell'Inghilterra. In queste zone la corteccia degli alberi diventa scura a causa della scomparsa dei licheni sensibili all'inquinamento atmosferico, e le farfalle di colore scuro sono meno visibili sui tronchi degli alberi.
La selezione dirompente ha lo scopo di preservare le mutazioni che portano alla maggiore deviazione dal valore medio di un tratto.
La selezione discontinua si verifica quando le condizioni ambientali cambiano in modo tale che gli individui con deviazioni estreme dalla norma ottengono un vantaggio. Come risultato della selezione discontinua, si forma il polimorfismo della popolazione, ad es. la presenza di più gruppi che differiscono in qualche modo. Ad esempio, con frequenti forti venti sulle isole oceaniche, vengono preservati gli insetti con ali ben sviluppate o con ali rudimentali.
Tipo, i suoi criteri. Una popolazione è un'unità strutturale di una specie e un'unità elementare dell'evoluzione. Microevoluzione. Formazione di nuove specie. Metodi di speciazione. Conservazione della diversità delle specie come base per la sostenibilità della biosfera
Tipo, i suoi criteri
Il fondatore della tassonomia moderna, C. Linnaeus, considerava una specie un gruppo di organismi simili nelle caratteristiche morfologiche che si incrociano liberamente. Con lo sviluppo della biologia, è stata ottenuta la prova che le differenze tra le specie sono molto più profonde e influenzano la composizione chimica e la concentrazione delle sostanze nei tessuti, la direzione e la velocità delle reazioni chimiche, la natura e l'intensità dei processi vitali, il numero e la forma dei cromosomi, cioè la specie è il più piccolo gruppo di organismi che riflette la loro stretta relazione. Inoltre, le specie non esistono per sempre: sorgono, si sviluppano, danno origine a nuove specie e scompaiono.
Visualizzazione- questo è un insieme di individui che sono simili nella struttura e nelle caratteristiche dei processi vitali, hanno un'origine comune, si incrociano liberamente tra loro in natura e producono prole fertile.
Tutti gli individui della stessa specie hanno lo stesso cariotipo e occupano in natura una determinata area geografica - la zona
Vengono chiamati segni di somiglianza tra individui della stessa specie criteri di tipo. Poiché nessuno dei criteri è assoluto, per determinare correttamente la tipologia è necessario utilizzare una serie di criteri.
I criteri principali di una specie sono morfologici, fisiologici, biochimici, ecologici, geografici, etologici (comportamentali) e genetici.
- Morfologico- un insieme di caratteristiche esterne e interne di organismi della stessa specie. Sebbene alcune specie abbiano caratteri unici, spesso è molto difficile distinguere specie strettamente imparentate utilizzando solo i tratti morfologici. Pertanto, recentemente sono state scoperte diverse specie gemelle che vivono nello stesso territorio, ad esempio il topo domestico e il topo Kurganchik, quindi è inaccettabile utilizzare criteri esclusivamente morfologici per determinare la specie.
- Fisiologico- la somiglianza dei processi vitali negli organismi, principalmente la riproduzione. Inoltre, non è universale, poiché alcune specie si incrociano in natura e producono una prole fertile.
- Biochimico- somiglianza della composizione chimica e dei processi metabolici. Nonostante questi indicatori possano variare in modo significativo tra diversi individui della stessa specie, attualmente ricevono molta attenzione, poiché le caratteristiche strutturali e la composizione dei biopolimeri aiutano a identificare le specie anche a livello molecolare e a stabilire il grado della loro relazione.
- Ecologico- distinzione delle specie in base alla loro appartenenza a determinati ecosistemi e nicchie ecologiche che occupano. Tuttavia, molte specie non imparentate occupano nicchie ecologiche simili, quindi questo criterio può essere utilizzato per distinguere una specie solo in combinazione con altre caratteristiche.
- Geografico- l'esistenza di una popolazione di ciascuna specie in una certa parte della biosfera - un'area che differisce dalle aree di tutte le altre specie. Dato che per molte specie i confini dei loro areali coincidono, e che ci sono anche un certo numero di specie cosmopolite il cui areale copre vasti spazi, anche il criterio geografico non può servire come indicatore della “specie”.
- Genetico- costanza delle caratteristiche dell'insieme cromosomico - cariotipo - e della composizione nucleotidica del DNA in individui della stessa specie. A causa del fatto che i cromosomi non omologhi non possono coniugarsi durante la meiosi, la prole derivante dall'incrocio di individui di specie diverse con un insieme disuguale di cromosomi non appare affatto o non è fertile. Ciò crea l'isolamento riproduttivo della specie, ne mantiene l'integrità e garantisce la realtà dell'esistenza in natura. Questa regola può essere violata nel caso di incrocio di specie di origine simile con lo stesso cariotipo o di presenza di mutazioni diverse, ma l'eccezione non fa altro che confermare la regola generale e le specie dovrebbero essere considerate sistemi genetici stabili. Il criterio genetico è il principale nel sistema dei criteri di specie, ma non è nemmeno esaustivo.
Nonostante la complessità del sistema di criteri, una specie non può essere rappresentata come un gruppo di organismi assolutamente identici sotto tutti gli aspetti, cioè cloni. Molte specie, al contrario, sono caratterizzate da una notevole diversità anche nei caratteri esteriori, come, ad esempio, alcune popolazioni di coccinelle sono caratterizzate da una predominanza del colore rosso, mentre altre sono caratterizzate da una predominanza del nero.
La popolazione è un'unità strutturale di una specie e un'unità elementare dell'evoluzione
È difficile immaginare che in realtà gli individui di una specie siano distribuiti uniformemente sulla superficie terrestre all'interno dell'areale, poiché, ad esempio, la rana di lago vive principalmente in corpi d'acqua dolce stagnanti piuttosto rari ed è improbabile che venga trovata nei campi e nelle foreste. Le specie in natura spesso rientrano in gruppi separati, a seconda della combinazione di condizioni adatte ai loro habitat: le popolazioni.
Popolazione- un gruppo di individui della stessa specie, che occupa parte del suo areale, liberamente incrociati tra loro e relativamente isolato da altri gruppi di individui della stessa specie per un periodo più o meno lungo.
Le popolazioni possono essere separate non solo spazialmente; possono anche vivere nello stesso territorio, ma presentano differenze nelle preferenze alimentari, nei tempi di riproduzione, ecc.
Pertanto, una specie è un insieme di popolazioni di individui che hanno una serie di caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche e tipi di relazioni con l'ambiente comuni, che abitano una determinata area e sono anche capaci di incrociarsi tra loro per formare una prole fertile, ma si incrociano quasi o per nulla con altri gruppi di individui della stessa specie.
All'interno delle specie con ampi areali che coprono territori con diverse condizioni di vita, a volte vengono distinti sottospecie- grandi popolazioni o gruppi di popolazioni vicine che presentano differenze morfologiche persistenti rispetto ad altre popolazioni.
Le popolazioni non sono sparse in modo casuale sulla superficie terrestre; sono legate ad aree specifiche. Viene chiamata la totalità di tutti i fattori di natura inanimata necessari per la residenza degli individui di una determinata specie habitat. Tuttavia, questi fattori da soli potrebbero non essere sufficienti affinché una popolazione occupi quest'area, poiché deve comunque essere coinvolta in una stretta interazione con popolazioni di altre specie, cioè occupare un certo posto nella comunità degli organismi viventi - nicchia ecologica. Pertanto, l'orso marsupiale koala australiano, a parità di altre condizioni, non può esistere senza la sua principale fonte di cibo: l'eucalipto.
Le popolazioni di varie specie che formano un'unità inestricabile negli stessi habitat solitamente forniscono un ciclo più o meno chiuso di sostanze e sono sistemi ecologici elementari (ecosistemi) - biogeocenosi.
Nonostante tutte le loro esigenze in termini di condizioni ambientali, le popolazioni della stessa specie sono eterogenee per area, numero, densità e distribuzione spaziale degli individui, spesso formando gruppi più piccoli (famiglie, greggi, mandrie, ecc.), sesso, età, patrimonio genetico, ecc. ., pertanto, si distinguono la loro dimensione, età, sesso, strutture spaziali, genetiche, etologiche e di altro tipo, nonché la dinamica.
Caratteristiche importanti di una popolazione sono pool genico- un insieme di geni caratteristici degli individui di una determinata popolazione o specie, nonché la frequenza di determinati alleli e genotipi. Diverse popolazioni della stessa specie inizialmente hanno pool genetici diversi, poiché i nuovi territori sono colonizzati da individui con geni casuali piuttosto che appositamente selezionati. Sotto l'influenza di fattori interni ed esterni, il pool genetico subisce cambiamenti ancora più significativi: si arricchisce a causa del verificarsi di mutazioni e di una nuova combinazione di tratti e si impoverisce a causa della perdita di alleli individuali durante la morte o la migrazione di un certo numero di individui.
I nuovi tratti e le loro combinazioni possono essere benefici, neutri o dannosi, pertanto solo gli individui adattati a determinate condizioni ambientali sopravvivono e si riproducono con successo nella popolazione. Tuttavia, in due punti diversi della superficie terrestre, le condizioni ambientali non sono mai del tutto identiche, quindi la direzione dei cambiamenti anche in due popolazioni vicine può essere completamente opposta o avverranno con ritmi diversi. Il risultato dei cambiamenti nel pool genetico è la divergenza delle popolazioni in base a caratteristiche morfologiche, fisiologiche, biochimiche e di altro tipo. Se le popolazioni vengono isolate anche le une dalle altre, possono dare origine a nuove specie.
Pertanto, l'emergere di eventuali ostacoli nell'attraversamento di individui di diverse popolazioni della stessa specie, ad esempio a causa della formazione di catene montuose, cambiamenti nei letti dei fiumi, differenze nei tempi di riproduzione, ecc., porta al fatto che le popolazioni acquisiscono gradualmente sempre più differenze e, alla fine, diventano specie diverse. Per qualche tempo, ai confini di queste popolazioni, si verificano incroci di individui e sorgono ibridi, ma col tempo questi contatti scompaiono, cioè le popolazioni provenienti da sistemi genetici aperti si chiudono.
Nonostante il fatto che gli individui siano principalmente esposti a fattori ambientali, i cambiamenti nella composizione genetica di un singolo organismo sono insignificanti e, nella migliore delle ipotesi, si manifesteranno solo nei suoi discendenti. Anche sottospecie, specie e taxa più grandi non sono adatti al ruolo di unità elementari dell'evoluzione, poiché non differiscono nell'unità morfologica, fisiologica, biochimica, ecologica, geografica e genetica, mentre le popolazioni sono le unità strutturali più piccole di una specie, accumulandosi a questa condizione corrispondono una serie di cambiamenti casuali, dei quali i peggiori verranno eliminati, e sono unità elementari dell'evoluzione.
Microevoluzione
Il cambiamento della struttura genetica delle popolazioni non porta sempre alla formazione di una nuova specie, ma può solo migliorare l’adattamento della popolazione a specifiche condizioni ambientali; tuttavia, le specie non sono eterne e immutabili, ma sono in grado di svilupparsi. Questo processo di cambiamento storico irreversibile negli esseri viventi è chiamato evoluzione. Le trasformazioni evolutive primarie si verificano all'interno di una specie a livello di popolazione. Si basano innanzitutto sul processo di mutazione e sulla selezione naturale, che porta a cambiamenti nel patrimonio genetico delle popolazioni e delle specie nel loro insieme, o addirittura alla formazione di nuove specie. L'insieme di questi eventi evolutivi elementari viene chiamato microevoluzione.
Le popolazioni sono caratterizzate da un'enorme diversità genetica, che spesso non si esprime fenotipicamente. La diversità genetica nasce dalla mutagenesi spontanea, che avviene continuamente. La maggior parte delle mutazioni sono sfavorevoli per l'organismo e riducono la vitalità dell'intera popolazione, ma se sono recessive possono persistere a lungo negli eterozigoti. Alcune mutazioni che non hanno valore adattativo in determinate condizioni di esistenza sono in grado di acquisire tale valore in futuro o quando si sviluppano nuove nicchie ecologiche, creando così una riserva di variabilità ereditaria.
I processi microevolutivi sono significativamente influenzati dalle fluttuazioni del numero di individui nelle popolazioni, dalle migrazioni e dai disastri, nonché dall'isolamento delle popolazioni e delle specie.
Una nuova specie è un risultato intermedio dell'evoluzione, ma non il suo risultato, poiché la microevoluzione non si ferma qui, ma continua ulteriormente. Nuove specie emergenti, nel caso di una combinazione riuscita di caratteristiche, popolano nuovi habitat e, a loro volta, danno origine a nuove specie. Tali gruppi di specie strettamente imparentate sono uniti in generi, famiglie, ecc. I processi evolutivi che si verificano in gruppi sopraspecifici sono già chiamati macroevoluzione. A differenza di macroevoluzione, la microevoluzione avviene in un periodo di tempo molto più breve, mentre la prima richiede decine e centinaia di migliaia e milioni di anni, come l’evoluzione umana.
Come risultato della microevoluzione, si forma l'intera diversità delle specie di organismi viventi che siano mai esistite e che ora vivono sulla Terra.
Allo stesso tempo, l’evoluzione è irreversibile e le specie che sono già scomparse non ricompariranno mai più. Le specie emergenti consolidano tutto ciò che è stato acquisito nel processo di evoluzione, ma ciò non garantisce che in futuro non appariranno nuove specie che avranno adattamenti più avanzati alle condizioni ambientali.
Formazione di nuove specie
In senso lato, per formazione di nuove specie si intende non solo la separazione di una nuova specie dal tronco principale o la disintegrazione della specie madre in diverse specie figlie, ma anche lo sviluppo generale della specie come sistema integrale , portando a cambiamenti significativi nella sua organizzazione morfostrutturale. Tuttavia, il più delle volte speciazione considerato come un processo di formazione di nuove specie attraverso la ramificazione dell’“albero genealogico” delle specie.
Una soluzione fondamentale al problema della speciazione fu proposta da Charles Darwin. Secondo la sua teoria, la diffusione di individui della stessa specie porta alla formazione di popolazioni che, a causa delle differenze delle condizioni ambientali, sono costrette ad adattarsi ad esse. Ciò, a sua volta, comporta un'intensificazione della lotta intraspecifica per l'esistenza, diretta dalla selezione naturale. Attualmente si ritiene che la lotta per l'esistenza non sia affatto un fattore obbligatorio nella speciazione, al contrario, la pressione selettiva in un certo numero di popolazioni potrebbe diminuire. Le differenze nelle condizioni di vita contribuiscono all'emergere di cambiamenti adattativi diseguali nelle popolazioni di una specie, la cui conseguenza è una divergenza di caratteristiche e proprietà delle popolazioni - divergenza.
Tuttavia, l’accumulo di differenze, anche a livello genetico, non è affatto sufficiente per l’emergere di una nuova specie. Finché popolazioni diverse per alcune caratteristiche non solo sono in contatto, ma sono anche capaci di incrociarsi con formazione di prole fertile, appartengono alla stessa specie. Solo l'impossibilità del flusso di geni da un gruppo di individui a un altro, anche in caso di distruzione delle barriere che li separano, cioè l'attraversamento, significa il completamento del processo evolutivo più complesso della formazione di una nuova specie.
La speciazione è una continuazione dei processi microevolutivi. C'è un punto di vista secondo cui la speciazione non può essere ridotta alla microevoluzione; rappresenta uno stadio qualitativo dell'evoluzione e viene effettuata grazie ad altri meccanismi.
Metodi di speciazione
Esistono due metodi principali di speciazione: allopatrica e simpatrica.
Allopatrico, O speciazione geograficaè una conseguenza della separazione spaziale delle popolazioni da parte di barriere fisiche (catene montuose, mari e fiumi) dovute alla loro comparsa o dispersione in nuovi habitat (isolamento geografico). Poiché in questo caso il pool genetico della popolazione separata differisce significativamente da quello materno e le condizioni nel suo habitat non coincideranno con quelle originali, nel tempo ciò porterà alla divergenza e alla formazione di una nuova specie. Un esempio lampante di speciazione geografica è la diversità delle specie di fringuelli scoperte da Charles Darwin durante il suo viaggio sulla nave Beagle nelle Isole Galapagos al largo della costa dell'Ecuador. Apparentemente, i singoli individui dell'unico fringuello che abitava il continente sudamericano in qualche modo finirono sulle isole e, a causa delle differenze nelle condizioni (principalmente disponibilità di cibo) e dell'isolamento geografico, si evolsero gradualmente, formando un gruppo di specie imparentate.
Al centro simpatrico, O speciazione biologica si trova una qualche forma di isolamento riproduttivo, con nuove specie che nascono all'interno della gamma della specie originale. Un prerequisito per la speciazione simpatrica è il rapido isolamento delle forme risultanti. Questo è un processo più veloce della speciazione allopatrica e le nuove forme sono simili agli antenati originali.
La speciazione simpatrica può essere causata da rapidi cambiamenti nella composizione cromosomica (poliploidizzazione) o da riarrangiamenti cromosomici. A volte nascono nuove specie come risultato dell'ibridazione di due specie originali, come, ad esempio, nella prugna domestica, che è un ibrido di prugnolo e prugnolo. In alcuni casi, la speciazione simpatrica è associata alla divisione di nicchie ecologiche in popolazioni della stessa specie all'interno di un unico areale o all'isolamento stagionale - divergenza nei tempi di riproduzione delle piante (diversi tipi di pino in California producono polvere in febbraio e aprile) e nei tempi di riproduzione negli animali.
Di tutta la varietà delle specie emergenti, solo poche, le più adattate, possono esistere a lungo e dare origine a nuove specie. Le ragioni della morte della maggior parte delle specie sono ancora sconosciute; molto probabilmente ciò è dovuto a improvvisi cambiamenti climatici, processi geologici e al loro spostamento da parte di organismi più adattati. Attualmente uno dei motivi della morte di un numero significativo di specie è l’uomo, che stermina gli animali più grandi e le piante più belle, e se nel XVII secolo questo processo iniziò solo con lo sterminio dell’ultimo round, allora nel XVII secolo Nel 21° secolo più di 10 specie scompaiono ogni ora.
Conservazione della diversità delle specie come base per la sostenibilità della biosfera
Nonostante il fatto che, secondo varie stime, il pianeta ospiti 5-10 milioni di specie di organismi non ancora descritti, non sapremo mai dell'esistenza della maggior parte di essi, poiché circa 50 specie scompaiono dalla faccia della terra. la Terra ogni ora. La scomparsa degli organismi viventi al giorno d'oggi non è necessariamente associata al loro sterminio fisico, ma più spesso è dovuta alla distruzione dei loro habitat naturali a seguito dell'attività umana. È improbabile che la morte di una singola specie porti a conseguenze fatali per la biosfera, ma è stato da tempo stabilito che l'estinzione di una specie vegetale comporta la morte di 10-12 specie animali, e ciò rappresenta già una minaccia sia per l'esistenza delle singole biogeocenosi e dell’ecosistema globale in generale.
I tristi fatti accumulati nei decenni precedenti costrinsero l’Unione Internazionale per la Conservazione della Natura e delle Risorse Naturali (IUCN) a iniziare a raccogliere informazioni su specie di piante e animali rare e in via di estinzione nel 1949. Nel 1966 la IUCN pubblicò il primo Libro rosso dei fatti.
libro rossoè un documento ufficiale contenente dati regolarmente aggiornati sullo stato e sulla distribuzione di specie rare e in via di estinzione di piante, animali e funghi.
Questo documento ha adottato una scala di status di una specie protetta a cinque livelli, con il primo livello di protezione che comprende specie la cui salvezza è impossibile senza misure speciali, e il quinto - specie ripristinate, il cui stato, grazie alle misure adottate, non non destano preoccupazione, ma non sono ancora oggetto di utilizzo industriale. Lo sviluppo su tale scala rende possibile indirizzare gli sforzi di conservazione prioritari specificamente verso le specie più rare, come le tigri dell’Amur.
Oltre alla versione internazionale del Libro Rosso, esistono anche versioni nazionali e regionali. Nell'URSS, il Libro rosso è stato istituito nel 1974 e nella Federazione Russa la procedura per il suo mantenimento è regolata dalle leggi federali "Sulla protezione ambientale", "Sulla fauna selvatica" e dal decreto del governo della Federazione Russa " Sul Libro Rosso della Federazione Russa”. Oggi nel Libro rosso della Federazione Russa sono elencate 610 specie di piante, 247 specie di animali, 42 specie di licheni e 24 specie di funghi. Le popolazioni di alcuni di loro, una volta in pericolo (castoro europeo, bisonte), sono già state ripristinate con successo.
In Russia sono protette le seguenti specie animali: topo muschiato russo, tarbagan (marmotta della Mongolia), orso polare, visone europeo caucasico, lontra marina, manul, tigre dell'Amur, leopardo, leopardo delle nevi, leone marino, tricheco, foche, delfini, balene, balene di Przewalski. cavallo, asino selvatico, pellicano rosa, fenicottero comune, cicogna nera, piccolo cigno, aquila delle steppe, aquila reale, gru nera, gru siberiana, otarda, gufo reale, gabbiano bianco, tartaruga mediterranea, serpente giapponese, vipera, rospo della giungla, lampreda del Caspio , tutti i tipi di storione, salmone di lago, cervo volante, calabrone straordinario, Apollo comune, granchio di mantide, cozza perla comune, ecc.
Le piante del Libro rosso della Federazione Russa comprendono 7 specie di bucaneve, alcuni tipi di assenzio, vero ginseng, 7 tipi di campanule, quercia seghettata, scilla, 11 specie di iris, gallo cedrone russo, tulipano di Schrenk, noce loto, scarpetta della signora, peonia dalle foglie sottili, erba piuma, primula di Julia, lombalgia dei prati (erba del sonno), belladonna belladonna, pino di Pitsunda, tasso, erba scudiera cinese, erba del lago, sfagno molle, fillofora riccia, chara filamentosa, ecc.
I funghi rari sono rappresentati dal tartufo estivo, o dal tartufo nero russo, dal fungo esca laccato, ecc.
La protezione delle specie rare nella maggior parte dei casi è associata al divieto di distruzione, conservazione delle stesse in habitat creati artificialmente (zoo), protezione dei loro habitat e creazione di banche genetiche a bassa temperatura.
La misura più efficace per la protezione delle specie rare è la conservazione dei loro habitat, che si ottiene organizzando una rete di aree protette appositamente protette che, in conformità con la legge federale "sulle aree naturali particolarmente protette" (1995), hanno rilevanza internazionale significato federale, regionale o locale. Questi includono riserve naturali statali, parchi nazionali, parchi naturali, riserve naturali statali, monumenti naturali, parchi dendrologici, giardini botanici, ecc.
Riserva Naturale Statale- si tratta di un complesso naturale particolarmente protetto (terreno, corpi idrici, sottosuolo, flora e fauna) completamente sottratto all'uso economico, che ha significato ambientale, scientifico, ambientale e didattico come esempio di ambiente naturale, paesaggi tipici o rari, luoghi dove è conservato il fondo genetico delle piante e del mondo animale.
Hanno lo status le riserve che fanno parte del sistema internazionale delle riserve della biosfera che effettuano il monitoraggio ambientale globale riserve naturali statali della biosfera. La riserva è un'istituzione ambientale, di ricerca e di educazione ambientale volta a preservare e studiare il corso naturale di processi e fenomeni naturali, il fondo genetico di flora e fauna, singole specie e comunità di piante e animali, sistemi ecologici tipici e unici.
Attualmente in Russia ci sono circa 100 riserve naturali statali, 19 delle quali hanno lo status di biosfera, tra cui Baikalsky, Barguzinsky, Caucasica, Kedrovaya Pad, Kronotsky, Prioksko-Terrasny, ecc.
A differenza delle riserve naturali, i territori (aree acquatiche) parchi nazionali comprendono complessi e oggetti naturali che hanno particolari valori ambientali, storici ed estetici e sono destinati ad essere utilizzati per scopi ambientali, educativi, scientifici e culturali e per il turismo regolamentato. 39 aree naturali appositamente protette hanno questo status, inclusi i parchi nazionali del Trans-Baikal e di Sochi, nonché i parchi nazionali “Curonian Spit”, “Russian North”, “Shushensky Bor”, ecc.
Parchi naturali sono istituzioni ricreative ambientali sotto la giurisdizione delle entità costitutive della Federazione Russa, i cui territori (aree acquatiche) comprendono complessi naturali e oggetti che hanno valori ambientali ed estetici significativi e sono destinati all'uso per scopi ambientali, educativi e ricreativi.
Riserve naturali statali sono territori (aree acquatiche) che rivestono particolare importanza per la conservazione o il ripristino di complessi naturali o delle loro componenti e per il mantenimento dell'equilibrio ecologico.
Sviluppo di idee evolutive. Il significato della teoria evoluzionistica di Charles Darwin. Interrelazione delle forze motrici dell'evoluzione. Forme di selezione naturale, tipi di lotta per l'esistenza. Teoria sintetica dell'evoluzione. Fattori elementari dell'evoluzione. Ricerca di S. S. Chetverikov. Il ruolo della teoria evoluzionistica nella formazione del moderno quadro scientifico del mondo
Sviluppo di idee evolutive
Tutte le teorie sull'origine e sullo sviluppo del mondo organico possono essere ridotte a tre direzioni principali: creazionismo, trasformismo ed evoluzionismo. Creazionismoè il concetto di permanenza delle specie, considerando la diversità del mondo organico come risultato della sua creazione da parte di Dio. Questa direzione si è formata come risultato dell'istituzione del dominio della chiesa cristiana in Europa, basata su testi biblici. Rappresentanti di spicco del creazionismo furono C. Linnaeus e J. Cuvier.
"Il principe dei botanici" C. Linneo, che scoprì e descrisse centinaia di nuove specie di piante e creò il loro primo sistema armonioso, sostenne tuttavia che il numero totale di specie di organismi è rimasto invariato dalla creazione della Terra, cioè non solo non appaiono più, ma non scompaiono. Solo verso la fine della sua vita arrivò alla conclusione che i generi sono opera di Dio, mentre le specie possono svilupparsi grazie all'adattamento alle condizioni locali.
Il contributo alla biologia dell'eminente zoologo francese J. Cuvier (1769–1832) si basava su numerosi dati provenienti dalla paleontologia, dall'anatomia comparata e dalla fisiologia dottrina delle correlazioni- rapporti tra le parti del corpo. Grazie a ciò è stato possibile ricostruire l'aspetto esterno dell'animale in singole parti. Tuttavia, nel processo di ricerca paleontologica, J. Cuvier non ha potuto fare a meno di prestare attenzione sia all'evidente abbondanza di forme fossili sia ai bruschi cambiamenti nei gruppi di animali nel corso della storia geologica. Questi dati sono serviti come punto di partenza per la formulazione teorie della catastrofe, secondo il quale tutti o quasi gli organismi presenti sulla Terra venivano ripetutamente uccisi a causa di periodici disastri naturali, e poi il pianeta veniva ripopolato da specie sopravvissute al disastro. I seguaci di J. Cuvier hanno contato fino a 27 disastri simili nella storia della Terra. Le considerazioni sull'evoluzione sembravano a J. Cuvier separate dalla realtà.
Le contraddizioni nelle premesse iniziali del creazionismo, che divennero sempre più evidenti man mano che i fatti scientifici si accumulavano, servirono come punto di partenza per la formazione di un altro sistema di opinioni: trasformismo, riconoscendo l'esistenza reale delle specie e il loro sviluppo storico. Rappresentanti di questa tendenza - J. Buffon, I. Goethe, E. Darwin ed E. Geoffroy Saint-Hilaire, non potendo rivelare le vere cause dell'evoluzione, li hanno ridotti all'adattamento alle condizioni ambientali e all'ereditarietà delle caratteristiche acquisite. Le radici del trasformismo possono essere trovate nelle opere degli antichi filosofi greci e medievali che riconoscevano i cambiamenti storici nel mondo organico. Pertanto, Aristotele espresse l'idea dell'unità della natura e della graduale transizione dai corpi della natura inanimata alle piante e da loro agli animali: la "scala della natura". Considerava la ragione principale dei cambiamenti negli organismi viventi il loro desiderio interno di perfezione.
Il naturalista francese J. Buffon (1707–1788), la cui opera principale fu la Storia naturale in 36 volumi, contrariamente alle opinioni dei creazionisti, ampliò la portata della storia della Terra a 80–90 mila anni. Allo stesso tempo, notò l'unità della flora e della fauna, nonché la possibilità di cambiamenti negli organismi correlati sotto l'influenza di fattori ambientali a seguito dell'addomesticamento e dell'ibridazione.
Il medico, filosofo e poeta inglese E. Darwin (1731–1802), nonno di Charles Darwin, credeva che la storia del mondo organico risalisse a milioni di anni fa e che la diversità del mondo animale fosse il risultato di una mescolanza di diversi “ gruppi “naturali”, l’influenza dell’ambiente esterno, l’esercizio e la mancanza di organi di esercizio e altri fattori.
E. Geoffroy Saint-Hilaire (1772–1844) considerava l'unità del piano strutturale dei gruppi di animali una delle principali prove dello sviluppo del mondo vivente. Tuttavia, a differenza dei suoi predecessori, era propenso a credere che i cambiamenti nelle specie fossero causati dall'influenza di fattori ambientali non sugli individui adulti, ma sugli embrioni.
Nonostante il fatto che nella discussione scoppiata nel 1831 tra J. Cuvier ed E. Geoffroy Saint-Hilaire sotto forma di una serie di rapporti all'Accademia delle Scienze, rimanesse un chiaro vantaggio dalla parte del primo, era trasformismo che divenne il precursore dell’evoluzionismo. Evoluzionismo(teoria dell'evoluzione, dottrina evolutiva) è un sistema di opinioni che riconosce lo sviluppo della natura secondo determinate leggi. È l'apice teorico della biologia, che ci permette di spiegare la diversità e la complessità dei sistemi viventi che osserviamo. Tuttavia, poiché l’insegnamento evoluzionistico descrive fenomeni difficili da osservare, incontra notevoli difficoltà. A volte la teoria dell'evoluzione è chiamata "darwinismo" e viene identificata con gli insegnamenti di Charles Darwin, il che è fondamentalmente errato, perché, sebbene la teoria di Charles Darwin abbia dato un contributo inestimabile allo sviluppo non solo della dottrina dell'evoluzione, ma anche della biologia in In generale (così come in molte altre scienze), le basi della teoria evoluzionistica furono gettate da altri scienziati, essa continua a svilupparsi fino ad oggi e il "darwinismo" per molti aspetti ha solo un significato storico.
Il creatore della prima teoria evoluzionistica - il lamarckismo - fu il naturalista francese J. B. Lamarck (1744–1829). Considerava la forza trainante dell'evoluzione il desiderio interno degli organismi di perfezione ( legge di gradazione), tuttavia, l'adattamento alle condizioni ambientali li costringe a deviare da questa linea principale. Allo stesso tempo, si sviluppano gli organi che vengono utilizzati intensamente dall'animale nel processo di vita e quelli che non gli sono necessari, al contrario, si indeboliscono e possono addirittura scomparire ( legge di esercizio e non esercizio degli organi). Le caratteristiche acquisite durante la vita vengono fissate e trasmesse ai discendenti. Quindi, ha spiegato la presenza di membrane tra le dita degli uccelli acquatici con i tentativi dei loro antenati di muoversi nell'ambiente acquatico, e il lungo collo delle giraffe, secondo Lamarck, è una conseguenza del fatto che i loro antenati hanno cercato di ottenere foglie dalle cime degli alberi.
Gli svantaggi del lamarckismo erano la natura teorica di molte costruzioni, così come il presupposto dell'intervento del Creatore nell'evoluzione. Nel processo di sviluppo della biologia, è diventato chiaro che i cambiamenti individuali acquisiti dagli organismi durante la vita, per la maggior parte, rientrano nei limiti della variabilità fenotipica e la loro trasmissione è praticamente impossibile. Ad esempio, lo zoologo e teorico dell'evoluzione tedesco A. Weismann (1834-1914) tagliò la coda ai topi per molte generazioni e ricevette sempre nella sua prole solo roditori dalla coda. La teoria di J. B. Lamarck non fu accettata dai suoi contemporanei, ma all'inizio del secolo costituì la base della cosiddetta neo-lamarckismo.
Il significato della teoria evoluzionistica di Charles Darwin
I prerequisiti per la creazione della più famosa teoria evoluzionistica di Charles Darwin, o il darwinismo, furono la pubblicazione nel 1778 dell'opera dell'economista inglese T. Malthus “Trattato sulla popolazione”, l'opera del geologo Charles Lyell, la formulazione di la teoria cellulare, il successo della selezione in Inghilterra e le osservazioni di Charles Darwin (1809–1882), scattata durante i suoi studi a Cambridge, durante la spedizione come naturalista sul Beagle e al suo completamento.
Pertanto, T. Malthus ha sostenuto che la popolazione della Terra sta aumentando in modo esponenziale, il che supera significativamente la capacità del pianeta di fornirle cibo e porta alla morte di parte della prole. I parallelismi tracciati da Charles Darwin e dal suo coautore A. Wallace (1823-1913) indicano che in natura gli individui si riproducono a una velocità molto elevata, ma le dimensioni della popolazione rimangono relativamente costanti. La ricerca del geologo inglese C. Lyell ha permesso di stabilire che la superficie della Terra non è sempre stata la stessa di adesso, e che i suoi cambiamenti sono stati causati dall'influenza dell'acqua, del vento, delle eruzioni vulcaniche e dell'attività degli esseri viventi organismi. Lo stesso Charles Darwin, già da studente, rimase colpito dall'estrema variabilità degli scarabei, e durante i suoi viaggi dalla somiglianza della flora e della fauna del Sud America continentale e delle vicine Isole Galapagos, e allo stesso tempo dalla significativa diversità di specie, come fringuelli e tartarughe. Inoltre, durante la spedizione ha potuto osservare gli scheletri di giganteschi mammiferi estinti, simili ai moderni armadilli e bradipi, che hanno scosso significativamente la sua convinzione nella creazione delle specie.
I principi fondamentali della teoria dell’evoluzione furono espressi da Charles Darwin nel 1859 in una riunione della Royal Society di Londra, e successivamente sviluppati nei libri “The Origin of Species by Natural Selection, or the Preservation of Favored Breeds in the Struggle for Life" (1859), "Cambiamenti negli animali domestici e nelle piante coltivate" (1868), "L'origine dell'uomo e la selezione sessuale" (1871), "L'espressione delle emozioni nell'uomo e negli animali" (1872), ecc.
L'essenza sviluppata da Charles Darwin concetti di evoluzione possono ridursi ad una serie di disposizioni derivanti le une dalle altre, aventi corrispondenza prova:
- Gli individui che compongono una popolazione producono molti più figli di quanto sia necessario per mantenere la dimensione della popolazione.
- A causa del fatto che le risorse vitali per qualsiasi tipo di organismo vivente sono limitate, inevitabilmente si crea tra loro lotta per l'esistenza. Charles Darwin distingueva tra lotta intraspecifica e interspecifica, nonché lotta contro i fattori ambientali. Allo stesso tempo, ha anche sottolineato che non stiamo parlando solo della lotta di un particolare individuo per l'esistenza, ma anche per lasciare la prole.
- La conseguenza della lotta per l'esistenza è selezione naturale- la sopravvivenza e la riproduzione predominanti di organismi che accidentalmente si sono rivelati i più adattati alle condizioni di esistenza date. La selezione naturale è per molti versi simile alla selezione artificiale, che l'uomo ha utilizzato fin dall'antichità per allevare nuove varietà di piante e razze di animali domestici. Selezionando individui che hanno qualche tratto desiderabile, l'uomo preserva questi tratti attraverso l'allevamento artificiale attraverso l'allevamento selettivo o l'impollinazione. Una forma speciale di selezione naturale è la selezione sessuale per tratti che di solito non hanno un significato adattativo diretto (lunghe penne, enormi corna, ecc.), ma contribuiscono al successo riproduttivo perché rendono l'individuo più attraente per il sesso opposto o più formidabile per il sesso opposto. rivali dello stesso sesso.
- Il materiale per l'evoluzione sono le differenze tra gli organismi che sorgono come risultato della loro variabilità. Charles Darwin distingueva tra variabilità indefinita e definita. Certo La variabilità (di gruppo) si manifesta in tutti gli individui di una specie ugualmente sotto l'influenza di un certo fattore e scompare nei discendenti quando cessa l'effetto di questo fattore. Incerto La variabilità (individuale) è un cambiamento che avviene in ciascun individuo, indipendentemente dalle fluttuazioni dei valori dei fattori ambientali, e si trasmette ai discendenti. Tale variabilità non ha natura adattiva. Successivamente, si è scoperto che una certa variabilità non è ereditaria e la variabilità indeterminata è ereditaria.
- La selezione naturale alla fine porta alla divergenza nelle caratteristiche delle singole varietà isolate: divergenza e, in definitiva, alla formazione di nuove specie.
La teoria dell'evoluzione di Charles Darwin non solo postulò il processo di comparsa e sviluppo delle specie, ma rivelò anche il meccanismo dell'evoluzione stessa, che si basa sul principio della selezione naturale. Il darwinismo negava anche la natura programmata dell'evoluzione e postulava la sua natura continua.
Allo stesso tempo, la teoria evoluzionistica di Charles Darwin non poteva rispondere a una serie di domande, ad esempio, sulla natura del materiale genetico e sulle sue proprietà, sull'essenza della variabilità ereditaria e non ereditaria e sul loro ruolo evolutivo. Ciò portò alla crisi del darwinismo e all’emergere di nuove teorie: neo-lamarckismo, saltazionismo, concetto di nomogenesi, ecc. Neo-lamarckismo si basa sulla posizione della teoria dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti di J. B. Lamarck. Saltazionismoè un sistema di visioni sul processo di evoluzione come cambiamenti improvvisi che portano alla rapida emergenza di nuove specie, generi e gruppi sistematici più ampi. Concetto nomogenesi postula la direzione programmata dell'evoluzione e lo sviluppo di varie caratteristiche basate su leggi interne. Solo la sintesi del darwinismo e della genetica negli anni '20 e '30 del XX secolo fu in grado di superare le contraddizioni che inevitabilmente sorsero quando si spiegava una serie di fatti.
Interrelazione delle forze motrici dell'evoluzione
L'evoluzione non può essere associata all'azione di alcun fattore, poiché le mutazioni stesse sono cambiamenti casuali e non orientati e non possono garantire l'adattamento degli individui ai fattori ambientali, mentre la selezione naturale già ordina questi cambiamenti. Allo stesso modo, la selezione stessa non può essere l'unico fattore dell'evoluzione, poiché la selezione richiede materiale appropriato fornito dalle mutazioni.
Tuttavia, si può notare che il processo di mutazione e il flusso genico creano variazione, mentre la selezione naturale e la deriva genetica risolvono questa variazione. Ciò significa che i fattori che creano variabilità avviano il processo di microevoluzione, e quelli che selezionano la variabilità lo continuano, portando alla creazione di nuove frequenze di varianti. Pertanto, il cambiamento evolutivo all’interno di una popolazione può essere visto come il risultato di forze opposte che creano e selezionano la variazione genotipica.
Un esempio dell'interazione tra il processo di mutazione e la selezione è l'emofilia nell'uomo. L’emofilia è una malattia causata dalla ridotta coagulazione del sangue. In precedenza ha portato alla morte nel periodo pre-riproduttivo, poiché qualsiasi danno ai tessuti molli potrebbe potenzialmente portare a una significativa perdita di sangue. Questa malattia è causata da una mutazione recessiva del gene H (Xh) legato al sesso. Le donne soffrono di emofilia molto raramente; sono più spesso portatrici eterozigoti, ma i loro figli possono ereditare la malattia. Teoricamente, nel corso di diverse generazioni, questi uomini muoiono prima della pubertà e gradualmente questo allele dovrebbe scomparire dalla popolazione, ma la frequenza di insorgenza di questa malattia non diminuisce a causa di ripetute mutazioni in questo locus, come accadde alla regina Vittoria, che trasmise la malattia a tre generazioni delle case reali d'Europa. La frequenza costante di questa malattia indica un equilibrio tra il processo di mutazione e la pressione selettiva.
Forme di selezione naturale, tipi di lotta per l'esistenza
Selezione naturale Chiamano la sopravvivenza selettiva e l'abbandono della prole da parte degli individui più adatti e la morte dei meno adatti.
L'essenza della selezione naturale nella teoria dell'evoluzione risiede nella conservazione differenziata (non casuale) di determinati genotipi in una popolazione e nella loro partecipazione selettiva alla trasmissione dei geni alla generazione successiva. Inoltre, non colpisce un singolo tratto (o gene), ma l'intero fenotipo, che si forma come risultato dell'interazione del genotipo con fattori ambientali. La selezione naturale sarà di natura diversa in diverse condizioni ambientali. Attualmente esistono diverse forme di selezione naturale: stabilizzante, guida e lacerante.
Selezione stabilizzante mira a consolidare una norma di reazione ristretta, che si è rivelata la più favorevole nelle date condizioni di esistenza. È tipico per quei casi in cui le caratteristiche fenotipiche sono ottimali per condizioni ambientali immutabili. Un esempio lampante dell'azione della selezione stabilizzante è la conservazione di una temperatura corporea relativamente costante negli animali a sangue caldo. Questa forma di selezione è stata studiata in dettaglio dall'eccezionale zoologo russo I. I. Shmalgauzen.
Selezione di guida nasce in risposta ai cambiamenti delle condizioni ambientali, a seguito dei quali vengono preservate le mutazioni che si discostano dal valore medio del tratto, mentre la forma precedentemente dominante viene distrutta perché non soddisfa sufficientemente le nuove condizioni di esistenza. Ad esempio, in Inghilterra, a causa dell'inquinamento atmosferico dovuto alle emissioni industriali, si diffusero farfalle di falena di betulla, mai viste prima in molti luoghi, con ali di colore scuro, meno visibili agli uccelli sullo sfondo dei tronchi di betulla fuligginosi. La selezione della guida non contribuisce alla completa distruzione della forma contro la quale agisce, poiché, a seguito delle misure adottate dal governo e dalle organizzazioni ambientaliste, la situazione con l'inquinamento atmosferico è nettamente migliorata e il colore delle ali delle farfalle è tornato al colore la sua versione originale.
Strappo, O selezione dirompente favorisce la conservazione delle varianti estreme di un tratto e rimuove quelle intermedie, come, ad esempio, a seguito dell'uso di pesticidi compaiono gruppi di individui di insetti resistenti ad esso. Nel suo meccanismo, la selezione dirompente è l’opposto della selezione stabilizzante. Attraverso questa forma di selezione, in una popolazione nascono diversi fenotipi nettamente delimitati. Questo fenomeno si chiama polimorfismo. Il verificarsi dell'isolamento riproduttivo tra forme distinte può portare alla speciazione.
A volte vengono considerati anche separatamente selezione destabilizzante, che conserva mutazioni che portano ad un'ampia varietà di qualsiasi caratteristica, ad esempio il colore e la struttura delle conchiglie di alcuni molluschi che vivono nelle microcondizioni eterogenee della risacca rocciosa del mare. Questa forma di selezione è stata scoperta da D.K. Belyaev mentre studiava l'addomesticamento degli animali.
In natura, nessuna delle forme di selezione naturale esiste in forma pura, ma al contrario, ne esistono varie combinazioni e, al variare delle condizioni ambientali, prima viene alla ribalta l'una o l'altra. Pertanto, una volta completati i cambiamenti nell'ambiente, la selezione guida viene sostituita dalla selezione stabilizzante, che ottimizza un gruppo di individui in nuove condizioni di esistenza.
La selezione naturale avviene a vari livelli e quindi si distingue anche la selezione individuale, di gruppo e sessuale. Individuale la selezione elimina gli individui meno adattati dalla partecipazione alla riproduzione, mentre la selezione di gruppo mira a preservare un tratto utile non a un individuo, ma al gruppo nel suo insieme. Sotto pressione gruppo la selezione può spazzare via completamente intere popolazioni, specie e gruppi più ampi di organismi senza lasciare prole. A differenza della selezione individuale, la selezione di gruppo riduce la diversità delle forme in natura.
Selezione sessuale svolte all'interno di un genere. Promuove lo sviluppo di tratti che garantiscono il successo nel lasciare la prole più grande. Grazie a questa forma di selezione naturale si è sviluppato il dimorfismo sessuale, espresso nella dimensione e nel colore della coda del pavone, delle corna del cervo, ecc.
Il risultato è la selezione naturale lotta per l'esistenza sulla base della variabilità ereditaria. Per lotta per l’esistenza si intende l’insieme delle relazioni tra individui della propria specie e di altre specie, nonché con fattori ambientali abiotici. Queste relazioni determinano il successo o il fallimento di un particolare individuo nel sopravvivere e nel produrre prole. La ragione della lotta per l'esistenza è la comparsa di un numero eccessivo di individui rispetto alle risorse disponibili. Oltre alla concorrenza, queste relazioni dovrebbero includere anche l’assistenza reciproca, che aumenta le possibilità di sopravvivenza degli individui.
Interazione con fattori ambientali può anche portare alla morte della stragrande maggioranza degli individui, ad esempio degli insetti, di cui solo una piccola parte sopravvive all'inverno.
Teoria sintetica dell'evoluzione
I successi della genetica all’inizio del XX secolo, ad esempio la scoperta delle mutazioni, hanno suggerito che i cambiamenti ereditari nel fenotipo degli organismi avvengono improvvisamente e non si formano in un lungo periodo di tempo, come postulato dalla teoria evoluzionistica dell’uomo. Carlo Darwin. Tuttavia, ulteriori ricerche nel campo della genetica delle popolazioni portarono alla formulazione negli anni 20-50 del XX secolo di un nuovo sistema di visioni evolutive: teoria sintetica dell’evoluzione. Contributi significativi alla sua creazione furono dati da scienziati di diversi paesi: gli scienziati sovietici S. S. Chetverikov, I. I. Shmalgauzen e A. N. Severtsov, il biochimico e genetista inglese D. Haldane, i genetisti americani S. Wright e F. Dobzhansky, l'evoluzionista D. Huxley, il paleontologo D. Simpson e lo zoologo E. Mayr.
Disposizioni fondamentali della teoria sintetica dell'evoluzione:
- La materia elementare dell'evoluzione è la variabilità ereditaria (mutazionale e combinatoria) negli individui di una popolazione.
- L'unità elementare dell'evoluzione è la popolazione in cui si verificano tutti i cambiamenti evolutivi.
- Un fenomeno evolutivo elementare è un cambiamento nella struttura genetica di una popolazione.
- I fattori elementari dell'evoluzione - la deriva genetica, le onde della vita, il flusso genetico - sono di natura non orientata e casuale.
- L’unico fattore direzionale nell’evoluzione è la selezione naturale, che è di natura creativa. La selezione naturale può avere un effetto stabilizzante, trainante e dirompente.
- L'evoluzione è di natura divergente, cioè un taxon può dare origine a diversi nuovi taxa, mentre ogni specie ha un solo antenato (specie, popolazione).
- L’evoluzione è graduale e continua. La speciazione come fase del processo evolutivo è la sostituzione sequenziale di una popolazione con una serie di altre popolazioni temporanee.
- Esistono due tipi di processo evolutivo: microevoluzione e macroevoluzione. La macroevoluzione non ha meccanismi propri speciali e viene effettuata solo grazie a meccanismi microevolutivi.
- Qualsiasi gruppo sistematico può prosperare (progresso biologico) o estinguersi (regressione biologica). Il progresso biologico si ottiene attraverso cambiamenti nella struttura degli organismi: aromorfosi, idioadattamenti o degenerazione generale.
- Le principali leggi dell'evoluzione sono la sua natura irreversibile, la progressiva complicazione delle forme di vita e lo sviluppo dell'adattabilità delle specie al loro ambiente. Allo stesso tempo, l’evoluzione non ha uno scopo finale, cioè il processo non è diretto.
Nonostante il fatto che la teoria evoluzionistica negli ultimi decenni sia stata arricchita con dati provenienti da scienze correlate - genetica, selezione, ecc., essa non tiene ancora conto di una serie di aspetti, ad esempio, i cambiamenti diretti nel materiale ereditario, quindi nella In futuro è possibile creare un nuovo concetto di evoluzione che sostituirà la teoria sintetica.
Fattori elementari dell'evoluzione
Secondo la teoria sintetica dell'evoluzione, un fenomeno evolutivo elementare consiste in un cambiamento nella composizione genetica di una popolazione, e gli eventi e i processi che portano a cambiamenti nei pool genetici sono chiamati fattori elementari dell'evoluzione. Questi includono il processo di mutazione, le ondate di popolazione, la deriva genetica, l’isolamento e la selezione naturale. A causa dell'eccezionale importanza della selezione naturale nell'evoluzione, verrà considerata separatamente.
Processo di mutazione che è continua come l'evoluzione stessa, mantiene l'eterogeneità genetica della popolazione a causa dell'emergere di sempre più nuove varianti genetiche. Le mutazioni che si verificano sotto l'influenza di fattori esterni e interni sono classificate come genetiche, cromosomiche e genomiche.
Mutazioni genetiche si verificano con una frequenza di 10 –4 –10 –7 per gamete, tuttavia, poiché negli esseri umani e nella maggior parte degli organismi superiori il numero totale di geni può raggiungere diverse decine di migliaia, è impossibile immaginare che due organismi siano assolutamente identico. La maggior parte delle mutazioni che si verificano sono recessive, soprattutto perché le mutazioni dominanti sono immediatamente soggette alla selezione naturale. Le mutazioni recessive creano proprio quella riserva di variabilità ereditaria, ma prima di manifestarsi nel fenotipo, devono stabilirsi in molti individui in uno stato eterozigote a causa del libero incrocio nella popolazione.
Mutazioni cromosomiche associati alla perdita o al trasferimento di una parte di un cromosoma (un intero cromosoma) a un altro, sono anche abbastanza comuni in vari organismi, ad esempio la differenza tra alcune specie di ratti sta in un'unica coppia di cromosomi, il che rende difficile per attraversarli.
Mutazioni genomiche, associati alla poliploidizzazione, portano anche all'isolamento riproduttivo della popolazione appena emersa a causa di disturbi nella mitosi della prima divisione dello zigote. Tuttavia, sono abbastanza diffusi nelle piante e tali piante possono crescere nei prati artici e alpini grazie alla loro maggiore resistenza ai fattori ambientali.
La variabilità combinativa, che garantisce l'emergere di nuove varianti di combinazione dei geni nel genotipo e, di conseguenza, aumenta la probabilità dell'emergere di nuovi fenotipi, contribuisce anche ai processi evolutivi, poiché solo nell'uomo il numero di varianti di combinazioni cromosomiche è 2 23, cioè l'apparizione di un organismo simile a quello già esistente, è quasi impossibile.
Ondate di popolazione. Il risultato opposto (l'impoverimento della composizione genetica) è spesso causato dalle fluttuazioni del numero di organismi nelle popolazioni naturali, che in alcune specie (insetti, pesci, ecc.) possono cambiare decine o centinaia di volte - ondate di popolazione, O "onde della vita". Può verificarsi un aumento o una diminuzione del numero di individui nelle popolazioni periodico, COSÌ non periodico. Le prime sono stagionali o perenni, come le migrazioni negli uccelli migratori, o la riproduzione nelle dafnie, che hanno solo individui femminili in primavera ed estate, e in autunno compaiono i maschi, necessari per la riproduzione sessuale. Le fluttuazioni non periodiche del numero sono spesso causate da un forte aumento della quantità di cibo in un anno favorevole, dall’alterazione delle condizioni dell’habitat e dalla proliferazione di parassiti o predatori.
Poiché il ripristino della popolazione avviene a causa di un piccolo numero di individui che non possiedono l’intero set di alleli, le popolazioni nuove e originali avranno strutture genetiche diverse. Viene chiamato un cambiamento nella frequenza dei geni in una popolazione sotto l'influenza di fattori casuali deriva genetica, O processi genetico-automatici. Si verifica anche durante lo sviluppo di nuovi territori, perché accolgono un numero estremamente limitato di individui di una determinata specie, che possono dare origine a una nuova popolazione. Pertanto, i genotipi di questi individui ( effetto fondatore). Come risultato della deriva genetica, spesso emergono nuove forme omozigoti (per alleli mutanti), che possono rivelarsi utili dal punto di vista adattivo e verranno successivamente selezionate dalla selezione naturale.
Pertanto, tra la popolazione indiana del continente americano e quella della Lapponia, la percentuale di persone con gruppo sanguigno I (0) è molto alta, mentre i gruppi III e IV sono estremamente rari. Probabilmente, nel primo caso, i fondatori della popolazione erano individui che non avevano l'allele IB, oppure questo è stato perso durante il processo di selezione.
Fino a un certo punto, si verifica uno scambio di alleli tra popolazioni vicine a seguito dell'incrocio tra individui di popolazioni diverse - flusso genico, che riduce la divergenza tra le singole popolazioni, ma con l’emergere dell’isolamento si arresta. In sostanza, il flusso genico è un processo di mutazione ritardato.
Isolamento. Qualsiasi cambiamento nella struttura genetica della popolazione deve essere corretto, ed è ciò che accade grazie a isolamento- l'emergere di eventuali barriere (geografiche, ambientali, comportamentali, riproduttive, ecc.) che complicano e rendono impossibile l'attraversamento di individui di popolazioni diverse. Sebbene l'isolamento in sé non crei nuove forme, esso tuttavia preserva le differenze genetiche tra popolazioni soggette all'azione della selezione naturale. Esistono due forme di isolamento: geografico e biologico.
Isolamento geografico nasce a seguito della suddivisione del territorio mediante barriere fisiche (ostacoli idrici per gli organismi terrestri, zone terrestri per le specie acquatiche, alternanza di zone elevate e pianeggianti); Ciò è facilitato da uno stile di vita sedentario o attaccato (nelle piante). A volte l'isolamento geografico può essere causato dall'espansione dell'areale di una specie con la successiva estinzione delle sue popolazioni nei territori intermedi.
Isolamento biologicoè una conseguenza di alcune divergenze tra organismi all'interno della stessa specie che in qualche modo impediscono la libera ibridazione. Esistono diversi tipi di isolamento biologico: ambientale, stagionale, etologico, morfologico e genetico. Isolamento ambientale ottenuto attraverso la divisione di nicchie ecologiche (ad esempio, preferenza per determinati habitat o tipi di cibo, come nel crociere dell'abete rosso e del crociere del pino). di stagione L'isolamento (temporaneo) si osserva nel caso di riproduzione di individui della stessa specie in tempi diversi (diversi stock di aringhe). L'isolamento etologico dipende dalle caratteristiche del comportamento (caratteristiche del rituale di corteggiamento, colorazione, “canto” di femmine e maschi di diverse popolazioni). A isolamento morfologico Un ostacolo all'attraversamento è la discrepanza nella struttura degli organi riproduttivi o anche nelle dimensioni del corpo (pechinese e alano). Isolamento genetico ha l'impatto maggiore e si manifesta nell'incompatibilità delle cellule germinali (morte dello zigote dopo la fecondazione), nella sterilità o nella ridotta vitalità degli ibridi. Le ragioni di ciò sono le peculiarità del numero e della forma dei cromosomi, per cui la divisione cellulare completa (mitosi e meiosi) diventa impossibile.
Interrompendo il libero incrocio tra le popolazioni, l'isolamento rafforza in tal modo in esse quelle differenze sorte a livello genotipico a causa di mutazioni e fluttuazioni numeriche. In questo caso ciascuna popolazione è soggetta all’azione della selezione naturale separatamente dalle altre, e questo alla fine porta alla divergenza.
Il ruolo creativo della selezione naturale nell'evoluzione
La selezione naturale funziona come una sorta di “setaccio” che classifica i genotipi in base al loro grado di fitness. Tuttavia, Charles Darwin sottolineava che la selezione non è solo e non tanto finalizzata a preservare esclusivamente il meglio, ma a rimuovere il peggio, cioè permette di preservare la multivarianza. La funzione della selezione naturale non si limita a questo, poiché garantisce la riproduzione di genotipi adattati e, quindi, determina la direzione dell'evoluzione, sommando costantemente deviazioni casuali e numerose. La selezione naturale non ha uno scopo specifico: sulla base dello stesso materiale (variabilità ereditaria) in condizioni diverse si possono ottenere risultati diversi.
A questo proposito, il fattore di evoluzione in esame non può essere paragonato al lavoro di uno scultore che taglia un blocco di marmo; piuttosto, si comporta come un lontano antenato dell'uomo, ricavando uno strumento da un frammento di pietra, senza immaginare il risultato finale, che dipende non solo dalla natura della pietra e dalla sua forma, ma anche dalla forza, dalla direzione del colpo, ecc. Tuttavia, in caso di fallimento, la selezione, come una creatura umanoide, rifiuta la forma “sbagliata”.
Il prezzo per la selezione è l'occorrenza carico genetico, cioè l'accumulo di mutazioni in una popolazione, che nel tempo possono diventare predominanti a causa della morte improvvisa della maggior parte degli individui o della migrazione di un piccolo numero di essi.
Sotto la pressione della selezione naturale, non solo si forma la diversità delle specie, ma aumenta anche il loro livello di organizzazione, compresa la loro complicazione o specializzazione. Tuttavia, a differenza della selezione artificiale, effettuata dall’uomo solo per caratteristiche economicamente valide, spesso a scapito delle proprietà adattive, la selezione naturale non può contribuire a ciò, poiché nessun adattamento in natura può compensare il danno derivante da una diminuzione della vitalità delle specie. la popolazione.
Ricerca di S. S. Chetverikov
Uno dei passi importanti verso la riconciliazione tra darwinismo e genetica fu compiuto dallo zoologo moscovita S. S. Chetverikov (1880–1959). Sulla base dei risultati di uno studio sulla composizione genetica delle popolazioni naturali della mosca della frutta Drosophila, ha dimostrato che portano molte mutazioni recessive in forma eterozigote che non violano l'uniformità fenotipica. La maggior parte di queste mutazioni sono sfavorevoli per il corpo e creano il cosiddetto carico genetico, riducendo l’adattabilità della popolazione nel suo insieme al suo ambiente. Alcune mutazioni che non hanno significato adattativo in un dato momento dello sviluppo della specie possono acquisire un certo valore in seguito, e quindi sono riserva di variabilità ereditaria. La diffusione di tali mutazioni tra gli individui di una popolazione a seguito di successivi incroci liberi può infine portare alla loro transizione verso uno stato omozigote e alla manifestazione nel fenotipo. Se questo stato del segno è asciugacapelli- è adattivo, quindi dopo alcune generazioni sostituirà completamente il fene dominante, insieme ai suoi portatori, dalla popolazione meno adatta alle condizioni date. Pertanto, a causa di tali cambiamenti evolutivi, viene mantenuto solo l’allele mutante recessivo e il suo allele dominante scompare.
Proviamo a dimostrarlo con un esempio specifico. Studiando una particolare popolazione, si può scoprire che non solo la sua struttura fenotipica, ma anche la sua struttura genotipica può rimanere invariata per lungo tempo, a causa del libero incrocio, o panmixia organismi diploidi.
Questo fenomeno è descritto dalla legge Hardy-Weinberg, secondo il quale in una popolazione ideale di dimensioni illimitate, in assenza di mutazioni, migrazioni, ondate di popolazione, deriva genetica, selezione naturale e soggetta a liberi incroci, le frequenze degli alleli e dei genotipi degli organismi diploidi non cambieranno nel corso di un numero di generazioni .
Ad esempio, in una popolazione un certo tratto è codificato da due alleli dello stesso gene: dominante ( UN) e recessivo ( UN). La frequenza dell'allele dominante è designata come R, e recessivo - Q. La somma delle frequenze di questi alleli è 1: P + Q= 1. Pertanto, se conosciamo la frequenza dell'allele dominante, allora possiamo determinare la frequenza dell'allele recessivo: Q = 1 – P. Infatti le frequenze degli alleli sono pari alle probabilità di formazione dei gameti corrispondenti. Quindi, dopo la formazione degli zigoti, le frequenze genotipiche nella prima generazione saranno:
(papà + qa) 2 = P 2 AA. + 2pqAa + Q 2 aa = 1,
Dove P 2 AA.- frequenza di omozigoti dominanti;
2pqAa- frequenza di eterozigoti;
Q 2 aa- frequenza di omozigoti recessivi.
È facile calcolare che nelle generazioni successive le frequenze dei genotipi rimarranno le stesse, mantenendo la diversità genetica della popolazione. Ma in natura non esistono popolazioni ideali e quindi in esse gli alleli mutanti non solo possono persistere, ma anche diffondersi e persino sostituire gli alleli precedentemente più comuni.
S. S. Chetverikov capì chiaramente che la selezione naturale non elimina semplicemente i tratti individuali meno riusciti e, di conseguenza, gli alleli che li codificano, ma agisce anche sull'intero complesso di geni che influenzano la manifestazione di un particolare gene nel fenotipo, o ambiente genotipico. In quanto ambiente genotipico, l'intero genotipo è attualmente considerato come un insieme di geni che possono potenziare o indebolire la manifestazione di alleli specifici.
Non meno importanti nello sviluppo dell’insegnamento evoluzionistico sono gli studi di S. S. Chetverikov nel campo delle dinamiche delle popolazioni, in particolare delle “onde di vita”, o onde di popolazione. Mentre era ancora studente, nel 1905 pubblicò un articolo sulla possibilità di focolai di riproduzione di massa degli insetti e su un altrettanto rapido declino del loro numero.
Il ruolo della teoria evoluzionistica nella formazione del moderno quadro scientifico del mondo
L'importanza della teoria evoluzionistica nello sviluppo della biologia e di altre scienze naturali difficilmente può essere sopravvalutata, poiché è stata la prima a spiegare le condizioni, le cause, i meccanismi e i risultati dello sviluppo storico della vita sul nostro pianeta, cioè ha dato una visione spiegazione materialistica dello sviluppo del mondo organico. Inoltre, la teoria della selezione naturale è stata la prima teoria veramente scientifica dell'evoluzione biologica, poiché quando è stata creata Charles Darwin non si è basato su costruzioni speculative, ma ha proceduto dalle proprie osservazioni e ha fatto affidamento sulle proprietà reali degli organismi viventi. Allo stesso tempo ha arricchito gli strumenti biologici con il metodo storico.
La formulazione della teoria evoluzionistica non solo provocò un acceso dibattito scientifico, ma diede anche impulso allo sviluppo di scienze come la biologia generale, la genetica, la selezione, l'antropologia e molte altre. A questo proposito, non si può non essere d'accordo con l'affermazione secondo cui la teoria dell'evoluzione ha coronato la fase successiva nello sviluppo della biologia ed è diventata il punto di partenza del suo progresso nel ventesimo secolo.
Prove dell'evoluzione della natura vivente. Risultati dell'evoluzione: adattabilità degli organismi al loro ambiente, diversità delle specie
Prove dell'evoluzione della fauna selvatica
In diversi campi della biologia, anche prima di Charles Darwin e dopo la pubblicazione della sua teoria dell'evoluzione, si ottennero tutta una serie di prove a sostegno di tale teoria. Questa prova si chiama prove dell'evoluzione. Le più spesso citate sono prove paleontologiche, biogeografiche, embriologiche comparative, anatomiche comparative e biochimiche comparative dell'evoluzione, sebbene i dati tassonomici, così come la selezione di piante e animali, non possano essere ignorati.
Evidenze paleontologiche basato sullo studio dei resti fossili di organismi. Questi includono non solo organismi ben conservati congelati nel ghiaccio o racchiusi nell’ambra, ma anche “mummie” scoperte in torbiere acide, nonché resti di organismi e fossili conservati nelle rocce sedimentarie. La presenza nelle rocce antiche di organismi più semplici rispetto agli strati successivi, e il fatto che le specie trovate ad un livello scompaiono ad un altro, è considerata una delle prove più significative dell'evoluzione e si spiega con la comparsa e l'estinzione di specie in epoche corrispondenti a causa ai cambiamenti delle condizioni ambientali.
Nonostante finora siano stati scoperti pochi resti fossili e molti frammenti manchino dalla documentazione fossile a causa della bassa probabilità di conservazione dei resti organici, sono state comunque trovate forme di organismi che presentano segni sia di gruppi evolutivamente più antichi che di gruppi più giovani di organismi. Tali forme di organismi sono chiamate forme transitorie. Rappresentanti di spicco delle forme transitorie, che illustrano la transizione dai pesci ai vertebrati terrestri, sono i pesci con pinne lobate e gli stegocefali, e l'Archaeopteryx occupa un certo posto tra rettili e uccelli.
Vengono chiamate file di forme fossili che sono costantemente collegate tra loro nel processo di evoluzione non solo da caratteristiche strutturali generali ma anche particolari serie filogenetiche. Possono essere rappresentati da resti fossili provenienti da diversi continenti, e pretendono di essere più o meno completi, ma il loro studio è impossibile senza il confronto con forme viventi per dimostrare la progressione del processo evolutivo. Un classico esempio di serie filogenetica è l'evoluzione degli antenati del cavallo, studiata dal fondatore della paleontologia evolutiva V. O. Kovalevskij.
Evidenze biogeografiche. Biogeografia come la scienza studia i modelli di distribuzione e distribuzione di specie, generi e altri gruppi di organismi viventi, nonché le loro comunità, sulla superficie del nostro pianeta.
L'assenza in qualsiasi parte della superficie terrestre di specie di organismi che si adattano a tale habitat e che attecchiscono bene se importati artificialmente, come i conigli in Australia, così come la presenza di forme simili di organismi in parti del territorio situate a distanze considerevoli l'una dall'altra indicano, prima di tutto, che l'aspetto della Terra non è sempre stato così, e che le trasformazioni geologiche, in particolare la deriva dei continenti, la formazione delle montagne, l'innalzamento e l'abbassamento del livello dell'Oceano Mondiale influenzano l’evoluzione degli organismi. Ad esempio, quattro specie simili di dipnoi vivono nelle regioni tropicali del Sud America, Sud Africa e Australia, mentre gli habitat di cammelli e lama appartenenti allo stesso ordine si trovano nel Nord Africa, in gran parte dell'Asia e nel Sud America. Studi paleontologici hanno dimostrato che cammelli e lama discendono da un antenato comune che un tempo viveva in Nord America, per poi diffondersi in Asia attraverso l'istmo preesistente presso il sito dello stretto di Bering, e anche attraverso l'istmo di Panama fino al Sud America. Successivamente, tutti i rappresentanti di questa famiglia nelle regioni intermedie si estinsero e nelle regioni regionali si formarono nuove specie nel processo di evoluzione. La precedente separazione dell'Australia dalle altre masse terrestri ha permesso la formazione di una flora e di una fauna completamente speciali, in cui sono state preservate forme di mammiferi come i monotremi: l'ornitorinco e l'echidna.
Dal punto di vista biogeografico si può spiegare anche la diversità dei fringuelli di Darwin delle isole Galapagos, che distano 1200 km dalla costa del Sud America e sono di origine vulcanica. A quanto pare, una volta volarono o furono introdotti loro rappresentanti dell'unica specie di fringuelli dell'Ecuador e poi, mentre si moltiplicavano, alcuni individui si stabilirono nelle isole rimanenti. Nelle grandi isole centrali la lotta per l'esistenza (cibo, siti di nidificazione, ecc.) era più acuta, motivo per cui si formarono specie leggermente diverse tra loro nelle caratteristiche esterne, che consumavano cibi diversi (semi, frutti, nettare, insetti, eccetera.) .).
Hanno influenzato la distribuzione di vari gruppi di organismi e i cambiamenti delle condizioni climatiche sulla Terra, che hanno contribuito alla prosperità di alcuni gruppi e all'estinzione di altri. Vengono chiamate singole specie o gruppi di organismi sopravvissuti da flore e faune precedentemente diffuse reliquie. Questi includono ginkgo, sequoia, albero dei tulipani, celacanto di pesce con pinne lobate, ecc. In un senso più ampio, vengono chiamate specie di piante e animali che vivono in aree limitate del territorio o aree acquatiche endemico, O endemico. Ad esempio, tutti i rappresentanti della flora e della fauna indigene dell'Australia sono endemici e nella flora e nella fauna del Lago Baikal fino al 75% di essi sono endemici.
Evidenze anatomiche comparative. Lo studio dell'anatomia di gruppi imparentati di animali e piante fornisce prove convincenti della somiglianza nella struttura dei loro organi. Nonostante il fatto che i fattori ambientali lascino sicuramente il segno sulla struttura degli organi, nelle angiosperme, con tutta la loro sorprendente diversità, i fiori hanno sepali, petali, stami e pistilli, e nei vertebrati terrestri l'arto è costruito secondo un disegno a cinque dita piano. Gli organi che hanno una struttura simile, occupano la stessa posizione nel corpo e si sviluppano dagli stessi rudimenti in organismi affini, ma svolgono funzioni diverse, sono chiamati omologo. Così gli ossicini uditivi (martello, incudine e staffa) sono omologhi agli archi branchiali dei pesci, le ghiandole velenose dei serpenti sono le ghiandole salivari di altri vertebrati, le ghiandole mammarie dei mammiferi sono le ghiandole sudoripare, le pinne delle foche e dei cetacei sono le ali degli uccelli, gli arti dei cavalli e delle talpe.
Molto probabilmente gli organi che non hanno funzionato per molto tempo si trasformano in vestigiale (rudimenti)- strutture sottosviluppate rispetto alle forme ancestrali e che hanno perso il loro significato di base. Questi includono il perone negli uccelli, gli occhi nelle talpe e nei ratti talpa, i capelli, il coccige e l'appendice negli esseri umani, ecc.
I singoli individui, tuttavia, possono mostrare caratteristiche assenti in una determinata specie, ma presenti in antenati lontani. atavismi, ad esempio, la tridattilia nei cavalli moderni, lo sviluppo di ulteriori paia di ghiandole mammarie, coda e peli su tutto il corpo umano.
Se gli organi omologhi sono una prova a favore della parentela degli organismi e della divergenza nel processo di evoluzione, allora organismi simili- strutture simili in organismi di gruppi diversi che svolgono le stesse funzioni, al contrario, sono esempi convergenza(la convergenza è lo sviluppo generalmente indipendente di caratteristiche simili in diversi gruppi di organismi esistenti nelle stesse condizioni) e confermano il fatto che l'ambiente lascia un'impronta significativa sull'organismo. Analoghi sono le ali degli insetti e degli uccelli, gli occhi dei vertebrati e dei cefalopodi (calamari, polpi) e gli arti articolati degli artropodi e dei vertebrati terrestri.
Evidenze embriologiche comparative. Studiando lo sviluppo embrionale in rappresentanti di diversi gruppi di vertebrati, K. Baer ha scoperto la loro sorprendente unità strutturale, specialmente nelle prime fasi di sviluppo ( legge della somiglianza germinale). Successivamente formulò E. Haeckel legge biogenetica, secondo cui l'ontogenesi è una breve ripetizione della filogenesi, cioè le fasi che un organismo attraversa nel processo del suo sviluppo individuale ripetono lo sviluppo storico del gruppo a cui appartiene.
Pertanto, nelle prime fasi di sviluppo, un embrione di vertebrato acquisisce caratteristiche strutturali caratteristiche dei pesci, quindi degli anfibi e, infine, del gruppo a cui appartiene. Questa trasformazione è spiegata dal fatto che ciascuna delle classi di cui sopra ha antenati comuni con rettili, uccelli e mammiferi moderni.
Tuttavia, la legge biogenetica presenta una serie di limiti, e quindi lo scienziato russo A. N. Severtsov ha limitato significativamente la portata della sua applicazione ripetendo nell'ontogenesi esclusivamente le caratteristiche degli stadi embrionali di sviluppo delle forme ancestrali.
Evidenza biochimica comparativa. Lo sviluppo di metodi più accurati di analisi biochimica ha fornito agli scienziati evoluzionisti un nuovo gruppo di dati a favore dello sviluppo storico del mondo organico, poiché la presenza delle stesse sostanze in tutti gli organismi indica una possibile omologia biochimica, simile a quella livello di organi e tessuti. Studi biochimici comparativi della struttura primaria di proteine così diffuse come il citocromo Con e l'emoglobina, così come gli acidi nucleici, in particolare l'rRNA, hanno dimostrato che molti di essi hanno quasi la stessa struttura e svolgono le stesse funzioni in rappresentanti di specie diverse, e più stretta è la relazione, maggiore è la somiglianza nella struttura di le sostanze oggetto di studio.
Pertanto, la teoria dell'evoluzione è confermata da una quantità significativa di dati provenienti da varie fonti, che indicano ancora una volta la sua affidabilità, ma cambierà e sarà ancora perfezionata, poiché molti aspetti della vita degli organismi rimangono fuori dal campo visivo dei ricercatori .
Risultati dell'evoluzione: adattabilità degli organismi al loro ambiente, diversità delle specie
Oltre alle caratteristiche generali caratteristiche dei rappresentanti di un particolare regno, le specie di organismi viventi sono caratterizzate da una sorprendente varietà di caratteristiche della struttura esterna ed interna, dell'attività vitale e persino del comportamento che sono apparsi e sono stati selezionati nel processo di evoluzione e garantiscono l'adattamento alle condizioni di vita. Tuttavia, non si deve presumere che, poiché gli uccelli e gli insetti hanno le ali, ciò sia dovuto all'azione diretta dell'aria, perché ci sono moltissimi insetti e uccelli senza ali. Gli adattamenti sopra menzionati sono stati selezionati attraverso un processo di selezione naturale dall'intero spettro di mutazioni disponibili.
Le piante epifite, che vivono non sul suolo, ma sugli alberi, si sono adattate ad assorbire l'umidità atmosferica con l'aiuto di radici senza peli radicali, ma con uno speciale tessuto igroscopico - velamen. Alcune bromelie possono assorbire il vapore acqueo nell'atmosfera umida dei tropici utilizzando i peli delle foglie.
Le piante insettivore (drosera, acchiappamosche di Venere) che vivono su terreni dove l'azoto non è disponibile per un motivo o per l'altro, hanno sviluppato un meccanismo per attirare e assorbire piccoli animali, molto spesso insetti, che sono la fonte dell'elemento necessario per loro.
Per proteggersi dall'essere mangiate dagli erbivori, molte piante che conducono uno stile di vita attaccato hanno sviluppato mezzi di protezione passivi, come spine (biancospino), spine (rosa), peli urticanti (ortica), accumulo di cristalli di ossalato di calcio (acetosella) , sostanze biologicamente attive nei tessuti (caffè, biancospino), ecc. In alcuni di essi, anche i semi dei frutti acerbi sono circondati da cellule pietrose che impediscono ai parassiti di raggiungerli, e solo in autunno avviene il processo di disboscamento, che permette ai semi di entrare nel terreno e germinare (pera).
Anche l’ambiente ha un influsso formativo sugli animali. Pertanto, molti pesci e mammiferi acquatici hanno una forma corporea snella, che rende loro più facile muoversi attraverso il suo spessore. Tuttavia, non si dovrebbe presumere che l'acqua influenzi direttamente la forma del corpo, è semplicemente che nel processo di evoluzione quegli animali che possedevano questa caratteristica si sono rivelati i più adattati ad esso.
Il corpo delle balene e dei delfini non è ricoperto di pelo, mentre il relativo gruppo di pinnipedi ha un pelo più o meno ridotto, poiché, a differenza dei primi, trascorrono parte del loro tempo sulla terraferma, dove senza lana la loro pelle verrebbe immediatamente diventare ghiacciato.
Il corpo della maggior parte dei pesci è ricoperto di squame, che sul lato inferiore sono di colore più chiaro che su quello superiore, per cui questi animali sono difficilmente visibili dall'alto come nemici naturali sullo sfondo del fondo, e dal basso - sullo sfondo sfondo del cielo. Viene chiamata la colorazione che rende gli animali invisibili ai loro nemici o prede condiscendente. È molto diffuso in natura. Un esempio lampante di tale colorazione è la colorazione della parte inferiore delle ali della farfalla callima, che, sedendosi su un ramo e piegando insieme le ali, risulta somigliare a una foglia secca. Altri insetti, come gli insetti stecco, si mimetizzano come ramoscelli di piante.
Anche la colorazione maculata o striata ha un significato adattivo, poiché sullo sfondo del suolo uccelli come quaglie o edredoni non sono visibili nemmeno a distanza ravvicinata. Anche le uova maculate degli uccelli che nidificano sul terreno sono invisibili.
La colorazione degli animali non è sempre costante come quella della zebra; ad esempio, la passera e il camaleonte sono in grado di cambiarla a seconda della natura del luogo in cui si trovano. I cuculi, deponendo le uova nei nidi di diversi uccelli, possono variare il colore del loro guscio in modo tale che i “proprietari” del nido non si accorgano delle differenze tra questo e le proprie uova.
La colorazione degli animali non li rende sempre invisibili: molti di loro attirano semplicemente l'attenzione, il che dovrebbe avvisare del pericolo. La maggior parte di questi insetti e rettili sono velenosi in un modo o nell'altro, come una coccinella o una vespa, quindi un predatore, avendo provato sensazioni spiacevoli più volte dopo aver mangiato un oggetto del genere, lo evita. Tuttavia, colorazione di avvertimento non è universale, poiché alcuni uccelli si sono adattati a nutrirsene (poiana).
Le maggiori possibilità di sopravvivenza negli individui con colorazione di avvertimento hanno contribuito alla sua comparsa in rappresentanti di altre specie senza ragioni adeguate. Questo fenomeno si chiama mimica. Pertanto, i bruchi non velenosi di alcune specie di farfalle imitano quelli velenosi e le coccinelle imitano uno dei tipi di scarafaggi. Tuttavia, gli uccelli possono imparare rapidamente a distinguere gli organismi velenosi da quelli non velenosi e a consumare questi ultimi, evitando gli individui che fungevano da modelli.
In alcuni casi, si può osservare anche il fenomeno opposto: gli animali predatori imitano a colori animali innocui, il che consente loro di avvicinarsi alla vittima a distanza ravvicinata e quindi attaccare (bavosa dai denti a sciabola).
La protezione di molte specie è fornita anche dal comportamento adattivo, che è associato alla conservazione del cibo per l'inverno, alla cura della prole, al congelamento sul posto o, al contrario, all'adozione di una posa minacciosa. Così, i castori di fiume preparano diversi metri cubi di rami, parti di tronchi e altro cibo vegetale per l'inverno, inondandolo nell'acqua vicino alle “capanne”.
La cura della prole è caratteristica principalmente dei mammiferi e degli uccelli, tuttavia si trova anche nei rappresentanti di altre classi di cordati. Ad esempio, è noto il comportamento aggressivo degli spinarelli maschi, che allontanano tutti i nemici dal nido in cui si trovano le uova. Le rane artigliate maschi avvolgono le uova attorno alle zampe e le trasportano finché i girini non si schiudono.
Anche alcuni insetti sono in grado di fornire alla loro prole un habitat più favorevole. Ad esempio, le api nutrono le loro larve e le giovani api inizialmente “lavorano” solo nell'alveare. Le formiche muovono le loro pupe su e giù nel formicaio, a seconda della temperatura e dell'umidità, e quando c'è pericolo di inondazioni, generalmente le portano con sé. I coleotteri carabi preparano palline speciali con rifiuti animali per le loro larve.
Molti insetti, quando minacciati di attacco, si congelano sul posto e assumono la forma di bastoncini, ramoscelli e foglie secchi. Le vipere, al contrario, si alzano e gonfiano il cappuccio, mentre il serpente a sonagli emette un suono speciale con un sonaglio situato all'estremità della coda.
Gli adattamenti comportamentali sono integrati da quelli fisiologici legati alle caratteristiche dell'habitat. Pertanto, una persona è in grado di rimanere sott'acqua senza attrezzatura subacquea solo per pochi minuti, dopo di che può perdere conoscenza e morire a causa della mancanza di ossigeno, e le balene non emergono per un periodo piuttosto lungo. Il loro volume polmonare non è troppo grande, ma ci sono altri adattamenti fisiologici, ad esempio nei muscoli c'è un'alta concentrazione del pigmento respiratorio: la mioglobina, che, per così dire, immagazzina ossigeno e lo rilascia durante l'immersione. Inoltre, le balene hanno una formazione speciale: una "rete meravigliosa", che consente l'utilizzo dell'ossigeno anche dal sangue venoso.
Gli animali che vivono in habitat caldi, come i deserti, sono costantemente a rischio di surriscaldamento e di perdita di umidità in eccesso. Pertanto, la volpe fennec ha orecchie estremamente grandi che le consentono di irradiare calore. Gli anfibi delle regioni desertiche, per evitare la perdita di umidità attraverso la pelle, sono costretti a passare a uno stile di vita notturno, quando l'umidità aumenta e appare la rugiada.
Gli uccelli che hanno dominato l'habitat aereo, oltre agli adattamenti anatomici e morfologici per il volo, hanno anche importanti caratteristiche fisiologiche. Ad esempio, a causa del fatto che il movimento nell'aria richiede un dispendio energetico estremamente elevato, questo gruppo di vertebrati è caratterizzato da un elevato tasso metabolico e i prodotti metabolici escreti vengono immediatamente eliminati, il che aiuta a ridurre la densità specifica del corpo.
Gli adattamenti all'ambiente, nonostante tutta la loro perfezione, sono relativi. Pertanto, alcune specie di euforbia producono alcaloidi velenosi per la maggior parte degli animali, ma i bruchi di una specie di farfalla - le danaidi - non solo si nutrono di tessuti di euforbia, ma accumulano anche questi alcaloidi, diventando immangiabili per gli uccelli.
Inoltre, gli adattamenti sono utili solo in un particolare ambiente e sono inutili in un altro ambiente. Ad esempio, un raro e grande predatore, la tigre di Ussuri, come tutti i gatti, ha cuscinetti morbidi sulle zampe e artigli affilati retrattili, denti affilati, vista eccellente anche al buio, udito acuto e muscoli forti, che gli permettono di individuare la sua presenza. preda, avvicinati di soppiatto inosservato e tendi un'imboscata. Tuttavia il suo colore striato la mimetizza solo in primavera, estate e autunno, mentre nella neve diventa ben visibile e la tigre non può contare che su un attacco fulmineo.
Le infiorescenze di fico, che producono frutti pregiati, hanno una struttura così specifica che vengono impollinate solo da vespe blastofagie, e quindi, una volta introdotte in coltura, non hanno dato frutti per molto tempo. Solo lo sviluppo di varietà partenocarpiche di fichi (che formano frutti senza fecondazione) potrebbe salvare la situazione.
Nonostante siano stati descritti esempi di speciazione in periodi di tempo molto brevi, come nel caso del sonaglio nei prati caucasici, che, a causa dello sfalcio regolare, si è inizialmente diviso in due popolazioni: a fioritura e fruttificazione precoce e a fioritura tardiva, infatti la microevoluzione richiede molto probabilmente periodi molto più lunghi - molti secoli, perché l'umanità, i cui diversi gruppi sono stati separati gli uni dagli altri per millenni, tuttavia, non si è mai divisa in specie diverse. Tuttavia, poiché l'evoluzione ha un tempo praticamente illimitato, nel corso di centinaia di milioni e miliardi di anni, sulla Terra hanno già vissuto diversi miliardi di specie, la maggior parte delle quali si sono estinte, e quelle che sono arrivate fino a noi sono fasi qualitative di questo processo in corso.
Secondo i dati moderni, sulla Terra esistono oltre 2 milioni di specie di organismi viventi, la maggior parte dei quali (circa 1,5 milioni di specie) appartengono al regno animale, circa 400mila al regno vegetale, oltre 100mila al regno dei funghi, e riposo - ai batteri. Tale sorprendente diversità è il risultato della divergenza (divergenza) delle specie secondo varie caratteristiche morfologiche, fisiologiche-biochimiche, ecologiche, genetiche e riproduttive. Ad esempio, uno dei generi più grandi di piante appartenenti alla famiglia delle Orchidaceae, il dendrobium, comprende oltre 1.400 specie e il genere dei coleotteri comprende oltre 1.600 specie.
La classificazione degli organismi è un compito della tassonomia, che da 2mila anni cerca di costruire non solo una gerarchia armoniosa, ma un sistema “naturale” che riflette il grado di parentela degli organismi. Tuttavia, tutti i tentativi in tal senso non sono stati ancora coronati da successo, poiché in numerosi casi, nel processo di evoluzione, è stata osservata non solo la divergenza dei caratteri, ma anche la convergenza (convergenza), a seguito della quale in molto In gruppi distanti gli organi acquisirono somiglianze, come gli occhi dei cefalopodi e gli occhi dei mammiferi.
Macroevoluzione. Direzioni e percorsi dell'evoluzione (A. N. Severtsov, I. I. Shmalgauzen). Progresso e regressione biologica, aromorfosi, idioadattamento, degenerazione. Cause del progresso e della regressione biologica. Ipotesi sull'origine della vita sulla Terra. Aromorfosi fondamentali nell'evoluzione delle piante e degli animali. Complicazione degli organismi viventi nel processo di evoluzione
Macroevoluzione
La formazione di una specie segna un nuovo ciclo del processo evolutivo, poiché gli individui di questa specie, essendo più adattati alle condizioni ambientali rispetto agli individui della specie madre, si stabiliscono gradualmente in nuovi territori e la mutagenesi, le ondate di popolazione, l'isolamento e la selezione naturale giocano il loro ruolo creativo nelle sue popolazioni. Con il passare del tempo, queste popolazioni danno origine a nuove specie che, a causa dell'isolamento genetico, hanno molte più somiglianze tra loro che con le specie del genere da cui si è ramificata la specie madre, e così nasce un nuovo genere, poi un nuovo famiglia, ordine (ordine), classe, ecc. L'insieme dei processi evolutivi che portano all'emergere di taxa sopraspecifici (generi, famiglie, ordini, classi, ecc.) è chiamato macroevoluzione. I processi macroevolutivi, per così dire, generalizzano i cambiamenti microevolutivi che si verificano in un lungo periodo di tempo, identificando le principali tendenze, direzioni e modelli di evoluzione del mondo organico, che non sono osservabili a un livello inferiore. Finora non sono stati identificati meccanismi specifici di macroevoluzione, quindi si ritiene che si svolga solo attraverso processi microevolutivi, tuttavia questa posizione è costantemente soggetta a critiche fondate.
L'emergere di un complesso sistema gerarchico del mondo organico è in gran parte il risultato del tasso di evoluzione disuguale di vari gruppi di organismi. Pertanto, il già citato ginkgo biloba è stato, per così dire, "conservato" per migliaia di anni, mentre i pini che gli sono abbastanza vicini sono cambiati in modo significativo durante questo periodo.
Direzioni e percorsi dell'evoluzione (A. N. Severtsov, I. I. Shmalgauzen). Progresso e regressione biologica, aromorfosi, idioadattamento, degenerazione
Analizzando la storia del mondo organico, si può notare che in certi periodi di tempo dominavano alcuni gruppi di organismi, che poi declinarono o scomparvero del tutto. Si possono quindi distinguere tre linee principali direzioni di evoluzione: progresso biologico, regressione biologica e stabilizzazione biologica. Un contributo significativo allo sviluppo della dottrina delle direzioni e dei percorsi dell'evoluzione è stato dato dagli evoluzionisti russi A. N. Severtsov e I. I. Shmalgauzen.
Progresso biologico associato alla prosperità biologica del gruppo nel suo insieme e ne caratterizza il successo evolutivo. Riflette lo sviluppo naturale della natura vivente dal semplice al complesso, da un grado di organizzazione inferiore a uno superiore. Secondo A.N. Severtsov, i criteri per il progresso biologico sono l'aumento del numero di individui di un dato gruppo, l'espansione del suo areale, nonché l'emergere e lo sviluppo di gruppi di rango inferiore all'interno della sua composizione (trasformazione di una specie in un genere, un genere in una famiglia, ecc.). Attualmente si osserva progresso biologico nelle angiosperme, negli insetti, nei pesci ossei e nei mammiferi.
Secondo A. N. Severtsov, il progresso biologico può essere raggiunto come risultato di alcune trasformazioni morfofisiologiche degli organismi e ha identificato tre principali modalità di raggiungimento: arogenesi, allogenesi e catagenesi.
Arogenesi, o progresso morfofisiologico, è associato ad una significativa espansione della gamma di questo gruppo di organismi dovuta all'acquisizione di grandi cambiamenti strutturali - aromorfosi.
Aromorfosi chiamata una trasformazione evolutiva della struttura e delle funzioni di un organismo, che aumenta il suo livello di organizzazione e apre nuove opportunità di adattamento alle varie condizioni di esistenza.
Esempi di aromorfosi sono l'emergere di una cellula eucariotica, la multicellularità, l'aspetto di un cuore nei pesci e la sua divisione in un setto completo negli uccelli e nei mammiferi, la formazione di un fiore nelle angiosperme, ecc.
Allogenesi, a differenza dell'arogenesi, non è accompagnata da un'espansione dell'areale, tuttavia, all'interno di quello vecchio sorge una significativa diversità di forme che presentano particolari adattamenti all'ambiente - idioadattamenti.
Adattamento idiomatico- questo è un piccolo adattamento morfofisiologico a particolari condizioni ambientali, utile nella lotta per l'esistenza, ma non cambia il livello di organizzazione. Questi cambiamenti sono illustrati dalla colorazione protettiva degli animali, dalla varietà dell'apparato boccale degli insetti, dalle spine delle piante, ecc. Un esempio altrettanto riuscito sono i fringuelli di Darwin, specializzati in vari tipi di cibo, in cui le trasformazioni hanno interessato prima il becco, poi altre parti del corpo: piumaggio, coda e così via.
Per quanto paradossale possa sembrare, la semplificazione dell'organizzazione può portare al progresso biologico. Questo percorso si chiama catagenesi.
Degenerazione- questa è la semplificazione degli organismi nel processo di evoluzione, che è accompagnata dalla perdita di alcune funzioni o organi.
La fase del progresso biologico è sostituita da una fase stabilizzazione biologica, la cui essenza è preservare le caratteristiche di una data specie come le più favorevoli in un dato microambiente. Secondo I. I. Shmalhausen, ciò "non significa la cessazione dell'evoluzione; al contrario, significa la massima coerenza dell'organismo con i cambiamenti nell'ambiente". I “fossili viventi” di celacanto, gingko, ecc. sono in fase di stabilizzazione biologica.
L'antipode del progresso biologico è regressione biologica- declino evolutivo di un dato gruppo a causa dell'incapacità di adattarsi ai cambiamenti ambientali. Si manifesta con una diminuzione del numero della popolazione, un restringimento degli areali e una diminuzione del numero di gruppi di rango inferiore all'interno di un taxon superiore. Un gruppo di organismi che si trova in uno stato di regressione biologica è minacciato di estinzione. Nella storia del mondo organico si possono vedere molti esempi di questo fenomeno, e attualmente la regressione è caratteristica di alcune felci, anfibi e rettili. Con l'avvento dell'uomo la regressione biologica è spesso dovuta alle sue attività economiche.
Le direzioni e i percorsi di evoluzione del mondo organico non si escludono a vicenda, cioè la comparsa di aromorfosi non significa che non possano più verificarsi idioadattamento o degenerazione. Al contrario, secondo quanto sviluppato da A. N. Severtsov e I. I. Shmalgauzen regola del cambiamento di fase, varie direzioni del processo evolutivo e modi per raggiungere il progresso biologico si sostituiscono naturalmente a vicenda. Nel corso dell'evoluzione, questi percorsi si combinano: aromorfosi abbastanza rare trasferiscono un gruppo di organismi a un livello di organizzazione qualitativamente nuovo, e l'ulteriore sviluppo storico segue il percorso dell'idioadattamento o della degenerazione, garantendo l'adattamento a condizioni ambientali specifiche.
Cause del progresso e della regressione biologica
Nel processo di evoluzione, l'asticella della selezione naturale viene superata e, di conseguenza, progrediscono solo quei gruppi di organismi in cui la variabilità ereditaria crea un numero sufficiente di combinazioni in grado di garantire la sopravvivenza del gruppo nel suo insieme.
Quei gruppi che per qualche motivo non dispongono di tale riserva sono, nella maggior parte dei casi, condannati all'estinzione. Ciò è spesso dovuto alla bassa pressione selettiva nelle fasi precedenti del processo evolutivo, che ha portato a una ristretta specializzazione del gruppo o addirittura a fenomeni degenerativi. La conseguenza di ciò è l’incapacità di adattarsi alle nuove condizioni ambientali quando si verificano cambiamenti improvvisi. Un esempio lampante di ciò è la morte improvvisa dei dinosauri dovuta alla caduta di un gigantesco corpo celeste sulla Terra 65 milioni di anni fa, che provocò un terremoto, l'innalzamento di milioni di tonnellate di polvere nell'aria, una forte ondata di freddo, e la morte della maggior parte delle piante e degli animali erbivori. Allo stesso tempo, gli antenati dei mammiferi moderni, non avendo preferenze ristrette per le fonti di cibo ed essendo a sangue caldo, furono in grado di sopravvivere a queste condizioni e occupare una posizione dominante sul pianeta.
Ipotesi sull'origine della vita sulla Terra
Di tutta la gamma di ipotesi sulla formazione della Terra, il maggior numero di fatti testimonia a favore della teoria del “Big Bang”. Dato che questa ipotesi scientifica si basa principalmente su calcoli teorici, il Large Hadron Collider, costruito presso il Centro europeo di ricerca nucleare vicino a Ginevra (Svizzera), è chiamato a confermarla sperimentalmente. Secondo la teoria del Big Bang, la Terra si è formata oltre 4,5 miliardi di anni fa insieme al Sole e ad altri pianeti del sistema solare a seguito della condensazione di una nube di gas e polvere. La diminuzione della temperatura del pianeta e la migrazione degli elementi chimici su di esso hanno contribuito alla sua stratificazione nel nucleo, nel mantello e nella crosta, e i successivi processi geologici (movimento delle placche tettoniche, attività vulcanica, ecc.) hanno causato la formazione del atmosfera e idrosfera.
Anche la vita esiste sulla Terra da moltissimo tempo, come dimostrano i resti fossili di vari organismi nelle rocce, ma le teorie fisiche non possono rispondere alla questione del tempo e delle ragioni della sua comparsa. Esistono due punti di vista opposti sull'origine della vita sulla Terra: le teorie dell'abiogenesi e della biogenesi. Teorie dell'abiogenesi affermare la possibilità dell'origine degli esseri viventi da esseri non viventi. Questi includono il creazionismo, l'ipotesi della generazione spontanea e la teoria dell'evoluzione biochimica di A.I. Oparin.
Posizione fondamentale creazionismo la creazione del mondo era un certo essere soprannaturale (Creatore), che si riflette nei miti dei popoli del mondo e nei culti religiosi, ma l'età del pianeta e la vita su di esso supera di gran lunga le date indicate in queste fonti, e ci sono molte incoerenze in essi.
Fondatore teorie della generazione spontanea La vita è considerata l'antico scienziato greco Aristotele, il quale sosteneva che è possibile che nuove creature appaiano più volte, ad esempio lombrichi dalle pozzanghere e vermi e mosche dalla carne marcia. Tuttavia, queste opinioni furono confutate nei secoli XVII-XIX dagli audaci esperimenti di F. Redi e L. Pasteur.
Il medico italiano Francesco Redi nel 1688 mise pezzi di carne in vasi e li sigillò ermeticamente, ma in essi non apparvero vermi, mentre apparivano in vasi aperti. Per confutare la convinzione prevalente che il principio vitale fosse contenuto nell'aria, ripeté i suoi esperimenti, ma non sigillò i vasi, ma li coprì con diversi strati di mussola, e ancora una volta la vita non apparve. Nonostante i dati convincenti ottenuti da F. Redi, le ricerche di A. van Leeuwenhoek fornirono nuovi spunti alla discussione sul “principio vitale”, che continuò per tutto il secolo successivo.
Un altro ricercatore italiano, Lazzaro Spallanzani, modificò gli esperimenti di F. Redi nel 1765 facendo bollire per diverse ore decotti di carne e verdure e sigillandoli. Dopo diversi giorni, anche lì non trovò alcun segno di vita e concluse che gli esseri viventi possono nascere solo da esseri viventi.
Il colpo finale alla teoria della generazione spontanea venne dal grande microbiologo francese Louis Pasteur nel 1860, quando mise del brodo bollito in una fiasca con collo a S e non riuscì a ottenere alcun germe. Sembrerebbe che ciò testimoniasse a favore delle teorie della biogenesi, ma rimaneva aperta la questione su come sia nato il primissimo organismo.
Il biochimico sovietico A.I. Oparin cercò di rispondere, giungendo alla conclusione che la composizione dell’atmosfera terrestre nelle prime fasi della sua esistenza era completamente diversa da quella dei nostri tempi. Molto probabilmente consisteva di ammoniaca, metano, anidride carbonica e vapore acqueo, ma non conteneva ossigeno libero. Sotto l'influenza di scariche elettriche ad alta potenza e ad alte temperature, in esso potevano essere sintetizzati i composti organici più semplici, il che fu confermato dagli esperimenti di S. Miller e G. Urey nel 1953, che ne ottennero diversi aminoacidi, carboidrati semplici, adenina, urea, nonché acidi grassi semplici, acido formico e acetico.
Tuttavia, la sintesi delle sostanze organiche non significa ancora l'emergere della vita, quindi propone A.I. Oparin ipotesi di evoluzione biochimica, secondo il quale varie sostanze organiche si sono formate e si sono combinate in molecole più grandi nelle acque poco profonde dei mari e degli oceani, dove le condizioni per la sintesi chimica e la polimerizzazione sono più favorevoli. Le molecole di RNA sono attualmente considerate i primi portatori di vita.
Alcune di queste sostanze formarono gradualmente complessi stabili in acqua - coacervati, O gocce coacervate, somiglianti a gocce di grasso nel brodo. Questi coacervati ricevevano varie sostanze dalla soluzione circostante, la quale subiva trasformazioni chimiche avvenute nelle gocce. Come le sostanze organiche, i coacervati stessi non erano esseri viventi, ma rappresentavano il passo successivo nella loro comparsa.
Quei coacervati che avevano un rapporto favorevole di sostanze nella loro composizione, in particolare proteine e acidi nucleici, grazie alle proprietà catalitiche delle proteine enzimatiche, col tempo acquisirono la capacità di riprodursi della propria specie e di effettuare reazioni metaboliche, mentre la struttura delle proteine era codificati dagli acidi nucleici.
Tuttavia, oltre alla riproduzione, i sistemi viventi sono caratterizzati dalla dipendenza dall'approvvigionamento di energia dall'esterno. Questo problema è stato inizialmente risolto mediante la decomposizione senza ossigeno delle sostanze organiche presenti nell'ambiente (a quel tempo non c'era ossigeno nell'atmosfera), cioè
nutrizione eterotrofa. Alcune delle sostanze organiche assorbite si sono rivelate in grado di accumulare l'energia della luce solare, come la clorofilla, che ha permesso a numerosi organismi di passare alla nutrizione autotrofa. Il rilascio di ossigeno nell'atmosfera durante la fotosintesi ha portato all'emergere di una respirazione dell'ossigeno più efficiente, alla formazione dello strato di ozono e, in definitiva, alla comparsa di organismi sulla terra.
Pertanto, il risultato dell'evoluzione chimica fu l'apparenza protobionti- organismi viventi primari, dai quali, a seguito dell'evoluzione biologica, hanno avuto origine tutte le specie attualmente esistenti.
La teoria dell'evoluzione biochimica nel nostro tempo è la più confermata, ma l'idea dei meccanismi specifici dell'origine della vita è cambiata. Ad esempio, si è scoperto che la formazione di sostanze organiche inizia nello spazio e le sostanze organiche svolgono un ruolo importante anche nella formazione stessa dei pianeti, garantendo l'adesione di piccole parti. La formazione di sostanze organiche avviene anche nelle viscere del pianeta: durante un'eruzione, un vulcano rilascia fino a 15 tonnellate di materia organica. Esistono altre ipotesi riguardanti i meccanismi di concentrazione delle sostanze organiche: congelamento della soluzione, assorbimento (legame) sulla superficie di alcuni composti minerali, azione di catalizzatori naturali, ecc. L'emergere della vita sulla Terra è attualmente impossibile, poiché eventuali sostanze organiche che si formassero spontaneamente in qualsiasi punto dei pianeti verrebbero immediatamente ossidate dall'ossigeno libero dell'atmosfera o utilizzate da organismi eterotrofi. Ciò fu capito già nel 1871 da Charles Darwin.
Teorie della biogenesi negare l’origine spontanea della vita. Le principali sono l’ipotesi dello stato stazionario e l’ipotesi della panspermia. Il primo si basa sul fatto che la vita esiste da sempre, tuttavia sul nostro pianeta esistono rocce molto antiche in cui non vi sono tracce dell'attività del mondo organico.
Ipotesi della panspermia sostiene che gli embrioni della vita siano stati portati sulla Terra dallo spazio da alcuni alieni o dalla divina provvidenza. Questa ipotesi è supportata da due fatti: la necessità di tutti gli esseri viventi, cosa piuttosto rara sul pianeta, ma spesso presente nei meteoriti, del molibdeno, nonché la scoperta di organismi simili ai batteri sui meteoriti di Marte. Tuttavia, come sia nata la vita su altri pianeti rimane poco chiaro.
Aromorfosi fondamentali nell'evoluzione delle piante e degli animali
Gli organismi vegetali e animali, che rappresentano vari rami dell'evoluzione del mondo organico, nel processo di sviluppo storico hanno acquisito in modo indipendente alcune caratteristiche strutturali, che saranno descritte ulteriormente.
Nelle piante, i più importanti sono il passaggio da aploide a diploide, l'indipendenza dall'acqua durante il processo di fecondazione, il passaggio dalla fecondazione esterna a quella interna e il verificarsi della doppia fecondazione, la divisione del corpo in organi, lo sviluppo di il sistema di conduzione, la complicazione e il miglioramento dei tessuti, nonché la specializzazione dell'impollinazione con l'aiuto di insetti e la distribuzione di semi e frutti.
Il passaggio dall'aploidia alla diploidia ha reso le piante più resistenti ai fattori ambientali a causa di un ridotto rischio di mutazioni recessive. Apparentemente, questa trasformazione ha interessato gli antenati delle piante vascolari, che non includono le briofite, caratterizzate da una predominanza del gametofito nel ciclo vitale.
Le principali aromorfosi nell'evoluzione degli animali sono associate all'emergere della multicellularità e al crescente smembramento di tutti i sistemi di organi, all'emergere di uno scheletro forte, allo sviluppo del sistema nervoso centrale, nonché al comportamento sociale in vari gruppi di individui altamente organizzati animali, che diedero impulso al progresso umano.
Complicazione degli organismi viventi nel processo di evoluzione
La storia del mondo organico sulla Terra è studiata dai resti conservati, dalle impronte e da altre tracce dell'attività vitale degli organismi viventi. Lei è un soggetto scientifico paleontologia. Sulla base del fatto che i resti di diversi organismi si trovano in diversi strati rocciosi, è stata creata una scala geocronologica, secondo la quale la storia della Terra è stata suddivisa in determinati periodi di tempo: eoni, ere, periodi e secoli.
Eone chiamato un ampio periodo di tempo nella storia geologica, che unisce diverse epoche. Attualmente si distinguono solo due eoni: criptozoico (vita nascosta) e fanerozoico (vita manifesta). Era- questo è un periodo di tempo nella storia geologica, che è una divisione di un eone, che a sua volta unisce periodi. Nel Criptozoico ci sono due ere (Archeano e Proterozoico), mentre nel Fanerozoico ce ne sono tre (Paleozoico, Mesozoico e Cenozoico).
Un ruolo importante nella creazione della scala geocronologica è stato svolto da fossili guida- i resti di organismi che in certi periodi furono numerosi e ben conservati.
Sviluppo della vita nel criptozoico. L'Archeano e il Proterozoico costituiscono la maggior parte della storia della vita (periodo 4,6 miliardi di anni fa - 0,6 miliardi di anni fa), ma ci sono poche informazioni sulla vita durante quel periodo. I primi resti di sostanze organiche di origine biogenica risalgono a circa 3,8 miliardi di anni e gli organismi procarioti esistevano già 3,5 miliardi di anni fa. I primi procarioti facevano parte di ecosistemi specifici: tappetini cianobatterici, grazie all'attività dei quali si formavano specifiche stromatoliti ("tappeti di pietra") di rocce sedimentarie specifiche.
La comprensione della vita degli antichi ecosistemi procariotici è stata aiutata dalla scoperta dei loro analoghi moderni: le stromatoliti a Shark Bay in Australia e pellicole specifiche sulla superficie del suolo a Syvash Bay in Ucraina. Sulla superficie dei tappetini cianobatterici ci sono cianobatteri fotosintetici e sotto il loro strato ci sono batteri estremamente diversi di altri gruppi e archaea. Le sostanze minerali che si depositano sulla superficie del materassino e si formano a causa della sua attività vitale si depositano a strati (circa 0,3 mm all'anno). Ecosistemi così primitivi possono esistere solo in luoghi inabitabili per altri organismi, ed infatti entrambi gli habitat sopra menzionati sono caratterizzati da una salinità estremamente elevata.
Numerosi dati indicano che inizialmente la Terra aveva un'atmosfera rinnovabile, che comprendeva: anidride carbonica, vapore acqueo, ossido di zolfo, nonché monossido di carbonio, idrogeno, idrogeno solforato, ammoniaca, metano, ecc. I primi organismi della Terra erano anaerobi , tuttavia, grazie alla fotosintesi dei cianobatteri, è stato rilasciato ossigeno libero nell'ambiente, che dapprima si è rapidamente associato agli agenti riducenti nell'ambiente, e solo dopo il legame di tutti gli agenti riducenti l'ambiente ha iniziato ad acquisire proprietà ossidanti. Questa transizione è evidenziata dalla deposizione di forme ossidate di ferro: ematite e magnetite.
Circa 2 miliardi di anni fa, a seguito di processi geofisici, quasi tutto il ferro non legato nelle rocce sedimentarie si spostò nel nucleo del pianeta e l'ossigeno iniziò ad accumularsi nell'atmosfera a causa dell'assenza di questo elemento: la "rivoluzione dell'ossigeno" si è verificato. Fu un punto di svolta nella storia della Terra, che comportò non solo un cambiamento nella composizione dell'atmosfera e la formazione di uno schermo di ozono nell'atmosfera - il prerequisito principale per l'insediamento della terra, ma anche la composizione del rocce formatesi sulla superficie della Terra.
Un altro evento importante si è verificato nel Proterozoico: l'emergere degli eucarioti. Negli ultimi anni è stato possibile raccogliere prove convincenti a sostegno della teoria dell'origine endosimbiogenetica della cellula eucariotica - attraverso la simbiosi di diverse cellule procariotiche. Probabilmente, l'antenato "principale" degli eucarioti erano gli archaea, che passarono all'assorbimento delle particelle di cibo mediante fagocitosi. L'apparato ereditario si è spostato in profondità nella cellula, mantenendo tuttavia la sua connessione con la membrana a causa della transizione della membrana esterna della membrana nucleare emergente nelle membrane del reticolo endoplasmatico.
Storia geocronologica della Terra Eone Era Periodo A partire da milioni di anni fa Durata, milioni di anni Sviluppo della vita Fanerozoico Cenozoico Antropogeno 1,5 1,5 Quattro ere glaciali, seguite da inondazioni, portarono alla formazione di flora e fauna resistenti al freddo (mammut, buoi muschiati, renne, lemming). Scambio di animali e piante tra i continenti a causa della nascita di ponti terrestri. Dominanza dei mammiferi placentari. Estinzione di molti grandi mammiferi. La formazione dell'uomo come specie biologica e il suo insediamento. Addomesticamento degli animali e coltivazione delle piante. Scomparsa di molte specie di organismi viventi a causa dell'attività economica umana Neogene 25 23.5 Distribuzione dei cereali. Formazione di tutti gli ordini moderni di mammiferi. L'emergere delle scimmie Paleogene 65 40 Dominanza delle piante da fiore, dei mammiferi e degli uccelli. La comparsa di ungulati, carnivori, pinnipedi, primati, ecc. Mesozoico Cretaceo 135 70 La comparsa di angiosperme, mammiferi e uccelli diventano numerosi Giura 195 60 L'era dei rettili e dei cefalopodi. L'emergere di marsupiali e mammiferi placentari. La dominanza delle gimnosperme Triassico 225 30 I primi mammiferi e uccelli. I rettili sono numerosi. Distribuzione delle spore erbacee Paleozoico Perm 280 55 La comparsa degli insetti moderni. Sviluppo dei rettili. Estinzione di numerosi gruppi di invertebrati. Distribuzione delle conifere Carbonio 345 65 Primi rettili. L'emergere di insetti alati. Predominano le felci e gli equiseti. Devon 395 50 I pesci sono numerosi. I primi anfibi. Abbondanti sono la comparsa dei principali gruppi di spore, le prime gimnosperme e i funghi Siluriani 430 35 Alghe. Le prime piante e animali terrestri (ragni). Pesci fantasma e scorpioni crostacei sono comuni. Ordoviciano 500 70 Coralli e trilobiti sono abbondanti. Fioritura di alghe verdi, brune e rosse. La comparsa dei primi cordati Cambriano 570 70 Numerosi fossili di pesci. Sono comuni i ricci di mare e i trilobiti. L'emergenza delle alghe multicellulari Cryptose Proterozoic 2600 2000 L'emergenza degli eucarioti. Sono comuni soprattutto alghe verdi unicellulari. L’emergere della multicellularità. Scoppio della diversità animale multicellulare (comparsa di tutti i tipi di invertebrati) Archaea 3500 1500 Le prime tracce di vita sulla Terra sono batteri e cianobatteri. L'emergere della fotosintesi
I batteri assorbiti dalla cellula non potevano essere digeriti, ma rimanevano vivi e continuavano a funzionare. Si ritiene che i mitocondri provengano da batteri viola che hanno perso la capacità di fotosintetizzare e sono passati all'ossidazione delle sostanze organiche. La simbiosi con altre cellule fotosintetiche ha portato alla comparsa di plastidi nelle cellule vegetali. Probabilmente, i flagelli delle cellule eucariotiche sono nati a seguito della simbiosi con i batteri che, come le moderne spirochete, erano capaci di movimenti contorti. Inizialmente, l'apparato ereditario delle cellule eucariotiche era strutturato più o meno come quello dei procarioti, e solo successivamente, a causa della necessità di controllare una cellula grande e complessa, si formarono i cromosomi. I genomi dei simbionti intracellulari (mitocondri, plastidi e flagelli) conservavano generalmente l'organizzazione procariotica, ma la maggior parte delle loro funzioni venivano trasferite al genoma nucleare.
Le cellule eucariotiche si sono formate ripetutamente e indipendentemente l'una dall'altra. Ad esempio, le alghe rosse sono nate come risultato della simbiogenesi con i cianobatteri e le alghe verdi con batteri proclorofiti.
I restanti organelli a membrana singola e il nucleo della cellula eucariotica, secondo la teoria endomembrana, derivano da invaginazioni della membrana della cellula procariotica.
Il tempo esatto della comparsa degli eucarioti è sconosciuto, poiché già nei sedimenti di circa 3 miliardi di anni sono presenti impronte di cellule di dimensioni simili. Gli eucarioti sono sicuramente registrati in rocce di circa 1,5-2 miliardi di anni, ma solo dopo la rivoluzione dell'ossigeno (circa 1 miliardo di anni fa) si svilupparono condizioni favorevoli per loro.
Alla fine dell’era Proterozoica (almeno 1,5 miliardi di anni fa), esistevano già organismi eucarioti multicellulari. La multicellularità, come la cellula eucariotica, si è verificata ripetutamente in diversi gruppi di organismi.
Esistono opinioni diverse sull'origine degli animali multicellulari. Secondo alcuni dati, i loro antenati erano cellule multinucleate, simili a ciliate, che poi si dividevano in cellule mononucleari separate.
Altre ipotesi collegano l'origine degli animali multicellulari con la differenziazione delle cellule unicellulari coloniali. Le differenze tra loro riguardano l'origine degli strati cellulari nell'animale multicellulare originale. Secondo l'ipotesi gastrea di E. Haeckel, ciò avviene per invaginazione di una delle pareti di un organismo multicellulare monostrato, come nei celenterati. Al contrario, I. I. Mechnikov formulò l'ipotesi della fagocitella, considerando che gli antenati degli organismi multicellulari erano colonie sferiche a strato singolo come Volvox, che assorbivano le particelle di cibo mediante fagocitosi. La cellula che ha catturato la particella ha perso il flagello e si è spostata più in profondità nel corpo, dove ha effettuato la digestione, e alla fine del processo è tornata in superficie. Nel corso del tempo, le cellule sono state divise in due strati con funzioni specifiche: quello esterno forniva il movimento e quello interno forniva la fagocitosi. I. I. Mechnikov chiamò un tale organismo una fagocita.
Per molto tempo, gli eucarioti multicellulari hanno perso la competizione con gli organismi procarioti, ma alla fine del Proterozoico (800-600 milioni di anni fa) a causa di un brusco cambiamento delle condizioni sulla Terra: una diminuzione del livello del mare, un aumento della concentrazione di ossigeno , una diminuzione della concentrazione di carbonati nell'acqua di mare, cicli regolari di raffreddamento: gli eucarioti multicellulari hanno acquisito vantaggi rispetto ai procarioti. Se fino a quel momento venivano trovate solo singole piante multicellulari e, forse, funghi, da questo momento nella storia della Terra si conoscevano anche gli animali. Delle faune sorte alla fine del Proterozoico, quella Ediacarana e quella Vendiana sono quelle meglio studiate. Gli animali del periodo Vendiano sono solitamente inclusi in un gruppo speciale di organismi o classificati come tipi come celenterati, vermi piatti, artropodi, ecc. Tuttavia, nessuno di questi gruppi ha scheletri, il che potrebbe indicare l'assenza di predatori.
Sviluppo della vita nell'era Paleozoica. L'era Paleozoica, durata più di 300 milioni di anni, è divisa in sei periodi: Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonifero (Carbonifero) e Permiano.
IN Periodo Cambriano La terra era costituita da diversi continenti, situati principalmente nell'emisfero meridionale. Gli organismi fotosintetici più abbondanti durante questo periodo furono i cianobatteri e le alghe rosse. Foraminiferi e radiolari vivevano nella colonna d'acqua. Nel Cambriano compaiono un numero enorme di organismi animali scheletrici, come testimoniano numerosi resti fossili. Questi organismi appartenevano a circa 100 tipi di animali multicellulari, sia moderni (spugne, celenterati, vermi, artropodi, molluschi) che estinti, ad esempio: l'enorme predatore Anomalocaris e i graptoliti coloniali che galleggiavano nella colonna d'acqua o erano attaccati al fondo. La terra rimase quasi disabitata per tutto il Cambriano, ma il processo di formazione del suolo era già iniziato da batteri, funghi e, forse, licheni, e alla fine del periodo comparvero sulla terra vermi oligocheti e millepiedi.
IN Periodo Ordoviciano Il livello dell'acqua dell'Oceano Mondiale è aumentato, provocando l'inondazione delle pianure continentali. Le principali produttrici in questo periodo furono le alghe verdi, brune e rosse. A differenza del Cambriano, in cui le barriere coralline erano costruite da spugne, nell'Ordoviciano queste furono sostituite da polipi di corallo. Fiorirono gasteropodi e cefalopodi, così come i trilobiti (parenti ora estinti degli aracnidi). In questo periodo furono segnalati per la prima volta anche i cordati, in particolare quelli senza mandibola. Alla fine dell'Ordoviciano si verificò un grande evento di estinzione, che distrusse circa il 35% delle famiglie e più del 50% dei generi di animali marini.
siluriano caratterizzato da una maggiore formazione di montagne, che ha portato al prosciugamento delle piattaforme continentali. Nella fauna invertebrata del Siluriano il ruolo di primo piano fu svolto dai cefalopodi, dagli echinodermi e dagli scorpioni crostacei giganti, mentre tra i vertebrati rimasero una grande varietà di animali senza mascelle e comparvero i pesci. Alla fine del periodo arrivarono sulla terra le prime piante vascolari: rinofite e licofite, che iniziarono a colonizzare le acque poco profonde e la zona di marea delle coste. Sbarcarono anche i primi rappresentanti della classe degli aracnidi.
IN Periodo devoniano Come risultato dell'innalzamento della terra si formarono grandi acque poco profonde, che si seccarono e addirittura ghiacciarono, poiché il clima divenne ancora più continentale che nel Siluriano. I mari sono dominati da coralli ed echinodermi, mentre i cefalopodi sono rappresentati da ammoniti attorcigliate a spirale. Tra i vertebrati del Devoniano fiorirono i pesci, e i pesci cartilaginei e ossei, così come i dipnoi e i pesci pinna lobata, sostituirono quelli corazzati. Alla fine del periodo compaiono i primi anfibi, che per primi vivevano nell'acqua.
Nel Devoniano medio apparvero sulla terra le prime foreste di felci, muschi ed equiseti, abitate da vermi e numerosi artropodi (millepiedi, ragni, scorpioni, insetti senza ali). Alla fine del Devoniano apparvero le prime gimnosperme. Lo sviluppo del terreno da parte delle piante ha portato ad una diminuzione degli agenti atmosferici e ad una maggiore formazione del suolo. Il consolidamento dei suoli ha portato alla formazione di canali fluviali.
IN Periodo Carbonifero la terra era rappresentata da due continenti separati dall'oceano e il clima divenne notevolmente più caldo e umido. Alla fine del periodo si verificò un leggero sollevamento del territorio e il clima cambiò in uno più continentale. I mari erano dominati da foraminiferi, coralli, echinodermi, pesci cartilaginei e ossei, e i corpi d'acqua dolce erano abitati da molluschi bivalvi, crostacei e vari anfibi. Nel mezzo del Carbonifero sorsero piccoli rettili insettivori e tra gli insetti apparvero quelli alati (scarafaggi, libellule).
I tropici erano caratterizzati da foreste paludose dominate da equiseti giganti, muschi e felci, i cui resti morti formarono successivamente depositi di carbone. A metà del periodo nella zona temperata, grazie alla loro indipendenza dall'acqua durante il processo di fecondazione e alla presenza di semi, iniziò la diffusione delle gimnosperme.
Periodo Permiano si distinse per la fusione di tutti i continenti in un unico supercontinente Pangea, il ritiro dei mari e il rafforzamento del clima continentale a tal punto che all'interno della Pangea si formarono deserti. Alla fine del periodo, le felci arboree, gli equiseti e i muschi quasi scomparvero sulla terraferma e le gimnosperme resistenti alla siccità presero una posizione dominante. Nonostante continuassero ad esistere grandi anfibi, sorsero diversi gruppi di rettili, tra cui grandi erbivori e predatori. Alla fine del Permiano si verificò la più grande estinzione nella storia della vita, poiché scomparvero molti gruppi di coralli, trilobiti, la maggior parte dei cefalopodi, pesci (principalmente cartilaginei e con pinne lobate) e anfibi. La fauna marina ha perso il 40-50% delle famiglie e circa il 70% dei generi.
Sviluppo della vita nel Mesozoico. L'era mesozoica durò circa 165 milioni di anni e fu caratterizzata da un innalzamento del territorio, da un'intensa formazione di montagne e da una diminuzione dell'umidità climatica. È diviso in tre periodi: Triassico, Giurassico e Cretaceo.
All'inizio Periodo Triassico Il clima era arido, ma in seguito, a causa dell'innalzamento del livello del mare, diventò più umido. Tra le piante predominavano gimnosperme, felci ed equiseti, ma le forme legnose delle spore si estinsero quasi completamente. Alcuni coralli, ammoniti, nuovi gruppi di foraminiferi, bivalvi ed echinodermi hanno raggiunto un elevato sviluppo, mentre la diversità dei pesci cartilaginei è diminuita e anche i gruppi di pesci ossei sono cambiati. I rettili che dominavano la terra iniziarono a dominare l'ambiente acquatico, come ittiosauri e plesiosauri. Dei rettili del Triassico, i coccodrilli, la tuataria e le tartarughe sono sopravvissuti fino ad oggi. Alla fine del Triassico apparvero i dinosauri, i mammiferi e gli uccelli.
IN Periodo Giurassico Il supercontinente Pangea si è diviso in diversi continenti più piccoli. Gran parte del Giurassico era molto umido e verso la fine il clima divenne più secco. Il gruppo dominante di piante erano le gimnosperme, di cui sopravvissero le sequoie da quel momento. Nei mari fiorivano molluschi (ammoniti e belemniti, bivalvi e gasteropodi), spugne, ricci di mare, pesci cartilaginei e ossei. I grandi anfibi si estinsero quasi completamente nel periodo Giurassico, ma apparvero gruppi moderni di anfibi (con e senza coda) e squamati (lucertole e serpenti) e la diversità dei mammiferi aumentò. Alla fine del periodo apparvero anche i possibili antenati dei primi uccelli: l'Archaeopteryx. Tuttavia, tutti gli ecosistemi erano dominati da rettili: ittiosauri e plesiosauri, dinosauri e lucertole volanti: pterosauri.
Periodo Cretaceo ha ricevuto il suo nome a causa della formazione di gesso nelle rocce sedimentarie di quel tempo. In tutta la Terra, ad eccezione delle regioni polari, esisteva un clima caldo e umido persistente. Durante questo periodo sorsero e si diffusero le angiosperme, sostituendo le gimnosperme, il che portò ad un forte aumento della diversità degli insetti. Nei mari, oltre ai molluschi, ai pesci ossei e ai plesiosauri, ricomparvero un gran numero di foraminiferi, le cui conchiglie formavano depositi di gesso, e sulla terra predominavano i dinosauri. Gli uccelli meglio adattati all'aria iniziarono a sostituire gradualmente i dinosauri volanti.
Alla fine del periodo si verificò un evento di estinzione globale, che provocò la scomparsa di ammoniti, belemniti, dinosauri, pterosauri e lucertole marine, antichi gruppi di uccelli, nonché alcune gimnosperme. In generale, circa il 16% delle famiglie e il 50% dei generi animali sono scomparsi dalla faccia della Terra. La crisi del tardo Cretaceo è stata attribuita all’impatto di un grande meteorite nel Golfo del Messico, ma molto probabilmente non è stata l’unica causa del cambiamento globale. Durante il successivo raffreddamento sopravvissero solo piccoli rettili e mammiferi a sangue caldo.
Sviluppo della vita nel Cenozoico. L'era Cenozoica iniziò circa 66 milioni di anni fa e continua fino ai giorni nostri. È caratterizzato dalla predominanza di insetti, uccelli, mammiferi e angiosperme. Il Cenozoico è diviso in tre periodi: Paleogene, Neogene e Antropocene, l'ultimo dei quali è il più breve nella storia della Terra.
Nel Paleogene inferiore e medio il clima rimase caldo e umido; verso la fine del periodo divenne più fresco e secco. Le angiosperme divennero il gruppo dominante di piante, tuttavia, se all'inizio del periodo predominavano le foreste sempreverdi, alla fine apparvero molte foreste decidue e si formarono steppe nelle zone aride.
Tra i pesci, i pesci ossei occupavano una posizione dominante e il numero delle specie cartilaginee, nonostante il loro ruolo evidente nei corpi idrici salati, è insignificante. Sulla terra sono sopravvissuti solo rettili squamosi, coccodrilli e tartarughe, mentre i mammiferi hanno occupato gran parte delle loro nicchie ecologiche. Nella metà del periodo compaiono i principali ordini di mammiferi, tra cui insettivori, carnivori, pinnipedi, cetacei, ungulati e primati. L'isolamento dei continenti rese la fauna e la flora geograficamente più diversificate: il Sud America e l'Australia divennero centri per lo sviluppo dei marsupiali e altri continenti per i mammiferi placentari.
Periodo Neogene. Nel Neogene la superficie terrestre acquisì il suo aspetto moderno. Il clima divenne più fresco e secco. Nel Neogene si erano già formati tutti gli ordini dei mammiferi moderni e nelle sindoni africane sorsero la famiglia degli Ominidi e il genere Umano. Alla fine del periodo, le foreste di conifere si diffusero nelle regioni polari dei continenti, apparvero le tundre e i cereali occuparono le steppe temperate.
Periodo quaternario(Antropocene) è caratterizzato da cambiamenti periodici di glaciazioni e riscaldamenti. Durante le glaciazioni, le alte latitudini furono coperte di ghiacciai, il livello degli oceani scese drasticamente e le zone tropicali e subtropicali si restrinsero. Nelle aree vicine ai ghiacciai si è stabilito un clima freddo e secco, che ha contribuito alla formazione di gruppi di animali resistenti al freddo: mammut, cervi giganti, leoni delle caverne, ecc. La diminuzione del livello dell'Oceano Mondiale che ha accompagnato il processo di glaciazione ha portato alla formazione di ponti terrestri tra l'Asia e il Nord America, l'Europa e le Isole Britanniche, ecc. Le migrazioni degli animali hanno portato da un lato al reciproco arricchimento di flora e fauna e, dall'altro, allo spostamento di popolazioni relitti di alieni, ad esempio marsupiali e ungulati in Sud America. Questi processi, però, non hanno toccato l’Australia, che è rimasta isolata.
In generale, i cambiamenti climatici periodici hanno portato alla formazione di una diversità di specie estremamente abbondante, caratteristica dell’attuale stadio di evoluzione della biosfera, e hanno influenzato anche l’evoluzione umana. Durante l’Antropocene, diverse specie del genere Umano si diffusero dall’Africa all’Eurasia. Circa 200mila anni fa in Africa nacque la specie Homo sapiens, che, dopo un lungo periodo di esistenza in Africa, circa 70mila anni fa entrò in Eurasia e circa 35-40mila anni fa in America. Dopo un periodo di coesistenza con specie strettamente imparentate, le ha sostituite e si è diffuso in tutto il mondo. Circa 10 mila anni fa, l'attività economica umana nelle regioni moderatamente calde del globo cominciò a influenzare sia l'aspetto del pianeta (aratura delle terre, incendio delle foreste, pascolo eccessivo dei pascoli, desertificazione, ecc.) sia il mondo animale e vegetale a causa alla riduzione degli habitat, al loro habitat e allo sterminio, ed è entrato in gioco il fattore antropico.
Origini umane. L'uomo come specie, il suo posto nel sistema del mondo organico. Ipotesi di origine umana. Forze motrici e fasi dell'evoluzione umana. Le razze umane, la loro parentela genetica. Natura biosociale dell'uomo. Ambiente sociale e naturale, adattamento umano ad esso
Origini umane
Solo 100 anni fa, la stragrande maggioranza delle persone sul pianeta non pensava nemmeno che gli esseri umani potessero discendere da animali “poco rispettabili” come le scimmie. In una discussione con uno dei difensori della teoria dell'evoluzione di Darwin, il professor Thomas Huxley, il suo ardente avversario, il vescovo di Oxford Samuel Wilberforce, che si basava sui dogmi religiosi, gli chiese addirittura se si considerasse imparentato con gli antenati delle scimmie attraverso suo nonno o sua nonna. .
Tuttavia, i pensieri sull'origine evolutiva furono espressi da filosofi antichi e il grande tassonomista svedese C. Linnaeus nel XVIII secolo, sulla base di una serie di caratteristiche, diede all'uomo un nome di specie Homo sapiens L.(Homo sapiens) e lo classificò, insieme alle scimmie, nello stesso ordine: i Primati. J. B. Lamarck sosteneva C. Linneo e credeva che l'uomo avesse antenati comuni anche con le scimmie moderne, ma ad un certo punto della sua storia discese dall'albero, che fu una delle ragioni dell'emergere dell'uomo come specie.
Anche Charles Darwin non ignorò questo problema e negli anni '70 del XIX secolo pubblicò le opere "L'origine dell'uomo e la selezione sessuale" e "Sull'espressione delle emozioni negli animali e nell'uomo", in cui fornì prove altrettanto convincenti di l'origine comune dell'uomo e delle scimmie, rispetto al ricercatore tedesco E. Haeckel (“Storia naturale della creazione”, 1868; “Antropogenesi, o storia dell'origine dell'uomo”, 1874), che compilò addirittura una genealogia del regno animale . Tuttavia, questi studi riguardavano solo il lato biologico della formazione dell'uomo come specie, mentre gli aspetti sociali furono rivelati dal classico del materialismo storico: il filosofo tedesco F. Engels.
Attualmente, la scienza sta studiando l’origine e lo sviluppo dell’uomo come specie biologica, così come la diversità delle popolazioni umane moderne e i modelli della loro interazione. antropologia.
L'uomo come specie, il suo posto nel sistema del mondo organico
Homo sapiens ( Homo sapiens) in quanto specie biologica appartiene al regno animale, il sottoregno degli organismi pluricellulari. La presenza di una notocorda, di fessure branchiali nella faringe, di un tubo neurale e di una simmetria bilaterale durante lo sviluppo embrionale ne consente la classificazione come cordato, mentre lo sviluppo della colonna vertebrale, la presenza di due paia di arti e la posizione del cuore sul lato ventrale del corpo indicano la sua relazione con altri rappresentanti del sottotipo vertebrato.
Nutrire i piccoli con il latte secreto dalle ghiandole mammarie, sangue caldo, un cuore a quattro camere, presenza di peli sulla superficie del corpo, sette vertebre nella colonna cervicale, vestibolo della bocca, denti alveolari e sostituzione dei denti da latte con quelli permanenti sono segni della classe dei mammiferi e dello sviluppo intrauterino dell'embrione e della sua connessione con il corpo della madre attraverso la placenta - una sottoclasse di placentati.
Caratteristiche più specifiche, come la presa degli arti con pollice e unghie opponibili, lo sviluppo delle clavicole, gli occhi rivolti in avanti, l'aumento delle dimensioni del cranio e del cervello, nonché la presenza di tutti i gruppi di denti (incisivi, canini e molari) non lasciano dubbi sul fatto che il suo posto sia nell'ordine dei primati.
Il significativo sviluppo del cervello e dei muscoli facciali, nonché le caratteristiche strutturali dei denti, rendono possibile classificare gli esseri umani come membri del sottordine dei primati superiori, o scimmie.
L'assenza di coda, la presenza di curvature della colonna vertebrale, lo sviluppo degli emisferi cerebrali del proencefalo, ricoperti da una corteccia con numerosi solchi e circonvoluzioni, la presenza di un labbro superiore e di un'attaccatura sparsa dei capelli danno motivo di collocarlo tra i rappresentanti della famiglia delle grandi scimmie, o grandi scimmie.
Tuttavia, anche dalle scimmie più altamente organizzate, gli esseri umani si distinguono per un forte aumento del volume del cervello, postura eretta, bacino ampio, mento sporgente, linguaggio articolato e presenza di 46 cromosomi nel cariotipo e ne determinano l'appartenenza al genere umano.
L'uso degli arti superiori per il lavoro, la fabbricazione di utensili, il pensiero astratto, l'attività collettiva e lo sviluppo basato su leggi più sociali che biologiche sono le caratteristiche specifiche dell'Homo sapiens.
Tutte le persone moderne appartengono a una specie: l'Homo sapiens ( Homo sapiens) e sottospecie H. sapiens sapiens. Questa specie è un insieme di popolazioni che producono prole fertile quando vengono incrociate. Nonostante la diversità abbastanza significativa delle caratteristiche morfofisiologiche, queste non testimoniano un grado di organizzazione più o meno alto di determinati gruppi di persone: sono tutti allo stesso livello di sviluppo.
Ai nostri giorni è già stato raccolto un numero sufficiente di fatti scientifici nell'interesse della formazione dell'uomo come specie nel processo di evoluzione - antropogenesi. Il corso specifico dell'antropogenesi non è ancora del tutto compreso, ma grazie ai nuovi ritrovamenti paleontologici e ai moderni metodi di ricerca, possiamo sperare che un quadro chiaro appaia abbastanza presto.
Ipotesi sulle origini umane
Se non prendiamo in considerazione le ipotesi della creazione divina dell'uomo e della sua penetrazione da altri pianeti che non hanno a che fare con il campo della biologia, allora tutte le ipotesi più o meno coerenti sull'origine dell'uomo lo fanno risalire ad antenati comuni con primati moderni.
COSÌ, ipotesi di origine umana dall'antico primate tropicale tarsio, O ipotesi tarsale, formulato dal biologo inglese F. Wood Jones nel 1929, si basa sulla somiglianza delle proporzioni corporee dell'uomo e del tarsio, sui lineamenti dell'attaccatura dei capelli, sull'accorciamento della parte facciale del cranio di quest'ultimo, ecc. Tuttavia , le differenze nella struttura e nell'attività vitale di questi organismi sono così grandi che non hanno ottenuto il riconoscimento universale.
Gli esseri umani hanno anche troppe somiglianze con le scimmie. Pertanto, oltre alle caratteristiche anatomiche e morfologiche già menzionate sopra, è necessario prestare attenzione al loro sviluppo postembrionale. Ad esempio, i piccoli scimpanzé hanno capelli molto più radi, il rapporto tra il volume del cervello e il volume del corpo è molto maggiore e la capacità di muoversi sugli arti posteriori è leggermente più ampia rispetto agli adulti. Anche la pubertà nei primati superiori avviene molto più tardi rispetto ai rappresentanti di altri ordini di mammiferi con dimensioni corporee simili.
Studi citogenetici hanno rivelato che uno dei cromosomi umani si è formato a seguito della fusione di cromosomi di due diverse coppie presenti nel cariotipo delle grandi scimmie, e questo spiega la differenza nel numero dei loro cromosomi (nell'uomo 2n = 46, e nelle grandi scimmie 2n = 48 ), ed è anche un'altra prova della parentela di questi organismi.
Anche la somiglianza tra l'uomo e le scimmie antropomorfe è molto elevata secondo i dati biochimici molecolari, poiché l'uomo e gli scimpanzé hanno le stesse proteine dei gruppi sanguigni AB0 e Rh, molti enzimi e le sequenze aminoacidiche delle catene dell'emoglobina presentano differenze solo dell'1,6%, mentre con le altre scimmie questa discrepanza è leggermente maggiore. E a livello genetico, le differenze nelle sequenze nucleotidiche del DNA tra questi due organismi sono inferiori all'1%. Se prendiamo in considerazione il tasso medio di evoluzione di tali proteine in gruppi di organismi correlati, possiamo determinare che gli antenati umani si separarono da altri gruppi di primati circa 6-8 milioni di anni fa.
Il comportamento delle scimmie ricorda per molti aspetti il comportamento umano, poiché vivono in gruppi in cui i ruoli sociali sono chiaramente distribuiti. La difesa congiunta, l'assistenza reciproca e la caccia non sono gli unici obiettivi della creazione di un gruppo, poiché al suo interno le scimmie provano affetto reciproco, lo esprimono in ogni modo possibile e reagiscono emotivamente a vari stimoli. Inoltre, nei gruppi c'è uno scambio di esperienze tra gli individui.
Pertanto, le somiglianze tra gli esseri umani e gli altri primati, in particolare le grandi scimmie, si trovano a diversi livelli di organizzazione biologica, e le differenze tra gli esseri umani come specie sono in gran parte determinate dalle caratteristiche di questo gruppo di mammiferi.
Il gruppo di ipotesi che non mettono in dubbio l'origine degli esseri umani da antenati comuni con le scimmie moderne comprende le ipotesi del policentrismo e del monocentrismo.
Posizione di partenza ipotesi di policentrismoè l'emergere e l'evoluzione parallela della specie umana moderna in diverse regioni del globo da diverse forme di uomini antichi o addirittura antichi, ma ciò contraddice le disposizioni fondamentali della teoria sintetica dell'evoluzione.
Le ipotesi sull'origine univoca dell'uomo moderno, al contrario, postulano la comparsa dell'uomo in un luogo, ma divergono su dove ciò sia avvenuto. COSÌ, ipotesi di origine extratropicale dell'uomo si basa sul fatto che solo le dure condizioni climatiche delle alte latitudini dell'Eurasia potrebbero contribuire all'"umanizzazione" delle scimmie. Ciò è stato supportato dalla scoperta sul territorio della Yakutia di siti risalenti all'antico Paleolitico - la cultura Diring, ma successivamente è stato stabilito che l'età di questi reperti non è di 1,8–3,2 milioni di anni, ma di 260–370 mila anni. Quindi anche questa ipotesi non è sufficientemente confermata.
Attualmente è stata raccolta la maggior parte delle prove a favore ipotesi di origini africane dell'uomo, ma non è esente da difetti, che è completo Ipotesi del monocentrismo ampio, combinando gli argomenti delle ipotesi del policentrismo e del monocentrismo.
Forze motrici e fasi dell'evoluzione umana
A differenza di altri rappresentanti del mondo animale, l'uomo nel processo della sua evoluzione è stato esposto non solo a fattori biologici di evoluzione, ma anche a fattori sociali, che hanno contribuito all'emergere di una specie di creature qualitativamente nuove con proprietà biosociali. I fattori sociali hanno determinato una svolta in un ambiente adattivo fondamentalmente nuovo, che ha fornito enormi vantaggi per la sopravvivenza delle popolazioni umane e ha accelerato bruscamente il ritmo della sua evoluzione.
I fattori biologici dell'evoluzione che fino ad oggi svolgono un certo ruolo nell'antropogenesi sono la variabilità ereditaria, così come il flusso di geni che forniscono il materiale primario per la selezione naturale. Allo stesso tempo, l’isolamento, le ondate demografiche e la deriva genetica hanno perso quasi completamente il loro significato a causa del progresso scientifico e tecnologico. Ciò dà motivo ad alcuni scienziati di ritenere che in futuro anche le differenze minime tra rappresentanti di razze diverse scompariranno a causa della loro mescolanza.
Poiché le mutevoli condizioni ambientali costringevano gli antenati umani a scendere dagli alberi nello spazio aperto e a muoversi su due arti, gli arti superiori liberati venivano da loro utilizzati per trasportare cibo e bambini, nonché per creare e utilizzare strumenti. Tuttavia, un tale strumento può essere realizzato solo se esiste un'idea chiara del risultato finale: l'immagine dell'oggetto, motivo per cui si è sviluppato anche il pensiero astratto. È noto che i movimenti complessi e il processo di pensiero sono necessari per lo sviluppo di alcune aree della corteccia cerebrale, avvenuto nel processo di evoluzione. Tuttavia, è impossibile ereditare tali conoscenze e abilità; possono essere trasferite da un individuo all'altro solo durante la vita di quest'ultimo, il che ha portato alla creazione di una forma speciale di comunicazione: il discorso articolato.
Pertanto, i fattori sociali dell'evoluzione includono l'attività lavorativa umana, il pensiero astratto e il discorso articolato. Non bisogna scartare le manifestazioni di altruismo dell'uomo primitivo, che si prendeva cura dei bambini, delle donne e degli anziani.
L'attività lavorativa dell'uomo non solo ha influenzato il suo aspetto, ma ha anche permesso, dapprima, di allentare parzialmente le condizioni di esistenza attraverso l'uso del fuoco, la produzione di indumenti, la costruzione di abitazioni, e in seguito di modificarle attivamente disboscando le foreste, aratura di terre, ecc. Nel nostro tempo, l'attività economica incontrollata ha messo l'umanità sotto la minaccia di una catastrofe globale a causa dell'erosione del suolo, del prosciugamento dei corpi d'acqua dolce e della distruzione dello schermo di ozono, che, a sua volta, può aumentare la pressione dei fattori biologici dell’evoluzione.
Driopiteco, vissuto circa 24 milioni di anni fa, era molto probabilmente l'antenato comune dell'uomo e delle scimmie. Nonostante si arrampicasse sugli alberi e corresse su tutti e quattro gli arti, poteva muoversi su due gambe e portare il cibo tra le mani. La completa separazione tra le grandi scimmie e la linea che porta agli esseri umani avvenne circa 5-8 milioni di anni fa.
Australopiteco. Il genere sembra abbia avuto origine da Dryopithecus Ardipiteco, formatosi oltre 4 milioni di anni fa nelle savane africane a seguito del raffreddamento e del ritiro delle foreste, che costrinse queste scimmie a camminare sugli arti posteriori. Questo piccolo animale apparentemente ha dato origine ad un genere abbastanza grande Australopiteco("scimmia del sud").
L'Australopithecus apparve circa 4 milioni di anni fa e viveva nelle savane africane e nelle foreste secche, dove i vantaggi del movimento bipede erano pienamente avvertiti. Dall'Australopithecus provenivano due rami: grandi erbivori con mascelle potenti Parantropus e più piccoli e meno specializzati Persone. Nel corso del tempo, questi due generi si sono sviluppati in parallelo, il che si è manifestato, in particolare, nell'aumento del volume del cervello e nella complicazione degli strumenti utilizzati. Caratteristiche del nostro genere sono la fabbricazione di utensili in pietra (il Paranthropus utilizzava solo ossa) e un cervello relativamente grande.
I primi rappresentanti del genere umano apparvero circa 2,4 milioni di anni fa. Appartenevano alla specie dell'uomo esperto (Homo habilis) ed erano creature basse (circa 1,5 m) con un volume cerebrale di circa 670 cm 3. Usavano strumenti di ciottoli grezzi. Apparentemente, i rappresentanti di questa specie avevano espressioni facciali ben sviluppate e un linguaggio rudimentale. L'Homo habilis lasciò la scena storica circa 1,5 milioni di anni fa, dando origine alla specie successiva: un uomo etero.
L'uomo eretto (H. erectus) come specie biologica formatasi in Africa circa 1,6 milioni di anni fa ed esistito per 1,5 milioni di anni, stabilendosi rapidamente su vasti territori in Asia ed Europa. Un rappresentante di questa specie dell'isola di Giava una volta veniva descritto come Pitecantropo(“uomo-scimmia”), scoperto in Cina, prese il nome Sinantropo, mentre il loro “collega” europeo lo è L'uomo di Heidelberg.
Tutte queste forme sono anche chiamate arcantropo(dagli antichi). L'uomo eretto era caratterizzato da una fronte bassa, arcate sopracciliari larghe e un mento inclinato all'indietro; il volume del suo cervello era di 900-1200 cm 3. Il busto e gli arti di un uomo raddrizzato somigliavano a quelli dell'uomo moderno. Senza dubbio, i rappresentanti di questo genere usavano il fuoco e realizzavano asce a doppio taglio. Come hanno dimostrato recenti scoperte, questa specie padroneggiava anche la navigazione, poiché i suoi discendenti sono stati trovati su isole remote.
Paleoantropologo. Circa 200mila anni fa ebbe origine l'uomo di Heidelberg Uomo di Neanderthal (H. neandertalensis), a cui si fa riferimento paleoantropotropi(popoli antichi) vissuti in Europa e in Asia occidentale tra 200 e 28mila anni fa, compresi i periodi di glaciazione. Erano persone forti, fisicamente abbastanza forti e resistenti con una grande capacità cerebrale (anche maggiore di quella degli esseri umani moderni). Avevano un linguaggio articolato, fabbricavano strumenti e vestiti complessi, seppellivano i loro morti e forse avevano anche alcuni rudimenti d'arte. I Neanderthal non erano gli antenati dell’Homo sapiens; questo gruppo si è sviluppato parallelamente. La loro estinzione è legata alla scomparsa della fauna mammut dopo l'ultima glaciazione, e forse è anche il risultato dello spostamento competitivo della nostra specie.
Il ritrovamento più antico di un rappresentante Homo sapiens (Homo sapiens) Ha 195mila anni e viene dall'Africa. Molto probabilmente, gli antenati degli esseri umani moderni non sono i Neanderthal, ma una qualche forma di arcantropo, come l’uomo di Heidelberg.
Neoantropo. Circa 60mila anni fa, a seguito di eventi sconosciuti, la nostra specie si estinse quasi, quindi tutte le persone seguenti discendono da un piccolo gruppo che contava solo poche decine di individui. Superata questa crisi, la nostra specie cominciò a diffondersi in tutta l’Africa e l’Eurasia. Si differenzia dalle altre specie per il fisico più snello, il tasso di riproduzione più elevato, l'aggressività e, naturalmente, il comportamento più complesso e flessibile. Vengono chiamate le persone moderne che abitavano l'Europa 40mila anni fa Cro-Magnon e fare riferimento a neoantropi(per le persone moderne). Biologicamente non erano diversi dalle persone moderne: altezza 170-180 cm, volume del cervello di circa 1600 cm 3. I Cro-Magnon svilupparono l'arte e la religione, addomesticarono molte specie di animali selvatici e coltivarono molte specie di piante. Gli esseri umani moderni discendono dai Cro-Magnon.
Le razze umane, la loro parentela genetica
Quando l'umanità si stabilì sul pianeta, sorsero alcune differenze tra i diversi gruppi di persone riguardo al colore della pelle, alle caratteristiche del viso, al tipo di capelli e alla frequenza con cui si verificano alcune caratteristiche biochimiche. L'insieme di tali caratteristiche ereditarie caratterizza un gruppo di individui della stessa specie, le cui differenze sono meno significative rispetto alla sottospecie - gara.
Lo studio e la classificazione delle razze è complicato dalla mancanza di confini chiari tra loro. Tutta l'umanità moderna appartiene a un'unica specie, all'interno della quale si distinguono tre grandi razze: australo-negroide (nera), caucasoide (bianca) e mongoloide (gialla). Ognuno di loro è diviso in piccole gare. Le differenze tra le razze si riducono alle caratteristiche del colore della pelle, dei capelli, della forma del naso, delle labbra, ecc.
Aussie-negroide, O corsa equatoriale caratterizzato da colore della pelle scura, capelli ondulati o ricci, naso largo e leggermente sporgente, narici trasversali, labbra spesse e una serie di caratteristiche craniche. caucasico, O Razza eurasiatica caratterizzato da pelle chiara o scura, capelli morbidi, lisci o ondulati, buon sviluppo dei peli facciali maschili (barba e baffi), naso stretto e sporgente, labbra sottili e una serie di caratteristiche craniche. mongoloide(Asiatico-americano) gara caratterizzato da pelle scura o chiara, pelo spesso grossolano, larghezza media del naso e delle labbra, viso appiattito, forte sporgenza degli zigomi, dimensione del viso relativamente grande, notevole sviluppo della “terza palpebra”.
Queste tre razze differiscono anche nel loro insediamento. Prima dell'era della colonizzazione europea, la razza australo-negroide era diffusa nel Vecchio Mondo a sud del Tropico del Cancro; Razza caucasica - in Europa, Nord Africa, Asia occidentale e India settentrionale; Razza mongoloide - nel sud-est, nell'Asia settentrionale, centrale e orientale, in Indonesia, nel Nord e nel Sud America.
Tuttavia, le differenze tra le razze riguardano solo caratteristiche minori che hanno un significato adattivo. Pertanto, la pelle dei negroidi viene bruciata da una dose dieci volte maggiore di radiazioni ultraviolette rispetto alla pelle dei caucasici, ma i caucasici soffrono meno di rachitismo alle alte latitudini, dove può mancare la radiazione ultravioletta necessaria per la formazione della vitamina D.
In precedenza, alcune persone cercavano di dimostrare la superiorità di una delle razze per ottenere la superiorità morale sulle altre. È ormai chiaro che le caratteristiche razziali riflettono solo i diversi percorsi storici di gruppi di persone, ma non sono in alcun modo collegate al vantaggio o all'arretratezza biologica dell'uno o dell'altro gruppo. Le razze umane sono meno chiaramente definite delle sottospecie e delle razze di altri animali e non possono in alcun modo essere paragonate, ad esempio, alle razze di animali domestici (che sono il risultato di una selezione mirata). Come mostra la ricerca biomedica, le conseguenze del matrimonio interrazziale dipendono dalle caratteristiche individuali dell’uomo e della donna e non dalla loro razza. Pertanto, qualsiasi divieto sui matrimoni interrazziali o su determinate superstizioni è antiscientifico e disumano.
Più specifici delle razze, i gruppi di persone lo sono nazionalità- comunità linguistiche, territoriali, economiche e culturali di persone storicamente formate. La popolazione di un certo paese costituisce il suo popolo. Con l’interazione di molte nazionalità, una nazione può emergere all’interno di un’altra nazione. Ora non esistono razze “pure” sulla Terra e ogni nazione sufficientemente grande è rappresentata da persone che appartengono a razze diverse.
Natura biosociale dell'uomo
Indubbiamente, gli esseri umani come specie biologica devono subire la pressione di fattori evolutivi come la mutagenesi, le ondate di popolazione e l’isolamento. Tuttavia, man mano che la società umana si sviluppa, alcune di esse si indeboliscono, mentre altre, al contrario, si rafforzano, poiché sul pianeta, catturato dai processi di globalizzazione, non sono rimaste quasi più popolazioni umane isolate in cui avviene la consanguineità, e i numeri delle popolazioni stesse non sono soggette a forti fluttuazioni. Di conseguenza, il fattore trainante dell'evoluzione - la selezione naturale - grazie ai successi della medicina, non svolge più nelle popolazioni umane lo stesso ruolo che nelle popolazioni di altri organismi.
Sfortunatamente, l’indebolimento della pressione selettiva porta ad un aumento della frequenza delle malattie ereditarie nelle popolazioni. Ad esempio, nei paesi industrializzati, fino al 5% della popolazione soffre di daltonismo, mentre nei paesi meno sviluppati questa cifra arriva fino al 2%. Le conseguenze negative di questo fenomeno possono essere superate grazie a misure preventive e ai progressi in settori scientifici come la terapia genica.
Ciò non significa però che l’evoluzione umana sia terminata, poiché la selezione naturale continua ad agire, eliminando, ad esempio, gameti e individui con combinazioni geniche sfavorevoli anche nei periodi proembrionale ed embrionale dell’ontogenesi, nonché resistenze ad agenti patogeni di varia natura. malattie. Inoltre, il materiale per la selezione naturale è fornito non solo dal processo di mutazione, ma anche dall'accumulo di conoscenza, dalla capacità di apprendere, dalla percezione della cultura e da altre caratteristiche che possono essere trasmesse da persona a persona. A differenza dell'informazione genetica, l'esperienza accumulata durante il processo di sviluppo individuale viene trasmessa sia dai genitori alla prole che nella direzione opposta. E la competizione esiste già tra comunità culturalmente diverse. Questa forma di evoluzione, unica per gli esseri umani, si chiama culturale, O evoluzione sociale.
Tuttavia, l'evoluzione culturale non esclude l'evoluzione biologica, poiché è diventata possibile solo grazie alla formazione del cervello umano, e la stessa biologia umana è attualmente determinata dall'evoluzione culturale, poiché in assenza di società e diversità di movimenti, alcune zone non lo fanno si formano nel cervello.
Pertanto, una persona ha una natura biosociale, che lascia un'impronta nella manifestazione delle leggi biologiche, comprese quelle genetiche, che governano il suo sviluppo individuale ed evolutivo.
Ambiente sociale e naturale, adattamento umano ad esso
Sotto contesto sociale comprendere, prima di tutto, le condizioni sociali, materiali e spirituali della sua esistenza e attività che circonda una persona. Oltre al sistema economico, alle relazioni sociali, alla coscienza sociale e alla cultura, comprende anche l'ambiente immediato di una persona: famiglia, lavoro e gruppi di studenti, nonché altri gruppi. L'ambiente, da un lato, ha un'influenza decisiva sulla formazione e lo sviluppo della personalità e, dall'altro, cambia esso stesso sotto l'influenza di una persona, il che comporta nuovi cambiamenti nelle persone, ecc.
Adattamento degli individui o dei loro gruppi all'ambiente sociale per realizzare i propri bisogni, interessi, obiettivi di vita e comprende l'adattamento alle condizioni e alla natura dello studio, del lavoro, delle relazioni interpersonali, dell'ambiente ecologico e culturale, delle condizioni di tempo libero e della vita quotidiana, nonché come loro cambiamento attivo per soddisfare le tue esigenze. Anche cambiare se stessi, le proprie motivazioni, valori, bisogni, comportamenti, ecc. gioca un ruolo importante in questo.
Il carico di informazioni e le esperienze emotive nella società moderna sono spesso la principale causa di stress, che può essere superato con l'aiuto di una chiara auto-organizzazione, allenamento fisico e auto-allenamento. In alcuni casi particolarmente gravi è necessaria una visita da uno psicoterapeuta. Un tentativo di trovare l'oblio di questi problemi attraverso l'eccesso di cibo, il fumo, il consumo di alcol e altre cattive abitudini non porta al risultato desiderato, ma aggrava solo le condizioni del corpo.
L'ambiente naturale non ha meno influenza sugli esseri umani, nonostante il fatto che gli esseri umani stiano cercando di creare un ambiente artificiale confortevole da circa 10 mila anni. Pertanto, salire a un'altitudine significativa a causa di una diminuzione della concentrazione di ossigeno nell'aria porta ad un aumento del numero di globuli rossi nel sangue, un aumento della respirazione e della frequenza cardiaca e un'esposizione prolungata al sole aperto contribuisce ad aumentare la pigmentazione della pelle - abbronzatura. Tuttavia, i cambiamenti elencati rientrano nella norma della reazione e non vengono ereditati. Tuttavia, le persone che vivono in tali condizioni da molto tempo possono avere alcuni adattamenti. Pertanto, tra i popoli del nord, i seni nasali hanno un volume molto maggiore per riscaldare l'aria e la dimensione delle parti sporgenti del corpo diminuisce per ridurre la perdita di calore. Gli africani hanno il colore della pelle più scuro e i capelli ricci perché il pigmento melanina protegge gli organi del corpo dalla penetrazione dei dannosi raggi ultravioletti e la calotta dei capelli ha proprietà di isolamento termico. Gli occhi chiari degli europei sono un adattamento a una percezione più acuta delle informazioni visive al crepuscolo e nella nebbia, e la forma mongoloide degli occhi è il risultato della selezione naturale per l'azione dei venti e delle tempeste di polvere.
Questi cambiamenti richiedono secoli e millenni, ma la vita in una società civile comporta alcuni cambiamenti. Pertanto, una diminuzione dell'attività fisica porta ad uno scheletro più leggero, una diminuzione della sua forza e una diminuzione della massa muscolare. La scarsa mobilità, l'eccesso di cibo ipercalorico, lo stress portano ad un aumento del numero di persone in sovrappeso e un'adeguata alimentazione proteica e le ore diurne continue con l'aiuto dell'illuminazione artificiale contribuiscono all'accelerazione: crescita accelerata e pubertà e un aumento delle dimensioni corporee .
1. L'ereditarietà è la proprietà degli organismi di trasmettere caratteristiche strutturali e
attività vitale di generazione in generazione.
2. La base materiale dell'ereditarietà sono i cromosomi e i geni, che immagazzinano informazioni sulle caratteristiche dell'organismo. Trasferimento di geni e cromosomi di generazione in generazione
grazie alla riproduzione. Sviluppo di un organismo figlia da una cellula: lo zigote
o un gruppo di cellule del corpo materno nel processo di riproduzione. Localizzazione in
nuclei delle cellule coinvolte nella riproduzione, geni e cromosomi che determinano
somiglianza dell'organismo figlia con la madre.
3. L'ereditarietà è un fattore dell'evoluzione, la base della somiglianza tra genitori e prole, individui della stessa specie.
4. La variabilità è una proprietà comune di tutti gli organismi per acquisire nuove caratteristiche nel processo di sviluppo individuale.
5. Tipi di variabilità: non ereditaria (modifica) ed ereditaria (combinativa, mutazionale).
6. Le modifiche non ereditarie non sono associate alle modifiche
geni e cromosomi, non sono ereditati, sorgono sotto l'influenza di fattori
ambiente esterno, scompaiono nel tempo. Manifestazione di modifiche simili
cambiamenti in tutti gli individui della specie (ad esempio, al freddo, la pelliccia dei cavalli diventa
più spesso). Scomparsa delle modifiche apportate alla cessazione del fattore,
causando questo cambiamento (l’abbronzatura scompare in inverno, poiché le condizioni peggiorano
variabilità della modifica: abbronzatura estiva, aumento di peso
animali con una buona alimentazione e mantenimento, sviluppo di alcuni gruppi muscolari
quando si pratica sport.
7. I cambiamenti ereditari sono causati da cambiamenti
geni e cromosomi, sono ereditati, variano tra gli individui all'interno
di una specie si mantengono per tutta la vita dell’individuo.
8. Variabilità combinatoria. Manifestazione
variabilità combinatoria durante l'attraversamento, sua dipendenza dall'emergere di nuovi
combinazioni (combinazioni) di geni nella prole. Fonti di combinatorio
variabilità: scambio di sezioni tra cromosomi omologhi, casuale
combinazione di cellule germinali durante la fecondazione e la formazione di uno zigote. Vario
combinazioni di geni - la causa della ricombinazione (nuova combinazione) dei genitori
segni nella prole.
9. Le mutazioni sono cambiamenti improvvisi e persistenti.
geni o cromosomi. Il risultato delle mutazioni è la comparsa di nuove caratteristiche nel bambino
organismi assenti nei suoi genitori, ad esempio le gambe corte
pecore, mancanza di piumaggio nei polli, albinismo (mancanza di pigmento). Utile,
mutazioni dannose e neutre. La maggior parte delle mutazioni sono dannose per il corpo
a causa della manifestazione di nuovi segni che non corrispondono al suo habitat.
10. La variabilità ereditaria è un fattore di evoluzione.
La comparsa di nuovi caratteri negli organismi e la loro diversità sono importanti
le azioni della selezione naturale, la conservazione degli individui con cambiamenti,
corrispondente all'habitat, la formazione dell'adattabilità degli organismi a
condizioni ambientali mutevoli.
2. Ecosistemi naturali e artificiali, loro caratteristiche.
1. Ecosistema: insieme di organismi viventi di specie diverse interconnessi
e con componenti di natura inanimata, metabolismo e conversione energetica
una certa area della biosfera.
2. Struttura dell'ecosistema:
Specie: il numero di specie che vivono in un ecosistema e
il rapporto tra i loro numeri. Esempio: circa 30 specie che crescono in una foresta di conifere
piante, in un bosco di querce - 40-50 specie, in un prato - 30-50 specie, in ambienti umidi
foresta tropicale - oltre 100 specie;
Spaziale: posizionamento degli organismi in
direzioni verticale (a più livelli) e orizzontale (a mosaico). Esempi:
la presenza di 5-6 livelli in una foresta di latifoglie; differenze nella composizione vegetale
margine e nel folto del bosco, in zone asciutte e umide.
3. Componenti della comunità: abiotica e biotica.
Componenti abiotici di natura inanimata: luce, pressione, umidità, vento,
rilievo, composizione del suolo, ecc. Componenti biotiche: organismi - produttori,
consumatori e distruttori.
4. Produttori: piante e alcuni batteri,
creare sostanze organiche da quelle inorganiche utilizzando energia
luce del sole.
5. Consumatori: animali, alcune piante e
batteri che si nutrono di sostanze organiche preparate e utilizzano
6. I distruttori sono funghi e alcuni batteri,
distruggendo la materia organica in materia inorganica, nutrendosi di cadaveri,
resti vegetali.
7. La circolazione delle sostanze e le trasformazioni energetiche -
una condizione necessaria per l’esistenza di qualsiasi ecosistema. Trasferimento di sostanze ed energia in
catene alimentari nell’ecosistema.
8. Sostenibilità dell’ecosistema. Dipendenza dalla stabilità
ecosistemi dal numero di specie che vivono in essi e dalla lunghezza delle catene alimentari: di più
specie, catene alimentari, tanto più stabile è l'ecosistema dal ciclo delle sostanze.
9. Ecosistema artificiale: creato come risultato
attività umana. Esempi di ecosistemi artificiali: parco, campo, giardino,
10. Differenze tra un ecosistema artificiale e uno naturale:
Un piccolo numero di specie (ad esempio, grano e alcune
tipi di erbacce in un campo di grano e animali associati)
Predominanza di organismi di una o più specie
(grano nel campo);
Catene alimentari corte a causa del numero limitato di specie;
Circolazione non chiusa di sostanze dovuta a
rimozione significativa delle sostanze organiche e loro rimozione dal ciclo nella forma
Bassa stabilità e incapacità di farlo
esistenza indipendente senza supporto umano.
BIGLIETTO N.12
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