1. Эволюция: основные понятия
Эволюция — это необратимый процесс исторического развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов.
Ключевые понятия
- Вид — совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство.
- Популяция — группа особей одного вида, занимающая часть ареала, свободно скрещивающаяся и относительно обособленная от других популяций. Это элементарная единица эволюции.
- Ареал — географическая область, занимаемая видом.
- Генофонд — совокупность всех генов популяции.
Критерии вида
- Морфологический: сходство внешнего и внутреннего строения.
- Физиологический: сходство процессов жизнедеятельности, особенно размножения.
- Биохимический: сходство химического состава и метаболизма.
- Экологический: приуроченность к определённой экологической нише.
- Географический: общий ареал.
- Генетический: постоянство кариотипа и нуклеотидного состава ДНК.
2. Исторические теории эволюции
| Теория | Основные положения | Ограничения |
|---|---|---|
| Ж.Б. Ламарк (1809) |
|
Не подтверждена экспериментально: приобретённые признаки не наследуются; нет «стремления к совершенству». |
| Ч. Дарвин (1859) |
|
Не знал механизмов наследственности; не мог объяснить источник изменчивости. |
| Синтетическая теория эволюции (СТЭ) |
|
Не полностью объясняет макроэволюционные скачки (ароморфозы). |
Пример: сравнение объяснений длинной шеи жирафа разными теориями
| Теория | Объяснение длинной шеи жирафа | Механизм |
|---|---|---|
| Ламарк | Жирафы вытягивали шеи, чтобы доставать листья с высоких деревьев. Приобретённый признак (удлинённая шея) передавался по наследству. | Наследование приобретённых признаков, упражнение органов |
| Дарвин | Среди предков жирафов существовала наследственная изменчивость по длине шеи. В условиях конкуренции за пищу особи с более длинной шеей имели преимущество и выживали, оставляя потомство (естественный отбор). | Естественный отбор на основе наследственной изменчивости |
| СТЭ | Длинная шея возникла в результате случайных мутаций, влияющих на длину шеи, и последующего действия движущей формы естественного отбора в условиях, когда пища располагалась на высоких деревьях. Процесс шёл на популяционном уровне через изменение частот аллелей. | Мутации + естественный отбор + изоляция + дрейф генов на уровне популяции |
Вывод: Только СТЭ даёт полное объяснение, объединяя генетику (мутации как материал) и дарвиновский отбор (направляющий фактор) на популяционном уровне.
3. Доказательства эволюции
Современная биология располагает множеством доказательств исторического развития живой природы. Они основаны на данных разных научных дисциплин.
Сравнительно-анатомические
- Гомологичные органы — общее происхождение, разная функция (крыло летучей мыши, ласт кита, рука человека).
- Аналогичные органы — разное происхождение, одинаковая функция (крыло птицы и крыло насекомого).
- Рудименты — упрощённые органы, утратившие функцию (аппендикс, копчик, третье веко у человека).
- Атавизмы — появление признаков предков (хвостатость, густой волосяной покров).
Эмбриологические
- Закон зародышевого сходства (Бэра): эмбрионы разных видов сходны на ранних стадиях.
- Биогенетический закон (Геккеля-Мюллера): онтогенез повторяет филогенез.
- Пример: у человеческого эмбриона есть жаберные щели, хорда — признаки далёких предков.
Палеонтологические
- Филогенетические ряды — последовательные ряды ископаемых форм (лошадь, слон, человек).
- Переходные формы — организмы, сочетающие признаки древних и более современных групп (кистепёрые рыбы → земноводные; археоптерикс → птицы).
- «Живые ископаемые» — реликты (латимерия, утконос).
Биогеографические
- Виды-эндемики — обитают только на определённой территории (кенгуру в Австралии).
- Виды-реликты — сохранились как остатки древней флоры/фауны (гаттерия, утконос).
- Сходство флоры и фауны континентов, ранее составлявших единый материк (Гондвана).
Генетические и биохимические
- Универсальность генетического кода — одинаков у всех организмов.
- Сходство биохимических процессов (ДНК, РНК, АТФ, белки).
- Гомология генов — сходство последовательностей ДНК у разных видов.
Цитологические
- Единство клеточного строения — все организмы (кроме вирусов) состоят из клеток.
- Сходство органелл (рибосомы, митохондрии и др.).
4. Факторы эволюции (по СТЭ)
Современная синтетическая теория эволюции выделяет несколько элементарных факторов, действующих на уровне популяции.
| Фактор | Сущность | Роль в эволюции | Пример |
|---|---|---|---|
| Наследственная изменчивость | Возникновение новых генетических комбинаций (комбинативная изменчивость) и мутаций (генные, хромосомные, геномные). | Поставляет материал для эволюции. Без изменчивости нет исходного разнообразия для отбора. | Появление аллеля устойчивости к антибиотику у бактерий. |
| Борьба за существование | Сложные взаимоотношения особей внутри вида, между видами и с условиями среды. | Создаёт давление, которое «включает» естественный отбор. | Конкуренция за пищу, свет, территорию; хищничество; паразитизм. |
| Естественный отбор | Избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных особей. Основные типы: движущий, стабилизирующий, дизруптивный. | Направляющий фактор. Определяет, какие изменения закрепятся в популяции. | Увеличение длины шеи жирафа (движущий); сохранение среднего размера семян у растений (стабилизирующий). |
| Изоляция | Прекращение потока генов между популяциями. Бывает географической, экологической, репродуктивной. | Закрепляет различия, возникшие в изолированных популяциях, ведёт к видообразованию. | Разделение популяции речным рукавом; различие сроков цветения у растений. |
| Дрейф генов | Случайное изменение частот аллелей в малых популяциях. | Может приводить к быстрому закреплению или потере аллелей без влияния отбора. | Эффект основателя: небольшая группа колонистов несёт случайный набор генов. |
Схема действия элементарных факторов эволюции
Наследственная изменчивость
Появление новых аллелей (мутации) и их комбинаций.
Появление новых аллелей (мутации) и их комбинаций.
→
Борьба за существование
Ограниченность ресурсов leads к конкуренции.
Ограниченность ресурсов leads к конкуренции.
→
Естественный отбор
Выживание и размножение наиболее приспособленных.
Выживание и размножение наиболее приспособленных.
→
Изоляция
Прекращение обмена генами между популяциями.
Прекращение обмена генами между популяциями.
→
Видообразование
Накопление различий приводит к появлению нового вида.
Накопление различий приводит к появлению нового вида.
5. Направления эволюции
Эволюционные изменения могут идти по разным путям, приводя к биологическому прогрессу или регрессу.
| Направление | Сущность | Примеры | Результат |
|---|---|---|---|
| Ароморфоз | Крупное изменение строения, повышающее уровень организации и открывающее новые возможности освоения среды. | Появление головного мозга у рыб, лёгких у земноводных, четырёхкамерного сердца у птиц и млекопитающих, цветка у растений. | Биологический прогресс: расширение ареала, увеличение численности, образование новых таксонов. |
| Идиоадаптация | Частное приспособление к конкретным условиям среды без изменения уровня организации. | Разная форма клювов у птиц, покровительственная окраска, редукция глаз у крота, отсутствие конечностей у змей. | Успешное освоение конкретных экологических ниш. |
| Общая дегенерация | Упрощение организации, утрата органов активной жизни в связи с переходом к паразитизму или сидячему образу жизни. | Исчезновение пищеварительной системы у ленточных червей, редукция органов чувств у пещерных рыб, утрата корней у растений-паразитов. | Биологический прогресс за счёт специализации (паразит успешно размножается). |
Биологический прогресс
- Увеличение численности особей.
- Расширение ареала.
- Дивергенция — расхождение признаков и образование новых видов, родов, семейств.
- Достигается путём ароморфозов, идиоадаптаций или общей дегенерации.
Биологический регресс
- Сокращение численности.
- Сужение ареала.
- Уменьшение разнообразия таксонов.
- Может привести к вымиранию вида (например, динозавры, мамонты).
6. Видообразование
Видообразование — процесс возникновения новых видов путём накопления наследственных различий, приводящих к репродуктивной изоляции.
Аллопатрическое (географическое) видообразование
- Происходит при пространственной изоляции популяций (горы, реки, моря).
- Изолированные популяции накапливают генетические различия под действием отбора и дрейфа.
- Со временем различия становятся столь значительными, что даже при исчезновении барьера скрещивание невозможно.
- Пример: Вьюрки Дарвина на разных островах Галапагосского архипелага.
Симпатрическое (экологическое) видообразование
- Происходит в пределах одного ареала без географической изоляции.
- Изоляция возникает due to экологических, behavioral или генетических различий.
- Механизмы: различие сроков размножения, пищевой специализации, хромосомные мутации (полиплоидия у растений).
- Пример: Разные расы лососей с весенним и осенним нерестом.
7. Макроэволюция и микроэволюция
| Характеристика | Микроэволюция | Макроэволюция |
|---|---|---|
| Уровень | Внутривидовой (популяционный). | Надвидовой (род, семейство, класс, тип). |
| Масштаб времени | Относительно короткий (десятки–сотни поколений). | Геологический (миллионы лет). |
| Процессы | Изменение частот аллелей в генофонде популяции под действием элементарных факторов. | Накопление микроэволюционных изменений, ведущее к образованию новых таксонов. |
| Результат | Видообразование. | Формирование новых родов, семейств, классов и т.д. |
| Пример | Образование устойчивых к антибиотику штаммов бактерий. | Эволюция от кистепёрых рыб к земноводным; возникновение покрытосеменных растений. |
Важно: Макроэволюция не имеет особых механизмов — она является результатом длительного накопления микроэволюционных изменений. Все закономерности микроэволюции (действие отбора, изоляции, дрейфа) справедливы и для макроэволюции.
8. Практические задачи по эволюции
Задача: Определение пути эволюции
Укажите, к какому пути эволюции (ароморфоз, идиоадаптация, общая дегенерация) относятся следующие признаки: 1) появление цветка у покрытосеменных растений; 2) редукция пищеварительной системы у свиного цепня; 3) разнообразие клювов у галапагосских вьюрков; 4) возникновение четырёхкамерного сердца у млекопитающих.
Решение:
1. Появление цветка у покрытосеменных — это крупное изменение, которое привело к эффективному опылению и защите семязачатков, резко повысило уровень организации растений и открыло новые возможности освоения среды. Это ароморфоз.
2. Редукция пищеварительной системы у свиного цепня — это упрощение организации в связи с переходом к паразитическому образу жизни. Органы активного питания стали не нужны. Это общая дегенерация (но при этом биологический прогресс, так как паразит успешно размножается).
3. Разнообразие клювов у галапагосских вьюрков — это частные приспособления к разным типам пищи (семена, насекомые, кактусы) без изменения общего уровня организации. Это идиоадаптация.
4. Возникновение четырёхкамерного сердца у млекопитающих — крупное изменение, обеспечившее полное разделение артериальной и венозной крови, повышение уровня метаболизма и теплокровность. Это ароморфоз.
Правильный ответ: Б
1. Появление цветка у покрытосеменных — это крупное изменение, которое привело к эффективному опылению и защите семязачатков, резко повысило уровень организации растений и открыло новые возможности освоения среды. Это ароморфоз.
2. Редукция пищеварительной системы у свиного цепня — это упрощение организации в связи с переходом к паразитическому образу жизни. Органы активного питания стали не нужны. Это общая дегенерация (но при этом биологический прогресс, так как паразит успешно размножается).
3. Разнообразие клювов у галапагосских вьюрков — это частные приспособления к разным типам пищи (семена, насекомые, кактусы) без изменения общего уровня организации. Это идиоадаптация.
4. Возникновение четырёхкамерного сердца у млекопитающих — крупное изменение, обеспечившее полное разделение артериальной и венозной крови, повышение уровня метаболизма и теплокровность. Это ароморфоз.
Правильный ответ: Б
Тест: 20 вопросов по теме "Теория эволюции"
Пройдите тест, чтобы проверить свои знания. Вопросы охватывают все аспекты эволюционной биологии и соответствуют уровню ЕГЭ.
Прогресс:
Вопрос 1 из 20
Ваш результат
Проверенные курсы для системной подготовки к ЕГЭ по биологии
Чтобы закрепить успех и подготовиться ко всем заданиям ЕГЭ, рекомендуем обратиться к структурированным курсам от известных образовательных платформ.
Фоксфорд
Углубленные курсы по биологии с разбором сложных тем, включая эволюцию и генетику. Преподаватели из МГУ и ведущих вузов. Подробный разбор задач ЕГЭ.
Перейти на сайт ФоксфордаСотка
Специализируется на интенсивной подготовке к ЕГЭ. Много практики, в том числе по решению задач на эволюционные процессы и видообразование.
Перейти на сайт СоткиТетрика
Индивидуальные занятия с репетитором. Идеально, если нужно разобрать сложную тему «с нуля» или ликвидировать конкретные пробелы. Персональный подход к каждому ученику.
Перейти на сайт ТетрикиУмскул
Крупная платформа с тысячами учеников. Все платежи проходят через официальные системы, предоставляется доступ в личный кабинет с учебными материалами по эволюции.
Перейти на сайт УмскулУчи.Дома
Онлайн-школа от создателей Учи.ру. Прозрачная система оплаты, официальные чеки, пробный бесплатный урок с настоящим преподавателем. Подробный разбор тем по биологии.
Перейти на сайт Учи.Дома