Підготовка до НМТ 2024 Біологія

Тема: Основи еволюційного вчення.

Еволюція органічного світу.

Розвиток уявлень про походження життя на Землі

Питання про походження життя є одним з найскладніших питань природознавства. Точної відповіді на нього немає, проте існує безліч гіпотез.

1.   Гіпотеза Божественного походження життя (креаціонізм)

Згідно цієї гіпотези всі живі організми на Землі були створені Богом. Вони спочатку були досконалими і зберігаються в незмінному вигляді. Причому створення світу відбулося один раз, тому його розвиток є неможливим.

Креаціонізм приймає життя як даність і не робить спроб пояснення походження життя природними законами природи.

2.   Гіпотеза самовільного зародження життя

Ця гіпотеза стверджує про багаторазове мимовільне виникнення живих організмів з неживої матерії. В середні віки багатьом «вдавалося» спостерігати появу живих організмів (хробаків, личинок комах, мишей, цвілевих грибів) в гниючих залишках організмів.

У 1668 році італійський лікар Франческо Реді експериментально спростував ці уявлення. Він помістив шматочки м'яса в посудини, частину з яких закрив марлею. У відкритих судинах незабаром з'явилися личинки мух, а в закритих їх не було. Так було доведено неможливість самозародження мух у гниючому м'ясі. Реді висунув принцип «все живе — від живого».

3.   Гіпотеза панспермії

У 1865 році німецький вчений Гедеон Ріхтер вперше висловив ідею про космічне походження життя на Землі. Згідно з його гіпотезою життя було занесено з інших планет. Прихильники космічного походження життя вважають, що життя на Землю було занесено випадково або навмисно космічними прибульцями. Проте залишається відкритим питання про виникнення життя в космосі.

4.   Біохімічна гіпотеза

У 1924 році радянський біохімік Олександр Іванович Опарін і у 1929 році англійський біохімік Джон Холдейн висунули гіпотезу про те, що життя виникло з неорганічних речовин у специфічних умовах стародавньої Землі.

У 1947 р англійський учений Джон Десмонд Бернал, базуючись на гіпотезі Опаріна — Холдейна, сформулював гіпотезу біопоеза, яка характеризує три етапи формування життя на Землі.

2. Біохімічна гіпотеза виникнення і розвитку життя на Землі

В основі сучасних наукових уявлень про походження життя лежить гіпотеза біохімічної еволюції Опаріна — Холдейна.    

                                                                                                                              Олександр Опарін     Джон Холдейн

Згідно теорії біохімічної еволюції формування життя на Землі йшло в три етапи:

-  абіогенний синтез органічних речовин;

-  утворення біополімерів;

-  формування мембранних структур і поява самовідтворення.

Абіогенний синтез органічних речовин

Згідно теорії Опаріна виникнення життя на Землі можливо було лише в умовах стародавньої атмосфери і відсутності живих організмів.

На перших етапах свого існування наша Земля являла собою розпечену кулю.

У міру її остигання поступово формувалася первинна атмосфера, що складалася з амоніаку, метану, вуглекислого газу, гідроген цианіду і парів води. Ні кисню, ні озону в атмосфері древньої Землі не було.

При подальшому зниженні температури утворився первинний океан. Під дією різних видів енергії (електричні розряди, ядерні реакції, сонячна радіація, виверження вулканів) утворилися прості органічні сполуки: формальдегід, спирти, мурашина кислота, амінокислоти, тощо.

Абіогенний синтез органічних речовин

Окиснення речовин, що утворювалися не відбувалося, оскільки не було вільного кисню. Синтезовані речовини протягом десятків мільйонів років поступово накопичувалися у древньому океані. Їх накопичення у результаті призвело до утворення однорідної маси — «первинного бульйону». На думку Опаріна, саме в «первинному бульйоні» і виникло життя.

Цей етап біохімічної еволюції був підтверджений експериментально біохіміками Стенлі Міллером, Джоан Оро та іншими вченими. В експериментальних приладах, що моделюють умови первісної Землі, ними були отримані альдегіди, амінокислоти, прості сахариди, пуринові і піримідинові основи, нуклеотиди.

Формування мембранних структур і поява самовідтворення

Еволюційне вчення — розділ біології, який вивчає загальні закономірності і рушійні сили історичного розвитку органічного світу.

Термін «еволюція» ввів у 1762 році Шарль Бонні.

Біологічна еволюція — необоротній спрямований розвиток живих організмів та їх спільнот, що приводить до вищого ступеня їх розвитку.

Теорія еволюції — система узагальнених знань, що пояснює механізми змін живих організмів, їхніх угруповань та причини утворення біорізноманіття на Землі у процесі еволюції.

Суспільно-економічні передумови

Суспільно-економічні передумови виникнення еволюційної теорії Дарвіна пов'язані з бурхливим розвитком капіталізму в Англії, який привів до зростання міст і розвитку сільського господарства.

Виникла необхідність поліпшення існуючих сортів рослин і порід тварин, що призвело до розвитку селекції. Були створені нові породи тварин і сорти рослин. Ставало очевидним, що живі організми можуть змінюватися і пристосовуватися до умов.

На створення теорії Ч. Дарвіна вплинули також економічні вчення А. Сміта і Т. Мальтуса, які висували ідеї вільної конкуренції, перенаселення, природної загибелі невдалих конкурентів.

Боротьба за існування — як фактор еволюції

Живим організмам властиве прагнення до розмноження в геометричній прогресії.

Приклад:

потомство від однієї сем'янки кульбаби на другий рік склало б 100 особин, на п'ятий — 107. За десять років потомство одної кульбаби покрило б усю поверхню планети суцільним килимом.

Цей приклад показує, що особин з'являється на світ набагато більше, ніж може існувати на певній території. Перенаселення не відбувається, оскільки більшість організмів, що з'явилися на світ, гине з різних причин.

Особи в природі існують не ізольовано, а у певних біогеоценозах. Успіх їх існування залежить від взаємин з іншими особинами, що складаються на фоні дії абіотичних факторів.

Інтенсивне розмноження призводить до двох важливих наслідків: - зростає ймовірність появи нових спадкових відхилень (мутацій); -    виникає боротьба за існування.

Ч. Дарвін вказував, що невідповідність між можливістю видів до безмежного розмноження і обмеженістю ресурсів — головна причина боротьби за існування.

Боротьба за існування — складні і різноманітні взаємини особин всередині виду, між видами і з несприятливими умовами неживої природи.

Відповідно до теорії Дарвіна, боротьба за існування є конкуренцію за корм і місце проживання в умовах перенаселення.

Зверни увагу!

За сучасними уявленнями (згідно синтетичної теорії еволюції — СТЕ) елементами боротьби за існування можуть бути будь-які взаємини — як конкурентні, так і взаємовигідні.

Результатом боротьби за існування є виживання і розмноження одних особин і загибель інших.

Форми боротьби за існування

Дарвін виділяв три форми боротьби за існування: внутрішньовидову, міжвидову і боротьбу з несприятливими умовами середовища.

Внутрішньовидова боротьба — взаємини між особинами одного виду.

Приклад:

-  боротьба за територію;

-  змагання за здобич;

-  внутрішньовидовий канібалізм; - боротьба за верховенство у зграї.

Конкуренція рослин за світло, воду і мінеральне живлення Внутрішньовидова боротьба є найжорстокішим видом боротьби, оскільки особини конкурують між собою за однакові умови існування, однакові джерела харчування, однакові умови розмноження. Результатом цієї боротьби є переважне право на розмноження більш пристосованих особин і загибель менш пристосованих.

Міжвидова боротьба — взаємини між особинами різних видів.

Боротьба з несприятливими умовами неживої природи — виживання найбільш пристосованих особин, популяцій і видів у мінливих умова неживої природи.

Спостерігається у тих випадках, коли зовнішні умови середовища погіршуються (добові та сезонні коливання температури і вологості), а також усюди, де особини виявляються в умовах надлишкового тепла або холоду, сухості або вологості.

Приклад:

-   сезонна зміна хутра (линька) у ссавців;

-   літня і зимова сплячка у тварин;

-   сезонні перельоти птахів;

-   пристосування до збереження вологи у рослин пустель.

                                                                                 Посуха          Дерево в екстремальних умовах

Боротьба з абіотичними факторів відбувається постійно, оскільки не буває в природі абсолютно стабільних умов. Умови середовища постійно змінюються, і організм змушений або пристосовуватися до них, або загинути.

У синтетичній теорії еволюції виділяють пряму і непряму боротьбу за існування.

Пряма боротьба — будь-які взаємовідносини, при яких між особинами одного або різних видів спостерігається фізичний контакт.

-   суперництво між самцями за самку;

-   взаємовідносини між хижаком і жертвою;

-   взаємини між бульбочковими бактеріями і бобовими рослинами; -    вигодовування дитинчат молоком.

Пряма боротьба може бути внутрішньовидовою і міжвидовою.

                                                            Ясла пінгвінів                                     Хижацтво

Непряма боротьба — будь-які взаємини між особинами різних популяцій без безпосереднього контакту один з одним.

Приклад:

конкуренція за світло, воду і мінеральні речовини між молодими соснами в густих посадках; взаємини між світлолюбними і тіньовитривалими рослинами.

Нестача світла в нижніх ярусах лісу

Чинники еволюції

Еволюційні чинники — це зовнішні та внутрішні впливи, які приводять до еволюційних змін організмів та угруповань, змінюють генофонд популяції.

Зміни в генофонді популяцій із часом можуть накопичуватися, й особини в популяції починають дедалі більше відрізнятися від своїх предків.

Розрізняють рушійні та елементарні чинники еволюції. Рушійні чинники еволюції мають спрямований закономірних характер, а елементарні — є чинниками — постачальниками еволюційного матеріалу та створюють умови перебігу еволюційних змін.

Рушійні чинники еволюції — чинники, які спрямовують різні елементарні зміни, що виникли внаслідок мутацій у бік формування пристосувань організмів до змін умов довкілля.

До рушійних чинників еволюції належить спадкова мінливість та природний добір.

Елементарні чинники еволюції — це впливи, що спричиняють еволюційні зміни біосистем і мають неспрямований випадкових характер.

Елементарні еволюційні фактори:

Популяційні хвилі (хвилі життя) — періодичні або неперіодичні коливання чисельності природних популяцій, яке відбувається постійно внаслідок кліматичних, біологічних або інших факторів. Даний термін вперше був уведений С.С. Четвериковим у 1905 р. Наприклад: періодично виникають спалахи інтенсивного розмноження комах. При цьому тварини можуть поширюватися за межі території свого звичного проживання.

Дрейф генів (генетичний дрейф) — неспрямована зміна частоти алелів певних генів через випадкові процеси, наприклад, виверження вулкана, повінь або потрапляння невеликої групи особин на нову територію (ефект засновника). Наприклад: коли люди потрапили на американський континент, серед першовідкривачів випадково не виявилося людей з алелем, який відповідає за формування III та IV груп крові.  Тому до прибуття європейців жителі Америки мали тільки I або II групу крові.

Ізоляція — розділення популяцій одного виду через виникнення між ними якихось бар'єрів (фізичних, географічних або екологічних). Наприклад: популяції, які потрапляли на острови, часто не могли контактувати з популяціями материка й утворювали нови види, як в'юрки на Галапагоських островах.

Міграція — переміщення особин з однієї популяції в іншу або на нові території. Наприклад: риба - голка із Чорного моря мігрувала в р. Дніпро, а звідти по каналу Дніпро — Донбас потрапила в р. Сіверський Донець.

Сучасними екологічними дослідженнями встановлено, що: на кожному рівні організації живого є свої чинники еволюції;

усі екологічні чинники, якщо вони діють зі сталою інтенсивністю або остання періодично змінюється, є водночас чинниками еволюції;

стосовно популяції як одиниці еволюції розрізняють внутрішньовидові (міграції, хвилі життя) та міжвидові (симбіоз, конкуренція, виїдання, тощо) еволюційні чинники.

Природний добір — результат боротьби за існування

Поняття «природний добір» сформульовано у 1858 році Ч. Дарвіном і А. Р. Уоллесом.

Природний добір — процес, в результаті якого виживають і залишають після себе потомство переважно особини з корисними в даних умовах змінами.

Синтетична теорія еволюції розширила уявлення про цей процес. За СТЕ в результаті боротьби за існування виживають особини з найбільш корисними в даному середовищі фенотипами. Якщо відбір фенотипів триває у ряду поколінь, то в популяції відбудеться зміна генофонду.

Природний добір — спрямований процес вибіркового збереження фенотипів і відтворення адаптивних генотипів.

Природний добір — це механізм, за допомогою якого живі організми адаптуються і еволюціонують. Окремі організми, найкраще пристосовані до середовища, виживають і успішно розмножуються, народжуючи плідне потомство. Після численних циклів розмноження такі організми стають переважаючими в популяції. У результаті формується пристосованість до умов середовища.

Будь-яка пристосованість є результатом природного добору.

Схемадії еволюційного процесу:

Форми природного добору

Виділяють три форми природного добору: рушійний (спрямований), стабілізуючий і розривний (дизруптивний).

Рушійний (спрямований) добір — природний добір, який діє при спрямованій зміні умов зовнішнього середовища.

Особи з ознаками, які відповідають мінливому середовищі, отримують переваги. При цьому інші прояви ознак не зберігаються. У результаті в популяції з покоління в покоління відбувається зсув середнього значення ознаки у певному напрямку. Формується нова середня норма замість існуючої, що перестала відповідати новим умовам.

Схема дії рушійного добору

В результаті рушійного добору одні ознаки зникають, а інші формуються. Якщо добір діє в одному напрямку тривалий час, то він може привести до перетворення популяції в новий вид.

Приклад:

-        редукція очей у крота, травної системи у паразитичних стрічкових червів;

-        збільшення довжини кореня у склерофітів;

-        перетворення передніх кінцівок у різних груп тварин, що риють землю при освоєнні ґрунту, як середовища існування;

-        формування у бактерій стійкості до антибіотиків;

-        зниження чутливості паразитичних грибів до отрутохімікатів;

-        зміна будови кінцівок у предків коня в зв'язку з освоєнням відкритих просторів.

Стабілізуючий добір — природний добір, дія якого спрямована проти особин, що мають крайні відхилення від середньої норми, на користь особин з середньою вираженістю ознаки. Діє в постійних умовах середовища.

Спрямований на підтримку раніше сформованої середнього ознаки або властивості. Зберігає пристосованість виду, усуваючи різкі відхилення вираженості ознаки від середньої норми, тим самим оберігає сформований генотип від руйнівної дії мутаційного процесу.

Схема дії стабілізуючого добору

Добір на користь середніх значень був виявлений за безліччю ознак.

Популяція — це сукупність особин одного виду, здатна до самовідтворення, більш-менш ізольована в просторі і в часі від інших популяцій того ж виду.

Популяції складаються з одновидових організмів, спільно населяють певні ділянки та пов'язані між собою різними взаємовідносинами, які забезпечують їм стійке існування в даному природному середовищі.

Популяції — основні елементи екологічних систем.

Організми, що складають популяцію пов'язані один з одним різними взаємовідносинами: вони спільно беруть участь у розмноженні, можуть конкурувати один з одним за ті чи інші види ресурсів, можуть поїдати один одного, або разом оборонятися від хижака.

Докази еволюції

Палеонтологія — це наука, що вивчає викопні організми, які населяли нашу планету в минулому. Основним завданням палеонтології є реконструкція зовнішності, а також особливостей поведінки, фізіології та екології вимерлих організмі

Дивергенція́ — скалярне поле, яке характеризує густину джерел даного векторного поля. Дивергенція показує продукується чи поглинається векторне поле в даній точці та визначає інтенсивність цих процесів. Так, наприклад, додатна дивергенція поля швидкостей сталого руху нестискуваної рідини характеризує інтенсивність джерел в даній точці, а від'ємна — інтенсивність стоків.

Якщо дивергенція поля дорівнює нулю, то джерел та стоків у цього поля немає, або вони зрівноважені. Таке поле називають соленоїдальним.

Подібність, звісно, не повна: наприклад, у коня в кінцівках залишився один довгий палець, а решта чотири зменшилися чи зникли; у китів на передніх кінцівках з’явилися додаткові фаланги, а від задніх кінцівок залишилося кілька кісточок. Ці зміни пов’язані зі способом життя: коням треба швидко бігати твердою рівною поверхнею, а китам — швидко плавати. Таке розходження ознак, успадкованих від спільного предка, називають дивергенцією.

Із переходом предків людини на тваринну їжу потреба в бактеріях майже відпала. Тому розмір апендикса значно зменшився, хоча цей орган і бере участь у роботі імунної системи в перші роки життя дитини. Подібна ситуація й із мигальною перетинкою в оці людини — рудиментом третьої повіки, і з куприковими хребцями — рудиментом хвостового відділу хребта.

Еволюція людини

Приблизно 25 млн років тому з’явилися перші людиноподібні мавпи — проконсули, що мешкали в Африці в дощових тропічних лісах/ Але близько 12 млн років тому сталася глобальна зміна клімату: він став сухішим, а безкраї тропічні ліси змінилися трав’яними саванами. Частина людиноподібних мавп продовжила жити в залишках екваторіальних лісів — серед їхніх нащадків є сучасні шимпанзе та горили.

Австралопітеки з’явилися в Африці приблизно 7 млн років тому. Вони були перехідною формою тому, що поєднували в собі ознаки будови людиноподібних мавп і людей. Будова їхнього черепа була більш «мавпячою», тоді як решта скелета більш прогресивна та адаптована до двоногого переміщення. Насправді перші австралопітеки не були повною мірою прямоходячими: вони

Знаряддя праці стають усе складнішими, людина починає використовувати вогонь, з’являються рукотворні житла. Ці вміння дають змогу людині залишити межі Африки та почати розселення Євразійським материком. Тропічну зону тим часом заселила людина прямоходяча

Приблизно 400 тисяч років тому люди перемістилися в зону помірного клімату. Першою була людина гейдельберзька. Це був прогресивний вид давньої людини, що знову проник до Африки та витіснив людину прямоходячу з тропічної зони. Там він дав початок сучасній людині розумній — Homo sapiens. Водночас на території Європи відгейдельберзької людини виник неандерталець

ПІДГОТОВКА ДО НМТ 2024 БІОЛОГІЯ

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !!!