Поурочный план: Урок № 48: «Основные направления и пути эволюционного процесса»

11 класс

Дата ______

Урок № 48: «Основные направления и пути эволюционного процесса»

Цели урока: изучить основные направления и пути эволюционного процесса, соотношение направлений эволюции, ее необратимость

Оборудование: проектор, интерактивная доска, презентация, электронный учебник.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Проверка отсутствующих.

3. Проверка готовности к уроку.

4. Изучение нового материала.

Прогресс и регресс в эволюции Идея о направленном характере эволюции, идущей по пути прогресса от низших форм жизни к высшим воспринимается как нечто очевидное. Указанное направление эволюции жизни на Земле действительно существует: более сложные организмы произошли от низкоорганизованных, а те, в свою очередь, от еще более простых форм, вплоть до пробионтов на заре развития жизни. Однако не следует думать, что путь прогресса - единственный путь эволюционных изменений. В действительности это лишь одно из возможных направлений эволюции.

Современные представления о направлениях эволюции основываются на работах И.И. Шмальгаузена и А.Н. Северцова, которые выделили понятие биологического прогресса и регресса. Биологический прогресс означает победу вида или другой систематической группы в борьбе за существование. Признаками биологического прогресса являются: увеличение численности особей данной систематической группы, расширение ее ареала, многообразие группы: распадение ее на соподчиненные систематические группы.

Биологическому прогрессу противостоят биологический регресс. Он характеризуется противоположными прогрессу признаками: снижением численности особей, сужением ареала, постепенным или быстрым уменьшением видового многообразия группы. Биологический регресс может привести вид к вымиранию. Общая причина биологического регресса - отставание в темпах эволюции группы от скорости изменений внешней среды. Движущие силы эволюции действуют непрерывно, в результате чего совершенствуются приспособления. Однако под влиянием хозяйственной деятельности человека среда обитания живых существ изменяется значительно быстрее, чем формируются приспособления. Это приводит к сокращению численности, сужению ареалов и угрозе вымирания ряда видов. Минимальные шансы на выживание в нашем мире имеют крупные млекопитающие (особенно хищники), характеризующиеся небольшим числом особей. Они живут на небольшой территории, медленно размножаются и не мирятся с соседством человека. Назовите несколько таких видов.

Ближе всего к такому образу стоит белый медведь. Напротив, биологического прогресса достигают мелкие плодовитые животные, широко распространенные и легко уживающиеся с человеком. К ним из млекопитающих, в первую очередь, относится типично городское животное - крыса-пасюк, из птиц - ворона, из насекомых - таракан. Страшно представить, сколь беден, скучен и однообразен будет окружающий мир, если освоение природы не будет осуществляться на строго научной основе. Человек должен активно заботиться о восстановлении численности, расширении ареалов редких видов животных и растений. Только биологический прогресс гарантирует видам будущее.

На экране. Здесь предложены вышеназванные животные? Почему таракан мирится с соседством человека?

Прогрессирующие виды:

Регрессирующие виды:

Каковы пути достижения биологического прогресса?

Ароморфоз (арогенез) - главный путь достижения биологического прогресса.

Ароморфоз или морфо-физиологический прогресс - возникновение в ходе эволюции признаков, повышающих уровень организации живых существ. С ароморфозами, прежде всего, связаны эволюционные преобразования кровеносной, дыхательной, нервной систем, а также другие системы, оказывающие непосредственное влияние на увеличение интенсивности обмена веществ и энергии. Эволюция кровеносной системы от трубчатого сердца у ланцетника к двух-, трех- и четырех камерному сердцу у высших позвоночных, сопровождавшаяся обособлением большого и малого кругов кровообращения, шла по пути ароморфоза.

Предлагаю записать в тетрадь. Высокий общий уровень организации млекопитающих достигнут за счет прогрессивного развития кровеносной системы, легких, головного мозга, возникновения живорождения, теплокровности и других ароморфозов.

Крупными ароморфозами в развитии растений были переход от размножения спорами к размножению семенами, образование цветка и другие.

Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и естественного отбора, и являются приспособлениями широкого значения. Они дают преимущество в борьбе за существование и открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания.

Приобретение теплокровности позволило млекопитающим и птицам заселить даже холодные зоны Арктики и Антарктиды, труднодоступные другим организмам. Образование пыльцевой трубки освободило процесс оплодотворения от необходимости водной среды, что позволило цветковым растениям широко распространиться на суше. Этому способствовало приобретение и других ароморфных признаков: эпидермиса, устьиц, проводящей системы.

Родоначальные виды, находящиеся на пути ароморфозов и дающие начало новым крупным таксонам (псилофиты, стегоцефалы, археоптериксы и др.) в своей организации сочетали наряду с признаками старой формы и новые прогрессивные черты, позволившие им осваивать новую среду обитания.

Запишите в тетрадь. Таким образом, ароморфозы являются крупнымипреадаптациями, заранее обеспечивающими организмам возможность обитания в новых условиях. Вследствие ароморфозов начинается широкая адаптивная радиация.

Адаптивная радиация. Концепция адаптивной радиации разработана В.О. Ковалевским и Г. Осборном независимо друг от друга.

Адаптивная радиация – это разветвление предкового ствола группы организмов на отдельные ветви в ходе приспособительной эволюции. Таким образом, адаптивная радиация связана с развитием адаптаций к различным условиям среды и способов использования её ресурсов: освоение различных местообитаний, убежищ, пищевой базы, способов добывания пищи и т.д. Адаптивная радиация проявляется в разнообразии таксономических групп в пределах крупного таксона, например, в разнообразии родов и видов семейства Кошачьи, разнообразии различных семейств отряда Хищные и т.д. Например, анцестральные (предковые) формы млекопитающих, благодаря целому комплексу ароморфозов дали начало множеству групп, завоевавших все мыслимые адаптивные зоны:

древесно-лазающие растительноядные (белки, приматы),

древесно-лазающие хищные (куницы),

наземно-лесные растительноядные (лоси, косули),

наземно-лесные хищные (волки), наземные обитатели открытых пространств (лошади),

подземные (кроты, слепыши),

околоводные и полуводные (ластоногие),

водные (китообразные),

летающие (рукокрылые),

обитатели переходных местообитаний (лисы, зайцы, кабаны) и т.д.

Идиоадаптация – аллогенез. Ароморфозам А.Н. Северцов противопоставлял идиоадаптации частные приспособления живого мира, позволяющие освоить специфические условия среды. В отличие от ароморфозов, идиоадаптации открывают перед организмами возможность прогрессивного развития без повышения уровня биологической организации. Благодаря формированию различных идиоадаптаций млекопитающие смогли распространиться не только в различных географических зонах (от тропиков до ледяных пустынь), но и освоить самые разнообразные условия среды (на поверхности суши, в воде, почве, частично в воздухе), что существенно снизило конкуренцию между видами за пищу, места обитания. При этом уровень организации остался тем же.

Для видов, семейств, отрядов млекопитающих характерны все типичные признаки этого класса: теплокровность, живорождение, вскармливание потомства молоком и другие.

Ученик: Типичные идиоадаптации у животных - особенности строения конечностей (крота, копытных, ластоногих), особенности клюва (хищных птиц, куликов, попугаев), приспособления придонных рыб (скатов, камболовых), покровительс-твенная окраска насекомых и т.д..

Примерами идиоадаптации у растений могут служить многообразные приспособления к опылению, распространению плодов, семян и др.

Общая дегенерация. Ч. Дарвин - отмечал, что способность организмов выживать в борьбе за существование вовсе необязательно должна быть связана с более высокой организацией. Какие преимущества, например, могли бы получить инфузория или земляной червь из более высокой организации, чем они имеют? Условия жизни этих организмов относительно постоянны и они хорошо приспособлены каждый к своей среде. Поэтому естественный отбор не совершенствовал их в сторону прогрессивного усложнения. Более того, при упрощении условий среды организмы утрачивают часть признаков - развиваются по пути общей дегенерации, ведущей я упрощению организации. Это хорошо согласуется с дарвинским учением, согласно которому эволюция заключается в выживании наиболее приспособленных, а не более высокоорганизованных существ.

Дегенерация часто связана с переходом к пещерному, сидячему или паразитическому образу жизни. Пещерные обитатели характеризуются редукцией органов зрения, снижением активности, отсутствием пигментации. Сидячие организмы (актиния) утратили органы передвижения, хорду, имеющиеся у личиночной стадии. С пассивным образом жизни погонофор связана редукция кишечника, ротового и анального отверстий. Рудиментарные органы - одно из распространенных следствий дегенерации.

Упрощение организации обычно сопровождается возникновением различных приспособлений к специфическим условиям жизни. Особенно наглядно это прослеживается на паразитических организмах.

У свиного цепня, лентеца широкого нет кишечника, слабо развита нервная система. Однако они отличаются огромной плодовитостью за счет сильно развитых органов размножения, обладают присосками и крючками, при помощи которых держаться на стенках кишечника своего хозяина.

Переход некоторых растений к паразитизму сопровождался снижением активности аппарата фотосинтеза, редукцией листьев до чешуи, преобразованием корней в присоски. Одновременно развивается сложная система приспособлений к хозяину (химическая сигнализация при поиске растения - хозяина, химические механизмы внедрения в ткани хозяина и пр.).

Генетической основой изменений, ведущих к упрощению организации, является мутационная изменчивость. Известно много мутаций, вызывающих недоразвитие органов, например, мутация рудиментарных крыльев у насекомых, альбинизм у млекопитающих. Если такие мутации не устраняются естественным отбором, они довольно быстро распространяются в популяции.

Ученик: Различные направления эволюционного процесса и пути достижения биологического прогресса закономерно сменяют друг друга в ходе эволюции – правило смены фаз.

Ароморфозы приводят к возможности освоения новых местообитаний. Это приводит к адаптивной радиации и формированию адаптивных зон с помощью алломорфозов. В этих условиях биологический прогресс достигается путем аллогенеза.

Дальнейшая конкуренция приводит к появлению частных приспособлений – теломорфозов и гиперморфозов.

В большинстве случаев, специализация приводит к утрате эволюционной пластичности: прогресс сменяется стабилизацией, а при быстрых и крупномасштабных изменениях среды обитания – биологическим регрессом.

Правило смены фаз (заносится в тетрадь)

Путь эволюции

Формы борьбы за существование

Направления естественного отбора

Результаты

Исходная группа – неспециализированные предки

Пассивное соревнование

Отбор на плодовитость

Увеличение плодовитости

Арогенез – ароморфные преобразования

Пассивное соревнование и активная конкуренция

Отбор на общую приспособленность

Общебиологический прогресс

Аллогенез – алломорфные преобразования

Активная интерференционная конкуренция

Отбор на приспособленность в частных условиях

Дифференцировка внутри крупных таксонов. Адаптивная радиация

Аллогенез – теломорфные преобразования

Активная косвенная конкуренция

Отбор на приспособленность в ограниченных условиях и на экономичность

Стабилизация. Сокращение плодовитости. Увеличение продолжительности жизни

Дальнейшая специализация, часто связанная с  гиперморфозами

Различные формы сосуществования

Отбор на экономичность

Регресс. Сокращение плодовитости. Увеличение размеров и продолжительности жизни. Вымирание наиболее специализированных групп

Соотношение направлений эволюции.

В процессе эволюции происходит чередование относительно кратких периодов ароморфозов и последующих более длительных периодов идиоадаптаций или общей дегенерации. Ароморфозы определяют этапы в развитии органического мира, поднимая организацию какой-нибудь группы на более высокую ступень эволюции и открывая перед ней новые возможности для освоения внешней среды. Далее развитие идет, но пути идиоадаптации, обеспечивающих более высокоорганизованной группе освоение доступного разнообразия мест обитания. При переходе организмов в более простые условия формирование частных приспособлений сопровождается упрощением строения. Общая дегенерация всегда вторична по отношение к прогрессивному развитию, так как всякое упрощение предполагает некоторый уровень исходной сложности.

Направления эволюции органического мира, сочетаясь и сменяясь, друг другом, приводят к усложнению, прогрессивной направленности развития живой природы, и возникновению целесообразности организмов - их соответствию условиям обитания и способности изменяться по мере изменения этих условий.

Принцип необратимости эволюции сформулировал еще Ч. Дарвин: "Вид, раз исчезнувший, никогда не может появиться вновь, если бы даже снова повторились совершенно тождественные условия жизни".

Повторяемость условий вызывает конвергентное сходство у организмов. Форма тела современных дельфинов напоминает форму тела мезозойских ихтиозавров. Переход некоторых наземных позвоночных, например, ластоногих, в водную среду сопровождался лишь конвергентными изменениями конечностей, а не принципиальной их перестройкой по возвратному пути к рыбам. Конвергенция затрагивает только изменение внешнего строения органов. Внутреннее строение ласт у тюленя или моржа сохраняет основные признаки пятипалой конечности, характерные для млекопитающих.

Дарвин и его последователи доказали, что при повторении условий могут повторяться некоторые признаки, но сами виды отличаются друг от друга не отдельными признаками, а сложным комплексом признаков. Повторение всего комплекса признаков статистически невероятно. С логической необходимостью это вытекает из представлений о движущих силах эволюционного процесса. Генофонд популяций постоянно обновляется в результате мутаций и поэтому никогда не копирует генофонд предыдущих поколений. Генетически обновленная популяция вступает в другие отношения с окружающей средой, и результаты естественного отбора будут иными. Закон необратимости говорит о неповторяемости эволюционного процесса, сущность которого не в повторения, а в образовании нового качества.

5. Закрепление нового материала

1. В чем состоит биологический прогресс? Каковы пути его достижения?

2. Всегда ли биологический прогресс сопровождался морфофизиологическим прогрессом? Приведите примеры.

3. Покрытосеменные растения произошли от голосеменных путем приспособления цветка к образованию плода. Объясните:

а) к какому направлению эволюции относится возникновение плода у покрытосеменных;

б) какое биологическое значение имеет образование семян внутри плода?

4. К какому направлению эволюция относятся следующие эволюционные изменения: появление зацепок на плодах лопуха и череды; появление лазающего стебля у винограда и плюща; появление крылышек на плодах клена, утрата листьев и превращение их в колючки (у кактуса)?

5. В чем заключается эволюционное значение ароморфозов и идиоадаптаций?

6. Может ли упрощение организации привести вид к биологическому прогрессу? Приведите примеры общей дегенерации.

6. Д/з §42

Лабораторная работа №2 «Доказательства эволюции»
1. Одним из доказательств эволюции является единство органического мира, в котором существует ряд организмов, занимающих промежуточное положение между крупными систематическими группировками – переходные формы. На рисунке 7 представлены некоторые из ныне существующих переходных форм организмов. Познакомьтесь с данными организмами и укажите в их строении признаки разных типов организации.

2. В таблице 3 перечислены некоторые анатомо-морфологические признаки организмов. Заполните таблицу, указав, какие из перечисленных органов или систем характерны для оболочников, ланцетника и позвоночных животных. Выясните, идет ли совершенствование перечисленных органов и их систем. Можно ли, исходя из анализа таблицы, заключить, что эволюция организмов идет от простого к сложному? Какими фактами подтверждается единство органического мира как одно из доказательств эволюции? Как в процессе эволюции древние формы организмов постепенно через ряд промежуточных форм превращаются в современные формы?

Таблица 3 – Анатомо-морфологическая характеристика некоторых систем органов у оболочника, ланцетника и позвоночных животных.

3 Рассмотрите в качестве конкретного примера гомологичных органов особенности строения скелета наземных позвоночных (рис.8). Скелет конечностей амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, несмотря на довольно крупные различия во внешнем виде конечностей и выполняемой ими функции, оказывается построенным сходно (рис. 9). О чем свидетельствует сходство в строении конечностей, несущих весьма различные функции, у позвоночных?

Рис. 9Гомология передних конечностей позвоночных (саламандра, морская черепаха, крокодил, птица, летучая мышь, кит, крот, человек) Гомологичные части обозначены одинаковыми буквами и цифрами

Скрыть рекламу:Не интересуюсь этой темойТовар куплен или услуга найденаНарушает закон или спамМешает просмотру контентаСпасибо, объявление скрыто.

4 В строении практически любого организма можно найти органы ли структуры сравнительно недоразвитые и утратившие былое значение в процессе филогенеза - это рудиментарные органы.

На рисунке 10 представлены рудиментарные задние конеч­ности питона, едва заметные выросты рудименты крыльев у киви, рудименты тазовых костей китообразных. О чем свидетель­ствуют данные органы?

 Рис. 10. Примеры рудиментарных органов

А - задние конечности питона (Python regius); Б - крыло киви (Apteryx australis); В элементы тазового пояса гладкого кита (Eubalaena glacialis)

Перечислите известные Вам рудиментарные органы и их возможные функции. По каким признакам можно отличить от рудимента атавизм?

5 Как объяснить с позиций основных генетических закономерностей существование у многих организмов рудиментарных органов и появление атавизмов? Приведите примеры.

6 В таблице 4 перечислены некоторые морфологические признаки растений и животных, следует определить их морфологическое происхождение, выполняемую функцию и форму сходства (гомология, аналогия и гомойология).

Таблица 4 – Некоторые категории сходства органов

Что такое гомология, аналогия и гомойология? Что такое атавизмы? Почему явления гомологии и гомойологии служат одним из существенных доказательств степени родства между организмами и доказательством эволюции органического мира?

7. Видный английский анатом Р. Оуэн (1804-1892), впервые четко определивший понятия «аналогия» и «гомология» (1843), считал, что гомология - следствие идеи, идеального плана, «прототипа» (рис. 11), причем единство плана строения приводит, по Оуэну, к выводу «о единстве разума, задумавшего его». В чем состоит идеалистический и метафизический характер подобного объяснения? Как с позиций теории эволюции раскрыть сущность понятия «единство плана строения»?

8. При переходе от обитания во влажных тропических лесах (тапир) к жизни в саванне (носорог) происходит редукция пальцев до трех. При переходе к жизни на открытых пространствах (лошадь) редукция пальцев идет еще дальше - до сохранения лишь единственного центрального пальца (с биомеханической точки зрения хождение на одном пальце чрезвычайно выгодно для обеспечения мгновенного отталкивания и быстрого бега) (рис. 12).

Рис. 12. Сравнительно-анатомический ряд: А - передние конечности тапира (Tapirus); Б - носорога (Ceratotherium); В - лошади (Equus); II-IV - пальцы

Какие еще примеры сравнительно-анатомических рядов как метода изучения эволюции вам известны.

9. В пользу существования родства систематических групп животных служат ископаемые переходные формы. Заполните таблицу 5, указав некоторые признаки первоптиц в сравнении с рептилиями и настоящими птицами.

Таблица 5 – сравнительная характеристика некоторых признаков рептилий, археоптерикса и настоящих птиц

Можно ли считать археоптерикса переходной формой между классом рептилий и настоящих птиц и почему? Какое значение имеет археоптерикс для доказательства эволюции органической природы (рис. 13)? Что обозначено цифрами 1-3 (рис. 13-1)? Почему промежуточные формы не дают достаточных доказательств эволюции?

10. Особый интерес представляют ископаемые остатки животных. Позволяющие связать рыб с наземными позвоночными (рис. 14, 15). Заполните таблицу 6 и объясните 1) почему стегоцефалов называют ископаемой и переходной формой; 2) в какую геологическую эру и в какой период истории Земли жили стегоцефалы; 3) какие группы позвоночных произошли от стегоцефалов и кто был их предками; 4) можно ли считать стегоцефалов прямыми предками современного тритона или крокодила.

Таблица 6 – некоторые признаки стегоцефалов

11. Во время кругосветного плавания Ч. Дарвин обнаружил в Южной Америке находки скелетов ископаемого гигантского ленивца, сходные со скелетами ныне живущих видов, выявил черты различия в видовом составе фауны Северной и Южной Америки и отметил высокий процент эндемиков среди птиц и рептилий Галапагосского архипелага. О чем свидетельствуют данные факты?

12. О флоре и фауне далекого прошлого Земли свидетельствуют реликтовые формы. Среди животных одной из наиболее ярких реликтовых форм является гаттерия - единственный представитель целого подкласса рептилий. В ней отражены черты рептилий живших на Земле в мезозое. Другой известный реликт - кистеперая рыба латимерия, сохранившаяся малоизмененной с девона. Среди растений реликтом может считаться гинкго. Облик этого растения дает представление о древесных формах, вымерших в юрском периоде.

Познакомьтесь с рисунком 16, какими цифрами обозначены: опоссум (Didelphis marsupialis); гаттерия (Sphenodon punctatus); гинкго (Ginkgo biloba); латимерия (Latimeria chalumnae)?

13. Зародыши птиц на ранних стадиях эмбрионального развития выделяют в качестве конечного продукта азотистого обмена аммиак, на более поздних мочевину, а на последних стадиях развития - мочевую кислоту. Сходным образом у головастиков лягушек конечным продуктом обмена является аммиак, а у взрослых амфибий - мочевина. Как объяснить данные факты?

14. Изучение эмбрионального развития высших, наземных позвоночных показало, что у них закладываются и достигают известного уровня развития некоторые органы, не имеющие у взрослого животного никакого значения, но вполне сходные с органами, характеризующими взрослых рыб. Рассмотрите рисунок 17 и ответьте, о чем свидетельствует факт закладки частей жаберного аппарата у зародышей наземных позвоночных?

15. Строение личиночных форм нередко позволяет устанавливать родственные связи взрослых организмов, порой неузнаваемо различающихся.

Сравните и выявите сходство строения личинки науплиуса у циклопа, морской уточки и саккулины (рис. 18).

16. Как можно доказать объективность процесса эволюции жизни на Земле?

17. Перед вами находится лошадь, мышь, черепаха, бабочка, сосна. Какими методами наиболее надежно можно установить родство этих форм?

18. В чем состоит существо метода тройного параллелизма и значение этого и подобных методологических подходов для решения спорных вопросов филогенеза отдельных групп. Приведите примеры.

9